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.

Поиск по сайту: