1. Згорання відбувається саме по собі або за допомогою вогню? Трішки історії
2. Індуктор або акумулятор?
3. Усунення магнітного поля з розширенням технічних можливостей котушки
4. Від успіху автоматичної свічки запалювання до запалювання транзисторного
5. Сучасне інтегрування системи запалювання. Наскільки дорого можна буде купити свічку запалювання автомобіля...

Завдяки системі внутрішнього згоряння наш автомобіль везе нас з пункту А в пункт Б, і ця система буде нашим вірним помічником ще тривалий час поки існують двигуни внутрішнього згоряння. Звичайно, зараз всі раз у раз говорять про альтернативні види палива і про їх заміну класичному розумінню роботи двигуна, але ми знаємо твердо, що те, що ніколи не перестане розвиватися, так це технологія займання. Вона займає своє почесне місце в історії автомобілебудування і сьогодні ми хотіли б поговорити саме про неї.

Згорання відбувається саме по собі або за допомогою вогню? Трішки історії

Якщо помістити паливо і повітря в камеру згоряння, можна уявити собі два сценарії виникнення вогню. Першим є певний вибір палива, яке запалюється само по собі через екстремально високих температур. Звичайно ж, зараз ми говоримо про згорянні дизельного палива ще відомому як запалювання від стиску, але це вже зовсім інша історія.

У даній статті ми сфокусуємо свою увагу на другому сценарії виникнення вогню в камері згоряння, а саме залучення в цей процес іскри. Ось уже протягом довгого часу ця місія покладена на електричну іскру, але так було не завжди. Перші двигуни внутрішнього згоряння, які з'явилися понад століття тому, використовували для цього процесу натуральний вогонь. Дозвольте зупинитися на цьому трохи докладніше.

Скользящий клапан камери згоряння рухався від місця подачі палива через запальник до отвору в голівці циліндра. Разом з паливом в резервуар надходив і газ (в старі часи це був «побутової» газ), який, при зустрічі з запальником, запалав. Потім цей резервуар вирівнювався з отвором в голівці циліндра, запалюючи, таким чином, повітряно-паливну суміш в циліндрі. І нарешті, він ковзав назад для нового циклу займання.

Недоліком такого запалювання було те, що суміш палива та повітря ледь стискалася, і, повинні визнати, то, що відбувалося загоряння, було саме по собі великим досягненням.

Індуктор або акумулятор?

Череда експериментів в автомобілебудуванні не змусила себе чекати. Інженери почали розробляти нові технології, щоб удосконалити систему запалювання, замінивши її чимось більш надійним і відносно безпечним. Так в системі запалювання з'явилася електрична іскра. Тут виникло нове питання: чому віддати перевагу - індуктора або акумулятора для авто . Це була дійсно цікава битва.

Наприклад, Ford використовував індуктор для запалювання у всій своїй продукції дуже тривалий період, з 1909 по 1927 рр. Насправді, така форма запалювання існує донині. Індуктори продовжують бути практично незамінними в поршневий авіації через їх надійності і компактності. Їх використання також поширене в двигунах маленького обсягу, тому що вони можуть працювати без акумулятора.

Обидва типи запалювання, як індукторні, так і від автомобільного акумулятора, використовують принцип електричної індукції. Пропустіть зачищений провід через індуктор, і в ньому з'явиться електричний струм. Чим швидше провід проходить через індуктор, тим більше електроенергії генерується. Хм, це могло б бути непоганим назвою для нового винаходу - «генератор». Насправді, базовий індуктор і є одним з видів генератора.

У тих-таки моделях Ford індуктор був єдиним цілим з його маховиком і виробляв щодо низька напруга, не більше 24 В, занадто мало для того, щоб перейти зазор автомобільної свічки запалювання навіть у відносно спокійній камері згоряння двигуна з низьким рівнем стиснення. Для того щоб підвищити електромагнітну силу, з'явилися котушки «переривники» низького струму напруги, по одному на кожну свічку запалювання.

Як і сучасні котушки, «переривники» використовували принцип електричної індукції. Пам'ятайте про електричний струм, який виникав при пропущенні дроти через індуктор? Інакше кажучи, цей струм є результатом змін в магнітному полі. Тут діє закон Фарадея, який свідчить, що для будь-якого замкнутого контуру индуцированная електрорушійна сила дорівнює швидкості зміни магнітного потоку, що проходить через цей контур. Звичайно ж, найкращим засобом зміни магнітного поля є повне його усунення. Така основна ідея акумуляторного запалювання, яке є основою системи іскрового запалювання від автомобільних свічок в кожному сучасному двигуні.

Усунення магнітного поля з розширенням технічних можливостей котушки

Розмістіть порівняно невелика кількість «первинних» спіралей обмотки так, щоб вони впритул прилягали до набагато більшій кількості «вторинних» спіралей. Потім пропустіть струм низької напруги через «первинні» спіралі. В силу закону Ампера, цей струм створить магнітне поле.

Потім перервіть ток в первинному ланцюзі контактним переривником, руйнуючи, таким чином, магнітне поле, і подивіться, що станеться у вторинній обмотці. Відповідно до закону Фарадея, там виникне індуковане напруга. І, через велику різницю в кількості спіралей первинної і вторинної обмоток, виникло напруження у вторинному ланцюзі буде пропорційно вище напруги ланцюга первинної.

