1 7. Три этапа работы батарейной системы зажигания

1. АКБ

2. Выключатель С3

3. Добавочное сопротивление

4. Контакты, шунтирующие добавочное сопротивление

5. Первичная обмотка К3 W1

6. Вторичная обмотка К3 W2

7. Прерыватель

8. Конденсатор

9. Помехоподавляющий резистор

10. Распределитель

11. Свечи

Примечание:

1) Добавочное сопротивление может отсутствовать.

2) Вместо сопротивлений 9 применяется экранирование.

1-й этап: Контакты выключателя СЗ замкнуты, замкнута первичная цепь, ток протекает по следующей цепи: «+» АКБ – ВЗ - W1 - масса – «-» АКБ.

Во вторичной цепи тока нет, т.к. величина вторичного напряжения недостаточна для пробоя искрового промежутка свечи (напряжение пробоя составляет не менее ). После пуска включается добавочное сопротивление для уменьшения нагрева катушки зажигания.

Согласно 2-му закону Кирхгофа:

,

где – общее сопротивление первичной цепи, включая активное сопротивление первичной обмотки К3, а

- ЭДС самоиндукции, индуктированная в витках первичной обмотки.

При замыкании первичной цепи ток нарастает по экспоненте, стремясь к установившемуся значению .

i Раз. Замкнут Разомкнут

Iр

2 этап:

При размыкании первичной цепи в контуре возникают затухающие колебания, резко уменьшается магнитный поток, в результате чего в витках первичной и вторичной обмоток наводится ЭДС:

В первичной обмотке ЭДС= , во вторичной .

(в классической системе зажигания)

К моменту размыкания первичной цепи ток достигает величины тока разрыва, который будет меньше, чем установившийся ток:

После размыкания первичная обмотка и С1 образуют колебательный контур, имеющий индуктивность L1, ёмкость С1 и сопротивление R1 (внутренним сопротивлением АКБ пренебрегаем). В этом контуре возникает затухающий колебательный разряд и первичный ток совершает несколько периодов колебаний, пока не израсходуется энергия, запасённая в магнитном поле катушки на джоулево тепло в активном сопротивлении контура.

Вторичная обмотка вместе с ёмкостью вторичной цепи С2 (ёмкость проводов при высоком напряжении и витков вторичной обмотки) также образует колебательный контур, связанный с колебательным контуром первичной обмотки. Поэтому при изменении первичного тока i, во вторичной обмотке также будет индуцироваться ЭДС и вторичное напряжение U2 одновременно с индуктированием Es и U1 в первичной цепи. Если увеличить искровой промежуток, чтобы не было пробоя, то вторичное напряжение совершит несколько затухающих колебаний как и U1.

t

U2

Uпр

t

i2

t

Оценить максимальную величину U2м (амплитуду его первой полуволны) можно исходя из баланса энергии в колебательном процессе.

После размыкания начинается колебательный процесс, в котором падает по косинусоиде, а U2 растёт по синусоиде. Через четверть периода, когда =0 вся энергия магнитного поля (за вычетом потерь на джоулево тепло ) перейдёт в энергию электрического поля конденсаторов С1 и С2 и в этот момент U1 и U2 достигает максимума.

Пренебрегая и заменяя

пропорционально и уменьшается с увеличением ёмкости Сэ.

Эта формула приблизительна, так как пренебрегает потерями и коэффициентом магнитной связи между обмотками принят равным единице.

Формула удобна для качественного анализа процесса и обоснования основных характеристик катушки зажигания.

– коэффициент снижения вторичного

напряжения в результате потерь.

3 этап:

Во вторичной цепи появляется ток: «+» генератора – В3 – добавочное сопротивление – первичная обмотка – вторичная обмотка – центральный электрод – боковой электрод – свеча – масса – «-» генератора. Как только U2=Uпр происходит пробой искрового промежутка. Если бы этого не было, то имел бы место затухающий колебательный процесс. В действительности Uпр гораздо ниже U2m. Искровой разряд состоит из двух фаз: емкостной и индуктивной.

Емкостная фаза представляет собой разряд в искровом промежутке свечи, накопленный к моменту пробоя в электрическом поле емкостей С1 и С2, и равной:

Эта энергия меньше полного запаса энергии в отношении , так как

где

= Кз (коэффициент запаса системы зажигания по вторичному напряжению)

Емкостной разряд кратковременен (около 1 микросекунды) благодаря чему ток емкостной фазы велик (несколько десятков Ампер). Емкостная фаза – голубоватая искра. Оставшаяся часть энергии разряжается по заранее подготовленному каналу инициированному емкостной фазой, в виде индуктивной фазы разряда, представляющей собой тлеющий разряд (несколько миллисекунд). U2 снижается приблизительно до 300 В, ток – до десятков миллиампер. Красновато-фиолетовое свечение («хвост» искры). При нормальной работе двигателя смесь воспламеняется емкостной искрой. Индуктивная искра способствует испарению топлива и нагреву начального объёма воспламеняющейся смеси из-за её большой длительности.