Электротехника и электрооборудование транспортных и транспортно технологических машин и оборудования”, “ Электрооборудование автомобилей и тракторов” Новочеркасск 2017

ГЛАВА 3. КЛАССИЧЕСКАЯ ( БАТАРЕЙНАЯ) СИСТЕМА ЗАЖИГАНИЯ Воспламенение рабочей смеси в камере сгорания автомобильного карбюраторного двигателя, как в период пуска, так и во время_ его работы осуществляется посредством электрического разряда между электродами свечи зажигания, ввернутой в головку цилиндра двигателя. Бесперебойное искрообразование между электродами свечи зажигания происходит при высоком напряжении [(8000—30000 В]. На прогретом двигателе к моменту искрообразования рабочая смесь сжата и имеет температуру, близкую к температуре самовоспламенения. В этом случае достаточно незначительной величины электрический разряд (порядка 5 мДж). Однако имеется ряд режимов работы двигателя, когда требуется искра в 30—100 мДж. К таким режимам относятся: -пусковой режим; -работа на бедных смесях при частичном открытии дросселе -работа на холостом ходу; -работа при резких открытиях дросселя. Электрическая искра вызывает появление в ограниченном объеме рабочей смеси первых активных центров, от которых начинается развитие химической реакции окисления топлива. Воспламенение рабочей смеси является началом бурной реакции окисления топлива, сопровождающейся выделением тепла. Система зажигания двигателя предназначена для генерации импульсов высокого напряжения, вызывающих вспышку рабочей смеси в камере сгорания двигателя, синхронизации этих импульсов с фазой двигателя и распределения импульсов зажигания по цилиндрам двигателя. От мощности искры и момента зажигания рабочей смеси в значительной степени зависят экономичность и устойчивость работы двигателя, а также токсичность отработавших газов. 3.1. Требования, предъявляемые к системе зажигания Учитывая условия работы ДВС, к системам зажигания предъявляют следующие требования: -система зажигания должна создавать напряжение, достаточное для пробоя искрового промежутка свечи зажигания, обеспечивая при этом бесперебойное искрообразование на всех режимах работы двигателя; -искра, образующаяся между электродами свечи зажигания, должна обладать достаточной энергией и продолжительностью действия для воспламенения рабочей смеси при всех возможных режимах работы двигателя; -момент зажигания должен быть строго определенным и соответствовать условиям работы двигателя; -работа всех элементов системы зажигания должна быть надежной при высоких температурах и механических нагрузкам ,которые испытывает двигатель; -эрозия электродов свечи зажигания не должна превышать допустимые значения. Напряжение, необходимое для пробоя искрового промежутка свечи зажигания, зависит от множества факторов, таких как: давление, температура и состав рабочей смеси; расстояние между электродами свечи зажигания; материал и температура электродов; полярность высокого напряжения. Так, при пуске холодного двигателя пробивное напряжение достигает 16000 В и более, а при работе прогретого двигателя достаточно 12000 В. Воспламенение смеси в цилиндре происходит в точно определенный момент относительно достижения поршнем ВМТ. Это обусловлено тем, что сгорание смеси происходит не мгновенно, а при достижении максимального давления газов продуктов сгорания. Если воспламенение происходит позднее, чем нужно, то смесь сгорает в такте расширения, не успевая сгореть полностью в цилиндре, и догорает в выпускном трубопроводе. В результате снижается максимальное давление газов и мощность двигателя. Кроме того, происходит перегрев системы выпуска отработавших газов двигателя и увеличивается количество вредных веществ, выбрасываемых в окружающую среду. При слишком раннем воспламенении смесь сгорает во время такта сжатия, и максимальное давление газов в цилиндре наступает до прихода поршня в ВМТ. В результате поршень испытывает сильные удары от детонирующего топлива, слышен металлический стук. Раннее воспламенение уменьшает мощность двигателя, приводит к снижению КПД и быстрому износу деталей поршневой группы. Угол между положением коленчатого вала, соответствующим моменту искрового разряда между электродами свечи зажигания, и положением, при котором поршень находится в ВМТ. называется углом опережения зажигания. Оптимальный угол опережения зажигания зависит от частоты вращения коленчатого вала и нагрузки двигателя. В первом случае увеличивается скорость движения поршня, и чтобы рабочая успела сгореть, необходимо увеличивать опережение зажигания, рост нагрузки обусловлен увеличением открытия дроссельной заслонки и характеризуется увеличением наполнения цилиндров, о результате продолжительность сгорания смеси уменьшается и, следовательно, необходимо уменьшать угол опережения зажигания. Автоматическое регулирование угла опережения зажигания при изменении частоты вращения коленчатого вала и нагрузки двигателя осуществляется центробежным и вакуумным регуляторами. Центробежный регулятор изменяет угол опережения зажигания в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя, вакуумный регулятор — в зависимости от степени открытия дроссельной заслонки. Автомобильные