ГЛАВА 8. СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ
Воспламенение рабочей смеси в цилиндре бензинового двигателя производится электрической искрой.
Для зажигания рабочей смеси на подвесных моторах преимущественно применяется магнето высокого напряжения, объединяющее в себе источник тока и трансформатор. Применяются главным образом два вида магнето:
1) открытое — с вращающимся постоянным магнитом, укрепленным в маховике (маховичное магнето);
2) закрытое — с вращающимся ротором (постоянным магнитом), заключенное в отдельном корпусе.
Маховичное магнето. На двухтактных двигателях маховичное магнето получило наибольшее распространение потому, что оно не требует для себя особого места на моторе и устройства привода, к тому же оно значительно проще и дешевле при изготовлении.
Ввиду того что детали такого магнето расположены снаружи, их необходимо предохранять от попадания воды общим кожухом, которым и является тот же маховик, имеющий вид перевернутой чашки. Магнето (рис. 31) состоит из двух основных частей: а — подвижной, состоящей из кольцевого постоянного магнита 1 с двумя полюсными наконечниками, вращающейся с числом оборотов, равным числу оборотов двигателя, и б — неподвижной, состоящей из сердечника 2, укрепленного на алюминиевом диске, или деке мотора. Дека может поворачиваться на картере за рукоятку в пределах 40°.
Постоянный магнит является возбудителем магнитного силового поля. Он изготовляется из полосовой хромистой, вольфрамовой или никелево-алюмйниевой, а в последнее время — кобальтовой стали с большой задерживающей намагниченность силой и полюсами из мягкого железа.
Рис. 31. Маховичное магнето для двухцилиндрового мотора А-8:
1 — магнит с полюсами; 2 — сердечник с наконечниками; 3 — наковальня прерывателя; 4 — молоточек прерывателя; 5 — кулачок; 6 — конденсатор; 7 — рукоятка опережения; 8 — кнопка «Стоп»; 9 — окно для регулировки зазора между контактами
П-образный сердечник и его наконечники изготовляются из отдельных тонких пластин мягкого железа толщиной 0,3—0,5 мм, изолированных друг от друга лаком или парафинированной тонкой бумагой. Благодаря такому устройству в наконечниках при воздействии переменного магнитного потока не возникает вредных токов и не происходит нагрева наконечников и недопустимого расширения их в направлении зазора. На сердечник 2 трансформатора (рис. 32) наматываются две обмотки: толстая (первичная) 7 присоединяемая одним концом к массе мотора, а другим к контакту прерывателя — молоточку 4. Обмотка изготовляется из медной изолированной проволоки диаметром 0,6—1,0 мм и содержит в себе от 120 до 200 витков. Тонкая же (вторичная) обмотка 8 присоединяется одним концом к первичной обмотке (через массу мотора), а другим — к изолированному токоприемнику, от которого идет провод на запальную свечу.
Вторичная обмотка также изготовляется из медной изолированной эмалью проволоки, но значительно меньшего диаметра — 0,07— 0,1 мм. Она содержит от 12 000 до 16 000 витков.
Рис. 32. Схема возбуждения тока цепи:
1 — магнит с полюсами; 2 — сердечник, с наконечниками; 3 — наковальня прерывателя; 4 — молоточек прерывателя; 5 — кулачок; 6 — конденсатор; 7 — первичная обмотка; 8 — вторичная: обмотка; 9 — свеча
При вращении магнита его полюсы, проходя мимо полюсных наконечников сердечника, возбуждают в последнем магнитный поток, меняющийся как по силе, так и по направлению, вследствие чего в первичной (толстой) обмотке возникает ток низкого напряжения и вокруг нее создается магнитно-силовое поле, усиливаемое сердечником.
В цепь первичного тока включен прерыватель, предназначенный для мгновенного размыкания цепи первичной обмотки. Механическая работа прерывателя заключается в размыкании и замыкании его контактов 3 и 4, а следовательно, и первичной цепи. Эта работа производится специальным кулачком 5, расположенным на ступице маховика, который при набегании на подвижный контакт прерывателя (молоточек) в момент максимального напряжения тока в первичной обмотке отжимает прерыватель и тем самым разъединяет контакты. Ток в первичной обмотке мгновенно прерывается.
Исчезающее вследствие этого магнитное поле в сердечнике возбуждает во вторичной обмотке ток высокого напряжения— 15 000 в, обеспечивающий электрический разряд между электродами свечи. Ток максимального напряжения во вторичной обмотке получается при согласовании момента начала отрыва молоточка от наковальни 3 (контактов прерывателя) с началом отхода полюса от наконечника сердечника.. Максимум напряжения практически наступает не сразу в момент отхода полюсов магнита от наконечников сердечника, а пройдя примерно 6—7 мм, что и учитывают при регулировке зажигания, увеличивая опережение на соответственный угол поворота коленчатого вала.
Сближение контактов прерывателя производит спиральная пружина, действующая в сторону, обратную действию кулачка прерывателя.
