Технология плазменной резки крайне редко применяется в быту, зато в промышленной сфере получила очень широкое распространение. Благодаря тому, что с помощью плазмореза можно легко, быстро и качественно разрезать практически любой токопроводящий металл, а также другие материалы - камень и пластик, его используют в машиностроении, судостроении, коммунальной сфере, изготовлении рекламы, для ремонта техники и многого другого. Срез всегда получается ровным, аккуратным и красивым. Тех, кто только собрался освоить данную технологию, может интересовать резонный вопрос, что собой представляет аппарат плазменной резки, каков принцип его работы, а также какие разновидности плазморезов бывают и для чего используется каждый из них. Все это даст общее понимание технологии плазменной резки, позволит сделать правильный выбор при покупке и освоить работу с аппаратом.
Как работает плазморез? И что подразумевается под словом «плазма»? Для работы плазмореза необходимо только две вещи - электричество и воздух. Источник энергии подает на резак (плазмотрон) токи высокой частоты, благодаря чему в плазмотроне возникает электрическая дуга, температура которой 6000 - 8000 °С. Затем в плазмотрон направляется сжатый воздух, который на большой скорости вырывается из патрубка, проходит через электрическую дугу, нагревается до температуры 20000 - 30000 °С и ионизируется. Воздух же, который ионизировался, теряет свойства диэлектрика и становится проводником электричества. Плазмой как раз и является этот воздух .
Вырываясь из сопла, плазма локально разогревает заготовку, в которой необходимо выполнить рез, металл плавится. Образованные на лобовой поверхности реза частички расплавленного металла сдуваются потоком воздуха, вырывающимся на огромной скорости. Так происходит резка металла.
Скорость плазменного потока (разогретого ионизированного воздуха) возрастает, если увеличить расход воздуха. Если же увеличить диаметр сопла, через которое плазма вырывается, то скорость уменьшится. Параметры скорости плазмы примерно таковы: на токе 250 А она может быть 800 м/с.
Чтобы рез получился ровным, плазмотрон необходимо держать перпендикулярно плоскости реза, максимальное допустимое отклонение 10 - 50 °. Также большое значение имеет скорость реза. Чем она меньше, тем ширина реза становится больше, а поверхности реза становятся параллельными. То же самое происходит при увеличении силы тока.
Если увеличить расход воздуха, то ширина реза уменьшится, зато кромки реза станут непараллельными.
Аппарат плазменной резки состоит из источника питания , плазмотрона и кабель-шлангового пакета , с помощью которого соединяются источник питания и компрессор с плазмотроном.
Источником питания для аппарата плазменной резки может служить трансформатор или инвертор, которые подают на плазмотрон большую силу тока.
Плазмотрон , собственно, и является главным элементом аппарата - плазменным резаком. Иногда по ошибке весь аппарат называют плазмотроном. Возможно, это связано с тем, что источник питания для плазмореза не отличается никакой уникальностью, а может быть использован вместе со сварочным аппаратом. А единственным элементом, отличающим плазморез от другого аппарата, и является плазмотрон.
Основные составляющие плазмотрона - электрод, сопло и изолятор между ними.
Внутри корпуса плазмотрона находится цилиндрическая камера малого диаметра, выходной канал из которой довольно мал и позволяет формировать сжатую дугу. В тыльной стороне дуговой камеры располагается электрод, служащий для возбуждения электрической дуги.
Электроды для воздушно-плазменной резки могут быть изготовлены из бериллия, гафния, тория или циркония. На поверхности этих металлов образуются тугоплавкие оксиды, предотвращающие разрушение электрода. Но для образования этих оксидов нужны определенные условия. Самыми распространенными являются электроды из гафния. А вот из бериллия и тория их не делают, и виной тому те самые оксиды: оксид бериллия - крайне радиоактивен, а оксид тория - токсичен. Все это может крайне негативно сказаться на работе оператора.
Так как возбуждение электрической дуги между электродом и заготовкой обрабатываемого металла напрямую затруднительно, сначала зажигается так называемая дежурная дуга - между электродом и наконечником плазмотрона. Столб этой дуги заполняет весь канал. После этого в камеру начинает подаваться сжатый воздух, который, проходя сквозь электрическую дугу, нагревается, ионизируется и увеличивается в объеме в 50 - 100 раз. Сопло плазмотрона сужено книзу и формирует из разогретого ионизированного газа/воздуха поток плазмы, вырывающийся из сопла со скоростью 2 - 3 км/с. При этом температура плазмы может достигать 25 - 30 тыс. °С. В таких условиях электропроводимость плазмы становится примерно такой же, как и у обрабатываемого металла.
Когда плазма выдувается из сопла и касается факелом обрабатываемого изделия, образуется режущая плазменная дуга - рабочая, а дежурная дуга гаснет. Если вдруг по какой-то причине рабочая дуга тоже погасла, необходимо прекратить подачу воздуха, снова включить плазмотрон и сформировать дежурную дугу, а затем пустить сжатый воздух.
Сопло плазмотрона может иметь различные размеры и от этого зависят возможности всего плазмотрона и технология работы с ним. Например, от диаметра сопла плазмотрона зависит количество воздуха, которое может проходить сквозь этот диаметр за единицу времени. От количества расхода воздуха зависит ширина реза, скорость работы и скорость охлаждения плазмотрона. В плазморезах используют сопла не больше 3 мм диаметром, зато довольно длинные - 9 - 12 мм. Длина сопла влияет на качество реза, чем длиннее сопло, тем качественнее рез. Но здесь нужно быть осторожным, везде важна мера, так как слишком большое сопло будет быстрее изнашиваться и разрушаться. Оптимальной считается длина, в 1,5 - 1,8 раз больше диаметра сопла.
