Реферат: Система зажигания общие сведения

СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ


3.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.


Рабочая смесь воспламеняется в камере сгорания автомобильного кар­бюраторного двигателя как в период пуска, так и во время его работы посредством электрического разряда между электродами свечи, ввернутой в головку цилиндра двигателя. Бесперебойное искрообразование между электродами свечи происходит при высоком напряжении (8...20 кВ). На прогретом двигателе к моменту искрообразования рабочая смесь сжата и имеет температуру, близкую к температуре самовоспламенения. В этом случае достаточно незначительной энергии электрического разряда — порядка 5мДж..

Однако имеется ряд режимов работы двигателя, когда требуется значительная энергия искры — 30...100 мДж. К таким режимам следует отнести пусковой режим, работу на бедных смесях при частичном открытии дросселя, работу на холостом ходу, работу при резких открытиях дросселя.

Электрическая искра вызывает появление в ограниченном объеме ра­бочей смеси первых активных центров, от которых начинается развитие химической реакции окисления топлива. Воспламенение рабочей смеси является началом бурной реакции окисления топлива, сопровождающейся выделением тепла.

Система зажигания двигателя предназначена для генерации импульсов высокого напряжения, вызывающих вспышку рабочей смеси в камере сго­рания двигателя, синхронизации этих импульсов с фазой двигателя и распределения импульсов зажигания по цилиндрам двигателя. От энергии искры в момент зажигания рабочей смеси в значительной степени зависят экономичность и устойчивость работы двигателя, а также токсичность отработавших газов.

В настоящее время на автомобильных карбюраторных двигателях ши­роко применяют батарейные системы зажигания, которые позволяют уве­личить напряжение автомобильной аккумуляторной батареи или генера­тора (в зависимости от режима работы двигателя) до величины, необходимой для возникновения электрического разряда, и в требуемый момент подать это напряжение на соответствующую свечу зажигания. Момент зажигания характеризуется углом опережения зажигания, который представляет собой угол поворота коленчатого вала, отсчитываемый от положения вала в момент подачи искры до положения, когда поршень приходит в верхнюю мертвую точку (в.м.т.). Известные ныне системы зажигания получают необходимую энергию не непосредственно от аккумуляторной батареи, а от промежуточного накопителя энергии. В зависимости от накопителя различают системы с накоплением энергии в индуктивности и емкости.

Батарейная система зажигания (рис. 3.1) состоит из следующих основных элементов:

- источника тока ^ ИТ, функцию которого выполняет аккумуляторная батарея или генератор;
- выключателя цепи питания ВК, функцию которого выполняет замок зажигания;

- датчика синхронизатора Д, который механическим способом связан с коленчатым валом двигателя и определяет угловое положение коленчатого вала;

- регулятора момента зажигания ^ РМЗ, который механическим или электрическим способом вычисляет момент подачи искры в зависимости от частоты вращения п или нагрузки двигателя (Pk— разрежение в коллекторе);

- источника высокого напряжения ^ ИВН, содержащего накопитель энергии Н и преобразователь П низкого напряжения в высокое, функцию которых выполняет катушка зажигания;

- силового реле ^ СР, которое представляет собой электромеханический ключ (контакты прерывателя) или электронный ключ (мощный транзи­стор), управляется РМЗ и служит для подключения и отключения ИТ к накопителю ИВН, т. е. управляет процессами накопления и преобразова­ния энергии;

- распределителя импульсов высокого напряжения Р, который механиче­ским либо электрическим способом распределяет высокое напряжение по соответствующим цилиндрам двигателя;

- элементов помехоподавления ПП, функции которых выполняют экра­нированные провода и помехоподавительные резисторы, размещенные ли­бо в распределителе Р, либо в свечных наконечниках, либо в высоковоль­тных проводах в виде распределенного сопротивления;

- свечей зажигания СВ, которые служат для образования искрового раз­ряда и зажигания рабочей смеси в камере сгорания двигателя.




Рис.3.1. Структурная схема батарейной системы зажигания


^ 3.2. КЛАССИФИКАЦИЯ БАТАРЕЙНЫХ СИСТЕМ ЗАЖИГАНИЯ.


