1 - уплотнительный колпачок; 2 - контакт вторичной обмотки для высокого напряжения; 3 - контакты первичной обмотки; 4 - крышка катушки зажигания; 5 - покрытие; 6 - вторичная обмотка; 7 - первичная обмотка; 8 - кожух катушки зажигания; 9 - стеклянная изоляция.

Все происходит в катушке зажигания. Состоящая из двух отдельных обмоток (первичной и вторичной), намотанных на общем железном сердечнике, катушка зажигания представляет собой трансформатор, который использует магнитное поле, вырабатываемое током в первичной обмотке, для генерации высокого напряжения во вторичной обмотке. Рост напряжения определяется коэффициентом трансформации, который, в свою очередь, определяется соотношением числа витков вторичной и первичной обмоток.

Многие катушки зажигания высокой энергии имеют коэффициент трансформации, равный 30000/150, т. е. 200:1. Однако, используя этот коэффициент, будет получен лишь рост напряжения в 200 раз, т. е. 12В х 200 = 2400 В. Так как катушки зажигания выдают напряжение до 60 000 В, то здесь работают и другие факторы.

Скрытым фактором является то, что напряжение будет генерироваться пропорционально тому, как быстро будет расти или спадать магнитное поле. Если магнитное поле быстро спадает (менее чем за 0,001 сек), это приведет к генерации напряжения 250-300 В в первичной обмотке. Это пиковое напряжение в первичной обмотке, умноженное на коэффициент трансформации 200, даст величину напряжения до 50 000 В во вторичной обмотке, которое подается на свечи зажигания.
1 - быстрый спад магнитного поля — высокое напряжение;
2 - медленный спад магнитного поля — низкое напряжение.

1 - напряженность магнитного поля; 2 - напряжение АБ; 3 - напряжение на первичной обмотке; 4 - напряжение образования искры; 5 - длительность искры; 6 - напряжение искры; 7 - напряжение вторичной обмотки.

На рисунке показано то, что происходит с магнитным полем, напряжением в первичной обмотке и во вторичной обмотке, когда контакты размыкаются и замыкаются. Когда контакты замкнуты, напряжение 12 В подается на катушку зажигания, и в ней образуется магнитное поле. Через несколько миллисекунд контакты размыкаются и магнитное поле спадает. Это быстрое изменение поля генерирует напряжение примерно 300 В в первичной обмотке и до 60 000 В во вторичной обмотке.

1 - напряженность магнитного поля; 2 - напряжение АБ; 3 - напряжение на первичной обмотке; 4 - напряжение искры; 5 - напряжение вторичной обмотки.

Имеется еще одна важная деталь, которая помогает образованию напряжения во вторичной обмотке. По кривым можно видеть, что что-то не в порядке. Низкие напряжения в первичной и во вторичной обмотках являются результатом отсутствия конденсатора в первичной цепи. Здесь видно, почему нужен конденсатор: он уменьшает искрение в зазоре между контактами, что замедляет спад магнитного поля и уменьшает напряжение во вторичной обмотке. Конденсатор, установленный параллельно контактам, выполняет следующие функции:
• он "поглощает " напряжение "искрения " на контактах;
• позволяет магнитному полю спадать в 20 раз быстрее;
• содействует генерации повышенного напряжения во вторичной обмотке.

Хотя механические контакты заменены бесконтактным датчиком и транзисторной системой переключения, принципы работы показанной здесь системы зажигания HY FIRE MALLOR Y в основном не изменились.

Ротор распределителя зажигания проходит 45°за 0,002 сек, когда двигатель работает при 7000 об/мин; 1 - 45°.

