1.2 Электрическая схема цепи коммутации тока в катушке

зажигания

При работе системы зажигания происходят сложные электромагнитные процессы и точный переходных процессов, возникающих при коммутации тока в первичной обмотке катушки зажигания, весьма трудоёмок.

Для упрощения расчета переходных процессов в катушке зажигания можно сделать следующие допущения:

- параметры Е, R, L1, L₂, M, С схемы электрической цепи можно считать не зависящим от режима работы;

- не учитывается влияние вихревых токов и утечки токов по изоляции;

- можно допустить, что контакты мгновенно замыкаются и размыкаются и потери энергии на контактах пренебрежимо малы;

- можно пренебречь паразитной емкостью между первичной и вторичной обмоткой катушки зажигания, а также не учитывать емкость нагрузки вторичной обмотки;

- для оценки величины уровня напряжения , наводимого на вторичной обмотке катушки зажигания, можно ограничиться расчетом на холостом ходу, т.е. при R_u — оо, поэтому напряжение u₂ на вторичной обмотке катушки зажигания определяется только изменением во времени тока i₁

Рис.1 Схема коммутации тока в первичной обмотке катушки зажигания:

Е - ЭДС аккумуляторной батареи; S - ключ; С - конденсатор;

W1 и W2 - число витков первичной и вторичной обмотки;

L1 и L2 - индуктивности обмоток;

М - коэффициент взаимной индуктивности между обмотками

катушки зажигания; R - суммарное активное сопротивление

первичной обмотки катушки зажигания (трансформатора Tpl),

Пр – прерыватель

Упрощенная электрическая схема цепи коммутации тока в катушке зажигания приведена на рис. 1. Несмотря на свою простоту, эта схема позволяет с достаточной для практики точностью осуществить расчет процесса формирования высоковольтного импульса ЭДС, под действием которой осуществляется возгорание смеси в цилиндрах двигателя.

Рассмотрим работу упрощенной схемы коммутации тока и формирования высоковольтного импульса напряжения для поджига топливно-воздушной смеси в цилиндрах двигателя.

Работа схемы происходит в два этапа.

Первый этап - этап накопления энергии магнитного поля в катушке зажигания. На первом этапе контакты ключа S находятся в замкнутом состоянии (замыкание и размыкание контактов этого ключа осуществляет прерыватель Пр, который управляется кулачком, связанным механически с валом двигателя и в определенные моменты времени он замыкает или размыкает контакты ключа S на некоторое время, которое зависит от периода коммутации Т). За время замкнутого состояния ключа S происходит нарастание тока в первичной обмотке до определенной величины тока i₁ = i_1H. При этом в магнитной системе катушки зажигания запасается энергия магнитного поля равная

Процесс нарастания тока во времени можно рассчитать, используя схему электрической цепи с нулевыми начальными условиями, представленную на рис. 2.

Рис.2

Конденсатор С из электрической цепи можно исключить, т. к. он закорочен накоротко и ток через него не протекает. В процессе запасания энергии в магнитном поле на обмотках w₁ и w₂ в момент коммутации возникают скачком импульсы напряжения положительной полярности небольшой величины по сравнению с импульсом напряжения на втором этапе.

Второй этап - этап формирования высоковольтного импульса напряжения, под действием которого осуществляется воспламенение топлива в том или ином цилиндре в зависимости от того, на какую свечу поступает этот импульс.

Подключение этого импульса к той или иной свече осуществляет специальное высоковольтное устройство, называемое распределителем зажигания, который также как и прерыватель Пр, связан с валом двигателя. Второй этап работы схемы зажигания наступает после того, как контакты прерывателя S размыкаются. Время замкнутого состояния и разомкнутого состояния определяется прерывателем Пр. При этом, чем более длительное время контакты находятся в замкнутом состоянии (t_замк), тем большего значения достигнет ток i₁ и, следовательно, большее значение энергии будет запасено в магнитном поле катушки зажигания и тем большая величина ЭДС будет наводится на вторичной обмотке после размыкания контактов S. Второй этап работы протекает быстрее первого. Этот этап работы можно анализировать с помощью электрической цепи рис. 3, которая образуется после размыкания ключа S.

Рис.3

Схема рис.3 является электрической цепью с ненулевыми начальными условиями т. к. к моменту размыкания контактов в первичной обмотке катушки протекает ток i₁ = i_1H. Расчет u₂(t) осуществляется при R_n = , т.е. можно считать, что i₂ = 0.