Все о зажигании - теория, устройство, FAQ

Теория зажигания в ДВС. Рассматриваются составные части систем зажигания (СЗ), принцип их работы.

Рабочий цикл четырёхтактного двигателя.

Как следует из названия, рабочий цикл четырёхтактного двигателя состоит из четырёх основных этапов — тактов.

1. Впуск. В течение этого такта поршень опускается из верхней мёртвой точки (ВМТ) в нижнюю мёртвую точку (НМТ). При этом кулачки распредвала открывают впускной клапан, и через этот клапан в цилиндр засасывается свежая топливно-воздушная смесь.

2. Сжатие. Поршень идёт из НМТ в ВМТ, сжимая рабочую смесь. При этом значительно возрастает температура смеси. Отношение рабочего объёма цилиндра в НМТ и объёма камеры сгорания в ВМТ называется степень сжатия . Степень сжатия — важный параметр, обычно, чем она больше, тем больше топливная экономичность двигателя. Однако для двигателя с большей степенью сжатия требуется топливо с большим октановым числом.

3. Сгорание и расширение (рабочий ход поршня). Незадолго до конца цикла сжатия топливовоздушная смесь поджигается искрой от свечи зажигания. Во время пути поршня из ВМТ в НМТ топливо сгорает, и под действием тепла сгоревшего топлива рабочая смесь расширяется, толкая поршень. Степень «недоворота» коленчатого вала (КВ) двигателя до ВМТ при поджигании смеси называется углом опережения зажигания (УОЗ). Опережение зажигания необходимо для того, чтобы основная масса бензовоздушной смеси успела воспламениться к моменту, когда поршень будет находиться в ВМТ (процесс воспламенения является медленным процессом относительно скорости работы поршневых систем современных двигателей). При этом использование энергии сгоревшего топлива будет максимальным. Сгорание топлива занимает практически фиксированное время, поэтому для повышения эффективности двигателя нужно увеличивать УОЗ при повышении оборотов. В старых двигателях эта регулировка производилась механическим устройством - центробежным регулятором, воздействующим на прерыватель. В более современных двигателях для регулировки УОЗ используют электронику.

4. Выпуск. После НМТ рабочего цикла открывается выпускной клапан, и движущийся вверх поршень вытесняет отработанные газы из цилиндра двигателя. При достижении поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается и цикл начинается сначала.

Необходимо также помнить, что следующий процесс (например, впуск), необязательно должен начинаться в тот момент, когда закончится предыдущий (например, выпуск). Такое положение, когда открыты сразу оба клапана (впускной и выпускной), называется перекрытием клапанов. Перекрытие клапанов необходимо для лучшего наполнения цилиндров горючей смесью, а также для лучшей очистки цилиндров от отработанных газов.

Из всего этого делаем вывод, что:
1 - для поджигания рабочей смеси необходимо сформировать искру на свече зажигания;
2 - момент искрообразования должен сдвигаться во времени в зависимости от скорости вращения коленвала.

Устройство контактной системы зажигания.

В классической механической СЗ всем этим заведует одно устройство – прерыватель, механизм, определяющий момент формирования высоковольтных импульсов в СЗ бензиновых двигателей внутреннего сгорания. В классическом виде устройство включает в себя прерыватель тока низкого напряжения и центробежный регулятор опережения зажигания. Контакты прерывателя в определённый момент размыкаются, разрывая первичную цепь обмотки катушки зажигания (КЗ), что вызывает индуцирование тока высокого напряжения в её вторичной обмотке. Параллельно контактам подключен конденсатор для уменьшения искрения. Центробежный регулятор изменяет УОЗ соответственно изменению частоты вращения КВ. Рассмотрим его работу на примере ПМ-302.

Прерыватель состоит из неподвижного корпуса с контактами и конденсатором, эксцентричного ротора с центробежным регулятором и приводной вилки. Ротор вращается на носике распредвала (РВ), но жестко с ним не связан - привод ротора осуществляется через приводную вилку, которая зафиксирована на лысках РВ. Форма эксцентрика такова, что при вращении ротора контакты на корпусе периодически (2 раза на 1 оборот РВ) замыкаются и размыкаются. Центробежный регулятор, представляющий собой подпружиненные грузики на параллелограммной рамке, при увеличении оборотов смещает ротор относительно приводной вилки, сдвигая точку размыкания контактов, а следовательно, и искрообразования, которое становится более ранним.

