Сколько вольт на свече зажигания автомобиля
Перейти к содержимому

Сколько вольт на свече зажигания автомобиля

  • автор:

Сколько вольт в искре на свече зажигания автомобиля?

Прямо какого то статического напряжения искрообразования нет, напряжение на свече постоянно изменяется и зависит от ряда факторов — температуры, состава и давления газовой смеси. И даже катушка зажигания на холостом ходу выдаёт непостоянное напряжение, т.к. напряжение бортовой сети автомобиля тоже изрядно "гуляет" — при просевшем АКБ может быть 10 вольт, а при заряженном и "по полной" выдающем генераторе 14 вольт.

Так что напряжение искрового пробоя обычно находиться в пределах 5000-15000 вольт. После пробоя (как раз полезная фаза горения искры, продолжается 1-3 мс) напряжение резко падает примерно до 500-700 вольт.

Расчётное же напряжение катушки зажигания превышает верхнее значение напряжения пробоя в 1,5-2 раза, т.е. до 30кВ.

Все, что вы хотели знать об искре

Воспламенение смеси топлива и воздуха в бензиновых двигателях внутреннего сгорания достигается при помощи искры, для создания которой используется свеча зажигания: между ее электродами как раз и образуется искра. Для формирования достаточно мощной искры и устойчивого фронта воспламенения, помимо подачи на свечу мощного напряжения, необходимо сочетание многих факторов. О влиянии различных процессов на искрообразование мы сегодня и поговорим.

Основная сложность искрообразования в зазоре между электродами состоит в том, что воздух является естественным диэлектриком: его атомы электрически нейтральны и не образуют пути для прохождения электрического тока. Тем не менее, в определенных условиях и воздух может стать проводником – для этого необходимо создать действительно высокое напряжение. Под его воздействием отрицательно заряженные частицы (электроны) начинают переходить от одних атомов к другим. Нейтральные атомы трансформируются в электрически заряженные атомы, называемые «ионами», и сам процесс преобразования получил название «ионизации».

Высокое напряжение

Если говорить конкретно о зазоре (расстоянии) между электродами свечи зажигания, то для его «пробития» искрой требуется напряжение в 10–40 кВ, в некоторых случаях до 45 кВ. При создании такого напряжения между электродами начинается процесс ионизации воздуха, в нем образуется токопроводящая дорожка для электроэнергии, которая фактически и является высокотемпературной искрой. Температура этой искры может превышать 10 000 °C, благодаря чему и происходит воспламенение частичек топлива и воздуха. Искра очень быстротечна – разряд происходит всего за тысячную долю секунды.

Для того, чтобы этой быстротечной искры стадо достаточно для начала процесса воспламенения ТВС, необходимо сочетание многих факторов. Нужно понимать, что напряжение, создающиеся катушкой зажигания, нарастает в ней как раз до того момента, пока не произойдет искровой пробой, и условия для этого пробоя во многом зависят именно от конструкции и материалов самой свечи зажигания. Если конкретнее, то влияние оказывают два основных фактора: это величина зазора между электродами свечи зажигания и форма и размер электрода. Помимо этого, имеются различные внешние (не зависящие от системы зажигания) условия, благодаря которым искровой пробой может произойти при большем или меньшем напряжении — температура, состав и давление ТВС также влияют на искрообразование. Эти условия задаются конструкторами двигателя и учитываются производителями свечей. Важным направлением работы для DENSO является снижение требуемого для создания искры напряжения, поскольку в этом случае катушка зажигания будет работать под меньшей нагрузкой. При этом снизится и вероятность пропусков зажигания.

Факторы, с которыми мы работаем

Зазор между электродами свечи зажигания является важнейшим и очень тонким параметром. Известно, что напряжение, необходимое для образования искры, возрастает пропорционально увеличению зазора между электродами. Больше зазор — большее количество воздуха должно быть ионизировано, что, в свою очередь, потребует более высокого напряжения. Однако уменьшение зазора чревато тем, что в межэлектродном пространстве будет недостаточно молекул топлива и воздуха, и искра ничего не воспламенит. Поэтому величина зазора — это настоящее искусство: он не должен быть ни слишком большим (потребуется большое напряжение), ни слишком маленьким (не сможет воспламенить ТВС).

Второй важный фактор — это форма и размер электродов. Процесс ионизации воздуха в зазоре между электродами протекает легче, когда он сконцентрирован в одном месте, например, на острой кромке электрода. Более острый электрод меньшей общей площади требует меньшего напряжения для запуска процесса ионизации, чем более толстый и круглый.

Это одна из причин, по которой свечи зажигания, изнашивающиеся в процессе работы, начинают создавать более слабую искру, вплоть до пропусков зажигания. Скругленные кромки электродов затрудняют ионизацию и требуют напряжения, которое катушка зажигания уже не в состоянии создать. По этой причине производители, вслед за DENSO, массово переходят на тонкие и острые электроды.