Система зажигания с емкостным накоплением энергии
До настоящего момента мы рассматривали системы зажигания с индуктивным накоплением энергии, в которых катушка зажигания вырабатывает высокое напряжение, когда от первичной обмотки катушки отключается напряжение, что приводит к быстрому спаду магнитного поля. Эта цепь отличается простотой и требует всего лишь механического контактного выключателя (прерывателя) и конденсатора, но у нее есть недостатки. Для того чтобы получить мощную искру, магнитное поле должно иметь высокие значения, а при высоких оборотах имеется очень мало времени для этого. Если вместо надежды на быстрый спад магнитного поля, система могла быть не ограничена требованиями по насыщению катушки (имеется в виду, что скорость изменения магнитного поля — увеличения или уменьшения определяет генерацию напряжения во вторичной обмотке). Подобные системы существуют, и они обычно используются на форсированных двигателях, в частности, в системах с многоискровым зажиганием, которые будут обсуждаться далее. Так называемые системы с емкостным накоплением энергии (CDI в английской аббревиатуре) эффективно работают, в противоположность системам с индуктивным накоплением энергии (IDI). Вместо образования магнитного поля в катушке зажигания большие конденсаторы внутри электронного блока управления заряжаются до напряжения 300-400 В или больше. Затем точно в момент зажигания, определяемым тем же самым механическим или электронным выключателем в распределителе зажигания, весь заряд этих конденсаторов подается на первичную обмотку катушки зажигания. Быстро возникает очень большое магнитное поле, которое индуцирует высокое напряжение во вторичной обмотке. Система CDI ограничивается только тем, как быстро могут быть перезаряжены конденсаторы.
Искра, вырабатываемая системой CDI, является мощной и точной, но многие такие системы обеспечивают очень короткую продолжительность искры, так как магнитное поле образуется в системе CDI намного быстрее, чем оно спадает в системе IDI. Многие системы IDI генерируют искру в зазоре между электродами свечи, которая продолжается более 0,001 сек, но продолжительность искры в системе CDI часто составляет всего лишь 0,00003 сек (30 мсек), т. е. она в 30 раз короче. Фактически, некоторые системы зажигания с емкостным накоплением энергии могут вырабатывать искру на такое короткое время, что она не может обеспечивать в некоторых случаях надежного воспламенения смеси. Однако при правильной конструкции система CD1 может генерировать высоковольтную искру нужной продолжительности для обеспечения надежного воспламенения во всех двигателях.

Какую систему использовать

Контактная система зажигания IDI (подобная показанной здесь системе с двойными контактами в распределителе фирмы MALLORY) обеспечивает мощность, сравнимую с большинством электронных систем зажигания.

Когда мы рассмотрели основы, можно перейти к специфике выбора и настройки системы зажигания для оптимизации эффективности работы и мощности двигателя.
До середины 70-х и контактная система зажигания была обычной системой просто потому, что она использовалась практически на всех автомобилях с бензиновыми двигателями. Автомобили с форсированными двигателями использовали системы с двойными контактами, но система зажигания с контактным прерывателем была единственной системой, имеющейся в распоряжении автомобилестроителей. 80-е и 90-е годы изменили ситуацию полностью. Теперь системы зажигания с контактным прерывателем на новых автомобилях практически не используются, хотя почти все автомобили по-прежнему используют конструкцию Кеттеринга с катушкой зажигания. Термин "обычная" теперь подразумевает управляемую компьютером систему контроля двигателя, в которой некий электронный "черный" ящик не только управляет зажиганием, но также процессом карбюрации или дозировкой впрыска топлива, моментами переключения передач в автоматической трансмиссии и др. Несмотря на все вышесказанное, контактные системы зажигания, вероятно, будут использоваться и после 2000 года, так как они могут обеспечить более чем точный процесс воспламенения смеси в форсированных двигателях при условии правильной работы, о чем будет сказано далее.

"Обычная" система зажигания с контактным прерывателем
Но это не значит, что контактные системы зажигания являются практически такими же хорошими, как и электронные системы, или что все контактные системы являются одинаковыми. Двумя главными недостатками контактных систем зажигания являются следующие:
• Искра со временем ухудшается.
• Для очень высоких оборотов двигателя (примерно выше 7000 об/ мин контакты являются не очень практичным устройством.
Во-первых, рассмотрим проблему износа. В обычных системах зажигания с контактами, где нет никакой электроники для управления переключением катушки зажигания, поверхности контактов подают и отключают напряжение к первичной обмотке катушки зажигания. Это приводит к искрению и преждевременной эрозии поверхности контактов, нарушению регулировки зазора между контактами и снижению значения генерируемого высокого напряжения. Но это еще не все, что изнашивается при замыкании и размыкании контактов. Трущийся блок, который движется поверх кулачка на оси распределителя и действует на контакты, со временем стирается и все больше и больше изменяет регулировку контактов. Таким образом, контакты требуют регулярной регулировки и периодической замены для обеспечения хорошей работы системы.
В дополнение к износу, определяемому визуально, возвратная пружина контактов со временем ослабляет свое усилие. В некоторых случаях натяжение пружины может не соответствовать требуемому. В любом случае, если усилие пружины спадает ниже определенного уровня, движение контактов более не будет следовать за кулачками распределителя, и контакты будут перекашиваться и "сползать", не обеспечивая надежного соединения. Это уменьшает время замкнутого состояния контактов и не дает катушке зажигания полностью отдать свой "магнитный заряд".
Измеритель угла замкнутого состояния контактов может быть использован для определения смещения контактов. Если имеет место резкий спад угла замкнутого состояния контактов при увеличении оборотов двигателя, то максимальное число оборотов для контактов почти наверняка было превышено. Эта проверка легче всего производится на устройстве для проверки распределителей, однако, даже без оборудования для проверок пропуски зажигания на высоких оборотах в контактной системе зажигания обычно происходят из-за перекоса или смещения контактов, и это следует проверять в первую очередь.

Износ является проблемой у контактных систем зажигания. Контакты прерывателя подают и отключают напряжение на первичной обмотке катушки зажигания. Искрение на контактах разрушает поверхности. Также со временем изнашивается трущийся блок, который контактирует с кулачком, находящимся на валу распределителя и при этом изменяется регулировка контактов.

Если у вас есть подозрение на перекос или вибрацию контактов, то установите новые контакты, предназначенные для использования в форсированных двигателях. Если ваш двигатель способен развивать очень высокие обороты, то вы можете приобрести специальные контакты, которые будут обеспечивать надежную искру при оборотах, превышающих 9000 об/мин. Однако усилие пружины при этих проверках такое высокое, что контакты имеют очень ограниченный срок службы, и они также воздействуют на подшипники распределителя. Если вам нужна такая возможность работы на высоких оборотах, примите решение сами и откажитесь от использования контактов. Установите бесконтактную систему зажигания.

Измеритель угла замкнутого состояния контактов используется для определения вибрации контактов. Если имеет место резкий спад угла замкнутого состояния контактов, максимальные обороты для контактов почти наверняка были превышены.

Бесконтактные электронные системы зажигания

Наиболее важным улучшением системы зажигания за последние 100 лет была замена механических контактов на электронный "переключатель", который не подвержен механическому износу. В распределителе, в том же самом месте, где находились контакты, находится устройство, "чувствующее" положение распределителя с помощью магнитного якоря и прерывания луча света или какой-то другой технологии. Это устройство (датчик) посылает импульс низкого напряжения на транзисторный усилитель, расположенный в отдельном транзисторном модуле управления, который подключает и отключает напряжение на первичной обмотке катушки зажигания. Такие электронные приборы не изнашиваются (в нормальных условиях) и не подвержены механическим ограничениям типа вибрации контактов. Фактически, скорость переключения таких устройств намного больше, чем нужно даже самым высокооборотистым двигателям.

Очень важна замена механических контактов электронным "переключателем", который не подвержен механическому износу.

Изменение угла замкнутого состояния контактов в электронной системе зажигания 1 - угол замкнутого состояния контактов (УЗСК) при 600 об/мин; 2-УЗСК при 1500 об/мин; 3-УЗСК при 2500 об/мин; 4-УЗСК при 4500 об/мин.

Кроме повышения максимально допустимых оборотов двигателя и надежности работы многие электронные системы зажигания обеспечивают дополнительные преимущества. Контактные системы зажигания ограничиваются промежутком времени, соответствующим углу замкнутого состояния контактов, когда в системе восстанавливается магнитное поле — между разрядами, соответствующими искрообразованию. Электронное управление, не ограничиваемое размыканием или замыканием контактов, может оптимизировать индуктивное накопление энергии при всех оборотах двигателя путем приложения полного значения напряжения к катушке зажигания и изменения угла замкнутого состояния контактов при изменении числа оборотов двигателя. При низких оборотах угол замкнутого состояния контактов поддерживается небольшим, (коротким) для предотвращения перегрева катушки зажигания (в этих системах балластный ограничительный резистор не используется). Но при высоких оборотах двигателя, когда реальное время для образования магнитного потока уменьшается, напряжение первичной обмотки подается на катушку зажигания почти сразу же после "разрядки" катушки, оптимизируя угол замкнутого состояния контактов и выходное напряжение.

