книги из ГПНТБ / Можаев В.Н. Электрооборудование колесных и гусеничных машин учебное пособие

Г Л А В А IX

С И С Т Е М Ы Б А Т А Р Е Й Н О Г О З А Ж И Г А Н И Я

Теоретические

основы работы аппарата

батарейного зажигания

К системам батарейного

зажигания относятся такие, в кото­

которого действует прерывистый ток.

в различных

системах

Прерывание

цепи

первичного

тока

осуществляют

различно. Наибольшее распространение получили

системы с механическим прерывателем, работающим

синхронно

с двигателем внутреннего сгорания.

За

последние

годы

появи­

лись системы зажигания, в которых

механический

прерыватель

заменен или синхронным генератором импульсов, или

пьезодат­

чиком, или фотосопротивлением

с

последующим

воздействием

на транзистор, работающий в релейном

режиме

(открыт — за­

крыт).

система

батарейного

зажигания (рис.

100)

состоит

Обычная

из источника

питания — аккумуляторной

батареи 8, включателя

Lxi

+

E 20Cn

дж,

(62)

~ f

где Ll — индуктивность

первичной

обмотки;

ip — ток первичной

обмотки к моменту размыкания;

ер — э. д. с. самоиндукции первичной

цепи при

размыкании;

Левая

ч а с т ь

уравнения представ­

ляет

энергию

маг­

нитного поля в джо­

улях; первое сла­

гаемое — э н е р г и ю

электростатич е с к о-

го

поля конденсато­

ра

сх и второе

сла­

гаемое — э н е р г и ю

электростатического

поля,

запасенную

вторичной емкостью

с2, где емкость с2

объединяет

емкость

Рис. 100.

Схема батарейного

зажигания.

вторичной

обмотки,

провода и свечи.

рассеяния отсутствует и

коэффициент

Допустим,

что поток

связи

между

обмотками

равен 1,

тогда

.Г

^2

F --О ___

где

и W2— числа витков первичной и вторичной обмоток.

Э. д. с. самоиндукции размыкания выразим через э. д. с. взаи­

моиндукции

вторичной

обмотки

смотрим, от

каких

факторов

зависит ток, восстановленный

в первичной

цепи к

моменту ее

размыкания.

Ea- i xRx- L x~ = 0,

(65)

Ea

iiR\ —

di

или

А

Е3— ixRx

dt

dt

di

и, не нарушая равенства,

dt

_

di

Lx ~ Ea— ixRx

Интегрируя левую часть выражения (66) в пределах от 0 до

t3 и правую от 0 до

ip,

получим

■ц- =

-

^

[In (Ea-

ipRx) -

In Ea];

(66)

решая стносительно

тока

ip, найдем

/

tiL

1р

- к !1‘

= ^ а [1 - е

(67)

Ч dt

и

Rx '

где ta— время

замкну­

того

состояния

первичной

цепи;

4

%

ip— ток к концу

вре­

«0

мени

замкнутого

1мш

состояния

или

ток

р а з р ы в а

цепи;

нату­

Рис. 101. Схема действующих

э. д. с. и токов

е — основание

ральных

лога­

в контурах батарейного зажигания.

В начальный момент

при £3 =

0ток в цепи

равен нулю, и ес­

ли контакты будут длительно замкнуты, т. е.

tz — оо,

величина

тока

в цепи определится по закону Ома ^ jp =

^ - j .

В индукцион­

ных катушках, применяемых на автомобилях,

ток

в

первичной

цепи достигает установившегося

значения

при £3^ 0 ,0 2

сек.

Однако при работе двигателя время замкнутого состояния

значительно меньше 0,02 сек, в

результате чего

работоспособ­

ность системы ухудшается.

Время замкнутого состояния первичной цепи зависит от чис­

ла оборотов коленчатого вала, числа цилиндров

двигателя,

ра­

бочего цикла, т. е. двух-или четырехтакт­

0

ный, а также от конструкции прерывателя.

Чем больше число оборотов и число ци­

линдров двигателя, тем меньше время замк­

нутого состояния контактов.

На время t3 оказывает влияние форма

выступов кулачковой муфты, их количе­

ство,

размер опорной пяты рычажка

пре­

рывателя, высота его подъема, количество

рычажков (один или два), упругость пру­

жины

и ^инерционные

свойства

прерыва­

теля. На рис. 102 изображен прерыватель

для четырехцилиндрового двигателя.

Подъем рычажка прерывателя проис­

ходит, когда образующая грани 6 кулачка

Рис.

102. Прерыватель.

соприкасается с выступом опорной

пяты

пяты,

пружина

2

за­

5; когда образующая 7

отходит

от грани

Z — число цилиндров,

обслуживаемых одним

аппаратом

за­

жигания;

первичной

цепи в 1 сек.

/п — число прерываний

Jn

60-2

‘

Коэффициент 2 введен

для

четырехтактного

двигателя,

так

как на два оборота коленчатого вала приходится

один рабочий

ход в каждом цилиндре.

ни замкнутого tAи времени

разомкнутого tp состояний контактов

Т = к + к-

Так как отношение

углов

пропорционально

отношению

вре­

мени, т. е.

тя

или

а =

Фз + Фр

к +

к

ТО t3= аГ ИЛИ t3

120а

Т

1

—

, так как

— .

n Z

/„

Подставим значение

t3 в уравнение

(67)

Е

1

е

п. z .Li

(69)

и значение ip в уравнение

(64)

(70)

Из уравнения (70) следует,

что величина э. д. с.,

возбужден­

ной во вторичной

обмотке

индукционной

катушки,

зависит от

ряда параметров системы зажигания, а также

от

числа

цилин­

дров и оборотов двигателя и регулировки прерывателя.

на

вели­

Величина сопротивления

R t

первичной цепи

влияет

чину установившегося

тока

и

скорость

его

нарастания.

При

большем сопротивлении ток

восстанавливается

быстрее,

но до­

стигает меньшего установившегося значения.

R {

увеличить

Если при этом

пропорционально

увеличению

э. д. с. аккумуляторной

батареи

Еа, то

прежнее

значение

уста­

L u

различном сопротивлении

первичной

цепи R x и различной

э. д.

с. источника питания, т.

е. при 6 и

12в:

нии источника

питания

(пунктир).

ра­

Для

обеспечения

ботоспособности

аппара­

та зажигания при боль­

шом

числе

оборотов

в многоцилиндровых дви­

гателях

применяют

ряд

мер, улучшающих вос­

становление

тока в пер­

вичной

цепи

индукцион­

ной катушки.

К числу их

относятся

механические

и электрические.

В пер­

вом случае

увеличивают

Рис. 103. Характеристики тока в первичной

коэффициент,

характери­

обмотке индукционной катушки.

опорной пяты, применением двойных прерывателей.

Во

втором

случае достигают улучшения ха­

рактеристики путем выбора опти­

мальных

параметров (R1 и Z+ пер­

вичной цепи, а также уменьшением

емкости с2 вторичной цепи.

собою

Вариатор

представляет

сопротивление из стальной или ни­

келевой

проволоки,

включенное

последовательно

первичной

об­

мотке

индукционной

катушки.

Сталь марки 0 имеет температур­

ный коэффициент

+0,062

ом

°С,

Рис. 104. Характеристика вариа­

и сопротивление вариатора изме­

няется

в

больших

пределах

в

за­

тора.

у никеля

температурный

висимости от тока в нем (рис.

104)*

коэффициент

меньше, т.

е.

0,0044.

При малом

числе прерываний среднее значение

тока в первич­

ной цепи больше; нагрев вариатора, его сопротивление

и паде­

ние напряжения на вариаторе достигают большей величины.

При

большом числе прерываний среднее значение

тока

и

сопро­

тивление вариатора уменьшаются.

При

этом

падение

напря­

жения на вариаторе становится меньше, напряжение

на

зажи­

мах первичной обмотки увеличивается и ток разрыва

не

падает

так сильно.

магнитного потока

в витках

первичной обмотки индуктируется

э. д. с. самоиндукции ер, совпадающая

по

направлению

с убы­

вающим током в

цепи, т. е.

она противодействует

убыванию

тока. В результате

замедляется скорость

убывания

магнитного

потока и снижается величина

э. д. с.,

возбужденной

во

вторич­

контактов прерывателя

емкостью сг (рис. 101). В

этом случае

в момент размыкания

контактов последовательно

индукционной

з. д. с. от емкости конденсатора сг. В аппаратах зажигания

при­

меняют

конденсаторы

емкостью

Cj ^ 0 ,1 5 —0,3

при

этом

частота колебаний затухающего разряда конденсатора

f ^ 5

00—

2500 гц.

конденсатор

выполняет

две роли: ускоряет

убывание

Итак,

Рис.

105. Характер

изменения

тока

Рис. 106. Характеристика за-

висимости вторичной

э. д. с.

в первичной цепи при наличии

кон-

от емкости конденсатора, шун-

;денсатора и без него.

тирующего прерыватель.

искрение

между ними,

благодаря

чему повышается

их

работо­

способность.

Искрение

между контактами прерывателя

зависит

не только

от

емкости

конденсатора, шунтирующего

контакты,

но также и скорости от­

хода подвижного контак­

та от неподвижного. При

большей

скорости

подъ­

ема

быстрее

прекраща­

ется

электрический

раз­

ряд. Обратимся к ско­

ростной

характеристике

Е 2,

равной ?

(/гкш)

(рис.

107).

Из

характеристики

видим

увеличение

Е2 на

участке

а — б,

которое

подтверждает

вышеска­

занное.

как Е2 до­

После того

стигла максимума

(точка

перегиба

б),

величина

Рис.

107.^ Скоростные характеристики вто­

вторичной э. д.

с.

умень­

шается в связи

с

умень­

ричной э д. с. и тока первичной цепи.

рого по мере

увеличения числа оборотов уменьшаются

(кривая

h = = ? ( « к ш ) - Из

уравнения (70) видим, что с увеличением

вторич­

12 З а к а з № 111.

177

несколько миллионов омов. При отложении нагара

в

зависимо­

сти от толщины

слоя сопротивление свечи

значительно умень­

шается, достигая

нескольких тысяч омов и

меньше.

Сопротив­

ление R m шунтирует электроды свечи

(рис.

101),

и

вторичная

обмотка оказывается замкнута нагаром.

В связи с этим до

про­

боя газового промежутка в витках вторичной обмотки

появ­

ляется под действием Е.> ток i2. Направление

вторичного

тока

совпадает с направлением убывающего

тока

в

первичной

цепи

током вторичной цепи, замедляет

убывание

магнитного

потока

в сердечнике. Это является причиной

уменьшения вторичной

э. д. с., в результате чего напряжение

на свече

может

не

до­

стигнуть пробивного значения и электрического

разряда

не

произойдет.

качество

системы

Одним из показателей, характеризующих

зажигания,

является ее работоспособность при

наличии

шунти­

рующего

сопротивления.

Добротность системы за­

жигания

определяют

по

тому, насколько снижа­

ется напряжение на раз­

ряднике

в

зависимости

от величины

шунтирую­

щего

сопротивления

R m.

Из характеристик (рис.

108)

видим влияние коэф­

фициента

трансформации

на величину

напряжения

при различном сопротив­

лении шунтирующего на­

Рис. 108. Характеристики добротности систем

гара.

Если

Яш=

1

ом,

зажигания.

то при

изменении

коэф­

от 40 до 70

величина напряжения

фициента трансформации

U2 почти

не изменяется.

Чем

сопротивлению и сохраняет работоспособность

даже при

ш 1500-2000 ом.

Если изолятор свечи не покрыт нагаром и его сопротивление

достигает нескольких мегомов, вторичная цепь

практически ра­

£/св ==

(72)

Если применить дополнительный оскровой

промежуток (ДИП),

работоспособной. Объясняется это тем, что в момент прерыва­

ния первичного

тока происходит зарядка вторичной емкости

до напряжения,

равного пробивному

дополнительного искрового

промежутка, после пробоя которого

энергия электростатического

достигает больших значений, напряжение

на электродах

повы­

шается до пробивного свечи,

между

ее электродами появляется

разряд.

того как

свеча поработает

в течение 10—20 мин, ее

После

изолятор

очищается

от нагара; этому

способствует повыше­

ние температуры нагара и турбулентность

газа в камере

сгора­

ния.

искровой

промежуток создает условия для

Дополнительный

няют распределители тока высокого

напряжения искрового

типа с воздушным промежутком между

вращающимся и непод­

пробивается при незначительном

повышении вторичной в. д. с.,

и он не выполняет роли дополнительного искрового

промежутка,

величина которого должна быть в пределах 5—7 мм.

Воспламенение

рабочей

смеси

в

основном

определяется

емкостной частью

разряда,

и только

в пусковой период

непро-

гретого двигателя

оказывается

полезной и индуктивная

состав­

ляющая разряда (тлеющего), так как

длительность

его

в 1000

раз и более превышает емкостный разряд.

разряда

Высокочастотные колебания емкостной составляющей

создают сильные помехи радиоприему,

телевидению

и локацион­

12*

179