Глава 6 Системы зажигания

Содержание

Требования к зажиганию................................................................................1

Факторы, влияющие на сгорание смеси..................................................2

Системы зажигания..........................................................................................3

Система зажигания с батареей и катущкой.........................................4

Конденсатор........................................................................................................5

Катущка зажигания с балластным сопротивлением........................6

Контактный прерыватель................................................................................7

Угол замкнутых контактов..............................................................................8

Распределитель зажигания..........................................................................9

Характеристика центробежного регулятора опережения

зажигания..........................................................................................................10

Вакуумный регулятор опережения.........................................................11

Двухкамерный вакуумный регулятор опережения...........................12

Попярность свечи............................................................................................13

Проверка полярности....................................................................................14

Полярность катушки зажигания..............................................................15

Замечания по обслуживанию....................................................................16

Проверки.............................................................................................................17

Недостатки батарейно-катушечной системы зажигания...........18

Электронные системы зажигенин...........................................................19

Типы электронных систем зажигания...................................................20

Контактные системы с электронным ключом....................................21

Схема системы зажигания с электронным ключом на одном

транзисторе......................................................................................................22

Схема системы зажигания с электронным ключом на двух

транзисторах....................................................................................................23

Конденсаторные системы зажигания...................................................24

Батарейная система зажигания с конденсаторным разрядом 25

Конденсаторная система Mobelec........................................................26

Конденсаторная система зажигания с магнето.............................27

Бесконтактные системы зажигания.......................................................28

Электронное зажигание с генератором импульсов......................29

Система постоянной энергии с генератором импульсов............30

Электронное зажигание с генератором Холла...............................31

Зажигание постоянной энергии с генератором Холла................32

Цифровые системы зажигания.................................................................33

Карта опережения зажигания..................................................................34

Компьютерное управление зажиганием.............................................35

1 Требования к зажиганию

1 Для воспламенения сжатой топливо-воздушной смеси в цилиндрах бензиновых двигателей установлены электрические свечи зажигания. Искра в свече должна поджечь смесь в точно определенный момент рабочего цикла двигателя так, чтобы при подходе поршня к верхней мертвой точке (ВМТ) давление в цилиндре достигло наибольшего значения.

Напряжение на электродах свечи должно составлять от 5000 до 30 ООО Вопьт в зависимости от различных факторов, таких как состав смеси, конфигурация камеры сгорания, степень сжатия, температура и состояние свечи.

2 Под действием высокой разности потенциалов на электродах свечи наступает пробой смеси паров бензина с воздухом и между электродами свечи возникает разряд большой мощности, в котором ток идет от отрицательного центрального электрода к положительному боковому электроду. Температура этого разряда составляет несколько тысяч градусов, которых вполне достаточно, чтобы воспламенить топливо-воздушную смесь, которая затем продолжает гореть уже сама.

3 В нормальных условиях искра должна появиться, когда поршень еше не достиг ВМТ. Возникнув в области свечи, фронт пламени делее движется через заполненной горючей смесью пространство. Поскольку процесс сгорания заканчивается в допи секунды, давление в камере сгорания сначала интенсивно нерастает, а затем начинает падать (см. рис. 6.1 и 6.2). Время от момента зажигания до конца сгорания составляет примерно 2 миллисекунды, поэтому свеча должна сработать до ВМТ, чтобы дать возможность давлению газов возрасти. При стационарном

режиме работы двигателя обычное опережение зажигания составляет от 30 до 40° поворота коленчатого вала. Однако очевидно, что фиксированное значение опережения годится только для определенных оборотов двигателя, поэтому система зажигания должна содержать устройство, позволяющее менять опережение в зависимости от частоты вращения двигателя.

