Свеча накаливания

Свеча накаливания

 

Важным качеством современного дизельного двигателя является его способность запускаться в холодном состоянии. Свеча накаливания, это деталь в дизельном двигателе, участвующая в предпусковом подогревателе двигателя. В отличие от свечей зажигания, она не дает искру, а представляет собой обычный электронагревательный элемент. Вот о том, какой бывает свеча накаливания в дизельном двигателе, мы и поговорим в этой статье.

 

 

 

Дизельные двигатели с горячими предкаме­рами и вихрекамерами, и с системами прямого впрыска топлива самопроизвольно запуска­ются при температурах наружного воздуха 0 °С. Здесь температура самопроизвольного воспламенения дизельного топлива, составляю­щая 250 °С, достигается при скорости вращения коленчатого вала, обеспечиваемой стартером. Для запуска дизельных двигателей с холодными предкамерами и вихрекамерами при темпера­турах наружного воздуха <40 °С или <20 °С и для двигателей с прямым впрыском топлива при температуре ниже 0 °С требуется применение вспомогательных пусковых устройств.

Система предпускового подогрева дизельного двигателя

 

Систему предпускового подогрева устанав­ливаются как на легковых, так и на коммер­ческих автомобилях. Система предпускового подогрева в основ­ном состоит из свечей накаливания с нагрева­тельным элементом в оболочке (GLP), блока управления и программного обеспечения в системе управления двигателем. В обычных системах предпускового подогрева использу­ются свечи накаливания с номинальным на­пряжением 11 В, на которые подается питание от электрической системы автомобиля. В но­вых низковольтных системах предпускового подогрева используются свечи накаливания с номинальным напряжением менее 11 В, тепло-производительность которых адаптиру­ется к двигателю электронным блоком управ­ления свечами накаливания.

На дизельных двигателях с предкамерой и вихрекамерой (IDI) свеча накаливания встав­лена во вторичную камеру сгорания, в то время как на двигателях с прямым впрыском топлива она вставлена в главную камеру сго­рания цилиндра двигателя.

Проходя мимо наконечника свечи накаливания, топливовоздушная смесь нагревается. Темпера­тура воспламенения достигается за счет совмест­ного действия свечей накаливания и нагрева вса­сываемого воздуха во время такта сжатия.

На дизельных двигателях с рабочим объемом более 1 л/цилиндр (коммерческие автомобили) вместо систем предпускового подогрева обычно используются пламенные подогреватели.

 

 

Фазы предпускового подогрева дизельного двигателя

 

  • Предварительный нагрев: свечи накалива­ния нагреваются до рабочей температуры.
  • Прогрев двигателя: для пуска двигателя система предпускового подогрева под­держивает требуемую температуру свечей накаливания в течение определенного пе­риода времени.
  • Вспомогательный нагрев: работа свечей накаливания во время прогрева двигателя.
  • Фаза после пускового нагрева: начинается после выключения стартера.
  • Промежуточный нагрев: после охлаждения двигателя во время движения накатом или во время регенерации сажевого фильтра.

 

Обычная система предпускового подогрева дизельного двигателя

 

Обычная система предпускового подогрева включает свечи накаливания с номинальным напряжением 11 В, релейный блок управления и модуль управления предпусковым подогре­вом, встроенный в блок управления двигателем.

Программа предпускового подогрева в EDC (электронная система управления дизельным двигателем) включает и выключает свечи накаливания в соответствии с положением выключателя предпускового подогрева и параметрами, хранящимися в памяти блока управления. Блок управления свечами накали­вания через реле подает на свечи накаливания напряжение бортовой электрической системы автомобиля во время фаз предварительного нагрева, прогрева, пуска двигателя и после­ пускового нагрева. Номинальное напряжение свечи накаливания с нагревательным эле­ментом в оболочке составляет 11 В. Ее тепло- производительность зависит от напряжения питания и сопротивления свечи, которое, в свою очередь, зависит от температуры (свеча имеет положительный температурный коэф­фициент). Таким образом, свеча накаливания обладает свойством саморегулирования. В со­четании с функцией зависимого от нагрузки двигателя отключения, заложенной в про­грамму, это позволяет предотвратить тепло­вую перегрузку свечей накаливания.

 

 

Свеча накаливания с нагреватель­ным элементом в оболочке

 

Основной частью свечи накаливания с нагре­вательным элементом в оболочке является электронагревательный элемент (см. рис. «Свеча накаливания GLP2 с нагревательным элементом в оболочке» ). Трубчатый нагревательный элемент состоит из жаро- и коррозионностойкой оболочки, в которой заключена нить накаливания, окруженная спрессованным порошковым оксидом магния. Эта нить состоит из двух по­следовательно соединенные резисторов — на­гревательной нити, заключенной в наконеч­нике оболочки, и регулирующей нити.

Свеча накаливания GLP2 с нагревательным элементом в оболочкеВ то время как электрическое сопротивление нагревательной нити не зависит от температуры, регулирующая нить имеет положительный температурный коэффициент сопротивления. В свечах накаливания последнего поколения (типа GLP2) зависимость сопротивления от температуры еще более крутая, чем в свечах старой конструкции (типа S-RSK). Поэтому свечи накаливания типа GLP2 быстрее дости­гают температуры, требуемой для воспламене­ния дизельного топлива (850 °С за 4 секунды), а также имеют более низкую температуру в уста­новившемся состоянии (см. рис. «Сравнение характеристик нагрева различных свечей накаливания» ). Это озна­чает, что температура поддерживается ниже критического для свечи накаливания уровня.

