Архив WinRAR_1 / 3 - Электорооборудование / 65 - рабочий процесс батарейной системы зажигания

2.5. Принцип работы контактно-батарейной (классической) системы зажигания

При включенном ключе зажигания SA (см. рис. 2.1) и замкнутых контактах прерывателя в первичной цепи будет протекать ток от положительного полюса аккумуляторной батареи GB через резистор Rд, первичную обмотку катушки зажигания W1, контакты прерывателя К, отрицательный вывод аккумуляторной батареи. Ток, проходящий по первичной обмотке катушки зажигания, создает вокруг витков обмотки нарастающий по значению магнитный поток, который, пересекая витки первичной обмотки, индуцирует в них ЭДС самоиндукции, направленную навстречу току и, следовательно, замедляющую его нарастание, поэтому в витках вторичной обмотки будет индуцироваться ЭДС взаимоиндукции значением не более 2...3 кВ.

При размыкании контактов прерывателя магнитный поток резко уменьшается, пересекая витки первичной и вторичной обмоток и магнитопровод. При этом в первичной обмотке индуцируется ЭДС самоиндукции 200...300 В, а во вторичной обмотке - до 20 кВ и более. Высокое напряжение создает между электродами свечи зажигания искровой разряд.

Для уменьшения искрения между контактами прерывателя парал­лельно им включается конденсатор, вследствие чего уменьшается окисление контактов и повышается ЭДС во вторичной обмотке катушки зажигания. Конденсатор разряжается через первичную обмотку катушки, создавая в начальный момент импульс тока обратного направления, что ускоряет исчезновение магнитного поля и повышает ЭДС во вторичной обмотке.

Таблица 2.1

Технические характеристики катушек зажигания

Тип изделия	Номинальн. напряжение,В	Масса, кг	Добавочное сопротивлен., тип, значение, 0м	Распределитель (прерыватель)	Автомобили (автобусы), в которых находят применение
Б114-Б	12	1,0	СЭ107	Р133; Р133-Б; Р137; 27.3705; 46.3706	ГАЗ-53-12, ЗИЛ-431410, ЗИЛ-131НА, ЛАЗ, ЛиАЗ, ПАЗ и модификации
Б115-В	12	0.85	1.0...1.1	Р118; Р119-Б; 17.3706	ГАЗ, УАЗ, ЗАЗ, АЗЛК,ИЖ
Б116	12	1,0	14.3729	19.3706;24.3706; 33.3706; 36.3706	ГАЗ-24-01, ГАЗ-66-2 и модификации
Б117-А	12	0,8	—	30.3706; 30.3706-1; 30.3706-02	ВАЗ
Б118	12	1.3	СЭ326	Р351; 49.3706; Р352	ЗИЛ-431917, ЗИЛ-131Н; "Урал-375А" и модификации
27.3705	12	0,9	—	38.3706; 40.3706; 40.3706-10; 53.3706; 54.3706	ВАЗ-2108, ВАЗ-2103, АЗЛК-2141, ЗАЗ-1102 и модификации
29.3705	12	0,46	—	55.3706	ВАЗ-1111, ВАЗ-2108З, ВАЗ-21093 и модификации

Таблица 2.2

Технические характеристики распределителей и датчиков распределителей системы зажигания

Тип изделия	Масса, кг	Катушка зажигания	Добавочное сопротивле­ние (тип,значение,0м)	Транзистор-ный коммутатор .	Автомобили (автобусы), в которых находят применение :
Р105	3,26	Б-102-Б	СЭ102, СЭ104-А	—	ГАЗ-66-30, ГАЗ-241, ГА3-4905, ГАЗ-71, ГАЗ-73 и модификации
Р119-Б	2,1	. Б-115-В	—	—	ГАЗ-24,УА3-452ВС; ГА3-469БМ и модификации
Р-133-Б	2.57	Б-114-Б	СЭ107	ТК102-А	ГАЗ-53 и модификации: КАВЗ, ПАЗ
Р137	2,47	Б-114-Б	СЭ107	ТК102, ТК102-А	ЗИЛ-431410, ЗИЛ-131НА и моди­фикации, ЛАЗ, ЛиАЗ
17.3706	1,19	Б-115,В Б-115-В2	—	—	ЗАЗ-968М, ЛаАЗ-9б9М и модификации
19.3706	1,6	Б116	14.3729	13.3734-01	ГАЗ-24-10, ЕрАЗ-762В; РАФ-2203-01 и модификации
24.3706	1,9	Б116	14.3729	13.3734-01	ГАЗ-53-12, ГАЗ-66-11 и модификации
30.3706	1:01	Б117-А	—	—	ВАЗ-2153, ВАЗ-2106, ВАЗ-2107 и модификации
30.3706-02	1,12	Б117-А	—	—	ВА3-2121
33.3706 33.3706	1,45 115	Б116 Б116	14.3729 14.3729	13.3734-01 13.3734-01	Автомобиль УАЗ-31511 и модификации ГА3-3102
38.3706	1,01	27.3705	—	36.3734-20	ВАЗ-2106, ВАЗ-2107, ВА3-2121. АЗЛК-2141 и модификации
40.3706 40.3706-10 ; 47.3706	0,95 095 0,85	27.3705 БИ5-В2	—	36.3734-20 36.3734-20	ВАЗ-2108, ВАЗ-2109 и модификации ВАЗ-21081, ВАЗ-21081-01, АЗЛК-21412
47.3706 49.3706 53.3706	0,85 2,55 0,865	Б115-В2 Б118 27.3705	- СЭ326 -	- ТК200-01 36.3734-20	ЗИЛ-131НВ, ЗИЛ-431917 и модификации ЗАЗ-1102 и модификации

2.6. Рабочий процесс системы зажигания

Рабочий процесс системы зажигания может быть разделен на три этапа.

Первый этап (рис. 2.7) - нарастание тока после замыкания первичной цепи. При замыкании цепи проходящий через первичную обмотку катушки ток создает вокруг обмотки магнитное поле, которое, увеличиваясь, индуцирует в витках первичной обмотки ЭДС самоиндукции, направленную навстречу току и, следовательно, замедляющую его нарастание. Ток приближается к своему предельно установившемуся значению I₁ = U₁ / R_1, где U₁ - напряжение на первичной обмотке катушки; R₁ - сопротивление первичной обмотки.

Так как нарастание магнитного потока происходит относительно медленно, во вторичной обмотке катушки зажигания индуцируется сравнительно небольшая ЭДС (порядка 2...3 кВ), недостаточная для образования искры.

Рис. 2.7. Переходные процессы в системе зажигания

Таким образом, во время нарастания тока, а значит, магнитного потока, в первичной цепи катушки действуют навстречу другу две ЭДС - аккумуляторной батареи Еа и самоиндукции l_L = -L₁d_i / d_t , где L₁ - индуктивность первичной обмотки, d_i / d_t - скорость нарастания тока в первичной цепи. На этом этапе идет процесс накопления энергии в первичной обмотке катушки зажигания, Дж: W_L = I_p²L₁ / 2 =U₁²L₁ / 2R₁² , где I_p - ток в первичной цепи в момент размыкания контактов (прерыванию тока); L₁ - индуктивность первичной обмотки; U₁ - напряжение аккумуляторной батареи; R₁ - сопротивление первичной обмотки катушки зажигания.

Сила тока зависит от времени замкнутого состояния контактов. С увеличением частоты вращения коленчатого вала и числа цилиндров ток разрыва уменьшается, следовательно, уменьшаются энергия и вторичное напряжение. Поскольку электрическая энергия связана с напряжением аккумуляторной батареи квадратичной зависимостью, то при уменьшении напряжения аккумуляторной батареи вдвое (что возможно при пуске двигателя) запасенная энергия уменьшается в четыре раза.

Второй этап - размыкание первичной цепи и возникновение ЭДС высокого напряжения во вторичной обмотке катушки зажигания.

После прерывания первичной цепи ток падает до нуля. Резкое уменьшение первичного тока, а значит, и магнитного потока, наводит в витках как первичной, так и вторичной обмоток ЭДС, достигшую в первичной обмотке 200...300 В, а во вторичной - 15...30 кВ. ЭДС самоиндукции, возникшая в первичной обмотке, некоторое время еще под- держивает в цепи ток прежнего направления.

В этот момент энергия магнитного поля перейдет в энергию электрического поля емкостей первичной С₁ и вторичной С₂ цепи, Дж: Wc₁= C₁ U₁²_max / 2 ; Wc₂=C₂ U₂²_max, где U₁²_max и U₂²_max - максимальное значение соответственно первичного и вторичного напряжения.

В следующий момент конденсатор С разряжается через первичную обмотку катушки, создавая в ней ток обратного направления, который вновь создает магнитное поле в сердечнике. Таким образом, возникает колебательный процесс. Так как в контуре имеются потери, то колебательный процесс будет затухающим. Быстрое изменение магнитного потока индуцирует в витках вторичной обмотки ЭДС высокого напряжения.

Максимальное напряжение можно получить из уравнения электрического баланса в контурах первичной и вторичной цепей, пренебрегая потерями в них,

Li Ip²/2 = C₁ U₁²_max/2 + C² U₂²_max/2

Заменяя U_1max = W₁ U_2max / W₂, где W₁ и W₂ - число витков соответственно первичной и вторичной обмоток катушки зажигания, получаем

U_2max = Ip [L₁ / ( C₁(W₁ / W₂ )² +C² )]^0,5

Третий этап - искровой разряд в свече. Как только напряжение вторичной обмотки достигнет значения U_пр, произойдет электрический разряд. Искровой разряд на свече при батарейной системе зажигания можно представить состоящим из двух фаз - емкостной и индуктивной.

Емкостная искра ярко голубого цвета возникает в первый момент пробоя и представляет собой разряд статического электричества, накопленного к моменту пробоя. Яркий цвет искры объясняется высокой температурой канала, по которому происходит разряд. Емкостная фаза разряда характеризуется большими разрядными токами (несколько десятков ампер), поскольку искровой промежуток сильно ионизирован и со- противление его мало. Продолжительность емкостной искры очень кратковременна (доля микросекунды). Энергия разряда, Дж: W = C₂ U²_пр / 2 , где C₂ - емкость вторичной обмотки катушки, U²_пр - пробивно напряжение. Энергия емкостной искры незначительна, а мощность достигает десятков и даже сотен киловатт.

Вторая индуктивная фаза разряда происходит по подготовленному каналу. Продолжительность этой фазы - несколько десятков миллисекунд, а сила тока - несколько десятков миллиампер. Обычно топливная смесь воспламеняется емкостной фазой искрового разряда. Индуктивная фаза способствует нагреву начального объема смеси при пуске двигателя.

Следует учитывать, что не вся энергия, запасенная в катушке, превращается в полезную энергии искрового разряда. Около 20% энергии теряется в самой катушке при ее передаче из первичной обмотки во вторичную, и около 15% потерь приходится на искру в зазоре распределителя зажигания. Средства поглощения помех (резисторы) поглощают примерно 35% энергии. Таким образом, энергия искрового разряда составляет лишь 35% энергии, запасенной в катушке зажигания.