Проверки мощности показали ее небольшое увеличение при использовании электронного зажигания с более "холодными" свечами и увеличенным зазором между их электродами. Эти свечи ACCEL изменяются от "холодных" (слева) до стандартных (справа) и "горячих" (в центре), калильное число которых определяется длиной изолятора.

Кроме чисто механических преимуществ высоковольтная бесконтактная электронная система зажигания может менять способ, каким происходит зажигание в камере сгорания. Эти небольшие изменения могут потребовать специальных методик настройки двигателя для оптимизации его работы и мощности. Во-первых, повышенное напряжение на вторичной обмотке, часто позволяет эффективно использовать более "холодные" свечи зажигания. При испытаниях свечи с более "холодным" калильным числом (на 1 -2 единицы) по сравнению со стандартными обеспечивают небольшое увеличение мощности, хотя это может и не происходить в некоторых случаях. Во-вторых, повышенное значение напряжения во вторичной обмотке катушки подает больше энергии к зазору между контактами свечи, поэтому увеличение зазора на 0,25-0,5 мм может обеспечить более "сильную" искру, которая надежно поджигает топливовоздушную смесь, особенно обедненную смесь, или при высоких степенях сжатия двигателя. Более надежное начальное зажигание может, в свою очередь, увеличить скорость распространения фронта пламени, и это может потребовать небольшого запаздывания момента зажигания для достижения оптимальной мощности. Результатом может стать уменьшение мощности, если момент зажигания не корректируется от изменения времени распространения пламени. Обычно хватит лишь небольшого изменения; предположение опережения зажигания оправдано перед модификацией.

1 - электронная система зажигания; 2 - стандартная система зажигания

Приведенные графики показывают результаты серии контрольных испытаний, в которых контактная и бесконтактная системы зажигания были тщательно оптимизированы. Хотя увеличение мощности и экономии было типичным для этих систем, начальный прирост мощности и экономичности были только частью истории. После 16 000 км эксплуатации электронное зажигание по-прежнему обеспечивало мощную и своевременную искру. За это же время высокое напряжение в контактной системе зажигания заметно снизилось из-за эрозии контактов и износа блока, трущегося о кулачок вала.
Наибольшим преимуществом любой электронной бесконтактной системы зажигания является уменьшение необходимого текущего обслуживания распределителя зажигания. Это означает, что система зажигания будет работать с максимальной эффективностью в течение долгого времени, обеспечивая оптимальную экономию топлива и эффективность работы. Однако уменьшение объема обслуживания не означает полного его отсутствия. Большинство электронных систем зажигания по-прежнему используют механические устройства для увеличения или уменьшения угла опережения зажигания. Эти механизмы опережения зажигания требуют периодической проверки и обслуживания. Работа и настройка этих систем описаны в следующих разделах этой главы.

Многоискровое зажигание и увеличение продолжительности зажигания
В последние годы развитие многоискровых систем и систем зажигания с увеличенной продолжительностью искры добавили уникальные возможности как "усиленным", так и обычным системам зажигания. Вместо образования единственной короткой искры для зажигания эти системы выдают несколько высоковольтных искр или одну большей продолжительности. В многоискровых системах число искр за цикл зажигания может доходить до шести, когда промежуток времени между тактами рабочего хода самый большой. Когда обороты двигателя возрастают, количество искр уменьшается примерно до двух при высоких оборотах. В системах зажигания с увеличенной продолжительностью искры одна искра большой длительности проскакивает между электродами свечи, тогда как многоискровые системы выдают несколько искр на свече. В обоих случаях зажигание топливовоздушной смеси происходит более полно и сравнимо с качеством зажигания двигателей, оснащенных несколькими свечами зажигания.