Для нормальной работы необходимо, чтобы контакты прерывателя были чистыми, а зазор между ними находился в пределах 0,4—0,5 мм. Регулировку зазора производят при полном размыкании контактов. Параллельно контактам прерывателя подключается конденсатор.
Конденсатор служит для гашения искры между контактами прерывателя и ускоряет исчезновение магнитного поля в первичной обмотке. Он чаще всего состоит из двух металлических обкладок—пластин или лент, разделенных изолятором (диэлектриком), в качестве которого применяют пропарафиненную бумагу, реже слюду, а иногда и воздух. Конденсатору придают или пластинчатый или трубчатый вид с выводом на корпус (массу). Другой вывод при помощи изолированного провода соединен с контактом 4 прерывателя. При размыкании контактов прерывателя ток вследствие самоиндукции зарядит обкладки конденсатора, причем одна зарядится положительно, другая отрицательно, — произойдет разряд. Ток вследствие разряда пойдет в обратном направлении, и это ускорит мгновенное исчезновение магнитного поля вокруг первичной обмотки, способствуя тем повышению напряжения во вторичной обмотке.
Прекращая действие экстратока, конденсатор гасит искру между контактами прерывателя, обеспечивая тем большую долговечность последнему.
Для повышения стойкости против обгорания контакты изготовляются с вольфрамовыми наконечниками. Зазор между контактами регулируется через специальное окно к (см. рис. 31) при помощи контактного винта, помещающегося в маховике.
Так как при различных числах оборотов коленчатого вала и различных нагрузках двигателя требуется устанавливать различное опережение зажигания, то предварительное воспламенение смеси необходимо производить до прихода поршня в ВМТ, а потому дека, а следовательно, и прерыватель делаются поворотными. Поворачивая деку мотора, можно изменять угол опережения зажигания. Обычно опережение предусматривается в пределах от 0 до 40°, не доходя до ВМТ.
За каждый поворот маховика и магнита кулачок прерывает ток только один раз, вызывая искру между контактами свечи; тем самым устанавливается полная согласованность работы такого магнето с работой двухтактного двигателя.
Кнопку «Стоп» у маховичного магнето помещают на рукоятке опережения снаружи маховика. При помощи ее замыкается цепь первичной обмотки трансформатора на массу, благодаря чему прекращается искрообразование и двигатель останавливается.
Закрытое магнето. Сравнительно редко в подвесных моторах применяют магнето закрытого типа. Оно требует специального привода от коленчатого вала. Примером такой установки является зажигание на моторах ЛММ-6 и ЛМР-6, где установлено одноискровое агрегатное магнето левого вращения, типа М-27-Б, с автоматом опережения МС-23 (рис. 33).
Рис. 33. Привод магнето: 1 — корпус; 2 — ведущая шестерня; 3 — ведомая шестерня с валиком; 4 — поводок; 5 — упругая муфта
Привод магнето состоит из корпуса 1, отлитого из алюминиевого сплава, ведущей шестерни 2, насаженной на верхнюю цапфу коленчатого вала двигателя, валика 3 с ведомой винтовой шестерней, вращающегося на двух шариковых подшипниках, поводка 4, закрепленного на валике, упругой резиновой муфты 5, сцепляющей своими вырезами поводок с автоматом опережения. Передаточное отношение между шестернями установлено 1:1. Магнето крепится к приводу на трех шпильках.
Электрическая схема закрытого магнето помещена на рис. 34. Магнето состоит из корпуса, в котором вращается между полюсными наконечниками ротор 1 (постоянные магниты) на шариковых подшипниках. Наконечники 2 объединены между собой сердечником 3 с насаженной на него катушкой, снабженной двумя обмотками: первичной 4 с малым числом витков толстой проволоки и вторичной 5 с очень большим количеством витков очень тонкой проволоки.
При вращении ротора магнитный поток в магнитной цепи меняется как по величине, так и по направлению. Он возбуждает в первичной обмотке ток низкого напряжения.
В цепь первичной обмотки, как и в маховичном магнето, включен прерыватель 6. Когда ток в первичной обмотке достигает наибольшей величины, кулачок резко размыкает контакты прерывателя, а следовательно, прерывает и ток, что возбуждает во вторичной обмотке ток высокого напряжения, который подводится к свече.
В первичной цепи параллельно прерывателю, как и в маховичном магнето, присоединен конденсатор 7, препятствующий образованию искр между контактами и этим обеспечивающий надежность зажигания и предохраняющий контактные винты от обгорания.
Ток высокого напряжения от вторичной обмотки магнето к центральному электроду свечи подводится высоковольтным проводом 8 марки ПВЛ, а другой конец обмотки соединяется на массу мотора.
На магнето М-27-Б установлена автоматическая муфта опережения зажигания, работающая по центробежному принципу. До 1500 об/мин угол опережения остается постоянным и равным 4°, с ростом числа оборотов муфта постепенно увеличивает этот угол, сдвигая его при 3000 об/мин коленчатого вала двигателя на 16—18°. Общий угол опережения зажигания таким образом достигает 20—22°.
