Принцип работы системы зажигания: виды, устройство и принцип работы

Электронная система зажигания

24.01.2014
#Система зажигания

Электронная система зажигания

В электронной системе зажигания, которая является одной из важнейших составляющих современного автомобиля, ток высокого напряжения создается и распределяется благодаря электронным устройствам. Электронная система имеет множество явных преимуществ, а также позволяет легче запускать двигатель в зимнее время.

Электронная система зажигания представляет собой систему, в которой ток высокого напряжения создается и распределяется за счет электронных устройств. Электронная система зажигания современных автомобилей, осуществляющая управление системами впрыска и зажигания, является важной составляющей системы управления двигателем. На авто самых последних моделей эта же система отвечает за работу впускной и выпускной систем, а также за работу системы охлаждения.

На сегодняшний день на рынке представлены такие системы зажигания, как Bosch, Simos, Motronic, Magneti-Marelli, каждая из которых конструктивно отличается от остальных. В общем же можно сказать, что электронные системы зажигания подразделяются на системы прямого зажигания и системы с распределителем. Последние работают от механического распределителя, который осуществляет подачу тока высокого напряжения на определенную свечу. Если речь идет о системах прямого зажигания, то подача тока в них происходит прямо с катушки зажигания.

Устройство электронной системы зажигания

Любая электронная система зажигания имеет в своем составе такие компоненты, как источник питания, входные датчики и выключатель зажигания, электронный блок управления, воспламенитель, катушку и свечи зажигания. На некоторых системах также имеются провода высокого напряжения.

Входные датчики отвечают за фиксацию текущих параметров работы двигателя, преобразуя их в электрические сигналы. Номенклатура датчиков может незначительно отличаться в зависимости от модели автомобиля.

Электронный блок управления обрабатывает сигналы, поступающие от входных датчиков, воздействуя, в свою очередь, на воспламенитель. Воспламенитель, основой которого является транзистор, — это своеобразная электронная плата, которая включает/выключает зажигание. Когда транзистор открыт, ток идет по первичной обмотке катушки. Если же транзистор закрыт, осуществляется его отсечка, а ток наводится по вторичной обмотке катушки.

Электронная система зажигания может иметь различные катушки: одну общую, индивидуальные или сдвоенные. Общие катушки используются в системах, которые имеют распределитель. Непосредственно на свечу устанавливают индивидуальные катушки, поэтому высоковольтные провода в такой системе не используются.

Сдвоенные катушки применяют в прямых системах зажигания. Если двигатель имеет четыре цилиндра, на 1-ом и 4-ом, а также на 2-ом и 3-ем цилиндрах устанавливают по одной катушке, каждая из которых отвечает за создание тока на двух выводах, именно поэтому искры зажигания одновременно появляются в двух цилиндрах. В одном воспламеняется топливно-воздушная смесь, в другом воспламенение идет вхолостую.

1 — контроллер;

2 — электромагнитный клапан ЭПХХ;

3 — датчик-винт;

4 — датчик температуры охлаждающей жидкости;

5, 6 — индуктивные датчики начала отсчета и угловых импульсов;

7 — катушки зажигания;

8 — свечи зажигания;

9 — выключатель зажигания;

10 — аккумуляторная батарея;

11 — блок предохранителей и реле

Принцип работы

Электронный блок управления реагирует на сигналы датчиков, вычисляя оптимальные параметры для функционирования системы. В первую очередь блок управления воздействует на воспламенитель, подающий напряжение на катушку зажигания, в первичной обмотке которой начинает протекать ток.

Когда напряжение прерывается, ток индуцируется во вторичной обмотке катушки. Прямо с катушки или же по высоковольтным проводам ток отправляется к определенной свече зажигания, в которой образуется искра, воспламеняющая топливно-воздушную смесь.

Если изменяется скорость вращения коленчатого вала, датчик, отвечающий за частоту его вращения, а также датчик, регулирующий положение распределительного вала, отправляют сигналы непосредственно в электронный блок управления, изменяющий угол опережения зажигания.

Если нагрузка на двигатель увеличивается, углом опережения зажигания управляет датчик расхода воздуха. Важную дополнительную информацию о воспламенении и сгорании топливно-воздушной смеси позволяет получить датчик детонации.

Преимущества электронных систем зажигания

Электронные системы зажигания имеют множество преимуществ:

— возможность применения на любых типах карбюраторных двигателей;


— увеличение вторичного напряжения в 1,3-1,5 раза, которое может составлять 20-30 кВ при любом режиме работы двигателя;


— длительный срок службы контактов прерывателя, который может достигать 150 тыс. км и более;


— между электродами свечей зажигания наблюдается увеличенный зазор, достигающий 1-1,2 мм;


— в зимнее время двигатель легче запускается;


— экономия времени при проведении профилактических и регулировочных работ.

Среди недостатков электронных систем зажигания в первую очередь выделяется сложность и высокая стоимость системы, но все недостатки компенсируются вышеперечисленными преимуществами.

Другие статьи

#Планка генератора

Планка генератора: фиксация и регулировка генератора автомобиля

14.09.2022 | Статьи о запасных частях

В автомобилях, тракторах, автобусах и иной технике электрические генераторы монтируются к двигателю посредством кронштейна и натяжной планки, обеспечивающей регулировку натяжения ремня. О планках генератора, их существующих типах и конструкции, а также выборе и замене этих деталей — читайте в статье.

