第四節汽車傳統點火系工作原理

2021-03-03 23:06:56 字數 1978 閱讀 9461

發動機工作時,斷電器凸輪受驅動而旋轉交替將觸點閉合或開啟。接通點火開關後,在觸點閉合時一次側繞組內有電流流過,並在繞組鐵芯中形成磁場。斷電器觸點開啟時,一次側繞組電流被切斷,使磁場迅速消失。

在一、二次側繞組中均產生感應電動勢。二次側繞組匝數多,因而可感應出高達15kv~20kv的高電壓。該高電壓擊穿火花塞間隙,形成火花放電。

通常把傳統點火系工作過程分為三階段:斷電器觸點閉合,初級電流按指數規律增長;斷電器觸點開啟,次級繞組產生高電壓;火花放電。具體分析如下:

1、斷電器觸點閉合,一次側繞組電流按指數規律增長。

斷電器觸點閉合,點火系的一次側繞組等效電路如圖5-26所示。電流i1由蓄電池經附加電阻rf流過點火線圈一次側繞組n1,並在磁路中產生磁通,電流的增強引起磁通的增強,既而在一次側繞組內便產生自感電動勢el。

根據基爾霍夫電壓定律,得到下式:

ub=i1r-el(5-1)

式中ub——蓄電池端電壓;

i1——一次側繞組電流;

r ——一次側電路總電阻,包括繞組電阻r1和附加電阻rf;

el——一次側繞組自感電動勢。

而式中l-——一次側繞組自感係數。

將el代入(5-1)式,得

5-2)

經分析,可知

5-3)

式中τ——電路的時間常數,大小為;

t——觸點k閉合所經歷的時間。

顯然(5-3)描述了一次側繞組電流按指數規律從零上公升到一穩定極限數值ub/r的全過程;也是一次側繞組儲存磁場能量的過程。如圖5-27a)所示。電流上公升的速度與時間常數τ有關,理論上要經過無限長時間才能達到極限值,而一般對點火線圈而言,在觸點閉合後約20ms,i1就接近於極限值。

一次側電流增長時,不僅在一次側繞組n1中產生自感電動勢el約20v,同時在二次側繞組n2中也感應出電動勢約1.5kv~2kv,但不能擊穿火花塞間隙。

2、斷電器觸點開啟,二次側繞組產生高電壓

觸點閉合後,一次側電流按指數規律增長,當閉合時間為td,i1增長到ip時,觸點被凸輪頂開,ip稱為一次側斷電電流,其值為:

觸點開啟後,ip迅速降到零,磁通也隨之減少,一次側繞組產生感應電動勢,大小為200-300伏,在觸點斷開的瞬間,此電動勢不但會使觸點間形成強烈火花,氧化或燒蝕觸點,而且由於感應電動勢的方向與原來的電流方向相同,致使它阻礙了一次側電流的快速減小,降低了電流變化率和磁通變化率,從而降低了二次側繞組感應電動勢的數值。為避免這種不良後果,可在觸點k兩旁並接一電容c1,由於電容電壓不會突變,電容電壓從零逐漸變大,避免了觸點間的火花,同時又提高了一次側電流的變化率,提高二次側繞組感應電動勢。如圖5-28所示,比較了觸點間有無電容時一次側電流的變化情況。

觸點開啟後點火線圈的等效電路如圖5-29所示,一次側電路由電感l1、電阻r和電容c1組成振盪迴路,電感l1與電容c1之間進行磁場能與電場能的交換,形成了衰減振盪,如圖5-27(b)所示,如果不考慮火花塞間隙被擊穿,一次側電流衰減振盪過程如虛線所示。

同樣,觸點開啟後,由於電磁感應,二次側繞組中產生感應電動勢,並向電容c2充電。電容c2是等效電容,大小為二次側繞組線匝間、火花塞中心電極與旁電極之間、高壓導線和機體之間形成的電容量之和。隨著充電的進行,電容電壓快速上公升,如果電壓不能擊穿火花塞間隙,則u2將按圖5-27(b)中虛線變化,在幾次振盪之後消失。

如果u2公升到uj時火花塞間隙被擊穿,則電壓的變化如圖5-27(b)中實線所示,uj稱為擊穿電壓。通常擊穿電壓uj總是小於二次側電壓的最大值u2max,

火花塞間隙被擊穿時,在兩電極間形成火花放電,經過火花塞間隙的電流i2迅速增加,如圖5-27(c)所示。

3)火花放電

火花放電一般由電容放電和電感放電兩部分組成。首先是電容放電階段,當火花塞間隙被擊穿後,儲存在c2的電場能迅速釋放出來,其特點是放電時間極短,為1μs左右,但放電電流很大,可達幾十安培。

由於火花是在二次側電壓達到最大值之前產生的,所以電容放電只消耗了一次側繞組儲存的一部分磁場能,另一部分磁場能沿著電離的火花間隙緩慢放電,形成電感放電,又稱火花尾。它的特點是放電時間較長,達幾毫秒,放電電流較小,約為幾十毫安,放電電壓較低。電感放電的持續時間越長,點火效能越好。

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