Автомобили, топлинни машини, алтернативни горива > Запалителни системи

Запалителни уредби на ДВГ. Теория. Класификация.

(1/1)

getca:
Устройство, принцип на работа и теория на класическата запалителна уредба на ДВГ


Устройство:
  Първична нисковолтова страна:
    Захранващ източник - акумулатор, генератор;
    Контактен ключ;
    Повишаващ трансформатор(запалителна бобина) - първична намотка;

    Механичен прекъсвач(комутатор);

    Кондензатор.
  Вторична високоволтова страна:
    Повишаващ трансформатор(запалителна бобина) - вторична намотка;
    Механичен разпределител - палец и дистрибуторна капачка;

    Високоволтови кабели;

    Запалителни свещи.


Принцип на работа и анализ на процесите

getca:
Класификация на запалителните уредби в ДВГ

  Според начина на управление натрупването на енергия:
    Контактни;
    Безконтактни - оптични, индуктивни, Хол сензори и др.

  Според метода на натрупване:
    Натрупващ елемент индуктивност:
        Към този вид спадат вече разгледаната класическа ел.механична уредба и нейното развитие при което механичният прекъсвач е заменен от мощен електронен комутатор, най-често биполярен транзистор. Той комутира тока през запалителната бобина, управляван контактно или безконтактно. По-надолу са изобразени две примерни схеми на подобни комутатори с анализ на някои от параметрите им.








     Натрупващ елемент кондензатор:






       Според начина на работа:
         С непрекъснато натрупване на енергия:
            Натрупващият кондензатор непрекъснато се подзарежда от електронен DC-DC преобразувател до напрежение 300-400в. Разрядът може да е от двата вида - колебателен или апериодичен, като вторият разрежда кондензатора до нула.

         С импулсно натрупване на енергия:
            Натрупващият кондензатор се зарежда с единствен мощен импулс от натрупаната в сърцевината на импулсен трансформатор енергия. Той трябва да бъде с малка утечка, за да не спада напрежението му през време на паузата в искрообразуването. В този тип системи разрядът е апериодичен.
             Тригерна схема

             Блокинг-генератор в чакащ режим

             Схема с насищане на сърцевината на импулсния трансформатор

       Според начина на разряд на кондензатора:
         С резонансен колебателен разряд:
            Показаните времедиаграми на тока и напрежението в първичната намотка на бобината са на схемата с непрекъснато натрупване на енергията, по-горе. Всеки напреженов пик отговаря на искров пробив във вторичната страна, така че в дадения случай има два разнополярни разряда един след друг.


            Показана е времедиаграма на многократен резонансен разряд с управление на времето му. Тиристорът се отпушва в началото на всеки период от колебателния процес, като се установява зависимост между обороти на ДВГ и брой периоди или продължителност на разряда. На практика се получават серия разнополярни разряди с честота няколко килохерца.

        С апериодичен разряд:
          Показана е схема с непрекъснато натрупване на енергията и апериодичен разряд, при който се след достигане на максимума на първичния ток, намотката се шунтира от диод/и., което принуждава тока да затихне апериодично без да има колебателен процес. Полученият разряд е еднополярен с увеличена продължителност. Всички схеми с импулсно натрупване на енергията работят така.



     Комбинирани.
       Енергията се натрупва в кондензатор, който се  разрежда апериодично през запалителната бобина. За удължаване времето на разряда и повишаване на енергията му в момента на достигане на максимума на  първичния ток намотката се включва директно към захранващия източник или в комбинация с волтодобавка. Вкарваната допълнителна енергия поддържа горенето на дъгата на вторичната старана още известно време, но при силна турболенция в цилиндъра може да бъде издухана. При тези системи се получава и втори разряд с противоположен знак след изключването на първичната намотка, който е следствие на натрупаната в сърцевината енергия. Точно това е разликата със запалителните уредби трупащи енергията в индуктивност, където разряд има само при прекъсване на първичния ток.
        Комбинираните системи съчетават предимствата на двата основни типа - с натрупване в индуктивност и капацитет, но с цената на повишена сложност, което не намалява достойнствата им. Вариант на тяхното развитие е втората публикувана схема на плазмено запалване, която съчетава колебателен разряд на натрупващия кондензатор и комутиране на първичната намотка на бобината към захранващия източник + волтодобавка.