В батарейных системах зажигания используется катушка (или несколь­ко катушек) зажигания в качестве источника импульсов высокого напря­жения. Системы зажигания в представленной на рис. 3.2 классификацион­ной схеме подразделены по шести основным признакам: способу управления (синхронизации) системы зажигания; способу регулирования угла опережения зажигания; способу накопления энергии; типу силового реле (способу размыкания первичной цепи катушки зажигания); способу распределения импульсов высокого напряжения по цилиндрам двигателя;

типу защиты от радиопомех.

По способу управления системы зажигания делят на системы с контак­тным управлением (контактные) и системы с бесконтактным управлением (бесконтактные). Системам с контактным управлением присущи недостат­ки, связанные с износом и разрегулировкой контактов, ограниченные ско­ростные режимы из-за вибрации контактов и т. п. В бесконтактных систе­мах зажигания управление осуществляется специальными бесконтактными датчиками, что позволяет избежать указанных недостатков систем с кон­тактным управлением.

Внутри этих двух классов системы отличаются как схемными конструктив­ными решениями, так и применяемыми электронными коммутирующими прибо­рами, датчиками, способами накопления энергии, регулирования угла опереже­ния зажигания, распределением импульсов высокого напряжения по цилиндрам.

В более простых системах зажигания для регулирования угла опереже­ния используются механические центробежный и вакуумный автоматы, которые реализуют весьма простые зависимости. Механические автоматы со временем изнашиваются, что приводит к погрешности момента искрообразования и ухудшению процесса сгорания рабочей смеси. Дополнительные погрешности возникают также и в результате использования механической понижающей передачи от коленчатого вала двигателя к распределителю.

В последнее время благодаря большим достижениям в области электро­ники и микроэлектроники создаются системы зажигания, в которых полно­стью отсутствуют механические устройства управления, а следовательно, и ограничения, свойственные им. Эти системы, осуществляющие управле­ние моментом зажигания по большому числу параметров, приближая угол опережения к оптимальному, получили общее название — системы с элек­тронным регулированием угла опережения зажигания. Среди способов реализации этих систем можно выделить два: аналоговый и цифровой. Цифровые системы зажигания благодаря развитию технологии производ­ства цифровых интегральных схем средней и большой степеней интеграции являются наиболее совершенными. Одним из последних достижений в этой области являются микропроцессорные системы.

Применение электроники позволяет полностью исключить механические узлы, например вращающийся высоковольтный распределитель энергии. Функцию распределителя исполняют многовыводные (на 2, 4, 6 выводов) катушки зажигания или катушечные модули, управляемые контроллером. В системах со статическим распределением энергии благодаря отсутствию вращающегося бегунка и связанного с ним искрения значительно ниже уровень электромагнитных помех.

В ряде случаев, например на автомобилях высокого класса, требуется максимальное снижение уровня помех радиоприему, телевидению и средствам связи как на самом автомобиле, так и на внешних объектах. С этой целью высоковольтные детали и провода, а также сами узлы систем зажигания экранируются. Такие системы зажигания называются экранированными.

Все системы зажигания разделяются также на две группы, отличающиеся спосо6ами накопления энергии (в индуктивности или емкости) и способами размыкания первичной цепи катушки зажигания (типом силового реле). На автомобильных двигателях широкое применение нашли системы зажигания с накоплением электромагнитной энергии в магнитном поле катушки, использующие контактные или транзисторные прерыватели.

В тиристорных системах зажигания энергия для искрового разряда накапливается в конденсаторе, а в качестве силового реле применяется тиристор. В этих системах катушка зажигания не накапливает энергию, а лишь преобразует напряжение. Характерной особенностью тиристорных систем зажигания является высокая скорость нарастания вторичного напряжения.


п
оэтому пробой искрового промежутка свечи надежно обеспечивается даже при загрязненном и покрытом нагаром изоляторе свечи. Кроме того, в тиристорных системах вторичное напряжение может быть практически постоянным при изменении частоты вращения коленчатого вала двигателя до максимальной, так как конденсатор успевает полностью зарядиться на всех режимах работы двигателя. Однако тиристорные системы зажигания имеют сравнительно малую продолжительность индуктивной составляю­щей искрового разряда (не более 300 мкс), что приводит к ухудшению воспламеняемости и сгорания рабочей смеси в цилиндрах двигателя на режимах частичных нагрузок. Многочисленными исследованиями установлено, что в режимах частичных нагрузок и при работе двигателя на сильно обедненных рабочих смесях требуется продолжительность индуктивной составляющей искрового разряда не менее 1,5...2 мс, что достаточно просто реализуется в системах зажигания с накоплением энергии в индуктивности.

