Tændingssystemet er et sæt af alle instrumenter og enheder, der giver udseendet af en elektrisk gnist, der antænder luft-brændstofblandingen i cylindrene i en forbrændingsmotor på det rigtige tidspunkt. Dette system er en del af det samlede elektriske system .
I de første motorer (for eksempel Daimler -motoren såvel som den såkaldte semi- diesel ) antændtes brændstof-luftblandingen ved slutningen af kompressionsslaget fra et varmt glødehoved - et kammer, der kommunikerer med forbrændingskammeret (synonym - gløderør). Før start skulle glødehovedet opvarmes med en blæselampe , hvorefter dets høje temperatur blev opretholdt ved forbrænding af brændstof under motordrift. I øjeblikket arbejder glødemotorer, der bruges i forskellige modeller ( fly- , auto- , skibsmodeller ), efter dette princip. Glødetænding vinder i dette tilfælde med sin enkelhed og uovertrufne kompakthed.
Dieselmotorer har heller ikke et tændingssystem, brændstoffet antændes ved slutningen af kompressionsslaget fra luften, der er meget varm i cylindrene.
Kompressionskarburatormotorer har ikke brug for et tændingssystem , luft-brændstofblandingen antændes ved kompression. Disse motorer bruges også til modellering [1] .
Men gnisttændingssystemet slog virkelig rod på benzinmotorer , det vil sige et system, hvis kendetegn er antændingen af blandingen ved en elektrisk udladning, der bryder gennem luftgabet mellem tændrørets elektroder .
Der findes i øjeblikket tre varianter af tændingssystemer: magneto -baseret, batteridrevet bilbatteritænding og batteriløse tændingssystemer, der bruger en motorcykelgenerator .
Det kan skelnes mellem: kredsløb uden brug af radio-elektroniske komponenter ("klassiske") og elektroniske .
Ordninger med elektronisk tænding er opdelt i:
Magneto er en specialiseret generator , der kun producerer elektricitet til tændrøret. Designet er en permanent magnet , som modtager rotation fra krumtapakslen på en benzinmotor og en stationær generatorvikling med et lille antal vindinger af tyk ledning ( induktor ). På et fælles magnetisk kredsløb med en generatorvikling er der et højspændingskredsløb (med et stort antal vindinger af en tynd ledning). Den genererede lavspændingsspænding omdannes til højspænding, der er i stand til at "bryde igennem" tændrørets gnistgab. En af udgangene på hver spole er forbundet med "massen" (motorhus), den anden udgang af højspændingsviklingen er forbundet til tændrørets centrale elektrode. Hvis magneten er kontakt, er en afbryder med en kondensator forbundet parallelt forbundet med den anden udgang af lavspændingsviklingen til "jorden" (nødvendig for at reducere gnistdannelse og afbrænding af kontakterne). På det rigtige tidspunkt (tændingstidspunkt) åbner kammen afbryderkontakterne, og en gnist springer på stearinlyset . Der er ingen afbryder i elektroniske kontaktløse magneter, der er en styrespole, på det rigtige tidspunkt genereres en styreimpuls på den elektroniske enhed. Transistorer eller tyristorer åbner, strøm løber til en højspændingsspole. Energi er desuden lagret i kondensatorer eller induktorer, hvilket øger gnistens kraft.
Fordelen ved magneto er enkelhed, kompakthed og lethed, lave omkostninger, intet behov for et batteri . Magneto er altid klar til at gå. Det bruges hovedsageligt på småt udstyr - for eksempel på motorsave , plæneklippere , bærbare gasgeneratorer osv. Magneto blev også brugt på tidlige stempelflymotorer.
Det andet, mest almindelige system er batteritændingssystemet . I dette tilfælde er strømforsyningen fra et bilbatteri , og når motoren kører , genereres elektricitet af en bilgenerator, der er forbundet parallelt med batteriet.
Tændingskontakten, afbryderen og den primære vikling af tændspolen med ekstra modstand er forbundet i serie med strømkilderne.
Tændspolen er en pulstransformator . Tændspolens hovedfunktion er at omdanne en lav (12 volt) spænding til en højspændingsimpuls (titusindvis af volt), der kan " bryde igennem " gnistgabet på stearinlyset.
Højspændingskredsløb - sekundær vikling af tændspolen, tændingsfordeler , højspændingsledninger og tændrør.
Hvis motoren er en-cylindret , så er der ingen højspændingsfordeler; det er heller ikke nødvendigt på to-cylindrede motorer, når du bruger to-gnist tændspoler. For nylig er der blevet placeret en spole på hver cylinder (som giver dig mulighed for at placere spolen direkte på stearinlyset som en spids og opgive højspændingsledninger) eller en to-gnist spole til et par cylindre.
Driftsprincippet er baseret på loven om elektromagnetisk induktion .
Fra batteriet, med tændingen tændt og afbryderkontakterne lukkede, passerer en lavspændingsstrøm gennem tændspolens primære vikling og danner et magnetfelt omkring den . Åbning af afbryderkontakter fører til forsvinden af strømmen i primærviklingen og magnetfeltet omkring den. Det forsvindende magnetfelt inducerer en højspænding (ca. 20-25 kilovolt ) i sekundærviklingen. Fordeleren leverer skiftevis højspændingsstrøm til højspændingsledninger og tændrør, mellem elektroderne, hvoraf en gnistladning springer, antændes luft-brændstofblandingen i motorcylindrene .
Det forsvindende magnetfelt krydser ikke kun sekundærviklingen, men også primærviklingen, som et resultat af hvilken en selvinduktionsstrøm med en spænding på omkring 250-300 volt opstår i den. Dette fører til gnistdannelse og afbrænding af kontakterne, desuden bremses afbrydelsen af strømmen i primærviklingen, hvilket fører til et fald i spændingen i sekundærviklingen. Derfor er en kondensator forbundet parallelt med afbryderens kontakter (normalt med en kapacitet på 0,25 mikrofarads ).
I serie med tændspolens primære vikling er en ekstra modstand (eller ekstra modstand ) tændt. Ved lave hastigheder er afbryderkontakterne lukket det meste af tiden, og der strømmer mere end nok strøm gennem viklingen til at mætte det magnetiske kredsløb . Den overskydende strøm opvarmer spolen ubrugeligt . Ved start af motoren shuntes den ekstra modstand af startrelæets kontakter , hvorved energien af den elektriske gnist på tændrøret øges.
På lette motorcykler (for eksempel motorcykler "Minsk" , " Voskhod "), knallerter og påhængsmotorer er generatorer med selvmagnetisering (eller med en roterende permanent magnet ) installeret . En af statorviklingerne genererer elektricitet til tændrøret, resten - til at drive køretøjets elektriske udstyr ( forlygter , navigationslys på en lille båd , kabinebelysning ) . Statorviklingen kan kombineres med tændspolen og selve generatoren - med afbryderenheden . Batteriet på køretøjet er ikke nødvendigt (men det kan være til stede på fartøjet til belysning på parkeringspladsen, det oplades af generatoren på farten, når påhængsmotoren kører).
En stor strøm strømmer gennem kontakterne på afbryderen til det "klassiske" tændingssystem, hvilket forårsager deres hurtige slid, og lavspændingsstrømmen afhænger af motorhastigheden . Efter fremkomsten af halvlederelementer ( tyristorer og transistorer ), begyndte elektroniske tændingssystemer at blive produceret, først kontakt, som en tilføjelse til den "klassiske", derefter ikke-kontakt.
I et kontakt elektronisk tændingssystem passerer en lille strøm gennem afbryderen, selve afbryderen får kontaktens elektroniske kredsløb til at fungere, hvilket genererer en impuls i tændspolens primære vikling. Takket være elektroniske komponenter kan spændingen i primærviklingen øges, når motoren startes, kan kontakten afgive flere impulser i træk, hvilket letter tændingen af brændstofblandingen, føreren kan nemt justere tændingstidspunktet fra sit sæde.