getca:
Конструктивно развитие на запалителните системи

Класическа схема: енергията се натрупва в индуктивност
  Вариант 1 - прекъсвач/ВВ разпределител, бобина, ВВ кабели, свещи. Архаична система с много недостатъци като малка енергия и време на разряда, зависещи от оборотите на ДВГ, ниска надеждност, колебания на момента на подаване на запалителния импулс, загуби и проблеми във ВВ разпределителя.
  Вариант 2 - сензор/ВВ разпределител, електронен комутатор, бобина с ниско първично съпротивление и понижена индуктивност, ВВ кабели, свещи. Усъвършенствуван Вариант 1, като е повишена енергията на разряда и времето му достига до 2mS, повишена надеждност и точност на момента на запалване. Остават загубите и проблемите по ВВ разпределителя и кабелите.

Схема без ВВ разпределител: енергията се натрупва в индуктивност, липсва ВВ разпределител
  Вариант 1 - сензори, електронни комутатори, двуизводни бобини,  ВВ кабели, свещи. Генерират се по два разряда на всеки управляващ импулс, като само единият е работен. Основен недостатък е понижената енергия на работния разряд, поради прахосването на част от натрупаната в неработния такъв. Време на разряда <=1mS Целта е конструктивно опростяване без оглед на занижените параметри.
  Вариант 2 - сензори, електронни комутатори, бобини,  ВВ кабели, свещи. Усложнена, но ефективна система с възможност за отделно регулиране и оптимизация на работата на всеки цилиндър. Остават загубите по ВВ кабелите.
  Вариант 3 - COP(Coil-on-Plug) система, сензори, електронни комутатори, бобини, свещи. Индивидуални бобини на всеки цилиндър, нахлузени на свещите директно, премахнати са ВВ кабелите с цел максимална ефективност и минимални загуби. Появяват се нови проблеми с влошено охлаждане на бобините, водещо до скъсен живот и др. подобни.

От казаното дотук могат да се направят интересни изводи. Излиза, че въпросната запалителна система на ДВГ принципно не е мръднала на милиметър от създаването си. Въпреки съвременната електроника, натъпкана във всеки автомобил принципът е един и същ - натрупване на енергия в индуктивност и използването на част от нея за предизвикване на ел. разряд с цел запалване на горивната смес. Колкото и да е съвършена елементната база(биполярни, FET, IGBT ключове), колкото и да е подобрена конструкцията на бобините този метод има недостатъци, които няма как да се избегнат. Основният е ограничено време и съответно енергия на разряда поради ограничената стойност на първичния ток(6-7а), определена от насищане на сърцевината(затворен магнитопровод на сухите бобини), температурни условия на работа и др. Разрядът е единствен, еднополярен и колкото и дълго време да трае съществува голяма верятност да бъде загасен от силно завихрената и обеднена горивна смес в съвременните ДВГ. Конструкторите на двигатели компенсират това със специална форма на горивната камера и усложнена конструкция, но само донякъде. Допълнително е влошен предния фронт на запалителния импулс при предавателно отношение над 200 в съвременните бобини, което е проблем при увеличени утечки във вторичната ВВ верига, вследствие замърсявания, увеличен паразитен капацитет, лоша изолация и др. подобни. Всичко това звучи парадоксално, но е факт, че производителите слагат скъп катализатор за да постигнат някакви норми на вредност от ауспуха, а не си дават зор да направят читава запалителна система. За съжаление в бизнеса законите са други...къде по-лесно е се щракат бобинки през няколко евтини мощни електронни комутатора. В същото време се влагат огромни средства за развитие на горивни клетки, след като се видя, че е по-добре да се инвестира в производство на ефективни акумулатори на ел.енергия.

Переспективни запалителни системи:
  Системи с повишена енергия, като времето на разряда може да достигне времето за завъртане на коляновия вал на ДВГ на ъгъл 30-40град. За 4-цил. ДВГ при обороти на празен ход 600-800об/мин може да се достигнат и надхвърлят 5mS. Разрядът е пакет от няколко такива, получени по различни начини, описани в предишния коментар. Това гарантира сигурно запалване на различни по състав и качество горивни смеси, пълно изгаряне, намалени вредности, известна икономия на гориво, еластичност и динамика на двигателя. Подобни системи се развиват и  предлагат като тунинг аксесоари от малки фирми по света или се правят от ентусиасти на принцип DIY(Направи сам).
 

Навигация

[0] Списък на темите