На что повлиять сложнее

К факторам, также непосредственно влияющим на искрообразование, относятся условия, возникающие в камере сгорания. В их число входит температура (как электродов свечи, так и топливовоздушной смеси), давление в конце такта сжатия, состав ТВС.

Температура самих электродов свечи, а также ТВС в камере сгорания влияет на искрообразование: чем она выше, тем подвижнее атомы и тем проще запустить процесс их ионизации. Это значит, что напряжение, необходимое для формирования искры, снижается по мере возрастания температуры электродов и среды в камере сгорания. По мере прогрева двигателя, а также в режиме высоких оборотов и мощности, потребное напряжение падает, искрообразование улучшается — в противовес холостому ходу и работе холодного двигателя.

Давление, достигнутое в камере сгорания в конце такта сжатия, также оказывает прямое влияние на требуемое напряжение. Чем выше давление, тем большее абсолютное количество молекул воздуха и топлива, которые требуется ионизировать, оказывается в зазоре между электродами, что требует более высокого напряжения. При этом само топливо, особенно в жидкой форме, легче ионизируется, чем воздух. Следовательно, обогащенные топливовоздушные смеси легче ионизируются и требуют меньшего напряжения, чем обедненные смеси. Сложив эти два фактора, мы поймем, что бедная смесь современного наддувного инжекторного двигателя с высоким давлением сжатия требует гораздо более высокого напряжения для создания искры, чем богатая смесь атмосферных двигателей прошлого.

Поиск оптимального пути

Понимая, что развитие современных двигателей идет по пути обеднения смеси и увеличения степени сжатия, при производстве свечей зажигания DENSO старается применять технологии и решения, позволяющие поддерживать возможно более низкий уровень требуемого напряжения.

В качестве примера такого изделия можно привести свечи зажигания с электродами малого размера, изготовленными с использованием благородных металлов, таких как иридий. Свечи зажигания DENSO линейки Iridium TT обладают тонким центральным иридиевым электродом диаметром всего 0,4 мм. Более острые электроды меньшего размера требуют менее высокого напряжения для образования искры, а сам иридий отличается повышенной стойкостью к воздействию высоких температур и износу. Этим же обусловлено наличие в ассортименте DENSO обычных никелевых свечей с технологией ТТ — Twin Tip, суть которой заключается в установке на электроды наконечников малого диаметра, улучшающих искрообразование.

Эти более технологичные свечи с улучшенным искрообразованием выпускаются DENSO в очень широком ассортименте, что позволяет прямо сейчас установить их практически на любой автомобиль. Благодаря такой замене понижаются требования к напряжению, производимому катушкой зажигания, увеличивается срок службы всех компонентов системы зажигания. Улучшенное искрообразование положительным образом сказывается на запуске и приемистости двигателя, топливной экономичности. Подобрать самые современные свечи DENSO можно в онлайн-каталоге.

Система зажигания

Система зажигания 113.jpg

Свеча зажигания бензинового двигателя:
1 — контактная гайка;
2 — оребрение изолятора (барьеры для тока утечки);
3 — контактный стержень;
4 — керамический изолятор;
5 — металлический корпус;
6 — токопроводящий стеклогерметик;
7 — уплотнительное кольцо;
8 — теплоотводящая шайба;
9 — центральный электрод;
10 — тепловой конус изолятора;
11 — рабочая камера;
12 — боковой электрод «масса»;
h — искровой зазор

Работоспособность бензинового двигателя зависит не только от своевременной подачи в его цилиндры топливно-воздушной горючей смеси и последующего удаления продуктов сгорания, но и воспламенения в нужный момент горючей смеси от искры с помощью системы зажигания. Искра проскакивает между электродами свечи зажигания. Свеча вворачивается в резьбовое отверстие, выполненное в головке блока.
Свечи зажигания за многие годы своего существования принципиально мало изменились, но за счет применения новейших материалов и современных технологий стали более надежными и долговечными. Некоторые свечи с платиновыми электродами могут прослужить до 100 тыс. км пробега автомобиля.

Система зажигания 114.jpg

Рабочая часть свечи зажигания с платиновыми электродами

Для того чтобы между электродами свечи зажигания проскочила искра, на нее нужно подать высокое напряжение (не менее 20 000 В). На автомобилях, в которых используются источники электрического тока с напряжением 12 В, для получения высокого напряжения применяется катушка зажигания — трансформатор с двумя обмотками (первичной и вторичной), отличающимися числом витков.

