Система зажигания автомобиля
Основными условиями воспламенения смеси являются превышение высокого (вторичного) напряжения над напряжением пробоя и достаточность энергии искрового разряда, выделяемой в искровом промежутке зажигательной свечи. Искровой разряд имеет емкостную и индуктивную фазы. Длительность емкостной фазы невелика и составляет 1—3 мкс. Поэтому энергия, выделяемая в данной фазе искрового разряда, обеспечивает воспламенение лишь однородной и полностью газифицированной рабочей смеси. При пуске холодного двигателя, когда паровой части топлива в смеси недостаточно, а температура ее низка, для воспламенения рабочей смеси кроме емкостной фазы разряда требуется индуктивная. Длительность индуктивной фазы искрового разряда существенно больше, чем емкостной, что способствует улучшению прогрева смеси и ее испарению. Это обеспечивает более качественное воспламенение смеси, находящейся по своему составу у границ воспламеняемости.
У систем зажигания, предназначенных для двигателей с Э > 9, энергия искрового разряда достигает 0,05 Дж, а длительность 2,5 мс. При этом повышение вторичного напряжения над напряжением пробоя, характеризуемого коэффициентом запаса, составляет 1,4-1,5.
Величина напряжения пробоя при пуске двигателя (особенно холодного) всегда больше, чем на его рабочих режимах. Это связано с низкой температурой электрода свечи и рабочей смеси в цилиндре. Напряжение пробоя зависит от давления сжатия в момент пробоя искрового промежутка и расстояния между электродами свечи. На величину напряжения пробоя влияет форма электродов свечи (результат электрической эрозии), при изменении которой оно увеличивается на 3-4 кВ за первые 25 тыс. км пробега автомобиля.
Величина вторичного напряжения, развиваемого системой зажигания, зависит от конструктивных и эксплуатационных факторов.
При пусковых частотах вращения коленчатого вала двигателя время замкнутого состояния контактов прерывателя достаточно велико, и сила тока в первичной электроцепи достигает максимального значения. При малой частоте размыкания контактов и большой силе тока разрыва, индуктируемого в первичной обмотке катушки, возможен пробой искрового воздушного промежутка между контактами, что вызывает ухудшение параметров искрового разряда.
Вторичное напряжение уменьшается при снижении напряжения на зажимах аккумуляторной батареи, которое обусловливается низкой температурой аккумуляторной батареи и степенью ее разряженности. Для компенсации снижения напряжения в первичную электроцепь систем зажигания у отечественных автомобилей вводится дополнительный резистор, замыкаемый накоротко в момент включения стартера.
Необходимо отметить влияние неравномерности электрострартерного прокручивания коленчатого вала на снижение вторичного напряжения систем зажигания. Вторичное напряжение падает при неравномерном прокручивании коленчатого вала на 0,2-1,5 кВ по сравнению с равномерным прокручиванием. Уменьшение вторичного напряжения возможно и при увеличении шунтирующего сопротивления и зазора между электродами зажигательной свечи. Шунтирование свечей при пуске двигателя происходит в результате переобогащения смеси и попадания между электродами влаги и остатков продуктов сгорания. Наибольшее шунтирование свечей наблюдается у роторно-поршневых двигателей (в силу конструктивных особенностей расположения свечи) и у двухтактных двигателей из-за плохой организации процесса смесеобразования и плохой очистки цилиндров от остаточных газов. Увеличить энергию искрового разряда и величину вторичного напряжения у систем зажигания можно только увеличением силы тока разрыва первичной электроцепи катушки зажигания. В классических электромеханических системах такая возможность ограничивается сроком службы контактов прерывателя. Наибольшая эксплуатационная надежность контактов имеет место при силе тока 1 А.
Проблема роста вторичного напряжения и энергии искрового разряда за счет увеличения силы тока разрыва первичной цепи решается с помощью схем контактно-транзисторных и бесконтактных систем зажигания.
Контактно-транзисторные системы зажигания обеспечивают более легкие условия работы контактов прерывателя при одновременном повышении силы тока разрыва первичной цепи.
