По
Джон Коупленд

Немногие системы вашего карта являются более важными или менее понятными, чем система зажигания. По большей части система зажигания делает свою работу без особой суеты. Вы нажимаете на стартер или нажимаете на отдачу, и двигатель заводится. Если это не так, вы ставите новую свечу зажигания, и все снова в порядке. Но многие из нас понятия не имеют о том, как на самом деле работает система зажигания. В течение следующих нескольких месяцев мы рассмотрим системы зажигания, устанавливаемые на Yamaha KT100S, Briggs and Stratton, а также на двигатели Reed Valve текущего поколения. Но для начала нам нужно иметь общее представление о том, как работают системы зажигания от магнето.

Все двигатели картов используют системы зажигания от магнето. В отличие от системы зажигания в вашем автомобиле или грузовике, магнето не требует батареи в качестве основного источника питания для работы системы зажигания. Вместо этого он опирается на принципы электричества и магнетизма. Когда вы наматываете проволоку на железный или стальной сердечник, а затем меняете магнитное поле в этом сердечнике, вы индуцируете в проводе электрическое напряжение. С точки зрения магнетизма, когда магнитное поле магнита приближается к полю, создаваемому проводом вокруг металлического сердечника, на который он намотан, возникает «потенциал». Скорость, с которой развивается этот потенциал, определяет его величину. Так работает генератор. Чем больше витков провода вы пропускаете через магнитное поле, тем большее напряжение вы индуцируете в проводе. Вращение катушек на якоре генератора мимо магнитов индуцирует напряжение в якоре. Это то, что питает ваши огни прицепа на трассе, или ваши электроинструменты, или что-то еще. Но не имеет значения, какой элемент, магнит или катушка с проволокой, движется, а какой неподвижен. В вашем двигателе магниты расположены в маховике или роторе зажигания, прикрепленном к коленчатому валу. Витки провода, на которые мы собираемся индуцировать напряжение, расположены в катушке, которая в данном случае неподвижна. Таким образом, в отличие от приведенного выше примера, магнитное поле вращается мимо провода, а не наоборот. Но эффект тот же. Перемещение магнитов мимо провода индуцирует напряжение в проводе.

«Потрясающе», скажете вы. «Мы создали напряжение в катушке, перемещая магниты мимо нее». Но, боюсь, у меня для вас плохие новости. Прежде всего, напряжение, которое вы сгенерировали, слишком мало, чтобы прыгать через промежуток свечи зажигания. На самом деле, это занимает
Вторичная обмотка около 5000 вольт, чтобы искра прыгала через зазор 0,030 дюйма. И даже если бы вы каким-то образом смогли собрать достаточное напряжение, чтобы поджечь свечу, у вас есть лишь самое смутное представление о том, когда у этой энергии будет достаточно сил, чтобы совершить скачок и начать процесс горения. Нет, вы должны быть в состоянии взять относительно небольшое напряжение, которое вы индуцируете в проводах катушки, а затем точно указать, когда вы хотите, чтобы свеча зажигания загорелась. И, во-вторых, вы должны поднять напряжение, чтобы у него была сила, чтобы зажечь топливно-воздушную смесь в цилиндре.

На самом деле, вторая часть этого проекта является более легкой из двух. Ваша катушка на самом деле состоит из двух катушек провода. (См. рис. 1) Первая, называемая «первичной обмоткой», представляет собой провод, в котором магнитное поле индуцирует напряжение. Он даже не подключен к проводу свечи зажигания. Провод штекера подключен к «вторичной обмотке» катушки, а вторичная обмотка имеет намного больше витков провода, чем первичная, больше «витков», как они это называют. По сути работает как трансформатор. Чем больше витков, тем больше напряжение для данного напряжения. Подача 12 вольт через первичную обмотку со 100 витками и вторичную обмотку с 200 витками даст вам 24 вольта во вторичной обмотке. Только в вашей катушке зажигания соотношение витков от первичной к вторичной намного больше, чем 2 к
1. Таким образом небольшое напряжение, которое магнето генерирует в первичной обмотке, увеличивается настолько, что зажигается свеча зажигания.

