Призначення систем запалювання і вимоги до них

Тема 10. Система запалювання

Систему запалювання застосовують у бензинових (газових) дви­гунах. Вона призначена для створення високовольтного іскрового розряду між електродами свічки запалювання, розподілу цих імпульсів по свічках циліндрів відповідно до порядку їх роботи та фаз газорозподілу, частоти обертання та навантаження на двигун, а також надійного і своєчасного запалювання робочої суміші.

Система запалювання має забезпечувати такі основні вимоги:

· високу вторинну напругу з відповідним запасом у всіх режи­мах роботи двигуна, включаючи його пуск за низької температури навколишнього середовища та безперебійне іскроутворення (до 20 000 іскор за хвилину);

· запалювання збідненої робочої суміші, коли a = 1,1...2, для забезпечення економічної роботи двигуна;

· швидкість зростання вторинної напруги має забезпечувати надійне іскроутворення, в тому числі за наявності нагару на ізоля­торі свічки, що утворюється в процесі експлуатації;

· автоматичне встановлення оптимального кута випередження запалювання в залежності від швидкісних і навантажувальних режимів роботи двигуна, якісних показників пальної суміші та інших па­раметрів двигуна;

· електронні пристрої та елементи системи запалювання повинні надійно працювати і витримувати електричні, температурні та ме­ханічні перевантаження впродовж усього ресурсу експлуатації ав­томобіля;

· малу токсичність випускних газів;

· не створювати перешкод радіо- і телепередавачам та засобам зв'язку;

· конструкція елементів системи запалювання повинна мати мінімальні розміри і масу, низьку трудомісткість і вартість виго­товлення, бути зручною для обслуговування та діагностування.

Подальше вдосконалення систем запалювання пов'язане з

підви­щенням вимог до двигунів, необхідністю збільшення їх економіч­ності, зниження токсичності відпрацьованих газів, зменшення періодичності й трудомісткості обслуговування в процесі експлуатації. Досягнення економічності та зниження токсичності здійснюють як шляхом збіднення робочої суміші, збільшення ступеня стиску, удос­коналення камер згоряння та впускних трубопроводів, створення умов для завихрення робочої суміші, так і оптимізацією іскрового зазору у свічках, використанням режимів роботи в зонах, близьких до детонаційних, застосуванням турбонаддування тощо, що дося­гається через систему запалювання.

Напругу, за якої відбувається іскровий розряд між електродами свічки запалювання, називають пробивною(U_п). Вона залежить від величини зазору між електродами свічки, ступеня стиску, частоти обертання колінчастого вала, складу, температури й швидкості руху робочої суміші в камері згоряння в момент пробою іскрового про­міжку, форми, температури та матеріалу електродів свічки.

Пробивну напругу свічки визначають за законом Пащена:

U_п = f ( Рd/ Т),

де Р — тиск у камері згоряння в момент іскрового пробою, d — іс­кровий проміжок свічки, Т — абсолютна температура середовища в камері згоряння в момент пробою.

Для орієнтовних розрахунків за рівномірної напруги електрич­ного поля для визначення пробивної напруги часто використовують емпіричну формулу:

U_п= 1,36 + 115,8 Рd/Т.

Зі збільшенням іскрового зазору, ступеня стиску і частоти обер­тання колінчастого вала пробивна напруга повинна збільшуватись і зменшуватись — під час зростання температури робочої суміші. Так, для пуску двигуна зі ступенем стиску e = 7,0...7,5 необхідна пробив­на напруга 16...18 кВ, а в його робочому режимі — 12...14 кВ; при e = 8,5... 10 вона становить відповідно 18...20 і 13...15 кВ.

У процесі експлуатації свічок запалювання внаслідок електрич­ної ерозії їхні електроди заокруглюються, між ними збільшується зазор, впродовж роботи двигуна постійно змінюється склад робочої суміші, а тому для надійного її запалювання робоча напруга повинна перевищувати пробивну не менш як у 1,5 раза.

Процес горіння робочої суміші в циліндрі двигуна відбувається впродовж певного періоду. Спочатку від іскрового розряду спостері­гається приховане горіння, після якого настає період видимого го­ріння і в циліндрі різко підвищується тиск газів. У зв'язку з цим слід розпочинати запалювання суміші раніше від досягнення порш­нем ВМТ (верхньої мертвої точки) в такті стиску і залежно від швидкісного чи навантажувального режиму встановлювати оптимальний момент запалювання з тим, щоб досягти максимальної потужності.

Кут між положенням кривошипа колінчастого вала в момент іскроутворення і ВМТ називають кутом випередження запалюван­ня. У разі, коли цей кут більший від оптимального (раннє запалю­вання), на поршень до його приходу у ВМТ діє тиск газів, що при­водить до втрати потужності, перегрівання двигуна, зниження його економічності та виникнення детонації у вигляді механічних стуків.

У разі пізнього запалювання робоча суміш активно згоряє в такті розширення і догоряє в процесі випуску, що крім втрати потужності й економічності та перегрівання двигуна зумовлює підвищення ток­сичності відпрацьованих газів.

Зі збільшенням частоти обертання колінчастий вал за час горін­ня робочої суміші проходить більший кут, що потребує автоматич­ного збільшення кута випередження запалювання, для чого на пе­реривниках встановлюють відцентровий регулятор.