Вторичное напряжение, развиваемое контактно-транзисторной системой зажигания двигателя ЗИЛ-508.1000400, составляет 25 кВ, что обеспечивает коэффициент запаса 1,7-1,8 (1,35 для классической системы). Сила тока в первичной цепи катушки зажигания составляет около 7 А и разрываемого контактами прерывателя — 0,7-0,9 А. Положительным качеством контактно-транзисторной системы является увеличение по сравнению с классической длительностью и энергии искрового разряда (энергия до 0,024-0,025 Дж и длительность до 2,0-2,3 мс). К недостаткам данных систем относится влияние на их характеристики напряжения в первичной цепи и л, хотя оно несколько меньше, чем у классической системы.
Лучшими системами с точки зрения пуска являются электронные бесконтактные системы с электронными или электромеханическими автоматами опережения зажигания, имеющие бесконтактное управление моментом зажигания с нормированным временем накопления энергии в магнитном поле. В таких системах время накопления энергии почти не зависит от п, что улучшает условия пуска двигателя. Энергия индуктивной фазы на пусковых режимах двигателя для отечественных электронных систем (бесконтактной и микропроцессорной) составляет от 0,03 до 0,05 Дж, а длительность разряда от 2,0 до 1,7 мс.
Широко применяются электронные системы с накоплением энергии в электростатическом поле конденсатора и коммутирующем элементе (тиристоре). Резкий рост вторичного напряжения обеспечивает малую чувствительность к шунтированию свечей зажигания. Такой характер возрастания напряжения тиристорной системы, несмотря на малую длительность индуктивной составляющей, позволяет повысить надежность воспламенения топливомасляных смесей двухтактных и роторно-поршневых двигателей, а также газовоздушных смесей газовых двигателей.
Двухтактные пусковые двигатели оборудуются системами зажигания от магнето, особенностью которых являются более низкие вторичное напряжение и энергия искрового разряда по сравнению с батарейной системой зажигания, особенно в интервале пусковых частот вращения коленчатого вала 200-300 мин-1. Для повышения коэффициента запаса по вторичному напряжению приходится повышать пусковую частоту вращения коленчатого вала, что ухудшает экономические показатели пусковой системы.
Неравномерность вращения коленчатого вала пусковых двигателей при электростартерном пуске (5 достигает 1,85-1,90) приводит к снижению вторичного напряжения на 0,3-4,5 кВ. Это необходимо учитывать при выборе параметров систем зажигания от магнето.
Улучшить пуск пусковых двигателей можно за счет применения электронных систем зажигания, минимальная частота устойчивого искрообразования которых должна составлять не более 100-150 мин
Устройство автомобилей
Система зажигания двигателя с принудительным воспламенением рабочей смеси должна обеспечить увеличение напряжения аккумуляторной батареи или генератора (в зависимости от режима работы двигателя) до величины, необходимой для возникновения электрического разряда между электродами свечи зажигания, и в требуемый момент (момент зажигания) подать это напряжение на соответствующую свечу. Момент зажигания характеризуется углом опережения зажигания, который представляет собой угол поворота коленчатого вала двигателя, отсчитываемый от положения вала в момент подачи искры до положения, когда поршень приходит в верхнюю мёртвую точку (ВМТ).
Применявшиеся ранее и применяемые в настоящее время системы зажигания получают необходимую высоковольтную энергию не непосредственно от аккумуляторной батареи, поскольку для пробоя электрической дугой воздушного зазора между электродами свечи зажигания напряжения 12-вольтовой батареи явно не хватит.
Для возникновения дуги между электродами свечи зажигания требуется напряжение не менее 8000 В, а при многих режимах работы двигателя значительно большее. По этой причине необходимо существенно увеличить напряжение аккумуляторной батареи посредством промежуточного преобразователя и накопителя энергии, который, в зависимости от способа преобразования и аккумулирования энергии, может быть индуктивным или емкостным.
В системах зажигания автомобильных двигателей наиболее широко используются индуктивные накопители электрической энергии, использующие в своей работе явление самоиндукции, возникающее в трансформаторе при прохождении через одну из его обмоток переменного тока.
Возникает вопрос – откуда в бортовой сети автомобиля с неработающим двигателем, может появиться переменный ток? Ведь аккумуляторная батарея – источник постоянного тока.
