1. Корпус (ізоляційна пластмаса). 2. Вторинна обмотка. 3. Висновки первинної обмотки (низької напруги). 4. Сердечник. 5. Первинна обмотка. 6. Виведення вторинної обмотки (високої напруги). 7. Скоба кріплення вимикача запалювання. 8, 12. Корпус вимикача запалювання. 9, 16. Замок. 10, 13. Контактна частина. 11, 15. Облицювання. 14. Колодка для підключення реле запалювання. 17. Фіксуючий штифт. 18. Запірний стрижень протиугінного пристрою. 19. Контактна втулка. 20. Ізолятор. 21. Контактний стрижень. 22. Корпус свічки. 23. Склогерметик. 24. Ущільнювальна шайба. 25. Тепловідвідна шайба. 26. Центральний електрод. 27. Бічний електрод. 28. Наконечник для приєднання до котушки запалювання. 29, 34. Захисний ковпачок. 30. Зовнішня ізолююча оболонка. 31. Внутрішня оболонка. 32. Шнур із лляного волокна. 33. Струмопровідна обмотка. 35. Наконечник для приєднання до свічки запалювання. 36. Реле запалювання. 37. Приєднувальна колодка. 38. Вимикач запалювання.
а - отвір для фіксуючого штифта
На автомобілях «Ока» застосовується безконтактна система запалювання високої енергії. У неї замість переривника (з контактами) для розмикання ланцюга низької напруги застосовується електронний комутатор, який розмикає та замикає ланцюг при замиканні та відмиканні потужного вихідного транзистора (тобто без контактів).
До вузлів системи запалення відносяться: котушка запалення, вимикач запалювання, датчик моменту іскроутворення, комутатор і дроти високої та низької напруги. Зазвичай у системах запалювання застосовується ще розподільник запалювання для почергової подачі імпульсів високої напруги до циліндрів двигуна. Тут же розподільника запалювання немає, а імпульси високої напруги подаються одночасно до свічок запалювання обох циліндрів і двічі за час робочого циклу двигуна (за два обороти колінчастого валу). Таким чином, один імпульс у кожному циліндрі є робочим, а другий – неодруженим.
Котушка запалювання
Котушка запалювання - марки 29.3705 високої енергії, з двома високовольтними висновками та з розімкненим магнітопроводом. Вона кріпиться двома гайками до кронштейна на бризковику лівого колеса.
Котушка запалювання має сердечник 4, набраний із тонких пластин електротехнічної сталі. Поверх сердечника на картонному каркасі намотана первинна (низьковольтна) обмотка 5, а потім вторинна (високовольтна) обмотка 2. Шари обмоток розділені електроізоляційним папером, а між собою обмотки ізольовані пластмасою. Кінці первинної обмотки припаяні до штекерів 3. а вторинної - до гнізд 6. Серце з обмотками залитий пластмасою. Опір первинної обмотки складає (0,5±0,05) Ом, а вторинної - (11+1,5) ком.
На автомобілях «Ока» може також застосовуватись взаємозамінна котушка запалювання типу 3012.3705. Вона являє собою трансформатор із сердечником, набраним із Ш-подібних пластин електротехнічної сталі. Обмотки запити ізоляційною пластмасою. Опір первинної обмотки у котушки 3012.3705 складає (0,35±0,035) Ом, а вторинної - (4,23±0,42) ком.
Комутатор
Електронний комутатор служить для переривання струму в первинному ланцюзі котушки запалювання сигналами датчика моменту іскроутворення. Комутатор встановлюється у відсіку двигуна та кріпиться двома гайками на кронштейні, привареному до щитка передка.
На автомобілях «Ока» можуть застосовуватися комутатори різних марок: 3620.3734, або ВАТ 10.2, або HIM-52, або 76.3734, або РТ1903 або PZE4022 або К563.3734. Усі вони взаємозамінні. Комутатори перших двох марок зібрані з окремих елементів - транзисторів, мікросхем, резисторів і т. д., спаяних у загальну схему на друкованій платі фольгованого склотекстоліту. Для переривання струму служить потужний транзистор високовольтний типу КТ-848А, спеціально розроблений для роботи в системі запалення високої енергії. Друкована плата разом з вихідним транзистором розміщена в литому алюмінієвому корпусі.
