Istnieją także niekonwencjonalne sposoby zapłonu mieszanki:

Transkrypt

1 Lekcja 20 Temat: Układy zapłonowe Do realizacji zapłonu w silniku ZI używane są układy zapłonowe budowane są z reguły, jako akumulatorowe (bateryjne) lub iskrownikowe. Różnica pomiędzy nimi polega na tym, że w układzie iskrownikowym wysokie napięcie wytwarzane jest nie kosztem energii zmagazynowanej w akumulatorze, lecz kosztem pracy mechanicznej pochodzącej z zewnątrz. Istnieją także niekonwencjonalne sposoby zapłonu mieszanki: Zapłon plazmowy Zapłon fotochemiczny Zapłon elektromagnetyczny za pomocą lasera Z uwagi na stosowanie w samochodach osobowych wyłącznie zapłonu akumulatorowego dalsze rozważania będą dotyczyć tylko takich układów. Podział akumulatorowych układów zapłonowych oraz sposoby realizacji poszczególnych funkcji układu przedstawiono w poniższej tablicy. Podział ten ma charakter chronologiczny, wynikający ze zmian wprowadzanych w kolejnych generacjach systemów zapłonowych silnika ZI. Podział akumulatorowych układów zapłonowych Funkcja układu Rozdział wysokiego napięcia do cylindrów Regulacja kąta wyprzedzenia zapłonu Wyzwolenie iskry Sposób gromadzenia energii Wytworzenie wysokiego napięcia UKŁADY ZAPŁONOWE ROZDZIELACZOWE BEZROZDZIELACZOWE Klasyczny Tranzystorowy Kondensatorowy Elektroniczny mechaniczny elektroniczny mechaniczna elektroniczna elektroniczna mechaniczne elektroniczne elektroniczne elektroniczne w indukcyjności w pojemności w indukcyjności indukcyjne

2 Elektronika w układach zapłonowych silników ZI została początkowo wprowadzona w celu zastąpienia najbardziej zawodnego elementu, jakim był mechaniczny przerywacz stykowy. Jego miejsce zajął indukcyjny czujnik początku zapłonu, który dostarcza impulsy elektryczne do emitera tranzystora bezstykowego systemu zapłonowego. Impuls zamykał obwód niskiego napięcia w cewce zapłonowej, z kolei zanik impulsu przerywał obwód. Elementy układów zapłonowych: Cewka CEWKA KONWENCJONALNA CEWKA POJEDYŃCZA CEWKA DWUBIEGUNOWA Schemat elektryczny i przekrój konwencjonalnej cewki zapłonowej: 1 zacisk wysokiego napięcia, 2 przekładki izolujące, 3 pokrywa bakelitowa, 4 styk wewnętrzny uzwojenia wtórnego, 5 obudowa, 6 uchwyty mocujące, 7 płaszcz z blach magnetycznych, 8 uzwojenie pierwotne, 9 uzwojenie wtórne, 10 masa zalewowa, 11 podstawa izolacyjna, 12 rdzeń magnetyczny Świeca zapłonowa Najistotniejszymi czynnikami wpływającymi na napięcie zapłonu są: stopień sprężania, skład mieszanki paliwowopowietrznej, prędkość obrotowej i obciążenie silnika, odstęp i temperatura elektrod świecy zapłonowej, kształt i materiał elektrod oraz polaryzacja napięcia. Rysunek zawiera przykłady budowy świec zapłonowych. Przykłady budowy świec zapłonowych: a) jednolita elektroda środkowa, b) elektroda środkowa przedzielona stopem szklanym, 1 końcówka profilowana, 2 końcówka gwintowana, 3 bariery upływu prądu pełzającego o profilu rowkowym, 4 izolator, 5 rdzeń świecy, 6 strefa skurczu zapewniająca szczelność korpusu i izolatora, 7 podkładka uszczelniająca, 8 uszczelka przewodząca ciepło z izolatora na korpus świecy, 9 część gwintowana korpusu świecy, 10 stożek izolatora, 11 elektroda środkowa, 12 elektroda boczna, 13 komora cieplna, 14 proszek uszczelniający, 15 stop szklany elektrycznie przewodzący