Рис. 34. Схема магнето типа М-27-Б: 1 — ротор; 2 — полюсные наконечники; 3 — сердечник; 4 — первичная обмотка; 5 — вторичная обмотка; 6 — прерыватель; 7 — конденсатор; 8 — провод высокого напряжения; 9 — кнопка «Стоп»; а — конструкция провода высокого напряжения
Опережение зажигания необходимо устанавливать по меткам, нанесенным на маховике и корпусе привода. Совпадение метки «1» на маховике с меткой на корпусе привода магнето в момент разрыва контактов прерывателя указывает на правильность установки опережения зажигания. Совпадение метки «2» с меткой на корпусе привода магнето дает положение поршня в ВМТ.Другие виды зажигания, как батарейное, так и аккумуляторное, в подвесных моторах не встречаются.
Запальные свечи. Устройство свечи в общих чертах следующее. В стальной корпус 1 с резьбой (рис. 35) вставлен изолятор 2, через который пропущен стальной стержень 3, оканчивающийся с одной стороны центральным электродом 4, а с другой — резьбой и клеммой 5, соединяющей электрод с токоподводящим проводом ПВЛ; боковые электроды 6 в количестве от одного до четырех укрепляются на корпусе свечи.
Рис. 35. Запальные свечи: 1 — корпус; 2 — изолятор; 3 — стержень; 4 — центральный электрод; 5 — клемма; 6 — боковые электроды; 7 — ниппель; а — неразборная свеча; б — разборная со свободным ниппелем
Изолятор является самой ответственной деталью и должен отвечать требованиям: теплостойкости при вспышке газов; непробиваемости током с напряжением, доходящим в магнето до 15 000—20 000 в: теплопроводности и достаточного сопротивления утечке электрического тока. Кроме того, он должен обладать достаточной прочностью, чтобы сопротивляться ударной нагрузке газов, дающих в ряде двигателей до 4000 и выше ударов в минуту, и герметичностью — не пропускать газы из цилиндра.
Изолятор изготовляется из специальной керамической массы — стеатитовой, способной сопротивляться всем перечисленным нагрузкам. Такие изоляторы достаточно теплостойки и выдерживают температуру до 600°. Для форсированных двигателей применяются свечи со слюдяными изоляторами. Основным достоинством слюды является большая сопротивляемость пробивному напряжению тока и утечке его даже при температурах, доходящих до 800°.
За последнее время появились изоляторы из синтетического корунда (окись алюминия Аl2О3), конкурирующие со слюдяными. Синтетический корунд обладает лучшей теплопроводностью, хорошей сопротивляемостью резким изменениям температуры и удовлетворяет всем другим требованиям, поэтому применяется, как и слюда, для свечей форсированных двигателей.
Свечи делятся на разборные и неразборные. В разборной свече при повреждении какой-либо ее детали можно заменять неисправную деталь. В неразборной свече из-за выхода любой детали из строя заменяется полностью вся свеча. Неразборные свечи применяют только для форсированных двигателей, где герметизация играет основную роль и не учитывается удорожание эксплуатации двигателя за счет смены свечей.
Свечи, применяемые на подвесных моторах, однотипны мотоциклетным, выпускаемым по стандарту для различного размера резьб. Для моторов ЛММ-6 и ЛМР-6 применяются свечи типа А-11/11-Б с искровым промежутком 0,6—0,7.
Правильный выбор типа свечи при том разнообразии условий сгорания, какое мы встречаем в современных подвесных моторах, а именно: степень сжатия, температура и давление в цилиндре, имеют весьма существенное значение. В выборе свечи можно для начала руководствоваться следующим: для двигателей с длительной, непрерывной работой надо ставить более холодные свечи; для работы с переменным режимом, который в подвесных моторах довольно редок, ставятся более горячие свечи, иначе при сбросе оборотов свеча может замаслиться. Свеча, нагреваясь, должна освобождаться сама от масла и копоти, не вызывая в то же время калильного воспламенения в цилиндре. Если, как часто бывает, на свечах образуется нагар, то это указывает на то, что свеча для данного режима или данного двигателя холодна; при следах оплавления — горяча.
Горячей называется свеча, у которой нижняя часть изолятора изготовляется более длинной, так как она получает больше тепла от газов и лучше его сохраняет. Она хорошо работает в двигателе, у которого температуры в камере сжатия не очень высокие. Для спортивных и гоночных моторов ставятся холодные свечи, т. е. с укороченной нижней частью у изолятора.
Тепловая характеристика свечей отечественного производства выражается длиной нижней части изолятора в миллиметрах, а иностранного производства — калильным числом. Чем больше калильное число свечи, тем холоднее свеча.
В табл. 4 приведены рекомендованные зависимости калильных чисел от степени сжатия.
Таблица 4
Утопленная в отверстие головки свеча будет недостаточно нагреваться и в то же время будет замасливаться и покрываться копотью. Наоборот, выступающая в камеру сжатия свеча будет перегреваться, резьба ее закоксовываться и при вывертывании портить резьбу отверстия.