двигатели выполняются многоцилиндровыми, от 4 до 16 и более цилиндров, следовательно, рабочие процессы, происходящие в цилиндрах двигателя, сдвинуты по времени. Поэтому искрообразование между электродами свечей зажигания, установленных в разных цилиндрах одного двигателя, также должно происходить со сдвигом во времени. Следовательно, система зажигания должна обеспечивать определенное чередование искрообразования по цилиндрам, определяемое конструкцией двигателя. Указанные функции выполняют совместно прерыватель и распределитель, а также центробежный и вакуумный регуляторы. Все механизмы, как правило, скомпонованы в единый узел, который носит название распределитель зажигания. Особенности работы ДВС и определяют основные требования к системам зажигания. Важным для системы зажигания является стабильность регулировочных характеристик, так как даже самое небольшое изменение в процессе немедленно отражается на мощности Двигателя, что может резко ухудшить его экономичность и увеличить содержание токсичных веществ в отработавших газах. 3.2. Аппараты контактной системы зажигания Катушка зажигания (рис. 3.1) представляет собой электрический автотрансформатор с разомкнутой магнитной цепью. Сердечник 7 катушки состоит из пластин трансформаторной стали толщиной 0,35 мм, изолированных одна от другой. На сердечник надета изолирующая трубка 7, на которую намотана вторичная обмотка 5. Каждый слой этой обмотки изолирован кабельной бумагой, а последние слои намотаны с зазором между, витками 2— 3 мм для уменьшения опасности пробоя изоляции. Первичная обмотка 4 намотана поверх вторичной, что облегчает отвод от нее теплоты. Корпус 8 катушки отштампован из листовой стали. Внутри корпуса установлен наружный магнитопровод 9 из трансформаторной стали. Фарфоровый изолятор 6 и карболитовая крышка 2 предотвращают пробой между сердечником и корпусом катушки. Один конец вторичной обмотки соединен с выводом 1 высокого напряжения через контактную пластину 12, сердечник и пружину 3, другой конец — с концом первичной обмотки (автотрансформаторная связь обмоток), подведенным к выводам прерывателя-распределителя. Другой конец первичной обмотки соединен с добавочным резистором. Число витков обмоток катушки зажигания зависит от ее типа и составляет 180—330 для первичной и 17 000—26 000 для вторичной. Диаметр провода первичной обмотки 0,72—0,86 мм, а вторичной 0,06—0,08 мм. Коэффициент трансформации, т. е. отношение витков w2 вторичной обмотки к числу витков w1 первичной обмотки, равен к=56—97. Пространство между обмотками и корпусом катушки заполнено изолирующим наполнителем: рубраксом, имеющим температуру плавления 145—160 °С , или трансформаторным маслом (катушки Б115, Б117 и др.). Маслонаполненные катушки более надежны в эксплуатации. Добавочный резистор (вариатор) 10, установленный в керамическом изоляторе 11 катушки, подсоединен к выводам ВК-Б и ВК. Добавочный резистор может быть закреплен на катушке (см. рис. 3.1) или установлен отдельно. Сопротивление резистора в зависимо­сти от типа катушки равно 1,0—1,9 Ом. При пуске двигателя катушка зажигания питается от батареи и ее напряжение понижается до 6 В из-за потребления стартером большой силы тока, что приводит к снижению силы тока в пер­вичной обмотке и вторичного напряжения, развиваемого катушкой. Рис. 3.1. Маслонаполненная катушка зажигания Это явление устраняется с помощью добавочного резистора, включенного последовательно с первичной обмоткой катушки зажигания. В этом случае первичная обмотка катушки зажига­ния рассчитана на напряжение 7—8 В. Остальное напряжение источника питания приложено к добавочному резистору. При пуске двигателя резистор замыкается накоротко и к первичной обмотке подается напряжение, необходимое для ее нормальной работы. Добавочный резистор может быть изготовлен из константана МНМц 40—1,5 или никеля НП2. В последнем случае резистор выполняет функции вариатора. Отличие этого резистора от рези­стора из константана состоит в том, что его сопротивление Rд меняется в зависимости от силы протекающего по нему тока I1. В некоторых системах зажигания (например, автомобилей ВАз) добавочный резистор не установлен, что обусловлено наличием батареи большой емкости, напряжение которой при пуске двигателя снижается незначительно. Технические характери­стики катушек зажигания на номинальное напряжение 12В и до­бавочных резисторов приведены в табл. 3.1 и 3.2. Таблица 3.1 Технические характеристики катушек Катушка Максимальная час-тота вращения валика распредели-теля, об/мин Масса, кг Тип или сопротивление добавочного резистора, Ом Распределитель Транзисторный коммутатор Автомобили или автобусы Б1-01 2200 0,87 1,35-111,45 1,45 Р20-0100101, Р23-Б --- ЗИЛ, ГАЗ, УАЗ, ,ЗИЛ, ЛиАЗ, ПАЗ, ВАЗ, Б102-Б 2300 1,2 СЭ102 Р102 --- Б-114 Б114- 2750 1,0 СЭ107 Р133, Р137 ТК102 Б115 2500 0,86 1,0 – 1,1 Р10 Р114Б, Р118, Р119 --- Б115-В 2500 0,85 0,95 Р114-Б Р118, Р119-Б - ГАЗ, УАЗ, ВАЗ, Б116 2500 1,0 --- 19.3706 13.3734 ГАЗ-3102, 24-01, и их модификации Б117-А 1750 0,8 --- Р125,30.3706 30.3706 --- ВАЗ Б118 1600 1,3 СЭ236 Р351 ТК200 ЗИЛ, 27.3705 3500 0,9 --- 40.3706 36.3734 