Для ответа на этот вопрос следует вспомнить – что, по определению, называется переменным электрическим током? Это ток, который с течением времени изменяется по величине и (или) по направлению. Следовательно, если цепь, соединяющую выводы аккумуляторной батареи, периодически выключать и включать, то в периоды нарастания тока и его исчезновения (которые характеризуются определенными временными отрезками) в цепи протекает именно переменный ток, изменяющийся с течением времени по величине (от нуля до 12 вольт и наоборот). А раз в цепи присутствует переменный ток, то посредством явлений индукции и самоиндукции его напряжение можно изменять по величине до требуемого значения.
Именно это свойство переменного тока используется во всех известных системах зажигания. Разница заключается лишь в использовании прерывателей и накопителей электроэнергии различных принципиальных конструкций, способных эффективно отдать накопленную энергию для возникновения дуги между электродами свечи.
Контактная система зажигания использует для своей работы механические прерыватели тока, принцип действия которых основан на включении и отключении контактов посредством механического датчика кулачкового типа, приводимого в действие от распределительного вала ГРМ.
Принцип работы контактной системы зажигания
Батарейное зажигание в том виде, в котором оно появилось на первых автомобилях, долгое время было единственным способом воспламенения рабочей смеси в цилиндрах бензиновых и газовых двигателей.
Рассмотрим принцип действия контактной (классической) системы зажигания, в которую обязательно входят катушка зажигания, прерыватель, распределитель, конденсатор, свечи зажигания, ну и, конечно же, электрические провода – низковольтные и высоковольтные.
Катушка зажигания представляет собой простейший трансформатор, состоящий из сердечника, на который намотаны две обмотки — первичная и вторичная, имеющие различное количество витков.
Первичная обмотка содержит относительно небольшое количество витков сравнительно толстой проволоки, а вторичная – очень большое число витков тонкой проволоки. Напряжение, возникающее на выводах вторичной обмотки, пропорционально соотношению числа витков вторичной и первичной обмоток.
Известный закон М. Фарадея о явлении электромагнитной индукции утверждает, что если первичная обмотка трансформатора содержит, например, 10 витков, а вторичная обмотка этого трансформатора – 100 витков (т. е. в десять раз больше), то напряжение на выводах вторичной обмотки при протекании через первичную обмотку переменного тока будет в десять раз больше, чем напряжение в первичной обмотке. И если правильно подобрать соотношение числа витков первичной и вторичной обмоток, напряжение на выходе из катушки будет достаточным для возникновения электрической дуги (искры) между электродами свечи зажигания, поджигающей рабочую смесь в цилиндре двигателя.
Описанное выше свойство трансформатора напряжения лежит в принципиальной основе работы накопителей энергии, используемых в системах зажигания двигателей всех известных типов.
Простейший прерыватель контактной системы зажигания представляет собой устройство, состоящее из вращающегося кулачка, на который опирается подвижный контакт, соединенный с положительным выводом электрической цепи, и неподвижного контакта, соединенного с массой (отрицательным выводом) аккумуляторной батареи.
При вращении кулачка контакты размыкают и замыкают цепь первичной обмотки катушки зажигания, питаемой от аккумуляторной батареи или генератора. При замыкании и размыкании контактов в первичной обмотке катушки зажигания возникает переменный ток, в результате чего во вторичной обмотке индуцируется очень большое напряжение, достигающее нескольких тысяч (и даже десятков тысяч) вольт. Этого напряжения достаточно для пробоя искрового промежутка между электродами свечи зажигания.
Возникает вполне предсказуемый вопрос — зачем в описанной выше системе зажигания используется конденсатор?
Ответ достаточно прост — для спасения сопрягаемых поверхностей контактов механического прерывателя от электромеханической эрозии, и для поглощения высокочастотных импульсов, способных стимулировать радиопомехи.
ЭДС самоиндукции, индуктируемая при размыкании контактов в первичной обмотке катушки зажигания, достигает внушительных значений (порядка нескольких сотен вольт) и направлена в ту же сторону, что и первичный ток, стремясь задержать его исчезновение.
В результате между размыкающимися контактами прерывателя возникает сильный дуговой разряд, интенсивно разрушающий контакты посредством электротехнической эрозии и механического износа.
Для уменьшения вредного воздействия ЭДС самоиндукции параллельно контактам прерывателя включают конденсатор , который поглощает ток самоиндукции, а затем разряжается через цепь первичной обмотки катушки зажигания в аккумуляторную батарею.