Как я уже говорил, поднять напряжение достаточно, чтобы зажечь штепсельную вилку, несложно. Сложность заключается в том, чтобы точно сказать катушке, когда высвободить эту энергию. Мы рассмотрим системы зажигания, используемые в двигателях Briggs, 100-кубовых двигателях Yamaha и современных 2-тактных двигателях Reed. Хотя в каждом из этих двигателей используется несколько иная техника «запуска» искры, все они основаны на одном и том же основном принципе. Когда магниты ротора зажигания или маховика приближаются к катушке, магнитное поле начинает индуцировать напряжение в первичной обмотке. Это напряжение заземляется на картер двигателя как «короткое замыкание». Тот факт, что цепь заземлена и, следовательно, завершена, и имеет потенциал напряжения, о котором мы упоминали ранее, вызывает протекание тока. Это заземление может проходить через провод, выходящий из катушки, прикрепленной к картеру, или может быть внутри катушки и быть невидимым. Некоторые
В заранее определенной точке (помните, каждый тип двигателя делает это по-своему) это короткое замыкание размыкается. Это означает, что напряжение больше не может быть заземлено. Вместо этого оно «отскакивает» обратно через катушку, подавая питание на вторичную обмотку, и это напряжение заземляется, прыгая через разрядник свечи зажигания на землю на двигателе. Подумайте об этом таким образом; если вы когда-либо очень быстро закрывали водопроводный кран, вы иногда получаете «ударную волну» в водопроводных трубах. Они называют это «гидравлическим ударом», и он издает звук, как если бы кто-то однажды ударил по водопроводной трубе. Иногда это происходит, когда стиральная машина работает, и один из ее клапанов очень быстро закрывается. Во всяком случае, то же самое может произойти, более или менее, с электрическим током, протекающим через индуктор. Если ток, текущий на землю в первичной цепи системы зажигания, внезапно прекращается из-за разрыва цепи, ток «отскакивает» обратно. В кругах электриков это называется «индуктивным обратным ходом», и это то, что создает всплеск напряжения, который катушка затем поднимает до достаточного напряжения, чтобы перепрыгнуть зазор свечи зажигания.

Безусловно, расположение магнитов в маховике по отношению к расположению катушки влияет на то, когда относительно положения поршня в цилиндре напряжение возрастает и приводит в движение. Но именно тогда, когда первичная цепь размыкается и инициирует процесс, который фактически запускает свечу зажигания, включает несколько других, более сложных факторов. Далее мы рассмотрим их для каждого типа двигателя и почему они так важны.

Помните, что когда магниты в роторе или маховике коленчатого вала вращаются мимо витков провода в катушке, они индуцируют напряжение в этих витках. Но у этого небольшого напряжения недостаточно напряжения, чтобы перепрыгнуть зазор на свече зажигания. Мы должны «подогнать его» примерно до 5000 вольт или около того, чтобы иметь возможность постоянно воспламенять сжатую топливно-воздушную смесь в цилиндре. Вот где вступает в дело вторичная обмотка с гораздо большим количеством «витков» провода. Подобно трансформатору, она повышает напряжение до уровня, необходимого для выполнения работы.

Создание потенциала и повышение напряжения — самые простые части этого проекта. Получение искры точно в нужный момент относительно положения поршня в цилиндре — вот что имеет значение. Существуют различные механизмы контроля, когда это происходит. Помните, что большую часть времени, когда магниты движутся мимо катушки и индуцируют напряжение в обмотках, это напряжение замыкается непосредственно на картер. Но в какой-то момент это короткое замыкание должно быть прервано, в результате чего напряжение «отскакивает» через катушку, возбуждает вторичную обмотку и зажигает вилку. В более старых двигателях, таких как более старые двухтактные двигатели Briggs, McCulloch и им подобные, эта работа выполнялась механически. Набор «точек», маленький
подпружиненные контакты, фактически разомкнутые и замкнутые, приводятся в действие кулачком, расположенным на кривошипе или ступице маховика. Точки оставались закрытыми на протяжении большей части вращения коленчатого вала, и ток протекал через них и заземлялся на картер. Когда кулачок пришел в себя и точки разомкнулись, короткое замыкание было разорвано, и начался процесс зажигания свечи зажигания.