Комутатори марок ВАТ 10.2 та HIM-52 мають гібридне виконання, тобто всі їх елементи об'єднані в одній великій інтегральній схемі. Конструктивно ці комутатори оформлені у невеликому прямокутному пластмасовому корпусі, закріпленому на металевій пластині.
Комутатор підтримує постійну величину імпульсів струму (схема II, лист 33) на рівні 8...9 А незалежно від коливань напруги у бортовій мережі автомобіля. У схемі комутатора є пристрій для автоматичного зменшення тривалості імпульсу струму в первинній обмотці котушки запалення зі збільшенням частоти обертання колінчастого валу двигуна. Крім того, передбачено автоматичне відключення струму через котушку запалювання при двигуні, що не працює, але включеному запаленні. Через 2...5 після зупинки двигуна вихідний транзистор комутатора замикається, не створюючи при цьому іскри на свічках запалювання.
Вимикач запалювання
Вимикач запалення призначений для включення та відключення ланцюгів запалювання, запуску двигуна та інших споживачів. Він кріпиться на кронштейні валу рульового управління за допомогою скоби 7 і може бути двох взаємозамінних типів: 2108-3704005-40 вітчизняного виробництва та KZ-813, що виготовляється в Угорщині. Вимикачі запалювання застосовуються разом із реле запалювання типу 113.3747-10, яке закріплено під панеллю приладів.
Конструктивно вимикачі KZ-813 та 2108-3704005-40 виконані по-різному. Вимикач запалювання KZ-813 має циліндричний корпус 12, який вставляються контактна частина 13 і замок 16, з'єднані гвинтами. Замок закріплений в корпусі гвинтом і штифтом 17, що входять в отвір корпусу. Щоб вийняти замок з корпусу, необхідно втопити штифт 17. Зовні вимикач запалювання закритий пластмасовим облицюванням 15.
У вимикача запалення 2108-3704005-40 замок 9 знаходиться в корпусі 8. Контактна частина 10 надягає на замок і кріпиться до корпусу гвинтом. Зовні вимикач також закритий пластмасовим облицюванням 11.
Ключ вимикачів запалювання є реверсивним, тобто може вставлятися в замок у будь-якому положенні. В обох вимикачів запалення в замку є блокування проти повторного включення стартера без попереднього вимикання запалення, тобто неможливий повторний поворот ключа з положення I положення II без попереднього повернення його в положення 0. Крім того, є протиугінний пристрій. Принцип його дії полягає в тому, що після виймання ключа із замка у положенні III («Стоянка»), з корпусу висувається запірний стрижень 18, входить в паз валу рульового управління і блокує його.
На схемі комутації показано, які замикаються контакти при різних положеннях ключа. Напруга від джерел живлення підводиться до контактів «30» і «30/1», а знімається з контактів «INT», «50», «15/2» і «Р». Контакт «15/1» (для включення ланцюга запалювання) не має безпосереднього виходу на штекери колодки 37, а через реле 36 запалення.
Свіча запалювання
Свічка запалювання призначена для запалення горючої суміші в циліндрах іскровим розрядом між електродами. На автомобілях «Ока» можуть бути встановлені свічки запалювання FE65PR або FE65CPR, виготовлені у Боснії. Відмінність свічки FE65CPR у тому, що у неї в центральному електроді є мідний сердечник для покращення тепловідведення від кінця електрода до корпусу (про це говорить літера С у позначенні свічки). Літера F у позначенні вказує, що корпус свічки має різьблення М14Х1.25, а друга буква (Е) - що довжина цього різьблення 19 мм. Цифри (65) характеризують гартальне число свічки. Літера Р означає, що тепловий конус (спідниця) ізолятора виступає за торець корпусу, а буква R - що свічка має певний внутрішній опір для придушення радіоперешкод.
Можуть також встановлюватися аналогічні свічки вітчизняного виробництва А17ДВР, або А17ДВРМ, або А17ДВРМ1.
Конструкція свічок нерозбірна. У сталевому корпусі 22 завальцований керамічний ізолятор 20, всередині якого знаходиться складовий електрод, що складається з контактного стрижня 21 та центрального електрода 26. Бічний електрод 27 приварений до корпусу. Нижня частина стрижня 21 та верхня частина центрального електрода залита спеціальним струмопровідним склогерметиком 23 з опором 4...10 кОм. Він не допускає прориву газів через отвір ізолятора та одночасно виконує роль резистора для придушення радіоперешкод. Для виключення витоку газів через різьблення корпусу служить шайба ущільнювача 24 з м'якого заліза, яка затискається між корпусом свічки і торцевою поверхнею гнізда в головці циліндрів
Зазор між електродами свічки повинен бути в межах 0,7...0,8 мм. Він регулюється підгинання бокового електрода 27. Регулювати зазор підгинання центрального електрода не допускається, так як можна зламати спідницю ізолятора. Працюючи свічки відбувається перенесення металу з бокового електрода на центральний. В результаті на бічному електроді утворюється виїмка, а на центральному - горбок. Тому перевіряти зазор між електродами свічки необхідно не плоским, а круглим дротяним щупом.
Зазор між корпусом свічки та ізолятором герметизований за допомогою сталевої шайби 25 і термоосади корпусу. Термоосадка полягає в нагріванні пояска корпусу (під шестигранником) струмами високої частоти до температури 700...800°З у подальшому опресовуванні корпусу зусиллям 20...25 кН. Шайба 25 одночасно служить для відведення тепла від ізолятора до корпусу, підтримуючи температуру спідниці ізолятора на певному рівні.
Температура ізолятора під час роботи двигуна в основному залежить від довжини спідниці та від теплової напруженості двигуна. Чим довша спідниця, тим гірше тепловідведення від спідниці до корпусу і тим «гаряче» свічка. Оптимальна температура спідниці ізолятора повинна бути в межах 500...600°С. Якщо температура буде нижчою за 500°С, тобто спідниця коротка і свічка «холодна», то на спідниці ізолятора інтенсивно відкладатиметься нагар. Якщо температура вище 600°С, то нагар згорятиме, але в двигуні відбуватиметься передчасне запалення горючої суміші від нагрітої спідниці, а не від іскри. Таке явище називається гартальним запаленням. Воно проявляється стукотом у двигуні і тим, що після вимкнення запалення двигун деякий час продовжує працювати.
Калільне запалення явище шкідливе. Воно призводить до зниження потужності і перегріву двигуна, до передчасного зносу його основних деталей, може бути причиною тріщин на ізоляторах свічок і вигоряння електродів.
Щоб оцінити здатність свічки до гартального запалення, в її позначенні наводиться гартальне число - абстрактна величина, пропорційна середньому індикаторному тиску в циліндрах двигуна, при якому настає гартальне запалювання. Його визначають на спеціальних одноциліндрових двигунах шляхом поступового збільшення робочого тиску (а отже і температури) у циліндрі. Чим більший тиск у циліндрі, при якому настає гартальне запалювання, тим більше гартальне число, тобто тим «холодніше» свічка.
Для кожної моделі двигуна свічка запалювання підбирається індивідуально за загальним числом. Тому застосовувати на автомобілях «Ока» будь-які інші свічки, крім зазначених вище, не допускається.
Провід високої напруги
Провід передають імпульси високої напруги від котушки до свічок запалювання. Вони можуть бути двох марок: ПВВП-8 або ПВППВ-40. У зв'язку із збільшеною товщиною ізоляції вони мають зовнішній діаметр 8 мм замість 7 мм у дротів звичайної системи запалювання.
Серцевина дроту являє собою шнур 32 з лляного волокна, укладений в оболонку 31 з пластмаси з максимальним додаванням фериту. Поверх цієї оболонки знаходиться струмопровідна обмотка зі сплаву заліза та нікелю. Така конструкція дроту має розподілений по довжині опір і зменшує радіотелевізійні перешкоди. Опір обмотки становить 2000±200 Ом/м для дротів ПВВП-8 та 2550±270 Ом/м для дротів ПВППВ-40. Зовні провід ізольований полівінілхлоридним пластикатом червоного кольору (біля проводів ПВВП-8) або опроміненим поліетиленом синього кольору (провід ПВППВ-40).
Датчик моменту іскроутворення
1. Утримувач переднього підшипника валика
2. Опорна пластина датчика
3. Екран
4. Відома пластина відцентрового регулятора
5. Грузик
8. Провідна пластина відцентрового регулятора
7. Сальник
8. Валик
9. Муфта
10. Втулка заднього кінця валика
11. Корпус вакуумного регулятора
12. Кришка вакуумного регулятора
13. Штуцер для підведення розрідження
14. Діафрагма
15. Кронштейн вакуумного регулятора
16. Тяга
17. Безконтактний датчик
18. Корпус
19. Колодка штекерного роз'єму
20. Кришка
21. Підшипник
22. Втулка переднього кінця валика
23. Повстяне кільце
24. Напівпровідникова платівка з інтегральною мікросхемою
25. Постійний магніт
28. Реле запалювання
27. Вимикач запалювання
28. Блок запобіжників
29. Комутатор
30. Датчик моменту іскроутворення
31. Котушка запалювання
32. Свічка запалювання
A. Кут випередження запалення
Б. Момент запалювання у першому циліндрі
B. Момент запалювання у другому циліндрі
Р. в. м. т. поршнів першого і другого циліндрів
I. Імпульси напруги датчика
ІІ. Імпульси струму на виході комутатора
ІІІ. Імпульси напруги на виході комутатора
IV. Імпульси напруги у вторинному ланцюзі котушки запалювання
V. Імпульси струму у вторинному ланцюзі котушки запалювання
а - кут повороту колінчастого валу двигуна
Датчик моменту іскроутворення типу 5520.3706 служить для видачі імпульсів керуючих низької напруги на комутатор. Він містить відцентровий та вакуумний регулятори випередження запалення та безконтактний мікроелектронний датчик керуючих імпульсів.
Датчик моменту іскроутворення встановлений на корпусі допоміжних агрегатів (див. 7) і приводиться у обертання безпосередньо від заднього кінця розподільного валу через муфту 9. На муфті є два кулачки різної ширини, які входять у відповідні пази розподільчого валу, що теж мають різну ширину. Таким чином забезпечується точне взаємне розташування розподільного валу та валика 8. Це необхідно для того, щоб керуючі імпульси датчика за часом точно узгоджувалися з фазами робочого процесу в циліндрах двигуна (див. 8).
Корпус 18 відлитий з алюмінієвого сплаву. Валик 8 обертається у двох металокерамічних втулках 10 і 22. Втулка 10 запресована в корпус і змащується маслом, що надходить із системи змащення двигуна. Щоб масло не проникало всередину датчика моменту іскроутворення, в корпусі встановлений самопідтискний гумовий сальник 7. Втулка 22 оточена повстяним кільцем 23, просоченим маслом, якого достатньо на весь термін служби датчика моменту іскроутворення. Осьовий вільний хід валика 8 повинен бути не більше 0,35 мм. Він регулюється при складанні підбором товщини шайб, що знаходяться між муфтою і корпусом, а також між корпусом і провідною пластиною 6 відцентрового регулятора.
На валику розташовані деталі відцентрового регулятора випередження запалення: провідна пластина 6 з двома грузиками 5 і ведена пластина 4. Ведуча пластина закріплена на валику, а ведена разом з екраном 3 становить одне ціле з втулкою, одягненою на валик і зафіксованої на ньому стопорної. До провідної та веденої пластин прикріплені стійки, за які зачеплені пружини, що стягують пластини. Нижній кінець однієї із стійок на веденій пластині є обмежувачем. Він входить у паз провідної пластини і не дозволяє веденій пластині повертатися щодо валика більш ніж на 16,5°.
При роботі двигуна під дією відцентрових сил грузики 5 розходяться, своїми язичками упираються у ведену пластину 4 і, долаючи опір пружин, повертають її (а отже, і екран 3) щодо валика. Таким чином, екран 3 приводиться у обертання не безпосередньо від валика, а через вантажі і може повертатися грузиками на 16,5°щодо валика.
Пружин, що стягують пластини 4 та 8, встановлено дві. Вони відрізняються своєю пружністю. Пружина, що має велику пружність, встановлена з невеликим натягом і не дає грузикам розходитися при невеликій частоті обертання колінчастого валу. Відцентровий регулятор вступає в роботу при частоті обертання колінчастого валу більше 1000 об/хв, коли відцентрова сила грузиків починає долати опір цієї пружини. При вищій частоті обертання набирає чинності і друга пружина (більш жорстка та встановлена на стійках вільно). Цим забезпечується задана зміна кута випередження запалення при різній частоті обертання колінчастого валу двигуна.
Вакуумний регулятор випередження запалення закріплений на корпусі двома гвинтами. Він складається з корпусу 11 з кришкою 12, між якими затиснута гнучка діафрагма 14. З одного боку до діафрагми кріпиться тяга 16, а з іншого боку знаходиться пружина, що віджимає діафрагму з тягою в напрямку обертання валика. Тяга 16 шарнірно з'єднана з опорною пластиною датчика 2. Під дією розрідження діафрагма згинається і через тягу повертає пластину 2 разом з безконтактним датчиком за годинниковою стрілкою, тобто проти напрямку обертання валика. Опорна пластина датчика 2 встановлена на кульковому підшипнику 21, запресованому в тримачі 1.
Безконтактний датчик 17 закріплений гвинтами на пластині 2. Принцип його дії заснований на використанні ефекту Холла. Він полягає у виникненні поперечного електричного поля у пластинці напівпровідника зі струмом при дії на неї магнітного поля. Датчик складається з напівпровідникової пластинки з інтегральною мікросхемою 24 і постійного магніту 25 з доводом магнітол. Між платівкою та магнітом є зазор, в якому знаходиться сталевий екран 3 з двома прорізами.
Коли через проміжок датчика проходить тіло екрану (див. малюнок), то магнітні силові лінії замикаються через екран і платівку не діють. Тому різниця потенціалів у платівці не виникає. Якщо ж у проміжку знаходиться проріз екрану, то на пластинку напівпровідника діє магнітне поле і з неї знімається різниця потенціалів.
Інтегральна мікросхема, вбудована в датчик, перетворює різницю потенціалів, що виникає на платівці, імпульси напруги негативної полярності. Таким чином, коли тіло екрану знаходиться в зазорі датчика, то на його виході є напруга, приблизно на 3 менше напруги живлення. Якщо через зазор датчика проходить проріз екрана, то напруга на виході датчика близько до нуля (не більше 0,4 В).
Робота системи запалювання
Після включення запалення замикаються контакти «30» і «87» реле 26 запалення. Через них від акумуляторної батареї подається напруга живлення на один із низьковольтних висновків котушки 31 запалювання, на штекер «4» комутатора 29 та від його штекера «5» далі до безконтактного датчика 17.
При прокручуванні колінчастого валу двигуна стартером екран 3 обертається і датчик 17 видає імпульси прямокутної форми I на штекер «6» комутатора, який перетворює їх на імпульси II струму в первинній обмотці котушки запалювання. Струм спочатку плавно зростає до величини 8...9 А., а потім за сигналом датчика різко переривається. Момент переривання струму (відповідний моменту іскроутворення) визначається переходом імпульсу датчика з високого рівня на низький. При цьому амплітуда імпульсів III напруги на вихідному транзисторі комутатора в момент переривання струму досягає 350...400 В. Тривалість імпульсів струму залежить від частоти обертання колінчастого валу. При напрузі живлення 14 В вона зменшується приблизно з 8 мс при 750 об/хв до 4 мс при 1500 об/хв.
Струм, що протікає в первинній обмотці котушки запалювання, створює навколо витків обмотки магнітне попі. У момент переривання струму магнітне попі різко стискається і, перетинаючи витки вторинної обмотки, індукує в ній ЕРС близько 22...25 кВ. Струм високої напруги замикається по дорозі: верхній високовольтний висновок котушки 31 - свічка запалювання першого циліндра - маса - свічка запалювання другого циліндра - нижній високовольтний висновок котушки запалення. При цьому відбувається іскровий розряд одночасно у двох свічок запалювання: першого та другого циліндрів. В одному з циліндрів у цей час закінчується такт стиснення і розряд підпалює горючу суміш, а в іншому циліндрі в цей час завершується випуск газів, що відпрацювали, і розряд відбувається вхолосту.
Горюча суміш згоряє приблизно за тисячні частки секунди. За цей час колінчастий вал двигуна повертається на 20...50° (залежно від частоти обертання). Для отримання максимальної потужності та економічності двигуна необхідно спалахувати горючу суміш раніше приходу поршня в ст. м. т., щоб згоряння закінчилося при повороті колінчастого валу на 10... 15°після ст. м. т., тобто іскровий розряд повинен створюватися з необхідним випередженням.
При надмірно ранньому запаленні, коли кут випередження запалення занадто великий, горюча суміш згоряє до приходу поршня у ст. м. т. та гальмує його. В результаті знижується потужність двигуна, виникають стукіт, двигун перегрівається і нестійко працює при малій частоті обертання холостого ходу. При пізньому запаленні горюча суміш згорятиме, коли поршень піде вниз, тобто в умовах збільшення обсягу. У цьому випадку тиск газів буде значно нижчим, ніж при нормальному запаленні, і потужність двигуна теж знизиться. Крім того, можливе догоряння суміші у випускному трубопроводі.
Щоб згоряння палива відбувалося вчасно, кожному числу оборотів двигуна необхідний свій кут випередження запалення. Початковий (настановний) кут випередження запалення становить 1±1 (4°±1°для двигунів 11113) при частоті обертання колінчастого валу 820...900 об/хв. Зі збільшенням частоти обертання кут випередження запалювання має збільшуватися, і зі зменшенням частоти — зменшуватися. Це завдання виконує відцентровий регулятор випередження запалення.
При збільшенні частоти обертання валика грузики 5 під дією відцентрових сил повертаються щодо осей. Язички грузиків упираються у ведену пластину 4 і, долаючи натяг пружин, повертають її разом з екраном 3 у напрямку обертання валика на кут А. Тепер проріз екрану проходить раніше (на кут А) через зазор датчика, і він раніше видає імпульс, тобто випередження запалення збільшується. При зниженні частоти обертання відцентрові сили зменшуються і пружини повертають ведену пластину 4 разом з екраном проти напрямку обертання валика, тобто випередження запалення зменшується.
При зміні навантаження на двигун змінюється вміст залишкових газів у циліндрах двигуна. При великих навантаженнях, коли дросельні заслінки карбюратора повністю відкриті, вміст залишкових газів у робочій суміші низький, робоча суміш багата і згоряє швидше, а запалення має відбуватися пізніше. При зниженні навантаження на двигун (прикриття дросельних заслінок) кількість залишкових газів збільшується, робоча суміш збіднюється і горить довше, тому запалення має відбуватися раніше. Коригування кута випередження запалення в залежності від навантаження на двигун виконує вакуумний регулятор випередження запалення.
На діафрагму 14 цього регулятора діє розрідження, що передається із зони над дросельною заслінкою первинної камери карбюратора. Коли дросельна заслінка закрита (холостий хід двигуна), отвір, через яке передається розрядження на регулятор, виявляється вище за кромку дросельної заслінки і вакуумний регулятор не працює.
При невеликих відкриттях дросельної заслінки у зоні отвору з'являється розрідження, яке передається вакуумному регулятору. Діафрагма 14 відтягується і тягою 16 повертає опорну пластину датчика 2 проти напрямку обертання валика. Випередження запалення збільшується. У міру подальшого відкриття дросельної заслінки (збільшення навантаження) розрідження зменшується, і пружина віджимає діафрагму у вихідне положення. Опорна пластина датчика повертається у напрямку обертання валика, і випередження запалення зменшується.