О проблеме запуска автомобильного двигателя

О проблеме запуска автомобильного двигателя

Проблема незапуска двигателя после длительного простоя и даже после ночи, особенно в условиях повышенной влажности, явлениевесьма частое. Чаще всего в этом виноваты свечи. Не потому, что они плохие, в принципе виновна система зажигания.

Дело в том, что холодная свеча (ее изолятор) покрыта конденсатом из остатков топлив, масла и воды (водных растворов различных солей, образовавшихся от остатков продуктов сгорания топливно-воздушной смеси).

Почти всем известно, что катушка зажигания подает на свечу высоковольтный импульс. Но мало кто помнит, что напряжение на нагрузке зависит от внутреннего сопротивления источника тока, в нашем случае катушки зажигания. Катушка зажигания - это повышающий трансформатор с очень большим коэффициентом трансформации, а значит, и с большим количеством витков во вторичной обмотке.

Так, например, среднестатистическая катушка зажигания имеет коэффициент трансформации 50, а число витков вторичной обмотки 14000-16000.

Так что полное внутренне сопротивление катушки как источника тока лежит в пределах 1.2 МОм! Эквивалентная схема генератор-нагрузка показана на рис.1, где Е - импульсный источник с ЭДС, равной Е; Rj - внутреннее сопротивление I - ток в контуре; Rн - сопротивление нагрузки; Uн - напряжение на нагрузке:

Uн=ЕRн/(Rн+Ri). (1)

Эквивалентная схема генератор-нагрузка

Рис. 1. Эквивалентная схема генератор-нагрузка.

Соотношение, приведенное выше, в электротехнике носит название "полного закона Ома", согласно которому выходное напряжение генератора зависит от нагрузки. Без нагрузки напряжение на выходе равно ЭДС источника, а при коротком замыкании - нулю. Значит, все определяется нагрузкой.

В системе зажигания, естественно, желательно, чтобы нагрузка была как можно меньше, т.е. ее эквивалентное сопротивление было как можно больше. К сожалению, внутреннее сопротивление катушки лежит в пределах 1...2 МОм! Следовательно, уже при сопротивлении нагрузки R н того же порядка напряжение на электродах свечи в два раза меньше, чем ЭДС катушки.

Сопротивление нагрузки Rн складывается из сопротивления изоляции изолятора свечи R ш и соединительных высоковольтных проводов. Так как сопротивление изоляции изолятора свечи в холодном состоянии сильно снижается, падает напряжения на свече. Вот здесь и "зарыта собака". Что делать?

В советских автомобилях при запуске двигателя от стартера автоматически форсируется катушка зажигания, т.е. она вырабатывает повышенное напряжение. Это делается за счет наличия добавочного сопротивления в первичной цепи катушки, которое на период запуска двигателя шунтируется дополнительным контактом реле стартера, - это очень хорошее решение.

А вот, например, фирма "Фиат" продала Союзу на ВАЗ систему зажигания с катушкой, рассчитанной на заведомо более высокое напряжение, так чтобы в любых случаях его хватало для пробоя свечных зазоров. Казалось бы, как здорово!

Однако постоянный форсаж напряжения - это очень плохо, потому что при регулярном режиме работы двигателя имеет место интенсивная эрозия высоковольтных электродов в распределителе зажигания и у свечей. Ресурс жигулевских свечей не более 20000 км! Крышка распределителя должна меняться минимум через 50000 км пробега.

Можно еще сказать, что пробой бегунка и крышки распределителя - это тоже участь итальянской системы зажигания. На рис.2 показана зависимость напряжения на свече от шунтирующего сопротивления изоляции свечи. Как видно, при 0,2 МОм напряжение уже снижается вдвое.

Зависимость напряжения на свече от шунтирующего сопротивления изоляции свечи

Рис. 2. Зависимость напряжения на свече от шунтирующего сопротивления изоляции свечи.

Что делать, когда двигатель не запускается? Продуть цилиндры. Для этого надо полностью нажать на педаль газа и прокрутить двигатель 10...20 с, затем попытаться запустить двигатель по обычной схеме, т.е. при прокрутке двигателя стартером дать резко газ. В противном случае просто подождать 2-3 мин и повторить запуск. Если и это не поможет, то нужно вывернуть свечи и прокалить их.

Солдат, когда двигатель не запускался, вынимал центральный провод из распределителя и начинал манипулировать, перемещая его в гнезде крышки распределителя. Он создавал дополнительный зазор в высоковольтной цепи, и это приводило к запуску двигателя.

Чтобы сделать этот зазор постоянным, он отрывал костяную пуговицу с двумя дырочками от кальсон и делал из нее разрядник в высоковольтной цепи.

Для того чтобы понять, что произошло при этом, надо рассмотреть эквивалентную схему системы зажигания, которая показана на рис.3, где:

  • Е - ЭДС на выходе катушки зажигания;
  • Ri - внутреннее сопротивление катушки зажигания;
  • U2 - напряжение заряда собственной распределенной емкости вторичной обмотки катушки зажигания;
  • Сд -собственная распределенная емкость вторичной обмотки катушки примерно 50 пФ;
  • Uр - напряжение пробоя зазора в распределителе примерно 1,5 кВ;
  • Ср - собственная емкость распределителя зажигания примерно 15 пФ;
  • Rд - добавочное сопротивление;
  • Ссв - собственная емкость свечи примерно 10 пФ;
  • Uce - напряжение пробоя зазора в свече примерно 5 кВ;
  • Rш - сопротивление изоляции свечи.

Эквивалентная схема системы зажигания

Рис. 3. Эквивалентная схема системы зажигания.

В существующих системах зажигания установлено соотношение:

Uр<Uсв.

В этом случае напряжение U2 во времени изменяется по закону, показанному на рис.4.

За время t01 напряжение на емкости С0 достигает напряжения пробоя зазора в распределителе Uр, при этом в этот момент времени параллельно емкости С0 подключаются емкость распределителя Ср и емкость свечи Ссв, а также сопротивление Rш свечи. Подключение емкостей Ср и Ссв приводит к скачкообразному снижению напряжения U2 в момент времени t1:

U2_1 = U2*С0 / (С0+Ср+Ссв). (2)

Теперь напряжение на суммарной емкости системы нарастает, и с учетом (1) к моменту времени t2 оно будет определяться соотношением:

U2-2 = U2_1*Rш / (Ri+Rш) (3)

Пробой свечного зазора произойдет при достижении напряжения заряда емкости свечи более Uсв. Как видно, напряжение на свече теперь зависит от ее сопротивления изоляции, т.е. как это показано на графике рис.2.

Представим себе, что мы изменили соотношение пробивных напряжений в распределителе и свече на обратное, а именно:

Uр>Uсв. (4)

Тогда рост напряжения на емкости С0 происходит без влияния емкостей распределителя свечи, а также сопротивления изоляции свечи, и в момент его достижения пробивного напряжения зазора распределителя емкость С0 разрядится на свечу.

Важным моментом здесь является тот факт, что превышение напряжения пробоя зазора в распределителе должно быть таковым, чтобы энергии заряда емкости С0 хватило для заряда суммарной емкости (С0+Ср+Ссв) до напряжения пробоя свечи Uсв.

Вот тогда пробой в момент времени t3 возможен. Численная оценка может быть дана из соотношения: U3*С0 = КUсв (Ср+Ссв+С0), или U3 = KUсв * (Ср+Ссв+С0)/C0 , (5)

где К>1 - коэффициент запаса.

Подставим в формулу (5) численные значения, приведенные выше (рис.3), примем К=1,2, тогда получим:

U3=1,2*5(50+15+10)/50=9 (кВ),

что при 30 кВ пробоя 1 см воздуха обеспечивается дополнительным 3-мм зазором!

Как уже отмечалось, введение постоянного большого зазора в распределителе плохо скажется на длительности его работы из-за повышенной эрозии контактов крышки распределителя. Поэтому было бы хорошо, чтобы при запуске зазор был большой, а после - малый.

Сделать это нетрудно, помня о том, что запуск осуществляется при раскрутке двигателя стартером до 250...300 об/мин, а холостой ход 800...1000 об/мин. Как в центробежном устройстве опережения зажигания создать механизм перемещения раздаточной пластины у "бегунка"? Такой бегунок создан.

Изменение напряжения в зависимости от времени

Рис. 4. Изменение напряжения в зависимости от времени.

А. Белявский, г. Черкассы. Украина. Электрик-2004-08.

 
 
Оригинал здесь.

Комментарии

Чтобы оставить комментарий, Вам нужно авторизоваться.