Рабочий цикл в классической системе зажигания

Процесс, протекающий в классической системе зажигания, можно разбить на три этапа: 1) замыкание контактов прерывателя; 2) размыкание контактов прерывателя; 3) искровой разряд между электродами свечи.

При замыкании контактов первичный ток катушки зажигания нарастает в соответствии с формулой:

,

где U – напряжение бортовой сети автомобиля;

R₁ – активное сопротивление первичной цепи;

L₁ – индуктивность первичной цепи.

За время замкнутого состояния контактов прерывателя t_з первичный ток достигает значения, называемого током разрыва I_р.

После размыкания контактов в первичной цепи системы зажигания образуется колебательный контур, в котором возникает колебательный затухающий процесс. Вторичная обмотка вместе с емкостью C₂ (распределенной емкостью вторичной цепи) образует колебательный контур, связанный с колебательным контуром первичной цепи.

Для оценки возможного максимального значения вторичного напряжения U_2max служит уравнение баланса энергий в колебательном контуре. В момент, когда первичный ток после размыкания контактов уменьшится до нуля, практически вся энергия, запасенная в катушке, перейдет в емкости первичной и вторичной цепей С₁ и С₂. Часть энергии выделяется в виде тепла:

.

Если пренебречь тепловыми потерями и учесть, что , то

.

Из формулы видно, что уменьшение индуктивности L₁ до определенного значения приводит к увеличению U_2max за счет увеличения тока размыкания, но дальнейшее уменьшение L₁ вызовет уменьшение U_2max, так как L₁ входит в числитель подкоренного выражения. Уменьшение сопротивления R₁ увеличивает U_2max, но при этом возрастает ток I_р. Этот ток не должен превышать 3, 5...5 А. В противном случае работа контактов будет ненадежной. Аналогичное ограничение по току действует и в отношении напряжения питания первичной цепи U. Уменьшение емкости С₁ до некоторого значения приводит к увеличению U_2max. Уменьшение С₁ ниже этого значения приводит к усилению искрения контактов и большая часть энергии расходуется на нагрев. Наиболее эффективное значение C₁ находится в пределах 0, 15...0, 3 мкФ. Увеличение времени t_з замкнутого состояния контактов приводит к увеличению U_2max, но при этом должно действовать известное ограничение по току I_р. Время t_з уменьшается с увеличением частоты вращения коленчатого вала. Поэтому вторичное напряжение при повышении частоты вращения будет снижено. Для увеличения времени замкнутого состояния контактов на некоторых зарубежных двигателях применяют две независимые схемы с двумя прерывателями и катушкой, работающими на один распределитель.

Когда вторичное напряжение достигает значения пробивного напряжения, происходит искровой разряд. Протекание электрического разряда в газовом промежутке может быть представлено вольт-амперной характеристикой (рис. 3.9). Участок Оab соответствует несамостоятельному разряду. Напряжение возрастает, ток остается практически неизменным и по силе ничтожно мал. При дальнейшем увеличении напряжения скорость движения ионов по направлению к электродам увеличивается. При начальном напряжении U_н начинается ударная ионизация, т. е. такой разряд, который, однажды возникнув, не требует для своего поддержания воздействия постороннего ионизатора. Если поле равномерное, то процесс поляризации сразу перерастает в пробой газового промежутка. Если поле неравномерное, то вначале возникает местный пробой газа около электродов в местах с наибольшей напряженностью электрического поля, достигшей критического значения. Этот тип разряда называется короной и соответствует устойчивой части вольт-амперной характеристики bс. При дальнейшем повышении напряжения корона захватывает новые области межэлектродного пространства, пока не произойдет пробой (точка с), когда между электродами проскакивает искра. Это происходит при достижении напряжением значения пробивного напряжения U_пр.

Рис. 3.9. Вольт-амперная характеристика разряда в воздушном промежутке

Проскочившая искра создает между электродами сильно нагретый и ионизированный канал. Температура в канале разряда радиусом 0, 2...0, 6 мм превышает 10000 К.

Сопротивление канала зависит от силы протекающего по нему тока. Дальнейшее протекание процесса зависит от параметров газового промежутка цепи источника энергии. Возможен или тлеющий разряд (участок de), когда токи малы, или дуговой разряд (участок mn), когда токи велики вследствие большой мощности источника тока и малого сопротивления цепи. Оба эти разряда являются самостоятельными и соответствуют устойчивым участкам вольт-амперной характеристики. Тлеющий разряд характеризуется токами 10^-5...10^-1 А и практически неизменным напряжением разряда. Дуговой разряд характеризуется значительными токами при относительно низких напряжениях на электродах.

Так как к моменту пробоя не вся энергия магнитного поля катушки преобразуется в энергию электрического поля емкостей C₁ и C₂, искровой разряд содержит две составляющие: емкостную и индуктивную.

Емкостный разряд является основным. Он характеризуется резким падением напряжения и резкими всплесками токов, по своей силе достигающих десятков ампер. Вторичный ток достигает нескольких ампер. Несмотря на незначительную энергию емкостной искры, мощность, развиваемая искрой, благодаря кратковременности процесса может достигать десятков и даже сотен киловатт. Емкостная искра имеет яркий голубоватый цвет и сопровождается специфическим треском. Высокочастотные колебания (10⁶...10⁷ Гц) и большой ток емкостного разряда вызывают сильные радиопомехи и эрозию электродов свечи. Для уменьшения эрозии электродов свечи (а в неэкранированных системах и для уменьшения радиопомех) во вторичную цепь (в крышку распределителя, в бегунок, в наконечники свечи, в провода) включается помехоподавляющий резистор. Поскольку искровой разряд происходит раньше, чем вторичное напряжение достигает своего максимального значения U_2m, а именно при напряжении U_пр, на емкостный разряд расходуется лишь небольшая часть магнитной энергии, накопленной в сердечнике катушки зажигания. Оставшаяся часть энергии выделяется при индуктивном разряде.

Индуктивный разряд наблюдается как желтовато- или красновато-фиолетовое свечение. Продолжительность индуктивного разряда на 2...3 порядка больше емкостного и достигает в зависимости от типа катушки зажигания, зазора между электродами свечи и режима работы двигателя (пробивного напряжения) 1...1, 5 мс. Поэтому индуктивный разряд эффективно способствует нагреву воспламенившейся смеси. При условиях, свойственных работе распределителей и разрядников, и при обычных параметрах катушек зажигания индуктивный разряд всегда происходит на устойчивой части вольт-амперной характеристики, соответствующей, тлеющему разряду. Искра имеет бледный фиолетово-желтый цвет. Индуктивная часть разряда получила название хвоста искры. Ток индуктивного разряда 20...40 мА. Напряжение между электродами свечи сильно понижается.

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

Поделиться: