Така електромеханічна система служить для вироблення імпульсів високої напруги, що утворюють іскру між електродами свічок запалювання, синхронізації цих імпульсів з фазою роботи двигуна і розподілу високовольтних імпульсів по циліндрах двигуна в необхідній послідовності.
Принципова електрична схема класичної батарейній системи запалювання представлена на рис. 1.
Мал. 1. Принципова електрична схема класичної батарейній системи запалювання:
1 - акумуляторна батарея; 2 - замок запалювання:
3 - переривник; 4 - котушка запалювання; 5 - додатковий резистор (варіатор) з замикачем; 6 - розподільник; 7 - свічки запалювання
Пунктирними лініями позначені параметри навантаження вторинного ланцюга: С2 - розподілена ємність вторинного ланцюга; Rш - шунтуючі опір, обумовлене нагарообразование на свічці.
Конструктивно переривник струму 3 об'єднаний з високовольтним розподільником 6 в єдиний прилад - розподільник запалювання, на корпусі якого зазвичай встановлений і іскрогасні конденсатор С1. Кулачок переривника і ротор розподільника розташовані на загальному валу, який обертається в два рази повільніше колінчастого вала двигуна *.
Котушка запалювання 4 являє собою трансформатор з сердечником, зібраним з окремих пластин, на якому намотана первинна обмотка w1, що містить невелику кількість витків товстого дроту, і вторинна обмотка w2, що складається з великої кількості витків дуже тонкого дроту. Котушка запалювання виконана по автотрансформаторноі схемою, що спрощує конструкцію, а також кілька збільшує вторинна напруга.
Додатковий резистор 5 (варіатор) обмежує силу струму в первинної ланцюга і оберігає котушку запалювання від теплових перевантажень. При пуску двигуна на період включення стартера замикач закорачивает резистор 5, що призводить до зменшення опору первинної ланцюга котушки запалювання. Цим компенсується зниження напруги акумуляторної батареї при роботі стартера.
Принцип роботи батарейній системи запалювання полягає в наступному. При обертанні кулачка розподільника контакти переривника 3 поперемінно замикаються і розмикаються. Після їх замикання через первинну обмотку w1 котушки запалювання 4 протікає струм, наростаючий від нуля за експоненціальним законом. Цей струм визначається часом замкнутого стану контактів і параметрами первинного кола.
До моменту розмикання контактів струм в первинній обмотці котушки запалювання досягає наступної величини:
де Iмакс - максимальний струм в первинної ланцюга при
Iр- ток розриву;
t3- час замкнутого стану контактів;
Е - напруга акумуляторної батареї;
tau = L1 / R1 - постійна часу первинного кола;
LI, R1 - відповідно індуктивність і активний опір первинної обмотки котушки запалювання.
З наведеного рівняння випливає, що при малих обертах двигуна струм в первинній обмотці встигає зрости до максимального значення (Iр = Iмакс), а на великих оборотах внаслідок зменшення амплітуди первинного струму (струму розриву) він значно знижується.
Протікаючи через первинну обмотку, ток викликає утворення магнітного потоку в осерді котушки запалювання і накопичення електромагнітної енергії, яка дорівнює:
де WL - енергія магнітного поля;
L1 - індуктивність первинної обмотки;
Iр- ток розриву.
Оскільки швидкість наростання первинного струму досить мала, ЕРС, що наводиться у вторинній обмотці котушки запалювання в цей момент, також мала (1,5- 2 кВ), і пробою іскрового проміжку свічки не відбувається.
При розмиканні контактів переривника первинний струм різко зменшується, що призводить до зникнення магнітного потоку в котушці запалювання. Зменшуваний магнітний потік, перетинаючи витки первинної обмотки, наводить в ній ЕРС самоіндукції, яка затримує моментальне зникнення струму в первинної ланцюга. Тривалість затримки струму пропорційна індуктивності L1 первинної обмотки котушки запалювання. Крім того, завдяки поступовому розмикання контактів переривника підтримуваний в первинній обмотці струм протягом деякого часу продовжує протікати через дугу, що утворилася в зазорі між контактами. Це явище призводить до руйнування контактів і до додаткового затягування струму, що еквівалентно зменшенню швидкості зникнення магнітного потоку в первинній обмотці.