Последние достижения в области создания транзисторных систем зажигания, в частности применение принципа нормирования времени накопления энергии, позволили практически устранить такие недостатки индуктивных систем, как большая зависимость вторичного напряжения от шунтирующе­го сопротивления на изоляторе свечи и от частоты вращения коленчатого вала.

Перечисленные достоинства и простота реализации предопределили широкое использование систем зажигания с накоплением энергии в индук­тивности на автомобильных двигателях. Системы зажигания с накоплени­ем энергии в емкости нашли широкое применение на газовых и высокооборотных мотоциклетных двигателях, которые не критичны к длительности искрового разряда.

В соответствии с классификационной схемой (см. рис. 3.2) различают следующие системы зажигания, которые серийно выпускаются у нас в стране и за рубежом или по прогнозам готовятся в производство в ближай­шие годы: батарейная с механическим прерывателем, или классическая;

контактно-транзисторная; контактно-тиристорная; бесконтактно-транзисторная; цифровая с механическим распределителем; микропроцессорная система управления автомобильным двигателем (МСУАД).


^ 3.3. ТРЕБОВАНИЯ К СИСТЕМАМ ЗАЖИГАНИЯ. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ.


Исходя из условий работы ДВС к системам зажигания предъявляют следующие основные требования:

система зажигания должна развивать напряжения, достаточные для пробоя искрового промежутка свечи, обеспечивая при этом бесперебойное искрообразование на всех режимах работы двигателя;

искра, образующаяся между электродами свечи, должна обладать до­статочными энергией и продолжительностью для воспламенения рабочей смеси при всех возможных режимах работы двигателя;

м
омент зажигания должен быть строго определенным и соответствовать условиям

работы двигателя;


50.10-4 100.10-4 150.10-4 P, Па

Рис. 3.3. Влияние давления и температу­ры на пробивное напряжение


работа всех элементов системы зажигания должна быть надежной при высоких температурах и механических нагрузках, которые возникают на двигателе; эрозия электродов свечи должна находиться в пределах допуска. Исходя из этих требований любая система зажигания характеризуется следующими основными параметрами:

развиваемым вторичным напряжением в пусковом и рабочем режимах работы U2m;

коэффициентом запаса по вторичному напряжению Кз;

с
коростью нарастания вторичного напряжения ;


энергией Wp и длительностью индуктивной составляющей искрового разряда p;

зазором между электродами свечей ;

углом опережения зажигания .

Коэффициентом, запаса по вторичному напряжению Кз называется отношение вторичного напряжения U2m, развиваемого системой зажигания, к пробивному напряжению Uпр между электродами свечи, установленной на двигателе: Кз= U2m/ Uпр

Пробивным напряжением называется напряжение, при котором проис­ходит пробой искрового промежутка свечи. При этом свеча, ввернутая в камеру сгорания двигателя, является своеобразным разрядником. Пробив­ное напряжение для однородных полей согласно экспериментальному за­кону Пашена прямо пропорционально давлению смеси р и зазору между электродами  и обратно пропорционально температуре смеси Т, т. е.

К
роме того, на напряжение Uпр оказывают влияние состав

смеси, длительность и форма приложенного напряжения, полярность про­бивного напряжения, материал электродов и условия работы двигателя. Так, например, при пуске холодного двигателя стенки цилиндра и электроды свечи холодные, всасываемая топливно-воздушная смесь имеет низкую температуру и плохо перемешана. При сжатии смесь слабо нагревается и капли топлива не испаряются. Попадая в межэлектродное пространство свечи, такая смесь увеличивает пробивное напряжение на 15...20%. На рис. 3.3 приведены зависимости Uпр от давления при различных температурах.

Увеличение частоты вращения коленчатого вала двигателя первона­чально вызывает некоторое увеличение пробивного напряжения ввиду роста давления сжатия, однако далее происходит уменьшение Uпр, так какухудшается наполнение цилиндров свежей смесью и возрастает темпера­тура центрального электрода свечи. Максимального значения пробивное напряжение достигает при пуске и разгоне двигателя, минимального — при работе на установившемся режиме на максимуме мощности. На рис. 3.4 показаны зависимости пробивного напряжения Uпр от частоты вращения коленчатого вала двигателя при различных нагрузках.






Рис. 3.4. Зависимость пробивного напря­жения от частоты вращения коленчато­го вала:

1 — при полной нагрузке; 2 — при 1/2 на­грузки; 3 — при малой нагрузке; 4 — при пус­ке и холостом ходе


В течение первых 2 тыс. км пробега нового автомобиля пробивное напряжение повышается на 20...25% за счет округления кромок электродов свечи. В дальнейшем напряжение растет за счет износа электродов и увеличения зазора, что требует проверки и регулировки зазора в свечах через каждые 10...15 тыс. км пробега. Если двигатель работает на неустановившихся режимах в результате неоднородности рабочей смеси, посту­пающей в цилиндры, пробивное напряжение в отдельных цилиндрах может значительно отличаться, а в некоторых случаях могут наблюдаться даже перебои искрообразования.

Для современных систем зажигания коэффициент запаса по вторичному напряжению принимают не менее 1,5, а в экранированных системах — 1,8.

Параметры искрового разряда — энергия, длительность, зазор в свече — влияют на развитие начала процесса сгорания в цилиндрах двигателя (в режимах пуска, холостого хода, неустановившихся режимах и при частич­ных нагрузках). Установлено, что увеличение энергии и продолжительности индуктивной составляющей искрового разряда обеспечивают большую надежность воспламенения смеси и снижение расхода топлива на этих режимах.
^ Момент зажигания — появление искрового разряда в свече — оказы­вает существенное влияние на мощность, экономичность и токсичность двигателя. Для каждого режима работы двигателя имеется оптимальный момент зажигания, обеспечивающий наилучшие его показатели. При слиш­ком раннем зажигании сгорание смеси происходит целиком в такте сжатия при возрастании давления. Поршень испытывает сильный встречный удар, тормозящий его движение. Внешними признаками раннего зажигания яв­ляется снижение мощности, металлический стук (детонация). При позднем зажигании после перехода поршня через в.м.т. смесь сгорает в такте рас­ширения и может догорать даже в выпускном трубопроводе. При этом





^ Рис. 3.5 Изменение давления в цилинд­ре двигателя в зависимости от момента зажигания:

а — момент зажигания; б — детонация; 1, 2 и 3 — соответственно раннее, нормальное и позднее зажигание; Pz — максимум давления в цилиндре

двигатель перегревается из-за увеличения отдачи теплоты в охлаждающую жидкость и мощность его снижается.

Угол опережения зажигания влияет на изменение давления в цилиндре двигателя (рис. 3.5). Процесс сгорания оптимально протекает в том случае, когда угол опережения зажигания наивыгоднейший (кривая 2). Максимум мощности двигатель развивает, если наибольшее давление в цилиндре создается после в.м.т. черёз 10...15° угла поворота коленчатого вала двигателя т.е. когда процесс сгорания заканчиваётся несколько позднее в.м.т. Наивыгоднейший угол опережения зажигания определяется временем, ко­торое отводится на сгорание смеси, и скоростью сгорания смеси. В свою очередь время, отводимое на сгорание, зависит от частоты вращения ко­ленчатого вала, а скорость сгорания определяется составом рабочей смеси и степенью сжатия.

По современным представлениям угол опережения зажигания должен выбираться с учетом частоты вращения коленчатого вала, нагрузки двига­теля (рис. 3.6), температуры охлаждающей жидкости и всасываемого воздуха, атмосферного давления, состава отработавших газов, скорости изменения положения дроссельной заслонки (разгон, торможение).

К
роме обеспечения наивыгоднейшего угла опережения, система зажигания должна обеспечивать очередность подачи высокого напряжения на

Нагрузка, %

^ Рис. 3.6. Зависимости наилучшего угла опережения зажигания:

а —от частоты вращения коленчатого вала двигателя; б— от нагрузки при различной частоте вращения



свечи соответствующих цилиндров двигателя в соответствии с порядком работы. Одним из важных требований эксплуатации к системам зажигания является сохранение их исходных характеристик без изменений в течение всего срока службы двигателя при минимуме ухода.

^ 3.4. КЛАССИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ.

3.4.1. Принцип работы.

Классическая система батарейного зажигания с одной катушкой и мно­гоискровым механическим распределителем до сих пор широко распрост­ранена на современных автомобилях. Главным достоинством этой системы является ее простота, обеспечиваемая двойной функцией механизма рас­пределителя: прерывание цепи постоянного тока для генерирования высокого напряжения и синхронное распределение высокого напряжения по цилиндрам двигателя.

Принципиальная схема классической системы зажигания состоит из следующих элементов (рис. 3.7):

источника тока — аккумуляторной батареи 1; катушки зажигания (ин­дукционной катушки) 5, которая преобразует токи низкого напряжения в токи высокого напряжения. Между первичной и вторичной обмотками существует автотрансформаторная связь;

прерывателя ^ 17, содержащего рычажок б с подушечкой 7 из текстолита, поворачивающийся около оси, контакты прерывателя 8, кулачок, имеющий число граней, равное числу цилиндров. Неподвижной контакт прерывателя присоединен к "массе"; подвижной контакт укреплен на конце рычажка. Если подушечка не касается кулачка, контакты замкнуты под действием пружины. Когда подушечка находит на грань кулачка, контакты размыка­ются. Прерыватель управляет размыканием и замыканием контактов и моментом подачи искры;

конденсатора первичной цепи 18 (С1), подключенного параллельно контактам ^ 8, который является составным элементом колебательного кон­тура в первичной цепи после размыкания контактов; распределителя 14, включающего в себя бегунок 12, крышку 10, на которой расположены неподвижные боковые электроды 11(число которых равно числу цилиндров двигателя) и неподвижный центральный электрод, который подключается через высоковольтный провод к катушке зажига­ния. Боковые электроды через высоковольтные провода соединяются с соответствующими свечами зажигания.





Рис.3.7. Принципиальная схема классической системы зажигания.


Высокое напряжение к бегунку 12 подается через центральный электрод с помощью скользящего угольного контакта. На бегунке имеется электрод 13, который отделен воздушным зазором от боковых электродов 11. Бегунок 12 распределителя и кулачок 16 прерывателя находятся на одном валу, который приводится во вращение зубчатой передачей от распределительного вала двигателя с частотой, вдвое меньшей частоты вращения коленчатого вала. Прерыватель и рас­пределитель расположены в одном аппарате, называемом распределите­лем зажигания;

свечей зажигания 15, число которых равно числу цилиндров двигателя;

выключателя зажигания 2;

добавочного резистора 3 (Rдоб), который уменьшает тепловые потери в катушке зажигания, дает возможность усилить зажигание. (При пуске двигателя Rдоб шунтируется выключателем 4 одновременно с включением стартера.) Добавочный резистор изготовляют из нихрома или константана и наматывают на керамический изолятор.

Принцип работы классической системы батарейного зажигания состоит в следующем. При вращении кулачка 16 контакты 8 попеременно замыка­ются и размыкаются. После замыкания контактов (в случае замкнутого выключателя 2) через первичную обмотку катушки зажигания 5 протекает ток, нарастая от нуля до определенного значения за данное время замкну­того состояния контактов. При малых частотах вращения валика 9 распре­делителя 14 ток может нарастать до установившегося значения, определен­ного напряжением аккумуляторной батареи и омическим сопротивлением первичной цепи (установившийся ток). Протекание первичного тока вызы­вает образование магнитного потока, сцепленного с витками первичной и вторичной обмоток, и накопление электромагнитной энергии.

После размыкания контактов прерывателя как в первичной, так и во вторичной обмотке индуцируется ЭДС самоиндукции. Согласно закону индукции вторичное напряжение тем больше, чем быстрее исчезает маг­нитный поток, созданный током первичной обмотки, больше первичный ток в момент разрыва и больше число витков во вторичной обмотке. В резуль­тате переходного процесса во вторичной обмотке возникает высокое напря­жение, достигающее 15...20 кВ. В первичной обмотке также индуцируется ЭДС самоиндукции, достигающая 200...400 В, направленная в ту же сторо­ну, что и первичный ток, и стремящаяся задержать его исчезновение. При отсутствии конденсатора 18 ЭДС самоиндукции вызывает образование между контактами прерывателя во время их размыкания сильной искры, или, точнее, дуги. При наличии конденсатора 18 ЭДС самоиндукции создает ток, заряжающий конденсатор. В следующий период времени конденсатор разряжается через первичную обмотку катушки и аккумуляторную бата­рею. Таким образом, конденсатор 18 практически устраняет дугообразование в прерывателе, обеспечивая долговечность контактов и индуцирование во вторичной обмотке достаточно высокой ЭДС. Вторичное напряжение подводится к бегунку распределителя, а затем через электроды в крышке и высоковольтные провода поступает к свечам соответствующих цилиндров. На рис. 3.8 приведены характеристики элек­трических сигналов в первичной и вторичной цепях системы зажигания.

^ 3.4.2. Регулирование угла опережения зажигания.


Для регулирования угла опережения зажигания в соответствии с режи­мами работы двигателя при различных эксплуатационных условиях клас­сическая система зажигания снабжается автоматическими и ручными ре­гуляторами. Автоматическое регулирование угла опережения зажигания в зависимости от частоты вращения коленчатого вала обеспечивается центробежным регулятором, а в зависимости от нагрузки — вакуумным регулятором.




Рис. 3.8 Характеристики электрических сигналов в первичной и вторичной цепях

системы зажигания:

1 — первичный ток; 2 — импульс первичного напряжения; 3 — импульс вторичного напряже­ния; ЗАМ — контакты замкнуты; РАЗ — контакты разомкнуты


Центробежный регулятор опережения зажигания (рис. 3.9). На ведущем валике 4 закреплена пластина с осями 7 для установки грузиков 3. Грузики могут проворачиваться вокруг осей 7 и связаны между собой пружинами б. На каждом грузике имеется штифт 5, входящий в прорези пластины 2, укрепленной на втулке кулачка 1. Привод кулачка осуществляется от валика через грузики.

С увеличением частоты вращения, начиная с некоторого ее значения, грузики под действием центробежной силы расходятся. При этом штифты, двигаясь в прорезях пластины, поворачивают ее и связанный с ней кулачок в сторону вращения ведущего валика. Вследствие этого контакты размы­каются раньше. При уменьшении частоты вращения грузики с помощью возвратных пружин возвращаются в исходное положение. Пружины имеют различную жесткость, что позволяет получить требуемый закон изменения угла опережения зажигания при изменении частоты вращения двигателя. На рис. 3.10 приведены типовые характеристики центробежных регулято­ров, представляющие собой зависимость угла опережения зажигания по валику распределителя р от частоты его вращения. При достижении опре­деленной частоты вращения грузики полностью расходятся и автомат перестает работать. Характеристика становится горизонтальной.

Вакуумный автомат опережения зажигания. Он регулирует момент зажигания при изменении угла открытия дроссельной заслонки, т. е. при изменении нагрузки двигателя. При малых нагрузках двигателя уменьша­ется наполнение цилиндров рабочей смесью и, следовательно, давление в момент воспламенения. В то же время увеличивается загрязнение смеси остаточными газами, что приводит к уменьшению скорости сгорания, а это требует увеличения угла опережения зажигания. С увеличением нагрузки процент остаточных газов уменьшается. Коэффициент избытка воздуха находится в пределах 0,8...0,9. Такая смесь имеет наибольшую скорость сгорания, поэтому угол опережения зажигания должен быть минимальным.

Устройство вакуумного автомата показано на рис. 3.11. Полость ваку­умного регулятора, в которой размещена пружина 6, соединяется трубкой 5 со смесительной камерой карбюратора над дроссельной заслонкой. По­лость регулятора с левой стороны диафрагмы сообщается с атмосферой. К диафрагме 7 прикреплена тяга 9. Она связана шарниром с





Рис. 3.9. Центробежный регу­лятор:
а — положение грузиков на хо­лостом ходу двигателя; б — по­ложение грузиков при макси­мальной частоте вращения вола двигателя

подвижной пластиной 11, на которой установлен прерыватель. При уменьшении на­грузки двигателя дроссельная заслонка прикрывается и разрежение в месте подсоединения вакуумного регулятора, а следовательно, и в полости пра­вой стороны диафрагмы увеличивается. Под действием разности давлений диафрагма, преодолевая усилия пружины, перемещается и тягой поворачи­вает подвижную пластину вместе с прерывателем навстречу направлению вращения кулачка. Угол опережения зажигания увеличивается.

С увеличением нагрузки двигателя дроссельная заслонка открывается, разрежение в полости регулятора уменьшается и пружина перемещает влево диафрагму и связанную с ней тягу. Тяга поворачивает подвижную пластину и прерыватель в направлении вращения кулачка, уменьшая таким образом угол опережения зажигания.

