Sprawozdanie z zajęć laboratoryjnych z przedmiotu: SAMOCHODOWE SILNIKI SPALINOWE
Politechnika Świętokrzyska Wydział Mechatroniki i Budowy Maszyn Katedra Mechaniki Zakład Silników Cieplnych Laboratorium Silników Cieplnych
Ćwiczenie nr:
21.01.2014r.
Data wykonania ćwiczenia
Nazwisko i imię studenta
Paweł Remion
Mariusz Suchenia
Michał Jałocha

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z rodzajami iskrowych układów zapłonowych tłokowych silników spalinowych ich budową, i zasadą działania oraz budową

2. Wstęp teoretyczny

Układ zapłonowy jest zespół urządzeń składający sie elementów i przewodów wysokiego napięcia. W silniku spalinowym tłokowym mający za zadanie wytwarzanie iskier elektrycznych, służących do zapalenia mieszanki paliwowo-powietrznej w komorach spalania. Stosuje się układy iskrownikowe lub akumulatorowe. Istota działania układu zapłonowego akumulatorowego jest następująca: przez uzwojenie pierwotne cewki zapłonowej płynie prąd z akumulatora o niskim napięciu, przerywacz działający w takt obrotu silnika przerywa ten prąd, co powoduje chwilowe wytworzenie prądu wysokiego napięcia w uzwojeniu wtórnym, impulsy wysokiego napięcia są kierowane w kolejności pracy cylindrów silnika do poszczególnych świec zapłonowych. Parametry nowoczesnych układów zapłonowych są dostosowywane automatycznie do warunków pracy silnika, co pozwala na zmniejszenie zużycia paliwa, coraz częściej są stosowane cyfrowe systemy regulacji kąta wyprzedzenia, czyli kąta obrotu wału korbowego od momentu wyładowania iskrowego do zwrotnego położenia tłoka.

W klasycznym układzie zapłonowym zmianę kąta wyprzedzenia zapłonu w  zależności od warunków pracy silnika prędkości obrotowej i obciążenia, dokonuje się przy pomocy regulatorów mechanicznych odśrodkowego i podciśnieniowego. Realizują one proste, liniowe charakterystyki zmian kąta wyprzedzenia zapłonu, które odbiegają znacznie od tych optymalnych. Klasyczny układ zapłonowy skalda się z akumulatora, cewki zapłonowej, kondensatora, przerywacza , świecy zapłonowej, rozdzielacza wysokiego napięcia.

Układy bezstykowe w układach tych sterowanie bazą tranzystora odbywa się na drodze elektronicznej poprzez impulsy z czujnika generowane w punktach zapłonu. Stosowano w tym celu różne rodzaje czujników generacyjnych czujniki hallotronowe, reluktancyjne, fotoelektryczne lub czujników parametrycznych czujniki transformatorowe, magneto rezystancyjne. Czujnik montowany był w kopułce rozdzielacza.

Tranzystorowy  układach zapłonowych, zwanych inaczej układami zapłonowymi z gromadzeniem energii w indukcyjności, elementem sterującym przepływem prądu w uzwojeniu pierwotnym cewki jest tranzystor mocy.

Ogólna zasada działania tranzystorowych układów zapłonowych jest następująca. Obwód główny tranzystora jest zasilany napięciem akumulatora. Prąd bazy tranzystora, niezbędny do jego załączenia może płynąć w przypadku zwarcia styków przerywacza lub w układach bezstykowych w chwili powstania impulsu wyzwalającego w czujniku. Prąd ten jest znacznie mniejszy od wartości prądu płynącego przez złącze emiter–kolektor tranzystora i  uzwojenie pierwotne cewki zapłonowej. W chwili rozwarcia styków przerywacza tranzystor przestaje przewodzić i nagromadzona w cewce energia zostaje rozładowana. Nagły zanik prądu w uzwojeniu pierwotnym cewki powoduje indukowanie się impulsu wysokiego napięcia w uzwojeniu wtórnym cewki zapłonowej . Podobnie jak w tranzystorowych układach zapłonowych sterowanie prądem w uzwojeniu pierwotnym cewki zapłonowej może odbywać się w  starszych układach stykowo za pomocą przerywacza lub bezstykowo z wykorzystaniem czujników generacyjnych lub parametrycznych.