3 Przewody wysokiego napięcia Budowa przewodów wysokiego napięcia wg poniższej tablicy. Oznaczenia: Y -izolacja polwinitowa, l -izolacja z oplotem włóknistym, ek -ekranowane z oplotem z drutów stalowych pocynkowanych, Z -zapłonowe, S -samochodowe Rozdzielaczowe układy zapłonowe Klasycznym układzie zapłonowym zmianę kąta wyprzedzenia zapłonu w zależnoci od warunków pracy silnika, tj. prędkoci obrotowej i obciążenia, dokonuje się przy pomocy regulatorów mechanicznych, odpowiednio: regulatora odśrodkowego i podciśnieniowego Regulatory kąta wyprzedzenia zapłonu. Regulator odśrodkowy: 1 płytka regulatora, 2 krzywka, 3 prowadnica, 4 bezwładnik, 5 wałek napędowy, 6 płytka zabierakowa, Regulator podciśnieniowy: 7 rozdzielacz zapłonu, 8 płytka ruchoma, 9 membrana, 10, 11 komory ciśnieniowe, 12 puszka podciśnieniowa, 13 przepustnica, 14 kolektor dolotowy W tranzystorowych układach zapłonowych, zwanych inaczej układami zapłonowymi z gromadzeniem energii w indukcyjności, elementem sterującym przepływem prądu w uzwojeniu pierwotnym cewki jest tranzystor mocy Zalety tranzystorowych układów zapłonowych w porównaniu z układami klasycznymi: zwiększona wartość prądu w uzwojeniu pierwotnym cewki zapłonowej (do 10 A), a więc większa energia iskry w zakresie małych i średnich prędkości obrotowych,

4 mniejsza stała czasowa narastania prądu w uzwojeniu pierwotnym cewki, a więc wyższe napięcie przebicia w zakresie dużych prędkoci obrotowych, większa trwałość styków przerywacza. W układach zapłonowych tego typu pozostawiono mechaniczny układ regulacji kąta wyprzedzenia zapłonu zarówno podciśnieniowy, jak i odśrodkowy, ze wszystkimi ich wadami. W praktyce często są stosowane układy z gromadzeniem energii w kondensatorze (pojemności) zwane kondensatorowymi układami zapłonowymi. Ponieważ najczęściej elementem przełączającym w tego rodzaju układach jest tyrystor, spotyka się również popularną nazwę zapłonów tyrystorowych. W skład układu wchodzą: obwód ładowania z przetwornicą i stabilizatorem, zapewniający zgromadzenie w kondensatorze wystarczającej energii, obwód główny, przekształcający energię zawartą w polu elektrycznym kondensatora w energię wyładowania iskrowego, obwód sterujący dostarczający impulsu do zapoczątkowania wyładowania iskrowego. Zalety kondensatorowych układów zapłonowych to: zwiększona energia wyładowania iskrowego, stałość wysokiego napięcia w całym zakresie prędkości obrotowych silnika, odporność na bocznikowanie świecy, korzystna charakterystyka poboru mocy. Możliwość elektronicznej regulacji wyprzedzenia zapłonu podważyła sens stosowania mechanicznych regulatorów. Parametry pracy silnika można od wielu lat zmierzyć precyzyjnie odpowiednimi czujnikami elektronicznymi (opisanymi w książkach autora poświęconych sterowaniu napełnianiem i wtryskiem). Typowy przykład budowy modułu zapłonu końcówka mocy tranzystor końcowy Schemat przykładu połączeń modułu zapłonu typu tranzystor końcowy

5 Dodatkowe zalety elektronicznego układu zapłonowego to: przyspieszony rozruch silnika, zwiększona stabilność pracy silnika na biegu jałowym i mniejsze zużycie paliwa, rozszerzenie zakresu sterowania na różne stany pracy silnika (strategia). Bezrozdzielaczowe układy zapłonowe W układach bezrozdzielaczowych zrezygnowano z ostatniego elementu mechanicznego jakim był rozdzielacz wysokiego napięcia. Stwarza to szereg korzyci, z których najważniejszymi są: wyeliminowanie iskrzenia zewnętrznego, dzięki czemu obniżono poziom zakłóceń elektromagnetycznych, brak elementów wirujących, a więc podniesienie trwałości układu zapłonowego, obniżenie hałasu, zmniejszona liczba połączeń w obwodzie wysokiego napięcia, zwiększone możliwości konstrukcyjne dla wytwórców silników, możliwość sekwencyjnego sterowania zapłonem (układy DI ang. Direct Ignition). Poza wymienionymi cechami omawiany układ spełnia takie same funkcje jak rozdzielaczowy układ zapłonowy sterowany elektronicznie i posiada podobne charakterystyki mocy. Układy te mogą występować w dwóch głównych odmianach: 1. z cewkami dwubiegunowymi, 2. z indywidualnymi cewkami na każdy cylinder (układy DI). Spotyka się również układy o innej konfiguracji cewek, np. układy z pojedynczą cewką czterobiegunową. Idea bezrozdzielaczowego układu zapłonowego: układ z dwiema cewkami dwubiegunowymi Schemat bezrozdzielaczowego układu zapłonowego z jedną cewką i diodami Schemat bezrozdzielaczowego układu zapłonowego z kontaktronami