Uždegimo kampas yra vienas esminių parametrų, lemiančių vidaus degimo variklio efektyvumą, galią ir kuro sąnaudas. Jis nusako momentą, kada uždegimo žvakė sukuria kibirkštį, uždegdama darbinį mišinį cilindro viduje, atsižvelgiant į alkūninio veleno padėtį.
Uždegimo kampo svarba ir reguliavimas
Variklio cilindre suslėgtas darbinis mišinys uždegamas elektros išlydžiu, kibirkštimi, susidarančia tarp uždegimo žvakės elektrodų. Kibirkštis tarp žvakės elektrodų turi įvykti anksčiau, negu stūmoklis pasiekia viršutinį galinį tašką (VGT) suspaudimo pabaigoje - tai ir yra ankstinimas. Uždegimo ankstinimas matuojamas alkūninio veleno pasisukimo kampu nuo kibirkšties pasirodymo iki to momento, kai stūmoklis pasiekia VGT. Šis kampas keičiasi priklausomai nuo alkūninio veleno sukimosi greičio, variklio apkrovos ir degalų oktaninio skaičiaus.
Optimalus uždegimo kampas
Kuo greičiau sukasi alkūninis velenas, tuo didesnis turi būti uždegimo ankstinimo kampas, nes per laiką (maždaug 0,002 s), reikalingą visam darbinio mišinio tūriui cilindre užsiliepsnoti, greitai besisukantis alkūninis velenas pasisuka didesniu kampu negu lėtai besisukdamas. Varikliui dirbant, besiplečiančių dujų slėgis geriausiai išnaudojamas tiktai tada, kai mišinys visiškai sudega, vos tik stūmoklis pereina viršutinį galinį tašką. Atsižvelgiant į tai, kad mišinys dega tam tikrą laiko tarpą, jį reikia uždegti šiek tiek anksčiau, t. y. alkūninio veleno pasisukimo kampo didumas nuo to momento, kai darbinis mišinys uždegamas iki AGT, vadinamas uždegimo paskubos kampu.
Darbinio mišinio degimo greitis ne visada yra vienodas. Sumažėjus variklio apkrovai iki minimumo, droselis pridaromas ir į cilindrus tiekiamo degiojo mišinio kiekis sumažėja, o prisimaišiusių atidirbusių deginių kiekis padidėja; toks mišinys dega ilgiau, todėl uždegimo paskubos kampas turi būti didesnis.
Uždegimo kampo poveikis variklio darbui ir sąnaudoms
- Per mažas (vėlyvas) uždegimo kampas: Variklis neišvysto visos galios, sunaudoja daug degalų ir perkaista; kartais pastebimi sutrikimai karbiuratoriaus darbe. Jeigu uždegimo paskubos kampas yra per mažas, degusis mišinys dega, stūmokliui slenkant žemyn. Tada sumažėja dujų slėgis ir variklio galia.
- Per didelis (ankstyvas) uždegimo kampas: Girdisi detonaciniai bildesiai, krinta variklio galia, o paleidžiant variklį, stūmoklis stumiamas atgal.
- Paankstinimas iki tam tikros ribos (iki ~2-3 laipsnių): Sąnaudos sumažėja, o esant dar ankstesniam degimui, jos ima didėti, ir variklis ima kaisti. Paankstinus ~pora laipsnių, pagerėja ir trauka žemose apsukose.
Naudojant didelio oktaninio skaičiaus benziną, galima gauti didelį uždegimo ankstinimo kampą ir tuo padidinti variklio galią, nesukeliant mišinio detonacijos.
Uždegimo sistemos komponentai ir veikimo principas
Gamybos automobilių karbiuratoriniuose varikliuose naudojama baterinio uždegimo sistema. Uždegimo sistemą sudaro: uždegimo ritė, skirstytuvas, kondensatorius, uždegimo žvakės, uždegimo jungiklis bei laidai.
Uždegimo ritė
Į žemos įtampos grandinę srovė tiekiama iš akumuliatorių baterijos arba iš generatoriaus. Kai išjungiklis įjungtas ir pertraukiklio kontaktai uždari, srovė iš akumuliatorių baterijos arba iš generatoriaus teka į indukcinės ritės pirminę apviją, todėl aplink ją susidaro magnetinis laukas. Atsidarius pertraukiklio kontaktams, srovė pirminėje apvijoje ir aplink ją esantis laukas išnyksta. Nykstantis magnetinis laukas kerta antrinės apvijos vijas ir kiekvienoje iš jų atsiranda maža evj. Kadangi antrinės apvijos nuosekliai sujungtų vijų yra gana daug, tai suminė įtampa apvijos galuose siekia 20-24 kV.
Uždegimo žvakės
Norint užtikrinti optimalų žvakės darbą, būtinos kelios pagrindinės sąlygos. Jos priklauso nuo pačios žvakės konstrukcijos, naudotojo priežiūros, eksploatacijos ir transporto priemonės variklio būklės. Variklis turi tiekti pakankamai elektros energijos, reikalingos kibirkščiai suformuoti, o maitinimo sistema - paruošti optimalų degimo mišinį. Kompresija, temperatūrų balansas, aukštos įtampos laidų kokybė ir visų reguliavimų tikslumas lemia uždegimo sistemos darbą. Žvakės darbinės dalies buvimo degimo kameroje vieta turi būti tiksli, tik tuomet tvarkingame variklyje negirdėsime detonacijos, o ugnies plitimo fronto kryptis bus teisinga ir greita. Nerekomenduojama į variklį sukti žvakes, įvertinus jų tinkamumą vien pagal sriegio atitikimą - tai viena didžiausių klaidų. Žvakės turi būti tokios, kokių reikalauja automobilio gamintojas.
Žvakių varža ir tarpelis tarp elektrodų
Įvairios žvakės turi skirtingą elektrodų varžą. Jei varža mažesnė nei reikalauja automobilio gamintojas, tai nėra bėda, tačiau įsukus didesnės varžos žvakes, degusis mišinys bus uždegamas pavėluotai ir nevisiškai. Automobilininkai gana dažnai pamiršta pasidomėti, koks tarpelis tarp žvakės elektrodų yra reikalingas vienoje ar kitoje to paties variklio versijoje. Dėl to verta nepasikukukinti ir paprašyti automobilių dalių pardavėjų įdėmiau pavartyti katalogus ir išsiaiškinti, kokios žvakės yra reikalingos būtent jūsų mašinos varikliui.
Žvakių eksploatacija ir tikrinimas
Išsukus žvakes ir gerai jas apžiūrėjus, jau iš karto galima pamatyti jų būklę ir pastebėti variklio sistemos trūkumus ir nesklandumus. Kai sistema tvarkinga, tinkamos žvakės izoliatoriaus kojelė yra arba pilkai balta, arba pilkai gelsva, arba šviesiai rusva. Vadinasi, variklis tvarkingas ir kaitrumo laipsnis parinktas teisingai, kuro mišinio ir degimo sureguliavimas - be priekaištų. Jokių nuosėdų - šalto užvedimo įtaisas funkcionuoja. Nėra švininių kuro priedų likučių arba variklių alyvos legiravimo priedų atliekų. Nėra terminės perkrovos.
Tačiau jei izoliatoriaus kojelė, elektrodai bei žvakės korpusas pasidengę suodžių sluoksniu, pridegusiais tepalų arba švino produktais, žvakės elementai apsilydę arba apkepę neaiškios kilmės medžiagomis, tai rodo, kad jūsų varikliui arba maitinimo sistemai kas nors negerai, todėl patartina kreiptis į specialistus. Jie nustatys gedimo priežastį ir jį likviduos.
Žvakė tikrinama tik diagnostiniu stendu - t. y. ar žvakė gauna to, ko turėtų gauti eksploatavimo variklyje metu - jokiu būdu neišimta iš variklio. Be to, eksploatacijos metu dėl temperatūros ir cheminio poveikio didėja tarpelis tarp elektrodų ir taip auga kibirkščiai reikalingos įtampos poreikis. Pjezoelektrinis bandiklis tinka tikrinti tik vieno kontakto žvakėms be papildomos varžos. Visoms kitoms žvakėms šis prietaisas netinka, nes generuoja tik vieno dydžio įtampos impulsą, o žvakėms, turinčioms papildomas varžas, elektrodus su tauriųjų metalų legiravimu, reikalingos kitos įtampos.
Žvakių keitimo intervalai
Kiekvienam varikliui yra nurodyti dažniausiai skirtingi žvakės keitimo intervalai, todėl reikia atkreipti dėmesį į automobilių gamintojų rekomendacijas kiekvienu konkrečiu atveju. Yra žvakių, kurios keičiamos kas 10 000 km, kas 15 000 km, kas 50 000 km, netgi kas 100 tūkst. km. Tačiau tai nėra galutinis parametras, nes žvakės tarnavimo laikas priklauso nuo kuro kokybės, automobilio techninės būklės, netgi nuo paties vairuotojo važiavimo būdo.
Uždegimo sistemos tipai
Baterinė uždegimo sistema
Gamybos automobilių karbiuratoriniuose varikliuose naudojama baterinio uždegimo sistema. Uždegimo sistemą sudaro: uždegimo ritė, skirstytuvas, kondensatorius, uždegimo žvakės, uždegimo jungiklis bei laidai.
