19. Воспламенение рабочей смеси искровым разрядом. Пробивное напряжение.

П оложительные и отрицательные ионы (газа, твердых и жидких веществ, космические и солнечные лучи) и электроны получают при наличии поля дополнительное ускорение и начинают перемещаться в направлении и против направления поля в зависимости от знака заряда. При столкновении

их с молекулами газа последние ионизируются, т.е. расщепляются на положительные ионы и электроны.

Вновь отщепленные электроны разгоняются полем и ионизируют встреченные ими частицы газа, т.е. лавинообразно нарастает число электронов, движущихся к аноду и положительных ионов к катоду. Возникает электропроводящий канал – стример перерастающий в газообразную плазму.

Пробивное напряжение – основная характеристика, определяющая требования к системе зажигания.

Запаздывание пробоя и коэффициент импульса

Запаздывание пробоя – время, необходимое для искрообразования после приложения напряжения к электродам свечи.

U≥Uпр

Процесс запаздывания характеризуется коэффициентом импульса

β=Uпр/Uпр₀ – чем больше скорость нарастания напряжения, тем выше пробивное напряжение.

На коэффициент импульса влияет также форма электродов; степень неоднородности поля; давление, с увеличением которого коэффициент импульса резко понижается; состав смеси.

Запаздывание пробоя в аппаратах зажигания

Электрический пробой происходит в пределах первой полуволны. Величина U2м в сравнении с Uпр характеризует запас по напряжению данной системы в данных условиях.

К₃= U2м/Uпр – коэффициент запаса по вторичному направлению.

К₃ – отвечает на вопрос как долго можно не обращаться с обслуживанием к аппаратам зажигания, если в процессе работы V_пр повышается сверх расчетного значения.

Т.е. U2м характеризует потенциальную возможность системы зажигания.

Uпр характеризует свечу, рабочий процесс двигателя, а также его параметры.

Обычно: К₃=1,4 - 1,6

20. Факторы, влияющие на величину пробивного напряжения. Закон Пашена

Система зажигания должна с одной стороны обеспечить требуемый для пробоя искрового промежутка напряжение, а с другой не должна выделять в искровом промежутке слишком большой энергии, сокращающей срок службы свечи.

1.Расстояние между электродами.

В зависимости от расстояния между электродами пробой происходит при Е ≥ 3,0 кВ/мм (однородное поле, нормальные условия)

- для однородного поля.

+

Зависимость Uпр от зазора между электродами δ обусловлено величиной напряженности электрического поля, требующейся для пробоя и не являющейся линейной

δ, мм	Uпр, кВ	Епр, кВ/мм
10	30	3,0
3	11	3,67
0,2	2,9	5,8

для однородного электрического поля

Чем меньше δ, тем меньше объем газа, а следовательно и меньше ионов находится в в искровом промежутке.

Для развития процесса ударной ионизации недостаток ионов должен быть скомпенсирован увеличением скорости их движения в момент столкновения их с нейтральными молекулами. Увеличение силы, разгоняющей ион, достигается увеличением напряженности электрического поля, а следовательно и напряжения.

Для малых промежутков δ требуется большая напряженность электрического поля.

2.Форма и полярность электродов.

В однородном поле Uпр возникает при определенной форме электродов. Полярность не играет роли. В неоднородном поле, вызванном формой электродов Е_пр < 30 кВ/мм. В свечах, имеющих новые электроды пробивное напряжение U ~ на 20% ниже, чем у длительно работавших . Если острие имеет положительную полярность U_пр снижается.

3.4.Давление и температура.

Uпр = 1,36 + 30δd

Для возникновения ионизации при высоком давлении необходимо увеличивать скорость частиц за напряженности

Для нормальных условий

δ – зазор между электродами

d – относительная плотность газа

Т – температура в ^оК

Р – абсолютное давление в мм рт. ст.

Uпр = 1,36 + 11,6δ

Пробивное напряжение газа зависит от произведения давления газа на расстояние между электродами, т.е.

U = - закон Пашена

5.Температура электродов

Температура нагрева центрального электрода t = 700 – 800 ^оС, бокового – t = 200 – 250 ^оС

Центральный электрод нагревает граничащий с ним газ, в результате чего в соответствии с законом Пашена Uпр снижается на 30% - 50%.

Свыше 800 ^оС – появляется термоэлектронная эмиссия, также снижающая Uпр (при соответствующей полярности.

6. Материал электродов.

Никель, хромоникелевая, хромотитановая сталь.

Влияние на Uпр оказывает только добавка радиоактивных материалов (стронций, цезий и т.д.)

ЦЭ 13Х25Т, реже Х20Н80 (нихром)

Влияние рабочих режимов двигателя и его конструктивных факторов на Uпр.

Uпр

кВ

1

100% нагр.

хх

n пуска

При работе двигателя внутреннего сгорания на U_2пр влияют все перечисленные факторы в совокупности.

Наибольшее Uпр наблюдается при максимальной пусковой частоте вращения и при минимальной частоте вращения с полной нагрузкой.

Указанные факторы действуют согласно, повышая Uпр по сравнению с высокими оборотами.

Уменьшение Uпр по мере роста n объясняются следующими причинами:

1. Увеличением нагрева газа и ЦЭ свечи

2. Снижением давления в момент подачи искры за счет увеличения угла опережения зажигания

3. По мере увеличения нагрузки Uпр возрастает за счет увеличения давления, вызванное большим открытием дроссельной заслонки и уменьшением угла опережения зажигания

Из конструктивных факторов основными являются:

1. Степень сжатия

2. Конструкция камеры сгорания

3. Тепловые характеристики свечи

4. Расположение свечи в головке цилиндра двигателя

При экспериментальном определении Uпр следует учитывать следующее:

1. При пуске двигатель должен быть холодным

2. В рабочем режиме должен быть прогрет

3. Применяемые на двигателе свечи должны проработать не менее 20 т. км

4. Искровой промежуток должен на 0,3 мм превышать свое номинальное значение (с учетом увеличения эксплуатации)

Например: δ = 0,7 ; δ_исп = 1,0 мм

5. Углы опережения зажигания должны быть на нижнем пределе допуска

Режим пуска характеризуется тем, что:

а) В результате перекрытия клапанов часть заряда выталкивается обратно

б) Через не плотности в кольцах происходит утечка

в) На небольших скоростях увеличивается теплопередача стенкам цилиндра

г) Поздним зажиганием