Отверстие для подсоединения трубки регулятора расположено таким образом, что при холостом ходе двигателя заслонка карбюратора перекрывает отверстие, и оно оказывается на стороне диффузора карбюратора. Разрежение в полости регулятора небольшое, и регулятор опережения не работает.

Октан-корректор. Для установки начального угла опережения или для корректировки угла опережения зажигания в зависимости от октанового числа топлива корпус большинства распределителей делается подвижным и снабжается установочным винтом и шкалой с делениями. В зависимости от октанового числа бензина корпус распределителя закрепляют в нужном положении. Это устройство называют октан-корректором.






Рис. 3.10. Типовые характеристики центробежных регуляторов:

1 — пружнны с одинаковыми характери­стиками жесткости; 2 — пружины с раз­ными характеристиками жесткости




Рис. 3.11. Вакуумный регулятор:

1 — крышка корпуса; 2 и 3 — соответственно регулировочная и уплотнительная прокладки; 4 — штуцер трубки; 5 — трубка; 6 — пружина; 7 — диафрагма; 8 — корпус регулятора; 9 — тяга; 10 — ось тяги; 11 — подвижная пластина прерывателя;  — положения диафрагмы вакуумного регулятора при большей (а) и меньшей (б) нагрузках на двигатель.

Р
ис. 3.12. Характеристика изменения мо­мента зажигания при совместной работе регулятора опережения:

а — область пуска; б — область холостого хо­да; в — рабочая область; 1 — 1/4 нагрузки; 2 — 1/2 нагрузки; 3 —3/4 нагрузки; 4 — полная нагрузка (вакуумный автомат выключен); 5 — установочный угол

Три описанных устройства регулируют угол опережения зажигания независимо: центробежный регулятор поворачивает кулачок прерывателя, вакуумный регулятор (автомат) — пластину прерывателя, октан-коррек­тор — корпус распределителя. Реальный угол опережения зажигания скла­дывается из угла начальной установки и углов, автоматически устанавли­ваемых центробежным и вакуумным регуляторами. На рис. 3.12 представлена зависимость угла опережения зажигания от частоты враще­ния коленчатого вала и нагрузки двигателя.

^ 3.4.3. Конструкция аппаратов зажигания

Катушки зажигания. По конструкции магнитной цепи катушки зажигания разделяются на два типа: с разомкнутой (рис. 3.13, а) и замкнутой (рис. 3.13, б) цепями.

В катушках с разомкнутой магнитной цепью значительную часть пути магнитный поток проходит по воздуху. Поэтому в воздушном пространстве сосредоточивается основная часть электромагнитной энергии. В катушках с замкнутой магнитной цепью основную часть пути магнитный поток проходит через стальной магнитопровод и только лишь незначительную часть пути — через воздушные зазоры в несколько десятых миллиметра каждый. Электромагнитная энергия запасается как в воздушных зазорах, так и в стали. В катушках с замкнутой магнитной цепью затраты меди меньше, чем в катушках с разомкнутой цепью. В отношении затрат стали имеет место обратное явление.
По выполнению обмоток катушки с разомкнутой магнитной цепью разделяются на два типа: с внутренней и наружной первичными обмотка­ми. Последние имеют ряд преимуществ:
лучшие условия охлаждении и меньшую массу провода вторичной обмотки, что удешевляет производство;

меньшее сопротивление вторичной обмотки. Поэтому катушки отечествен­ного производства выполняются с наружной первичной обмоткой.





^ Рис. 3.13. Схемы катушек зажигания:

а — с разомкнутой магнитной цепью: 1 — сердечник; 2 — линия магнитного потока; 3 и 4 — соответственно вторичная и первичная обмотки; 5 — наружный магнитопровод;
б — с замкнутой магнитной цепью: 1 — сердечник; 2 — наружный магнитопровод; 3 — средняя линия магнитно­го потока; 4 — воздушный зазор; 5 и б — соответственно вторичная и первичная обмотки


На рис. 3.14 приведен разрез типовой автомобильной катушки зажига­ния, которая представляет собой электрический автотрансформатор с ра­зомкнутой магнитной цепью. Сердечник 9 катушки набран из пластин трансформаторной стали толщиной 0,35 мм, изолированных друг от друга окалиной. На сердечник надета изолирующая трубка, на которую намотана вторичная обмотка 7. Каждый слой этой обмотки изолирован конденсатор­ной бумагой, а последние слои намотаны с зазором между витками 2...3 мм, чтобы уменьшить опасность пробоя изоляции.

