4. 4. С в е ч и з а ж и г а н и я

Рабочая смесь в камере сгорания двигателя воспламеняется с помощью свечи зажигания (рис.3), представляющей собой двухэлектродный разрядник неразборной конструкции.

Свеча на двигателе работает в тяжелых условиях. Она подвергается высоким механическим и тепловым нагрузкам, а также электрическим и химическим воздействиям.

Температура в камере сгорания колеблется от 70 до 2700 °С. Из-за неравномерного нагрева отдельных участков свечи возникают тепловые деформации. На поверхность свечи в камере сгорания действует давление до 10 МПа. Это все обуславливает требования к конструкции свечей.

Рис.3. С В Е Ч A 3 А Ж И Г А H И Я

В стальном корпусе свечи, имеющей резьбовую часть для ввёртывания в головку блока цилиндров, находится сердечник и керамический изолятор. В нижней части сердечника установлен выполненный из жаростойкого сплава центральный электрод, а в верхней части контактный стержень. Выступающая наружу часть снабжена резьбой для подсоединения наконечника провода высокого напряжения. Находящаяся внутри сердечника часть стержня выполнена с сетчатой накаткой, улучшающей сцепление стержня с токопроводящим стеклогерметиком, которым заполнено пространство между электродом и контактным стержнем. Для обеспечения герметичности соединения изолятора с корпусом свечи производится завальцовка ободка корпуса с последующей его термоосадкой. В нижней части корпуса свечи установлена теплоотводящая стальная шайба, обеспечивающая упор и уплотнение изолятора, а к концу резьбовой части корпуса приварен боковой электрод.

Для бесперебойной работы свечи зажигания температура нижней части изолятора должна быть в пределах 400...900 °С, при которой происходит сгорание нагара (самоочищение свечи). При температуре 400 °С токопроводящий нагар откладывается на изоляторе и возникает ток утечки. При этом уменьшается напряжение, развиваемое катушкой зажигания. При температуре 850...900 °С может возникнуть самопроизвольное зажигание от накаленных частей свечи ( калильное зажигание ). Температура до которой изолятор свечи нагревается, зависит от конструкции свечи, т.е. от отношения площади нагрева к площади охлаждения. Свечи с малой площадью нагрева и большой теплоотдачей называются "холодными". Свечи с большой площадью нагрева и малой теплоотдачей называются " горячими ".

Тепловую характеристику свечи оценивают калильным числом отвлеченной величиной, пропорциональной среднему индикаторному давлению в цилиндре, при котором во время испытания свечи возникает калильное зажигание. По ГОСТ 2043-76 установлен ряд калильных чисел 8, 11, 14, 17, 23, 26. Чем больше калильное число, тем «холоднее» свеча зажигания.

5. П р и н ц и п р а б о т ы

К О Н Т А К Т Н О - Б А Т А Р Е Й Н О Й

С И С Т Е М Ы 3 А Ж И Г А Н И Я

Основными элементами контактно–батарейной системы зажигания (рис. 1) являются: катушка зажигания Т, свечи FV, распределитель ПР, объединяющий прерыватель и распределитель, конденсатор, аккумуляторная батарея и цепочка для облегчения пуска RgSB.

При включенной ключе зажигания SA и замкнутых контактах прерывателя П по первичной цепи катушки зажигания будет протекать ток. Этот ток создает магнитный поток, который замыкается через сердечник катушки, пронизывая витки обеих обмоток.

При размыкании контактов ток в первичной обмотке прерывается, а магнитный поток, созданный этим током, исчезает. В первичной обмотке при этом возникает ЭДС самоиндукции порядка 200…300 В, а во вторичной трансформируется высокое напряжение, которое поступает через распределитель Р на соответствующую свечу. При достижении вторичным напряжением значения пробивного напряжения U_п между электродами свечи происходит искровой разряд.

Конденсатор С, включенный параллельно контактам прерывателя уменьшает искрение в контактах и, разряжаясь через первичную обмотку, создает импульс тока обратного направления, что ускоряет исчезновение магнитного поля повышает вторичное напряжение.

Рис.1. ПРИНЦИПИЯЛЬНЯЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ СХЕМЯ

КОНТАКТНО - БАТАРЕЙНОЙ СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ.

6. Р А Б О Ч И Й П Р О Ц Е С С С И С Т Е М Ы З А Ж И Г А Н И Я

Рабочий процесс системы зажигания может быть разделен на три этапа.

Первый этап – нарастание тока после замыкания контактов и образование нарастающего магнитного поля, которое индуцирует в витках первичной обмотки ЭДС самоиндукции, направленное навстречу току, следовательно, замедляя его нарастание. Установившееся значение силы тока в первичной цепи

где

U₁ – напряжение, подведенное к первичной цепи;

R₁ – сопротивление первичной обмотки катушки зажигания;

R_g – сопротивление добавочного резистора.

I_у достигается, примерно через 0,02 с. Во вторичной, обмотке индуцируется ЭДС порядка 2…3 кВ. На этом этапе идет процесс накопления энергии.