#Переходник для компрессора

Переходник для компрессора: надежные соединения пневмосистем

31. 08.2022 | Статьи о запасных частях

Даже простая пневматическая система содержит несколько соединительных деталей — фитингов, или переходников для компрессора. О том, что такое переходник для компрессора, каких типов он бывает, зачем необходим и как устроен, а также о верном подборе фитингов для той или иной системы — читайте в статье.

#Стойка стабилизатора Nissan

Стойка стабилизатора Nissan: основа поперечной устойчивости «японцев»

22.06.2022 | Статьи о запасных частях

Ходовая часть многих японских автомобилей Nissan оснащается стабилизатором поперечной устойчивости раздельного типа, соединенным с деталями подвески двумя отдельными стойками (тягами). Все о стойках стабилизатора Nissan, их типах и конструкции, а также о подборе и ремонте — читайте в данной статье.

#Ремень приводной клиновой

Ремень приводной клиновой: надежный привод агрегатов и оборудования

15.06.2022 | Статьи о запасных частях

Для привода агрегатов двигателя и в трансмиссиях различного оборудования широко применяются передачи на основе резиновых клиновых ремней. Все о приводных клиновых ремнях, их существующих типах, особенностях конструкции и характеристиках, а также о правильном выборе и замене ремней — читайте в статье.

Вернуться к списку статей

Системы зажигания бензиновых двигателей: принцип работы

Авто схемы

admin

Send an email

08.09.2014

0 705 2 минут

В этой статье мы подробно разберём три вида системы зажигания автомобиля и покажем их схемы.

Работа любого бензинового двигателя внутреннего сгорания была бы невозможна без специальной системы зажигания. Именно она отвечает за воспламенение смеси в цилиндрах в строго определенный момент. Различают несколько возможных вариантов:

• контактная;
• бесконтактная;
• электронная.

Каждая из этих систем зажигания авто имеет свои особенности и конструкцию. Однако вместе с этим, большинство элементов разных вариантов одинаковы.

Одинаковы элементы разных систем зажигания автомобиля

Незаменимым и наиболее востребованным является наличие аккумуляторной батареи. Даже в отсутствие или при поломке генератора при помощи неё можно ещё некоторое время продолжать движение. Генератор также есть неотъемлемой частью, без которой нормальное функционирование любой из систем невозможно. Свечи зажигания, бронепровода, высоковольтная катушка и управляющие элементы дополняют любую из упомянутых систем. Основное различие меду ними заключается в типе, управляющего моментом зажигания и отвечающего за искрообразование устройства.

Контактный прерыватель-распределитель зажигания

Это устройство инициирует возникновение искры высокого, до 30000 В, вольтажа на контактах свечей зажигания. Для этого он соединяется с высоковольтной катушкой, благодаря которой происходит образование высокого напряжения. Сигнал на катушку передается при помощи проводов от специальной контактной группы. При её размыкании кулачковым механизмом происходит образование искры. Момент её возникновения должен строго соответствовать требуемому положению поршней в цилиндрах. Это достигается благодаря четко рассчитанному механизму, передающему вращательное движение на прерыватель-распределитель. Одним из недостатков устройства является влияние механического износа на время возникновения искры и на её качество. Это влияет на качество работы двигателя, а значит может требовать частых вмешательств в регулировку его работы.

Схема контактной системы зажигания.

Бесконтактное зажигание

Этот тип устройств не зависит на прямую от размыкания контактов. Основную роль в моменте искрообразования здесь играет транзисторный коммутатор и особый датчик. Отсутствие зависимости от чистоты и качества поверхности контактной группы может гарантировать более качественное искрообразование. Однако этот тип зажигания тоже использует прерыватель-распределитель, который отвечает за передачу тока на нужную свечу в нужный момент.

Схема бесконтактной системы зажигания.

Электронное зажигание

В этой системе воспламенения смеси полностью отсутствуют механические движущиеся части. Благодаря наличию специальных датчиков и особого блока управления, образование искры и момент её раздачи на цилиндры выполняются гораздо более точно и надежно, чем у вышеупомянутых систем. Это дает возможность улучшить работу двигателя, увеличить его мощность и снизить расход топлива. Кроме того, радует и высокая надежность устройств такого типа.

Принципиальная схема транзисторного электронного контактного зажигания автомобиля.

Основные этапы работы системы зажигания

Различают несколько основных этапов работы любых систем зажигания:

1. накопление необходимого заряда;
2. высоковольтное преобразование;
3. распределение;
4. искрообразование на свечах зажигания;
5. возгорание смеси.

На любом из этих этапов слаженная и точная работа системы чрезвычайно важна, а значит свой выбор необходимо останавливать на надежных и проверенных устройствах. Лучшей по праву считается электронная система зажигания.

Видео про принцип работы системы зажигания:

Похожие

ПЕРВИЧНОЕ ЗАЖИГАНИЕ

Общее описание  
     Система зажигания – это система воспламенения топливовоздушной смеси. Системы зажигания хорошо известны в области двигателей внутреннего сгорания, таких как те, которые используются в бензиновых (бензиновых) двигателях, используемых для питания большинства автомобилей. Система зажигания разделена на две электрические цепи — первичную и вторичную цепи. Первичная цепь имеет низкое напряжение. Эта цепь работает только от тока батареи и управляется точками прерывателя и выключателем зажигания.

Принцип работы первичной цепи зажигания
      Катушка является сердцем системы зажигания. По сути, это не что иное, как трансформатор, который берет 12 вольт от батареи и увеличивает его до точки, при которой свеча зажигания будет зажигать до 40 000 вольт. Термин «катушка», возможно, является неправильным, поскольку на самом деле есть две катушки проволоки, намотанные на железный сердечник. Эти катушки изолированы друг от друга, и вся сборка заключена в маслонаполненный корпус. Первичная катушка, состоящая из относительно небольшого количества витков толстого провода, подключается к двум первичным клеммам, расположенным в верхней части катушки. Вторичная катушка состоит из множества витков тонкой проволоки. Подключается к высоковольтному соединению сверху катушки (башня, в которую втыкается провод катушки от распределителя).

Системы зажигания можно разделить на следующие типы:

• Распределительная система зажигания
• Система прямого зажигания (DI)

Тип

• Coil-on-Plug (COP) — отдельная катушка для каждого цилиндра, а пакет катушек устанавливается непосредственно над свечами зажигания.
• Индивидуальная катушка для каждого цилиндра с отдельными высоковольтными проводами.
• DIS-Wasted Spark Ignition – отдельная катушка для каждых двух цилиндров.
  Синхронное зажигание с двумя выводами катушки вторичной обмотки.

Распределительная система зажигания  
      Распределительная система зажигания является наиболее распространенной системой зажигания для автомобилей ранних моделей. В распределительных системах зажигания используется одна катушка, которая зажигает одну свечу зажигания только на такте сжатия. Для просмотра первичной картины зажигания необходимо отслеживать сигнал напряжения на отрицательной стороне первичной цепи катушки и идентифицировать триггерный цилиндр с помощью датчика оборотов.
      Классическая или обычная система зажигания состоит из следующих компонентов: катушки зажигания, распределителя, свечей зажигания, высоковольтных проводов и некоторых средств управления первичной цепью зажигания. Первичная цепь катушки зажигания может содержать: точки, точки управления транзистором, транзистором, управляемым каким-либо другим способом (без прерывателя) или электронным зажиганием. В системах зажигания точечного типа ток в первичной цепи регулируется механическим переключателем (или прерывателем). Механические точки могут управлять переключающим транзистором, который открывает и закрывает первичную цепь катушки зажигания. В транзисторах без прерывателя и электронном зажигании для управления переключающим транзистором можно использовать эффект Холла, VRS (датчик переменного сопротивления) или оптический датчик.
      Ток течет от положительной клеммы аккумуляторной батареи, через замок зажигания и/или реле, через предохранитель и на положительную клемму катушки зажигания. Ток возвращается в аккумуляторную батарею через минусовую клемму катушки зажигания, далее через коммутирующее устройство (точки или транзистор) через шасси автомобиля и на минусовую клемму аккумуляторной батареи. При протекании тока в первичной цепи в катушке зажигания создается магнитное поле. Из-за индуктивности катушки зажигания требуется некоторое время (1-6 мс, в зависимости от конструкции), чтобы первичный ток достиг своего номинального значения. Когда первичный ток прерывается, магнитное поле быстро исчезает (примерно за 20 мкс) и в первичной обмотке индуцируется высокое напряжение (противоэлектродвижущая сила CEMF). Это напряжение преобразуется во вторичной обмотке в очень высокое напряжение. Амплитуда этого напряжения зависит от соотношения витков (обычно 100:1). Таким образом, при первичном напряжении 300 В во вторичной обмотке будет 30 000 В. Напряжение будет расти только до тех пор, пока не будет достигнуто напряжение пробоя искрового промежутка — напряжение зажигания свечи зажигания.

Система прямого зажигания (DI)

     В системах COP используется отдельная катушка для каждой свечи зажигания. Каждая катушка расположена непосредственно над свечой зажигания и не использует никаких внешних проводов свечи зажигания. Каждый блок катушек также имеет независимую первичную цепь, которую необходимо проверять отдельно.
Индивидуальная катушка зажигания за один рабочий цикл двигателя вырабатывает одну искру зажигания. Поэтому в индивидуальных системах зажигания требуется синхронизация работы катушек с положением распределительного вала.
     При подаче напряжения на первичную обмотку ток начинает протекать по первичной обмотке и из-за этого в сердечнике катушки изменяется значение магнитного потока. Изменение величины магнитного потока в сердечнике катушки приводит к возникновению напряжения положительной полярности на вторичной катушке. Поскольку скорость нарастания тока в первичной обмотке мала, напряжение, возникающее на вторичной обмотке, невелико – соответственно 1…2 кВ. Но в определенных условиях величина напряжения может быть достаточной для несвоевременного возникновения искры между электродами свечи зажигания и, как следствие, слишком раннего воспламенения воздушно-топливной смеси. Во избежание возможных повреждений двигателя из-за несвоевременного возникновения искры следует исключить образование искры между электродами свечи зажигания при подаче напряжения на первичную катушку. В индивидуальных системах зажигания возникновение этой искры предотвращается с помощью встроенного диода ЭФУ на катушку зажигания, включенную последовательно в цепь вторичной катушки.
     В момент закрытия выходного каскада зажигания ток в первичной цепи резко прерывается, и магнитный поток стремительно уменьшается. Такое быстрое изменение величины магнитного потока приводит к возникновению высокого напряжения на вторичной обмотке катушки зажигания (при определенных условиях напряжение на вторичной обмотке катушки зажигания может достигать 40…50 кВ). Когда это напряжение достигает значения, обеспечивающего образование искры между электродами свечи зажигания, происходит воспламенение сжатой в цилиндре воздушно-топливной смеси от искры между электродами свечи зажигания.
В некоторых системах катушки не расположены непосредственно над каждой свечой зажигания, и используются внешние высокотемпературные провода свечи зажигания. Каждый блок катушек также имеет независимую первичную цепь, которую необходимо проверять отдельно.

Система зажигания DIS-Wasted Spark

     В системах зажигания DIS используется одна катушка для каждых двух цилиндров, также называемых системами «отработанной искры». Система с отработанной искрой запускает одну катушку для каждой пары цилиндров, которые находятся в верхней мертвой точке (ВМТ) одновременно. Эти пары цилиндров называются «напарниками». Один цилиндр находится в ВМТ такта сжатия, а другой – в ВМТ такта выпуска. Искра в цилиндре в ВМТ на такте сжатия воспламеняет воздушно-топливную смесь для выработки мощности. Искра в цилиндре в ВМТ на такте выпуска является «бесполезной», отсюда и название «бесполезная искра». Каждая катушка DIS на отработанной искре соединена последовательно со своими двумя свечами зажигания. Когда катушка срабатывает, вторичный ток создает искру высокого напряжения в промежутках обеих свечей. Одна свеча срабатывает с традиционной прямой полярностью системы зажигания: от отрицательного (-) к положительному (+) Другая свеча срабатывает с противоположной полярностью: с положительного (+) к отрицательному (-) Таким образом, одна свеча всегда срабатывает с тем, что всегда было называется «обратной полярностью». Однако емкость катушки DIS достаточно высока, чтобы гарантировать, что доступное напряжение всегда будет достаточно высоким для зажигания свечи с обратной полярностью, когда она находится на такте сжатия.

Рис. 1 Форма сигнала первичного зажигания

1. Внутренний выключатель ECU замыкается. Ток устремляется в катушку и начинает накапливаться, поэтому напряжение падает близко к земле     и практически остается там до зажигания искры.
2. Катушка теперь насыщается электричеством, на что указывает скачок напряжения.
    Катушка больше не заряжается благодаря ЭБУ.
3. Выключатель ECU размыкается, высвобождая весь накопленный ток. Ампер падает как камень, а напряжение стремительно растет.
4. Искровая линия указывает длину искрового разряда на свече.
5. Когда для искры не остается достаточной мощности, прозвенит оставшаяся мощность, и событие начинается сначала.

Процедура проверки работоспособности первичной цепи зажигания

— Измерение омметром и вольтметром первичной обмотки катушки зажигания —

• Измерить сопротивление первичной обмотки катушки омметром. Нормальное сопротивление должно быть менее 1 Ом.
• Включить зажигание, но не запускать двигатель.
• С помощью вольтметра проверьте, подается ли напряжение батареи на положительную клемму катушки (обычно «2») и на массу шасси.

— Измерения осциллографом —

Для диагностики первичного напряжения систем зажигания необходимо контролировать форму сигнала заряда первичной обмотки катушек зажигания, вставив щуп(ы) в (каждую) катушку первичной цепи (s) отрицательный(е) терминал(ы). Если модуль зажигания (силовой выключатель ЭБУ) не объединен в один блок с первичной обмоткой катушки, то можно наблюдать как первичное напряжение, так и первичный ток.

1. Измерение первичного напряжения
— Подсоедините активный измерительный провод к отрицательной клемме катушки зажигания (обычно «1»), а провод заземления к массе шасси.
    Важное примечание:  Для измерения первичного напряжения диапазон входного напряжения осциллографа должен быть установлен на ± 400 В.

2. Измерение первичного тока
— Подключите клещи переменного тока к другому каналу осциллографа. Диапазон ±20А.
— Запустите двигатель и оставьте его работать на холостом ходу.
— Сравните результат с осциллограммой на рис. 2.

 Рис. 2

Примечание. Первичное напряжение может достигать 380 В, а первичный ток может варьироваться от 8 А до 12 А.

Если модуль зажигания (силовой выключатель ЭБУ) объединен в один блок с первичной обмоткой катушки, то невозможно провести диагностику первичного напряжения зажигания. В этом случае с помощью токоизмерительных клещей можно наблюдать только первичный ток.

1 . Измерение     первичный   ток  
— Подсоедините токовый токовый осциллограф к другому каналу токовых клещей AC. Диапазон ±20А.
— Запустите двигатель и оставьте его работать на холостом ходу.
— Сравните результат с осциллограммой на рис. 3. 
Примечание. Первичный ток может варьироваться от 8 А до примерно 12 А.