Таким образом, конденсатор служит для уменьшения дугового разряда возникающего между контактами прерывателя и пагубно сказывающегося на сроке их службы.
В общем случае работу контактной системы зажигания можно разделить на три этапа:
- Замыкание контактов прерывателя и нарастания первичного тока;
- Размыкание контактов прерывателя и индуцирование вторичного напряжения;
- Искровой разряд между электродами свечи зажигания.
Замыкание контактов прерывателя (первый этап)
В этот период первичная обмотка катушки зажигания (накопителя) подключается к источнику тока (аккумулятору или генераторной установке). Данный этап характеризуется нарастанием первичного тока и, и как следствие этого, накоплением электромагнитной энергии, запасаемой в магнитном поле катушки зажигания.
Процесс нарастания первичного тока (напряжения аккумуляторной батареи), в соответствии со вторым законом Кирхгофа, пропорционален индуктивности первичной цепи, току в первичной цепи и омическому сопротивлению первичной цепи. При этом скорость нарастания первичного тока не зависит от сопротивления первичной цепи.
Очевидно, что количество аккумулируемой в период замкнутого состояния контактов энергии пропорционально величине напряжения и тока в первичной цепи, а также времени замкнутого состояния контактов прерывателя. Время замкнутого состояния контактов зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя и от формы кулачка прерывателя.
Размыкание контактов прерывателя (второй этап)
В какой-то момент времени контакты прерывателя размыкаются, и источник тока отключается от катушки зажигания. Первичный ток исчезает, в результате чего накопленная электромагнитная энергия превращается в электростатическую энергию, вызывающую ЭДС высокого напряжения во вторичной обмотке катушки зажигания.
Величина тока разрыва при прочих равных условиях зависит от времени замкнутого состояния контактов прерывателя. Это время, в свою очередь, зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя, числа цилиндров двигателя (т. е. профиля кулачка), а также соотношения между углами замкнутого и разомкнутого состояния контактов.
Таким образом, ток разрыва в первичной цепи уменьшается с увеличением частоты вращения коленчатого вала и числа цилиндров двигателя, и увеличивается с увеличением времени замкнутого состояния контактов, которое определяется формой кулачка.
Искровой разряд между электродами свечи зажигания (заключительный, третий этап)
В рабочих условиях при определенном значении напряжения происходит пробой воздушного промежутка (зазора) между электродами свечи зажигания с последующим разрядным процессом в виде электрической дуги, воспламеняющей рабочую смесь в камере сгорания двигателя.
Общее устройство батарейной системы зажигания
Батарейная система зажигания с накоплением энергии включает в себя следующие элементы:
- Источник тока, функцию которого выполняет аккумуляторная батарея или генератор;
- Выключатель цепи питания, функцию которого выполняет замок зажигания;
- Датчик-синхронизатор, который механически связан с коленчатым или распределительным валом ГРМ двигателя, и определяет положение поршней и клапанов каждого цилиндра двигателя в данный момент времени;
- Регулятор момента зажигания, который механическим, пневматическим или электрическим способом определяет момент подачи искры в зависимости от частоты коленчатого вала или нагрузки двигателя;
- Источник высокого напряжения, содержащий накопитель энергии и преобразователь низкого напряжения в высокое, функцию которых выполняет катушка зажигания или преобразователь напряжения (в тиристорных системах зажигания);
- Силовое реле, которое представляет собой электромеханический ключ (контакты прерывателя) или электронный ключ (мощный транзистор, микросхема или тиристор), управляемый регулятором момента зажигания и служащий для подключения и отключения источника тока к накопителю, т. е. управляет процессами накопления и преобразования энергии;
- Распределитель импульсов высокого напряжения, который механическим, электромеханическим либо электронным способом распределяет высокое напряжение по соответствующим цилиндрам двигателя;
- Элементы помехоподавления, функции которых выполняют экранированные провода, конденсаторы или резисторы, размещенные либо в распределителе, либо в наконечниках свечей зажигания, либо в высоковольтных проводах, и служащие для угнетения помех, препятствующих нормальной работе радиоаппаратуры и электронных блоков управления (ЭБУ) системами двигателя и автомобиля;
- Свечи зажигания, которые служат для образования искрового разряда и поджигания рабочей смеси в камерах сгорания цилиндров двигателя.
