SEiAAT-Lekts-Yutt_pol

3.3. Требования к системам зажигания. Основные параметры

К системам зажигания ДВС предъявляют следующие основные требования:

- система зажигания должна развивать напряжения, достаточные для пробоя искрового промежутка свечи, обеспечивая при этом бесперебойное искрообразование на всех режимах работы двигателя;

- искра, образующаяся между электродами свечи, должна обладать достаточными энергией и продолжительностью для воспламенения рабочей смеси при всех возможных режимах работы двигателя;

- момент зажигания должен быть строго определенным и соответствовать условиям работы двигателя;

- работа всех элементов системы зажигания должна быть надежной при высоких температурах и механических нагрузках, которые возникают на двигателе;

- эрозия электродов свечи должна находиться в пределах допуска.

Система зажигания характеризуется следующими параметрами:

- развиваемым вторичным напряжением в пусковом и рабочем режимах работы U₂_m,

- коэффициентом запаса по вторичному напряжению К_з;

- скоростью нарастания вторичного напряжения dU₂_m/dt;

- энергией W_p и длительностью индуктивной составляющей искрового разряда τ_р;

- зазором между электродами свечей δ;

- углом опережения зажигания θ.

Рис. 3.3.

Коэффициентом запаса по вторичному напряжению К_з называется отношение вторичного напряжения U₂_m, развиваемого системой зажигания, к пробивному напряжению U_np между электродами свечи, установленной на двигателе: К_з = U₂_m / U_np.

Пробивным напряжением называется напряжение, при котором происходит пробой искрового промежутка свечи. При этом свеча, ввернутая в камеру сгорания двигателя, является своеобразным разрядником. Пробивное напряжение для однородных полей согласно экспериментальному закону Пашена прямо пропорционально давлению смеси р и зазору между электродами δ и обратно пропорционально температуре смеси Т, т. е. U_пр = f(p_δ/T). Кроме того, на напряжение U_np оказывают влияние состав смеси, длительность и форма приложенного напряжения, полярность пробивного напряжения, материал электродов и условия работы двигателя. Так, например, при пуске холодного двигателя стенки цилиндра и электроды свечи холодные, всасываемая топливно-воздушная смесь имеет низкую температуру и плохо перемешана. При сжатии смесь слабо нагревается и капли топлива не испаряются. Попадая в межэлектродное пространство свечи, такая смесь увеличивает пробивное напряжение на 15...20%. На рис. 3.3 приведены зависимости U_пр от давления при различных температурах.

Увеличение частоты вращения коленчатого вала двигателя первоначально вызывает некоторое увеличение пробивного напряжения ввиду роста давления сжатия, однако далее происходит уменьшение U_np, так как ухудшается наполнение цилиндров свежей смесью и возрастает температура центрального электрода свечи.

Рис. 3.4.

Максимального значения пробивное напряжение достигает при пуске и разгоне двигателя, минимального - при работе на установившемся режиме на максимуме мощности. На рис. 3.4 показаны зависимости пробивного напряжения U_np от частоты вращения коленчатого вала двигателя при различных нагрузках. Здесь: 1 - при полной нагрузке; 2- при половинной нагрузке; 3-при малой нагрузке; 4 - при пуске и холостом ходе.

В течение первых 2 тыс. км пробега нового автомобиля пробивное напряжение повышается на 20...25% за счет округления кромок электродов свечи. В дальнейшем напряжение растет за счет износа электродов и увеличения зазора, что требует проверки и регулировки зазора в свечах через каждые 10...15 тыс. км пробега. Если двигатель работает на неустановившихся режимах в результате неоднородности рабочей смеси, поступающей в цилиндры, пробивное напряжение в отдельных цилиндрах может значительно отличаться, а в некоторых случаях могут наблюдаться даже перебои искрообразования.

Для современных систем зажигания коэффициент запаса по вторичному напряжению принимают не менее 1,5, а в экранированных -1,3.

Параметры искрового разряда - энергия, длительность - влияют на развитие начала процесса сгорания в цилиндрах двигателя (в режимах пуска, холостого хода, неустановившихся режимах и при частичных нагрузках). Установлено, что увеличение энергии и продолжительности индуктивной составляющей искрового разряда обеспечивают большую надежность воспламенения смеси и снижение расхода топлива на этих режимах.

Момент зажигания - появление искрового разряда в свече -оказывает существенное влияние на мощность, экономичность и токсичность двигателя. Для каждого режима работы двигателя имеется оптимальный момент зажигания, обеспечивающий наилучшие его показатели. При слишком раннем зажигании сгорание смеси происходит целиком в такте сжатия при возрастании давления. Поршень испытывает сильный встречный удар, тормозящий его движение. Внешними признаками раннего зажигания являются снижение мощности, металлический стук (детонация). При позднем зажигании после перехода поршня через ВМТ смесь сгорает в такте расширения и может догорать даже в выпускном трубопроводе. При этом двигатель перегревается из-за увеличения отдачи теплоты в охлаждающую жидкость и мощность его снижается.

Рис. 3.5. Изменение давления

Угол опережения зажигания влияет на изменение давления в цилиндре двигателя. На рис. 3.5 приведен графики изменения давления в цилиндре двигателя в зависимости от момента зажигания, где : а — момент зажигания; б - детонация, 1, 2 и 3 - соответственно раннее, нормальное и позднее зажигание; p_z — максимум давления цилиндре. Процесс сгорания оптимально протекает в том случае, когда угол опережения зажигания наивыгоднейший (кривая 2). Максимум мощности двигатель развивает, если наибольшее давление в цилиндре создается после ВМТ через 10...15° угла поворота коленчатого вала двигателя, т. е. когда процесс сгорания заканчивается несколько позднее ВМТ Наивыгоднейший угол опережения зажигания определяется временем, которое отводится на сгорание смеси, и скоростью сгорания смеси. В свою очередь время, отводимое на сгорание, зависит от частоты вращения коленчатого вала, а скорость сгорания определяется составом рабочей смеси и степенью сжатия.

По современным представлениям угол опережения зажигания должен выбираться с учетом частоты вращения коленчатого вала, нагрузки двигателя (рис. 3.6), температуры охлаждающей жидкости и всасываемого воздуха, атмосферного давления, состава отработавших газов, скорости изменения положения дроссельной заслонки (разгон, торможение).

Кроме обеспечения наивыгоднейшего угла опережения, система зажигания должна обеспечивать очередность подачи высокого напряжения на свечи соответствующих цилиндров двигателя в соответствии с порядком работы. Одним из важных требований эксплуатации к системам зажигания является сохранение их исходных характеристик без изменений в течение всего срока службы двигателя при минимуме ухода.

Рис. 3.6. Зависимости наилучшего угла опережения зажигания:

а - от частоты вращения коленчатого вала двигателя; б -от нагрузки при различной частоте вращения

Содержание