Рис.3

—  Возможные причины выхода из строя первичной цепи зажигания —  
» Нет напряжения питания на катушке зажигания.
   • Убедитесь, что зажигание включено.
   • Проверьте электрические соединения катушки зажигания.
   • Проверьте наличие перегоревших предохранителей и/или проводов в цепи катушки зажигания.

» Обрыв изоляции между первичной и вторичной обмотками катушки
» Плохая катушка зажигания.

Принципы и работа системы зажигания от магнето в самолете

В предыдущем посте мы представили различные системы двигателя, используемые на легком самолете. Теперь мы сосредоточим наше внимание на системе зажигания и конкретно обсудим конструкцию и основные принципы работы магнето.

Зажигание двигателя и резервирование

Для поддержания работы двигателя требуется надежный и постоянный источник зажигания. Без воспламенения невозможно сжечь воздушно-топливную смесь, которая всасывается в каждый цилиндр в рамках цикла четырехтактного двигателя. На самом деле зажигание настолько важно для правильного функционирования двигателя, что эта система спроектирована так, чтобы быть полностью отделенной от всех других систем. Это означает, что даже в случае полного отказа электрической системы двигатель будет продолжать работать в обычном режиме. В систему зажигания встроен еще один уровень резервирования; две системы зажигания от магнето всегда устанавливаются на один двигатель, где каждая система независимо способна поддерживать работу двигателя. Каждая система состоит из автономного магнето, собственных средств для распределения результирующего высокого напряжения на свечу зажигания и собственного набора свечей зажигания, расположенных в каждом цилиндре двигателя.

Таким образом, средства, с помощью которых искра высокого напряжения создается и распределяется по каждой свече зажигания, должны оставаться полностью автономными. Традиционно в самолетах использовалась система зажигания от магнето , которая, как следует из названия, использует вращающихся магнитов и использует физическое явление, известное как закон индукции Фарадея , для генерирования высоких токов и напряжений, необходимых для образования искры при свечи зажигания. Давайте сначала подробно опишем закон индукции, а затем обсудим, как он используется в системе магнето вашего легкого самолета. Наконец, мы обсудим важность всегда выполнять проверки магнето, указанные производителем двигателя как часть вашего контрольного списка перед полетом.

Магнетизм и электромагнитная индукция

Чтобы полностью понять принцип действия магнето, мы сначала должны углубиться в элементарную физику, лежащую в основе магнетизма и электромагнитной индукции.

Магнетизм

Каждый должен быть знаком с концепцией магнита, и у большинства есть хотя бы один магнит, прикрепленный к холодильнику. Магнит можно описать как любой материал, который индуцирует вокруг себя магнитное поле. Все магниты обладают рядом элементарных свойств:

• Все магниты притягивают железо (вот почему магнит прилипает к стальному холодильнику).
• Магниты всегда имеют два полюса (северный и южный). Разрезание существующего магнита на две части приводит к образованию двух отдельных магнитов, каждый со своим северным и южным полюсами.
• При свободном подвешивании один конец магнита (полюс) всегда будет указывать на магнитный север.
• Одноименные полюса отталкиваются, а противоположные полюса притягиваются.
• Вокруг магнита создается магнитное поле, так что линии магнитного потока всегда выходят из магнита на северном полюсе и снова входят в южный полюс.

Рисунок 1: Магнитное поле вокруг магнита

Сила магнитного поля вокруг магнита может быть описана в терминах магнитного потока . Магнитный поток — это измерение общего магнитного поля, проходящего через заданную площадь.

Линии потока будут искать путь наименьшего сопротивления при движении от одного магнитного полюса к другому. Этот магнитный поток будет проходить через воздух, что можно увидеть при проведении эксперимента по размещению магнита рядом с набором железных опилок. Однако стержень из мягкого железа является лучшим проводником, чем воздух, и поэтому, если такой сердечник поместить между полюсами магнита, силовые линии будут концентрироваться вместе, проходя через стержень, а не через воздух. Этот принцип концентрации линий потока является одним из основополагающих принципов, лежащих в основе работы магнето самолета.

Рисунок 2: Железный сердечник проводит магнитный поток лучше, чем воздух

Электромагнитная индукция

В начале 19 века датский ученый Ганс Христиан Эрстед обнаружил связь между магнитными полями и электрическими токами. Он показал, что стрелка компаса отклоняется проводом с током, когда ток проходит через провод. Это очень важное наблюдение: ток и магнетизм связаны. Фактически, изменяющееся магнитное поле всегда будет индуцировать ток через проводник и наоборот. Это принцип, лежащий в основе работы электродвигателей и генераторов.

Дальнейшая работа Майкла Фарадея в 1831 году продемонстрировала явление электромагнитной индукции. Эксперимент Фарадея заключался в том, чтобы обмотать два провода вокруг противоположных сторон железного кольца (называемого тором), а затем замкнуть переключатель, чтобы позволить току течь по проводу, обернутому вокруг левой стороны железного кольца. Затем он заметил, что хотя правая цепь была полностью отключена от левой цепи, когда батарея была подключена и отключена, в правой цепи индуцировался ток.

Фарадей индуцировал ток , протекающий через изменение магнитного потока , которое происходило при подключении и отключении батареи.

Рисунок 3: Электромагнитная индукция. Источник https://en.wikipedia. org/wiki/Electromagnetic_induction#/media/File:Faraday_emf_experiment.svg

Магнето работает по принципу изменения магнитного поля для индукции тока в проводе. Затем этот ток повышается с помощью трансформатора до очень высокого напряжения, которое направляется на свечу зажигания, вызывая воспламенение воздушно-топливной смеси в цилиндре.

Электрические трансформаторы

Электрические трансформаторы находят применение во многих областях. Одним из наиболее распространенных применений трансформатора является повышение напряжения, выходящего из электростанции, перед транспортировкой на большие расстояния по линиям электропередачи, а затем его понижение перед входом в ваш дом.

Рисунок 4: Источник: OpenStax.org

Трансформатор состоит из двух отдельных катушек или обмоток, намотанных на сердечник из мягкого железа. Отношение числа витков вторичной катушки к числу витков первичной катушки пропорционально отношению напряжений. Это означает, что если вы знаете входное напряжение на первичной обмотке и количество витков на каждой обмотке, то вы можете легко рассчитать выходное напряжение на вторичной обмотке.

Первичная и вторичная обмотки не соединены друг с другом, но напряжение индуцируется на вторичной обмотке за счет электромагнитной индукции . Важно понимать, что электрические трансформаторы работают только при постоянном изменении тока; то есть переменный ток (AC) приводит к изменению магнитного поля, которое сопровождает изменение тока. Это позволяет индуцировать ток и напряжение на вторичной обмотке. Батарея постоянного тока, подключенная к трансформатору, подобному показанному ниже, не будет индуцировать ток или напряжение во вторичной обмотке.

Рисунок 5: Повышающий трансформатор

$$ V_{s} = V_{p} \frac{N_{s}}{N_{p}} $$

Где:

\( V_{s }: \) Напряжение на вторичной обмотке

\( V_{p}: \) Напряжение на первичной обмотке

\( N_{s}: \) Количество витков на вторичной обмотке

\( N_{p }: \) Количество витков на первичной обмотке

Если количество витков на вторичной обмотке больше, чем на первичной, то напряжение на вторичной обмотке будет больше, чем на первичной обмотке. это называется повышающий трансформатор .

И наоборот, если первичная обмотка имеет большее количество витков, чем вторичная обмотка, напряжение на вторичной обмотке будет падать, и говорят, что трансформатор понижает напряжение.

Принципы работы магнето

Обычная конструкция магнето, используемая в системах зажигания легких самолетов, состоит из четырехполюсного постоянного магнита, который вращается с высокой скоростью вокруг сердечника катушки из мягкого железа и полюсного башмака. Это индуцирует поток магнитного потока через первичную катушку. Первичная катушка содержит несколько витков проводящего провода, который индуцирует ток в проводе на первичной катушке. Затем повышающий трансформатор увеличивает напряжение на первичной обмотке до значения, достаточного для возникновения искры на свечах зажигания.

Рисунок 6: Схема четырехполюсного магнето

Легче всего продемонстрировать принцип работы магнето, упростив магнето до одного магнита, вращающегося вокруг сердечника катушки из мягкого железа.

Когда магнит выровнен с полюсными башмаками, считается, что магнето находится в положении полного регистра и максимальный магнитный поток проходит через сердечник от северного полюса к южному полюсу.

Рис. 7: Магнит в положении полного регистра (против часовой стрелки)

При вращении магнита на 90° магнитный поток не может пройти через сердечник катушки. Говорят, что магнето находится в нейтральном положении .

Рис. 8: Магнит в нейтральном (без регистра) положении

Магнит продолжает вращаться еще на 90°, и поток снова может проходить через сердечник катушки. Однако на этот раз направление движения потока меняется на противоположное, поскольку северный и южный полюса сместились на 180°. Магнето снова находится в положении полного регистра, но теперь направление потока изменилось на противоположное.

Рисунок 9: Магнит в положении полного регистра (по часовой стрелке)

Если мы вспомним эксперимент Фарадея, в котором он смог индуцировать ток в катушке из-за изменяющегося магнитного потока, мы поймем, что это именно то, что мы делаем, вращая наш магнит вокруг катушки с сердечником. Поток непрерывно меняет направление по мере вращения магнита, поэтому, если бы мы намотали проводник с током вокруг мягкого сердечника, мы могли бы индуцировать ток в катушке . Ток, который мы индуцируем, будет переменный ток , так как направление тока меняется с изменением направления магнитного потока.

Рисунок 10: Схема магнитолета самолета

Это изменение направления тока в катушке является результатом Закона Ленца , который гласит, что ток, индуцируемый через проводник в изменяющемся магнитном поле, должен быть таким, чтобы против направления изменяющегося потока . Если бы ток не препятствовал изменяющемуся магнитному полю, то возникла бы ситуация, когда индуцированный ток вызвал бы увеличение магнитного потока, что вызвало бы больший ток, который, в свою очередь, вызвал бы увеличение магнитного тока и так далее. это бы нарушают принцип сохранения энергии и будут равносильны созданию вечного двигателя. В действительности индуцированный ток действует против изменяющегося магнитного потока.

