История электротехники - Коллектив авторов

Катушка зажигания классической батарейной системы зажигания имеет разомкнутый магнитопровод, т.е. обмотки располагаются на стержневом сердечнике, набранном из листов электротехнической стали.

С изобретением в 1948 г. транзистора, появилась возможность устранить существенный недостаток контактной батарейной системы зажигания — повышенный износ контактов прерывателя. Первоначально возникли контактно-транзисторные системы («Дженерал моторс» — 1962 г., отечественные — 1966 г.), где ток в катушке зажигания коммутировался транзистором, базовая цепь которого управлялась контактами прерывателя. Применение контактно-транзисторной системы позволило увеличить запас энергии в катушке, что благотворно сказалось на зажигании.

С появлением контактно-транзисторного зажигания на автомобилях возникло новое изделие — электронный коммутатор, включающий в себя силовой коммутирующий транзистор, схему его управления и защиты.

Благодаря простоте и дешевизне контактно-транзисторная система более четверти века обеспечивала нормальное зажигание восьмицилиндровых бензиновых двигателей грузовых автомобилей ЗИЛ и ГАЗ.

Однако развитие электроники позволило перейти на бесконтактные электронные системы зажигания (США — 1964 г., СССР — 1973 г.).

В таких системах механический контактный прерыватель заменен датчиком, управляющим электронным коммутатором, — магнитоэлектрическим («Искра») или датчиком Холль («Бош», зажигание ВАЗ-2108).

Применение электронной системы зажигания с регулируемым временем накопления энергии, впервые установленной на автомобилях ВАЗ-2108, позволило избежать снижения вторичного напряжения с ростом частоты вращения ДВС.

Развитие электронной промышленности привело к появлению после 1967 г. на автомобилях интегральных микросхем. В 1973 г. фирма «Дженерал электрик» использовала в системе зажигания интегральную схему на монокристалле кремния.

Электронные системы позволили увеличить энергию воспламенения на свечах, но их развитие обеспечило и решение глобальных задач, связанных с экономией топлива и снижением токсичности отработанных газов. При этом был осуществлен переход на электронное управление углом опережения зажигания.

Аналоговая система управления углом опережения зажигания была установлена на автомобиле «Крайслер» в 1975 г. Однако аналоговые системы не нашли широкого распространения. В 1976 г. фирма «Дженерал моторc» применила цифровую систему управления углом опережения зажигания МИСАР. Центральным узлом системы являлся микропроцессор. Микропроцессор по заданной программе управлял блоком высокого напряжения, содержащим электронный коммутатор, катушку зажигания и переключатель, выполняющий функции распределителя. На отечественных автомобилях микропроцессорные системы появились в конце 80-х годов.

Электронные коммутаторы позволили повысить ток в первичной обмотке катушки зажигания и перейти на конструкцию с замкнутым магнитопроводом.

В рассмотренных выше системах накопления энергии, используемой затем для воспламенения смеси, осуществлялось в магнитном поле катушки зажигания. Однако в основном для двухтактных двигателей мопедов, мотоциклов легкого класса и т.п. нашли применение системы зажигания с накоплением энергии в конденсаторе. Конденсаторная система дополнительно содержит преобразователь напряжения бортовой сети в высокое для заряда конденсатора либо конденсатор заряжается от специальной обмотки генератора с повышенным напряжением. Коммутация в цепи конденсатор — первичная обмотка катушки зажигания осуществляется тиристором.

Первоначально искровые свечи зажигания имели разборную и неразборную конструкции, причем в отечественном производстве предпочтение было отдано разборной свече, у которой изолятор вместе с центральным электродом прижимался ниппелем, ввернутым в верхнюю часть корпуса свечи. Это позволяло заменять изолятор или очищать центральный электрод без извлечения корпуса свечи из головки блока цилиндров. Изолятор изготавливался из керамики или слюды, но слюда применялась только для гоночных двигателей.

До 1930 г. основным типом американских свечей были свечи с дюймовой резьбой в Европе — с метрической. В дальнейшем дюймовые свечи были вытеснены метрическими.