ВАЗ-2108,2109 Таблица 3.2 Технические характеристики добавочных сопротивлений Тип добавочного резистора Сопротивление, Ом Катушка Автомобили и автобусы СЭ102 1,55 – 1,65 Б102-Б ЗИЛ, ГАЗ СЭ107 0,47 – 0,57 (одного элемента) Б114-Б ЗИЛ, ГАЗ, Автобусы ПАЗ СЭ326 0,54 – 0,66 Б118 ЗИЛ ГАЗ , их модификации 14.3729 0,52; 0,71 Б116 ГАЗ, УАЗ Прерыватель-распределитель служит для прерывания тока в первичной цепи катушки зажигания, распределения тока высокого напряжения по свечам, и изменения угла опережения зажигания в зависимости от частоты вращения коленчатого вала и нагрузки двигателя. Он состоит из прерывателя, распределителя, центробежного и вакуумного регуляторов, октан-корректора и конденсатора. Рассмотрим устройство на примере прерывателя-распределителя Р4-Д, установленного на автомобиле ЗИЛ-130 (рис. 3.2). В чугунном корпусе его на двух медно-графитовых втулках вращается ведущий валик 1. Втулки смазываются через колпачковую масленку, ввернутую в корпус распределителя. Для фиксации положения валика при его установке на нижнем конце валика имеется несимметричный шип. На верхний конец валика 1 надета втулка с восьмигранным кулачком, которая смазывается с помощью фильца 3. В корпусе прерывателя-распределителя неподвижно установ­лена опорная пластина 2 прерывателя, в которой закреплена наружная обойма шарикоподшипника. На внутреннюю обойму подшипника напрессована пластина, на которой смонтированы прерыватель и устройство для регулирования зазора между кон­тактами прерывателя. Контакты выполнены из вольфрама. Пла­стина может поворачиваться вокруг оси кулачка при перемеще­нии тяги вакуумного регулятора 11. Мягким канатиком пластина электрически связана с корпусом прерывателя-распределителя для предохранения шарикоподшипника от прохождения через него тока на массу. На пластине установлен фильц 16 для смазы­вания кулачка. Сверху на втулку кулачка установлен ротор 4. Корпус прерывателя-распределителя закрыт карболитовой крышкой 5, имеющей высоковольтные выводы к свечам по числу цилиндров двигателя, и в центре ввод для крепления провода высокого напряжения от катушки зажигания. Через контактный уголек 8 и пластину ротора ток высокого напряжения подается к свечам в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя. Между контактной пластиной на роторе и боковыми электродами в крышке распределителя имеется зазор 0,25—0,8 мм. Конденсатор может быть установлен как снаружи, так и внутри корпуса прерывателя-распределителя. Конденсатор представляет собой две полосы алюминиевой фольги, изолированные одна от другой специальной бумагой и свернутые в рулон. Полосы фольги (обкладки конденсатора) по отношению к изолирующей бумаге смещены по продольной оси в разные стороны, и после свертывания торцы рулона служат выводами обкладок Рис.3.2. Прерыватель-распределитель Р4-Д: 1-ведущий валик; 2-опорная пластина; 3-фильц; 4-ротор; 5-крышка; 6-вывод высокого напряжения; 7-пружина контактного уголька; 8-контактный уго­лек; 9-защелка крышки; 10-центробежный регулятор; 11-вакуумный регулятор: 12-регулировочные гайки октан-корректора; 13-регулировочный винт (эксцентрик); 14-рычажок-прерыватель; 15-винт крепления пластины неподвижного контакта; 16-фильц для смазывания кулачка; 17-вывод прерывателя; 18-изолированный провод; 19-провод «Масса» Пропитанный трансформаторным маслом рулон помещен в стальной оцинкованный корпус. Одна полоса фольги соединена с корпусом конденсатора, другая — с его выводом. Конденсаторы, устанавливаемые внутри корпуса прерывателя-распределителя, имеют меньшие размеры и обладают свойством самовосстановления при пробое. Они изготовлены из конденсаторной бумаги, на которую наносится тонкий слой сплава олова и цинка. Свечи зажигания Свеча зажигания предназначена для воспламенения рабочей смеси в цилиндре двигателя. При подаче высокого напряжения на электроды свечи зажигания возникает искровой разряд, воспламеняющий рабочую смесь. Свеча зажигания является важнейшим элементом системы зажигания ДВС с принудительным воспламенением рабочей смеси. По исполнению свечи зажигания бывают экранированные и неэкранированные (открытого исполнения). По принципу работы свечи зажигания делятся на свечи: с воздушным искровым промежутком; со скользящей искрой; полупроводниковые; эрозийные; многоискровые (конденсаторные); комбинированные. Наибольшее распространение на автомобилях получили свечи зажигания с воздушным искровым промежутком. Это объясняется тем, что они удовлетворительно работают на современных двигателях, наиболее просты по конструкции и технологичны. В последние годы для специальных двигателей (например, роторно-поршневых и газотурбинных) применяются комбинированные свечи зажигания, где искровой разряд проходит частично по воздуху, а частично по поверхности изолятора. В силу своего назначения и специфики работы свеча зажигания влияет на надежность и выходные показатели двигателя. Для правильного выбора конструкции свечи зажигания необходимо знать предъявляемые к ней требования с учетом особенностей данного двигателя. Современные свечи зажигания представляют собой неразборную конструкцию, в которой изоляция электродов