Рисунок 11: Форма волны переменного тока

Теперь у нас есть средство для генерации переменного тока, индуцируемого изменяющимся магнитным полем вращающегося магнита. Пример, приведенный выше, был для дипольного магнита (одиночный магнит с одним северным полюсом и одним южным полюсом). Магнето, используемые в легких самолетах, обычно представляют собой четырехполюсные магниты, что означает, что в пределах одного полного оборота магнита имеется четыре положения полного регистра.

Выходное напряжение на первичной обмотке зависит от скорости изменения магнитного потока, которая является прямой функцией скорости, с которой может вращаться магнит в магнето.

Используя наши знания о повышающих трансформаторах и зная, что нам требуется напряжение где-то в диапазоне от 10 000 В до 12 000 В для подачи на наши свечи зажигания, мы можем рассчитать количество витков вторичной обмотки, необходимое для шаг напряжения от 20 В до 12 000 В.

$$ N_{s} = \frac{V_{s}}{V_{p}}N_{p} = \frac{12000}{20} N_{p } = 600 Н_{р} $$

Типичная первичная обмотка имеет 180 витков, поэтому вторичная обмотка должна состоять из более чем 100 000 витков. Устанавливать компактное магнето на легкий самолет нецелесообразно. Следовательно, необходимы средства для увеличения напряжения на первичной обмотке до того, как трансформатор повысит напряжение. Таким образом, количество витков во вторичной обмотке можно уменьшить, сохраняя при этом выходное напряжение на требуемом уровне.

Напряжение, индуцируемое в катушке, является функцией скорость изменения магнитного потока . Математически это описывается законом Фарадея: $$ V \propto \frac{d\phi}{dt} $$

Закон Фарадея гласит, что чем больше скорость изменения потока, тем больше напряжение, индуцируемое в первичной обмотке. Скорость изменения потока можно регулировать двумя способами:

1. Увеличить скорость вращения магнита.
2. Уменьшить время изменения потока.

Поскольку магнето откручивается от коленчатого вала двигателя, нецелесообразно просто увеличивать скорость вращения магнето до точки, при которой не будет достигнуто требуемое первичное напряжение.

Еще одна проблема с простым увеличением скорости магнето состоит в том, что синхронизация искры на свече зажигания станет очень сложной, так как теперь точка, в которой достигаются пики напряжения, зависит от скорости магнето. При использовании этого метода время зажигания двигателя будет различаться при каждом числе оборотов двигателя.

Решение этой проблемы заключается в установке на магнето устройства, называемого прерывателем тока . Назначение прерывателя тока состоит в том, чтобы изменить выходное напряжение на первичной и вторичной катушках от постепенного увеличения до пика, а затем спада до скорее пика, а затем почти мгновенного падения до нуля. Это достигается за счет уменьшения временной составляющей, в течение которой поток меняет направление. Для тех из вас, кто более склонен к математике, целью прерывателя тока является уменьшение \(dt\) или времени, в течение которого поток изменяется в соответствии с формулой закона Фарадея. Уменьшая это время, напряжение, индуцированное на первичной обмотке, может быть значительно увеличено до такой степени, что требуется намного меньше витков вторичной обмотки для создания необходимого высокого напряжения, подаваемого на свечи зажигания.

Рисунок 12: Выходное напряжение первичной обмотки без прерывателя тока Рисунок 13: Выходное напряжение первичной обмотки с установленным прерывателем тока

Стандартный магнето легкого самолета с установленным прерывателем тока может генерировать 240 В на первичной обмотке с 180 витками, которые затем повышаются все пути до 24 000 В с помощью трансформатора с 18 000 витков на вторичной обмотке. Вторичная катушка содержит в 100 раз больше витков, чем первичная; повышение напряжения в 100 раз.

Как правило, свеча зажигания срабатывает при гораздо более низком напряжении, чем 24 000 В, которые мы описали выше, возможно, ближе к 5000 В при нормальной работе. Когда на свече зажигания достигается напряжение зажигания, свеча становится проводящей, и ток течет обратно во вторичную катушку, которая по закону Ленца противодействует изменению потока, уменьшая ток и напряжение, индуцируемые во вторичной катушке. Это регулирует выход магнето и поддерживает его работу при требуемом напряжении.

Теперь у нас есть хорошее представление о том, как подается необходимое высокое напряжение на свечи зажигания, но не о том, как устанавливается порядок воспламенения свечей зажигания. Из сообщения о четырехтактном цикле вы знаете, что свечи зажигания загораются не одновременно, а скорее в верхней части такта сжатия, который происходит в двигателе через определенные промежутки времени, поскольку каждый цилиндр находится в разной точке цикла при любое время. Время подачи искры на каждую свечу зажигания контролируется распределителем.

Дистрибьютор

Традиционные легкие самолеты (Cessna, Piper и т. д.) используют зажигание с механической синхронизацией. Это означает, что время срабатывания свечи зажигания не контролируется компьютером, а управляется с помощью механического устройства, называемого распределителем . Как следует из названия, цель распределителя состоит в том, чтобы распределять искру, генерируемую магнето, и обеспечивать срабатывание каждой свечи зажигания в правильном порядке и в нужное время.

Распределитель состоит из ротора, распределительного блока и количества клемм, равного количеству свечей зажигания в двигателе. Ротор приводится в движение распределительным валом и вращается внутри распределительного блока, последовательно проходя каждую клемму.

