Батарейные системы зажигания. Назначение систем зажигания. Основные элементы. Угол опережения зажигания, страница 4

                                       8.4. Угол опережения зажигания

Воспламенение топливовоздушной смеси от электрической искры на свече зажигания происходит благодаря локальному тепловыделению и сильной ионизации газа в цилиндре ДВС на стадии «сжатия». Температура нагрева небольшого объема горючей смеси около электродов свечи зажигания и требуемая для воспламенения энергия искры зависят от состава смеси, степени ее  турбулентности и  своевременного  искрообразования. Турбулентность смеси зависит от режимов работа двигателя,  организации процессов топливоподачи и  поступления рабочего заряда в цилиндры [3,4, 17, 19].

Угол опережения зажигания θ определяется  углом поворота коленчатого вала ДВС от момента возникновения искры на электродах свечи  до момента достижения поршнем верхней мертвой точки  (на  такте «сжатия»).

Оптимальным  углом (рис. 8.6 точка 2, кривая P₂ – нормальное  зажигание) является угол θ, при котором  происходит  наилучший процесс горения  топливовоздушной смеси с получением  наибольшей мощности ДВС при отсутствии негативных  последствий [22].

Если угол опережения зажигания больше оптимального (рис. 8.6, точка 1, кривая P₁ - раннее зажигание), то в камере сгорания  достигается максимальное давление до достижения поршнем ВМТ, которое оказывает противодействие на поршень. Раннее зажигание может явиться причиной возникновения детонации. Сгорание топливовоздушной смеси на конечной стадии может сопровождаться возникновением ударных волн. Такое сгорание называется детонационным. Скорость детонационного сгорания превышает скорость распространения фронта пламени при нормальном протекании процесса сгорания. Внешним проявлением детонации является «металлический» звук, возникающий при отражении ударных волн от стенок цилиндра. Детонационное сгорание горючей смеси сопровождается повышенными тепловыми и механическими нагрузками на детали шатунно-поршневой группы. Детонация устраняется уменьшением угла θопережения момента зажигания.

Если угол опережения зажигания меньше оптимального (рис. 8.6, точка 3, кривая P₃), то зажигание является поздним, в этом случае двигатель перегревается, так как бòльшая часть тепловой энергии горения  идет на нагрев цилиндра ДВС, а не на преобразование тепловой энергии в механическую [14, 19, 22, 28].

Угол опережения зажигания может регулироваться механическими центробежным и вакуумным автоматами, а также электронными системами. При этом для эффективного процесса сгорания топливовоздушной смеси механические автоматы реализуют сравнительно простые зависимости угла опережения зажигания от внешних факторов: частоты вращения коленчатого вала (центробежный механический регулятор) и нагрузки двигателя (вакуумный регулятор).

Рис. 8.6.  Угол опережения момента зажигания

Системы зажигания с электронным управлением момента зажигания регулируют угол опережения момента зажигания θ  по бóльшему числу внешних и внутренних факторов, обеспечивая при этом оптимальность  угла при различных режимах и условиях работы ДВС [19, 22,29].

Электронные системы зажигания  могут быть аналоговыми и цифровыми. Наиболее современными являются цифровые системы, основанные на интегральной и микропроцессорной базе (подробно рассмотрены в разделах темы №9).

8.5. Требования к системам зажигания

Требования,предъявляемые к  системам зажигания  бензиновых   ДВС:

1) для бесперебойного искрообразования на свечу зажигания необходимо подать электрический сигнал высокого   напряжения  - 20 … 30 кВ;

2) энергия и длительность искрового разряда должна обеспечивать надежное воспламенение топливовоздушной смеси как при пуске, так и на всех режимах работы ДВС. Для образования очага пламени в режиме нагрузки достаточно энергии  разряда порядка 5 МДж. При пуске ДВС и  работе в режиме холостого  хода требуется энергия искры 30 - 100 МДж. Искровой разряд имеет емкостную и индуктивную составляющую. Продолжительность емкостной фазы разряда составляет 1-2 мкс. Индуктивная фаза разряда длится 1-1,5 мс;