осуществляется керамическим изолятором. Стальной корпус 4 (рис. 3.3) с Приваренным к нему боковым электродом 6 имеет в нижней части резьбу для ввертывания свечи зажигания отверстие головки цилиндра. Герметичность резьбового соединения обеспечивается уплотнительной прокладкой 7. Рис. 3.3. Свеча зажигания: a — общий вид; б — разрез;1 — контактная гайка; 2 — стальной стержень; 3 — керамический изолятор; 4 — корпус; 5 — центральный электрод; 6 — боковой электрод; 7 — уплотнительная прокладка; 8 — теплопроводящий герметик. В корпусе 4 путем завальцовки его верхнего края закреплен керамический изолятор 3 с центральным электродом 5. Вывод центрального электрода 5 наружу осуществляется через токопроводящий герметик 9 и стальной стержень 2. Для улучшения сцепления с герметиком .нижняя часть стержня 2 имеет накатку. На верхнем конце стержня 2 нарезана резьба для соединения с контактной гайкой 1. Теплопроводящая шайба 8, кроме отвода тепла от изолятора, герметизирует корпус свечи. В некоторых конструкциях свечей зажигания герметизация соединения между корпусом и изолятором осуществляется под завальцованной частью корпуса уплотнительной шайбой и тальковым порошком. Имея выход в камеру сгорания двигателя, свеча зажигания, кроме электрической нагрузки, связанной с подачей на ее электроды высокого напряжения, воспринимает химические, тепловые и механические нагрузки, возникающие в процессе рабочего цикла в ци­линдре двигателя. Воздействуют эти нагрузки главным образом на изолятор, который должен иметь высокую электрическую и механи­ческую прочность, быть химически инертным и термостойким. Электрические нагрузки требуют от изолятора способности выдерживать без пробоя и поверхностного разряда напряжения не менее 20 кВ. Увеличение искрового промежутка свечи зажигания, скругление острых кромок на центральном и боковом электродах из-за износа приводят к увеличению электрической нагрузки на изолятор. Рабочая часть электродов подвергается электрической эрозии в процессе искрообразования. При действии высокого напряжения ток утечки не должен быть значительным, т. е. изолятор должен иметь высокое электрическое сопротивление. Прохождение при работе свечи зажигания тока утечки по изолятору можно сравнить с резистором, который включен параллельно искровому промежутку и шунтирует последний. При появлении во вторичной цепи ток утечки вызывает падение напряжения на сопротивлении вторичной обмотки катушки зажигания. В результате этого вторичное напряжение, подводимое к электродам свечи зажигания, уменьшается. Чем меньше шунтирующее сопротивление, тем больше ток утечки и, следовательно, меньше подводимое к свече зажигания вторичное напряжение. При значительном увеличении тока утечки возникают перебои в искрообразовании. Повышение тока утечки является, как правило, результатом загрязнения изолятора нагаром, а также различными отложениями на внутренней части изолятора при работе двигателя на топливе с антидетонационными добавками. Кроме того, свеча зажигания со стороны камеры сгорания подвергается периодическому нагреву сгорающей смеси, температура которой достигает 2500С, и охлаждению свежим зарядом. В результате температура нижнего конца изолятора, называемого тепловым конусом, имеет среднее значение 500—700 °С. Механические нагрузки, действующие на изолятор свечи зажигания, также носят циклический характер. При каждой вспышке рабочей смеси на изолятор действует значительная ударная нагрузка, стремящаяся вырвать его из корпуса. Давление, развиваемое в цилиндре двигателя при сгорании рабочей смеси, достигает 6 МПа. Одно из важных требований к свече зажигания является герметичность между корпусом и изолятором. Даже самое незначительное нарушение приводит к прорыву горячих газов. Это может не сопровождаться значительной потерей мощности двигателя, но вызовет резкий перегрев изолятора свечи зажигания и его быстрое разрушение. Для изготовления изоляторов отечественных свечей зажигания применяют керамические материалы с высоким содержанием оксидов алюминия: уралит, боркорунд, синоксаль и др. Для улучшения изоляционных свойств наружной части изолятора ее покрывают глазурью. Стальной корпус свечи зажигания для предохранения от коррозии подвергают воронению или цинкованию. Диаметр резьбы вворачиваемой части корпуса современных свечей зажигания 14 мм, на автомобилях раннего производства применяются свечи зажигания с диаметром вворачиваемой части 18 мм. Центральный электрод свечей зажигания обычно имеет круглое сечение, а боковой электрод — прямоугольное с закругленными углами. Центральный электрод подвергается воздействию более высоких температур, чем боковой. Поэтому его изготовляют из высокохромистых сплавов, а боковой электрод — из никель-марганце­вых. Искровой зазор между электродами в зависимости от характеристик системы зажигания может изменяться в пределах 0,5—0,9 мм. Имеется тенденция к увеличению искрового промежутка свечей зажигания. С увеличением искрового промежутка возрастает величина пробивного напряжения свечей зажигания. Однако кроме него, на пробивное напряжение оказывает влияние целый ряд факторов. К ним относятся степень