汽车传统点火系的工作原理

2015-5-3 22:32| 编辑:电工学习网| 查看: 15378| 评论: 0

传统点火系是基于电磁感应原理进行工作。它把蓄电池发电机的12V低压电转变为15kV~20kV的高压电，同时按一定规律送入各缸火花塞，经过火花塞电极间火花放电点燃混合气。
发动机工作时，断电器凸轮受驱动而旋转交替将触点闭合或打开。接通点火开关后，在触点闭合时一次侧绕组内有电流流过，并在绕组铁芯中形成磁场。断电器触点打开时，一次侧绕组电流被切断，使磁场迅速消失。在一、二次侧绕组中均产生感应电动势。二次侧绕组匝数多，因而可感应出高达15kV~20kV的高电压。该高电压击穿火花塞间隙，形成火花放电。
通常把传统点火系工作过程分为三阶段：断电器触点闭合，初级电流按指数规律增长；断电器触点打开，次级绕组产生高电压；火花放电。具体分析如下：
1、断电器触点闭合，一次侧绕组电流按指数规律增长。
断电器触点闭合，点火系的一次侧绕组等效电路如图5－26所示。电流i1由蓄电池经附加电阻Rf流过点火线圈一次侧绕组N1，并在磁路中产生磁通，电流的增强引起磁通的增强，既而在一次侧绕组内便产生自感电动势eL。
根据基尔霍夫电压定律，得到下式：
UB=i1R-eL（5-1）
式中UB——蓄电池端电压；
i1——一次侧绕组电流；
R ——一次侧电路总电阻，包括绕组电阻R1和附加电阻Rf；
eL——一次侧绕组自感电动势。
而式中

L-——一次侧绕组自感系数。
将eL代入（5-1）式，得

（5－2）
经分析，可知

（5－3）
式中τ——电路的时间常数，大小为；
t——触点K闭合所经历的时间。

显然（5-3）描述了一次侧绕组电流按指数规律从零上升到一稳定极限数值UB/R的全过程；也是一次侧绕组储存磁场能量的过程。如图5－27a)所示。电流上升的速度与时间常数τ有关，理论上要经过无限长时间才能达到极限值，而一般对点火线圈而言，在触点闭合后约20ms，i1就接近于极限值。
一次侧电流增长时，不仅在一次侧绕组N1中产生自感电动势eL约20V，同时在二次侧绕组N2中也感应出电动势约1.5kV~2kV，但不能击穿火花塞间隙。
2、断电器触点打开，二次侧绕组产生高电压
触点闭合后，一次侧电流按指数规律增长，当闭合时间为td，i1增长到Ip时，触点被凸轮顶开，Ip称为一次侧断电电流，其值为：
触点打开后，Ip迅速降到零，磁通也随之减少，一次侧绕组产生感应电动势，大小为200-300伏，在触点断开的瞬间，此电动势不但会使触点间形成强烈火花，氧化或烧蚀触点，而且由于感应电动势的方向与原来的电流方向相同，致使它阻碍了一次侧电流的快速减小，降低了电流变化率和磁通变化率，从而降低了二次侧绕组感应电动势的数值。为避免这种不良后果，可在触点K两旁并接一电容C1，由于电容电压不会突变，电容电压从零逐渐变大，避免了触点间的火花，同时又提高了一次侧电流的变化率，提高二次侧绕组感应电动势。如图5－28所示，比较了触点间有无电容时一次侧电流的变化情况。

触点打开后点火线圈的等效电路如图5－29所示，一次侧电路由电感L1、电阻R和电容C1组成振荡回路，电感L1与电容C1之间进行磁场能与电场能的交换，形成了衰减振荡，如图5－27（b）所示，如果不考虑火花塞间隙被击穿，一次侧电流衰减振荡过程如虚线所示。

同样，触点打开后，由于电磁感应，二次侧绕组中产生感应电动势，并向电容C2充电。电容C2是等效电容，大小为二次侧绕组线匝间、火花塞中心电极与旁电极之间、高压导线和机体之间形成的电容量之和。随着充电的进行，电容电压快速上升，如果电压不能击穿火花塞间隙，则u2将按图5－27（b）中虚线变化，在几次振荡之后消失。如果u2升到uj时火花塞间隙被击穿，则电压的变化如图5－27（b）中实线所示，uj称为击穿电压。通常击穿电压uj总是小于二次侧电压的最大值u2max, 火花塞间隙被击穿时，在两电极间形成火花放电，经过火花塞间隙的电流i2迅速增加，如图5－27（c）所示。
3)火花放电
火花放电一般由电容放电和电感放电两部分组成。首先是电容放电阶段，当火花塞间隙被击穿后，储存在C2的电场能迅速释放出来，其特点是放电时间极短，为1μS左右，但放电电流很大，可达几十安培。
由于火花是在二次侧电压达到最大值之前产生的，所以电容放电只消耗了一次侧绕组存储的一部分磁场能，另一部分磁场能沿着电离的火花间隙缓慢放电，形成电感放电，又称火花尾。它的特点是放电时间较长，达几毫秒，放电电流较小，约为几十毫安，放电电压较低。电感放电的持续时间越长，点火性能越好。