Для запобігання контактів переривника від дугового розряду паралельно їм включений конденсатор С1 (див. Рис. 31). У момент розмикання контактів переривника у вторинній обмотці індукується висока напруга U 2 макс "досягає амплітуди 15-26 кВ.
В той момент коли ця напруга досягає величини пробивної напруги свічки запалювання, відбувається іскровий розряд. Тривалість його в першому наближенні залежить від кількості енергії WL, накопиченої в первинній обмотці котушки запалювання, і зазвичай має величину 1-3 мс. Далі контакти переривника замикаються, весь цикл роботи повторюється, і робоча суміш запалюється вже в наступному циліндрі.
Величина вторинного напруги U2макс котушки запалювання, що є вихідною напругою батарепной системи запалювання, визначається виразом:
де Iр - струм первинного ланцюга в момент розмикання контактів переривника (струм розриву);
w2 / w1 - коефіцієнт трансформації котушки запалювання;
С2 - ємність вторинного ланцюга системи.
З розгляду рівнянь слід, що вторинна напруга зменшується при збільшенні оборотів двигуна (і числа його циліндрів) через зменшення величини струму розриву Iр внаслідок скорочення часу замкнутого стану контактів переривника. Це перший принциповий недолік батарейній системи запалювання.
Зниження вторинного напруги Us макс спостерігається і при малих обертах двигуна, хоча теоретично в відповідності з останніми рівнянням воно повинно було б залишатися постійним, оскільки при малих обертах двигуна струм розриву досягає сталого значення. Це зниження пояснюється дуговим paз-поруч між контактами переривника внаслідок зменшення швидкості розмикання контактів. У цьому випадку напруга на контактах зростає швидше, ніж збільшується електрична міцність междуконтактного простору.
Дугообразованіе на контактах переривника і зниження вторинної напруги при малих обертах двигуна - другий принциповий недолік батарейній системи запалювання. Напруга U2макс значно знижується і при забрудненні свічок запалювання. Справа в тому, що паралельно искровому проміжку утворюються токопрово-дящие містки з нагару, що створюють шунтуючі опір Rш. по якому протікає частина вторинного струму. Величина Rш зазвичай знаходиться в межах 3-6 МОм.
При сильно забруднених свічках (Rш 0,25-0,5 МОм) витоку і викликані ними втрати можуть настільки зменшити напругу U2макс. що воно стане нижче пробивної напруги свічки і воспламененіярабочей суміші в циліндрі не відбудеться. Напруга U2макс зменшується і зі збільшенням ємності вторинного кола С2.
Зниження вторинного напруги при зменшенні Rш і збільшенні С2 є третім прінціпіальньмнедостатком батарейній системи запалювання.
З вище розглянутої формули випливає, що величина вторинної напруги прямо пропорційна току розриву. Однак збільшення цього струму обмежується електроерозійної стійкістю контактів переривника. Всі сучасні системи батарейного запалювання мають струм розриву не більше 4-4,5 А- Але і при такому струмі контакти переривника настільки сильно навантажені, що на восьмициліндрових двигунах, наприклад, їх вистачає лише на 30-40 тис. Км пробігу.
Ступінь впливу коефіцієнта трансформації w2 / w1 на величину U2макс залежить від шунтирующего опору Rш. При Rш = 0,5 МОм збільшення коефіцієнта трансформації вище певного значення не призводить до збільшення вторинної напруги.
Нарешті, величину U2макс здавалося б, можна збільшити, збільшуючи індуктивність первинної обмотки L1. Однак на практиці це неминуче призводить до зменшення струму розриву при великих оборотах двигуна, а отже, до значного зменшення U2макс.
Все це дозволяє зробити висновок, що батарейна система запалювання досягла в своєму розвитку принципової межі і подальше істотне поліпшення її параметрів не представляється можливим.