Бесконтактные переключающие элементы заменили механические контакты прерывателя. Однако, метод индуктивного накопления энергии для образования искры не изменился со времен Чарльза Кеттеринга.

Любая система зажигания независимо от ее типа и конструкции имеет две функции:
• обеспечение воспламенения топливовоздушной смеси;
• обеспечение того, чтобы воспламенение происходило точно в нужный момент такта сжатия для оптимизации работы двигателя и/или топливной экономичности.
Несмотря на взрывную природу распыленного бензина, если искра для воспламенения будет проскакивать в несоответствующий момент, большинство потенциальной энергии будет высвобождено перед тем, когда эта энергия обеспечила бы полезную работу поршня. Фактически, если момент зажигания будет смещен на несколько градусов, двигатель может не работать вообще. Более того, оптимальный момент зажигания изменяется при изменении оборотов двигателя и положения дроссельной заслонки. Таким образом, система зажигания должна реагировать на изменение условий работы двигателя. В заключение, сотни миллионов искр, требуемые для обычного двигателя каждый год, должны быть генерированы со стопроцентной надежностью.
В большей или меньшей степени системы зажигания стали совершать этот «подвиг» с 1908 года, когда Чарльз Кеттеринг начал использовать систему зажигания с индуктивным накоплением энергии (английская аббревиатура IDI) для автомобильных двигателей. Механические контакты, важная часть изобретения Кеттеринга, использовались до середины 70-х годов для образования искры и, соответственно, начала сгорания. Развитие твердотельной электроники позволило заменить контакты прерывателя электронными переключающими элементами, которые гораздо более надежны и служат намного дольше.
Однако, метод образования высоковольтной искры, которая проскакивает между электродами свечи зажигания, практически не изменился со времени Чарльза Кеттеринга. Подобная система с индуктивным накоплением энергии используется практически на всех стандартных и форсированных двигателях.
Понимание основ того, как работает система зажигания, поможет вам оценить различные системы, установить нужную систему, диагностировать неисправности и что лучше всего, оптимизировать мощность двигателя. Не опасайтесь того, что вам придется углубляться в электрические «дебри» и обращаться для усовершенствования своей системы зажигания к специалистам. Система зажигания несложная, но она, вероятно, является одной из наименее доступных для понимания частей автомобильных технологий. Перейдем теперь к рассмотрению самой системы.

Система с индуктивным накоплением энергии
Весь процесс происходит в катушке зажигания. Понимание того, как работает эта необходимая деталь, является ключом к пониманию того, как работает вся система зажигания.
Катушка зажигания с технической точки зрения представляет собой трансформатор. Это означает, что она может преобразовывать напряжение в высокое или низкое, а напряжение будет способом описания усилия, с которым «движется» электричество. Его часто сравнивают с давлением в водяной трубе. Катушка зажигания состоит из двух отдельных обмоток (своеобразных катушек) из провода на обычном железном сердечнике. Одна из обмоток называется первичной и состоит примерно из 150 витков толстого медного провода. Первичная обмотка соединяется через контакты прерывателя (или через электронный блок управления) с источником напряжения 12В (аккумуляторной батареи). Другая обмотка, называемая вторичной, обычно наматывается поверх первичной. Вторичная обмотка содержит примерно 30 000 витков тонкого медного провода, и это определяет коэффициент трансформации катушки и ее возможность к генерации высокого напряжения, необходимого для проскакивания искры между электродами свечи зажигания. К примеру, если число витков вторичной обмотки будет в 10 раз превышать число витков первичной обмотки, то напряжение на вторичной обмотке будет в 10 раз больше напряжения па первичной обмотке. Так как многие катушки зажигания имеют коэффициент трансформации, равный 30 000/150, т. е. около 200:1, и напряжение вторичной обмотки будет в 200 раз больше, чем напряжение, приложенное к первичной обмотке. Однако когда вы умножите напряжение 12 В в первичной обмотке на 200, то вы получите 2400 В. Так как катушки зажигания выдают около 50 000 В, то, очевидно, существует еще и другой фактор при их работе. Ответ заключается в том, что происходит внутри катушки зажигания, когда к первичной обмотке подключается и отключается напряжение.
Существует жесткая связь между магнитным полем и электричеством. Когда электричество течет по проводнику (это называется электрическим током), то генерируется магнитное поле и, наоборот, электрический ток может генерироваться от переменного магнитного поля. Когда напряжение аккумуляторной батареи (АБ) прикладывается к первичной обмотке катушки зажигания, ток протекает через 150 витков провода и генерирует сильное магнитное поле, которое проходит через все витки катушки и через ее железный стержень. После того, как напряжение АБ было приложено примерно на 0,010-0,015 сек, магнитное поле достигает своего полного значения, т. е. за это время катушка входит в насыщение или насыщается.
Когда магнитное поле присутствует, то принципиально может образовываться электричество. Если сказать более точно, напряжение будет генерироваться пропорционально тому, как быстро увеличивается или уменьшается магнитное поле. Так как в первичной обмотке имеется ток, который поддерживает магнитное поле, отключение тока в первичной обмотке приводит к максимально быстрому спаду интенсивности магнитного поля. Спад поля происходит менее чем за 0,001 сек, и это индуцирует напряжение примерно в 250 В в первичной обмотке. Это и является тем напряжением, которое возрастает до 50 000 В благодаря коэффициенту трансформации катушки 200:1, и оно приводит к образованию искры в свече зажигания.
Использование быстро падающего магнитного поля для генерации высокого напряжения и затем для образования искры, воспламеняющей топливовоздушную смесь, было изобретением Чарльза Кеттеринга. Кеттеринг также обнаружил, что чем быстрее можно уменьшать магнитное поле, тем более надежно система зажигания будет воспламенять смесь.

