Свічка запалювання: не просто іскра

Суть роботи свічки запалення у двигуні з іскровим запаленням здається очевидною. Це простий пристрій, у якому найважливішою частиною є два електроди, між якими проскакує іскра запалювання. Мало хто з нас знає, що у сучасних двигунах свічка набула нової функції.

Сучасні двигуни управляються майже виключно електронним способом. Контролер, відомий у народі як «комп'ютер» збирає ряд даних про роботу агрегату (згадаємо тут, перш за все, частоту обертання колінчастого валу, ступінь «натискання» на педаль газу, атмосферний тиск повітря і впускного колектора, температуру охолоджуючої рідини, палива та повітря, а також склад вихлопних газів у вихлопній системі до і після їх очищення каталітичними нейтралізаторами), а потім, порівнюючи цю інформацію з збереженими в його пам'яті, видає команди системам управління процесом запалення та упорскування палива, а також положення повітряної заслінки. Справа в тому, що точка запалення та доза палива для окремих робочих циклів повинні бути оптимальними з погляду економічності, економічності та екологічності в кожний момент роботи двигуна.

ЧИТАЙТЕ ТАКОЖ

Свічки розжарювання

Игра стоит свеч

Серед даних, необхідних контролю правильної роботи двигуна, є і відомості про наявність (або відсутності) детонаційного горіння. Паливно-повітряна суміш вже в камері згоряння над поршнем повинна згоряти швидко, але поступово, від іскри свічки запалювання до найдальших ділянок камери згоряння. Якщо суміш спалахує у всьому своєму обсязі, тобто «вибухає», ККД двигуна (тобто здатність використовувати енергію, що міститься в паливі) різко падає, і в той же час зростає навантаження на важливі вузли двигуна, що може призвести до невдачі. Тому не можна допускати постійного явища детонації, але, з іншого боку, миттєва постановка запалення та склад паливно-повітряної суміші повинні бути такими, щоб горіння був відносно близький до цих детонацій.

Тому вже кілька років сучасні двигуни оснащуються т.зв. датчик детонаційного горіння. У традиційному варіанті це фактично спеціалізований мікрофон, який, загвинчений у блок двигуна, реагує лише на вібрації з частотою, що відповідає типовому детонаційному згорянню. Датчик передає інформацію про можливі детонації на комп'ютер двигуна, який реагує зміною точки запалення таким чином, що детонації не відбувається.

Однак виявлення детонаційного горіння можна здійснити і по-іншому. Вже в 1988 році шведська компанія Saab налагодила виробництво безрозподільного блоку запалювання під назвою Saab Direct Ignition (SDI) в моделі 9000. У цьому рішенні кожна свічка запалювання має власну котушку запалювання, вбудовану в головку блоку циліндрів, керуючі сигнали. Тому в цій системі точка займання може бути різною (оптимальною) для кожного циліндра.

Однак більш важливим у такій системі є те, для чого використовується кожна свічка запалювання, коли вона не дає іскри запалення (тривалість іскри становить всього десятки мікросекунд за робочий цикл, а, наприклад, при 6000 об/хв одна робота двигуна цикл становить дві соті частки секунди). Виявилося, що одними і тими ж електродами можна вимірювати іонний струм, що протікає між ними. Тут використовувалося явище самоіонізації молекул палива та повітря при згорянні заряду над поршнем. Окремі іони (вільні електрони з негативним зарядом) та частинки з позитивним зарядом дозволяють струму протікати між електродами, поміщеними в камеру згоряння, і цей струм можна виміряти.

Важливо відзначити, що рівень зазначеної іонізації газу в камері горіння залежить від властивостей горіння, тобто. в основному від поточного тиску і температури. Таким чином, величина іонного струму містить важливу інформацію про горіння.

Базові дані, отримані системою Saab SDI, надали інформацію про детонаційне згоряння та можливі «осічки» запалення, а також дозволили визначити необхідний кут випередження запалення. Насправді система давала більш надійні дані, ніж стандартна система запалення з традиційним датчиком детонації, і навіть була дешевшою.

В даний час так звана широко використовується безрозподільна система з окремими котушками для кожного циліндра, і багато компаній вже використовують вимірювання іонного струму для збору інформації про процес згоряння двигуна. Системи запалення, адаптовані до цього, пропонуються найважливішими постачальниками двигунів. Також виявляється, що оцінка процесу згоряння двигуна шляхом вимірювання іонного струму може стати найважливішим способом вивчення роботи двигуна в режимі реального часу. Він дозволяє безпосередньо виявляти не тільки неправильне згоряння, але й визначати розмір та положення (розраховане у градусах повороту колінчастого валу) фактичного максимального тиску над поршнем. Досі такий вимір був неможливий у серійних двигунах. Використовуючи відповідне програмне забезпечення, завдяки цим даним можна точно керувати запаленням та впорскуванням у набагато ширших діапазонах навантажень та температур двигуна, а також підлаштовувати параметри роботи агрегату під конкретні властивості палива.