Крайне важно, чтобы катодное пятно фокусировалось строго по центру катода (электрода). Для этого используют вихревую подачу сжатого воздуха/газа. Если вихревая (тангенциальная) подача воздуха нарушена, то катодное пятно будет смещаться относительно центра катода вместе с дугой. Все это может привести к нестабильному горению плазменной дуги, образованию двойной дуги и даже выходу плазмотрона из строя.
В процессе плазменной резки используются плазмообразующие и защитные газы. В аппаратах плазменной резки с силой тока до 200 А (можно разрезать металл толщиной до 50 мм) используют только воздух. В таком случае воздух является плазмообразующим газом и защитным, а также охлаждающим. В сложных промышленных портальных аппаратах используют другие газы - азот, аргон, водород, гелий, кислород и их смеси.
Сопло и электрод в аппарате плазменной резки являются расходными материалами, которые необходимо своевременно заменять, не дожидаясь их полного износа.
В основном плазморезы принято покупать в готовом виде, главное - правильно подобрать нужный агрегат, тогда не придется ничего «доделывать напильником». Хотя в нашем отечестве есть «Кулибины», которые могут сделать аппарат плазменной резки своими руками, закупив некоторые детали отдельно.
Разновидности аппаратов плазменной резки
Плазморезы различают по нескольким различным параметрам. Аппараты плазменной резки могут представлять собой переносные установки, портальные системы, шарнирно-консольные машины, специализированные конструкции и установки с координатным приводом. Особенно выделяются машины плазменной резки с ЧПУ (числовым программным управлением), которые минимизируют вмешательство человека в процесс резки. Но помимо этих существуют и другие градации.
Аппараты для ручной и машинной резки
Используется для резки металла вручную, когда плазмотрон держит в руках оператор-человек и ведет его по линии реза. В связи с тем, что плазмотрон все время находится на весу над обрабатываемой заготовкой, рука человека может слегка дрогнуть даже в процессе обычного дыхания, все это отражается на качестве реза. На нем могут быть наплывы, неровный рез, следы рывков и т.д. Чтобы облегчить работу оператору, существуют специальные упоры, которые надеваются на сопло плазмотрона. С помощью него можно поставить плазмотрон непосредственно на заготовку и аккуратно вести его. Зазор между соплом и обрабатываемой заготовкой всегда будет одинаковым и соответствующим требованиям.
Аппараты машинной резки представляют собой плазморезы портального типа и аппараты автоматического раскроя деталей и труб. Такие аппараты используются на производстве. Качество реза таким плазморезом получается идеальным, дополнительная обработка кромок не требуется. А программное управление позволяет делать резы различной фигурной формы в соответствии с чертежом без страха дернуть рукой в неподходящий момент. Рез выполняется точно и гладко. На подобные аппараты плазменной резки металла цена на порядок выше, чем на ручные аппараты.
Трансформаторные и инверторные аппараты плазменной резки
Существуют трансформаторные и инверторные плазморезы.
тяжелее инверторных и больше по размеру, зато они более надежны, так как не выходят из строя в случае скачков напряжения. Продолжительность включения таких аппаратов выше, чем у инверторных, и может достигать 100 %. Такой параметр, как продолжительность включения, напрямую влияет на специфику работы с аппаратом. Например, если ПВ равна 40 %, это означает, что 4 минуты резак может работать без перерыва, а затем ему необходимо 6 минут отдыха, чтобы остыть. ПВ 100 % используется в производстве, там, где работа аппарат продолжается весь рабочий день. Недостатком трансформаторного плазмореза является высокое энергопотребление.
С помощью трансформаторных плазменных резаков можно обрабатывать заготовки большей толщины. На подобный аппарат воздушно-плазменной резки цена выше, чем на инверторный. Да и представляет он собой короб на колесиках.
Используются чаще в быту и на маленьких производствах. Они намного экономнее в энергопотреблении, обладают меньшим весом и габаритами и чаще всего представляют собой ручной аппарат. Достоинством инверторного плазмореза является стабильное горение дуги и КПД на 30 % выше, компактность и возможность вести работы в труднодоступных местах.
Аппарат воздушно-плазменной резки и водно-плазменной резки
Стоит отметить, что существуют не только аппараты воздушно-плазменной резки, принцип действия которых и устройство были описаны выше, но и аппараты водно-плазменной резки.
Если в воздушно-плазменных резаках воздух выступает и как плазмообразующий, и как защитный, и как охлаждающий газ, то в водно-плазменных резаках вода выступает в качестве охладителя, а водяной пар плазмообразователя.
Достоинствами воздушно-плазменной резки являются низкая цена и небольшой вес, зато недостаток - ограничена толщина разрезаемой заготовки, зачастую не более 80 мм.
Мощность водно-плазменных резаков позволяет разрезать толстые заготовки, зато их цена несколько выше.
Принцип работы аппарата водно-плазменной резки заключается в том, что вместо сжатого воздуха в нем используется водяной пар. Это дает возможность отказаться от использования компрессора для воздуха или газовых баллонов. Водяной пар более вязкий по сравнению с воздухом, поэтому его необходимо намного меньше, запаса в баллончике хватает примерно на месяц-два. Когда в плазмотроне протекает электрическая дуга, в него подается вода, которая испаряется. Одновременно с этим рабочая жидкость поднимает катод отрицательного полюса от катода положительного полюса сопла. В результате загорается электрическая дуга, пар ионизируется. Еще до того, как плазмотрон приблизится к обрабатываемой заготовке, загорается плазменная дуга, которая выполняет резку. Ярким представителем данной категории плазморезов является аппарат Горыныч, на такой аппарат плазменной резки цена около 800 у.е.
В зависимости от того, включен разрезаемый материал в электрическую схему плазменной резки или нет, зависит тип резки - контактный и бесконтактный.
Контактная плазменная резка или резка плазменной дугой выглядит так: дуга горит между электродом плазмотрона и обрабатываемой деталью. Это еще называется дугой прямого действия. Столб электрической дуги совмещен с плазменной струей, которая вырывается из сопла на большой скорости. Продуваемый через сопло плазмотрона воздух обжимает дугу и придает ей проникающие свойства. За счет высокой температуры воздуха 30000 °С, повышается скорость его истечения и плазма оказывает сильной механическое воздействие на выдуваемый металл.
Контактный тип резки применяется при работах с металлами, которые могут проводить электричество. Это изготовление деталей с прямолинейными и криволинейными контурами, резка труб, полос и прутков, выполнение отверстий в заготовках и многое другое.
Бесконтактная плазменная резка или резка плазменной струей выглядит так: электрическая дуга горит между электродом и формирующим наконечником плазмотрона, часть плазменного столба выносится за пределы плазмотрона через сопло и представляет собой высокоскоростную плазменную струю. Именно данная струя и является режущим элементом.
Бесконтактная резка используется при работе с нетокопроводящими материалами (неметаллами), например, камнем.
Работа с аппаратом плазменной резки и технология воздушно-плазменной резки - это целое искусство, требующее знаний, терпения и соблюдения всех правил и рекомендаций. Знание и понимание устройства плазмореза помогает выполнять работу качественно и аккуратно, так как оператор понимает, какие процессы происходят в плазмотроне и за его пределами в тот или иной момент, и может ими управлять. Также немаловажно соблюдать все меры предосторожности и технику безопасности, например, работать с плазморезом необходимо в костюме сварщика, в щитке, перчатках, в закрытой обуви и плотных штанах из натуральной ткани. Некоторые окислы, выделяемые в процессе резки металла, могут нанести непоправимый вред легким человека, поэтому необходимо работать в защитной маске или хотя бы обеспечить хорошую вентиляцию в рабочей зоне.
Задача системы зажигания - обеспечение в нужный момент искры зажигания достаточной энергии для воспламенения топливной смеси. Чем точнее выполняется этот процесс, тем выше мощность и эффективность двигателя. Правильно выставленное зажигание позволяет повысить мощность двигателя, снизить расход топлива и выбросы вредных веществ.
В последние годы и десятилетия эти цели приобретали все большую актуальность. Контактная система зажигания не смогла справиться с требованиями, которые к ней предъявлялись. Максимально передаваемую энергию, необходимую для зажигания рабочей смеси, увеличить не удалось, хотя это было необходимо для двигателей с высокой компрессией и мощностью, частота вращения которых становились все больше.
Кроме того, из-за постоянного износа контактов не возможно обеспечить точное соблюдение заданного момента воспламенения. Это вызывало перебои в работе двигателя, повышение расхода топлива и выбросам вредных веществ атмосферу.
Благодаря развитию электроники удалось инициировать процесс воспламенение бесконтактно, в результате чего решились проблемы износа и технического обслуживания. При этом заданный момент зажигания точно соблюдается практически в течение всего срока службы.
В первую очередь, это достигается благодаря индуктивному формированию сигнала (бесконтактная транзисторная система зажигания с накоплением энергии в индуктивности) и формированию сигнала датчиком Холла (TSZ-h).
Поскольку обе эти системы экономичны и относительно недорогие, они используются и сегодня на некоторых двигатетелях малого объема.
Основные преимущества бесконтактной системы зажигания:
- отсутствие износа и технического обслуживания,
- постоянный момент воспламенения,
- отсутствие дребезга контактов и, как следствие, возможность увеличения частоты вращения,
- регулирование накопления энергии и ограничение первичного тока,
- более высокое вторичное напряжение системы зажигания
- отключение постоянного тока.
Структура и функции БСЗ
На основании рисунка кратко поясняется принцип работы системы:
Рисунок. Компоненты транзисторной системы зажигания
- Аккумуляторная батарея
- Выключатель зажигания и стартера
- Катушка зажигания
- Коммутатор
- Датчик зажигания
- Датчик-распределитель
- Свеча зажигания
При включении зажигания (2) подается напряжение питания на первичную обмотку катушки зажигания (3). Через первичную обмотку проходит ток, как только коммутатор (4) получит сигнал с датчика зажигания (5), ток первичной обмотки прерывается. Клемма 1 катушки зажигания по средством коммутатора соединяется с массой. Во вторичной обмотке индуцируется высокое напряжение более 20 кВ.
Вторичное напряжение системы зажигания через клемму 4 катушки зажигания передается на датчик-распределитель на соответствующий цилиндр и свечу зажигания.
Блок управления определяет частоту вращения коленчатого вала (сигналы датчика) и на ее основании управляет временем накопления тока первичной обмотки катушки зажигания (длительностью открытого состояния выходного транзистора или тиристора системы зажигания) и его величиной. В соответствии с частотой вращения и напряжением аккумуляторной батареи, незадолго до появления искры зажигания устанавливается заданное значение первичного тока, то есть при увеличении частоты вращения длительность протекания тока увеличивается так же, как при уменьшении напряжения аккумуляторной батареи.
При включенном зажигании и неработающем двигателе (отсутствие сигнала датчика) через некоторое время (как правило, через одну секунду) отключается ток первичной обмотки катушки зажигания. Как только блок управления получит сигнал датчика (например, при запуске), он снова переходит в рабочее состояние.
Для адаптации момента зажигания к разным состояниям нагрузки регулировка осуществляется так же, как и в контактных системах зажигания, механическим способом посредством мембранного механизма вакуумного регулятора, а также центробежного регулятора. В результате сигнал датчика (и вместе с ним момент зажигания) изменяется в зависимости от оборотов и нагрузке двигателя.
