Назначение и принцип действия контактной системы зажигания

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ И ПРОВЕРКА РАБОТОСПОСОБНОСТИ КОНТАКТНОЙ СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ

Методические указания к лабораторной работе по дисциплине

«Электрооборудование автомобилей»: 150200 и 240400

Составители: А.П. Попов, В.И. Степанов, А.Ю Власов

Омск

Издательство СибАДИ

Лабораторная работа № 4

Испытание катушки зажигания

Цель работы

- проверка работоспособности катушки зажигания с использованием контактного прерывателя;

- знакомство с конструкцией катушки зажигания и принципом работы прерывателя контактной системы зажигания.

Общие сведения

Назначение и принцип действия контактной системы зажигания

Система зажигания предназначена для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах бензиновых двигателей внутреннего сгорания (ДВС).

Развитие автомобилей первоначально было связано с системой зажигания от магнето, но оно достаточно быстро было вытеснено батарейной системой зажигания, которая в различных вариантах и применяется на современных автомобилях.

Тенденции развития ДВС связаны с повышением их экономичности, снижением токсичности отработавших газов, уменьшением массы и габаритных размеров, повышением частоты вращения коленчатого вала и степени сжатия.

Это оказывает влияние на конструкцию и схемное исполнение систем зажигания, не затрагивая, однако, основного принципа их действия, — накопления энергии в магнитном или электрическом поле с последующим мгновенным выделением ее в искровом промежутке свечи в нужный момент такта сжатия в рабочем цилиндре и в соответствии с заданным порядком работы цилиндров двигателя.

Разряд в искровом промежутке вызывается импульсом напряжения, величина которого зависит от температуры и давления в камере сгорания, конфигурации и размеров искрового промежутка. Величина импульса должна обеспечиваться системой зажигания с определенным запасом, с учетом износа электродов свечи в эксплуатации. Обычно коэффициент запаса составляет 1, 5 - 1, 8, а величина импульса напряжения лежит в пределах 20 - 30 кВ.

Процесс сгорания рабочей смеси разделяется на три фазы: начальную, когда формируется пламя, возникающее от искрового разряда в свече, основную, ко­гда пламя распространяется на большей части камеры сгорания, и конечную, когда пламя догорает у стенок камеры. Этот процесс требует определенного времени. Наиболее полное сгорание рабочей смеси достигается своевременной подачей сигнала на воспламенение, т.е. установкой оптимального угла опере­жения зажигания в зависимости от режима работы двигателя.

Угол опережения зажигания определяется по углу поворота коленчатого вала двигателя от момента возникновения искры до момента достижения порш­нем верхней мертвой точки.

Если угол опережения зажигания больше оптимального, то зажигание ран­нее. Давление в камере сгорания при этом достигает максимума до достиже­ния поршнем верхней мертвой точки и оказывает противодействующее воз­действие на поршень. Раннее зажигание может явиться причиной возникнове­ния детонации. Если угол опережения зажигания меньше оптимального, зажи­гание позднее, в этом случае двигатель перегревается.

На начальную фазу сгорания влияет энергия и длительность искрового разряда в свече. В современных системах энергия разряда достигает 50 мДж, а длительность 1 - 2, 5 мс. По способу накопления энергии различаются системы с накоплением энергии в индуктивности и в емкости. В обоих случаях для получения импульса высокого напряжения используется катушка зажигания, представляющая собой высоковольтный трансформатор, содержащий две обмотки: первичную с малым числом витков и омическим сопротивлением в доли и единицы Ома и вторичную с большим числом витков и омическим сопротивлением в единицы и десятки кОм. Коэффициент трансформации катушки лежит в пределах 50 - 150. Значительное количество энергии, которое требуется для воспламенения рабочей смеси, накопить в конденсаторе приемлемых размеров при достаточно низком напряжении бортовой сети невозможно. Такую систему требуется оборудовать высоковольтным преобразователем напряжения, что приводит к усложнению схемы и не дает существенных преимуществ. Поэтому системы с накоплением энергии в емкости на автомобилях практически не применяются.

Принцип работы схемы с накоплением энергии в индуктив­ности, изображенной на рис. 1, характерен для всех систем зажигания, устанавливаемых на автомобилях.

Выключатель зажигания S1 включает систему в сеть питания. В некоторых системах роль выклю­чателя S1 играют контакты реле, управляемого выключателем зажи­гания. При вращении вала двигателя происходит замыкание контактов прерывательного меха­ни­зма S2, и ток начинает нарастать в первичной цепи катушки зажига­ния по экспоненте, как показано на рис. 2, а.

В момент, необходимый для подачи искрового импульса на зажигание, прерыватель S2 разрывает свои контакты, после чего возникает колебательный процесс, связанный с обменом энергией между магнитным полем катушки и электрическим полем в емкостях С1 и С2. Амплитуда колебаний напряжения, приложенного к электродам свечи U₂, убывает по экспоненте, как показано на рис. 2 пунктиром. Интерес представляет лишь первая полуволна напряжения, т.к., если ее максимальное значение U_2m превышает напряжение пробоя искрового промежутка U_n, то возникает необходимая для зажигания искра. Величина U_2m зависит от коэффициента трансформации катушки зажигания К_Т = w ₂/ w₁ (w ₂ и w ₁ соответственно число витков вторичной и первичной обмоток катушки), величины тока первичной обмотки в момент разрыва I_1р, а также индуктивности L₁ и емкости С₁ первичной и С₂ вторичной цепей

. (1)

Коэффициент К_П учитывает потерю энергии в активных сопротивлениях первичной R₁ и вторичной R₂ цепей, в сопро­тивлении нагара, шунтирующего искровой промежуток, а также в сердечнике катушки при его перемагничивании. Обычно К_П лежит в пределах 0, 7 - 0, 8. Влияние нагара на свечах на процесс искрообразования зна­чительно сни­жается с увеличе­нием скоро­сти нарастания вто­ричного напряже­ния. В совре­менных системах эта скорость лежит в пределах 200- 700 В/мкс.

После пробоя искрового промежутка вторичное напряже­ние резко уменьшается (рис. 2). При этом в искровом промежут­ке сначала искра имеет емкост­ную фазу, связанную с разрядом емкостей на промежуток, а затем индуктивную, во время которой в искре выделяется энергия, накопленная в магнитном поле катушки. Емкостная составляю­щая искры обычно кратковре­менна, очень ярка, имеет голубоватое свечение. Сила тока в искре велика даже при малом количестве протекающего в ней электричества. Индуктивная составляющая отличается значительной продолжительностью, небольшой силой тока, большим количеством электричества и неярким красноватым свечением. Осциллограмма вторичного напряжения, соответствующая рис. 2, является признаком нормальной работы системы зажигания. О нормальной работе свидетельствует и вид искры между электродами свечи. В исправной системе она имеет яркое ядро, окруженное пламенем красноватого цвета.

Системы зажигания по своим конструктивным и схемным выполнениям делятся на контактную систему (ее называют классической), контактно-транзисторную и бесконтактную электронные си­стемы зажигания.