Пробой искрового промежутка свечи

Термины и определения:

1. ионизация – процесс образования ионов из нейтральных атомов или молекул под действием внешних факторов (высокой температуры, электрического поля, космических или рентгеновских лучей), при этом молекулы газа теряют электроны и тем самым превращаются в положительные ионы;

2. ток в газах – это встречный поток ионов и свободных электронов;

3. рекомбинация – это нейтрализация при встрече разноименных ионов или воссоединение иона и электрона в нейтральную молекулу (атом);

4. несамостоятельный газовый разряд – разряд, который, возникнув при наличии электрического поля, может существовать только под действием внешнего ионизатора (высокой температуры, космических или рентгеновских лучей);

5. самостоятельный газовый разряд – разряд, в котором носители тока возникают в результате процессов в газе, которые обусловлены приложенным к газу напряжением. Данный разряд продолжается и после прекращения действия ионизатора;

6. пробой – лавинообразное возникновение зарядов. Когда межэлектродный промежуток перекрывается полностью проводящей газоразрядной плазмой, наступает его пробой;

7. пробивное напряжение – напряжение, при котором происходит пробой межэлектродного промежутка.

Вольт-амперная характери­стика протекания электрического разряда в газовом промежутке

Рассмотрим вольт-амперную характери­стику протекания электрического разряда в газовом промежутке представлено рис.

Рис. 13.1. Воль - амперная характеристика разряда в воздушном промежутке

Участок Oab соответствует несамостоятельному разряду. Ток поддерживается за счет внешних ионизаторов, известно, что при нормальных условиях любой объем газа содержит некоторое число заряженных частиц. Так, например, в 1 см3 воздуха на уровне моря содержится в среднем около 103 пар ионов, создаваемых под действием космических лучей, ультрафиолетового излучения Cолнца и естественной радиоактивности Земной коры. Ток на этом участке изменяется в соответствии с законом Ома. Участок a-b называется участком «насыщения», так как все заряды, содержащие в промежутке, достигают электродов. При дальнейшем увеличении напряжения (U₂ = - k_т L₁× di₁/dt), скорость движения ионов по направлению к электродам увеличивается. При напряжении U_н учасок bc начинается ударная ионизация, т. е. самостоятельный газовый разряд. Когда межэлектродный промежуток перекрывается полностью проводящей газоразрядной плазмой, наступает его пробой. Характерные стадии пробоя: ударня ионизация, лавинообразный процесс образования электронов (и ионов). Проскочившая искра создает между электродами сильно нагре­тый и ионизированный канал. Тем­пература в канале разряда радиу­сом 0,2...0,6 мм достигает 5000 - 10000 К (градусы Цельсия переводятся в кельвины по формуле K = °C + 273,15). При достаточной мощности источника, способной вызвать ток в цепи порядка нескольких ма, стадия пробоя переходит в стадию тлеющего разряда, участок cd. Сопротивление канала резко падает до значения нескольких кОм. При этом колебательный процесс нарушается.

Искровой разряд на свече состоит из двух фаз — емкостной и индуктивной (рис. 123).

Рис. 123. Изменение первичного тока i₁ и вторичного напряжения i₂ при работе системы зажигания

t₁ — время нарастания вторичного напряжения до момента яробоя, t₂ — время емкостного разряда, t₃ — время индуктивного разряда

Первая емкостная фаза разряда (после пробоя искрового про­межутка свечи) характеризуется большими разрядными токами, поскольку искровой промежуток сильно ионизирован и сопротив­ление его мало. Разрядные токи при этом достигают нескольких десятков ампер, но протекают в течение очень короткого проме­жутка времени (доли или единицы микросекунд). Скорость изме­нения силы тока достигает около 50·10⁹ А/с. Емкостную фазу разряда можно наблюдать как ярко голубоватую искру.

Вторая индуктивная фаза разряда за счет оставшейся энергии происходит по подготовленному каналу, при этом ток непрерывно протекает через искровой промежуток, сильно ионизированный предыдущим емкостным разрядом. Продолжительность этой фазы достигает нескольких миллисекунд, а сила тока измеряется де­сятками миллиампер. Разряд продолжается практически до пол­ного расхода электромагнитной энергии.

При нормальной величине питающего напряжения энергия емкостной фазы равна 5—15 МДж, в то время как энергия индук­тивной фазы составляет 30—60 МДж. Обычно топливная смесь воспламеняется во время емкостной фазы искрового разряда. При пуске холодного двигателя индуктивная фаза способствует нагреву начального объема воспламеняемой смеси.

Основной характеристикой батарейной системы зажигания является зависимость напряжения U_2m от частоты вращения коленчатого вала двигателя n (рис. 124).

Рис. 124. Зависимость напряжения U_2m от ча­стоты, вращения n_ДВ вала двигателя:

1 — теоретическая; 2 — экспериментальная

Характеристика U_2m = f (n_дв) подчиняется формуле

,

в ко­торой I_р изменяется по формуле

При такой частоте вращения двигателя действительная кривая 2 (рис. 124) расположена ниже теоретической, так как между контактами прерывателя при их медленном размыкании происходит дугообразование.