Система зажигания 115.jpg

Конструкция катушки зажигания:
1 — крышка;
2 — контактное гнездо;
3 — винт;
4 — вывод низкого напряжения;
5 — уплотнительная прокладка;
6 — кольцевой магнитопровод;
7 — первичная обмотка;
8 — вторичная обмотка;
9 — фарфоровый изолятор;
10 — кожух катушки;
11 — трансформаторное масло;
12 — сердечник;
13 — картонная прокладка;
14 — контактная пружина

Катушка зажигания имеет внутренний сердечник. Вторичная обмотка, имеющая большее число витков, намотана вокруг сердечника. Один ее конец соединен с центральным выводом катушки, а второй — с низковольтной клеммой. Первичная обмотка (с меньшим числом витков) намотана поверх вторичной, и ее выводы соединены с низковольтными клеммами.
На вторичной обмотке катушки зажигания высокое напряжение возникает после того, как через первичную обмотку пройдет импульс тока низкого напряжения.

Система зажигания 116.jpg

Конструкция датчика-распределителя зажигания:
1 — корпус;
2 — грузик центробежного регулятора;
3 — винт крепления подшипника;
4 — вакуумный регулятор;
5 — пружина вакуумного регулятора;
6 — диафрагма;
7 — штуцер;
8 — магнитопровод ротора;
9 — постоянный магнит;
10 — ротор;
11 — крышка;
12 — помехоподавительный резистор;
13 — выводы;
14 — центральный контакт;
15 — бегунок;
16 — фильц;
17 — винт крепления ротора;
18 — обмотка статора;
19 — винт крепления статора;
20 — статор;
21 — магнитопровод обмотки статора;
22 — опора статора;
23 — подшипник;
24 — пружина грузика;
25 — упорные шайбы;
26 — втулка;
27 — валик;
28 — пластина октан-корректора;
29 — шайба;
30 — пружинное кольцо;
31 — штифт;
32 — муфта привода

Момент опережения зажигания является весьма важным параметром и должен регулироваться в соответствии с изменениями оборотов и нагрузки двигателя. На первых автомобильных двигателях опережение зажигания регулировалось вручную, для чего на приборном щитке автомобиля располагалась специальная рукоятка. Затем на смену ручному регулятору пришел распределитель зажигания.
Под крышкой распределителя, в которую входит один высоковольтный провод от катушки зажигания и выходит несколько проводов, по одному к каждой свече зажигания, расположен центробежный механизм. В этом механизме имеется два грузика, уравновешенные пружинами, которые расходятся при вращении вала распределителя и увеличивают угол опережения зажигания при увеличении оборотов двигателя путем поворота опорной пластины, на которой расположены контакты прерывателя системы зажигания. В дополнение к этому устанавливается вакуумный регулятор, который изменяет момент зажигания в соответствии с нагрузкой (чем выше нагрузка, тем ниже давление во впускном трубопроводе).

Система зажигания 117.jpg

Схема контактной системы зажигания:
G — источник энергии (генератор или аккумуляторная батарея);
С1 — конденсатор;
1 — прерыватель;
2 — катушка зажигания;
3 — распределитель зажигания;
4 — искровые свечи

Такая конструкция просуществовала довольно долго. Со временем, механическую контактную систему зажигания заменили на более надежную, бесконтактную.

Система зажигания 118.jpg

118. Бесконтактная система зажигания

В бесконтактной системе распределитель зажигания заменен на датчик-распределитель и коммутатор. Датчик-распределитель выдает управляющие импульсы низкого напряжения и распределяет импульсы высокого напряжения по отдельным свечам зажигания. Работа бесконтактного датчика основана на использовании эффекта Холла. В этой системе еще существовали механические детали, которые не обеспечивали высокой надежности.

Система зажигания 119.jpg

Индивидуальная катушка зажигания:
1 — печатная плата;
2 — задающий каскад;
3 — диод EFU;
4 — элемент вторичной обмотки;
5 — провод вторичной обмотки;
6 — контактная металлическая пластина;
7 — стержень высокого напряжения;
8 — разъем первичной цепи;
9 — провод первичной обмотки;
10 — I-образный сердечник (внутренний);
11 — постоянный магнит;
12 — о-образный сердечник (внешний);
13 — пружина;
14 — силиконовая изолирующая оболочка

В современных двигателях механический распределитель уступил место электронным системам. Сейчас его функцию выполняют или отдельные электронные модули, или, чаще, электронный блок управления. Катушки зажигания индивидуальные для каждого цилиндра, иногда для пары цилиндров. Это позволяет обойтись без высоковольтных проводов, повысить напряжение и увеличить надежность системы зажигания. Получение каждого искрового разряда производится по электронным сигналам с очень высокой точностью и без использования каких-либо подвижных частей. Во многих двигателях искра образуется не только во время такта сжатия (это значит, что каждая свеча генерирует искровой разряд каждый раз, когда поршень доходит до ВМТ). Cодержание вредных компонентов в отработавших газах при этом несколько снижается.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *