В каком году была запатентована катушечная система зажигания, и из чего она состоит?

В чем состоит разница между системами с накоплением энергии в емкости и в конденсаторе, какая из них получила наибольшее распространение и почему?

В какой момент времени резко повышается напряжение во вторичной обмотке катушки зажигания и почему?

4. Какое основное требование предъявляется к напряжению вторичной обмотки катушки зажигания?

Какая составляющая напряжения во вторичной обмотке больше по амплитуде, а какая - продолжительнее во времени?

СХЕМЫ СИСТЕМ ЗАЖИГАНИЯ

При одинаковом принципе работы системы зажигания по своим конструктивным и схемным решениям делятся на контактную систему (иначе ее называют классической), контактно-транзисторную и бесконтактную электронные системы зажигания.

Контактная система зажигания

В контактной системе зажигания (рис. 1) коммутация в первичной цепи зажигания осуществляется механическим кулачковым прерывательным механизмом (прерыватель-распределитель зажигания).

Кулачок 14 прерывателя (рис. 2) связан с коленчатым валом двигателя через зубчатую, цепную или зубчато-ременную передачу, причем частота вращения вала кулачка вдвое меньше частоты вращения вала двигателя, т.е. кулачек вращается с частотой распределительного вала.

	Рис. 2. Схема катушки и системы зажигания автомобилей ВАЗ без дополнительного резистора: 1. Кожух. 2. Трансформаторное масло. 3. Сердечник. 4. Изолятор. 5. Первичная обмотка. 6. Изолятор. 7. Вторичная обмотка. 8. Клемма. 9. Клемма. 10. Центральная клемма. 11. Конденсатор. 12. Замок зажигания. 13. Контакт прерывателя. 14. Кулачек прерывателя. 15. Распределитель прерывателя. 16. Свечи зажигания. 17. Генератор. 18. Аккумуляторная батарея

Угол опережения зажигания устанавливается изменением положения кулачка относительно приводного вала или углового положения пластины прерывателя, на которой закреплена ось его подвижного рычажка. Время замкнутого и разомкнутого состояния контактов определяется конфигурацией кулачка, частотой вращения n и зазором между контактами.

Добавочный резистор 4 (рис. 1) устраняет влияние снижения напряжения в бортовой сети при включении системы зажигания. Для этого он при пуске закорачивается, при нормальной работе на нем падает часть напряжения так, что к катушке зажигания подходит напряжение 7-8 В, на которое она и рассчитана.

Добавочный резистор выполняется из никелевой или константановой проволоки, имеет сопротивление 1‑1,9 Ом и располагается либо на катушке зажигания, либо вне нее.

Изготовление добавочного резистора из никелевой проволоки позволяет ему выполнять дополнительную функцию - защиту первичной цепи от перегрузки, возможной на малой частоте вращения коленчатого вала. Сопротивление никелевого резистора с ростом силы тока возрастает. В конструкциях, где напряжение при пуске понижается мало, добавочный резистор не применяется.

Распределительный механизм с прерывателем, объединенные в один узел «прерыватель-распределитель», подводит вывод вторичной обмотки катушки зажигания через контактный уголек к вращающемуся электроду (ротору), установленному на одном валу с кулачком прерывателя.

При вращении ротора высокое напряжение последовательно через воздушный промежуток приблизительно в 0,5 мм, электроды распределителя и высоковольтные провода подается на свечи.

Момент прохождения ротора мимо каждого электрода распределителя синхронизирован с размыканием контактов прерывателя.

Катушка зажигания представляет собой автотрансформатор с двумя обмотками. Предназначена для получения высокого напряжения до 24 кВ и более из низкого напряжения бортовой сети 12 В. Первичная обмотка содержит 180 ‑ 330 витков провода диаметром 0,57‑1,25 мм, вторичная – 18 000‑41 000 витков провода диаметром 0,06‑0,09 мм.

При низком сопротивлении первичной обмотки (менее 3 Ом) последовательно к ней включается дополнительный резистор, повышающий активное сопротивление первичной цепи автотрансформатора. Общее сопротивление катушки состоит из активного (определяется характеристикой материала, длиной и сечением провода, а также температурой проводника) и реактивного сопротивлений (зависит от количества витков, характеристики магнитопровода и частоты переменного тока).

При увеличении частоты вращения двигателя растет частота размыкания в первичной цепи автотрансформатора.

При этом время протекания тока по первичной обмотке уменьшается, ее провод нагревается меньше, и сопротивление его падает, в связи с чем сила тока, протекающего по катушке, уменьшается незначительно, и индуктируемая сила тока во вторичной обмотке остается достаточно высокой.

При снижении оборотов двигателя время, в течение которого первичная обмотка подключена к системе питания, возрастает, провод первичной обмотки вместе с дополнительным резистором нагреваются сильнее, его сопротивление возрастает и ограничивает силу тока.

Сердечник 3 катушки (рис. 2) изготавливается из набора тонколистовых пластин, изолированных друг от друга окалиной. Это позволяет уменьшить вредное влияние токов Фуко (вихревых индукционных токов), разогревающих сердечник. Кулачек 14 прерывателя получает вращение от вала двигателя и служит для размыкания контакта 13, установленного неподвижно на прерывателе-распределителе.

Вместе с кулачком на одной оси вращается распределитель 15, при прохождении которого мимо контактов 1‑2‑3‑4 он передает высокое напряжение свечам зажигания 16.

На рис. 3а представлен пример зависимости вторичного напряжения U_2m от частоты вращения n коленчатого вала двигателя.

Время t замкнутого состояния контактов прерывателя определяется выражением:

где z – число цилиндров двигателя, k – коэффициент, зависящий от профиля кулачка.

При росте частоты вращения время замкнутого состояния контактов уменьшается, а, значит, уменьшается сила тока в момент разрыва контактов I_1Р и, как следствие, снижается вторичное напряжение. Снижение U_2m при малой частоте вращения объясняется искрением контактов при медленном их расхождении.

На рис. 3б приведена зависимость вторичного напряжения от емкости С₁, включаемой параллельно контактам прерывателя для снижения их искрения.

При малой емкости С1 искрение все же возникает, и напряжение снижается. Однако и увеличение емкости С1 также снижает вторичное напряжение, поэтому конденсатор подбирается к каждой системе индивидуально. Обычно емкость конденсатора С1 лежит в пределах 0,17‑0,35 мкФ.

Амплитуда вторичного напряжения снижается и с ростом емкости вторичной цепи С2. Это создает проблему в случае применения экранированной системы зажигания, так как экранирование вызывает повышение вторичной емкости. Экранирование системы применяется для снижения уровня радиопомех, создаваемых системой зажигания.