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      2. 汽車傳統(tǒng)點(diǎn)火系的工作原理

        發(fā)布時(shí)間:2024-03-01
        傳統(tǒng)點(diǎn)火系是基于電磁感應(yīng)原理進(jìn)行工作。它把蓄電池發(fā)電機(jī)的12v低壓電轉(zhuǎn)變?yōu)?5kv~20kv的高壓電,同時(shí)按一定規(guī)律送入各缸火花塞,經(jīng)過火花塞電極間火花放電點(diǎn)燃混合氣。
        發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí),斷電器凸輪受驅(qū)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)交替將觸點(diǎn)閉合或打開。接通點(diǎn)火開關(guān)后,在觸點(diǎn)閉合時(shí)一次側(cè)繞組內(nèi)有電流流過,并在繞組鐵芯中形成磁場。斷電器觸點(diǎn)打開時(shí),一次側(cè)繞組電流被切斷,使磁場迅速消失。在一、二次側(cè)繞組中均產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢。二次側(cè)繞組匝數(shù)多,因而可感應(yīng)出高達(dá)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(tǒng)點(diǎn)火系工作過程分為三階段:斷電器觸點(diǎn)閉合,初級(jí)電流按指數(shù)規(guī)律增長;斷電器觸點(diǎn)打開,次級(jí)繞組產(chǎn)生高電壓;火花放電。具體分析如下:
        1、斷電器觸點(diǎn)閉合,一次側(cè)繞組電流按指數(shù)規(guī)律增長。
        斷電器觸點(diǎn)閉合,點(diǎn)火系的一次側(cè)繞組等效電路如圖5-26所示。電流i1由蓄電池經(jīng)附加電阻rf流過點(diǎn)火線圈一次側(cè)繞組n1,并在磁路中產(chǎn)生磁通,電流的增強(qiáng)引起磁通的增強(qiáng),既而在一次側(cè)繞組內(nèi)便產(chǎn)生自感電動(dòng)勢el。
        根據(jù)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(cè)繞組電流;
        r ——一次側(cè)電路總電阻,包括繞組電阻r1和附加電阻rf;
        el——一次側(cè)繞組自感電動(dòng)勢。
        而式中l(wèi)-——一次側(cè)繞組自感系數(shù)。
        將el代入(5-1)式,得
        (5-2)
        經(jīng)分析,可知
        (5-3)
        式中τ——電路的時(shí)間常數(shù),大小為;
        t——觸點(diǎn)k閉合所經(jīng)歷的時(shí)間。
        顯然(5-3)描述了一次側(cè)繞組電流按指數(shù)規(guī)律從零上升到一穩(wěn)定極限數(shù)值ub/r的全過程;也是一次側(cè)繞組儲(chǔ)存磁場能量的過程。如圖5-27a)所示。電流上升的速度與時(shí)間常數(shù)τ有關(guān),理論上要經(jīng)過無限長時(shí)間才能達(dá)到極限值,而一般對(duì)點(diǎn)火線圈而言,在觸點(diǎn)閉合后約20ms,i1就接近于極限值。
        一次側(cè)電流增長時(shí),不僅在一次側(cè)繞組n1中產(chǎn)生自感電動(dòng)勢el約20v,同時(shí)在二次側(cè)繞組n2中也感應(yīng)出電動(dòng)勢約1.5kv~2kv,但不能擊穿火花塞間隙。
        2、斷電器觸點(diǎn)打開,二次側(cè)繞組產(chǎn)生高電壓
        觸點(diǎn)閉合后,一次側(cè)電流按指數(shù)規(guī)律增長,當(dāng)閉合時(shí)間為td,i1增長到ip時(shí),觸點(diǎn)被凸輪頂開,ip稱為一次側(cè)斷電電流,其值為:
        觸點(diǎn)打開后,ip迅速降到零,磁通也隨之減少,一次側(cè)繞組產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢,大小為200-300伏,在觸點(diǎn)斷開的瞬間,此電動(dòng)勢不但會(huì)使觸點(diǎn)間形成強(qiáng)烈火花,氧化或燒蝕觸點(diǎn),而且由于感應(yīng)電動(dòng)勢的方向與原來的電流方向相同,致使它阻礙了一次側(cè)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(cè)繞組感應(yīng)電動(dòng)勢的數(shù)值。為避免這種不良后果,可在觸點(diǎn)k兩旁并接一電容c1,由于電容電壓不會(huì)突變,電容電壓從零逐漸變大,避免了觸點(diǎn)間的火花,同時(shí)又提高了一次側(cè)電流的變化率,提高二次側(cè)繞組感應(yīng)電動(dòng)勢。如圖5-28所示,比較了觸點(diǎn)間有無電容時(shí)一次側(cè)電流的變化情況。
        觸點(diǎn)打開后點(diǎn)火線圈的等效電路如圖5-29所示,一次側(cè)電路由電感l(wèi)1、電阻r和電容c1組成振蕩回路,電感l(wèi)1與電容c1之間進(jìn)行磁場能與電場能的交換,形成了衰減振蕩,如圖5-27(b)所示,如果不考慮火花塞間隙被擊穿,一次側(cè)電流衰減振蕩過程如虛線所示。
        同樣,觸點(diǎn)打開后,由于電磁感應(yīng),二次側(cè)繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢,并向電容c2充電。電容c2是等效電容,大小為二次側(cè)繞組線匝間、火花塞中心電極與旁電極之間、高壓導(dǎo)線和機(jī)體之間形成的電容量之和。隨著充電的進(jìn)行,電容電壓快速上升,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,在幾次振蕩之后消失。如果u2升到uj時(shí)火花塞間隙被擊穿,則電壓的變化如圖5-27(b)中實(shí)線所示,uj稱為擊穿電壓。通常擊穿電壓uj總是小于二次側(cè)電壓的最大值u2max, 火花塞間隙被擊穿時(shí),在兩電極間形成火花放電,經(jīng)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(dāng)火花塞間隙被擊穿后,儲(chǔ)存在c2的電場能迅速釋放出來,其特點(diǎn)是放電時(shí)間極短,為1μs左右,但放電電流很大,可達(dá)幾十安培。
        由于火花是在二次側(cè)電壓達(dá)到最大值之前產(chǎn)生的,所以電容放電只消耗了一次側(cè)繞組存儲(chǔ)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(diǎn)是放電時(shí)間較長,達(dá)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(xù)時(shí)間越長,點(diǎn)火性能越好。
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