Система зажигания с индуктивным накоплением энергии 1 - свеча зажигания; 2 - вакуумный регулятор опережения зажигания; 3 - выступы (кулачки) вала распределителя; 4 - крышка распределителя зажигания; 5 - ротор распределителя; 6 - контакт для высоковольтного провода; 7 - контакт ротора; 8 - магнитный датчик (датчик Холла); 9 - ротор с выступами; 10 - электронный датчик; 11 - контакты; 12 - конденсатор; 13 - пластина контактов; 14 - пружина для опережения зажигания; 15-механическийрегулятор опережения зажигания; 16 - вал распределителя; 17 - корпус распределителя; 18- отверстие для смазки; 19 - косая шестерня привода; 20 - привод масляного насоса; 21 - катушка зажигания; 22 - аккумуляторная батарея; 23 - выключатель зажигания.

Система зажигания Кеттеринга использовала механические контакты для включения и выключения катушки зажигания. Он же обнаружил, что электрическая искра (дуга) будет проскакивать между контактами в момент их размыкания. Эта искра будет продолжать протекание некоторого тока в первичной обмотке катушки зажигания, что удлинит процесс спада магнитного поля, таким образом, уменьшая напряжение во вторичной обмотке. Кеттеринг обнаружил, что подсоединение конденсатора параллельно контактам прерывателя существенно сокращает искрение между контактами, и напряжение во вторичной обмотке заметно увеличивается. Конденсатор действует подобно аккумуляторной батарее (АБ), заряжаясь и разряжаясь при размыкании и замыкании контактов. Когда контакты размыкаются, то разряженный конденсатор получает большую часть электрического тока, чем цепь высокого сопротивления, образуемого разомкнутыми контактами. Контакты расходятся достаточно далеко за время зарядки конденсатора, т. е. когда конденсатор полностью

Напряжение во вторичной обмотке управляется не только тем, как быстро спадает магнитное поле, но и тем, какова была напряженность магнитного поля перед спадом. Катушки зажигания высокой энергии (подобные показанной справа катушке ACCEL SUPER COIL) имеют меньше витков в первичной обмотке, что приводит к генерации большего тока и к более быстрому возрастанию магнитного поля.

заряжен, подача тока в первичной обмотке резко прекращается, что приводит к спаду магнитного поля примерно в 20 раз быстрее, чем это происходит тогда, когда между контактами проскакивает искра. Этот быстрый спад магнитного поля, вызванный конденсатором, увеличивает напряжение во вторичной обмотке, и конденсатор является необходимой частью систем зажигания с индуктивным накоплением электрической энергии.