Så på biler ZIL-130 , ZIL-131 og GAZ-53 blev der regelmæssigt installeret et kontakt-transistor-tændingssystem. I USSR blev der solgt elektroniske tændingsenheder (Oka, Iskra, Iskra-2 osv.), som bilister selvstændigt installerede på deres Zaporozhets, Zhiguli og Moskvichs. Den elektroniske tændingsenhed kan nemt deaktiveres, hvis den ikke fungerer korrekt.
Systemer med energilagring i induktans ( transistor ) indtager en dominerende position inden for teknologi. Funktionsprincippet - når en elektrisk strøm løber fra en ekstern kilde gennem tændspolens primære vikling, lagrer spolen energi i sit magnetfelt, når denne strøm stopper, genererer selvinduktions-EMK en kraftig impuls i spolens viklinger , som fjernes fra den sekundære (højspændings) vikling og føres til stearinlyset. Pulsspændingen når 20-40 tusinde volt uden belastning. I virkeligheden, på en kørende motor, bestemmes højspændingsdelens spænding af nedbrydningsforholdene for tændrørets gnistgab i en bestemt driftstilstand og varierer fra 3 til 30 tusinde volt i typiske tilfælde. Afbrydelsen af strømmen i viklingen i mange år blev udført af konventionelle mekaniske kontakter, nu er styringen af elektroniske enheder blevet standarden, hvor nøgleelementet er en kraftig halvlederenhed : en bipolær eller felteffekttransistor .
Systemer med energilagring i en tank (alias " kondensator " eller " tyristor ") dukkede op i midten af 1970'erne på grund af fremkomsten af en overkommelig elementbase og øget interesse for roterende stempelmotorer. Strukturelt ligner de praktisk talt de ovenfor beskrevne systemer med energilagring i induktans , men adskiller sig ved, at i stedet for at føre jævnstrøm gennem spolens primære vikling, er en kondensator forbundet til den, opladet til en højspænding (typisk fra 100 til 400 volt). Det vil sige, at de obligatoriske elementer i sådanne systemer er en spændingsomformer af en eller anden type, hvis opgave er at oplade lagerkondensatoren, og en højspændingsafbryder, der forbinder denne kondensator til spolen. Som en nøgle bruges som regel tyristorer . Ulempen ved disse systemer er designkompleksiteten, og utilstrækkelig pulsvarighed i de fleste designs, fordelen er den stejle front af højspændingsimpulsen, som gør systemet mindre følsomt over for tændrørssprøjt, hvilket er typisk for roterende stempelmotorer.
Den vigtigste parameter, der bestemmer driften af tændingssystemet, er det såkaldte tændingsmoment , det vil sige det tidspunkt, hvor systemet antænder den komprimerede arbejdsblanding med en gnistudladning. Tændingsøjeblikket bestemmes som positionen af motorens krumtapaksel i det øjeblik, hvor impulsen påføres stearinlyset foran det øverste dødpunkt i grader (typisk fra 1 grad til 30).
Dette skyldes, at der kræves noget tid til forbrændingen af arbejdsblandingen i cylinderen (flammefrontens hastighed er ca. 20-30 m/s). Hvis du antænder blandingen i stempelposition ved øverste dødpunkt (TDC), vil blandingen brænde ud allerede ved ekspansionsslaget og delvist ved udløbet og vil ikke give et effektivt tryk på stemplet (med andre ord at indhente stempel, vil det flyve ud i udstødningsrøret). Derfor er den (optimale) tændingstidspunkt valgt på en sådan måde (foran TDC), at det maksimale tryk af de brændte gasser falder ved TDC.
Det optimale tændingstidspunkt afhænger af stempelhastigheden (motorhastigheden), graden af berigelse/udtømning af blandingen og lidt af brændstoffets fraktionelle sammensætning (påvirker blandingens forbrændingshastighed). For automatisk at bringe tændingstidspunktet til det optimale, anvendes centrifugal- og vakuumregulatorer eller en elektronisk styreenhed.
