В систему батарейного зажигания (рис. 1) входят: аккумуляторная батарея и генератор с реле-регулятором, катушка зажигания, добавочный резистор, прерыватель, распределитель, конденсатор, свечи зажигания, подавительные резисторы, выключатель зажигания и провода низкого и высокого напряжения.

На схеме батарейного зажигания приборы соединены между собой проводами и образуют цепи низкого и высокого напряжения.

Ток высокого напряжения получается в результате совместной работы прерывателя и катушки зажигания. Кулачок прерывателя, вращаясь, размыкает и замыкает цепь низкого напряжения, в результате чего в первичной обмотке катушки зажигания получается прерывистый ток. Этот ток создает меняющееся магнитное поле. При размыкании контактов ток в цепи низкого напряжения прерывается и созданное им магнитное поле быстро исчезает. При исчезновении магнитное поле пересекает витки первичной и вторичной обмоток, в которых индуктируется э.д.с. Э.д.с, индуктируемая во вторичной обмотке, будет тем выше, чем больше ток в первичной обмотке, скорость исчезновения магнитного поля и число витков вторичной обмотки. Эта э.д.с. может достигнуть 17—24 кВ, что достаточно для пробоя искрового промежутка между электродами свечи.

При размыкании контактов прерывателя рычажком и кулачком в первичной обмотке индуктируется э.д.с. самоиндукции, достигающая 200—300 В. Под действием этой э.д.с., направленной в сторону исчезновения тока, между контактами создается дуговой разряд («искра»). При этом сильно разрушаются рабочие поверхности контактов. Искрение в контактах при размыкании уменьшает быстроту исчезновения магнитного поля и резко снижает индуктируемую э.д.с. во вторичной обмотке.

Для увеличения скорости прерывания тока в первичной обмотке и уменьшения (подгорания) контактов прерывателя параллельно им подключают конденсатор, который в момент размыкания контактов заряжается, что резко уменьшает искрение между контактами. Затем при разомкнутых -контактах заряженный конденсатор разряжается через первичную обмотку катушки зажигания, добавочный резистор и аккумуляторную батарею, создавая импульс тока обратного направления, что ускоряет исчезновение магнитного поля, в результате чего э.д.с., индуктируемая во вторичной обмотке значительно повышается и достигает предельного значения.

При включенном зажигании и замкнутых контактах прерывателя под действием э.д.с. аккумуляторной батареи (или генератора) в цепи низкого напряжения течет ток (показан стрелками на проводниках) низкого напряжения. Путь тока низкого напряжения: « + » аккумуляторной батареи — зажим тягового реле стартера — зажим AM выключателя зажигания — контактная пластина ротора выключателя — пружинящая пластина — зажим КЗ выключателя — добавочный резистор — первичная обмотка катушки зажигания — зажим прерывателя — рычажок прерывателя — контакты 8 и 7 прерывателя — масса (корпус) автомобиля—«—» аккумуляторной батареи.

Возникший во вторичной обмотке ток высокого напряжения подводится к распределителю, а от распределителя — к свечам зажигания. Появившаяся между электродами свечи «искра» воспламеняет рабочую смесь в цилиндре. Путь тока высокого напряжения (указан пунктирными стрелками): вторичная обмотка катушки зажигания — подовительный резистор — электрод ротора распределителя — электрод крышки — подовительный резистор — центральный и боковой электроды свечи зажигания масса (корпус) автомобиля—«—» аккумуляторной батареи — «(» аккумуляторной батареи — зажим 19 тягового реле стартера — зажим AM выключателя зажигания — контактная пластина ротора выключателя — пружинящая пластина — зажим КЗ выключателя — дополнительный резистор — первичная обмотка катушки зажигания — вторичная обмотка катушки зажигания.

Контактная система зажигания имеет ряд существенных недостатков. К ним относятся: недостаточное напряжение во вторичной цепи, особенно при увеличении частоты вращения коленчатого вала двигателя; ограничение увеличения степени сжатия и частоты вращения коленчатого вала двигателя; быстрый износ контактов прерывателя, что снижает надежность работы системы зажигания и, как следствие, ухудшает экономичность двигателя.

Контакты прерывателя приходится часто зачищать и одновременно корректировать угол замкнутого состояния их, а также угол опережения зажигания.

—

Источником электрической энергии для системы зажигания на первых автомобилях являлась аккумуляторная батарея. Затем параллельно с батареей стали использовать генератор. Однако до сих пор еще широко используется термин «батарейное зажигание» в отличие от тракторной техники, где зажигание осуществляется от магнето. Батарейное зажигание практически в том виде, в котором оно появилось на первых автомобилях, долгое время являлось единственным типом системы зажигания. В результате эту систему стали называть классической. Применение полупроводниковых приборов привело к появлению систем зажигания, которые имеют ряд основных признаков классической системы и в то же время имеют принципиальные особенности. Поэтому наряду с термином «классическая» все чаще употребляется термин «контактная». Этот термин наиболее полно отражает конструктивные особенности классической системы зажигания в сравнении с более современными полупроводниковыми системами зажигания.

Рассмотрим принцип действия контактной (классической) системы зажигания (рис. 2), основными элементами которой являются катушка зажигания, прерыватель, конденсатор и свечи зажигания.

Катушка зажигания имеет сердечник, на котором намотаны первичная, состоящая из небольшого числа витков сравнительно толстой проволоки, и вторичная, состоящая из очень большого числа витков тонкой проволоки, обмотки. Таким образом, катушка зажигания представляет собой трансформатор. Один конец первичной обмотки соединен через выключатель зажигания S с положительным выводом аккумуляторной батареи. Другой конец первичной обмотки соединен с вторичной обмоткой, второй конец которой соединен со свечкой зажигания. Схему соединения, когда вторичная обмотка является как бы продолжением первичной, называется автотрансформаторной.