Вместо генерации одной короткой искры многоискровые системы зажигания, подобные показанной здесь системе зажигания MSD от фирмы A UTOTRONIC CONTROLS, обеспечивают образование нескольких искр. На холостом ходу, когда промежуток времени между циклами рабочего хода самый большой, выдается не менее 6 искр, но их количество снижается до 2 при высоких оборотах двигателя.

Потенциальная мощность увеличивается у многоискровых систем или у систем с продолжительной искрой. Зависит она от характера распространения пламени в камерах сгорания. Некоторые головки блока цилиндров имеют конструкцию камер сгорания, которая обеспечивает нужную турбулентность распространения пламени; головки с неразделенными камерами сгорания небольшого объема обычно подпадают под эту категорию. Двигатели с такими головками обеспечивают очень малый прирост мощности от многоискрового зажигания или его может даже не быть вообще. С другой стороны, головки блока цилиндров с камерами сгорания неразделенного типа обычно обеспечивают медленные скорости распространения фронта пламени. На этих двигателях мощная искра большой продолжительности почти всегда повышает мощность, хотя невозможно предсказать этот прирост на конкретном двигателе. Он может составлять от практически нулевого до величины почти в 5%. Измеренный прирост мощности добавляется к приросту, обеспечиваемому хорошей системой электронного зажигания с оптимизированным моментом впрыска.

Увеличение мощности от многоискровых систем или систем с увеличенной продолжительностью искры зависит от характеристик распространения пламени в камерах сгорания. Головки блока цилиндров с разделенными камерами сгорания малого объема обеспечивают малый прирост мощности, тогда как большие камеры сгорания неразделенного типа почти всегда дают увеличение мощности, от небольшого до почти 5%.

На гоночных двигателях многоискровые системы и системы с увеличенной продолжительностью искры имеют большое значение, т. к. они помогают смягчить работу двигателя на холостом ходу и уменьшить замасливание и "заливание" свечей, которое часто мешает работе двигателя в течение нескольких первых секунд после старта.автомобиля. Для двигателя повседневного применения эти высокотехнологичные системы зажигания могут улучшить разгон и уменьшить расход топлива.

