Содержание

Работа системы зажигания инжекторного двигателя

Система зажигания служит для поджигания смеси в определенный период, вследствие чего начинается процесс сгорания. От нормальной работы системы зажигания зависит мощность двигателя, содержание вредных веществ в отработавших газах, а также топливная экономичность.

Процесс воспламенения топливовоздушной смеси

Когда поршень сжимает топливовоздушную смесь, давление в камере сгорания достигает 20-40 бар, а температура смеси 400 — 600°С. Но чтобы смесь загорелась, т.е. произошел бы процесс горения этого недостаточно и нужно на нее воздействовать. Для этого служит искра, которая возникает между центральным и боковым электродами свечи зажигания. Но если искровой заряд будет маломощным, то возгорание может и не произойти.

Чтобы смесь поджигалась нужен очень мощный разряд. К примеру, для стехиометрической смеси он составляет 0.2 мДж, а для ‘бедной’ или ‘богатой’ смеси он должен быть равным 3. 0 мДж. Необходимо, чтобы около искры находилось оптимальное количество топливовоздушной смеси. Именно это количество и поджигает всю оставшуюся смесь в цилиндре, а дальше начинается процесс сгорания топлива.

В системе зажигания автомобиля присутствует катушка зажигания, которая накапливает энергию и передает ее на свечу зажигания для возникновения напряжения. Особенность катушки зажигания состоит в том, что напряжение, которая она создает, намного превышает величину пробоя в зазоре свечи зажигания. Катушки зажигания способны накапливать энергию в районе 60 — 120 мДж и обеспечивают напряжение равное 25 — 40 кВ.

Условия для качественного горения топлива:

  • Достаточная продолжительность искрового разряда,
  • Оптимальное распыление топливовоздушной смеси,
  • Однородность топливовоздушной смеси,
  • Стехиометрический состав топливовоздушной смеси.

На процесс горения также влияет величина искрового разряда между электродами свечи зажигания. Увеличение зазора способствует увеличению длины искры, что приводит к более лучшему процессу сгорания топлива. Величину зазора в свечи зажигания надо выставлять согласно данным производителя мотора.

Угол опережения зажигания (УОЗ). Что это такое?


Три миллисекунды — именно столько проходит между моментом начала воспламенения смеси и ее полным сгоранием.

При повышении частоты вращения коленвала время сгорания остается постоянным, но средняя скорость перемещения поршня возрастает. Это ведет к тому, что когда поршень отходит от ВМТ, сгорание смеси произойдет в большем объеме и давление газов на поршень уменьшиться. Из-за этого упадет мощность двигателя.

Кроме того, при одной и той же частоте вращения коленвала с увеличением нагрузки на двигатель момент воспламенения должен наступать позже. Это объясняется тем, что увеличивается количество горючей смеси, поступающей в цилиндры, и одновременно уменьшается количество примешиваемых к ней остаточных отработавших газов, вследствие чего повышается скорость сгорания. Искра должна возникнуть в тот момент, когда давление сгорания при разных рабочих режимах будет наиболее оптимальным.

Это вызывает необходимость воспламенять рабочую смесь с опережением (до прихода поршня к ВМТ) с таким расчетом, чтобы смесь полностью сгорела к моменту перехода поршнем ВМТ.

Момент зажигания принято определять по положению коленчатого вала относительно ВМТ и обозначать его в градусах до ВМТ. Этот угол называют углом опережения зажигания (УОЗ). Сдвиг момента зажигания в сторону ВМТ считается поздним (УОЗ уменьшается), а сдвиг от ВМТ — ранним (УОЗ увеличивается). Чем выше частота вращения коленвала, тем более ранним должен быть угол опережения зажигания.

Момент зажигания является важным показателем в работе двигателя. От него зависит экономичность мотора, максимальная мощность и содержание вредных веществ в выхлопных газах.

В инжекторных моторах система самостоятельно рассчитывает угол опережения зажигания в зависимости от работы мотора в определенный период. Угол опережения зажигания определяется на основании скорости вращения коленвала, режима работы мотора и нагрузки на двигатель. На основании этих данных система управления двигателем подбирает оптимальный УОЗ.

Детонация двигателя. Что это такое?

Детонация — это непредсказуемые взрыв в моторе, который происходит в неположенное время и может загубить двигатель. Детонация возникает при высокой степени сжатия двигателя и носит опасный характер для мотора. Детонация бывает из-за самопроизвольного сгорания топливовоздушной смеси в камере сгорания.

Детонация свидетельствует о том, что момент зажигания очень ранний. Вследствие могут пострадать детали двигателя из-за повышенной температуры и давления паров. В первую очередь страдают поршни, прокладка головки цилиндров и головка в зоне клапанов. Детонация может приводить к ремонту двигателя.

Детонация мотора можно возникать:

  • При большой нагрузки на двигатель и повышенных (близким к критическим) оборотов коленчатого вала.
  • При разгоне. Она слышна как металлический звон и стуки в двигателе (‘стучат пальчики’). Она бывает при повышенной нагрузке, но при малых оборотах мотора. Именно она считается как самая опасная детонация, т.к. ее вовсе не слышно из-за повышенного шума мотора на больших оборотах.
  • Из-за конструкции двигателя, а также от плохого топлива.

Система зажигания инжекторного двигателя

Система зажигания служит для воспламенения топлива, что и позволяет ему превращаться в силу, приводящую автомобиль в движение. Искра зажигания должна появиться в правильный момент, быть достаточно длинной, сильной и долговременной. А от работы всей системы зависит мощность мотора, расход топлива и даже содержание вредоносных веществ в выхлопных газах.

При сжатии в цилиндре топливовоздушной смеси в камере сгорания образуется давление в 20-40 бар, а температура возрастает до 400-600°C. И хотя цифры впечатляют, но, оставаясь в покое, топливо при таких условиях не воспламенится. Для этого необходима искра.

Искра образуется между боковыми и центральным электродами свечи зажигания. Расстояние между ними определяет мощность искры, а она прямо влияет на то, произойдет ли возгорание. При маломощном разряде, топливовоздушная смесь может не воспламениться.

Для того чтобы в свече возникла искра, необходима энергия. В системе зажигания есть катушка, функция которой и заключается в аккумулировании энергии, а затем передаче на свечу ее часть. Напряжение, создаваемое катушкой зажигания, многократно превышает силу разряда, возникающего в свече. Она способна накопить 60-120 мДж энергии и обеспечить напряжение в 25-40 кВ.

Чтобы воспламенение топлива произошло, необходимо сочетание нескольких факторов. Искра должна обладать действительно большой силой заряда. А какой именно, зависит от типа смеси. Так, для стехиометрической это 0,2 мДж, а для «бедной» или «богатой» — 3 мДж. В момент разряда возле свечи должно быть не слишком много и не слишком мало топлива и примешиваемых к нему газов, их количество должно быть оптимальным. Именно эта часть смеси и распространит горение на все остальное топливо.

Необходимые условия

Для качественного сгорания топлива необходимо соблюдение таких условий:

• искра должна сохраняться достаточно долгий промежуток времени;

• топливовоздушная смесь должна быть однородной и распыленной равномерно;

• стехиометрический состав должен быть уравновешен.

Длина самой искры так же немаловажна для процесса горения топлива. Чем она больше, тем лучше. Увеличить ее можно, увеличивая зазор между электродами свечи зажигания. Чтобы выставить это расстояние правильно, необходимо опираться на техническую документацию двигателя.

Угол опережения зажигания (УОЗ)

Момент зажигания — это важный фактор. От воспламенения топливной смеси до ее полного сгорания проходит примерно три миллисекунды. Именно поэтому зажигание должно произойти в определенный момент, так, чтобы смесь полностью сгорела до перехода поршнем верхней мертвой точки (ВМТ). Своевременное зажигание и диктует качественные свойства двигателя: экономию топлива, мощность мотора, вредность паров сгорания.

 

 

Важно понимать, что при увеличении интенсивности вращения коленвала, скорость движения поршня возрастает, но скорость горения топлива остается прежней. Так возникает ситуация, приводящая к падению давления: когда поршень находится далеко от верхней мертвой точки, объем пространства для горения смеси больше, что и снижает давление. А это, в свою очередь, снижает мощность двигателя.

Если же интенсивность вращения коленвала остается неизменной, но увеличивается нагрузка на мотор, важно, чтобы зажигание происходило позже. Ведь объем топлива в цилиндры при таком режиме поступает больший, а вот количество остаточных газов, смешиваемых с ним, уменьшается. Это ведет к уменьшению времени, необходимого для полного сгорания смеси. Поэтому и искра должна возникать позже.

Для правильной работы системы разряд должен возникать тогда, когда давление, вне зависимости от режима работы двигателя, оптимально. Поэтому воспламенение смеси до того, как поршень окажется в верхней мертвой точке, необходимо, но момент этот не одинаков.

Определяющей здесь является позиция коленчатого вала по отношению к ВТМ: момент зажигания обозначается в градусах до мертвой точки. Этот угол и называется углом опережения зажигания.

Если момент зажигания приближается к ВМТ — он называется поздним, УОЗ становится меньше. Если отдаляется — ранним, УОЗ становится больше. Чем интенсивнее движение коленвала, тем больше должен быть угол опережения зажигания.

Инжекторные системы хороши тем, что сами определяют УОЗ в зависимости от трех основных факторов: режима работы, скорости вращения коленчатого вала и нагрузки на мотор. Анализируя эти показатели, система управления двигателем высчитывает оптимальный УОЗ.

Детонация

Детонация двигателя — это настолько же нехорошо, как и звучит. Этим термином обозначаются непредсказуемый взрыв, который случается в двигателе в случайный момент времени. Опасен он тем, что может стать причиной полного выхода двигателя из строя.

 

 

Детонация случается при слишком раннем УОЗ и высокой степени сжатия. Происходит она в результате самопроизвольного возгорания топливовоздушной смеси.

Сила самого взрыва незначительна, но температура и давление возрастают, что и может привести к поломке деталей двигателя. Чаще всего возникают повреждения поршней и прокладки головки блока цилиндров, особенно возле клапанов.

Вероятность возникновения детонации особенно высока при:

• высокой нагрузке на мотор и приближающейся к критической частоте оборотов коленвала;

• разгоне — когда нагрузка на двигатель большая, но обороты малые; такая детонация слышится как серия стуков и металлического звона, её принято считать самым опасным видом детонации, так как рёв мотора способен полностью заглушить звуки взрывов;

• конструктивных дефектах двигателя;

• некачественном топливе.

Система зажигания инжекторного и дизельного двигателя автомобиля: виды (контактная и другие)

02.03.2023