Рисунок. Схема взаимодействия вакуумной и центробежной регулировки при управлении зажиганием посредством индуктивного датчика
- Центробежный регулятор
- Вакуумный регулятор опережения зажигания с мембранным механизмом
- Вал распределителя зажигания 4 - Полый вал
- Статор индуктивного датчика распределителя зажигания
- Ротор распределителя зажигания
Индуктивное формирование сигнала в бесконтактной транзисторной системе зажигания накоплением энергии в индуктивности
В результате вращения ротора датчика управляющих импульсов изменяется магнитное поле и в индукционной обмотке (статоре) создается представленное на рисунке а, б переменное напряжение. При этом напряжение увеличивается по мере приближения зубцов ротора к зубцам статора. Положительный полупериод напряжения достигает своего максимального значения, когда расстояние между зубцами статора и ротора минимальное. При увеличении расстояния магнитный поток резко меняет свое направление и напряжение становится отрицательным.
Рисунок. Датчик управляющих импульсов по принципу индукции
а) Технологическая схема
- Постоянный магнит
- Индукционная обмотка с сердечником
- Изменяющийся воздушный зазор
- Ротор датчика управляющих импульсов
б) временная характеристика переменного напряжения, индуктируемого датчиком управляющих импульсов tz = момент зажигания
В этот момент времени (tz) в результате прерывания первинного тока коммутатором инициируется процесс зажигания.
Количество зубцов ротора и статора в большинстве случаев соответствует количеству цилиндров. В этом случае ротор вращается с уменьшенной вдове частотой вращения коленчатого вала. Пиковое напряжение (± U) при низкой частоте вращения составляет прибл. 0,5 В, при высокой - прибл. до 100 В.
Момент зажигания можно проконтролировать только при работающем двигателе, поскольку без вращения ротора изменение магнитного поля не происходит и в результате не создается сигнал.
Формирование сигнала датчиком Холла
Вторую возможность бесконтактного управления искрообразованием, возможно осуществить с помощью датчик Холла.
Датчик Холла часто используется при переоборудование системы зажигания с контактной на бесконтактную, поскольку его удается установить вместо прерывателя на подвижную пластину.
В бесконтактном датчике используется эффект Холла (названный в честь его открывателя), заключающийся в возникновение поперечной разности потенциалов в проводнике с постоянным током под действием магнитного поля. Эффект Холла особенно эффективен в специальных полупроводника. Микросхема, интегрированная в датчик Холла еще больше усиливает сигнал.
Рисунок. Эффект Холла
- Av А2 - соединения, полупроводниковый слой
- UH - напряжение Холла
- В - магнитное поле (плотное)
- Iv - постоянный ток питания
При вращении экрана с прорезями (обтюратора) магнитное поле периодически воздействуют на датчик Холла. Если между магнитными направляющими обтюратор открыт (так называемые прорези), индуктируется напряжение Холла. Если в воздушном зазоре между магнитными направляющими обтюратор закрыт, то линии магнитного поля не могут воздействовать на датчик Холла и напряжение близко к нулю (Небольшие поля рассеяния полностью подавить нельзя). Благодаря характеристике напряжения Холла снова присутствует сигнал для искрообразования.
Рисунок. Принцип
- Обтюратор с шириной b
- Постоянный магнит
- Микросхема Холла
- Воздушный зазор
Количество прорезей соответствует в большинстве случаев количеству цилиндров, а обтюратор вращается вместе с ротором распределителя зажигания с уменьшенной вдвое частотой вращения коленчатого вала. Для регулирования опережения зажигания пластина, на которой закреплен датчик Холла, механически передвигается по уже знакомому принципу. Искрообразование происходит при включении датчика Холла (t2), то есть как только прорезь позволит линиям магнитного поля воздействовать на датчик Холла. В данном случае настройку зажигания можно выполнять при неработающем двигателе (соблюдайте информацию производителя!).
Рисунок. Характеристика напряжения Холла
Поиск неисправностей в бесконтактной системе зажигания
При выполнении поиска неисправностей в бесконтактной системе зажигания помните:
Современные системы зажигания работают с очень высокими напряжениями, вследствие чего при соприкосновении стоковедущими частями системы может возникнуть опасность для жизни как на стороне первичного, так и вторичного тока. Поэтому при проведении работ с системой зажигания отключите зажигание и питающее напряжение!
Прежде чем начать поиск неисправностей, еще раз следует вспомнить функции зажигания (искра зажигания - достаточная мощность - правильный момент зажигания).
Во-первых, следует убедиться, что искра зажигания присутствует. Самый простой способ проверки: подключить новую свечу зажигания к проводу высокого напряжения (свеча зажигания должна быть соединена с массой двигателя) и кратковременно произвести запуск. Визуально проверить наличие искры. При отсутствии искры зажигания необходимо провести визуальный контроль всей системы, а также контроль разъемных соединений на предмет коррозии или наличия влаги и на точность посадки проводов.
Если явных повреждений не обнаружено, следует проследить процесс искрообразования в обратном порядке, от свечи зажигания через свечной наконечник и провод высокого напряжения к контакту на распределителе, от распределителя провод высокого напряжения к катушке зажигания и от катушки зажигания к блоку управления. Точно так же проверяются и входы блока управления.
Важно знать, отсутствует ли искра на одной свече зажигания или на всех. Если только на одной, неисправность может возникнуть на участке между свечой зажигания соответствующего цилиндра и распределителем. Если искра отсутствует на всех свечах, вероятнее всего искрообразования вообще не происходит, а неисправность находится на участке между распределителем и блоком управления или на входах блока управления.
В первом случае проверяют провод высокого напряжения от распределителя до свечи зажигания. Простая проверка сопротивления показывает исправность провода. Сопротивления свечного наконечника и провода распределителя суммируются. Для провода высокого напряжения с предварительным искровым промежутком такой способ проверки не подходит. В этом случае только при помощи индуктивных клещей, зажимаемых через провод высокого напряжения, можно проверить, передается ли вторичное напряжение системы зажигания по проводу. В противном случае функция проверяется опытным путем, заменой соответствующего провода высокого напряжения.