Второй этап – размыкание контактов прерывателя. После размыкания контактов прерывателя, первичная обмотка катушки зажигания с конденсатором составляет колебательный контур с индуктивностью L₁, ёмкостью С₁ и сопротивлением R_g, в котором первичный ток совершает затухающие колебания. Электромагнитная энергия накопления в магнитной системе катушки зажигания равна

где

L₁ – индуктивность первичной обмотки;

I²_p – ток в момент разрыва контактов прерывателя;

Эта энергия преобразуется в электростатическую энергию, которая накапливается в конденсаторе С₁ и емкости С₂, вторичной цепи.

Третий этап – пробои искрового промежутка свечи. Как только напряжение вторичной обмотки U₂, достигает значения, достаточного для пробоя искрового промежутка (напряжение пробоя U_пр свечи), происходит электрический разряд. Электрический разряд имеет две фазы: ёмкостную и индуктивную.

Ёмкостная Фаза – это разряд энергии, которая накопилась ёмкости вторичной цепи. Емкостная Фаза ярко голубого цвета протекает в течение ко-

роткого промежутка времени с (10^-6 с), характеризуется большим зарядным током (несколько десятков ампер).

Вторая индуктивная Фаза разряда происходит по подготовленному ионизированному каналу. Ток разряда составляет несколько десятков миллиампер. Обычно топливная смесь воспламеняется ёмкостной фазой искрового разряда. Индуктивная Фаза способствует нагреву начального объема смеси при пуске двигателя.

6.1. Снять рабочие характеристики исследуемой системы зажигания Рабочими характеристиками называется зависимость вторичного напряжения U₂ и тока в первичной обмотке катушки I₁ от частоты вращения валика распределителя.

6.2. Собрать схему в соответствии с рис. 2 и представить её на проверку преподавателю.

Рис. 2. СХЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

ХАРАКТЕРИСТИК БАТАРЕЙНОЙ СИСТЕМЫ ЗАЖИГАНИЯ

6.3. Для снятия этой характеристики необходимо при помощи регулируемого источника питания (ВСА – 5К) менять напряжение, подводимое к якорю двигателя.

Измерение вторичного напряжения U₂ производится при помощи трёхэлектродного разрядника. Перемещая подвижный электрод необходимо получить бесперебойное искрообразование при максимально возможном расстоянии между электродами. Величину вторичного напряжения определяют по номограмме (рис. 3).

Рис.3. НОМОГРОММА ДЛЯ ОПРЕЖЛЕНИЯ ЗНАЧЕНИЙ

НАПРЯЖЕНИЯ НА РАЗРЯДНИКЕ

Результаты измерения занести в таблицу №-1

Таблица №-1

n, мин^-1	300	600	900	1200	1500	1800	2100	2400	2700	3000
I1,А
I', A
δ,мм
U2,кВ

По результатам опытов построить в одной системе координат рабочие характеристики I₁ = f₁ (n) и U₂ = f₂ (n).

7. Исследовать переходные процессы, происходящие в первичной и вторичной обмотке катушки зажигания.

7.1. Включить осциллограф и выключатель SA установить положение «Выкл.». Установить частоту вращения валика в распределителе в пределах 200…400 мин^-1 (по указанию преподавателя). Настроить осциллограф на неподвижном изображении. Зарисовать в масштабе полученное изображение и определить частоту следования импульсов, амплитуду тока (ток разрыва I_p) и время нарастания тока. То же повторите при средних и высоких частотах вращения валика распределителя (по указанию преподавателя). Проанализировать форму нарастания тока в первичной обмотке катушки.

7.2. НАСТРОЙКА ОСЦИЛЛОГРАФА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ДЛИТЕЛЬНОСТИ ИССЛЕДУЕМЫХ СИГНАЛОВ

1. Установить ручки управления в следующие положения:

• «» - яркость изображения в положении достаточной яркости для наблюдения;

• «» - чёткость «фокус»;

• «» - освещение шкалы в положении, удобном для наблюдения;

• переключатель режима работы в положении «I» (первый канал);

• переключатель « , , » режима входов усилителей в положение « »;

• ручку синхронизации развёртки в положение « ВНУТ «I» »

• ручку синхронизации развёртки «АВТ, ЖДУЩ» в положение «АВТ»;

• переключатель режима синхронизации в положение « », в случае невозможности получить устойчивое изображение, в этом режиме перевести переключатель в положение « » и ручкой регулировки уровня синхронизации установить устойчивое изображение;

• ручкой « » вертикального перемещения луча установить по центру экрана.

2. Подайте исследуемый сигнал на вход « »IM Ω 30 pF «I» канала.

3. Поставьте переключатель«V/ДЕЛ» в такое положение, чтобы амплитуда изображения составляла около шести делений.

4. Установите ручку « » вертикального положения так, чтобы нулевой уровень сигнала совпадал с одной из нижних линий, а максимум находился в пределах экрана.

5. Поставьте переключатель «ВРЕМЯ/ДЕЛ» в положение, при котором на экране ЭЛТ укладывается не менее 5 периодов сигнала.

6. Установите ручкой « » изображение так, чтобы начало периода сигнала совпадало с левой вертикальной линией шкалы.

7. Измерить количество делений шкалы по горизонтали, которые занимают 5 полных периодов.

8. Рассчитайте количество делений шкалы, соответствующее одному периоду.

9. Результат вычислений пункта 8 умножьте на установленную длительность развёртки («ВРЕМЯ/ДЕЛ»).