Насыщение катушки зажигания
Так как напряжение вторичной обмотки управляется не только тем, как быстро спадает магнитное поле, но также и тем, какова была его напряженность перед спадом, образование • сильного магнитного поля также является очень важным фактором при получении максимальной отдачи от системы зажигания с индуктивным накоплением энергии. Так как для достижения уровня 95% от максимального уровня поля (полного насыщения) требуется всего 15 мсек (0,015 сек), это сначала может показаться достаточным временем для достижения этого уровня насыщения, и это не составляет проблем. Однако, когда вы представите себе, что катушка зажигания должна обеспечивать 4 импульса высокого напряжения в течение одного оборота двигателя (на двигателях V8), поэтому остается всего лишь 0,015 сек между каждым импульсом высокого напряжения, когда двигатель работает с частотой 1000 об/мин. При 6000 об/мин должно образовываться 15 искр в секунду для каждого цилиндра, что составляет около 400 искр в секунду для двигателя V8, что составляет всего 2,5 мсек (0,0025 сек) для промежутка между искрами.
Для преодоления этого временного затруднения использовались различные технологии, которые максимально увеличивают скорость, с которой создается магнитное поле (она называется скоростью насыщения) и напряженность магнитного поля, когда оно достигает насыщения (это называется уровнем насыщения). Наиболее популярным методом увеличения скорости насыщения является конструкция катушки, рассчитанная на работу от напряжения 9 или 10 В, а не от полного напряжения АБ (12 В). Это пониженное напряжение прикладывается к катушке зажигания, когда двигатель работает на холостом ходу. Когда обороты двигателя увеличиваются, к катушке прикладывается более высокое напряжение, увеличивая скорость образования магнитного поля и компенсируя, хотя и частично, более короткое время насыщения. Наиболее популярным для этой цели прибором является балластный резистор; его температура и сопротивление изменяются при изменении оборотов двигателя, позволяя большему току поступать к катушке при высоких оборотах двигателя. Балластный резистор выполняет также другую полезную функцию: он отключается из цепи во время запуска двигателя, что уменьшает нагрузку па АБ, позволяет максимально возможному напряжению поступать на катушку зажигания, и помогает быстрому запуску двигателя. Однако современные системы электронного зажигания используют более сложные методы изменения значения напряжения, чтобы достичь максимального насыщения.
Во времена контактных прерывателей увеличение угла замкнутого состояния контактов (меры того, как долго контакты находятся в замкнутом состоянии, позволяя магнитному полю увеличиваться в катушке) увеличивало прирост мощности при высоких оборотах двигателя. Двойные контакты увеличивают угол замкнутого состояния контактов от типичного значения 30° (с одинарными контактами) примерно до 40°. Максимальное значение угла замкнутого состояния контактов, создаваемое для системы с одной катушкой зажигания, может составлять чуть меньше 45°, т. е. это продолжительность того, как долго вал распределителя поворачивается, между соседними моментами зажигания на двигателе V8. В системах электронного зажигания механические ограничения уменьшаются, и становится достижимым практически полный 45-градусный период между импульсами высокого напряжения для образования магнитного поля в катушке. Даже полный период в 45°, соответствующий углу замкнутого состояния контактов, составляет для образования магнитного поля всего лишь 0,002 сек при 7000 об/мин, поэтому в дополнение к увеличению напряжения на первичной обмотке, уровень насыщения катушки оптимизируется с помощью ее конструкции. Специальные катушки зажигания, разработанные для применения в высокооборотистых двигателях, выпускаются фирмами MSD, ACCEL, PERFORMANCE DISTRIBUTORS, MALLORY и другими. Эти высоковольтные катушки зажигания имеют высокий коэффициент трансформации и обычно потребляют повышенный ток в первичной обмотке. Вдобавок к этому, некоторые из них имеют улучшенные изолирующие и теплорассеивающие свойства. Одно замечание: большинство нз этих катушек разработано для использования с бесконтактными и/или электронными системами зажигания. Установка катушек зажигания с повышенным током в первичной обмотке на обычную контактную систему зажигания может ускорить износ контактов от искрения и перегрева.