Если провод в порядке, тогда проверяют распределитель и крышку распределителя. При этом путем визуального контроля убедитесь, что контакты не сожжены, а на крышке распределителя отсутствуют трещины или другие повреждения.
Если искрообразования вообще не происходит, проверяют ротор распределителя зажигания (визуальный контроль, измерение сопротивления); точно так же поступают с кабелем высокого напряжения, ведущего от распределителя к катушке зажигания.
Следующее измерение сопротивления касается катушки зажигания. При этом сопротивление измеряют между клеммой 1 и клеммой 15 для первичного контура. Вторичный контур катушки зажигания измеряется между клеммами 4 и 1. При проведедении измерений учитывайте заданные значения производителей. Может быть, что перебои в первичной и вторичной обмотках катушки зажигания появляются только при повышенных температурах.
Для измерения сопротивления на катушке зажигания необходимо отсоединить все контакты.
Кроме того, на катушке зажигания проверяют напряжение питания на клемме 15. Оно должно составлять значение напряжения аккумуляторной батареи (минус падение напряжения на дополнительном резисторе). Далее на клемме 1 можно проверить угол поворота ротора датчика и скважность импульсов.
При частоте вращения холостого хода величина угла поворота ротора датчика составляет от 5 до 15, при повышении числа оборота увеличивается. В более старых моделях автомобилей без регулирования угла поворота ротора, но с безконтактной тиристорной системой зажигания параметр имеет постоянное значение.
Если катушка зажигания в порядке, но на клемме 15 отсутствует напряжение, необходимо проверить провод до замка зажиния в обратном порядке и устранить причину неисправности.
Если при пусковой частоте вращения регулирования угла поворота ротора датчика не происходит и скважность импульсов не измеряется, хотя питание через клемму 15 подается, следует проверить соответствующий выходной сигнал на блоке управления.
Если причина не в нем, необходимо проверить все входы на блоке управления. При этом в первую очередь следует убедиться, что на блок управления поступает напряжение питания, то есть опять входной сигнал клеммы 15. На клемме 3 должно присутствовать хорошее соединение с массой. Если в обоих случаях все в порядке, проверяют вход искрообразования. При этом, как уже упоминалось выше, различают индуктивное образование и образование датчиком Холла.
При индуктивном искрообразовании на клемме 7 при помощи осциллоскопа можно проверить выходное переменное напряжение. Если осциллоскопа под рукой не окажется, можно измерить также переменное напряжение. При этом помните, что измеряемое переменное напряжение может оставлять от 0,5 В до 100 В - в зависимости от частоты вращения двигателя.
При искрообразовании посредством датчика Холла на соответствующей клемме проверяют сигнал датчика Холла путем измерения скважности импульсов. В зависимости от производителя значение скважности импульса при пусковой частоте вращения может составлять от 10% до 30%. Если сигнал датчика Холла отсутствует, проверяется питание датчика. Кроме того, проверьте сопротивление провода в отсоединенном состоянии.
Существует опасность повреждения датчика Холла при измерении сопротивления!
После проверки электрических цепей следующим этапом является проверка момента зажигания.
Проверка момента зажигания может быть как статичная, то есть в неработающем состоянии, так и динамичная при работающем двигателе. До этого необходимо проверить механические устройства регулирования, поскольку их износ может нарушить правильную работу. Центробежное регулирование, зависящее от частоты вращения двигателя, проверяется лампой-стробоскопом, а также тестером, при медленном повышении частоты вращения двигателя. Перед этим отсоедините вакуумную трубку. В установленном производителем диапазоне частоты вращения момент зажигания должен плавно переместиться в сторону опережения,
Регулирование момента зажигания, зависящее от разряжения в сторону раннего или позднего, можно проверить просто, путем съема и установки вакуумной трубки привода вакуумного регулятора и одновременного наблюдения за смещением момента зажигания при помощи лампы-стробоскопа или тестера для двигателя. Регулирование в сторону позднего момента зажигания эффективно при холостом ходе, в сторону раннего момента при 2000-3000 мин^-1. Но и в данном случае точные значения зависят от инструкций производителя.
Причинами неудовлетворительной работы регулирующих устройств, зависящих от частоты вращения, могут быть коррозия датчиков или ослабление пружин. Функция механическо-пневматически регулирующих устройств, зависящих от нагрузки, может быть нарушена в результате повреждения мембранного механизма вакуумного регулятора (тугой ход, разгерметизация), механических повреждений, не герметичности вакуум-шлангов, а также неправильной настройки дроссельной заслонки.
Автомобиля представляет собой совокупность устройств, создающих искру и воспламеняющих смесь топлива и воздуха внутри цилиндра в необходимый момент времени. С начала возникновения является их неотъемлемой частью.
На современных автомобилях могут быть как контактными, так и бесконтактными, основное различие которых заключается в комплектации. В остальном, принцип работы обоих систем практически идентичен.
Контактное зажигание
Контактная система зажигания – это самый аутентичный тип зажигания. К его достоинствам можно отнести высокую надежность, малую стоимость, простоту в обслуживании и ремонтопригодность, даже в полевых условиях.
В настоящее время больше не устанавливается на серийные автомобили – его заменила более новая бесконтактная система, т. к. ее характеристики намного лучше. Тем не менее, среди владельцев старых авто продолжаются споры о том, какой тип лучше, поэтому на многих машинах продолжает использоваться система, использующая контактный принцип работы.
Контактная система зажигания имеет один большой недостаток – это сами контакты, которые имеют свойство греться, а также выгорать, во время длительной и непрерывной работы. Кроме того, в то время, когда контакты замкнуты, происходит потеря напряжения, что ведет к разрядке аккумулятора и нагреву катушки, даже при неработающем двигателе.
Состав
Контактная система зажигания включает в себя следующие узлы:
- Выключатель, он же – центральный . Это устройство необходимо для замыкания и размыкания электрической цепи автомобиля.
- Механический прерыватель – это устройство, которое размыкает цепь главной обмотки на катушке (цепь малого напряжения). После этого на вторичном контуре обмотки катушки возникает высокое напряжение. В единую цепь с механическим прерывателем параллельно подключается конденсатор, такой вариант помогает лучше эксплуатировать контакты, не допуская их обгорания.
- Катушка зажигания – это устройство создающее ток малого напряжения из тока большого напряжения, состоящее из двух обмоток – первичной и вторичной.
- Механический распределитель – устройство распределяющее ток на каждую отдельную свечу. Он состоит из ротора и крышки корпуса. Принцип работы данного узла заключается в том, что с центрального контакта, расположенного на крышке корпуса, напряжение направляется на боковые контакты, через которые оно потом поступает к отдельным свечам. Стоит отметить, что традиционно распределитель и контактный прерыватель объединяют в цельном корпусе, такое устройство автолюбители называют «трамблер». Приводится трамблер в действие путем передачи крутящего момента от коленвала двигателя.
- Центробежный регулятор – это устройство для настройки опережения зажигания. Состоит оно из двух подвесок, воздействующих на пластину, в которой находятся эксцентрики прерывателя. Если угол опережения будет выставлен неправильно, и подача искры будет производиться не в крайнем верхнем положении поршня, то смесь в цилиндрах будет сгорать неэффективно, в результате чего мощность двигателя упадет, а количество выбросов вредных веществ в атмосферу увеличится.
- Вакуумный регулятор, он также предназначен для настройки угла опережения, но уже в зависимости от нагрузки на двигатель, т. е. в зависимости от силы нажатия на педаль газа.
- Высоковольтные провода. Эти провода нужны для передачи тока от катушки ко всем остальным узлам системы.
- – этот агрегат образует искру между двух контактов, что приводит к воспламенению топливовоздушной смеси в цилиндре двигателя.
Полная схема контактной системы зажигания приведена на различных фото, которые с легкостью можно найти в Интернете.
Замена старого на новое
Многие люди, столкнувшись с проблемами, которые вызывает контактная система зажигания, предпочитают ее усовершенствовать или заменить вовсе, однако любители автомобильной классики и реставраторы авто предпочитают сохранять оригинал. Да и стоит эта процедура весьма недешево – хоть работы по замене достаточно просты и состоят в основном из замены частей и сборки, сам комплект стоит дорого.
Бесконтактный тип лучше контактного в плане того, что оно лишено контактов, которые при длительной эксплуатации часто обгорают.
В отличие от контактного, бесконтактное обладает коммутатором – это устройство заменяет контакты, но выполняет те же функции. Это, собственно, единственная разница этих систем зажигания.
И на последок
Следует также отметить, что у бесконтактного типа ток обладает лучшими характеристиками – большей частотой и напряжением, что существенно продлевает срок службы свечей. Однако, такое различие имеет и свои минусы – придется заменить стандартные высоковольтные провода на силиконовые, которые лучше проводят ток, но стоят при этом значительно дороже.
В состав автомобиля входит четыре системы: охлаждения, смазки, топливная и зажигания. Выход из строя каждой из них в отдельности приводит к полному выходу из строя всего автомобиля. Если поломка найдена, ее нужно устранить, и чем раньше, тем лучше, поскольку ни одна из систем не выходит из строя сразу. Этому, как правило, предшествует множество «симптомов».
В этой статье мы более подробно остановимся на системе зажигания. Существует два типа: контактное и бесконтактное зажигание. Они отличаются наличием и отсутствием размыкающихся контактов в распределителе. В момент, когда размыкаются эти контакты, в катушке образуется индукционный ток, который подается посредством высоковольтных проводов на свечи.
Бесконтактное зажигание лишено этих контактов. Они заменены коммутатором, который, в принципе, выполняет эту же функцию. Изначально на автомобили отечественного производства устанавливалась лишь контактная система. Бесконтактное зажигание ВАЗ стал устанавливать в начале 2000-х. Это было хорошим для него прорывом. Прежде всего, бесконтактное зажигание обладает большей надежностью, поскольку фактически из системы был удален один довольно уязвимый элемент.
Со временем автовладельцы стали сами устанавливать бесконтактное зажигание на классику, поскольку это серьезно облегчало обслуживание. Теперь исключалась возможность подгорания контактов. Кроме того, теперь в них не надо было регулировать зазор в момент размыкания. Помимо всего прочего, бесконтактное зажигание обладает и лучшими характеристиками тока, а именно, большей частотой и напряжением, что серьезно снижает износ электродов свечей. На лицо - плюсы во всех сферах эксплуатации.
Но не все так гладко, как хотелось бы. Например, бывают случаи, когда выходит из строя коммутатор. Если замена контактного блока обойдется в 150-200 рублей при хорошем качестве, то здесь цены в 3-4 раза больше. Помимо прочего, замена контактного зажигания на бесконтактное влечет за собой и замену высоковольтных проводов на силиконовые, если они не были установлены ранее. Конечно, можно оставить и стандартные, но тогда возможны пробои, а значит - перебои в зажигании и во всей работе двигателя.
Теперь немного о самой системе. Питание постоянно подается на контакты распределителя зажигания, через которые оно идет к первичной (малой) обмотке катушки. В момент размыкания контактов ток в первичной обмотке прекращается, изменяется магнитное поле, вследствие чего возникает индукционный ток высокой частоты и напряжения. Он-то и подается на свечи зажигания.
Сама замена контактного зажигания на бесконтактное не должна вызвать каких-либо трудностей, поскольку все сводится к откручиванию и прикручиванию деталей. Конечно же, после замены самого распределителя нужно будет выставить момент зажигания, но, во-первых, это не слишком сложно, а во-вторых - можно изначально выставить бегунок в удобное положение и запомнить, чтобы потом аналогично установить коммутатор. А еще стоит отключить аккумулятор от цепи, чтобы не получить ожогов или прочих травм.
Стремление к усовершенствованию своего транспортного средства, наверное, никогда не покидало их владельцев, поэтому нет ничего странного в том, что вместе с модернизацией других агрегатов и систем автомобиля очередь дошла и до его зажигания. Отечественные машины и многие старые иномарки обладают контактным видом системы зажигания, однако, в последнее время, все чаще можно услышать о другом его виде – бесконтактном зажигании.
Конечно, на этот счет, мнения у Всех разные, однако, большинство автолюбителей склоняются именно к этому варианту. В данной статье, мы попробуем выяснить чем же бесконтактная система обязана такой популярности, из чего она состоит и как функционирует, а также, рассмотрим основные виды возможных неисправностей, их причины и первые признаки.
Преимущества бесконтактного зажигания
Большинство выпускающихся сегодня автомобилей с бензиновыми двигателями, (неважно отечественного они или зарубежного производства) оборудуются , у которых конструкция прерывателя распределителя не предусматривает наличие контактов. Соответственно, это системы так и называются – бесконтактные.
Преимущества бесконтактного зажигания проверены на практике уже не одним автовладельцем, о чем могут свидетельствовать обсуждения этой темы на различных интернет-форумах. К примеру, нельзя не отметить простоту ее установки и настройки, рабочую надежность или улучшение пусковых качеств двигателя, в холодную погоду. Согласитесь, получается уже неплохой список «плюсов». Возможно, автовладельцам более консервативных взглядов этого покажется недостаточно, но если Вас основательно достали частые неисправности «контактной пары» и Вы начали задумываться о ее замене на более современную конструкцию бесконтактного зажигания, то вполне возможно, что данная статья поможет сделать этот последний и самый ответственный шаг.
По мнению некоторых посетителей, тех же интернет форумов, самой большой проблемой замены контактного зажигания на бесконтактное, есть сам процесс покупки комплекта. Учитывая, что стоит он немало, а в зависимости от марки и модели цена может существенно отличаться, заставить себя потратить эти деньги сможет далеко не каждый автовладелец. Тут уже, как говориться: «кто на что рассчитывает»…Но думаю, Вам, уважаемые читатели, будет интересно, какие плюсы в этой системе нашли специалисты. С их точки зрения, бесконтактная система зажигания (в сравнении с контактной) обладает тремя основными преимуществами:
Во-первых , подача тока на первичную обмотку осуществляется через полупроводниковый коммутатор, а это позволяет получить куда большую энергию искры, путем возможного получения большего напряжения на вторичной обмотке той же катушки (до 10 кВ);
Во-вторых
, электромагнитный импульсный создатель (чаще всего, реализованный на основе эффекта Холла), который с функциональной точки зрения заменяет контактную группу (КГ) и по сравнению с ней, обеспечивает намного лучшие импульсные характеристики и их стабильность во всем диапазоне оборотов мотора. Как результат, мотор, оборудованный бесконтактной системой, обладает более высоким уровнем мощности и значительной экономичностью в плане топлива (до 1 литра на 100 километров).
В-третьих , потребность в обслуживании бесконтактного зажигания возникает намного реже, нежели аналогичное требование контактной системы. В данном случае, все необходимые действия сводятся лишь к смазыванию вала трамблера, спустя каждых 10000 километров пробега.
Однако, не все так радужно и в этой системе встречаются свои минусы. Основной недостаток кроется в более низкой надежности, особенно, это касается коммутаторов первоначальных комплектаций описанной системы. Довольно часто, они выходили из строя уже через нескольких тысяч километров пробега автомобиля. Чуть позже, был разработан более усовершенствованный – модифицированный коммутатор. Хоть его надежность и считается несколько высшей, однако в глобальном плане, ее также можно назвать низкой. Поэтому, в любом случае, в бесконтактной системе зажигания стоит избегать применения отечественных коммутаторов, лучше отдавать предпочтение импортным, ведь при поломке, диагностические процедуры, да и сам ремонт системы не будут отличаться особой простотой.
При желании, автовладелец может модернизировать установленное бесконтактное зажигание, что выражается в замене элементов системы на более качественные и надежные. Так, при необходимости, замене подлежит крышка трамблера, бегунок, датчик Холла, катушка или коммутатор. Кроме того, усовершенствовать систему можно и с помощью использования блока зажигания для бесконтактных систем (например, «Октан» или «Пульсар»).
В общем, в сравнении с контактной системой зажигания, бесконтактны вариант работает намного четче и равномернее
, а все благодаря тому, что в большинстве случаев, возбудителем импульса выступает датчик Холла, который срабатывает как только мимо него проходят воздушные зазоры (щели, имеющиеся в полом вращающемся цилиндре на оси трамблера машины). Кроме того, для работы электронного зажигания (к нему часто относят и бесконтактный его вид) требуется намного меньше энергии аккумулятора, тоесть с толчка машину можно будет завести и при сильно разряженной аккумуляторной батареи. При включенном зажигании, электронный блок практически не использует энергию, а начинает ее потреблять только при вращении вала мотора.
Положительным моментом применения бесконтактного зажигания есть и то, что его ненужно чистить или регулировать, в отличии от того же механического, который не только требует большего ухода, но еще и тянет постоянный ток при замкнутых контактах прерывателя, тем самым способствуя нагреванию катушки зажигания при выключенном двигателе.