сжатия, скоростной режим, состав рабочей смеси, угол опережения зажигания, температура электродов свечи зажигания, температура рабочей смеси. Так, при увеличении частоты вращения коленчатого вала пробивное напряжение уменьшается. Уменьшается оно также при увеличении температуры центрального электрода. При пуске двигателя, разгоне и работе на режиме полного дросселя пробивное напряжение возрастает. Технические характеристики. Свеча зажигания при работе на двигателе подвергается высоким тепловым, электрическим, механическим и химическим воздействиям. По мере развития двигателестроения интенсивность перечисленных воздействий возрастает. Введение в бензин антидетонационных присадок, содержащих металлы (свинец или марганец), способствует снижению срока службы свечей зажигания. В процессе работы частота тепловых, электрических, механических и химических воздействий на свечу зажигания зависит от частоты вращения коленчатого вала и тактности двигателя. Число воздействий на свечу зажигания в единицу времени на многоцилиндровом, например восьмицилиндровом четырехтактном, двигателе в шесть раз меньше, чем в двухтактном двигателе. Поэтому срок службы свечи зажигания зависит от двигателя. Тепловые нагрузки. Температура газовой среды в камере сгорания двигателя колеблется от 70 °С (температура свежего заряда смеси) до 2000—2700 °С (максимальная температура цикла), а наружная часть свечи зажигания, находящаяся в подкапотном пространстве, омывается встречным потоком воздуха. В определенных случаях свеча может работать при температуре окружающей среды до минус 60 °С (в северных районах). Из-за неравномерного нагрева свечи зажигания возникают тепловые деформации и напряжения, которые усугубляются тем, что различные материалы (металл, керамика) ее деталей имеют разные коэффициенты линейного расширения. При пуске двигателя на холодном тепловом конусе (часть изолятора свечи зажигания, находящейся в камере сгорания) возможна конденсация, которая может препятствовать искрообразованию. Таким образом, свеча зажигания должна выдерживать перепад температур. Кроме того, изолятор свечи зажигания должен обладать нулевым влагопоглощением, а ее поверхность должна быть водостойкой. Механические нагрузки. В цилиндре двигателя давление достигает 5—6- 10б Па (максимальное давление в цикле). На поверхность свечи зажигания, находящуюся в камере сгорания, действует сила, равная 500—1200 Н. Кроме того, свеча зажигания подвергается вибрационным нагрузкам. При сборке изолятор свечи зажигания при завальцовке в корпусе и термоосадке испытывает силу сжатия в 25000—30000 Н. При ввертывании ее в головку цилиндра крутящий момент равен 40—60 Нм. В процессе эксплуатации эта величина значительно увеличивается из-за образования нагара на резьбе или, срыва резьбы в головке цилиндра. Электрические и химические нагрузки. Свеча зажигания находится под напряжением, равным пробивному напряжению искрового промежутка, которое может превышать 20 кВ. Рабочая часть электродов подвергается электрическому воздействию в процессе ценообразования и изнашивается под действием продуктов сгорания, которые вызывают химическую коррозию. При эксплуатации зазор в свече зажигания увеличивается в среднем на 0,015 мм на 1000 км пробега автомобиля. Шунтирование свечи зажигания. Неполное сгорание топливной смеси ведет к отложению токопроводящего нагара на поверхности теплового конуса, электродах и стенках свечи зажигания. Нагар образуется также из-за попадания смазочного материала на корпус изолятора, особенно на двухтактном двигателе. Масло является электроизолятором, но когда оно смачивает нагар, то образовавшееся вещество становится токопроводящим, под действием температуры постепенно обугливается и становится еще более токопроводящим. При этом напряжение во вторичной цепи системы зажигания уменьшается и может оказаться равным или даже меньшим пробивного напряжения искрового промежутка свечи зажигания. Это приводит к перебойности искрообразования и даже к полному его прекращению. Это же может вызвать попадание влаги и загрязнение открытой части изолятора свечи зажигания, находящейся в подкапотном пространстве автомобиля. Нагар, который в процессе эксплуатации свечи зажигания образуется на тепловом конусе изолятора, является продуктом неполного сгорания попадающего масла. Масло сгорает не полностью при температуре теплового конуса ниже 400 °С. Для бесперебойной работы свеч зажигания нижний (тепловой) конус изолятора должен иметь температуру 400—900 °С. При такой температуре масло, попадающее на изолятор, сгорает без образования нагара. При слишком высокой температуре изолятора и центрального электрода (более 900 °С) возникает калильное зажигание, когда рабочая смесь воспламеняется от соприкосновения с накаленным концом изолятора и центральным электродом. В результате происходит слишком раннее воспламенение рабочей смеси. Признаком [значительного перегрева свечи зажигания служит белый цвет нижней части теплового конуса, оплавление изолятора и металла центрального электрода. Для обеспечения необходимой температуры теплового конуса свечи зажигания конструируются таким