В настоящее время конструкция свечи стабилизировалась и применяется только в неразборном варианте. Свеча состоит из металлического корпуса, одного или нескольких боковых электродов, изолятора с центральным электродом и контактной головкой. Первоначально изоляторы автомобильных свечей изготавливались в основном из стеатита, сейчас из уралита, боркорунда, хилумина, синоксаля и т.п.

В настоящее время все большее распространение находят свечи с расширенным температурным диапазоном. Теплоотдача таких свечей увеличена за счет выполнения центрального электрода комбинированным.

Определенную специфику имеют провода, соединяющие распределительный механизм со свечами: подведение к свечам высокого напряжения (20–30 кВ) при малых значениях тока и излучении радиопомех. Обычно помехоподавление осуществляется резисторами, устанавливаемыми в свечах, распределителе или отдельно, а также экранированием всей системы. Однако помехоподавляющие свойства могут обеспечиваться и конструкцией самого провода. Провода такого типа бывают с распределенным активным сопротивлением (резистивный провод) и с распределенным активно-индуктивно-емкостным сопротивлением (реактивный провод).

Развитие электроники на современном этапе ведет к объединению систем управления зажиганием и топливоподачей двигателя, а также коробкой перемены передач и сцеплением.

8.3.2. СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Тип системы электроснабжения в значительной мере зависит от наличия на подвижном объекте аккумуляторной батареи, т.е. в конечном итоге от наличия электростартерного пуска.

Если электропуск отсутствует, то используется система электроснабжения потребителей переменным током. Такая система длительное время была характерна для тракторов и до настоящего времени сохраняется на мопедах и легких мотоциклах. В системе переменного тока генератор представляет собой синхронную электрическую машину с возбуждением от постоянных магнитов. Эти магниты могут располагаться на маховике двигателя (трактор «Фордзон», мотогенераторы), однако генератор может иметь и традиционную конструкцию с ротором в виде звездочки из постоянных магнитов или конструкцию с полюсными наконечниками, между которыми зажат магнит. Регулятор напряжения в такой системе отсутствует и поддержание стабильности напряжения достигается параметрическим способом. Попытки повысить эту стабильность введением противополярного регулирования центробежным автоматом (генератор ГТ1-А) не увенчались успехом.

Система электропитания с генератором постоянного тока начала усиленно развиваться на автомобилях после 1912 г., когда она впервые была применена на автомобилях «Кадиллак».

Первоначально возникли две системы электроснабжения: генераторы с регулированием напряжения с помощью третьей щетки и генераторы с регулированием напряжения вибрационным регулятором напряжения. До 1920 г. преимущественное распространение получил трехщеточный генератор, особенно в США, Англии и Франции. Производители автомобилей Германии и Австрии ориентировались на вибрационный регулятор. В период с 1920 по 1930 г. трехщеточный генератор благодаря проникновению американских машин на европейский рынок практически вытеснил систему с вибрационным регулятором. Однако с 1930 г. начался обратный процесс, так как преимущества трехщеточного генератора (простота и дешевизна) не компенсировались его недостатками, которые начали сказываться при повышении количества и мощности электропотребителей. Дискретный принцип регулирования напряжения, заложенный в вибрационном регуляторе, дожил до наших дней.

Первые отечественные трехщеточные генераторы повторяли по конструкции генераторы «Авто Лайт» (США) и устанавливались на автомобилях ГАЗ-А, ГАЗ-АА, ЗИС-5 (серия ГБФ). В 1937–1938 гг. заводом АТЭ была проведена модернизация генераторов легковых автомобилей с выпуском новых серий — ГМ (ГАЗ-MI) и ГЛ (ЗИС-101). На первые автомобили «Москвич», выпуск которых начался в 1947 г., устанавливался трехщеточный генератор Г28. Особенностью этих генераторов, как и всех генераторов выпускавшихся до середины 50-х годов, было соединение с корпусом автомобиля положительного вывода. В 1957 г. стандартом предписывалось соединение с корпусом отрицательного вывода, и в

дальнейшем все генераторы выпускались только с таким соединением.

Генератор Г28 был последним трехщеточным генератором, выпущенным отечественной промышленностью, после него был осуществлен переход на систему с вибрационным регулятором напряжения (реле-регулятором). Аналогичный переход был закончен в США в 1937–1938 гг.