Цилиндр

Поршень

Рис. 6.1. Сжатие топливо-воздушной смаси

4 Исследования, выполненные изготовителями двигателей, позволяют определить дпя каждой скорости вращения и нагрузки двигателя свой, оптимальный, угол опережения. При этом следует принимать во внимание следующие факторы: у-. , L,

а) Состав выхлопных газов -f- Р

б) Отсутствие детонации Л-,-- К

в) Топливную экономичность - V,9i-

г) Необходимость получения максимальной мощности на выходе двигателя

5 Энергии разряда в свече должно хватать для воспламенения смеси. При соотношении воздуха к топливу 15:1 необходимая энергия составляет О.Э миллиджоуля (определение джоуля см. в главе 1).

При обеднении или обогащении смеси эта цифра может возрасти до 3 мДж. Считается, что для устойчивой работы двигателя независимо от условий и режимов, энергия искры должна иметь запас и составлять не менее 30 мДж.

Еспи искра имеет меньшую энергию из-за просчетов конструктора или из-за утечек тока в цепи, могут начаться перебои зажигания.

2 Факторы, влияющие на сгорание смеси

Максимальное давление

Значительный рост давления из-за сгорания смеси

Рост давления из-за сжатия смеси

Рис. 6.2. Изменение давления в цилиндре

1 Теоретически полное сгорание смеси может произойти при соотношении воздуха и топпива 14.7 :1. При этом соотношении коэффициент избытка воздуха в смеси X = 1.0.

Смесь с коэффициентом избытка воздуха X = 0.9, т.е. фактически с недостатком воздуха 10% (богатая смесь], позволяет получить наибольшую мощность двигателя. Горение такой смеси происходит с наибольшей скоростью, но, к сожалению, в результате

сгорания образуются выхлопные газы с нежелательным содержанием окиси углерода (СО) и не сгоревших углеводородов. При обеднении смеси, т.е. добавке в состав смеси избыточного воздуха, скорость ее горения снижается и мощность двигателя падает.

Оптимальное соотношение воздуха и топпива, позволяющее получить наиболее чистый выхлоп, составляет примерно X =1.1.

Давлен!

в иИЛ1

® Правильная установка:

зажигание в точке S, ® Раннее зажигание в точке ® Позднее зажигание в точке

25- -7 0- s, 25V

УгЯ1 поворота копенчатого валр \

Рис. 6.3. Влияние момента зажигания

Борьба за чистоту атмосферы представляет глобальный интерес и законодательства многих стран устанавливают жесткие требования по составу выхлопных газов. Этой проблемы в разных аспектах будем касаться и мы в этом руководстве.

2 Мошность и топливная экономичность двигателя тесно связаны со скоростью сгорания рабочей смеси после ее воспламенения. Скорость распространения пламени, в свою очередь, зависит от многих факторов, таких как:

Конструкция цилиндра. При высокой степени сжатия скорость распространения пламени возрастает в связи с большей плотностью сжатого заряда.

Конструкция цилиндра определяет также место расположения свечи зажигания. В обшем случае чем более открыты электроды свечи обтеканию топливо-воздушной смесью, тем лучше протекает процесс горения.

Установка момента зажигания. Установка зажигания имеет важнейшее значение для правильного протекания рабочего процесса. Момент зажигания должен быть выбран так, чтобы давление в цилиндре достигло максимума примерно через 12° поворота коленчатого вала после ВМТ. Если смесь поджечь раньше (раннее зажигание], то скорость ее сгорания станет слишком высокой - смесь практически взорвется (это явление носит название детонации - см. ниже). Такой режим сгорания вреден для двигателя и его нельзя допускать.

Наоборот, если смесь поджечь слишком поздно (позднее зажигание], скорость горения будет низкой и давление в цилиндре достигнет максимума слишком поздно. В результате мы получим низкую мошность при большом расходе топлива (см. рис. В.З].

Турбулентность заряда. Практически в момент воспламенения рабочая смесь в цилиндре не покоится на месте, а движется в форме вихревых потоков. Эти вихри способствуют распространению пламени, поэтому камеры сгорания специально конструируются таким образом, чтобы повысить турбулентность газовых вихрей.

Наличие остаточных выхлопных газов. Часть выхлопных газов после их выпуска остаются в цилиндре. Смешиваясь со свежим зарядом, остаточные газы снижают скорость распространения пламени и, как результат, понижают температуру газов в камере сгорания. С точки зрения охраны окружаюшей среды этот факт можно считать положительным, поскольку в ростом температуры сгорания резко увеличивается содержание в выхлопных газах окислов азота.

В некоторых двигателях даже имеется специальная система, направляюшее часть выхлопных газов снова во впускной коллектор, и называемая системой рециркуляции выхлопных газов. Есть, однако, предельное значение количества газов, которое можно направить на повторное сжигание, после которого резко начинает расти расход топлива.

Детонация

3 Из предыдуших параграфов следует, что для достижения наивысшей мошности двигателя следует повышать скорость распространения фронта пламени после воспламенения горючей смеси. Однако, эта скорость не должна превышать скорость звука, поскольку в этом случае характер горения приобретает взрывные свойства.

Это явление, известное под названием детонация, может стать причиной серьезных повреждений двигателя. Детонация возникает обычно в случае, когда октановое число топлива не соответствует степени сжатия двигателя.

Взрывное горение

4 До момента возникновения детонации может произойти еше один сбой в процессе горения. При движении поршня к ВМТ газы, удаленные от точки воспламенения, т.е. от искры, нагреваются движущимся на них фронтом пламени. Сочетание увеличи-ваюшегося давления, встречного движения газов и фронта пламени с нагревом газов может привести к объемному самовоспламенению остальной части рабочей смеси, что вызовет резкий скачок давления. Это явление по своим симптомам практически не отличается от детонации, однако, следует понимать, что оно имеет совершенно иную физическую природу.

Сочетание взрывного горения с детонацией

5 Указанные выше явления сопровождаются характерным дребезжащим шумом. Они возникают прежде всего при полной нагрузке двигателя. Поскольку часть энергии бесполезно расходуется на создание шума и повышение температуры, мошность на колесах автомобиля падает.

В серьезных случаях, особенно если эти эффекты продолжаются длительное время, они могут привести к прогару днища поршня, что сразу будет заметно по резкому снижению мошности двигателя и синему дыму из выхлопной трубы.

Следующие факторы оказывают влияние на возникновение детонации и взрывного горения:

а) Неудачная конструкция камеры сгорания. Конструкция камеры сгорания должна обеспечивать эффективное ее охлаждение, особенно мест, удаленных от свечи. Кроме того, она должна обеспечивать интенсивное завихрение рабочей смеси в процессе такта сжатия.

б) Состав рабочей смеси. Бедная смесь более склонна к детонации.

в] Октановоа число топлива. Степень сжатия двигателя тесно связана с требованиями к качеству топлива - двигатель с меньшей степенью сжатия может использовать бензин с меньшим октановым числом.

г] Установка моманта зажигания. Раннее зажигание может вызвать детонацию.

Контроль за детонацией

В Для получения от двигателя наибольшей эффективности зажигание должно происходить на самой границе возникновения детонации. С этой целью все большее число современных автомобилей оснащается системой управления детонацией.

При возникновении детонации или взрывного горения в зоне камеры сгорания возникает сильная вибрация, которая улавливается специальным датчиком. Поскольку при работе двигателя наблюдается широкий спектр различных ударов и вибраций, датчик должен быть способен выделить из этого спектра только сигнал, характерный для детонации.

При начале детонации сигнал датчика поступает на блок электронного управления, который уменьшает опережение зажигания.

Такая система обычно является лишь частью обшей системы управления двигателем.

Самовоспламенение

7 Рабочая смесь может воспламениться сама от контакта с горячим стенками камеры сгорания. Самовоспламенение, так же, как и детонация, сопровождается дребезжащим звуком и заметным падением мощности.