3.2 Форсування запалювання

Одним з перспективних напрямів поліпшення економічних та екологічних характеристик бензинових ДВЗ є створення двигуна з робочим процесом на бідних паливо-повітряних сумішах. Проте практична реалізація цієї ідеї вимагає вирішення ряду проблем , головна з яких - зростаюча по мірі збіднення суміші між циклова нестабільність процесу згоряння , обумовлена ​​зростаючою кількістю циклів з млявим перебігом процесу згорання і пропусками займання . Це призводить до різкого зростання витрати палива і збільшення вмісту токсичних компонентів у відпрацьованих газах.

Величина між циклової нестабільності безпосередньо пов'язана з тривалістю початкової фази згоряння. У цьому зв'язку забезпечення швидкого розвитку початкового вогнища ( ПВ) горіння є головним шляхом підвищення між циклової стабільності та розширення меж ефективного збіднення суміші .

Форсування розвитку ПВ та розширення , тим самим , меж ефективного збіднення суміші можна досягти, наприклад , збільшенням запалюючої здатності іскри.

Найпростішим рішенням цього є збільшення обсягу початкового вогнища за рахунок збільшення між електродного зазору dел свічок запалювання при збереженні традиційних схем систем запалювання.

Зазор між електродами визначає довжину каналу іскри і обсяг активованої розрядом області. При цьому збільшується площа контакту іскрового каналу з запалювали сумішшю і зменшується тепловідвід в електроди , вогнище починає розвиватися від великих початкових розмірів , що сприяє прискореному розвитку полум'я ( рис. 3.3). Найбільший ефект досягається при збільшенні зазору в ДВЗ від 0,6 до 0,9 ... 1,2 мм.

а б

Рис. 3.3 Фотографії іскрового розряду

(стандартні атмосферні умови):

а - dел = 1 мм; б - dел = 3 мм

Подальше його збільшення призводить до зростання величини пробивних напруг і збільшення споживаної енергії.

Збільшення розмірів НО можна досягти застосуванням багато-точкового займання . Таке запалювання може бути реалізовано за допомогою спеціальних багато електродних свічок запалювання , що мають два , три або чотири бічних електрода , рівномірно розподілених по колу . Застосування таких свічок помітно зменшує не відтворення зміни тиску в послідовних робочих циклах. Це пояснюється більшою ймовірністю попадання в зону іскри паливо-повітряної суміші оптимального складу і форсуванням розвитку початкової фази згоряння завдяки збільшенню його початкового розміру.

а

б

Рис. 3.4 Динаміка розвитку фронту

Ще один сприятливий фактор пов'язаний з умовами поширення фронту полум'я. У разі застосування одноелектродні свічок запалювання зароджується фронт полум'я обмежений поверхнею бічного електрода (рис. 3.4, а). Його інтенсивний розвиток починається лише з виходу з між електродного простору. У багато електродних свічок, навпаки, зазор «відкритий» і розвиток фронту відбувається без гасящого впливу бічних електродів (рис. 3.4, б).

Крім впливу на динаміку процесу згоряння, багато іскровий розряд знижує інтенсивність утворення нагару на свічці, а збільшення площі розряду - ерозію електродів свічки запалювання.

Найбільш простим способом форсування процесу займання, що не вимагає конструктивного втручання в ДВЗ, є вплив на формування початкового вогнища через збільшення параметрів традиційного іскрового розряду - сили струму і тривалості розряду.

Збільшення сили струму Iр в іонізаційному каналі між електрода -ми свічки запалювання призводить до підвищення температури суміші навколо нього , що інтенсифікує реакції горіння.

Однак , збільшення струму розряду понад 200 мА недоцільно , що пов'язано з падінням напруги розряду і втратами енергії в опорах вторинної ланцюга системи запалювання. Крім того , при великих токах посилюється ерозія електродів свічки запалювання і скорочується термін її служби.

Збільшення тривалості розряду τр підвищує його спалахують здатність . Крім того , при тривалому розряді створюється велика ймовірність сприятливого для запалювання локального поєднання параметрів суміші в області між електродного зазору. Позитивну роль відіграє також підживлення початкового вогнища енергією, що виділяється в індуктивній фазі.

Тривалий розряд здатний також певною мірою компенсувати негомогенності суміші в області між електродного зазору.

Все це значною мірою підвищує вірогідність розвитку з початкового вогнища горіння сталого фронту полум'я (рис. 3.5) .

Сучасні електронні системи запалювання здатні генерувати комбіновані розряди складної форми і автоматично змінювати потужність , тривалість іскрового розряду , а також кут випередження запалювання відповідно до режиму роботи двигуна.

Для кожного режиму роботи ДВЗ є оптимальне поєднання зазначених вище параметрів іскрових розрядів, що відповідає максимальній паливної економічності та мінімальної токсичності відпрацьованих газів. В електронних системах запалювання електричні сигнали від відповідних датчиків Д (датчика Холла, датчика температури охолоджуючої рідини, датчика детонації, датчика масової витрати повітря) надходять в електронний блок управління - контролер (рис. 3.6), в якому відбувається їх обробка.

Рис. 3.5. Кінограм розвитку початкової вогнища горіння в пропано-повітряної суміші (стандартні умови, Iр = 200 мА, α = 1,5):

а - τр = 1 мс; б - τр = 4 мс

На основі аналізу сигналів датчиків контролер видає оптимальний з точки зору токсичності ВГ і витрати палива керуючий імпульс на транзисторний комутатор ТК, який перериває струм у котушці запалювання КЗ.

Рис. 3.6. Схема системи запалювання з електронним управлінням:

Д - датчики; К - контролер; ТК - транзисторний комутатор;

КЗ - котушка запалювання; СЗ - свічки запалювання