образом, чтобы часть теплоты отводилась в окружающую среду, т. е. должна обеспечиваться определенная теплоотдача. При этом, чем больше количество теплоты, выделяемого в камере сгорания, тем больше должна быть теплоотдача свечи зажигания. Количество теплоты, подводимого к свече зажигания, зависит от ряда параметров двигателя (степени сжатия, мощности, частоты вращения коленчатого вала). Поэтому на различные двигатели для обеспечения оптимальной температуры изолятора устанавливаются свечи зажигания с различной теплоотдачей. Теплоотдача свечи зажигания определяется отношением площади поверхности, которая воспринимает определенное количество теплоты, к площади поверхности, от которой теплота отводится. Теплопроводность свечи зажигания зависит главным образом от площади поверхности теплового конуса. Отводится теплота через наружную часть изолятора и корпус свечи зажигания. Так как наружная часть изолятора унифицирована, необходимую теплоотдачу обеспечивают изменением размеров теплового конуса. Свечи зажигания с малой теплоотдачей называют «горячими». Они предназначаются для тихоходных двигателей с небольшой степенью сжатия. Свечи зажигания с большой теплоотдачей называют «холодными». Они устанавливаются на быстроходные двигатели с высокой степенью сжатия. Определяет теплоотдачу свечей зажигания калильное число (ряд калильных чисел: 8, 9, 10, 11, 14, 17, 20, 23, 26). Чем больше калильное число, тем меньше длина теплового конуса изолятора и больше теплоотдача свечи зажигания (рис. 3.4.). Условное обозначение свечей зажигания содержит: обозначение резьбы в корпусе: А — резьба M14xl,25; M — резьба М18х1,5 калильное число длину резьбовой части корпуса: Н — 11 мм, С — 12,7 мм, Д — 19 мм, без буквы — 12 мм выступание теплового конуса изолятора за торец корпуса — В герметизация термоцементом по соединению изолятор — центральный электрод — Т порядковый номер конструкторской разработки Примеры обозначения свечей зажигания. А14ДВ-10 — свеча зажигания с резьбой на корпусе М14х1,25 и калильным числом 14, длина резьбовой части корпуса 19 мм, имеет выступание теплового конуса изолятора за торец корпуса, порядко­вый номер разработки 10. М8Т-1 — свеча зажигания с резьбой на корпусе M8x1,5 и калильным числом 8, длина резьбовой части корпуса 12 мм, тепловой конус изолятора выступает за торец корпуса, соединение изолятор — центральный электрод загерметизирован термоцементом, порядковый номер конструкторской разработки 1. Рис. 3.4. Калильные числа в зависимости от величины теплового конуса и изолятора: 11, 14, 17, 23, 26 — калильные числа по ГОСТ 2043—74; 125, 150, 175, 225, 250 — старые калильные числа по «БОШ»; 9, 8, 7, 5, 4 — новые калильные числа по «БОШ» Свечи зажигания А17ДВР и А17ДВРМ с помехоподавительными резисторами. Свечи зажигания различаются также по длине резьбовой части, так как при установке конец корпуса не должен находиться в камере сгорании. В противном случае резьба выступающей части корпуса покроется окалиной, и возникнут трудности при ее вывертывании. Недопустимо и заглубление горца корпуса, так как в этом случае ухудшается доступ свежей рабочей смеси к искровому промежутку свечи зажигания и под ней скапливаются отработавшие газы. В результате случаются перебои в воспламенении рабочей смеси. В зависимости от условий смесеобразования ставится свеча зажигания с выступающим тепловым конусом изолятора за торец корпуса или невыступающим. 3.3. Работа системы зажигания Работу системы зажигания можно разделить на три этапа: замыкание контактов прерывателя и нарастание первичного тока; размыкание контактов прерывателя и индуцирование вторичного напряжения; искровой разряд между электродами свечи зажигания. Рабочим режимом любой системы батарейного зажигания, использующей индукционную катушку в качестве источника высокого напряжения, является переходный режим, в результате чего образуется искровой разряд в свече зажигания. Первый этап — замыкание контактов прерывателя Здесь происходит подключение первичной обмотки катушки зажигания (накопителя) к источнику тока. Данный этап характеризуется нарастанием первичного тока и, как следствие этого, накопле­ние электромагнитной энергии, запасаемой в магнитном поле катушки. Второй этап — размыкание контактов прерывателя Источник тока отключается от катушки зажигания. Первичный ток исчезает, в результате чего накопленная электромагнитная энергия превращается в электростатическую. Возникает ЭДС высокого напряжения во вторичной обмотке. Третий этап — искровой разряд между электродами свечи зажигания В рабочих условиях при определенном значении напряжения происходит пробой искрового промежутка свечи зажигания с последующим разрядным процессом. Рассмотрим рабочий процесс на примере классической системы зажигания. Первый этап — замыкание контактов прерывателя На этом этапе вторичная цепь практически не влияет на процесс нарастания первичного тока. Токи и напряжения во вторичной цепи при относительно малой скорости нарастания первичного тока не значительны. Вторичную цепь можно считать разомкнутой. Первичный конденсатор замкнут накоротко контактами К (рис. 3.3). Рис. 3.3. Схема замещения классической схемы зажигания после замыкания контактов прерывателя Процесс нарастания первичного тока (напряжение аккумуляторной батареи) согласно второму закону Кирхгофа описывается уравнением где L1, — индуктивность первичной цепи; i1, — ток в первичной; цепи; t — текущее значение времени; R1 — омическое сопротивление первичной цепи. В начальный момент времени при t=0 ток i = 0. При этом скорость нарастания первичного тока (di1/dt)i=0 = Uб/L1максимальна и не зависит от сопротивления R1.