SEiAAT-Lekts-Yutt_pol

3.5.4. Пробой искрового промежутка свечи

Для зажигания рабочей смеси электрическим способом необходимо образование электрического разряда между двумя электродами свечи, которые находятся в камере сгорания. Протекание электрического разряда в газовом промежутке может быть представлено вольтамперной характеристикой (рис. 3.19).

Рис. 3.19.

Участок 0ab соответствует несамостоятельному разряду. Напряжение возрастает, ток остается практически неизменным и по силе ничтожно мал. При дальнейшем увеличении напряжения скорость движения ионов по направлению к электродам увеличивается.

При начальном напряжении U_н начинается ударная ионизация, т. е. такой разряд, который, однажды возникнув, не требует для своего поддержания воздействия постороннего ионизатора. Если поле равномерное, то процесс поляризации сразу перерастает в пробой газового промежутка. Если поле неравномерное, то вначале возникает местный пробой газа около электродов в местах с наибольшей напряженностью электрического поля, достигшей критического значения. Этот тип разряда называется короной и соответствует устойчивой части вольтамперной характеристики bc. При дальнейшем повышении напряжения корона захватывает новые области межэлектродного пространства, пока не произойдет пробой (точка с), когда между электродами проскакивает искра. Это происходит при достижении напряжением значения пробивного напряжения U_пр.

. Проскочившая искра создает между электродами сильно нагретый и ионизированный канал. Температура в канале разряда радиусом 0,2...0,6 мм превышает 10 000 К.

Сопротивление канала зависит от силы протекающего по нему тока. Дальнейшее протекание процесса зависит от параметров газового промежутка цепи источника энергии. Возможен или тлеющий разряд (участок de), когда токи малы, или дуговой разряд (участок тп), когда токи велики вследствие большой мощности источника тока и малого сопротивления цепи. Оба эти разряда являются самостоятельными и соответствуют устойчивым участкам вольтамперной характеристики. Тлеющий разряд характеризуется токами

10^-5...10^-1 А и практически неизменным напряжением разряда. Дуговой разряд характеризуется большими токами при относительно низких напряжениях на электродах.

Рис.3.20.

На втором этапе был рассмотрен процесс формирования вторичного напряжения при отсутствии электрического разряда в свече. В действительности пробивное напряжение U_np ниже максимального вторичного напряжения U₂_m, развиваемого системой зажигания, и поэтому, как только возрастающее напряжение достигает значения U_np, в свече происходит искровой разряд, и колебательный процесс обрывается. Изменение и тока искрового разряда показано на рис. 3.20. Здесь: а и б - соответственно емкостная и индуктивная фазы разряда; t_ир - время индуктивной составляющей разряда; I_ир - амплитудное значение тока индуктивной фазы разряда; U_ир - напряжение индуктивной фазы разряда.

Электрический разряд имеет две составляющие:

емкостную и индуктивную. Емкостная составляющая искрового разряда представляет собой разряд энергии, накопленной во вторичной цепи, обусловленной ее емкостью C₂. Емкостный разряд характеризуется резким падением напряжения и резкими всплесками токов, по своей силе достигающих десятков ампер (см. рис. 3.20). Несмотря на незначительную энергию емкостной искры (C₂U²_пр / 2), мощность, развиваемая искрой, благодаря кратковременности процесса может достигать десятков и даже сотен киловатт. Емкостная искра имеет яркий голубоватый цвет и сопровождается специфическим треском.

Высокочастотные колебания (10⁶...10⁷ Гц) и большой ток емкостного разряда вызывают сильные радиопомехи и эрозию электродов свечи. Для уменьшения эрозии электродов свечи (а в неэкранированных системах и для уменьшения радиопомех) во вторичную цепь (в крышку распределителя, бегунок, наконечники свечей, в провода) включается помехоподавляющий резистор. Поскольку искровой разряд происходит раньше, чем вторичное напряжение достигает своего максимального значения U₂_m, а именно при напряжении U_np, на емкостный разряд расходуется лишь небольшая часть магнитной энергии, накопленной в сердечнике катушки зажигания.

Оставшаяся часть энергии выделяется в виде индуктивного разряда. При условиях, свойственных работе распределителей и разрядников, и при обычных параметрах катушек зажигания индуктивный разряд всегда происходит на устойчивой части вольтамперной характеристики, соответствующей тлеющему разряду. Ток индуктивного разряда 20...40 мА. Напряжение между электродами свечи сильно понижается и слагается в основном из катодного падения напряжения L/к и падения напряжения в положительном столбе Ed.

где U_ир - напряжение искрового разряда; E - напряженность поля в положительном столбе; E 100 В/мм;d - расстояние между электродами.

Падение напряжения U_к = 220...330 В.

Продолжительность индуктивной составляющей разряда на 2...3 порядка выше емкостной и достигает в зависимости от типа катушки зажигания, зазора между электродами свечи и режима работы двигателя (пробивного напряжения) 1...1,5 мс. Искра имеет бледный фиолетово-желтый цвет. Эта часть разряда получила название хвоста искры.

За время индуктивного разряда в искровом промежутке свечи выделяется энергия, которая может быть определена аналитически:

На практике широко используется приближенная формула для подсчета энергии искрового разряда W_ир = (1/2)U_ирI_ирt_ир. Расчеты и эксперименты показывают, что при низких частотах вращения двигателя энергия индуктивного разряда W_ир = 15...20 мДж для обычных классических автомобильных систем зажигания.

Содержание