Высоковольтные искровые системы зажигания

В качестве источников высокого напряжения используются либо индукционные катушки, либо высоковольтные трансформаторы.

Рассмотрим принцип действия и основные соотношения, описывающие работу индукционной катушки.

Индукционная пусковая катушка зажигания

Индукционная катушка (ИК) используется как источник высокого напряжения в высоковольтных системах зажигания. Она преобразует постоянный ток низкого напряжения (U_пр = 27в) в импульсы высокого напряжения (10…20 кВ).

Рассмотрим принцип действия ИК, используя следующую схему (рисунок 9).

Рис. 9. Принципиальная схема индукционной катушки

Индукционная катушка состоит из ферромагнитного сердечника, на котором расположены две обмотки: первичная с числом витков и вторичная – .

С помощью нормально замкнутых контактов первичная обмотка подключается к источнику низкого напряжения постоянного тока. В процессе нарастания тока в первичной обмотке катушки увеличивается электромагнитная сила , притягивающая подвижный пружинный контакт к сердечнику. Упругая сила пружинного контакта удерживает контакты в замкнутом состоянии до тех пор, пока выполняется соотношение . Как только сила станет больше силы , контакты разомкнутся и начнется быстротечный процесс спадания тока в первичной обмотке катушки. Вследствие этого во вторичной обмотке катушки будет наводиться значительная э.д.с., достаточная для пробоя запальной искровой свечи ИС.

После размыкания контактов прерывателя и убывания тока в первичной обмотке сила пружины возвратит подвижный контакт в исходное состояние, цепь первичной обмотки снова замкнется и процесс повторится.

Конденсатор , включенный параллельно контактам прерывателя, служит для образования цепи при убывании тока вследствие размыкания контактов. Тем самым предотвращается искрообразование на контактах прерывателя и, следовательно, уменьшается их эрозия.

С помощью винта имеется возможность регулировать силу поджатия контактов прерывателя, т.е. силу .

Для определения величины вторичного напряжения, возникающего в обмотке w₂, необходимо рассмотреть три этапа работы индукционной катушки:

- первый этап, который длится от момента замыкания контактов прерывателя до момента их размыкания вследствие нарастания тока в первичной обмотке w₁;

- второй этап от момента размыкания контактов прерывателя до момента пробоя свечи в результате наведения э.д.с. во вторичной обмотке катушки;

- третий этап, охватывающий период, в течение которого протекает электрический разряд между электродами искровой свечи.

Индукционная катушка работает в периодическом режиме с некоторой частотой .

(2)

Для авиационных индукционных катушек высоковольтных систем зажигания эта частота находится в пределах 350…1000 Гц.

В соответствии с выражением (2) частота работы прерывателя катушки практически линейно зависит от напряжения источника питания, т.е. от напряжения бортового аккумулятора.

При запуске двигателя кроме системы зажигания от аккумулятора питается ряд агрегатов запуска, в том числе возможно и электростартер. Поэтому при запуске напряжение на выходе аккумулятора может быть существенно ниже своего номинального значения. Исходя из этого, представляет интерес фактическая зависимость , которая может быть получена экспериментально.

На рисунке 10 для примера представлена зависимость частоты работы прерывателя от напряжения источника питания для некоторой высоковольтной системы зажигания.

Рис. 10. Зависимость частоты работы прерывателя индукционной катушки от напряжения питания

Как видно из графика, при уменьшении величины с 27 В до 10 В частота уменьшается почти в два раза.

Источником входного напряжения для индукционной катушки является бортовая аккумуляторная батарея. Поскольку при запуске ГТД одновременно с включением системы зажигания работает электростартер, то напряжение может быть существенно ниже номинального напряжения аккумуляторной батареи.

Уменьшение напряжения приводит к уменьшению величины . Поэтому необходимо, чтобы при проектировании системы зажигания была предусмотрена возможность ее надежной работы при пониженном до 13…14 в напряжении .

В процессе эксплуатации системы зажигания вследствие образования нагара на изоляторе запальной свечи может существенно снижаться величина эквивалентного шунтирующего сопротивления между ее электродами. Это приводит к уменьшению действительного значения напряжения и снижению эффективности работы системы зажигания с искровыми свечами.

Следовательно, искровые свечи должны периодически очищаться от нагарообразования так, чтобы сопротивление между электродами было не менее 50…100 кОм.

Некоторого уменьшения влияния падения величины сопротивления можно добиться в процессе проектирования системы зажигания за счет увеличения собственной частоты .

Итак, если превысит напряжение пробоя свечи (3), то в работе системы зажигания наступает третий этап.