Момент зажигания и опережение зажигания
Существует момент времени, обычно измеряемый в градусах поворота коленчатого вала до ВМТ, когда воспламенение топливовоздушной смеси обеспечивает максимальную мощность двигателя и эффективность его работы. Этот "участок" максимальной мощности, довольно узкий по времени, и мощность существенно упадет всего лишь в нескольких градусах поворота в любую сторону от этой почти максимальной точки. Если зажигание происходит слишком рано, то пик давления от сгорания будет воздействовать на поршень перед тем, как • шатун и коленчатый вал будут находиться на одной линии, когда они могут эффективно преобразовать это давление во вращательное движение коленчатого вала. Если зажигание будет лишь слегка преждевременным, то результатом будет просто потеря мощности. Однако если зажигание происходит постоянно с опережением, то очень высокие давления и температуры могут привести к спонтанному сгоранию несгоревших газов в пространстве камеры сгорания, что приведет к образованию еще более высоких давлений. Это явление, называемое детонацией, может подплавить и/или образовать отверстия в поршнях, разломать поршневые кольца и в самом худшем случае могут быть повреждены шатуны и даже коленчатый вал.
Прежде всего, увеличение мощности может показаться довольно простой задачей, заключающейся в определении оптимального момента зажигания, а затем фиксации параметров системы зажигания для обеспечения образования искры точно в этот момент. К сожалению, оптимальный момент зажигания не является фиксированной величиной, более того, он изменяется в зависимости от числа оборотов и нагрузки двигателя. Для того чтобы понять, почему возникают эти сложности и как с ними обращаться, давайте вернемся немного назад и внимательно рассмотрим процессы внутри цилиндра в высокооборотистом двигателе сразу же после того, как свеча зажигания начинает процесс сгорания.
Сгорание является относительно сложным процессом, но нам нужно обратить внимание только на основные моменты этой процедуры. За не-сколько первых миллисекунд после возникновения искры сгорание ограничивается небольшим объемом, около свечи зажигания. Рост давления, обязанный этому сгоранию, очень медленный и его трудно обнаружить. Эта "медленная" ранняя фаза процесса сгорания, когда ничего заметного, кажется, не происходит, называется временем задержки воспламенения или углом запаздывания воспламенения. Он продолжается примерно от 5 до 10 градусов поворота коленчатого вала. Когда фронт пламени распространяется далее через эту смесь, скорость роста давления увеличивается очень быстро. Это начинается угол (период) эффективного сгорания, который продолжается до тех пор, пока не будет достигнуто максимальное значение давления в цилиндре, это примерно в 40° позднее. Если зажигание началось в оптимальный момент времени, то максимальное давление в цилиндре достигается, когда поршень находится в наиболее благоприятном положении при такте рабочего хода для преобразования этого давления во вращательное движение и выходную мощность.
Эта относительно простая картина усложняется из-за нескольких факторов. Во-первых, из-за скорости, с которой фронт пламени движется через область сгорания при изменении оборотов двигателя. Это очень важно, так как при возрастании оборотов двигателя имеется меньше времени при каждом рабочем цикле для завершения процесса зажигания. К счастью, скорость распространения пламени часто увеличивается примерно пропорционально оборотам двигателя — главным образом из-за увеличения турбулентности потока в камере сгорания при увеличении оборотов двигателя. Это означает, что угол поворота коленчатого вала, при котором происходит сгорание, может оставаться относительно постоянным. Это соотношение является хорошо установленным, в основном из непосредственных измерений и из наблюдений и состоит в том, что высокооборотистые двигатели требуют небольшого опережения зажигания по сравнению с двигателями, которые работают с нормальными или даже с достаточно низкими оборотами. Очень хорошо, что скорость распространения пламени связана с оборотами двигателя, иначе была бы невозможна работа двигателей с искровым зажиганием при высоких оборотах, т. к. для эффективного сгорания было бы недостаточно времени.
Вторым серьезным усложняющим фактором при определении оптимального момента зажигания является то, что скорость пламени изменяется при изменении плотности топливовоздушной смеси. Эти изменения плотности в основном происходят из-за изменения положения дроссельной заслонки. Когда дроссельная заслонка почти закрыта, вакуум во впускном коллекторе высокий, а плотность смеси низкая. В таких условиях скорость сгорания довольно низкая. С другой стороны, когда дроссельная заслонка широко открыта, и плотность смеси максимальная, скорость пламени тоже высокая.
В дополнение к оборотам двигателя и к плотности топливовоздушной смеси, скорость распространения пламени также изменяется в зависимости от основной конструкции двигателя. К примеру, форма камеры сгорания играет важную роль. Большая неразделенная камера сгорания (с минимальными потоком и турбулентностью) приводят к уменьшению средней скорости пламени по сравнению с меньшей камерой с малой площадью. Более того, объемная эффективность, степень сжатия, положение свечи зажигания, температура смеси и многое другое влияют на эффективность искры. Целью подбора момента зажигания являются контроль и оценка всех указанных параметров. Затем система зажигания должна в нужное время выдать искру для достижения максимальной эффективности. На большинстве обычных, не управляемых компьютером систем зажигания эти "решения" реализованы в распределителе зажигания.

"Секреты" зажигания и сгорания
• "Окошко" максимальной мощности на характеристике зажигания довольно узкое. Если зажигание происходит слишком рано, то очень высокие давления и температуры в цилиндре могут привести к детонации, что может подплавить и/ или выбить отверстия на поверхности поршня. Позднее зажигание приводит к низкому и позднему росту давления, увеличению расхода топлива и уменьшению мощности.
• Сгорание является комплексным процессом. В течение нескольких первых мили секунд после появления искры рост давления очень мал; этот период называется углом задержки воспламенения. Когда фронт пламени распространяется дальше по смеси, давление растет очень быстро: этот процесс соответствует углу эффективного сгорания. Давление сжатия представляет собой максимальное давление без сгорания.
• Скорость распространения пламени увеличивается почти пропорционально оборотам двигателя—в основном из-за увеличения турбулентности в камере сгорания. Иначе искровое зажигание не работало бы на высоких оборотах.
• Оптимальный момент зажигания изменяется при изменениях плотности смеси. Когда дроссельная заслонка почти закрыта, скорость сгорания низка и зажигание должно происходить раньше. Когда дроссельная заслонка открывается, скорость распространения пламени увеличивается, требуя более позднего момента зажигания.
• Форма камеры сгорания играет важную роль для скорости распространения пламени. Большая неразделенная камера вызывает низкую среднюю скорость пламени по сравнению с разделенной камерой малой площади. Большие камеры сгорания часто требуют большего опережения зажигания.