Особенности устройства тиристорной системы зажигания
Конденсаторные (тиристорные) системы зажигания отличаются от рассмотренных выше тем, что для аккумулирования высоковольтной электрической энергии в них используются емкостные накопители – конденсаторы. В отличие от индуктивных (трансформаторных) накопителей емкостные накопители обладают высоким быстродействием. Индукторные накопители подвержены воздействию инерционных факторов, замедляющих процессы накопления энергии в катушке зажигания.
Для высокооборотистых двигателей (например, двигателей спортивных и гоночных автомобилей) это свойство индукторных накопителей неприемлемо по понятным причинам – высоковольтная электроэнергия здесь должна преобразовываться и аккумулироваться очень быстро, и моментально отдаваться для получения искры, поджигающей горючую смесь.
Емкостные накопители лишены инертных недостатков – энергия в конденсаторе накапливается практически мгновенно, и так же быстро отдается в высоковольтную цепь системы зажигания. При этом величина накопленной таким образом энергии совершенно не зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя из-за высокой скорости накопления энергии конденсатором.
Но, как говорится, не бывает добра без худа.
Искровой разряд, возникающий на электродах свечей в конденсаторных системах зажигания, имеет очень короткий период действия, из-за чего не всегда успевает поджечь рабочую смесь должным образом. Результат – неполное сгорание рабочей смеси, снижение КПД и эффективной мощности двигателя, снижение его экологической чистоты. По этой причине контактные системы зажигания с емкостными накопителями (тиристорные, конденсаторные) имеют узкий спектр применения (высокооборотистые двигатели – роторные, роторно-поршневые, поршневые двигатели спортивных автомобилей, мотоциклов и т. п.).
На следующей странице тиристорные системы зажигания описаны более подробно.
Характеристики системы зажигания
Тема 2.6.2 : Факторы, влияющие на напряжение по вторичной цепи: состояние контуров, угол замкнутого состояния контактов, ёмкость конденсатора в первичной цепи, нагар на изолятор свечи. Характеристики контактной системы зажигания, её недостатки. Улучшение характеристик КСЗ за счёт применения добавочного резистора ( сопротивление), изменения параметров катушки зажигания и применения транзисторов.
Цель : Изучить работу катушки зажигания с добавочным резистором.
Характеристики системы зажигания
Протекание процессов в системе зажигания можно разделить на три этапа: замыкание контактов прерывателя и нарастание первичного тока; размыкание контактов прерывателя и индуктирование вторичного напряжения; искровой разряд между электродами свечи, достижения первичным током максимального значения, к моменту размыкания контактов первичный ток достигает значения так называемого тока разрыва. Определен он может быть при подстановке в формулу значения времени замкнутого состояния контактов.
После размыкания контактов первичная обмотка катушки, в магнитном поле которой накопилась энергия L/p/2, оказывается замкнутой на конденсатор. В результате образуется колебательный контур, содержащий индуктивность, емкость и сопротивление. В колебательном контуре возникает затухающий колебательный процесс и первичный ток совершит несколько периодов затухающих колебаний, которые в случае отсутствия вторичной обмотки исчезнут, когда вся энергия магнитного поля катушки преобразуется в тепло на сопротивлении контура.
Вторичная цепь обладает емкостью С2, которая слагается из емкостей витков вторичной обмотки и проводов высокого напряжения.
Вторичная обмотка вместе с емкостью вторичной цепи образует колебательный контур, связанный с колебательным контуром первичной цепи. Поэтому, если искровой промежуток между электродами свечи сделать таким большим, что вторичного напряжения будет недостаточно для его пробоя, вторичное напряжение, так же как и первичное, будет совершать затухающие колебания.
Для оценки возможного максимального значения вторичного напряжения U2 max, развиваемого катушкой зажигания, может служить уравнение баланса энергий в колебательном процессе. В момент, когда первичный ток после размыкания контактов упадет до нуля, вся энергия магнитного поля перейдет в энергию электрического поля на емкостях, т. е. первичное и вторичное напряжения будут максимальными. Часть энергии А выделится в виде тепла. Тогда уравнение баланса энергии для данного момента будет иметь вид
Рис. 1. Изменение первичного тока и вторичного напряжения во времени
Уменьшение индуктивности L приводит к увеличению тока /р, так как при этом первичный ток будет нарастать быстрее и за такое же время замкнутого состояния достигнет большего значения. Однако уменьшать индуктивность бесконечно нельзя, так как величина L входит также в числитель подкоренного выражения и ее чрезмерное уменьшение может привести к уменьшению вторичного напряжения.