Tranzistorinė uždegimo sistema
Tranzistorinėse uždegimo sistemose į stiprintuvo kolektoriaus grandinę įjungta pirminė indukcinės ritės apvija. Pertraukiklio kontaktai įjungti į tranzistoriaus valdančiojo elektrodo - bazės - grandinę. Srovė, be to, valdančiajame elektrode susidaro potencialas ir tranzistoriumi srove teka į indukcinės ritės pirminę apviją. Prastai atsidarius kontaktams, jų beveik neardo elektros kibirkštys ir kontaktų darbo amžiui turi įtakos tiktai mechaninis dilimas. Į pirminę apviją pro tranzistorių tekanti srovė yra tokio stiprumo, kad antrinėje grandinėje srovės stiprumas padidėja apytiksliai 25%, todėl tarpelį tarp uždegimo žvakės elektrodų ir kibirkšties didumą galima padidinti nepriklausomai nuo variklio alkūninio veleno sukimosi dažnio. Kad žemos įtampos grandinės darbinė srovė būtų greičiau nutraukiama, tranzistorių reikia uždaryti greitai; tam tikslui į sistemą įjungtas impulsinis transformatorius. Nutraukus valdymo srovę, impulsinio transformatoriaus pirminėje ir antrinėje apvijose indukuojasi saviindukcijos evj. Transformatoriaus antrinės apvijos saviindukcijos evj impulsas paveikia tranzistorių ir jis greičiau uždaromas. Variklius su kontaktine-tranzistorine uždegimo sistema daug lengviau paleisti, kai šalta ir padidėja jų kai kurių detalių atsparumas dilimui.
Magnetinė uždegimo sistema (magnetos)
Magnetinės uždegimo sistemos (magnetos) naudojamos ten, kur reikalingi kompaktiški ir lengvi konstrukciniai elementai, pvz., mažiems motociklams, valtims ir stacionariems varikliams. Magnetinėse uždegimo sistemose dažniausiai būna ir magnetinis generatorius. Magnetinio generatoriaus paskirtis - apšvietimo ir signalinius įtaisus aprūpinti elektros energija. Magnetinėse uždegimo sistemose ir magnetiniuose generatoriuose elektros energiją generuoja besisukantys magnetai (generatoriaus principas).
Kondensatorinė uždegimo sistema
Kondensatorinėje uždegimo sistemoje uždegimo energija sukaupiama kondensatoriuje. Kondensatorinė uždegimo sistema buvo sukurta didelės galios sportinių ir lenktyninių automobilių varikliams, taip pat motociklų ir rotoriniams varikliams. Jos veikimo principas yra kitoks, negu klasikinės baterinės ir tranzistorinės. Skirtingai negu ritinėje uždegimo sistemoje, kondensatorinės uždegimo sistemos uždegimo transformatoriuje energija nekaupiama, jis veikia tik kaip transformatorius. Kondensatorius, kurį, kol tiristorius uždarytas, krautuvas įkrauna maždaug iki 400 V. Antrinėje jo apvijoje susidaro uždegimo įtampa. Kondensatorinėje uždegimo sistemoje, lyginant su ritine uždegimo sistema, visoje sūkių dažnių srityje gaunama aukštesnė ir pastovesnė maksimali uždegimo įtampa, tačiau yra maža kibirkšties degimo trukmė. Kad būtų galima užtikrinti patikimą uždegimą, į tai svarbu atsižvelgti konstruojant variklį.
Variklio užvedimo laiko nustatymas be užvedimo lemputės arba optimalaus laiko nustatymas
Degimo kampo reguliavimas ir galimos problemos
Dyzeliniame variklyje įpurškiant kurą degimo kameroje jau būna pakankamas slėgis ir temperatūra, kad prasidėtų kuro savaiminis užsidegimas. Jau nuo 2001-mųjų (PSA) ir dar nuo senesnių metų yra gaminami ir benzininiai varikliai, kurie įpurškia suspaudimo takto pabaigoje tiesiai į įkaitusį nuo suspaudimo orą - kaip ir dyzeliuose. Taip pat ir įpurškimo kampas yra nesąmoningas reikalas senesnio tipo tradiciniams vakuuminio įsiurbimo benzininiams varikliams, kur kuras purškiamas į kolektorių ir visi purkštukai dirba vienu metu, o cilindras tiesiog pasiima pats, atsidarius įsiurbimo vožtuvui. Kitaip sakant, purkštukų darbas priklauso nuo reikalingo kuro kiekio, o ne apsisukimų ar stūmoklio padėties.
Pasitaiko situacijų, kai po variklio surinkimo ar perrinkimo automobilis trūkčioja važiuojant vienodu greičiu. Tai gali reikšti neteisingai nustatytą degimo kampą, netinkamai sudėtą grandinę ant velenėlių ar kitus variklio sistemos gedimus. Šiuolaikinėse automobilių diagnostikos sistemose galima stebėti degimo kampo reikšmes, tačiau senesniems varikliams gali prireikti mechaninio reguliavimo.
Aukštos įtampos laidai varikliui dirbant spinduliuoja elektromagnetines bangas, kurios trukdo veikti radijo imtuvams. Šie trikdžiai sumažinami (nuslopinami), aukštos įtampos srovės grandinėse naudojant slopinimo rezistorius. Sutrikus aukštos įtampos grandinei, saviindukcijos evj gali didėti ir pramušti tranzistorių. Siekiant to išvengti, lygiagrečiai indukcinės ritės pirminei apvijai įjungti du diodai Dl ir diodas stabilitronas.