Система зажигания высокой энергии дает реальные улучшения для конструктора-форсировщика двигателей. Эта система ALLISON XR 700 заменяет контакты прерывателя и/или стандартные электронные узлы практически на любом двигателе; нормы токсичности этих двигателей укладываются во все нормы, в том числе и нормы штата Калифорния.
1 - позднее зажигание; 2 -раннее зажигание.

Управление опережением зажигания
Для поддержания оптимального момента зажигания обычно используется два механизма: центробежный (механический) регулятор, который изменяет момент зажигания при изменении числа оборотов двигателя и вакуумный регулятор, который изменяет момент зажигания в зависимости от нагрузки двигателя. До 1980 года эти механизмы были расположены на распределителе практически любого двигателя.

Механический (центробежный) регулятор
Скорость распространения пламени увеличивается с увеличением оборотов двигателя. Это соотношение не является прямо пропорциональным ниже 3000 об/мин и в двигателях с низкой степенью сжатия и с малой турбулентностью в камере сгорания. В этих ситуациях скорость сгорания увеличивается намного медленнее, и центробежный механизм опережения зажигания компенсирует этот медленный рост скорости сгорания путем опережения момента зажигания при увеличении оборотов двигателя, начиная с оборотов холостого хода. Однако при увеличении числа оборотов турбулентность поступающей смеси начинает ускорять распространение пламени и уменьшать время сгорания. Эта увеличившаяся скорость сгорания отодвигает необходимость дальнейшего опережения зажигания. Для соответствия этим изменениям времени сгорания большинство центробежных регуляторов быстро опережают момент зажигания при низких оборотах двигателя, но когда обороты двигателя превысят 2500-3000 об/мин момент зажигания удерживается постоянным или опережается очень ненамного. Если построить график зависимости лучшего центробежного опережения зажигания от числа оборотов двигателя, то кривая обычно резко возрастает примерно до 2500 об/мин, а после этого становится практически горизонтальной.

Опережение зажигания показанного здесь распределителя фирмы ACCEL может быть изменено для коррекции скорости путем замены пружин. Изменение величины опережения зажигания производится при перемещении маленького винта, имеющего головку с внутренним шестигранником (стрелка).

Центробежные регуляторы опережения зажигания обычно состоят из центробежных грузиков, которые удерживаются небольшими пружинами. Когда обороты двигателя растут, эти грузики стремятся сместиться наружу, преодолевая усилие пружин, и это смещение поворачивает кулачок контактов или якорь бесконтактного датчика в направлении вращения распределителя так, что зажимание происходит раньше (опережается). Скорость и величина опережения зажигания определяются размером и формой грузиков, усилием пружин и другими факторами. Каждый из этих параметров может быть модифицирован для изменения характера опережения зажигания для более точного соответствия требованиям двигателя.

Кривые опережения зажигания форсированного и "дымного" двигателя.
Угол опережения зажигания указан в градусах поворота коленчатого вала.

Многие кривые опережения зажигания стандартных распределителей для низкооборотных или "дымных" двигателей продолжают обеспечивать увеличение опережения зажигания, описываемое длинной и пологой кривой; максимальное опережение зажигания достигается только при высоких оборотах двигателя. Эти кривые могут быть довольно функциональными на двигателях с низкой степенью сжатия, использующих низкооктановое топливо. Эти двигатели ограничены по емкости системами впуска и выпуска газов, но это может значительно уменьшить мощность форсированного двигателя. Замена жестких пружин в механизме центробежного регулятора на более слабые сделает кривую опережения зажигания более крутой и возможно увеличит крутящий момент на средних оборотах. Тем не менее, нет каких-либо жестких правил: опережение зажигания должно подбираться каждому двигателю для получения оптимальных характеристик работы.