При t = ∞ со ток достигает установившегося значения i = Uб\R1 а скорость его изменения равна нулю {di1/dt)t=∞ = 0. Для современных автомобильных катушек зажигания первичный ток достигает своего максимального значения примерно за 0,02 с. ЭДС взаимоиндукции мала по величине и также изменяется по экспоненциальному закону. В какой-то момент времени контакты размыкаются. Величина тока разрыва при прочих равных условиях зависит от времени замкнутого состояния контактов t3 Время t3 зависит от частоты вращения коленчатого вала двигателя (n), числа цилиндров (z), профиля кулачка, т. е. соотношения между углами замкнутого и разомкнутого состояния контактов. Частоту размыкания контактов при четырехтактном двигателе или число искр в секунду можно найти по формуле Время полного периода работы прерывателя находится так: где tp — время разомкнутого состояния контактов. Таким образом, ток разрыва уменьшается с увеличением частоты вращения коленчатого вала двигателя и числа цилиндров и увеличивается с увеличением времени замкнутого состояния контактов, которое определяется формой кулачка. Ток разрыва зависит также от параметров первичной цепи: он прямо пропорционален напряжению аккумуляторной батареи Uб, возрастает с уменьшением R1, и уменьшается с увеличением индуктивности L1. Чтобы найти потери в первичной цепи, необходимо вычислить величину действующего значения тока, которая определяется из выражения где Определив величину LlД, находят мощность потерь P1пот, которая рассеивается в первичной обмотке катушки зажигания, на добавочном сопротивлении и в проводах: Второй этап — размыкание контактов прерывателя После окончания процесса накопления в момент зажигания контакты прерывателя размыкают цепь и тем самым прерывают первичный ток. В этот момент магнитное поле исчезает и в первичной и вторичной обмотках катушки индуцируется напряжение. По закону индукции напряжение, индуцируемое во вторичной обмотке, тем выше, чем больше коэффициент трансформации и величина первичного тока в момент его прерывания. При выводе расчетных формул для подсчета первичного и вторичного напряжений воспользуемся упрощенной схемой, приведенной на рис.3.4 В данной схеме имеются два магнитосвязанных контура каждый из которых содержит емкость С1,С2, эквивалентное сопротивление R1 R2, индуктивность L1, L2. Во вторичный контур включены шунтирующее сопротивление Rш и сопротивление потерь Rп, имитирующие утечки тока на свече зажигания и магнитные потери. Рис.3.4. Упрощённая схема замещения классической системы зажигания после размакания контактов прерывателя В момент размыкания контактов прерывателя электромагнитная энергия, запасенная в катуш­ке, преобразуется в энергию элек­трического поля конденсаторов С1, и С2 и частично переходит в теп­лоту. Величину максимального вторичного напряжения можно по­лучить из уравнения электрического баланса в контурах первичной и вторичной цепей, пренебрегая потерями в них: где Iр —рабочий ток; U1m, U2m — максимальные значения первично­го и вторичного напряжения соответственно. Заменяя U1m на (W1 / W2 )U2m где W1и W2 — число витков пер­вичной и вторичной обмоток катушки зажигания, получим анали­тическое выражение для расчета максимальной величины вторично­го напряжения: Данное выражение не учитывает потери энергии в сопротивле­нии нагара, шунтирующего искровой промежуток ИП свечи зажига­ния, магнитных потерь в стали, электрических потерь в искровом промежутке распределителя и в дуге на контактах прерывателя, ко­торые приводят к снижению величины вторичного напряжения. Для учета потерь в контурах вводят коэффициент, выражающий уменьшение максимального напряжения из-за потерь; где W1 W2 — коэффициент трансформации катушки зажигания; коэффициент затухания, величина которого для контактных систем зажигания составляет 0,75—0,85. Изменения первичного тока i1, и вторичного напряжения U2 в процессе работы прерывателя показаны на рис. 3.5. При размыкании контактов прерывателя первичный ток i1, со­вершает несколько периодов затухающих колебаний (рис. 3.5, а) до тех пор, пока энергия, запасенная в магнитном поле катушки, не израсходуется на теплоту в контуре с сопротивлением R1. Если иск­ровой промежуток вторичной цепи сделать настолько большим, чтобы пробоя не произошло (режим холостого хода или открытой цепи), то вторичное напряжение U2, также как первичный ток, со­вершит несколько затухающих колебаний (рис. 3.5, б). Третий этап — пробой искрового промежутка Для зажигания рабочей смеси электрическим способом необхо­димо образование электрического разряда между двумя электродами свечи зажигания, которые находятся в камере сгорания. Протекание электрического разряда в газовой среде может быть представлено вольтамперной характеристикой (рис. 3.6). Участок Oab иллюстрирует процесс несамостоятельного разряда. Напряжение возрастает, ток остается практически неизменным и по величине ничтожно малым. При дальнейшем увеличении напряже­ния скорость движения ионов по направлению к электродам увели­чивается. При начальном напряжении Uн начинается ударная иони­зация, т. е. такой разряд, который, однажды возникнув, не требует для своего поддержания воздействия постороннего ионизатора. Если поле равномерное, то процесс поляризации сразу перерастает в пробой. Если поле неравномерное, то вначале возникает местный пробой около электродов в местах с наибольшей напряженностью электрического поля, достигшей критического значения. Рис.3.5. Переходные процессы в системе зажигания: а-затухание тока, б- затухание напряжения Этот разряд называется короной и соответствует устойчивой части вольтамперной характеристики (участок bc) При дальнейшем повышении напряжения «корона» захватывает новые области межэлектродного пространства, пока не произойдет пробой (точка с), когда между электродами проскакивает искра. Это происходит при достижении напряжением величины пробивного напряжения Unp. Проскочившая искра создает между сильно нагретыми электро­дами ионизированный канал. Температура в канале разряда радиусом 0,2—0,6 мм превышает 10000 К. Сопротивление канала зависит от величины протекающего по нему тока. Дальнейшее протекание процесса зависит от параметров газового промежутка, цепи источ­ника энергии. Рис.3.6. Вольт-амперная характеристика разряда Может иметь место или тлеющий разряд (участок de), когда токи малы, или дуговой разряд (участок m), когда токи велики вследствие большой мощности источника тока и малого сопротивления цепи. Оба эти разряда являются самостоятельными разрядами и соответствуют устойчивым участкам вольт-амперной характеристики. Тлеющий разряд характеризуется токами от 10-5 до 10-1 А и практически неизменным напряжением. Дуговой разряд характе­ризуется значительными токами при относительно низких напряжениях на электродах.

Похожие:

	Д. Н. Чубенко электротехника и электрооборудование транспортных и... Ч81 электротехника и электрооборудова­ние транспортных и транспортно-технологических машин [Текст] : учебно-практическое пособие...		Учебно-практическое пособие по разделу «электрооборудование автомобилей» «электрооборудование автомобилей» мдк 01. 02 Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта
	Методические указания по выполнению курсового проекта по дисциплине... Сервис транспортных и технологических машин и оборудования в апк. Фгоу впо ставропольский гау. Ставрополь, 2007. 29 с		Учебно-методическое пособие по курсовому проектированию для студентов... ...
	Кафедра транспортных процессов и технологий По направлению подготовки 23. 03. 03 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов»		Выбор и эксплуатация силовых трансформаторов «Электрооборудование и электрохозяйство предприятии организации и учреждении» направления 654500 «Электротехника электромеханика...
	Электрооборудование самолета ту-154М Составлены в соответствии с программой курса Электрооборудование самолета ту-154м (объем 18 ч.). Приведены основные данные систем...		Учебно-методическое обеспечение по направлению подготовки 190600... Характеристика профессиональной деятельности выпускника ооп по направлению подготовки 190600 «Эксплуатация транспортно-технологических...
	Курсовая работа " технология и организация сервиса транспортных и... Механизм формирования рынка услуг технического сервиса транспортных и технологических машин в регионе 9		Обеспечение качества и надежности системы электрооборудования автомобилей Работа выполнена на кафедре «Электрооборудование автомобилей и электромеханика» Тольяттинского государственного университета
	Методические указания к контрольным заданиям для студентов агробиологических... «Механизация с/х», «Технология обслуживания и ремонт машин в апк», «Автомобили и автомобильное хозяйство», «Сервис транспортных и...		Обеспечение экологичности предприятий автосервиса Допущено умо вузов РФ по образованию в области транспортных машин и транспортно-технологических комплексов в качестве учебного пособия...
	Рабочая программа практики к ооп от 02. 07. 2014 №07-101/02-219в Практика Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов. Магистерская программа: Техническая эксплуатация автомобилей		Рабочая программа дисциплины «Электротехнологии и электрооборудование в сельском хозяйстве» В соответствии с Программой кандидатского экзамена по специальности 05. 20. 02 «Электротехнологии и электрооборудование в сельском...
	Электрооборудование и эсуд бюджетных легковых автомобилей Книга предназначена для специалистов, профессионально занимающихся ремонтом автомобилей, а также для обычных автолюбителей, интересующихся...		Методическая разработка частная методика проведения практического... «Техническое обслуживание и диагностирование шасси тракторов и автомобилей» при изучении мдк. 03. 01 «Система технического обслуживания...