Уменьшением сопротивления R можно также добиться увеличения тока, однако исходя из требования надежности работы контактов ток не должен быть более 3,5—5,0 А. При большем токе контакты быстро подгорают и выходят из строя. Аналогичное ограничение действует и в отношении напряжения питания первичной цепи U.
Уменьшение емкости конденсатора должно приводить к увеличению вторичного напряжения. Однако уменьшение емкости приводит к увеличению вторичного напряжения только до определенного предела. При дальнейшем уменьшении емкости напряжение начинает резко падать. Это объясняется тем, что формула для расчета вторичного напряжения не учитывает влияния емкости на искрение контактов. На практике при уменьшении емкости до определенных пределов искрогашение на контактах резко ухудшается и большая часть энергии магнитного поля идет на нагрев искры или дуги, возникающих при размыкании контактов. В результате напряжение, развиваемое катушкой, падает. Наиболее выгодное значение емкости С1 находится в пределах 0,15—0,3 мкФ.
Рис. 2. Влияние емкости Сi на вторичное напряжение
Теоретически вторичное напряжение увеличивается с уменьшением емкости С2 вторичной цепи, которая определяется емкостями катушки зажигания, проводов высокого напряжения и свечей зажигания. Однако уменьшить ее ниже определенного предела, составляющего 40—70 пФ, не представляется возможным.
Уменьшение коэффициента трансформации W1 /W2 также согласно зависимости для вторичного напряжения должно приводить к его повышению. Однако из теории трансформатора известно, что каждому типу нагрузки (активная, реактивная) и ее значению соответствует оптимальный коэффициент трансформации. Исходя из этих соображений и производится выбор коэффициента трансформации.
Время замкнутого состояния контактов прерывателя t3 влияет на величину U 2тах через ток разрыва /р. Увеличение t3 приводит к увеличению, и здесь действует уже известное ограничение, связанное с величиной. Однако влияние на вторичное напряжение этим не ограничивается. Конструктивно прерывательный механизм контактной системы зажигания выполнен так, что время t3 задается УЗСК а3, который зависит только от профиля кулачка и является постоянной величиной при различных частотах вращения. Время замкнутого состояния с увеличением частоты вращения будет уменьшаться.
Из формулы видно, что время замкнутого состояния при одинаковом соотношении аU/аC, которое определяется формой кулачка, уменьшается как с увеличением частоты вращения, так и с увеличением числа цилиндров. Уменьшение времени замкнутого состояния с увеличением частоты вращения приводит к уменьшению тока разрыва. Это означает, что при увеличении частоты вращения коленчатого вала уменьшается вторичное напряжение, развиваемое катушкой зажигания. Вторичное напряжение, развиваемое той же катушкой зажигания на двигателе с большим числом цилиндров, будет также меньше за счет уменьшения времени замкнутого состояния контактов. Теоретически при очень малых частотах первичный ток успевает достигнуть максимального значения. Поэтому развиваемое вторичное напряжение должно быть постоянным при уменьшении частоты вращения с того момента, когда обеспечивается нарастание первичного тока до максимального значения. Это подтверждают и приведенные зависимости. Однако приведенные зависимости не учитывают, что при очень малых частотах вращения происходит такое уменьшение скорости размыкания контактов, которое сопровождается усилением искрения контактов прерывателя. Вследствие этого большая часть энергии идет на искрообразование, уменьшается скорость уменьшения первичного тока в момент размыкания контактов, что, естественно, приводит к уменьшению развиваемого напряжения.
Мы рассмотрели процессы, протекающие в контактной системе зажигания при отсутствии пробоя высоким напряжением искрового промежутка свечи зажигания. В действительности напряжение, достаточное для пробоя, t/np значительно меньше напряжения U 2тах- Поэтому При ДОСТИЖеНИИ равенства U2=U„p происходит искровой разряд и колебательный процесс, характеризуемый гармоническими колебаниями, нарушается. Отношение U 2maJU„v характеризует предельные возможности системы зажигания и называется коэффициентом запаса. Для обеспечения нормальной работы двигателя коэффициент запаса должен быть около 1,5.
