Современные свечи зажигания бензиновых двигателей предназначены, прежде всего, для наиболее оптимального воспламенения сжатой смеси паров топлива и воздуха. Простая по устройству, свеча представляет собой обычный примитивный разрядник из двух электродов с покрытием из тугоплавких сплавов в керамической изоляции. Обычное классическое исполнение свечи предусматривает наличие центрального электрода с контактной фишкой для крепления токопровода и боковой электрод, выполненный в форме резьбовой юбки с подводом контакта в зону центрального электрода.
Конструкция свечи примитивна, на первый взгляд, требующая для получения правильного искрового разряда лишь правильного подбора калильного числа и регулировки бокового зазора. Для обеспечения надежного и качественного воспламенения топливной смеси, в свече, в момент прохождения высоковольтного разряда, должно последовательно произойти несколько этапов, и все они крайне важны для воспламенения.
Работа свечи зажигания, как верхушка айсберга, включает в себя массу нюансов, многие из которых напрямую обеспечиваются иными элементами системы зажигания.
Недаром специалисты оценивают работу зажигания автомобиля как одно целое. Неисправность любого из компонентов системы, приводит к таким неприятным моментам, как пропуск такта-момента воспламенения. Свеча, как говорят, начинает «троить».
Подобная система была построена на основании так называемой индукторной системы зажигания или «магнето». Принцип его работы был совершенно аналогичен генератору, с разницей в получаемом выходном напряжении – у «магнето» вместо десятков вольт были тысячи вольт. Пока степень сжатия у ранних моделей автомобилей не превышала 3 – 4, индукторная система позволяла работать на приемлемом уровне. Но как только в бензиновых двигателях стал использоваться высокооктановый бензин и высокие степени сжатия, «магнето» пришлось заменить более мощной и точной коммутируемой системой.
Современные микропроцессорные блоки зажигания позволяют генерировать огромные энергии, подводимые к свече для получения высокотемпературного разряда. О силе разряда можно судить по тому, как к электродам подается напряжение в 30 тыс. вольт. Столь гигантское напряжение в течение 1/10000 секунды пробивает зазор между электродами свечи микроскопическим током. Вследствие пробоя напряжение резко падает до сотен вольт, ток всего за 1 мкс возрастает от сотых долей ампера до сотен ампер, выделяя при этом энергию до 3 мДж.
Далее электрическая вспышка перерождается в менее горячий дуговой разряд, потом превращается в более холодный, но более устойчивый тлеющий электрический разряд, живущий в межэлектродном промежутке до 1000 микросекунд.
Несмотря на всю мощь концентрированной энергии, подаваемой системой зажигания на свечу, точное и надежное воспламенение топливовоздушной смеси происходит не всегда, даже в случаях, когда все компоненты системы исправны.
И тому способствует немало различных факторов.
1. «Забрасывание» свечи.
Под этим термином понимают накопление в межэлектродном зазоре нагара, масла, конденсация микроскопических капель бензина в диэлектрическую пленку. Подобный дефект возникает при езде на плохо прогретом двигателе, при некачественном топливе, при длительной работе на холостом ходу. Подаваемый на электроды электрический потенциал как бы «стекает» и рассеивается на парах топлива.
2. Низкая температура электродов свечи.
Способность электродов к получению разряда определено сложным процессом эмиссии электронов металла. Чем сильнее нагревается электрод в камере, тем выше его способность обеспечивать образование первоначального пробойного разряда. Поэтому под каждый конкретный двигатель производитель обычно рекомендует модели свечей с определенными характеристиками.
3. Срывание или гашение потоками горючей смеси отдельных участков разряда.
Потоки смеси воздуха и топлива в камере сгорания даже в верхней точке сжатия находятся в постоянном взаимном движении с образованием высокообогащенных и обедненных парами топлива участков. Расчеты показывают, что для воспламенения богатой смеси необходимо энергии разряда на 45% меньше чем для зажигания обедненной.
При этом последние, при обтекании электродов, могут охлаждать их и выполнять роль поглотителя электрического разряда. Складывается ситуация, когда сбой в процессе зажигания происходит при исправной системе зажигания.
В отдельных моделях ДВС подобные ситуации стараются предупреждать с помощью специальных приспособлений, позволяющих правильно сориентировать свечу при установке на двигатель и тем самым избежать так называемого экранирующего эффекта - затенение центрального электрода боковым.
Что же реально зажигает топливовоздушную смесь?
Несмотря на тот факт, что процесс выделения на электродах свечи электрической энергии в виде света, ультрафиолета, тепла, энергии ударной волны образовавшейся в газовой среде под воздействием высокой температуры, основной вклад в инициирование горения или поджиг топлива вносит дуговой и тлеющий разряды.
Во-первых, время существования таких разрядов наиболее велико по сравнению с другими разрядами, что повышает количество прореагировавших с разрядом молекул.
Во-вторых, тлеющий разряд по своей структуре напоминает разветвленную расходящуюся систему горячих искр, разлетающихся в разных направлениях подобно бенгальскому огню. Объем пересекаемый такими искрами во много раз превышает объем газа, непосредственно соприкасающийся с начальным нитевидным разрядом.
В-третьих, в тлеющем разряде образуется большое количество сильно ионизированных молекул топлива и воздуха, мгновенно вступающих в реакцию горения.
Что нового и перспективного в вопросе воспламенения топлива?
Сравнительно недавно немецкими исследователями была предложена новая прогрессивная система зажигания, основанная на применении более высокоэнергетических свечей. Суть новинки заключается в том, чтобы воспламенять горючую смесь не тлеющим разрядом, а с помощью очень мощного ударного фронта, образующегося на этапе пробоя. Количество энергии, подводимой к свече зажигания, в разы превышает обычные 3 мДж. На начальном этапе, вместо тонкого и маломощного пробоя образуется очень горячий и мощный шарообразный фронт, распространяющийся со скоростью, превышающей скорость горения смеси. В результате воздействия теплового фронта воспламенение происходит практически одновременно во всем объеме сгорания топлива, выравнивая давление продуктов горения равномерно, по всей площади поршня.
Предполагается, что подобный принцип воспламенения смеси обеспечит полное сгорание всего топлива, уменьшит износ цилиндропоршневой группы и повысит экономичность.
23.09.2015
Отправить новый комментарий