Современные двигатели, будь то 2-тактные или 4-тактные, перешли от этой довольно примитивной механической операции к электронному зажиганию. Эти
твердотельные системы более долговечны и надежны, чем старые точечные системы, но что более важно, они дают
точечный контроль того, что инженеры называют «искровым событием».

Yamaha использует магнето особого типа с «пусковым» механизмом, расположенным в маленькой золотой коробочке, которая крепится к двигателю снаружи. Для такой дорогой вещицы, как X%*?@ (Yamaha называет ее TCI-модулем), она на удивление проста внутри. Первичный ток течет по проводу, выходящему из катушки, в модуль ОТК и заземляется через корпус ОТК. (См. рис. 2). Вот почему так важно обеспечить хорошее соединение между TCI и картером двигателя. Убедитесь, что он надежно закреплен либо непосредственно на двигателе, либо на чем-то, связанном с двигателем. TCI содержит небольшую печатную плату с несколькими резисторами и конденсаторами, а также
хороший транзистор. Транзистор — это сердце системы, и он, по сути, «измеряет» величину тока, протекающего через него. По мере того, как ротор движется мимо катушки, напряжение нарастает, достигая пика, когда магниты почти центрируются на катушке. Непосредственно перед этим пиком срабатывает транзистор в TCI. Думайте об этом как о щелчке «электронного переключателя». Цепь размыкается и без
место, чтобы пойти, напряжение приходит в норму. Этот всплеск напряжения в первичных обмотках катушки возбуждает вторичные обмотки, и это высокое напряжение затем отправляется на поиски куда-то уйти. Путь наименьшего сопротивления лежит через зазор свечи зажигания к массе на головке блока цилиндров. Бинго! Свеча срабатывает, как и ваш двигатель. Единственная переменная, влияющая на возникновение искры, — это когда комбинация ротор/катушка генерирует правильный ток для открытия транзистора в TCI. Раньше между старыми коробками TCI существовала значительная разница, измеряемая как ток, необходимый для открытия транзистора. Но, что любопытно, эти различия не привели к каким-либо измеримым различиям во времени или производительности. Более новые коробки TCI, стандартные для Yamaha и PRD, практически не имеют разницы в требуемом текущем значении. Поскольку технические правила предписывают, чтобы ключ зажигания и ротор были фиксированными, это означает, что, независимо от значения TO, все Yamaha KT 100 имеют примерно одинаковый угол опережения зажигания, измеряемый в градусах вращения коленчатого вала до верхней мертвой точки.

Принцип тот же. Вращающийся магнит на роторах зажигания перемещает свое магнитное поле через поле, окружающее неподвижную катушку. Это индуцирует потенциальное напряжение в первичных обмотках катушки. Этот потенциал заставляет ток низкого напряжения течь от катушки через первичный провод к TCI и через TCI к земле на двигатель. Когда ток достигает
предварительно определенное значение, установленное в транзисторе в блоке TCI, этот транзистор открывается, и ток внезапно прекращает течь. Эффект «обратной связи» вызывает скачок напряжения в первичной обмотке, который возбуждает вторичную обмотку. Поскольку во вторичной обмотке во много раз больше витков провода, чем в первичной, потенциал напряжения, индуцируемый во вторичной обмотке, намного выше. На самом деле достаточно высоко, чтобы разрядник свечи зажигания перескочил на землю, вызывая искру, чего мы действительно хотели все это время.
Критическими факторами являются:

Нет коротких замыканий или других прерываний для отвода тока от коробки TCI.
Этот последний пункт важен, потому что именно так вы подключаете выключатель к Yamaha, если хотите.

Простой провод от соединения между основным проводом и TCI, идущий к выключателю, делает свое дело. Просто подключите другую сторону переключателя к заземленному проводу, и при переключении переключателя ток от основного провода пойдет по пути наименьшего сопротивления, обойдет блок TCI и пройдет через переключатель на землю. Бинго! Нет тока на коробку TCI, нет искры.

Большинство используемых сегодня циклов Reed Valve 2, включая двигатели с коробкой передач, используют некоторые варианты систем CDI, впервые разработанных для двигателей итальянских картингов в 70-х годах. CDI расшифровывается как «Capacitive Discharge Ignition». И снова у нас есть вращающийся магнит и фиксированная катушка или «статор». Однако, в отличие от системы Yamaha, модуль управления размещен в статоре с первичными обмотками, а катушка Первичные обмотки статора, называемые «зарядной катушкой» на рисунке 3, зеркально отражены во внешней катушке «зажигания», где они делят пространство с вторичными обмотками. (См. рис. 3) Таким образом, когда магниты в роторе проходят мимо датчиков в статоре, они индуцируют напряжение в первичных обмотках зарядной катушки в статоре.0017

Когда схема управления в статоре, срабатывающая по сигналу от катушки генератора импульсов, блокирует путь тока к земле, этот ток протекает по проводам, соединяющим статор с катушкой, где он протекает через согласующие обмотки. Они, в свою очередь, питают вторичные обмотки, и напряжение разряжается через разрядник свечи зажигания. Следует отметить важные различия между этими системами, будь то Selecta, ltalsystems или кто-то еще. Некоторые также включают внешний модуль емкостного разряда в дополнение к внешней катушке зажигания. Но в каждом случае
соединение статора с катушкой состоит не менее чем из двух проводов; первичка и земля. Это означает, что вам не нужно беспокоиться об установке катушки на самом двигателе. Пока провода тянутся, можно монтировать катушку где удобно. Часто это означает установку в более защищенном или менее подверженном вибрации месте. Второе отличие, которое может иметь важное значение для производительности, заключается в том, что использование трех наборов обмоток означает, что напряжение может быть «повышено» немного больше, чем конфигурация с двумя наборами в зажигании Yamaha. Это может дать более горячую искру и более эффективное и полное сгорание.

В следующем месяце мы завершим этот обзор систем зажигания, рассмотрев систему «Магнетрон» Briggs & Stratton и изучив, какие регулировки и функции настройки предлагает каждая отдельная система зажигания, и какой эффект могут дать эти регулировки. Тогда увидимся.

Время
это все — часть 2

О нас
Нам  | Карты | Части |
Расписания | Ресурсы | Контакт

ЧАСТЬ 2

По
Джон Коупленд

В прошлом месяце мы начали рассматривать основные принципы работы системы зажигания вашего двигателя. Вы помните, что мы отметили, что когда магниты в роторе или маховике на коленчатом валу вращаются мимо витков провода в катушке, они индуцируют напряжение в этих витках. Но у этого «потенциала» недостаточно напряжения, чтобы перепрыгнуть через зазор на свече зажигания. Мы должны «подогнать его» примерно до 5000 вольт или около того, чтобы иметь возможность постоянно воспламенять сжатую топливно-воздушную смесь в цилиндре. Вот где в дело вступает вторичная обмотка с гораздо большим количеством «витков» провода. Подобно трансформатору, она повышает напряжение до уровня, необходимого для выполнения работы.

Мы также рассмотрели системы зажигания от магнето, используемые в двигателе Yamaha KT l00S, и в общих чертах рассмотрели системы зажигания с емкостным разрядом, которые сегодня используются в большинстве циклов Reed Valve 2. В большинстве двигателей объемом 80 и 125 куб. см также используется некоторый вариант этого зажигания CDI. Теперь давайте посмотрим на почтенную Briggs & Stratton и ее систему зажигания «Магнетрон». Казалось невероятным, когда Бриггс сказал нам, что мы можем вытащить точки и конденсатор, которые хорошо служили нам в течение многих лет, и поставить на их место эту маленькую коробочку. Ну, не только работает, но и работает лучше, чем когда-либо работали старые очки. Вот как: Катушка магнетрона на самом деле содержит 3 отдельные катушки обмоток. В дополнение к первичной и вторичной обмоткам имеется 3-я обмотка, называемая «пусковой» катушкой». вольт), который питает
твердотельное переключающее устройство, называемое транзистором Дарлингтона, включающее транзистор. Этот режим «включено» замыкает цепь на первичной обмотке, и ток около 3 ампер течет на землю на картере (рис. 2). Поскольку маховик продолжает вращаться, этот ток создает магнитное поле во вторичной обмотке.