Вакуумный регулятор. Распределитель MSD поставляется с набором пружин, который позволяет конструктору добиться кривой опережения зажигания требуемой формы.

Вакуумный регулятор
Другим важным фактором, влияющим на момент зажигания, является изменение времени сгорания при изменении плотности топливовоздушной смеси. Так как плотность смеси намного ниже, когда .дроссельная заслонка частично закрыта, давление в цилиндре, турбулентность и скорость распространения пламени будут уменьшены. В результате для сгорания смеси необходимо больше времени в форме дополнительного опережения зажигания. Так как плотность смеси и скорость пламени непосредственно связаны с вакуумом коллектора, то для увеличения или уменьшения величины опережения зажигания обычно используется вакуумный регулятор независимо от центробежного регулятора.
Практически все вакуумные регуляторы опережения зажигания обычно используют подпружиненную диафрагму, которой противодействует вакуум коллектора и/или источник вакуума. Эта диафрагма соединена с пластинкой контактного прерывателя или магнитного датчика с -помощью соединительного рычага. При высоком уровне вакуума диафрагма втягивается, противодействуя пружине. Это перемещает пластину прерывателя в направлении, противоположном направлению вращения вала распределителя, запуская контакты или магнитный датчик раньше и смещая .момент зажигания в сторону опережения. Когда дроссельная заслонка открывается, вакуум уменьшается, пружина в узле диафрагмы возвращает пластину прерывателя в ее стандартное положение, сокращая дополнительное опережение зажигания, которое в противном случае привело бы к стукам и детонации при высоких нагрузках.

Вакуумный регулятор

Полезно рассматривать систему вакуумного опережения зажигания в качестве управления зажиганием, чувствительного к нагрузкам двигателя. Так как вакуумный регулятор действует постепенно, когда требования по мощности уменьшаются, т. е. в движении, эта система является одним из наиболее важных факторов в системе зажигания, влияющих на экономию топлива в режиме нормального городского движения. Если экономия топлива является важным фактором, двигатель должен быть оснащен функционирующим и тщательно проверенным вакуумным регулятором опережения зажигания.

Настройка момента зажигания
Когда производятся серьезные модификации двигателя, то требования к опережению зажигания будут наверняка изменены. Таблица требований к кривой опережения зажигания, приводимая далее, показывает, как типичные модификации влияют на характеристики опережения зажигания. Для обеспечения эффективной работы и экономии топлива кривые опережения зажигания могут оптимизироваться в каждой комбинации конкретных двигателя и шасси (нагрузки). Регулировка центробежного регулятора — довольно простой процедурой, которая в чем-то совпадает с известным методом проб и ошибок. Она обычно заключается в подборе центробежных грузиков и стягивающих пружин до тех пор, пока не будет достигнута кривая желаемой формы.
Когда вы подбираете свою кривую опережения зажигания, то есть одна уловка, которую используют некоторые конструкторы и гонщики, чтобы помочь уменьшить изменения момента зажигания при высоких оборотах. Проверки показали, что в механизмах со штифтами и пазами изменения моментов зажигания могут иметь место, когда штифты вибрируют в концах пазов, в которых они двигаются. Для предотвращения этого сначала установите пружину, которая обеспечивает такую кривую опережения зажигания, которую вы рассчитываете получить. Затем, вместо того, чтобы позволить штифтам центробежных грузиков передвинуться до своего предела, добавьте вторую пружину с высоким усилием, которая прибавит несколько градусов дополнительного опережения зажигания даже при максимальных оборотах. Это предотвращает касание штифтами грузиков их стопоров и сокращает изменения момента зажигания. Вдобавок, дополнительное опережение зажигания может компенсировать запаздывание момента зажигания из-за растяжения цепи привода распредвала и смещения кулачка на некоторых двигателях.
Тонкая настройка вакуумного опережения зажигания может быть намного более сложной, чем настройка центробежного регулятора, так как большинство кам