Сравнение характеристик нагрева различных свечей накаливанияЭти свечи накаливания могут продолжать рабо­тать до трех минут после запуска двигателя. Эта функция после пускового нагрева обеспечивает более эффективный прогрев холодного двига­теля со значительно меньшим уровнем шума и количеством выбросов.

Нагревательная нить вварена в колпачок оболочки для заземления. Регулирующая нить присоединена к выводной шпильке для под­ключения к электрической системе автомобиля.

При подаче напряжения на свечу накаливания основная часть электроэнергии первоначально преобразуется в тепло; температура наконечника свечи накаливания резко возрастает. Температура регулирующей нити, а также ее сопротивление возрастают с определенной временной задержкой. Потребляемый свечой накаливания ток и, следовательно, ее теплопроизводительность снижаются, и температура приближается к температуре стабильного состояния.

Низковольтная система предпускового подогрева

 

Низковольтная система предпускового подогрева содержит:

  • Низковольтные свечи накаливания с керамической оболочкой или с металлической оболочкой. Номинальное напряжение этих свечей на­каливания составляет менее 11 В;
  • Электронный блок управления свечами на­каливания;
  • Программный модуль управления функ­цией нагрева, встроенный в блок управле­ния двигателем.

 

В целях как можно более быстрого достиже­ния температуры, требуемой для пуска дви­гателя, на свечи накаливания перед пуском кратковременно подается повышенное напря­жение. Затем, в начале фазы прогрева напря­жение снижается до номинального значения.

Во время пуска напряжение снова повыша­ется с целью компенсации охлаждения свечей накаливания холодным всасываемым возду­хом. Это также возможно на стадиях после пу­скового и промежуточного нагрева. Значение требуемого напряжения берется из таблицы характеристик, адаптированной к каждому двигателю. Таблица характеристик содержит такие параметры как частота вращения ко­ленчатого вала, количество впрыскиваемого топлива, время после выключения стартера и температура охлаждающей жидкости.

Такое программное управление свечами накаливания позволяет предотвратить их тепловую перегрузку при любых условиях работы двигателя. В систему EDC также за­ложена функция защиты свечей накаливания от перегрева при повторных включениях.

Эти системы предпускового подогрева обеспечивают быстрый пуск двигателя при использовании свечей накаливания с металлической оболочкой и не­медленный пуск при использовании свечей накаливания с керамической оболочкой при температу­рах наружного воздуха до -28 °С.

 

 

Свеча накаливания с металлической оболочкой

 

Конструкция и принцип действия свечи на­каливания с металлической оболочкой в основном аналогичны свече накаливания с керамической. Нагрева­тельная и регулирующая нити рассчитаны на более низкое номинальное напряжение и обеспечивают высокую скорость нагрева.

Тонкий корпус позволяет устанавли­вать свечи в ограниченном пространстве на двигателях с четырьмя клапанами на один цилиндр. Нагревательный элемент (диаметр 4/3,3 мм) имеет коническую пе­реднюю часть, что позволяет разместить нить накаливания ближе к оболочке. Это позволяет в форсированном режиме до­стигать скорости нагрева до 1000 °С/3 с. Максимальная температура нагрева состав­ляет свыше 1000 °С. Температура во время пуска и прогрева двигателя составляет при­близительно 980 °С. Эти функциональные характеристики адаптированы к двигателям со степенью сжатия е=18.

Свеча накаливания с керамиче­ской оболочкой

 

Свечи накаливания с керамической оболочкой изготовлены из керамического материала, имеющего очень высокую темпе­ратурную стойкость. Благодаря своей очень высокой стойкости к окислению и тепловым ударам они позволяют производить немедлен­ный пуск двигателя, а также после пусковой и промежуточный нагрев продолжительностью несколько минут при температуре 1300 °С. Номинальное напряжение свечей накаливания с керамической оболочкой составляет 7 В.

Снижение токсичности выбросов дизельных двигателей за счет уменьшения степени сжатия

 

За счет уменьшения степени сжатия на совре­менных дизельных двигателях с е = 18 до е = 16, можно снизить количество выбросов NOx и сажи, в то же время повышая удельную мощность дви­гателя. Однако на таких двигателях пуск холод­ного двигателя и работа непрогретого двигателя представляют определенные проблемы.

 

Влияние температуры поверхности свечи накаливания с керамической оболочкой на дымность выхлопа

 

Для обеспечения минимальной дымности выхлопа, уверенного пуска холодного двигателя и ровной работы двигателя во время прогрева требуется температура свечей накаливания свыше 1150 °С, в то время как для обычных двигателей доста­точно температуры 850 °С. Во время пуска холод­ного двигателя умеренное количество выбросов и нормальную дымность выхлопа можно обеспе­чить только посредством после пусковой работы свечей накаливания в течение нескольких минут. По сравнению со стандартными системами пред­пускового подогрева применение керамических свечей накаливания позволяет снизить дымность выхлопа до 60 % (см. рис. «Влияние температуры поверхности свечи накаливания с керамической оболочкой на дымность выхлопа» ).

В следующей статье я расскажу об очистке отработавших газов в дизельном двигателе.

 

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:



Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *