Първична верига
Общо описание
Системата за запалване (англ. Ignition system) е предназначена за възпламеняване на сместа въздух-гориво в цилиндрите при бензиновите двигатели. Първичната верига е ниско волтова верига. Включва първичната намотка на бобината за запалване и непосредствено свързаните с нея вериги (прекъсвач, комутатор и други елементи в зависимост от устройството на конкретната система).
Принцип на работа на първичната запалителна верига
Бобината е сърцето на запалителната система и енергията се натрупва в нейната първичната намотка. Когато тази намотка е свързана във веригата от +12V към маса, през нея започва да протича ток. В първия момент той е нула и постепенно започва да нараства докато достигне една установена стойност, над която не може да нарастне поради крайното активно съпротивление на намотката. След това колкото и време този ток да протича през бобината, натрупаната в нея енергия не нараства. При прекъсване на веригата от прекъсвача, бобината се старае да задържи посоката и силата на протичалия до този момент през нея ток. Поради тази причина в нея с много голяма скорост се генерира напрежение на самоиндукция което е с обратна полярност и със значително по-голяма стойност от първоначалното (не по-малко от 250V до около 400V). Това напрежение се прехвърля трансформаторно във вторичната намотка, и понеже тя има по-голям брой навивки, то се усилва допълнително до около 25kV. Напрежението от вторичната намотка на бобината се подава към свещта/свещите.
Запалителните ситеми се разделят на следните видове:
- Дистрибуторна запалителна система
- Direct Ignition System (DI) - Система на запалване, при която липсва механичен дистрибутор
- Coil-on-Plug (COP) type – отделна бобина на всеки цилиндър и бобината се намира в лулата върху свещта
- Отделна бобина на всеки цилиндър, но с високоволтови кабели
- DIS-Wasted Spark Ignition – една запалителна бобина обслужва два цилиндъра
Дистрибуторно запалване
Тази система е от типа на контактните запалителни системи, които използват механичен прекъсвач. Прекъсвачът подава и прекъсва тока към първичната намотка на запалителната бобина. Контактите на прекъсвача се намират под дистрибуторната капачка. На подвижния контакт има пружина във вид на пластина, която постоянно притиска този контакт към неподвижния. Веригата се прекъсва за много кратък период от време, само когато идващата гърбица на приводния вал на дистрибутора натисне на чукчето на подвижния контакт. Паралелно на прекъсвача има включен кондензатор. Той защитава контактите на прекъсвача от прегаряне. В момента на отваряне на контактите на прекъсвача възниква високоволтова дъга, но по-голямата част от енергията и се замасява през кондензатора. Но това е само една от функциите на този кондензатор, другата му функция е, че когато контактите са напълно отворени той започва да се разрежда през първичната верига на запалването и този обратен ток намалява времето за пълното разсейване на магнитното поле на бобината. Обикновено прекъсвача е разположен в единно тяло заедно с разпределителя (дистрибуторната капачка). Накратко принципа и на работа е следният:
През ключа на запалването, +12V от акумулатора на колата се подава на първичната намотка на запалителната бобина. Прекъсвачът е свързан с коляновия вал, който посредством палец отваря и затваря контактите в нужните моменти. При затваряне на контактите започва протичане на електрически ток през първичната намотка на бобината към масата на автомобила. В резултат на което в първичната намотка на запалителната бобина се образува магнитно поле, в това поле се натрупва енергията нужна впоследствие за запалването. В момента на разделяне на контактите, протичащия през бобината ток се мъчи да запази посоката и силата си. Започва рязко повишаване на индуцираното във вторичната намотка напрежение, но с обратна полярност. В момента, който се достигне пробивното напрежение на свещите и разпределителя на високоволтовата енергия е превключил на нужната свещ, възниква искра и съответно протича ток във вторичната верига и бобината се разрежда. При такава запалителна система също има и механизми за корекция на предварениетто при подаването на искрата – центробежен и вакуумен регулатори. Центробежният регулатор е предназначен за коригиране на момента на възникване на искрата,в зависимост от скоростта на въртене на коляновия вал. Вакуумният регулатор е предназначен за коригиране на момента на възникване на искрата, в зависимост от натоварването на двигателя.
Директно запалване (DI)
При нея всяка бобина се управлява независимо от другите бобини и подава искра само на един цилиндър. Всяка свещ има своя собствена запалителна бобина. Освен това че отсъстват всякакви механични движещи се части, допълнително преимущество е и това че ако евентуално дефектира една бобина престава да работи само един цилиндър, а запалването като цяло остава работоспособно. Комутаторът (транзисторните ключове ) при такива запалвания може да е в отделен блок, но да не е обединен нито с ECM, нито с бобините, може да е обединен в един и същ блок с ECM, може транзисторните ключове да не са в отделен блок и да са отделни за всяка бобина и да не са обединени нито с ECM, нито с бобините, а при COP запалителните системи транзисторните ключове са обединени със запалителните бобини на съответстващите цилиндри. Всяка запалителна бобина за един работен цикъл на двигателя генерира само една запалителна искра. Поради тази причина при DI запалването задължително трябва да има синхронизация на работата на бобините с положението на разпределителния вал. При подаване на напрежение към първичната намотка през нея започва да тече ток, вследствие на който в сърцевината на бобината се появява нарастващо във времето магнитно поле. Поради това че то се променя в течение на времето (нараства докато достигне една установена стойност), във вторичната намотка на бобината се индуцира напрежение с положителна полярност. Понеже скоростта на нарастване на тока в първичната намотка не е много голяма, то и индуцираното напрежение във вторичната намотка е сравнително малко и е около 1 kV до 2 kV. Обаче при някоя ситуация все пак това напрежение може да предизивика искров разряд между електродите на запалителната свещ, в резултат на това ще се получи прекалено рано запалване на работната смес в цилиндъра. За да се предотврати това в корпуса на запалителната бобина има защитен диод, който е включен последователно на вторичната намотка. В момента, в който комутаторът прекъсне веригата през която протича тока през първичната намотка, магнитния поток рязко намалява. Това бързо изменение на потока предизвиква възникване на високо напрежение във вторичната намотка с обратна на първоначалната полярност. При някои условия стойността му може да достигне до около 40kV. Когато стойността на това напрежение достигне праговото напрежение на свещта, се получава пробив между електродите на свещта и съответно възниква искрата.
DIS запалване
Това е синхронна запалителна система с двуизводни запалителни бобини - една бобина на две свещи. В DIS запалванията възпламеняващата искра се подава едновремено на два цилиндъра, като вторият цилиндър е с разлика във фазата на газоразпределението спрямо първия на 360°, по положението на коляновия вал.При това крайният резултат е, че в единия цилиндър, който се намира в края на такта на нагнетяване, бобината изработва високо напрежение, което предизвиква генерацията на “работна искра”, а в другия цилиндър, който се управлява от същата бобина и се намира в такт на изпускане се генерира “непотребна искра”. Високото напрежение към запалителните свещи при тази двойка цилиндри се подава от двата противоположни края на вторичната намотка на една и съща бобина, вследствие на което полярността на образуваните искри на двете свещи е противоположна. Високото напрежение, което се получава върху вторичната намотка на запалителната бобина, се подава направо към всяка свещ. В едната от свещите искрата се появява на централния електрод на свеща и се прехвърля към страничния електрод, а в другата свещ, искрата се появява на страничния електрод и се прехвърля към централния. Стойността на пробивното напрежение, при което възниква искрата във всеки от двата синхронни цилиндъра, е различно. Величината му зависи от разстоянието между електродите на свещта и от налягането в цилиндъра. Ако разстоянието между електродите на свещите е еднакво, пробойното напрежение остава да зависи само от налягането във съответния цилиндър. Напрежението на искрата в цилиндъра, който се намира в такт на нагнетяване е по-високо от напрежението на искрата в цилиндъра, който се намира в такт на изпускане. Това е така понеже налягането в цилиндъра, който се намира в такт на изпускане, е приблизително като атмосферното. Запалителните бобини в DIS (DFS) запалителните системи конструктивно могат да се намират отделно от свещите и да са свързани с тях посредство високоволтови кабели, така също могат и да са поставени направо върху свещта. Но и при този случай отново се използват високоволтови кабели за да се прехвърли енергията към втория цилиндър, който се захранва от същата бобина. Условно такава система може да се нарече "DIS-COP".
Fig.1 Осцилограма от първичната верига на запалването
1. Вградения електронния блок ключ се затваря. Токът се натрупва в бобината и нараства и затова напрежението става 0 и остава такова до настъпването на искрата.
2. Сега бобината е заредена, което се вижда от скока на напрежението. Бобината вече не се зарежда благодарение на електронния блок.
3. Вградения електронния блок ключ се отваря, освобождавайки зялата натрупана енергия. Токът пада, а напрежението се качва.
4. Линията на горенето показва дължината на искрата в свещта.
5. Когато вече няма достатъчно енергия за искрата, малкото останала енергия се изцежда и процеса започва отначало.
Процедура за проверка на първичната запалителна верига
— Измервания с омметър и волтметър на първичната намотка на бобината —
- Измерете съпротивлението на първичната намотка на бобината с омметър. То трябва да бъде по-малко от 1 ом.
- Включете на контакт, но не палете двигателя.
- С волтметър проверете дали има захранване към положителния извод на бобината спрямо маса (шаси).
— Измервания с осцилоскоп —
За да извършите диагностика на първичната верига на запалването, е нужно да наблюдавате осцилограмата на зареждането на бобината като свържете сондите на осцилоскопа към всеки от двата извода на бобината (положителен и отрицателен). Ако комутатора (електронния ключ) не е вграден в бобината, ще може да наблюдавате както напрежението, така и токът.
1. Измерване на първичното напрежение
- Свържете активния край на измервателната сонда към отрицателния извод на бобината (обикновено “1”) и масата на сондата, към шасито на колата.
Важна забележка: За да измерите първичното напрежение, трябва входния обхват на осцилоскопа да е настроен на ± 400V.
2. Измерване на първичния ток
- Свържете ампер клещи към другия канал на осцилоскопа и ги настройте на обхват ±20A.
- Запалете двигателя и го оставете да работи на празен ход.
- Сравнете резултата с графиката на фиг.2.
Фиг.2
Забележка: Първичното напрежение може да скочи до 380V, а първичния ток да варира между 8A и 12A.
Ако комутатора (електронния ключ) е едно цяло с бобината, не е възможно измерването на първичното напрежение. В този случай може да се наблюдава само първичния ток с ампер клещи.
1. Измерване на първичния ток
- Свържете ампер клещи към другия канал на осцилоскопа и ги настройте на обхват ±20A.
- Запалете двигателя и го оставете да работи на празен ход.
- Сравнете резултата с графиката на фиг.3.
Забележка: Първичния ток варира между 8A и 12A
Фиг.3
— Възможни причини за повреди в първичната верига на запалването —
» Няма захранване към бобината.
• Проверете дали е дадено на контакт.
• Проверете електрическите връзки до бобината.
• Проверете за изгорели предпазители и/или кабели във веригата на бобината.
» Нарушена изолцаия между първичната и вторичната намотка на бобината
» Повредена бобина.