Рисунок 14: Схема распределителя двигателя

Распределительный блок изготовлен из материала, который не проводит электричество. Каждая клемма подключена к соответствующей свече зажигания. Высокое напряжение от вторичной катушки магнето поступает в распределитель и протекает через плечо ротора. Когда плечо ротора вращается вокруг каждой клеммы, высокое напряжение передается от ротора к клемме и на соответствующую свечу зажигания, вызывая срабатывание этой свечи. Ротор и клемма не соприкасаются, а проходят очень близко друг к другу. Затем высокое напряжение может перепрыгнуть через промежуток и продолжиться на свечу зажигания через провода высокого напряжения.

Для получения дополнительной информации о конструкции и работе свечей зажигания, пожалуйста, обратитесь к предыдущему сообщению, в котором это было описано более подробно.

Системы Magneto классифицируются как High Tension (H.T.) или Low Tension (L.T.) . Это относится к тому, где в процессе напряжение повышается до уровня, необходимого для зажигания свечей зажигания. В Х.Т. В системе напряжение повышается до конечного напряжения в корпусе магнето, а затем подается к распределителю и свечам зажигания через высокотемпературный клапан. приводит. В Л.Т. системы трансформатор расположен очень близко к свечам зажигания, поэтому напряжение остается ниже в течение более длительного периода движения. Преимущество этого заключается в том, что вся система легче, поскольку меньший L. T. лиды используются в большей части системы.

Средства запуска двигателя

Магнит, присутствующий в каждой системе магнето, вращается посредством механического соединения с двигателем. Это представляет проблему во время запуска двигателя, поскольку магнето эффективно только для создания искры, которая вызовет запуск двигателя, когда магнит вращается со скоростью выше 500 об / мин. Поэтому необходимо использовать альтернативный метод запуска двигателя, прежде чем магнето сможет взять на себя управление и произвести искры, необходимые для продолжения зажигания. Давайте рассмотрим три различных метода, которые обычно используются для облегчения запуска двигателя легкого самолета.

Индукционный вибратор

Это широко используемый метод облегчения запуска двигателя, включающий обход магнитной части магнето и подачу на первичную катушку одного из магнето пульсирующего потока постоянного тока, отбираемого от аккумулятора. . Механизм, называемый вибратором, отвечает за создание импульсов и работает по принципу электромагнитной индукции. Магнитное поле, возникающее при подаче тока на вибратор, вызывает размыкание контакта в вибраторе, что останавливает ток и разрушает магнитное поле. Как только магнитное поле исчезает, контакт в вибраторе замыкается, и ток снова течет. Этот цикл повторяется с очень высокой частотой, которая посылает импульсы напряжения на первичную и вторичную катушки. Эти импульсы могут быть преобразованы во вторичной обмотке, так как они постоянно меняются; аналогично источнику переменного тока.

Эти импульсы очень высокого напряжения поступают к распределителю в виде «искрового ливня» и далее к свечам зажигания для запуска двигателя.

Индукционные вибраторы можно найти на самолетах, которые используют Off, Left, Right, оба и Start переключатель зажигания в кабине, как вы видели бы в Cessna 172. Индукционный вибратор подключен только к одному из двух магнето . Другое магнето заземляется во время запуска, и после запуска двигателя ключ зажигания возвращается в положение 9. 0003 оба положения двигатель будет нормально работать на обоих магнето.

Импульсная связь

Импульсная связь — это еще один метод, который можно использовать для запуска зажигания до того, как магнето достигнет скорости вращения, необходимой для нормальной работы. Импульсная муфта обычно крепится к одному магнето и состоит из подпружиненной муфты и маховика, который задерживает, а затем разгоняет магнето до скорости, при которой может генерироваться искра. Импульсная муфта также задерживает искру, а это означает, что искра поступит в цилиндр позже, чем при нормальной работе. Таким образом, двигатель срабатывает с поршнем дальше по его ходу, что способствует запуску двигателя на более низких оборотах.

Бустерная катушка

Метод запуска двигателя с бустерной катушки включает в себя общий обход магнето и подачу высокого напряжения, генерируемого через индукционную катушку, непосредственно на распределитель. При использовании вспомогательной катушки для запуска двигателя распределитель модифицируется, чтобы иметь два электрода на роторе. Основной электрод используется во время нормальной работы и питается от магнето, в то время как вспомогательный электрод подключен к вспомогательной катушке и расположен так, что он следует за основным электродом. Это помогает задержать искру, подаваемую в цилиндр, что способствует запуску двигателя.

Система зажигания в кабине

Мы завершим этот урок обсуждением системы зажигания, управляемой пилотом в кабине. Мы уже обсуждали, что на легком самолете установлены две независимые магнетосистемы, чтобы обеспечить достаточную избыточность в системе.

Авиационный двигатель будет продолжать работать на одном магнето, однако никогда нельзя подниматься в воздух, зная, что только один из двух работает правильно. Выполнение теста сброса магнита является частью каждого контрольного списка перед взлетом и включает в себя запуск двигателя до расчетной скорости (обычно около 1700 об / мин в Cessna 172), циклическое переключение между каждым из положений магнето левый, правый, оба и обеспечение отключения магнето при заземлении.