В бензиновом двигателе создаёт искру для начала горения.
Система зажигания: устройство и принцип работы
У дизеля нет искрового зажигания: топливо воспламеняется в горячем сжатом воздухе. Свечи накаливания помогают холодному запуску дизеля и не являются свечами зажигания.
Момент
Блок управления определяет положение коленвала.
Искра
Катушка создаёт напряжение для искры на свече.
Горение
Пламя распространяется по смеси, давление растёт.
Как появляется искра в нужный момент
Считать градусы. Датчик коленвала даёт импульс каждые 6°, пропуск двух зубьев — метка ВМТ 1-го и 4-го цилиндров. Так блок знает положение поршней с точностью до градуса, а какой из двух цилиндров на сжатии, узнаёт по датчику распредвала.
Накопить энергию. Ток в первичной обмотке растёт до 6–8 А за 2–3 мс. Энергия хранится в магнитном поле железного сердечника.
Разорвать ток. Транзистор в катушке разрывает цепь, поле исчезает, во вторичной обмотке появляется до 35 кВ. Как только напряжения хватает на пробой зазора, проскакивает искра.
Выбрать угол. Смесь горит около 2 мс. Чтобы давление было максимальным сразу после верхней точки, искру дают раньше: от 5° на холостом до 35° на высоких оборотах.
Детали в модели «Система зажигания»
Катушка зажигания. Индивидуальная катушка на каждой свече. Первичная обмотка (около 150 витков) накапливает энергию за 2,5 мс при токе 7 А; при разрыве тока вторичная (около 15 000 витков) выдаёт до 35 кВ.
Свеча зажигания. Резьба М14, керамический изолятор и электроды с зазором 0,8 мм. Искра длится около 1,5 мс и поджигает смесь у электродов.
Датчик положения коленвала. Индуктивный датчик над задающим диском 60−2. Каждый зуб даёт импульс через 6°, пропуск двух зубьев отмечает положение поршней 1-го и 4-го цилиндров; какой из них в такте сжатия, блок узнаёт по датчику распредвала.
Задающий диск 60−2. Стальной диск Ø150 мм на коленчатом валу: 58 зубьев и место для двух пропущенных.
Датчик детонации. Пьезоэлемент на стенке блока слышит стуки с частотой 6–15 кГц. По его сигналу блок управления отодвигает искру позже.
Блок управления двигателем. По оборотам, нагрузке, температуре и сигналу детонации выбирает угол опережения (5–38° до ВМТ) и время накопления катушки.
Поршень и камера сгорания. Смесь сжата примерно в 10 раз. Искра проскакивает до прихода поршня в верхнюю точку, чтобы давление сгорания пришлось на начало рабочего хода. Впускной клапан открыт на впуске, выпускной — на выпуске; при сжатии и рабочем ходе оба закрыты, и искра поджигает смесь в запертой камере.
Показ по шагам
Где искра. У каждого цилиндра своя катушка прямо на свече. Искра проскакивает в зазоре 0,8 мм и поджигает сжатую смесь.
Как блок знает момент. Датчик считает зубья задающего диска: каждые 6° импульс, а пропуск двух зубьев — метка поршней 1-го и 4-го цилиндров (такт различает датчик распредвала). Смотрите верхний график.
Накопление и разрыв. Блок включает ток первичной обмотки за 2,5 мс до искры. В момент разрыва поле катушки схлопывается, и вторичная обмотка выдаёт десятки киловольт.
Искра до верхней точки. Искра проскакивает в конце сжатия, когда оба клапана закрыты. Смеси нужно время, чтобы сгореть: чем выше обороты, тем раньше искра, на 4000 об/мин — около 30° до ВМТ.
Под нагрузкой искра позже. При полном газе смесь плотнее и горит быстрее — угол уменьшается, иначе начнётся детонация.
Что ломается и как это проявляется
Изношенные свечи. Признаки: при резком разгоне машину дёргает, мигает индикатор неисправности. Пуск в сырую погоду тяжелее, расход вырос на 5–10 %. Что проверить: выкрутить свечи, проверить зазор щупом, цвет изолятора и износ электродов. Менять комплектом по регламенту (обычно 30–60 тыс. км, иридиевые до 90–120 тыс.).
Пробой катушки 2-го цилиндра. Признаки: двигатель трясётся на холостом, тянет слабо, индикатор мигает. В памяти ошибка пропусков во 2-м цилиндре. Что проверить: переставить катушку на другой цилиндр: если пропуск переехал — виновата катушка. Осмотреть резиновый наконечник на следы пробоя.
Нагар на свече 3-го цилиндра. Признаки: холодный двигатель троит и плохо держит обороты, после прогрева и под нагрузкой становится лучше. Что проверить: цвет изолятора (норма — светло-коричневый), причины нагара: богатая смесь, масло в цилиндре, короткие поездки. Свечу заменить.
Отказ датчика коленвала. Признаки: двигатель глохнет на ходу или не заводится: стартер крутит, а вспышек нет. Тахометр при прокрутке стоит на нуле. Что проверить: сопротивление обмотки (обычно 200–1000 Ом), сигнал осциллографом при прокрутке, зазор до диска 0,5–1,5 мм, чистота торца от стружки.
Детонация. Признаки: металлический звон при разгоне в горку на низких оборотах. Двигатель тянет хуже, расход растёт. Что проверить: октановое число топлива, нагар в камерах, перегрев, работа датчика детонации и его момент затяжки (обычно около 20 Н·м).
Упрощения модели
Камера сгорания и поршень упрощены. Клапаны открываются по условным фазам четырёхтактного цикла (впускной — на впуске, выпускной — на выпуске, у верхней точки выпуска оба чуть приоткрыты), но распредвалы, пружины и привод клапанов не показаны.
Датчик распредвала не показан: по нему блок различает, какой из цилиндров 1 и 4 на сжатии, и даёт искру отдельной катушкой в свой цилиндр. Без такого датчика катушки работают парами и искра проскакивает и в цилиндре на выпуске («холостая искра»).
Картинка замедлена в десятки раз; время накопления и искры показано в градусах для реальных оборотов.
Карта углов опережения условная: в реальном двигателе она зависит ещё от температуры, состава смеси и топлива.
Нужное для пробоя напряжение посчитано по упрощённой формуле от зазора и нагрузки.
Связанные узлы и детали
Модель показывает принцип работы. Геометрия и режимы упрощены для обучения.