Поскольку к моменту пробоя искрового промежутка не вся энергия магнитного поля катушки преобразуется в энергию электрического поля емкостей С1 и С2, искровой разряд содержит две составляющие: емкостную и индуктивную.
Емкостная фаза разряда характеризуется быстроисчезающей яркой искрой голубоватого цвета. При этом происходит резкое падение вторичного напряжения, а вторичный ток достигает нескольких десятков ампер. Сопровождается емкостный разряд специфическим треском.
Оставшаяся часть энергии выделяется в виде индуктивной части разряда. Индуктивный разряд происходит при значительно меньшем вторичном напряжении, ток не превышает 0,1 А, а продолжительность во много раз больше продолжительности емкостного разряда. Искра индуктивного разряда наблюдается в виде слабого желтовато- или красновато-фиолетового свечения.
Рис. 3. Влияние числа цилиндров двигателя на характеристики системы зажигания
Основную роль в воспламенении рабочей смеси имеет емкостная фаза. Однако индуктивная составляющая также полезна. Вследствие своей большой длительности она способствует дальнейшему нагреву начального объема воспламенившейся смеси, что сказывается особенно благоприятно при пуске холодного двигателя.
Недостатки контактной системы зажигания. Рассмотрение процессов физических явлений, протекающих в контактной системе зажигания, позволяет отметить ряд свойственных ей недостатков. Все они накладывают определенные ограничения на величину развиваемого катушкой зажигания вторичного напряжения.
Недостатком контактной системы зажигания является наличие механических контактов в механизме прерывателя. Механические контакты ограничивают уровень первичного тока и вследствие этого вторичное напряжение. Кроме того, возникающие при размыкании контактов электрические разряды приводят в процессе эксплуатации к их износу. При этом контакты подвержены одновременно эрозии и коррозии. Эрозия контактов связана с явлением переноса металла с одного контакта на другой, что приводит к образованию на одном из контактов бугров, а на другом — впадин. Это приводит к ухудшению условий размыкания и нарушению установленного УЗСК- Коррозия вызывает ухудшение электрического контакта за счет появления непроводящих пленок. Эрозия и коррозия контактов, нарушая их нормальную работу, приводят к перебоям в искрообразовании.
Наиболее важным недостатком контактной системы зажигания является уменьшение развиваемого вторичного напряжения с увеличением частоты вращения и числа цилиндров двигателя, а также при низкой частоте вращения коленчатого вала.
Система зажигания является также источником радиопомех, появление которых обусловлено физикой протекающих в ней процессов. На автомобилях, оборудованных радиосвязью, помехи мешают нормальной ее работе. Для снижения уровня радиопомех необходимо экранирование распределителя, высоковольтных проводов, свечей зажигания. Однако это приводит к значительному увеличению емкости вторичной цепи и, как следствие, к резкому уменьшению вторичного напряжения. Экранировать контактную систему зажигания не представляется возможным, так как при этом не обеспечивается надежность искрообразования на всех режимах работы двигателя.
Недостатки контактной системы зажигания не позволяют развивать двигатели внутреннего сгорания в части увеличения степени сжатия и частоты вращения коленчатого вала, а также применения на грузовых автомобилях восьмицилиндровых двигателей. Указанные тенденции в развитии двигателей требуют такого повышения вторичного напряжения, которое контактная система зажигания при условии сохранения на необходимом уровне надежности принципиально обеспечить не может. От современных двигателей требуется высокая топливная экономичность. Одним из путей уменьшения расхода топлива является использование обедненной рабочей смеси. Для надежного воспламенения такой смеси требуется значительное увеличение энергии разряда, которого можно достичь, увеличивая пробивное напряжение. Достигается увеличение напряжения пробоя увеличением искрового промежутка между электродами свечи. Однако необходимое увеличение пробивного напряжения требует такого повышения вторичного напряжения, которого контактная система обеспечить не может. Даже на четырехцилиндровых двигателях необходимая величина коэффициента запаса обеспечена не будет.
Ответить на вопросы:
1.Назначение системы зажигания.
2.Общее устройство системы зажигания.
3.Особенности устройства контактной системы зажигания. Недостатки КСЗ.
4. Особенности применения дополнительного сопротивления( резистора) в катушке зажигания.