Автомобильные свечи зажигания

Электроискровая свеча является важнейшей деталью любой современной автомобильной системы зажигания. От правильного ее подбора степени зависит надежность работы двигателя внутреннего сгорания с принудительным воспламенением топливо-воздушной рабочей смеси. По принципу работы различают свечи с искровым воздушным зазором, полупроводниковые, со скользящей искрой, комбинированные и эрозийные. При любом исполнении свеча зажигания является быстродействующим искровым запалом топливовоз-душной смеси в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания.

Наибольшее распространение в двигателях внутреннего сгорания получили электроискровые свечи с воздушным зазором, что объясняется их простой конструкцией и высокой надежностью.

Особенности электроискрового разряда в свечах зажигания

Для образования искры в свече зажигания с воздушным зазором на ее электроды подается высокое напряжение, источником которого в двигателях внутреннего сгорания является индуктивный накопитель энергии — катушка зажигания. Как только разность потенциалов на электродах свечи достигает значения пробивного напряжения, между электродами происходит искровой разряд.

Пробивное напряжение зависит от параметров самой свечи (полярность центрального электрода, форма и материал электродов, величина воздушного зазора между электродами), от параметров, характеризующих условия воспламенения рабочей смеси в камере сгорания (состав и скорость движения смеси в зоне искрового промежутка, давление в момент пробоя искрового промежутка, температура электродов и рабочей смеси); пробивное напряжение зависит также от скорости нарастания напряжения на электродах свечи которое, в свою очередь, зависит от параметров выходного каскада системы зажигания. Величина пробивного напряжения воздушного промежутка в свече зажигания лежит в пределах 8 кВ ≤ U_пр ≤ <12 кВ. Максимальное значение пробивного напряжения характерно для режимов пуска и разгона двигателя, минимальное — для работы на установившихся режимах. Для надежной и бесперебойной работы системы зажигания максимальное напряжение U_2max развиваемое катушкой зажигания, должно превышать необходимое пробивное напряжение U_пp на всех режимах работы двигателя с достаточным запасом: U_2max=1,5 U_пp. Энергия, запасенная в индуктивном накопителе (в катушке зажигания), выделяется между электродами свечи в виде электрической искры. Электроискровой разряд является источником тепла, а также сильной ионизации и протекает практически мгновенно. Температура канала разряда (ионизированного искрового жгута) радиусом 0,2...0,6 мм превышает 10000°К. Электроискровой разряд энергии, накопленной в катушке зажигания, всегда распадается на две фазы: емкостную и индуктивную (рис. 2).

После того как ток I₁ в первичной (накопительной) обмотке катушки зажигания прерывается, начинает быстро исчезать магнитное поле, накопленное вокруг первичной обмотки за время протекания по ней первичного тока. При этом напряжение U₂ на вторичной обмотке, а значит и на электродах свечи зажигания, возрастает. Когда напряжение U₂ становится равным пробивному (U_пp), между электродами свечи происходит электроискровой разряд. В начале разряда будет иметь место емкостная фаза (участок а...б). а затем индуктивная (участок б...в).

Емкостная фаза представляет собой разряд энергии, накопленной к моменту пробоя в электрических полях системы зажигания. Эти поля образуются в сосредоточенной емкости первичной и распределенной емкости вторичной цепи выходного каскада системы зажигания. Поскольку искровой промежуток сильно ионизирован и его сопротивление мало, ток емкостной фазы может достигать нескольких десятков и даже сотен ампер, однако длительность этой фазы незначительная — 1...3 мкс.

Рис. 2 Изменение напряжения между электродами свечи зажигания во время электроискрового разряда:
1 — максимальное значение напряжения на вторичной обмотке катушки зажигания — U_2max=1,5 U_пp; 2 — пробивное напряжение (U_пp), при котором возникает электрическая искра (масштаб U_2max и (U_пp) — уменьшен); 3 — напряжение ид электрической дуга тлеющего разряда при индуктивной фазе разряда; а...б — емкостная фаза разряда; б...в — индуктивная фаза разряда.

Индуктивная фаза разряда следует сразу вслед за емкостной и представляет собой тлеющий разряд в догорающих газах той части энергии магнитного поля катушки зажигания, которая осталась в ней после завершения емкостной фазы разряда. Продолжительность индуктивной фазы значительно больше емкостной и достигает нескольких миллисекунд, но ток тлеющего разряда не превышает десятков миллиампер. Для систем зажигания с индуктивным накопителем энергия емкостной фазы находится в пределах 5... 15 мДж, а индуктивной фазы — 50...100 мДж.

В нормально работающем двигателе рабочая смесь в камере сгорания воспламеняется во время емкостной фазы разряда, когда температура в искровом промежутке свечи зажигания достигает максимальных значений (10000°К и более). Однако индуктивная фаза играет более значительную роль при догорании топливовоздушной смеси и особенно на низких оборотах и на переходных режимах работы двигателя. В таких условиях индуктивная фаза разряда (длительность, энергия) оказывает более существенное влияние, чем емкостная фаза, на выходные характеристики двигателя (экономичность, мощность, токсичность). Однако емкостная фаза, являясь первичным "поджигателем" топливо-воздушной смеси, определяет устойчивость и эффективность работы двигателя внутреннего сгорания, а также является основным средством стабильности и высокоточного управления моментом зажигания в цилиндрах двигателя.

Следует отметить, что емкостная фаза сопровождается высокочастотными колебаниями, которые являются источником радиопомех.

Материалы по теме:
Неисправности автомобильных свечей зажигания и причины их появления
Обслуживание автомобильных свечей зажигания
Устройство автомобильной свечи зажигания
Тепловая характеристика свечей зажигания автомобиля