Занятие № 3 Электрические системы зажигания

Содержание:

1. Высоковольтные искровые системы зажигания

2. Низковольтные системы зажигания

1. Высоковольтные искровые системы зажигания

Основными элементами систем являются индукционной катушки, свечи, провода, передающие ток высокого напряжения от катушки к свечам, и провода питания катушек постоянным током. Индукционной катушки (рис.___) представляет собой электромагнитное устройство, предназначенное для преобразования постоянного тока низкого напряжения (24-27В) в импульсный переменный ток высокого напряжения. В высоковольтных системах зажигания вторичное напряжение достигает 11- 20 кВ, а в низковольтных системах зажигания - 1,5 - 3 кВ.

Индукционной катушка состоит из ферромагнитного сердечника, на котором расположены первичная ₁ и вторичная ₂ обмотки, электромеханического прерывателя тока К в первичной цепи и искрогасительного конденсатора С₁. Первичная обмотка с числом витков 150- 300 через размыкающие контакты прерывателя подключена к источнику постоянного тока.

При замыкании цепи первичной обмотки через нее и платиновоиридиевые контакты электромагнитного прерывателя протекает ток i₁ , нарастающий по экспоненциальному закону. Одновременно с током нарастают магнитный поток в сердечнике катушки и электромагнитная сила, притягивающая к сердечнику якорь, связанный с кантактом К. При некотором значении тока i₁ апряженности магнитного поля) электромагнитная сила притяжения превышает механическую силу противодействующей пружины и контакты прерывателя размыкаются. При этом ток i₁ в первичной обмотке и магнитный поток в сердечнике резко уменьшаются. После размыкания контактов пружина прерывателя возвращает контакты в исходное состояние и процесс повторяется. Периодическое замыкание и размыкание контактов продолжается до тех пор, пока не будет отключен источник питания. Частота вибрации контактов составляет 400-1000 Гц.

В момент резкого уменьшения магнитного потока (при каждом размыкании контактов К прерывателя) во второй обмотке с числом витков 7000-11000 наводится э.д.с. подводится к электродам свечи, параллельно которым включена эквивалентная емкость С2. Емкость С2 обусловлена межвитковой емкостью вторичной обмотки ₂, распределенной емкостью экранированного провода между катушкой и свечей, а также емкостью самой свечи.

Э. д. с. самоиндукции, наводящаяся при резком уменьшении тока в первичной обмотке катушки, вызывает искрение на контактах прерывателя при их размыкании. Для уменьшения искрообразования и эрозии контактов, увеличения скорости спадания тока в первичной цепи, а следовательно, и э. д. с., индуктируемой во вторичной цепи, параллельно контактам прерывателя включается конденсатор С1. Для получения хорошего искрогашения емкость конденсатора С1 следует выбирать возможно большей, с другой стороны, эту емкость следует выбирать возможно меньшей, так как она определяет скорость спадания тока в первичной цепи. Оптимальное значение емкости искрогасительных конденсаторов в реальных системах зажигания выбирается равной 0,2- 0,4 мкФ.

Резистор Rш определяет шунтирующее сопротивление, или сопротивление утечки свечи, появляющееся в процессе эксплуатации из-за нагара на изоляторе свечи вследствие неполного сгорания топлива. Шунтирование искрового промежутка цепи этим сопротивлением оказывает влияние на вторичное напряжение индукционной катушки высоковольтной искровой системы зажигания. Так, при Rш=0,5 МОм вторичное напряжение уменьшается на 50- 70 % и составляет всего 5- 7 кВ. Чем меньше сопротивление, при котором система может еще обеспечить необходимое для пробоя искрового промежутка свечи напряжение, тем более пригодна система зажигания.

Вторичное напряжение индукционной катушки определяется из уравнений, характеризующих энергетический баланс. В момент размыкания контактов прерывателя в магнитном поле, созданном током первичной обмотки, электромагнитная энергия равна

(2.14)

Часть этой энергии преобразуется в электростатическую энергию заряда емкостей С1 и С2, а часть переходит в тепловую энергию.

Если до момента размыкания контактов заряды на емкостях С1 равны нулю, то уравнение баланса энергии без учета потерь будет иметь вид

, (2.15)

где L1- индуктивность первичной обмотки;

1p- ток первичной цепи в момент разрыва контактов;

U1- напряжение на конденсаторе С1;

U2- вторичное напряжение на индукционной катушке.

С достаточным основанием можно считать, что

, (2.16)

где 1 и 2 - число витков первичной и вторичной обмоток катушки.

Тогда (2.17)

Из этого выражения видно, что для данной индукционной катушки значение U2 определяется током разрыва первичной цепи (i1p) и пропорционально ему.

Для повышения надежности работы прерывателя параметры катушки подбираются так, чтобы ток i1p при размыкании контактов был существенно меньше установившегося значения тока первичной цепи.

Обычно

(2.18)

Настройка индукционной катушки сводится к регулированию тока разрыва первичной цепи винтом, на котором укреплен неподвижный контакт прерывателя. При вращении винта увеличивается или уменьшается натяжение контактной пружины, а следовательно, и ток первичной цепи. Соответственно изменяется также вторичное напряжение индукционной катушки.

На современных реактивных двигателях, оборудованных высоковольтными искровыми системами зажигания, применяются пусковые катушки КП-21, КП-21М, КП-21Б, КПМ-1А, КПМ-1Б, КПМ-2Д, КМД. Отличаются катушки друг от друга конструктивным исполнением и параметрами обмоток.

Катушка КП-21 имеет одну первичную и две вторичные обмотки и обеспечивает одновременное искрообразование на двух запальных свечах. Агрегат пускового зажигания КП-21Б представляет собой блок из двух катушек КП-21.

В отличие от пусковой катушки КП-21 катушки КПМ имеют повышенный вторичный ток благодаря большой запасенной энергии в первичной цепи, сравнительно небольшому числу витков во вторичной обмотке и низкому общему сопротивлению. Катушки состоят из одной первичной и одной вторичной обмоток и используются для воспламенения топлива в форсажных камерах, они обеспечивают повышенную мощность разряда.

Высоковольтные искровые системы зажигания с индукционными катушками отличаются простотой и надежностью.

В то же время они имеют ряд недостатков, основными из которых являются:

- сравнительно малое из-за небольшого эффективного значения тока разряда количество энергии, выделяемое при разряде, что затрудняет воспламенение топливовоздушной смеси при запуске ГТД в полете;

- повышенная чувствительность системы к отложению нагара на изоляторах свечи;

- сильная зависимость энергии электрического разряда от состояния газовой среды, в которой размещена свеча. Энергия, выделяемая в искровом промежутке, снижается при уменьшении плотности газовой среды из-за снижения напряжения пробоя разряда промежутка свечи. В то же время энергия, необходимая для воспламенения топливовоздушной смеси, с понижением давления и температуры этой смеси, а также с увеличением скорости ее движения возрастает;

- необходимость усиленной изоляции токоведущих элементов, которые передают импульсы тока высокого напряжения от приборов зажигания к запальным свечам.