При замыкании магнитов в свечном зазоре. маховик достигает триггерной катушки, второй небольшой ток индуцируется в триггерной катушке, и этот ток заставляет транзистор «выключиться», эффективно разрывая цепь первичной обмотки на землю (рис. 3). Как мы обсуждали в прошлом месяце, внезапный разрыв вызывает коллапс магнитного поля. Поскольку ток (сила тока) и напряжение обратно пропорциональны, внезапное прекращение протекания тока вызывает «всплеск» напряжения, поскольку оно компенсирует. Именно этот всплеск создает напряжение, необходимое во вторичной обмотке, чтобы прыгнуть через промежуток свечи зажигания и воспламенить смесь. Кстати, в катушке Магнетрона первичная обмотка имеет 74 витка провода, а вторичная — 4400. Это 59 витков.Соотношение 0,5:1, и это помогает обеспечить достаточное напряжение для выполнения работы. Все это, начальный ток в катушке триггера, нарастание потенциала, второй импульс катушки триггера и спадающее поле с результирующим всплеском напряжения и искрой примерно на 10 градусов поворота рукоятки. Это означает, что при 6000 об/мин все это, от начала до конца, занимает всего около 0,00027 секунды. Довольно удивительно.

Эта простая, но очень эффективная система контроля искры даже увеличивает угол опережения зажигания, заставляя свечу срабатывать раньше (в градусах вращения коленчатого вала) при увеличении оборотов. Вы можете вспомнить из первой части этой серии (NKN, январь 2000 г.), что «скорость, с которой () развивается потенциал, определяет его величину». Другими словами, чем быстрее вы вращаете магнит на маховике мимо обмоток в катушке, тем больше развиваемое потенциальное напряжение. Поскольку для включения (и выключения) транзистора Дарлингтона от триггерной катушки требуется всего около 1,0 вольта, чем быстрее (с точки зрения степени вращения кривошипа) потенциал нарастает до требуемых 1,0 вольт, тем раньше индуцируется ток в первичной обмотке. катушки начнет строиться. И аналогично, чем раньше потенциал второй триггерной катушки достигнет 1,0 вольта, тем раньше он выключит транзистор и запустит процесс искры. Взгляните на рисунок 3, чтобы увидеть, как это ускоряет синхронизацию.
Я знаю, что это звучит как инженерная тарабарщина. Но для вас как для гонщика это означает, что чем быстрее вы крутите двигатель, тем раньше возникает искра при вращении кривошипа. «Продвижение» искры — это то, с чем тюнеры двигателей от картингов до NASCAR играли годами. Большинство
Системы зажигания больших автомобилей десятилетиями имели встроенную систему опережения зажигания. В последние годы старые механические системы изменения фаз газораспределения были заменены сложными электронными системами управления двигателем. Система Briggs «Magnetron» делает именно это — чисто, эффективно и надежно.

В системе зажигания есть всего несколько факторов, которые гонщик может регулировать. Некоторые из них относительно просты, и настройка с их помощью является обычной практикой. Другие требуют сложной механической обработки и изготовления. Третьи — просто вопрос замены компонентов. В любом случае, вы можете внести некоторые изменения, которые существенно повлияют на работу вашего двигателя, работая с системой зажигания.

Давайте начнем с того, что произойдет, если мы начнем возиться с Бриггсом.