Under belastningsforhold i benzinmotorer ved optimale (med hensyn til blandingens brændhastighed) tændingsvinkler opstår der ofte detonation (eksplosiv forbrænding af blandingen), derfor for at undgå det, gøres det faktiske tændingstidspunkt lidt mindre, op til detonationstærskel (ved at levere den indledende fremføringsvinkel manuelt eller styreenhedens elektronik - automatisk, i bevægelse). I moderne motorer indstiller styreprogrammet konstant tændingsvinklen lidt tidligere, flytter konstant tændingen til den tidlige side, i små trin af brøkdele af en grad, og i det øjeblik detonationskriteriet vises, skifter programmet tændingen et par stykker grader til den sene side, så gentages processen. Som et resultat "fører" systemet tændingstidspunktet til randen af detonation, hvilket bidrager til at opnå det maksimale afkast fra motoren. Siden introduktionen af EURO-3 standarden er tændingstidspunktet blevet styret separat for hver cylinder.
Både "sen tænding" og "tidlig tænding" (i forhold til optimal) fører til et fald i motoreffekt og reduceret virkningsgrad på grund af reduceret virkningsgrad, samt overdreven varme og stress på motordele. "Tidlig ignition" fører desuden til alvorlig detonation , især når du trykker skarpt på gaspedalen. Justering af tændingstidspunktet på biler består normalt i at indstille det tidligste tændingspunkt, der endnu ikke fører til detonation under acceleration.
Ældre motorer brugte en roterende knast og en kontaktgruppe (afbryder), der bryder kredsløbet ved en bestemt position af akslen. Dette forenklede det elektriske lavspændingskredsløb i tændingssystemet til to ledninger - fra batteriet til spolen og fra spolen til afbryderen. Ulempen ved dette system var den lave pålidelighed af afbryderkontakterne og kondensatoren forbundet parallelt med dem (måske det mest upålidelige sted i motoren som helhed), kontakternes sårbarhed over for kulstofaflejringer og fugt.
Med udviklingen af elektronik blev afbryderen forladt og erstattede den med berøringsfri sensorer - induktive, optiske eller de mest almindelige Hall-sensorer baseret på effekten af at ændre ledningsevnen af en halvleder i et magnetfelt. Fordelen ved berøringsfri kredsløb er, at der ikke er behov for periodisk vedligeholdelse, med undtagelse af udskiftning af tændrør. I dette tilfælde, for at udstede en kraftig stigning / fald af spænding til spolen, er der brug for et elektronisk kredsløb, der gør dette baseret på signalet fra sensoren. Det er her navnet på denne mulighed kommer fra: "kontaktløs elektronisk tænding". Det elektroniske kredsløb er normalt implementeret som en enkelt - ofte ikke-reparerbar - knude, i daglig tale kendt som en "switch".
På sovjetiske båd [4] og motorcykel [5] motorer er kontaktløs elektronisk tænding blevet brugt siden 1970'erne; på masse personbiler - startende med VAZ-2108 (1984, med en Hall master sensor i tændingsfordeleren), selvom tidligere på de specielle "nordlige" versioner af ZIL-130, Ural-375 lastbiler, Iskra kontaktløs tænding med en silicium transistor switch blev brugt, det samme system blev brugt i en fuldt afskærmet version på militære og specialkøretøjer. Tændingstidssensoren i dette system var af en generatortype (en flerpolet magnet roterer i tændingsfordeleren, hvilket inducerer impulser i sensorinduktoren ) .
I moderne biler blev den erstattet af en krumtapakselpositionssensor og en fasesensor (i de nyeste indsprøjtningssystemer bruges fasesensoren ikke, indfasning udføres ved at måle krumtapakslens acceleration, når tændingsvinklerne for forskellige cylindre ændres, hvilket var tidligere vanskelig at implementere på grund af utilstrækkelig computerkraft i styreenhederne). Det nøjagtige øjeblik for gnistdannelse beregnes af den elektroniske styreenhed afhængigt af aflæsningerne fra mange andre sensorer ( bankesensor , gashåndtagspositionssensor osv.) og afhængigt af køretilstand og motordrift.
En centrifugal tændingstidsstyring er en enhed, der ændrer positionen af lukkeren på en berøringsfri sensor eller kontaktknast (og dermed tændingstidspunktet) afhængigt af motorhastigheden.
Den består af vægte (normalt to), som, med en stigning i motorhastigheden, divergerer, overvinder fjedrenes modstand, mens de drejer en del af akslen med en lukker eller knast fremad ( forøger tændingstidspunktet med stigende hastighed ).
Vakuumregulatoren er en enhed, der ændrer sensorens position i forhold til den indledende ( og derfor tændingstidspunktet ) afhængigt af vakuumet i indsugningsmanifolden , det vil sige graden af åbning af gasspjældet og motorhastigheden . Indeholder typisk en slange fra afbryder/sensorsamling til karburator eller indsugningsmanifold. Ved afbryderen virker vakuumet på membranen, som ved at overvinde fjederens modstand flytter sensoren (afbryderens kontakter) mod bevægelsen af kammen (gardinerne), det vil sige øger tændingstidspunktet med et stort vakuum i indsugningsmanifolden (i dette tilfælde brænder blandingen længere, disse er lavbelastningstilstande ved høje motorhastigheder).
Centrifugal- og vakuumregulatorer giver dig mulighed for at opnå den optimale tændingstidspunkt i alle motordriftstilstande. De bruges ikke længere i moderne motorer, da opgaven med at bestemme det optimale gnistmoment er blevet flyttet til mikroprocessoren (i den elektroniske styreenhed eller controller), som også tager højde for gasspjælds position, motorhastighed, banke sensorsignaler mv.
På motorer med elektroniske brændstofindsprøjtningssystemer udføres funktionerne af centrifugal- og vakuumregulatoren af motorstyringsenhedens program.
Tændspolen (ofte omtalt som en "spole") er en pulstransformator , der omdanner en kraftig stigning/fald i spændingen fra en afbryder /omskifter til en højspændingsimpuls. I encylindrede motorer (båd, motorcykel) bruges en spole til hver cylinder, forbundet til et tændrør med en højspændingsledning. Flercylindrede motorer har traditionelt brugt en enkelt spole og fordeler; dog bruger de fleste moderne motorer flere tændspoler, enten kombineret i et enkelt hus med elektroniske kontakter (det såkaldte "tændingsmodul"), mens hver spole giver en gnist i en bestemt cylinder eller i grupper af cylindre, hvilket eliminerer tændingsfordeler eller individuelle spoler er installeret direkte på hvert stearinlys; samtidig er spolerne lavet i form af spidser sat på stearinlys, der strukturelt kombinerer selve højspændingstransformatoren og strømstyringskontakten, hvilket også gør det muligt at afvise højspændingsledninger. Overgangen til "one coil-one candle"-systemet er primært forbundet med en øget grad af boosting af automobilmotorer, hvilket indebar en stigning i motorens driftshastighed. Dette fik igen systemer med en enkelt spole og en højspændingsfordeler til at nærme sig de fysiske grænser for en enkelt spoles muligheder: For at skabe en kraftig gnistutladning i en spole er det nødvendigt at akkumulere en masse energi (ca. 50 mJ pr. udladning), hvilket betyder, at det er nødvendigt at øge spolens induktans. Forøgelse af den samme induktans øger uundgåeligt tiden for akkumulering af energi i spolen. I tilfældet med flercylindrede motorer betød det en blindgyde. Løsningen var først udseendet af DIS-systemer (en spole til to cylindre), og derefter logisk udviklet til systemet "én spole - et stearinlys". Ofte - i tilfælde af motorer med stort slagvolumen eller motorer, der kører på magre blandinger - bruges to- eller flerpunkts tænding til at reducere blandingens forbrændingsfase eller for at øge pålideligheden (flymotorer). I dette tilfælde er der enten installeret to sæt tændspoler og fordelere, eller der bruges et kredsløb med individuelle spoler (for eksempel Honda LxxA-motorer). Også i motorer med et lige antal cylindre bruges ofte et kredsløb med en to-gnist tændspole, der indeholder ledninger fra begge ender af højspændingsviklingen og følgelig føder to tændrør placeret i cylindre, cyklerne i som er forskudt i forhold til hinanden, så en gnist, der ikke er nødvendig i øjeblikket, rammer pr. udstødnings- eller udluftningsslag. Fordel: giver dig mulighed for at forenkle tændingskredsløbet; desuden i tilfælde af to-cylindrede motorer - dramatisk. Dobbelt-gnist tændspoler bruges på Oka biler , Dnepr motorcykler .
Tændingsfordeleren (almindeligvis kaldet "fordeler") er en højspændingsafbryder, hvis skyder modtager rotation fra motorens knastaksel , forbinder tændspolen til det aktuelt nødvendige tændrør. Normalt udført i ét hus og på én aksel med en afbryder/akselpositionssensor. Den består af en bevægelig kontakt (skyder) og et dæksel, hvortil en højspændingsledning er forbundet fra spolen og flere - videre til stearinlysene.
Ganske pålidelig, men kræver periodisk rengøring; også fører dækrevner ofte til motorens funktionsfejl - især i vådt vejr. Løberen har en tendens til at brænde.
I moderne motorer bruges fordeleren ikke, hvilket giver plads til tændingsmoduler ved hjælp af separate spoler til separate grupper af stearinlys eller spoler monteret direkte på stearinlysene.
Højspændingsledninger forbinder tændspolen til den centrale kontakt på fordelerhætten og fordelerens sidekontakter til tændrørene. Hvis motoren er encylindret eller en to-gnist tændspole, så går ledningen fra spolen direkte til tændrøret. En højspændingsledning er en snoet ledning omgivet af flerlagsisolering , der kan modstå en potentialforskel på op til 40 kilovolt. De er karakteriseret ved fordelt aktiv modstand (af størrelsesordenen flere kiloohm pr. meter), eller den såkaldte "nulmodstand" (af størrelsesordenen flere ohm pr. meter). For nylig er silikoneisolering blevet brugt som mere pålidelig og holdbar. Afskærmede ledninger (med metalfletning) bruges også for eksempel på biler med radiostationer for at reducere radiointerferens . I enderne af højspændingsledningerne er der taster til tilslutning til tændspole, fordelerhætte og tændrør.
I nogle moderne biler er tændspolerne monteret direkte på tændrørene, og der bruges ikke højspændingsledninger.
Tændrøret skrues ind i topstykket (eller i topstykket), en højspændingsledning er forbundet til kontaktterminalen ved hjælp af en spids. En elektrisk gnist springer gennem luftgabet mellem midter- og sideelektroden og antænder luft-brændstofblandingen. Der er også tændingssystemer til benzinmotorer med to stearinlys og følgelig to spoler pr. cylinder (eller to magneter , som på flystempelmotorer). To tændrør pr. cylinder bruges af hensyn til at forkorte længden af forbrændingsfronten i cylinderen, hvilket giver dig mulighed for lidt at flytte tændingstidspunktet til den tidlige side og få lidt mere effekt fra motoren. Det øger også systemets pålidelighed.
Alle fejl i tændingssystemer kan opdeles i kategorier:
De fleste komponenter i tændingssystemet kan ikke repareres, og i tilfælde af fejl udskiftes de med brugbare. De hyppigst svigtende noder:
Ud over producenter af originale tændingssystemkomponenter er der adskillige internationale producenter, der specialiserer sig i eftermarkedet af autokomponenter, f.eks.