Обязательным элементом системы зажигания является прерыватель. В классической системе зажигания он представляет собой механическое устройство, состоящее из вращающегося кулачка, который при вращении размыкает и замыкает контакты К прерывателя.

При замкнутых контактах выключателя S в момент замыкания контактов прерывателя от положительного вывода аккумуляторной батареи через первичную обмотку, контакты прерывателя, массу (корпус автомобиля) и отрицательный вывод батареи пойдет ток. Ток, протекающий по первичной обмотке (первичный ток), создает магнитное поле, силовые линии которого, замыкаясь через сердечник, пересекают витки обеих обмоток. Когда вращающийся кулачок разомкнет контакты К, первичный ток и вызванный им магнитный поток начнут резко уменьшаться. При исчезновении магнитного поля в обеих обмотках согласно закону электромагнитной индукции наводится э. д. е., пропорциональная скорости уменьшения магнитного потока и числу витков в обмотках. Так как вторичная обмотка имеет очень большое число витков, э. д. с. на ней достигает 24 кВ, чего достаточно для пробоя искрового промежутка свечи. Ток высокого напряжения проскакивает в виде искры между электродами свечи и через корпус автомобиля, аккумуляторную батарею и первичную обмотку возвращается на вторичную обмотку катушки зажигания.

Э. д. с. самоиндукции, индуктируемая при размыкании контактов К в первичной обмотке, достигает 300 В. Направлена она в ту же сторону, что и первичный ток, и как бы стремится задержать его исчезновение. В результате между размыкающимися контактами появляется сильный дуговой разряд, разрушающий контакты. Для нейтрализации этого вредного явления параллельно контактам прерывателя включают конденсатор С. При наличии конденсатора ток самоиндукции идет на заряд конденсатора и искрения почти нет. В последующем конденсатор разряжается через первичную обмотку и аккумуляторную батарею.

Реальная система зажигания содержит еще целый ряд устройств, наличие которых определено требованиями надежной и экономичной работы автомобильного двигателя. Рассмотрим влияние особенностей работы двигателя внутреннего сгорания на характеристики и параметры системы зажигания.

Напряжение, необходимое для пробоя искрового промежутка свечи, зависит от ряда факторов. На него оказывают влияние: давление, температура и состав рабочей смеси; расстояние между электродами свечи; материал и температура электродов; полярность высокого напряжения. Так, при пуске холодного двигателя пробивное напряжение достигает 16 кВ и более, а при работе прогретого двигателя достаточно 12 кВ.

Воспламенение смеси в цилиндре должно происходить в определенный момент по отношению к приходу поршня в верхнюю мертвую точку (в. м. т.). Это обусловлено тем, что сгорание смеси происходит не мгновенно, а по условиям достижения максимальной эффективности в работе двигателя максимум давления газов (продуктов сгорания) должен быть после перехода поршнем в. м. т. на 10—15° угла поворота коленчатого вала.

Если воспламенение смеси происходит позднее, чем это необходимо, ее сгорание происходит в такте расширения. Смесь не успевает сгореть полностью в цилиндре и догорает в выпускном трубопроводе. В результате снижается максимальное давление газов и мощность двигателя. Кроме того, происходит перегрев системы выпуска отработавших газов двигателя и увеличивается количество вредных компонентов, выбрасываемых в атмосферу.

При слишком раннем воспламенении сгорание смеси происходит в такте сжатия и максимум давления газов в цилиндре возникает до прихода поршня в в. м. т. В результате поршень получает сильные встречные удары, определяемые на слух как металлический стук. Раннее воспламенение смеси также приводит к уменьшению мощности двигателя и быстрому износу его деталей.

Угол между положением коленчатого вала, соответствующим моменту искрового разряда между электродами свечи, и положением, при котором поршень находится в в. м. т., называется углом опережения зажигания.

Оптимальный угол опережения зажигания зависит от частоты вращения коленчатого вала и нагрузки двигателя. В первом случае увеличивается скорость движения поршня, и чтобы рабочая смесь успела сгореть, необходимо увеличивать опережение зажигания. Рост нагрузки обусловлен увеличением открытия дроссельной заслонки и характеризуется увеличением наполнения цилиндров. В результате продолжительность сгорания смеси уменьшается и, следовательно, необходимо уменьшать угол опережения зажигания.

Автоматическое регулирование угла опережения зажигания при изменении частоты вращения коленчатого вала и нагрузки двигателя осуществляется центробежным и вакуумным регуляторами. Центробежный регулятор изменяет угол опережения зажигания в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, вакуумный регулятор — в зависимости от степени открытия дроссельной заслонки.

Кроме рассмотренных, система зажигания должна обеспечивать еще одну очень важную функцию. Она определяется тем, что автомобильные двигатели выполняются многоцилиндровыми (4-, 6-, 8-цилиндровые и т. д.). Рабочие процессы, происходящие в цилиндрах двигателя, сдвинуты по времени. Поэтому искрообра-зование между электродами свечей, установленных в разных цилиндрах одного двигателя, также должно происходить со сдвигом во времени. Другими словами, система зажигания должна обеспечивать определенное чередование искрообразования, определяемое конструкцией двигателя. Указанные функции выполняют совместно прерывательный и распределительный механизмы. Они, а также центробежный и вакуумный регуляторы скомпонованы в едином узле, который носит название распределитель зажигания.