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