В эру до цифровых блоков управления и датчиков, работа бензинового двигателя зависела от удивительно остроумного, полностью аналогового и механического узла — контактной системы зажигания. Её надежность и ремонтопригодность стали легендой. Давайте разберемся, как эта система создавала мощную искру в нужный момент, оживляя моторы миллионов «Жигулей», «Москвичей», «Волг» и иномарок той эпохи.
Суть и назначение
Задача системы зажигания — создать электрическую искру строго в определенный момент такта сжатия в цилиндрах двигателя, чтобы поджечь топливовоздушную смесь, приготовленную карбюратором. Вся система — это цепь низкого и высокого напряжения, управляемая механически, в такт работе двигателя.
Основные компоненты системы
Систему можно разделить на две части: цепь низкого напряжения (первичная) и цепь высокого напряжения (вторичная).
1. Источник питания (АКБ и генератор): Аккумуляторная батарея обеспечивает напряжение 12 В при запуске и на малых оборотах. После запуска в работу вступает генератор, питающий систему и заряжающий АКБ.
2. Замок зажигания: Механический ключевой выключатель, подающий питание на систему.
3. Катушка зажигания (бобина): Сердце системы. Это высоковольтный трансформатор с двумя обмотками:
- Первичная обмотка (низкого напряжения): Имеет небольшое количество витков толстого провода. Через неё протекает ток от АКБ, создавая магнитное поле.
- Вторичная обмотка (высокого напряжения): Содержит тысячи витков тонкого провода. В ней, в момент разрыва цепи первичной обмотки, индуцируется высокое напряжение (15-25 000 Вольт).
4. Прерыватель-распределитель (трамблер): Самый сложный и ответственный механический узел. Объединяет в одном корпусе несколько устройств:
- Прерыватель (контакты): Механический выключатель в цепи низкого напряжения. Состоит из неподвижного контакта и подвижного, закрепленного на молоточке. Кулачок на валу трамблера, вращаясь, периодически размыкает эти контакты.
- Распределитель (бегунок, крышка): Направляет высоковольтный импульс от катушки к нужной свече. Состоит из ротора (бегунка) на валу трамблера и крышки с центральным и боковыми контактами (по числу цилиндров).
- Центробежный регулятор опережения зажигания (ЦРОЗ): Внутри трамблера. Механизм из грузиков и пружин, который в зависимости от оборотов двигателя автоматически поворачивает кулачок прерывателя относительно вала, изменяя момент искрообразования (угол опережения зажигания, УОЗ).
- Вакуумный регулятор опережения зажигания (ВРОЗ): Устройство с мембраной, связанное с полостью под дроссельной заслонкой карбюратора. В зависимости от нагрузки на двигатель (разрежение во впускном коллекторе) меняет положение пластины с контактами, также корректируя УОЗ.
5. Конденсатор: Подключен параллельно контактам прерывателя. Выполняет две ключевые функции: поглощает искру (дугу) при размыкании контактов, предотвращая их быстрый изгар, и способствует более резкому коллапсу магнитного поля в катушке, повышая напряжение во вторичной обмотке.
6. Свечи зажигания: Финал пути высокого напряжения. Создают искровой разряд между электродами непосредственно в камере сгорания.
7. Высоковольтные провода: Передают импульс высокого напряжения от катушки к крышке трамблера и от неё к свечам.
Принцип работы пошагово
Весь процесс цикличный и жестко синхронизирован с положением поршней в цилиндрах.
ШАГ 1: Накопление энергии (зарядка катушки).
- При включенном зажигании и замкнутых контактах прерывателя ток низкого напряжения (12В) от АКБ проходит через первичную обмотку катушки зажигания.
- Вокруг обмотки создается сильное магнитное поле. Энергия накапливается. Длительность этого состояния определяет "время накопления" и зависит от оборотов.
ШАГ 2: Прерывание тока и создание высокого напряжения.
- Кулачок на валу трамблера, вращаемый распределительным валом двигателя, набегает на выступ молоточка подвижного контакта.
- Контакты резко размыкаются.
- Ток в первичной цепи мгновенно падает до нуля, а созданное им магнитное поле начинает резко сжиматься (коллапсировать).
- Это стремительное изменение магнитного поля индуцирует высокое напряжение во вторичной обмотке катушки (принцип трансформатора). Конденсатор помогает сделать этот процесс максимально резким.
ШАГ 3: Распределение и искрообразование.
- Высоковольтный импульс (15-25 кВ) по центральному проводу поступает на центральный контакт крышки трамблера.
- Оттуда он передается на бегунок (ротор), который вращается вместе с валом.
- В нужный момент ток "перескакивает" с металлической пластины бегунка на боковой электрод крышки трамблера, соединенный высоковольтным проводом со свечой зажигания определенного цилиндра.
- В этот момент поршень этого цилиндра близок к верхней мертвой точке (ВМТ) на такте сжатия.
- Напряжение пробивает воздушный зазор между электродами свечи — возникает мощная искра, которая и поджигает сжатую топливовоздушную смесь.
ШАГ 4: Повторение цикла.
После этого контакты прерывателя снова замыкаются (когда кулачок сходит с выступа), и цикл повторяется для следующего цилиндра. За один полный оборот вала трамблера (два оборота коленвала для 4-тактного двигателя) бегунок поочередно подаст искру на все цилиндры.
Ключевые особенности и необходимость регулировок
- Механический износ: Контакты прерывателя («грузики») со временем обгорают и изнашиваются, меняя зазор. Это напрямую влияет на момент искрообразования и энергию искры. Их нужно регулировать (чистить, выставлять зазор).
- Угол опережения зажигания (УОЗ): Это критически важный параметр. Искра должна проскочить не в ВМТ, а чуть раньше, так как смесь горит не мгновенно. Система имеет два автоматических регулятора:
Центробежный: С ростом оборотов поршень движется быстрее, и чтобы смесь успела сгореть, искру нужно давать еще раньше. Грузики внутри трамблера расходятся и проворачивают кулачок.
Вакуумный: На малых оборотах и под нагрузкой (например, при движении в гору) смесь беднее и горит медленнее. Вакуумный регулятор добавляет дополнительное опережение для устойчивой работы. - Ручная установка УОЗ: Базовый угол выставляется вручную с помощью стробоскопа или лампочки путем поворота корпуса трамблера. Это одна из основных регулировок карбюраторного двигателя.
Достоинства и недостатки
Плюсы:
- Простота конструкции и понятность.
- Высокая ремонтопригодность «в поле» минимальным набором инструментов.
- Независимость от сложной электроники.
Минусы:
- Необходимость частого обслуживания (чистка и регулировка контактов, замена).
- Ограничение по максимальным оборотам из-за инерционности механических контактов.
- Снижение энергии искры при износе контактов.
- Зависимость от качества механических компонентов.
Заключение: На смену контактной системе пришла контактно-транзисторная (где контакты лишь управляли слабым током базы транзистора эту систему мы разберем в следующей статье), а затем и бесконтактная (электронная) система зажигания с датчиком Холла, коммутатором и отсутствием регулируемых механических элементов. Но именно контактная система стала фундаментом, на котором выросло понимание принципов работы ДВС у целых поколений автолюбителей и механиков. Это была элегантная механическая симфония, где каждое движение вала и размыкание контактов было частью точного ритма двигателя.