Рабочий цикл в классической системе зажигания

Процесс, протекающий в классической системе зажигания, мож­но разбить на три этапа: 1) замыкание контактов прерывателя; 2) размыкание контактов прерывателя; 3) искровой разряд между электродами свечи. При замыкании контактов первичный ток катушки зажигания нарастает в соответствии с формулой

i =

где U — напряжение бортовой сети автомобиля;

Ry - активное сопротивление первичной цепи;

L — индуктивность первичной цепи.

За время замкнутого состояния контактов прерывателя t₃ пер­вичный ток достигает значения, называемого током разрыва I_р.После размыкания контактов в первичной цепи системы зажи­гания образуется колебательный контур, в котором возникает коле­бательный затухающий процесс. Вторичная обмотка вместе с ем­костью C (распределенной емкостью вторичной цепи) образует ко­лебательный контур, связанный с колебательным контуром первич­ной цепи (см. рис. 3.4).Для оценки возможного максимального значения вторичного на­пряжения f/2_max служит уравнение баланса энергий в колебательном контуре. В момент, когда первичный ток после размыкания контак­тов уменьшится до нуля, практически вся энергия, запасенная в ка­тушке, перейдет в емкости первичной и вторичной цепей С и С₂. Часть энергии выделится в виде тепла:

Если пренебречь тепловыми потерями и учесть, что

то

Из формулы видно, что уменьшение индуктивности L до опре­деленного значения приводит к увеличению U_2mах за счет увеличе­ния тока размыкания, но дальнейшее уменьшение L вызовет уменьшение U_2mах, так как L₁ входит в числитель подкоренного выражения. Уменьшение сопротивления R_x увеличивает U_2mах при этом возрастает ток I_р. Этот ток не должен превышать 3,5-5 А. В противном случае работа контактов будет ненадежной. Анало­гичное ограничение по току действует и в отношении напряжения питания первичной цепи U. Уменьшение емкостиC до некоторого значения приводит к увеличению U_2mах .Уменьшение C ниже этого значения приводит к усилению искрения контактов и большая часть энергии расходуется на нагрев. Наиболее эффективное значение C находится в пределах 0,15-0,3 мкФ. Увеличение времени t₃ замк­нутого состояния контактов приводит к увеличению U_2mах. Но при этом должно действовать известное ограничение по току 1_р. Время t₃ уменьшается с увеличением частоты вращения коленчатого вала. Поэтому вторичное напряжение при повышении частоты вращения будет снижено. Для увеличения времени замкнутого состояния кон­тактов на некоторых зарубежных двигателях применяют две незави­симые схемы с двумя прерывателями и катушкой, работающими на один распределитель.Когда вторичное напряжение достигает значения пробивного на­пряжения, происходит искровой разряд.

Протекание электрического разряда в газовом промежутке может быть представлено вольт-амперной характеристикой (рис.3.9). Участок Oab соответст­вует несамостоятельному разряду. Напряжение возрастает, ток оста­ется практически неизменным и по силе ничтожно мал. При даль­нейшем увеличении напряжения скорость движения ионов по на­правлению к электродам увеличивается. При начальном напряже­нии U начинается ударная ионизация, т.е. такой разряд, который, однажды возникнув, не требует для своего поддержания

Рис. 3.9. Вольт-амперная характеристика разряда в воздушном промежутке

воздейст­вия постороннего ионизатора. Если поле равномерное, то процесс поляризации сразу перерастает в пробой газового промежутка. Если поле неравномерное, то вначале возникает местный пробой газа около электродов в местах с наибольшей напряженностью электри­ческого поля, достигшей критического значения. Этот тип разряда называется короной и соответствует устойчивой части вольт-ампер­ной характеристики bc. При дальнейшем повышении напряжения корона захватывает новые области межэлектродного пространства, пока не произойдет пробой (точка с), когда между электродами проскакивает искра. Это происходит при достижении напряжением значения пробивного напряжения U_пр.

Проскочившая искра создает между электродами сильно нагре­тый и ионизированный канал. Температура в канале разряда радиу­сом 0,2-0,6 мм превышает 10000 К. Сопротивление канала зависит от силы протекающего по нему тока. Дальнейшее протекание процесса зависит от параметров газо­вого промежутка цепи источника энергии. Возможен или тлеющий разряд (участок de), когда токи малы, или дуговой разряд (участок тп), когда токи велики вследствие большой мощности источ­ника тока и малого сопротивления цепи. Оба эти разряда являются самостоятельными и соответствуют устойчивым участкам вольт-ам­перной характеристики. Тлеющий разряд характеризуется токами 10 -10 А и практически неизменным напряжением разряда. Дуго­вой разряд характеризуется значительными токами при относитель­но низких напряжениях на электродах.

Так как к моменту пробоя не вся энергия магнитного поля катушки преобразуется в энергию электрического поля емкостей C₁ и С , иск­ровой разряд содержит две составляющие: емкостную и индуктивную.

Емкостный разряд является основным. Он возникает благодаря энергии, накопленной в емкостях C₁ С , и характеризуется резким падением напряжения и резкими всплесками токов, по своей силе достигающих десятков ампер. Вторичный ток достигает нескольких ампер. Несмотря на незначительную энергию емкостной искры, мощность, развиваемая искрой, благодаря кратковременности про­цесса может достигать десятков и даже сотен киловатт. Емкостная искра имеет яркий голубоватый цвет и сопровождается специфичес­ким треском.

Высокочастотные колебания (10⁶-10⁷ Гц) и большой ток емкостного разряда вызывают сильные радиопомехи и эрозию электродов свечи. Для уменьшения эрозии электродов свечи (а в неэкранированных системах и для уменьшения радиопомех) во вто­ричную цепь (в крышку распределителя, в бегунок, в наконечники свечи, в провода) включается помехоподавляющий резистор. По­скольку искровой разряд происходит раньше, чем вторичное на­пряжение достигает своего максимального значения U ,а именно: при напряжении U_пр, на емкостный разряд расходуется лишь не­большая часть магнитной энергии, накопленной в сердечнике ка­тушки зажигания. Оставшаяся часть энергии выделяется при ин­дуктивном разряде.

Индуктивный разряд возникает благодаря энергии в катушке зажигания. Он наблюдается как желтовато- или красновато-фиоле­товое свечение. Продолжительность индуктивного разряда во много раз больше емкостного. Поэтому индуктивный разряд эффективно способствует нагреву воспламенившейся смеси. При условиях, свой­ственных работе распределителей и разрядников, и при обычных параметрах катушек зажигания индуктивный разряд всегда проис­ходит на устойчивой части вольт-амперной характеристики, соответствующей тлеющему разряду. Ток индуктивного разряда 20-40 мА. Напряжение между электродами свечи сильно понижается.

Продолжительность индуктивной составляющей разряда на 2-3 порядка выше емкостной и достигает в зависимости от типа ка­тушки зажигания, зазора между электродами свечи и режима рабо­ты двигателя (пробивного напряжения) 1,0-1,5 мс. Искра имеет бледный фиолетово-желтый цвет. Эта часть разряда получила на­звание хвоста искры.