3.5.2. Замыкание контактов прерывателя

На 1-м этапе вторичная цепь практически не влияет на процесс нарастания первичного тока. Токи и напряжения во вторичной цепи при относительно малой скорости нарастания первичного тока не­значительны. Вторичную цепь можно считать разомкнутой. Первич­ный конденсатор замкнут накоротко контактами К. Схема замеще­ния для этого рабочего этапа приведена на рис. 3.16.

Рис. 3.16.

Процесс нарастания первичного тока согласно второму закону Кирхгофа описывается дифференциальным уравнением

где L₁ - индуктивность первичной обмотки; di₁/dt - скорость нарас­тания первичного тока; R₁ - полное сопротивление первичной цепи, представляющее собой сумму активного сопротивления первичной обмотки, сопротивлений добавочного резистора и проводов. Решением этого уравнения является выражение

(3.1)

где τ₁ - постоянная времени первичного контура; τ₁ = L₁ / R₁.

В начальный момент времени при t= 0 ток i= 0, при этом скорость

нарастания первичного тока максимальна и не зависит от сопротивления R₁. При t = ∞ ток достигает установившегося значе­ния

i = U_б/R₁, а скорость его изменения равна нулю . Для современных автомобильных катушек зажигания первичный ток дос­тигает своего максимального значения примерно за 0,02 с.

Во время нарастания тока в первичной обмотке наводится ЭДС самоиндукции

ЭДС самоиндукции убывает по экпоненциальному закону.

При t = 0 e_c1 = -U_б, при t→∞ e_c1 = 0.

где 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 t_з.

Время t_з зависит от частоты вращения коленчатого вала двига­теля п, 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).

Время полного периода работы прерывателя

где t_p - время разомкнутого состояния контактов.

Если обозначить относительное время замкнутого и разомкнуто­го состояний контактов соответственно через τ_з = t_з/T и τ_р = t_p/T , то время замкнутого состояния контактов

Аналитическое выражение тока разрыва примет вид(3.2)

(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 U_б, возрастает с уменьшением R₁, и уменьшается с увеличением индуктивности L₁.

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

(3.3)

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 напряжением U_б:

(3.4)

Условие (3.4) для обычной классической системы зажигания не может быть соблюдено, так как t_з - показатель переменный и в за­висимости от частоты вращения двигателя изменяется в широких пределах. Поэтому на большинстве режимов работы катушки зажи­гания в диапазоне малых (холостой ход) и средних частот враще­ния двигателя вследствие больших значений t_з ток в первичной об­мотке, достигнув установившегося значения, бесполезно нагревает катушку и добавочное сопротивление.

Чтобы найти потери в первичной цепи, необходимо вычислить действительное значение тока

(3.5)

Определив по формуле (3.5) ток I_1д, находят мощность потерь которые рассеивается в первичной обмотке катушки зажигания, на добавочном сопротивлении и в проводах: