Характеристики классической системы зажигания

Факторы, влияющие на вторичное напряжение, развиваемое системой зажигания

Аналитические выражения для вторичного напряжения, приведенные выше, показывают, что значение U_2m зависит от силы тока разрыва Iр и, следовательно, определяется режимом работы и ти пом двигателя (п и z), работой прерывателя (f₃ или т₃), параметрами первичной цепи (L₁, R₁ С₁ U_Б), а также зависит от параметров вто­ричного контура и внешней нагрузки (С2, W₂/W₁ R_ш)-

Зависимость U _2m от частоты вращения вала и числа цилинд­ров двигателя. Время замкнутого состояния контактов

t₃ = а₃/(6n),

где Оз - угол замкнутого состояния контактов; n - частота вращения валика распределителя.

Из выражения (3.7) видно, что с возрастанием частоты враще­ния валика время f₃ уменьшается и ток разрыва становится мень­ше. Уменьшение тока разрыва влечет за собой снижение напряже­ния U_2m. Увеличение числа цилиндров двигателя при всех прочих равных условиях и параметрах системы зажигания также уменьша­ет время замкнутого состояния контактов f₃ и снижает вторичное напряжение [см. выражение (3.2)].

На рис. 3.21 приведены характеристики максимального вторич­ного напряжения и тока разрыва в функции частоты вращения ко­ленчатого вала двигателя и числа цилиндров двигателя. Характе­ристики носят монотонный убывающий характер, причем закон убывания жестко детерминирован параметрами первичной цепи

( ₁ = L₁ / R₁) и углом замкнутого состояния контактов.

Уменьшение напряжения U_2m на низких частотах вращения свя­зано с дугообразованием на контактах прерывателя.

Увеличения тока разрыва можно добиться за счет увеличения угла замкнутого состояния контактов, что достигается соответст­вующим профилированием кулачка. Однако по механическим сооб­ражениям увеличить время замкнутого состояния контактов преры­вателя больше чем до 60...65% времени полного периода (т₃ = 0,60...0,65) практически невозможно. На некоторых зарубеж­ных двигателях применяют две независимые схемы с двумя прерывателями и катушкой, работающими на один распределитель. При этом относительная замкнутость может достигать 0,85.

Первичный ток и скорость его нарастания зависят от постоянной времени первичного контура ( ₁ = L₁ / R₁) (рис. 3.22). Чем меньше этот показатель, тем быстрее нарастает ток до установившегося значения.

Рис. 3.21. Типовые рабочие характеристики классической системы зажигания для четырех- и шестицилиндровых двигателей

 

 

 

Скорость нарастания тока

 

 

обратно пропорциональна индуктивности L₁.

Однако уменьшение индуктивности целесообразно лишь до определенного значения, ниже которого начинает уменьшаться запас электромагнитной энергии, определяющий вторичное напряжение.

При неизменной индуктивности первичной цепи сила тока разрыва увеличивается с уменьшением сопротивления R1(так как увеличивается установившееся значение тока. При различных значе-ниях сопротивления первичной цепи скорость нарастания тока в

d/, U6

начальный момент одинакова, т. е.. Однако чем меньше L₁

сопротивление R₁, тем выше идет кривая тока (рис. 3.23). Таким образом, для увеличения максимального вторичного напряжения необходимо уменьшать сопротивление первичной цепи. Однако чрезмерное уменьшение R, приводит к увеличению установившегося тока, что ухудшает работу контактов при низких частотах вращения и приводит к перегреву катушки.

Зависимость U_2m от емкости первичного конденсатора С_ь Из выражения (3.6) видно, что с уменьшением емкости конденсатора Ci вторичное напряжение должно увеличиваться, и при = 0 оно достигает максимального значения. Такой характер изменения U_2m возможен лишь при больших значениях С₁ В диапазоне малых ем­костей по мере их уменьшения вторичное напряжение также уменьшается. Это явление объясняется тем, что при малой емко­сти не устраняется дугообразование на контактах, вызывающее значительные потери энергии. Характер зависимости вторичного напряжения от емкости конденсатора первичной цепи (рис. 3.24) показывает, что существует оптимальное значение Си определяе­мое условиями гашения дуги на контактах. На практике выбира­ют в пределах 0,15...0,35 мкФ.

Зависимость U_2m от вторичной емкости. Значение макси­мального вторичного напряжения также зависит от емкости вторич­ных проводов, емкости свечи зажигания, собственной емкости вто­ричной обмотки катушки зажигания и практически не может быть меньше 40...75 пФ. В случае экранирования системы зажигания ем­кость вторичной цепи увеличивается до 150 пФ. Следовательно, экранирование, применяемое для существенного снижения радио- помех, значительно уменьшает значение вторичного напряжения.

Зависимость U_2m от шунтирующего сопротивления. В про­цессе работы двигателя изолятор свечи нередко покрывается нага­ром, который создает проводящий мостик между электродами све­чи. Этот проводящий слой нагара можно представить в виде рези­стора R_ш, шунтирующего воздушный зазор. Из-за наличия R_ш на- рартающее после размыкания контактов вторичное напряжение создает во вторичной цепи ток, называемый током утечки, который циркулируя во вторичной цепи до пробоя искрового промежутка,

 

вызывает падение напряжения во вторичной обмотке и уменьше­ние подводимого к свече напряжения.

При малом шунтирующем сопротивлении ток утечки возрастает и вторичное напряжение может понизиться до значения меньшего пробивного напряжения, т. е. искра не возникнет.

Зависимость U_2m от коэффициента трансформации. В случае отсутствия утечек напряжение l/_2m при прочих равных параметрах нозрастает с увеличением коэффициента трансформации катушки WJW-i, стремясь к своему пределу:

 

При бесконечно большом сопротивлении нагара вся электро­магнитная энергия трансформируется в электростатическую энер­гию вторичной цепи. Однако если Я_ш ф то каждому значению шунтирующего сопротивления соответствует оптимальный коэф­фициент трансформации, при котором напряжение вторичной цепи максимально (рис. 3.25). Оптимальным для существующих систем зажигания при индуктивности первичной обмотки 6,5...9,5 мГн явля­ется отношение l/tyWi = 55...95.

3.6.2. Энергия искрового разряда

Энергия искрового разряда

W_ир= ₃ (3-8)

где ₃ - коэффициент передачи запасенной энергии в энергию искры.

Коэффициент передачи энергии ₃в основном определяется степенью магнитной связи между первичной и вторичной обмотка­ми катушки зажигания. В рамках традиционной конструкции цилин­дрической катушки с аксиально расположенными первичной и вто­ричной обмотками и разомкнутым магнитопроводом коэффициент ц_э = 0,35...0,45.

Из выражения (3.8) следует, что увеличение энергетического уровня искрового разряда сводится к необходимости повышения индуктивности Z-i катушки зажигания либо тока разрыва /_р. Для классических систем зажигания ток разрыва /_р ограничивается пре­делом 3,5...4,0 А. Превышение этого предела приводит к резкому снижению ресурса контактов

Увеличение частоты вращения коленчатого вала двигателя приводит к снижению энергии искрового разряда вследствие уменьшения тока разрыва, а значит, и запаса электромагнитной энергии в первичной цепи. Увеличение индуктивности L1 ограничивается условием обеспечения бесперебойного искрообразования на максимальных частотах вращения:

где n _max - максимальная частота вращения двигателя; l/2m A _nax - необходимый уровень максимального вторичного напряжения на максимальной частоте вращения; U_2m n _min - то же на минимальной частоте вращения.