147011 (594245), страница 8

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 8)

Рис. 3.2. Спрощена схема заміщення класичної системи запалювання після розмикання контактів переривника

Рис. 3.3. Перехідні процеси в системі запалювання:

а — зміна первинного струму; б — зміна вторинної напруги.

Зміна первинного струму , і вторинної напруги U₂ у процесі роботи переривника показане на мал. 3.3. При розмиканні контактів переривника первинний струм, робить кілька періодів загасаючих коливань (мал. 3.3, а) доти, поки енергія, запасена в магнітному полі котушки, не витратиться на нагрівання опору , контуру. Якщо іскровий проміжок вторинного ланцюга зробити настільки більшим, щоб пробою не відбувся (режим холостого ходу або відкритого ланцюга), то вторинна напруга U₂, так само як первинний струм, зробить кілька загасаючих коливань (мал. 3.3, б).

3.1.3 Пробій іскрового проміжку свічі

Для запалювання робочої суміші електричним способом необхідне утворення електричного розряду між двома електродами свічі, які перебувають у камері згоряння. Протікання електричного розряду в газовому проміжку може бути представлено вольамперної характеристикою (мал. 3.4) [8].

Ділянка Оаb відповідає несамостійному розряду. Напруга зростає, струм залишається практично незмінним і по силі мізерно мала. При подальшому збільшенні напруги швидкість руху іонів у напрямку до електродів збільшується. При початковій напрузі Uн починається ударна іонізація, тобто такий розряд, що, один раз виникнувши, не вимагає для своєї підтримки впливу стороннього іонізатора. Якщо поле рівномірне, то процес поляризації відразу переростає в пробій газового проміжку. Якщо поле нерівномірне, то спочатку виникає місцевий пробій газу біля електродів у місцях з найбільшою напруженістю електричного поля, що досягла критичного значення. Цей тип розряду називається короною й відповідає стійкій частині вольамперної характеристики bс.

При подальшому підвищенні напруги корона захоплює нові області міжелектродного простору, поки не відбудеться пробій (крапка с), коли між електродами проскакує іскра. Це відбувається при досягненні напругою значення пробивної напруги U_np.

Спалахнувши іскра створює між електродами сильно нагрітий і іонізований канал. Температура в каналі розряду радіусом 0,2...0,6 мм перевищує 10000 ДО. Опір каналу залежить від сили струму, що протікає по ньому. Подальше протікання процесу залежить від параметрів газового проміжку ланцюга джерела енергії. Можливий або тліючий розряд (ділянка d_e), коли струми малі, або дуговий розряд (ділянка т_п), коли струми великі внаслідок великої потужності джерела струму й малого опору ланцюга. Обоє ці розряду є самостійними й відповідають стійким ділянкам вольамперної характеристики. Тліючий розряд характеризується струмами 10^-5...10^-1 і практично незмінною напругою розряду. Дуговий розряд характеризується значними струмами при відносно низьких напругах на електродах.

Рис. 3.4. Вольтамперна характеристика розряду в повітряному проміжку.

На 2-м етапі розглянемо процес формування вторинної напруги при відсутності електричного розряду у свічі. У дійсності пробивна напруга Uпр нижче максимальної вторинної напруги U_2m, що розвиває системою запалювання, і тому, що як тільки зростає напруга досягає значення Uпр, у свічі відбувається іскровий розряд, і коливальний процес обривається (мал. 3.5).

Електричний розряд має дві складові: ємнісну й індуктивну. Ємнісна складова іскрового розряду являє собою розряд енергії, накопиченої у вторинному ланцюзі, обумовленим її ємністю З₂. Ємнісний розряд характеризується різким спаданням напруги й різких сплесків струмів, по своїй силі сягаючих десятків ампер (див. мал. 3.5).

Рис. 3.5. Зміна напруги й струму іскрового розряду:

а й б — відповідно ємнісна й індуктивна фази розряду; tпр — час індуктивної складової розряду; iпр - амплітудне значення струму індуктивної фази розряду; Uпр — напруга індуктивної фази розряду.

Незважаючи на незначну енергію ємнісної іскри (З_2/2 ), потужність, що розвиває іскрою, завдяки короткочасності процесу може досягати десятків і навіть сотень кіловатів. Ємнісна іскра має яскравий блакитнуватий колір і супроводжується специфічним тріском.

Високочастотні коливання (10⁶...10⁷ Гц) і великий струм ємнісного розряду викликають сильні радіоперешкоди й ерозію електродів свічі. Для зменшення ерозії електродів свічі (а в неекранованих системах і для зменшення радіоперешкод) у вторинний ланцюг (у кришку розподільника, у бігунок, у наконечники свічі, у проводи) включається помехоподавляющий резистор. Оскільки іскровий розряд відбувається раніше, ніж вторинна напруга досягає свого максимального значення U_2m, а саме при напрузі Uпp, на ємнісний розряд витрачається лише невелика частина магнітної енергії, накопиченої в сердечнику котушки запалювання.

Частина, що залишилася, енергії виділяється у вигляді індуктивного розряду. При умовах, властивих роботі розподільників і розрядників, і при звичайних параметрах котушок запалювання індуктивний розряд завжди відбувається на стійкій частині вольтамперної характеристики, що відповідає тліючому розряду. Струм індуктивного розряду 20.. .40 ма. Напруга між електродами свічі сильно знижується й складається в основному з катодного спадання напруги U_K і спадання напруги в позитивному стовпі Ed:

(3.16)

де Uпр — напруга іскрового розряду; Е — напруженість поля в позитивному стовпі; В/мм; d — відстань між електродами.

Спадання напруги Uк=220...330 У.

Тривалість індуктивної складової розряду на 2...3 порядку вище ємнісної й досягає залежно від типу котушки запалювання, зазору між електродами свічі й режиму роботи двигуна (пробивної напруги) 1...1.5 мс. Іскра має бліді фіолетово-жовті кольори. Ця частина розряду одержала назву хвоста іскри.

За час індуктивного розряду в іскровому проміжку свічі виділяється енергія, що може бути визначена аналітично:

(3.17)

На практиці широко використається наближена формула для підрахунку енергії іскрового розряду

Розрахунки й експерименти показують, що при низьких частотах обертання двигуна енергія індуктивного розряду Wиp=15...20 мДж для звичайних класичних автомобільних систем запалювання.

3.2. Електронні системи запалювання

3.2.1. Основні напрямки створення перспективних систем

запалювання.

Розвиток сучасного двигунобудування відбувається в напрямку підвищення економічності й зниження питомої ваги при одночасному збільшенні частоти обертання колінчатого вала двигуна й ступеня стиску. Ступінь стиску становить 7,0...8,5, але на перспективних автомобілях установлюються двигуни зі ступенем стиску 9,0...10 і більше. Таке підвищення ступеня стиску вимагає значного збільшення вторинної напруги, необхідного для пробою іскрового проміжку свічі [5].

Частота обертання колінчатого вала автомобільних двигунів також неухильно зростає й у цей час досягає 5000...8000 хв^-1, діапазон робочих температур двигуна лежить у межах —40...+100 °С. Прагнення підвищити паливну економічність двигуна змушує використати збіднену суміш, для надійного запалення якої потрібна більша довжина іскрового проміжку свічі, тобто потрібна більша енергія розряду. Іскровий проміжок свічі лежить у межах 0,8...1,2 мм [3]. Таким чином, до сучасної системи запалювання пред'являються більше високі вимоги: збільшення вторинної напруги при одночасному підвищенні надійності; енергія іскрового розряду повинна бути достатньої для запалення суміші на всіх режимах роботи двигуна (15....50 мдж і більше); стійке іскроутворювання в різних експлуатаційних умовах (забруднення свіч, коливання температури, коливання напруги бортової мережі й т.д.); усталена робота при значних механічних навантаженнях; простота обслуговування системи; мінімальне споживання енергії джерел живлення; мінімальні маса, габарити й низька вартість. Крім того, необхідно враховувати, які показники двигуна є найбільш важливими: потужність, паливна економічність, мала токсичність газів, що відробили.

Такі вимоги не можуть бути задоволені при використанні класичної (батарейної) системи запалювання, тому що в цьому випадку практично єдиним реальним способом збільшення вторинної напруги є збільшення сили струму розриву. Однак збільшення сили струму розриву понад певне значення (3,5...4,0 А при 12 У) приводить до ненадійної роботи контактів переривника й різкому скороченню їхнього терміну служби.

Перераховані вимоги до системи запалювання викликали необхідність створення нових пристроїв, що дозволяють поліпшити умови запалення робочої суміші в циліндрах.

Одним зі шляхів підвищення запалювання вторинної напруги, що розвиває системою, є застосування напівпровідникових приладів, що працюють як керовані ключі, що служать для переривання струму в первинній обмотці котушки запалювання. Найбільш широке використання в якості напівпровідникових реле знайшли потужні транзистори, здатні комутирувати струми амплітудою до 10 А в індуктивному навантаженню без якого-небудь іскріння й механічного ушкодження, характерних для контактів переривника. Функцію електронного реле можуть виконувати також і силові тиристори, але широкої промислової реалізації в системах запалювання з накопиченням енергії в індуктивності вони не мали.

Таким чином, застосування транзисторів у системі запалювання дозволило принципово усунути основний недолік класичної системи запалювання. Сила струму розриву вже не обмежується стійкістю контактів переривника, а залежить лише від параметрів транзистора.

По конструктивному виконанню контактно-транзисторні системи різні й можуть містити від одного до декількох напівпровідникових підсилювальних елементів. Таким чином, у системах з контактним керуванням режим роботи контактів переривника значно полегшений і тому їхній термін служби більше. Однак цим системам як і раніше властиві недоліки класичної системи запалювання (механічне зношування контактів переривника й обмежений швидкісний режим через вібрацію контактів переривника й т.п.).

Системами, що не мають перерахованих недоліків, є системи з безконтактним керуванням моментом іскроутворювання (безконтактні системи запалювання - БСЗ) - системи запалювання I покоління. У БСЗ контакти переривника замінені безконтактним датчиком, що виробляє електричні імпульси в строго задані моменти часу. Ці імпульси надходять у схему керування струмом (імпульсний підсилювач) первинної обмотки котушки запалювання. Безконтактні датчики не мають механічного контакту й тому практично не піддані зношування.

Відзначений недолік не дозволяє в рамках БСЗ із постійним кутом включеного стану вихідного транзистора вести подальшу інтенсифікацію вихідних характеристик. Тому наступним етапом у розвитку БСЗ з'явилося створення систем запалювання з нормованим часом накопичення енергії. У таких системах у всьому діапазоні частот обертання вала двигуна й значень живлячої напруги визначається мінімальний час, за яке струм розриву досягає сили, необхідної для індукування необхідного значення вторинної напруги.

Нормування часу накопичення енергії дозволяє знизити потужність втрат у котушці й комутаторі при низьких і середніх частотах обертання вала двигуна при одночасному збільшенні струму розриву й відповідно енергії іскрового розряду, забезпечити оптимальний закон зміни вторинної напруги й енергії іскри залежно від частоти обертання вала двигуна, стабілізувати вихідна напруга системи при коливаннях напруги живлення.

Характеристики

Список файлов ВКР