Повернемося до перших днів автомобілебудування, часу майстерності Роберта Боша та Чарльза Ф. Кеттерінг. Вже до 1902 року він винайшов індуктор з вбудованими котушками, контактним вимикачем і високовольтними свічками запалювання. У 1910 році Кеттерінг представив світу альтернативу у вигляді акумуляторного запалювання. На відміну від редуктора, первинна ланцюг і набір вимикачів працювали при низькій напрузі, яке надходило від автомобільного акумулятора. Накопичувальна ємність, «конденсатор», збільшувала витривалість первинної ланцюга. Одна котушка перетворювала низька напруга первинного ланцюга в високе. Так само як і в індукторі, розподільник направляв напруга на відповідну автомобільну свічку запалювання.

Така система запалювання надавала потужну іскру навіть при низьких оборотах, що було явним недоліком індукторів. Ця ж система послужила прекрасним стартом для Кеттеринга і його значної інновації 1912 року: електричне запалювання.

Від успіху автоматичної свічки запалювання до запалювання транзисторного

Перші системи покладалися на ручний контроль виникнення іскри. До 1930-их рр. з'явилися нові досягнення в сфері запалювання. Ми говоримо про автоматичні центрифугах, які реагували на оберти двигуна і про вакуумних пристроях, які відповідали на навантаження двигуна.

Інтуїтивно ви можете здогадатися, що більш високі обороти двигуна вимагають більшої подачі іскор, а при більшому навантаженні на двигун подача повинна бути трохи менше. Крім того, збіднені повітряно-паливні суміші вимагають більшого часу на виконання одного циклу, а також існує дуже велика кількість інших параметрів оптимізації споживання палива, викидів відпрацьованого палива та контролю детонаційного стукоту. Сьогодні всі вони визначені на випробувальному стенді двигуна і зберігаються в багатовимірних картах електронних систем управління двигуном.

Електроніка не поспішала вторгатися в систему запалювання автомобілів. Делко запропонував автоматичний пристрій для запалювання ще в 1948 році. Але аж до 1955 року не з'являлося жодних нових ідей, поки Лукас не надав світу транзисторне запалювання. Мало-помалу, автовиробники почали пропонувати транзисторні пристрої як альтернативну, але дорожчу комплектацію автомобіля. Поступово автомобільний світ практично відмовився від ручного контролю виникнення іскри, і в 1970-х рр. транзисторне запалювання автомобіля стало стандартним.

Сучасне інтегрування системи запалювання. Наскільки дорого можна буде купити свічку запалювання автомобіля майбутнього?

В даний час функція запалювання в автомобілі повністю покладена на систему управління двигуном - EMS (Engine Management System). Ця система відстежує, оптимізує і контролює все, починаючи з кількості повітря і палива, що надходять в двигун, і закінчуючи вихлопними газами, які з нього виходять. Вона бере до уваги температуру, її підвищення і пониження, холодний запуск і інші умови експлуатації. Також система контролює плавність перемикання передач. В даний час вона навіть взаємодіє з кермом, гальмівною системою і автомобільної підвіскою в силу роботи електронного контролю стійкості автомобіля.

Звичайно, до цих пір присутні елементи базового акумуляторного запалювання. Однак тепер, кожна свічка запалювання часто має індивідуальні, щільно прилеглі до неї котушки. Таким чином, досягається ефективність і довговічність використання за рахунок мінімізації високовольтних шляхів. Кілька сотень вольт на первинній стороні кожної котушки при виході дають 30 000 В. Це «напруги запалювання» створює дугу між електродами свічки запалювання автомобіля. Було встановлено, що для виникнення іскри запалювання достатньо напруги у 2000 В протягом 1,5 мілісекунди. Така тривалість іскри стабілізує процес запалювання.

Пройшли вже багато років з тих пір, коли тривалість виникнення іскри і розподільні функції регулювалися вручну. Датчики Холла розпізнають частоту обертання колінчастого вала, інші визначають співвідношення повітря до палива і обороти двигуна, два з основних визначальних чинників запалювання. Сенсори детонаційного стукоту прислухаються до зародження вибуху, їх сигнали синхронізують роботу циліндрів і виникнення іскор запалювання. Якщо взяти сучасний автомобіль з двигуном V-6, який їде на 2500 оборотах на хвилину, всі перераховані вище процеси відбуваються в ньому з частотою 125 разів на секунду.

В даний час розробляється інша концепція, де запалювання ініціюється променем лазера. Потенціал цієї ідеї полягає в тому, що полум'яні ядра виникають лише в необхідному місці. На даний момент залишилося вирішити проблеми з упаковкою, вартістю і довговічністю.

З проблемою нестачі енергії від займання зараз стикаються всі нові і нові концепції системи запалювання. Зі збільшенням використання двигунів з наддувом і турбонаддувом, джерела запалювання вимагають більше високої напруги. Останнє Женевське автошоу , Показало, що тренд в створенні автомобілів з потужним двигуном не зник, а це накладає на виробників додаткову відповідальність в безперебійній роботі всіх систем, в тому числі і системи запалювання! Додатково до всього, нова система запалювання, звичайно ж, повинна бути більш компактною, міцної і менш дорогим.

І нарешті, багато автовиробників, як, наприклад, любитель інновацій компанія Aud i, проводять дослідження ідеї однорідного займання від стиснення заряду, змістом якої є «схрещування» іскри і дизельної концепції. У деяких режимах горіння як і раніше буде сприяти іскра. Чи приживеться ця модель в майбутньому покаже час.

Отже, як ви самі бачите, система запалювання пройшла велику еволюцію і по праву займає окрему нішу в історії автомобілебудування.

А тепер пропонуємо ознайомитися з системою запалювання в картинках ...