Вероятно, наиболее часто используемым инструментом для настройки зажигания на 4-тактных двигателях Briggs & Stratton является шпонка для маховика. Они есть в каждом магазине картингов, а сообразительный гонщик Briggs предлагает выбор, чтобы настроить двигатель под трассу. По сути, эти маленькие обработанные детали заменяют стандартную шпонку маховика Briggs 1/8 «X 1/8». Хотя они иногда обозначаются смещением в тысячных долях дюйма, чаще всего они идентифицируются по градусам смещения. Другими словами, на сколько градусов вращения кривошипа они перемещают маховик из исходного положения. Большинство производителей двигателей строят
Двигатели класса Stock, сжигающие метанол, обычно выбрасывают свои двигатели со смещением примерно на 5 градусов. Такое опережение обеспечивает достаточно безопасное увеличение производительности без особых головных болей для менее опытного или предприимчивого настройщика. Часть этой улучшенной производительности достигается за счет более раннего запуска самого процесса сгорания и, таким образом, оптимизации точки, в которой давление в камере сгорания достигает своего пика. Другая часть связана с тем, что смесь метанола с воздухом сгорает несколько медленнее, чем смесь бензина с воздухом, для которой был разработан двигатель. Так что вы
газовые классы там взять на заметку; 2 или 3 степени — лучшее место для начала.

Одна вещь, с которой нужно быть осторожным, как это ни глупо, это то, что вы смещаете ключ в правильном направлении. Вы хотите, чтобы свеча зажигания срабатывала раньше при вращении кривошипа, когда поршень находится ниже в цилиндре на пути вверх. Это означает, что если смотреть со стороны маховика, то при снятом стартере или гайке стартера вместе с шайбой шпоночный паз в маховике должен быть ближе к
в верхней мертвой точке, чем шпоночный паз в коленчатом валу, поскольку шпоночный паз вращается вверх по направлению к катушке (рис. 4).

Ладно, я вижу, ты закатываешь глаза. Но я видел двигатели с неправильным смещением маховиков. И поверьте мне, замедление искры примерно на 5 градусов не улучшит вашу работу.

В любом случае, что происходит, когда вы перемещаетесь вверх или вниз от начальной точки на 5 градусов? Еще большее смещение маховика помогает двигателю достичь более полного сгорания при более высоких оборотах. Разжечь огонь раньше, вы знаете. Но чем больше время сгорания в цилиндре, тем больше тепла поглощается блоком и головкой. Вы получите верхний предел, но вам, вероятно, понадобится более крупный жиклер, чтобы удерживать тепло ниже 380?39.0 градусов верхний предел. Если вы заблокировали часть воздухозаборника на кожухе вентилятора, вы можете немного приоткрыть его. Большинство тюнеров не боятся подниматься до 7 или 8 градусов, но немногие решаются выйти за эти пределы.

К сожалению, это увеличение на верхнем уровне происходит за счет нижнего уровня. А на трассе, где выход из медленных поворотов — это разница между победой и поражением, это плохой обмен. В таких случаях опытный настройщик уменьшает вылет маховика до 4 или
даже на 3 градуса для улучшения характеристик на низких оборотах. Поскольку топливно-воздушная смесь всегда сгорает, более или менее, с одной и той же скоростью, если вам нужно, чтобы двигатель работал наилучшим образом на более низких оборотах, слишком большое опережение может отодвинуть пиковое давление сгорания так рано при вращении кривошипа, что фактически сопротивляется импульсу кривошипа и маховика и снижает производительность. Конечно, чтобы получить оптимальную топливную смесь на этих более низких оборотах и ​​помочь поднять нагрев до желаемого диапазона, вам может понадобиться меньший жиклер, если вы уменьшите смещение в зажигании. Закрытие некоторых из этих воздухозаборников в кожухе также может помочь нагреться.

Есть только одна проблема со смещением шпонки маховика, чтобы получить желаемое время. Люди на заводе Briggs приложили большие усилия, чтобы сбалансировать комбинацию маховик/коленчатый вал/поршень/шток для более плавного хода и лучшей производительности. Смещение этого ключа нарушает весь этот тщательно спроектированный баланс, и это снижает производительность. Итак, вам не нужно выбирать один фактор вместо другого? Не обязательно.

В следующем месяце мы рассмотрим, как добиться желаемого тайминга, не жертвуя при этом слишком большим балансом. Затем мы завершим этот обзор систем зажигания, изучив, какие другие регулировки и функции настройки предлагает каждая система, и на что могут повлиять эти регулировки.