Структура и функции бесконтактного зажигания
Бесконтактную систему зажигания, еще называют логическим продолжением контактно-транзисторной системы, только в данном варианте, место контактного прерывателя занял бесконтактный датчик. В стандартном виде, бесконтактная система зажигания устанавливается на ряд автомобилей отечественного автопрома, а также, может монтироваться в индивидуальном, самостоятельном порядке – как замена контактной системы зажигания.
С конструктивной точки зрения, такое зажигание объединило в себе целый ряд элементов, основные из которых представлены в виде источника питания, выключателя зажигания, датчика импульсов, транзисторного коммутатора, катушки зажигания, распределителя и свечей зажигания, а используя высоковольтные провода, распределить соединяется со свечами и катушкой зажигания.
В целом, устройство бесконтактной системы зажигания соответствует аналогичной контактной, а разницу становит только отсутствие в последней датчика импульсов и транзисторного коммутатора.
Датчик импульсов
(или импульсный датчик) – это устройство, предназначенное для создания электроимпульсов низкого напряжения. Выделяют такие типы датчиков: Холла, индуктивный и оптический.
В конструктивном плане, импульсный датчик объединен с распределителем и составляет с ним единое устройство – датчик-распределитель.
Внешне он схожий с прерывателем-распределителем и оснащен таким же приводом (от коленвала двигателя).
Транзисторный коммутатор создан для прерывания тока в цепи первичной обмотки катушки, соответственно сигналам датчика импульсов. Процесс прерывания осуществляется благодаря открыванию и закрыванию выходного транзистора.
Формирование сигнала датчиком Холла
В большинстве случаев, для бесконтактной системы зажигания, характерным есть применение магнитоэлектрического датчика импульсов, работа которого базируется на эффекте Холла. Свое название прибор получил в честь американского физика Эдвина Герберта Холла, который в 1879 году открыл важное гальваномагнитное явление, имеющее огромное значение для последующего развития науки. Суть открытия заключалась в следующем: если на полупроводник, с протекающим вдоль током, оказать воздействие с помощью магнитного поля, то в нем появится поперечная разница в потенциалах (ЭДС Холла). Другими словами, воздействуя магнитным полем на пластину проводника с током, мы получим поперечное напряжение. Появляющаяся поперечная ЭДС может обладать напряжением лишь на 3В меньшим, чем напряжение питания.
Устройство предусматривает наличие постоянного магнита, полупроводниковой пластины с имеющейся в ней микросхемой и стального экрана с прорезями (другое название – «обтюратор»).
Данный механизм имеет щелевую конструкцию: с одной стороны щели размещается полупроводник (при включенном зажигании по нему протекает ток), а с другой – находится постоянный магнит. В щель датчика, установлен стальной экран цилиндрической формы, конструкция которого отличается наличикм прорезей. Когда прорезь стального экрана пропускает магнитное поле, в полупроводниковой пластине появляется напряжение, если же сквозь экран не проходит магнитное поле, соответственно, напряжение не возникает. Периодическое чередование прорезей стального экрана создает импульсы, имеющие низкое напряжение.
В процессе вращения экрана, когда его прорези попадают в щель датчика, магнитный поток начинает воздействовать на полупроводник с протекающим током, после чего управляющие импульсы датчика Холла передаются коммутатору. Там они преобразовываются в импульсы тока первичной обмотки катушки зажигания.
Неисправности в бесконтактной системе зажигания
Кроме описанной выше системы зажигания, на современных автомобилях также еще устанавливается и контактная, и электронная системы. Разумеется, что в процессе эксплуатации каждой из них, возникают различные неисправности. Конечно, некоторые из поломок индивидуальны для каждой системы, однако, существуют и общие поломки, характерные для каждого из видов. К ним относятся:
- проблемы со свечами зажигания, неисправности катушки;
Нарушение соединений низковольтной и высоковольтной цепи (включая обрыв провода, окисление контактов или неплотное соединение).
Если говорить об электронной системе, то к этому перечню добавятся еще и неисправности ЭБУ (электронного блока управления) и поломки входных датчиков.
Кроме общих неисправностей, к проблемам бесконтактной системы зажигания часто относятся и неполадки в устройстве транзисторного коммутатора, центробежного и вакуумного регулятора опережения зажигания или датчика-распределителя. К основным причинам появления тех или иных неисправностей в любом из указанных видов зажигания, относятся:
- нежелание автовладельцев соблюдать правила эксплуатации (использование низкокачественного топлива, нарушение регулярности технического обслуживания или неквалифицированное его проведение);
Применение в эксплуатации некачественных элементов системы зажигания (свечей, катушек зажигания, высоковольтных проводов и т.п.);
Отрицательное воздействие внешних факторов окружающей среды (атмосферных явлений, механических повреждений).
Конечно, любая неисправность в автомобиле, будет отражаться на его работе. Вот и в случае с бесконтактной системой зажигания, любая поломка сопровождается определенными внешними проявлениями:
запуск двигателя вообще не начинается или мотор начинает работать с трудом. Если Вы заметили в своей машине этот признак, то вполне возможно, что причину следует искать в обрыве (пробое) высоковольтных проводов, поломке катушки зажигания ну или в неисправности свечей зажигания.
Работа двигателя в режиме холостого хода характеризуется неустойчивостью. К возможным неисправностям, характерным для этого показателя можно отнести пробой в крышке датчика-распределителя; проблемы в работе транзисторного коммутатора и неполадке в работе датчика-распределителя.
Увеличение расхода бензина и снижение мощности силового агрегата, могут свидетельствовать о выходе из строя свечей зажигания; поломке центробежного регулятора опережения зажигания или сбоев в работе вакуумного регулятора опережения зажигания.