Первичная обмотка 6 намотана поверх вторичной обмотки, что облег­чает отвод от нее






^ Рис. 3.14. Катушка зажигания:

1 — наконечник высоковольтного провода; 2 — крышка; 3 — низковольтная клемма; 4 — контак­тная пружина; 5 — прокладка; 6 н 7 — соответственно первичная и вторичная обмотки; 8 и 13 — изоляторы; 9 — сердечник; 10 — корпус катушки; 11 — наружный магнитопровод; 12 — добавоч­ный резистор; 14 — трансформаторное масло; 15 — контактная пластина высокого напряжения; 16 — низковольтные клеммы "ВК", "ВК-Б"; 17 — клемма высокого напряжения.


тепла. Корпус 10 катушки штампованный из листовой стали. Внутри корпуса установлен наружный магнитопровод Л из транс­форматорной стали. Фарфоровый изолятор 8 и карболитовая крышка 2 предотвращают возможность пробоя между сердечником и корпусом ка­тушки. Крышка имеет четыре выходные клеммы: центральную высоко­вольтную 17 и три низковольтных — безымянную 3 и клеммы "ВК" и "ВК-Б" 16 (клемма "ВК-Б" на рисунке не видна). Один конец вторичной обмотки выводится к клемме высокого напряжения 17 через контактную пластину 15, сердечник и пружину 4. Высоковольтная клемма 17 с помощью наконечника 1 соединяется через высоковольтный провод с центральным электродом крышки распределителя. Другой конец вторичной обмотки и конец первичной обмотки соединены между собой (автотрансформаторная связь обмоток) и подведены к без^ Решением этого уравнения является следующее выражение 3.1
Г
де 1 постоянная времени первичного контура: 1= L1/R1.

Р
ис. 3.16. Схема замещения классической системы зажигания после замыкания контактов прерывателя.

В

начальный момент времени при t = 0 ток i = 0, при этом скорость нарастания первичного тока
максимальна и не зависит сопротивления R1. При t стремящимся к бесконечности ток достигает установившегося значения

а
скорость его изменения равна нулю:


Для современных автомобильных катушек зажигания первичный ток достигает своего максимального значения примерно за 0,02 с.

В
о время нарастания тока в первичной обмотке наводится ЭДС самоин­дукции:

ЭДС самоиндукции убывает по экспоненциальному закону. При t=0 еc1= -uб, при t= ec1 = 0.

Во вторичной обмотке индуцируется ЭДС взаимоиндукции:

г
де М — взаимоиндукция.

ЭДС взаимоиндукции мала по величине и также изменяется по экспо­ненциальному закону.

В некоторый момент времени контакты размыкаются. Ток разрыва при прочих равных условиях зависит от времени замкнутого состояния контактов tз





Время tз зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя n, числа цилиндров z, профиля кулачка, т. е. соотношения между углом зам­кнутого и разомкнутого состояний контактов.
^ Частота размыкания контактов при четырехтактном двигателе или число искр в секунду
f = zn/(2.60)
В
ремя полного периода работы прерывателя
где tp — время разомкнутого состояния контактов.

Е
сли обозначить относительное время замкнутого и разомкнутого со­стояний контактов соответственно через з = tз / Т и p == tp / Т, то время замкнутого состояния контактов:

Аналитическое выражение тока разрыва примет вид (3.2):






Таким образом, ток разрыва уменьшается с увеличением частоты вращения вала и числа цилиндров и увеличивается с увеличением относительного времени замкнутого состояния контактов, которое определяется геометрией кулачка и от частоты вращения вала не зависит. Ток разрыва зависит также от параметров первичной цепи: он прямо пропорционален напряжению батареи Uб, возрастает с уменьшением R1 и уменьшается с увеличением индуктивности L1.

Электромагнитная энергия, запасаемая в магнитном поле катушки зажигания к моменту размыкания контактов,









Если уравнение (3.3) продифференцировать по L1 и приравнять к нулю, то можно определить значение а для получения наибольшей запасаемой электромагнитной энергии от источника постоянного тока с н