Такая конструкция довольна проста и надежна. однако обладает рядом недостатков:
- пружины должны быть тщательно подобраны для равномерной работы по цилиндрам и правильного графика УОЗ. Со временем пружины деформируются, что приводит к нарушению работы двигателя. Устраняется заменой пружин (требуется их попарная подборка).
- на точность воспроизведения графика УОЗ влияет не только состояние пружин центробежного регулятора, но и состояние возвратной пружины самого контакта, ведь эксцентрику ротора приходится преодолевать и ее сопротивление. Этот факт неочевиден и зачастую игнорируется многими пользователями.
- контакты, коммутирующие КЗ, со временем обгорают, что приводит к смещению точки искрообразования. Устраняется чисткой контактов, повторной регулировкой зажигания. Для профилактики данного явления контакты должны быть изготовлены из тугоплавкого сплава, что в современных изделиях не выполняется.
- исключительно механическая природа механизма опережения зажигания определяет единственный график УОЗ, который невозможно изменить. В зависимости от кубатуры двигателя, передаточных чисел трансмиссии, условий эксплуатации этот график УОЗ может быть далек от оптимального.

Эволюционный шаг 1 - бесконтактная система зажигания (БСЗ)

С развитием электроники стало возможным заменить постоянно обгорающие контакты на электронный транзисторный ключ. Прерыватель претерпел следующие изменения:
- с вала ротора убран эксцентрик, вместо него установлен модулятор ("шторка"), которая прерывает магнитный поток в датчике на эффекте Холла;
- упразднен контакт, ранее коммутировавший КЗ.
Положительный эффект от таких изменений – значительное повышение срока службы пружин в центробежном регуляторе и точность воспроизведения графика УОЗ, так как пружины теперь не испытывают механическое сопротивление со стороны контакта.
Узел искрообразования теперь содержит, кроме центробежного регулятора, датчик Холла и коммутатор, который, для упрощения, можно считать усилителем слабого сигнала от датчика. Коммутация КЗ бесконтакным способом многократно увеличила ресурс узла искрообразования. В таком виде БСЗ успешно эксплуатируется на отечественных и импортных автомобилях уже несколько десятков лет. Однако применение такого решения на мотоциклах имеет ряд ограничений, и основное из них – подверженность отсека зажигания воздействиям пыли и влаги, что негативно влияет на механику регулятора опережения. Кроме того, график УОЗ по-прежнему один и не регулируется.

Эволюционный шаг 2 – микропроцессорная система зажигания (МПСЗ)

Дальнейшее развитие электроники позволило отказаться от самого ненадежного механического узла СЗ – центробежного регулятора УОЗ, возложив функции формирования графика УОЗ на специализированный микропроцессор. Отсутствие подвижных деталей, влияющих на работу зажигания, делает этот узел одним из самых надежных и не требующих обслуживания в процессе эксплуатации мотоцикла. Кроме того, применение микропроцессора дало возможность использовать различные графики УОЗ для различных режимов двигателя и условий эксплуатации мотоцикла, а также добавлять различные сервисные функции. В целом устройство МПСЗ таково:
- модулятор («шторка»), жестко закрепленный на РВ (встречаются модификации с датчиком, работающим от инжекторного венца 60-2, размещенного на маховике). При выборе модулятора следует отдавать предпочтение изделиям из магнитомягкой стали – они работают со всеми типами датчиков и потому наиболее универсальны;
- датчик (Холла, оптический, индуктивный, емкостной – перечислены в порядке убывания популярности). Несмотря на популярность и дешевизну датчиков Холла, предпочтение следует отдать оптическому датчику – он нечувствителен к внешним магнитным полям, и как следствие, нетребователен к близости установки генератора;
- микропроцессорная схема опережения;
- коммутатор КЗ, может являться как отдельным элементом (обычно используется коммутатор ВАЗ), так и составной частью схемы опережения.

Обзор БСЗ и МПСЗ.

Заводского изготовления:
Старый Оскол.
Тюмень.
Уктус.
Уктус-2.
Совек.
Совек микропроцессорный.

Самостоятельные разработки:
Saruman.
Woofer. Продолжение следует...
-----------------------------------------------------
Все нужное просто. Все сложное - не нужно.

Капитан молодец! Поодерживаю начинание.
От себя порекомендую всем интересующимся почитать вот эту тему про разные зажигания.
http://www.reaa.ru/cgi-bin/yabb/YaBB.pl?num=1261123149
___________________________________________________________________
"Человека можно уничтожить, но его нельзя победить" (Э. Хемингуэй)

"Положительный эффект от таких изменений – значительное повышение срока службы пружин в центробежном регуляторе и точность воспроизведения графика УОЗ, так как пружины теперь не испытывают механическое сопротивление со стороны контакта."
Я никак не мог найти ответа на вопрос: если мы убираем механическое воздействие со стороны контакта, т.е. кулачёк(?) перестает тормозить поворот эксцентрика или иного "держателя" шторки при раздвигании грузиков, не произойдёт ли увеличение УОЗ вследствие раздвижения грузиков на более низких оборотах за счёт исключения противодействующей силы. Необходимо ли в таком случае ставить более жесткие пружины на грузики для обеспечения правильного графика УОЗ? Прошу уточнить этот вопрос. И ещё вопрос: каким образом можно проверить годность пружинок для грузиков?

Капитан приобщи к своей статье данные по центробежным автоматам

___________________________________________________________________
"Человека можно уничтожить, но его нельзя победить" (Э. Хемингуэй)

ТС а есть ли диаграммы или графики зависимости угла опережения от оборотов КВ или РВ для 650 мотора, 750 мотора ИМЗ и 750 мотора К-750?
___________________________________________________________________
"Человека можно уничтожить, но его нельзя победить" (Э. Хемингуэй)

Отлично - всё свалить в одну тему, чтобы не рыскать

Еще вставить сюда же статьи по переделке стандартных прерывателей под БСЗ своими руками с чертежами и перечислением нужных запчастей.

Если все правильно понял в втм должно быть не окончание горения а момент воспломенения всей смеси. Скорость горения велечина постоянная зависит от давления и акта нового числа.
Поддерживаю по поводу графиков. Может их тоже в тему выложить.

П.С. Счетаю тему надо подвесить в форуме.

Кэп, надо привести схемы, картинки. Ибо сухой текст воспринимается хуже, и читать не интересно.

Нашел asm и hex файлы своей прошивки сарумана для к-750 со стандартной сс , подбирал графики експереминтальным путем угробил гдето месяц а то и больше на это дело, использовался график 2 на одиночке (более крутой ) и по умолчанию для коляса , график 1 думал подойдет для говен но на нем мотор очень ленивый так и не использовал ни разу. прошивку могу кинуть если надо

комент из асм файла

Конфигурация:
; микроконтроллер - PIC16F628 и его модификации
;
; конфигурация шторки - АКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ - МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ ЛЕПЕСТОК
;
; график по умолчанию - №3 ОППОЗИТ
; углы опережения - 4.7 18.8 30.5 41.0 45.5 45.0 45.0 нет нет
;
; график 1 - №1 ОППОЗИТ
; углы опережения - 2.2 12.3 21.8 26.3 27.3 27.9 27.5 нет нет
;
; график 2 - №3 ОППОЗИТ
; углы опережения - 6.5 25.3 39.3 43.9 45.5 45.0 45.0 нет нет
;
; дополнительная функция 1 - ДВИГАТЕЛЬ-СТОП
;
; дополнительная функция 2 - ОГРАНИЧЕНИЕ ОБОРОТОВ 3000 ОБ/МИН

какието большие углы для нижнеклапа как мне кажется. Помню тоже делал побольше угол, мотор становился резвее, но была детонация или что-то похожее на нее, как будто ему тяжело. Перешел на стнадартный график для м72/к-750

Я не претендуют на истину. Это сугубо мой опыт на моторе с СС 5.5. ( проливал несколько разных голов у всех с автотехнологией СС 5.5) . карбами 68. На 80-Ом и 92-Ом бензе работал нормально. Но я "газ в пол" не давлю.
Так же прошу поделиться опытом кто ездел на нижнеклапе с компрессией 7 и выше на сарумане. Какие кривые пользовали и какой бенз