Układ kondensatorowy w praktyce często są stosowane układy z gromadzeniem energii w kondensatorze, zwane kondensatorowymi układami zapłonowymi . Ponieważ najczęściej elementem przełączającym w tego rodzaju układach jest tyrystor. Ogólnie zasada działania kondensatorowych układów zapłonowych polega na tym, że znajdujący się w układzie kondensator  o pojemności 1–2  F jest ładowany napięciem z  akumulatora poprzez odpowiednia przetwornicę do wartości około kilkuset woltów. Nagromadzona w ten sposób w kondensatorze energia może być rozładowana: albo w chwili rozwarcia styków, albo w chwili pojawienia się impulsu z układu wyzwalającego, który powoduje załączenie znajdującego się w układzie tyrystora. Rozładowanie kondensatora w obwodzie, w którym znajduje się uzwojenie pierwotne cewki zapłonowej, powoduje indukowanie się impulsu wysokiego napięcia w uzwojeniu wtórnym cewki zapłonowej i przeskok iskry na elektrodach œświecy zapłonowej. Przetwornica składa się z elementu przełączającego, transformatora i prostownika.

Elektroniczny układ zapłonowy z czujnikiem magnetyczno indukcyjnym w miejscu przerywacza umieszczony jest czujnik magneto- indukcyjny. Czujnik składa się z czterobiegunowego wirnika umieszczonego na wałku rozdzielacza w miejscu krzywki przerywacza, namagnesowanego stojana w kształcie pierścienia z czterema nabiegunnikami, oraz współosiowej z wirnikiem cewki indukcyjnej.
Podczas obrotu wałka rozdzielacza zmiana strumienia magnetycznego powoduje indukowanie w cewce czujnika impulsów napięciowych o przebiegu zbliżonym do impulsów napięciowych o przebiegu zbliżonym do sinusoidalnego. 
Moduł zapłonowy zawiera : tranzystor mocy pełniący funkcję przerywacza, układ sterowania tranzystora tzn. taki, który przekształca impulsy z czujnika na impulsy wywołujące stan blokowania i przewodzenia tranzystora, układ stabilizacji prądu pierwotnego cewki zapłonowej, który stabilizuje wartość prądu pierwotnego cewki, bezpiecznik chroniący cewkę przed przegrzaniem, filtry przeciw zakłóceniowe.

Świeca zapłonowa jest to urządzenie służące do zapalania w odpowiednich chwilach mieszanki sprężonej przez tłok w cylindrze. Zapłon mieszanki następuje wskutek intensywnego iskrzenia pomiędzy izolowanymi od siebie elektrodami, do których w krótkich okresach czasu odpowiednio ustawiony rozdzielacz doprowadza wysokie napięcie 5000 do 20000 V.

Kąta wyprzedzenia zapłonu jest to kąta obrotu wału korbowego od momentu wyładowania iskrowego do zwrotnego położenia tłoka.

Regulator ciśnienia paliwa montowany na końcu zespołu wtryskowego reguluje ciśnienie w układzie paliwowym. Składa się z metalowej obudowy, przedzielonej przeponą na dwie komory. Sprężyna dociska przeponę do grzybka zaworu. Jeżeli ciśnienie paliwa przekracza ustaloną wartość, zawór otwiera się w celu umożliwienia przepływu do zbiornika nadmiaru paliwa. Przewód elastyczny łączy kolektor dolotowy silnika z komorą sprężyny. Gdy ciśnienie przekroczy ustaloną wartość, pod wpływem ugięcia przepony zostaje otwarty zawór regulatora, umożliwiając przepływ paliwa z powrotem do zbiornika. Dzięki temu zostaje zachowana niezmienna różnica ciśnień między ciśnieniem bezwzględnym w kolektorze dolotowym a ciśnieniem paliwa w obwodzie zasilania. Pozwala to na dawkowanie paliwa w sposób całkowicie niezależny od chwilowego ciśnienia bezwzględnego w kolektorze dolotowym.

3. Przebieg ćwiczenia

W przeprowadzonym ćwiczeniu za zadanie mieliśmy zapoznanie się z budowa i zasada działania iskrowych układów zapłonowych i regulacje kąta wyprzedzenia zapłonu. Stanowisko posiadało świece zapłonową, rozdzielacz zapłonu z regulatorem odśrodkowym, i podciśnieniowym kąta wyprzedzenia zapłonu oraz czujnik indukcyjny, cewkę zapłonową, układ sterujący, akumulator do zasilania, lampę stroboskopowa. Pomiar wykonywaliśmy dla różnych temperatur silnika. Po uruchomieniu układu sczytywaliśmy dane z podziałki dotyczące kąta wyprzedzenia zapłonu.

4. Wyniki pomiarów

W tabeli zamieszczam wyniki pomiarów zmiany kąta wyprzedzenia zapłonu od zmiany temperatury silnika, przy stałej prędkości obrotowej 3000obr/min.

Temperatura silnika[°C]	Kąt wyprzedzenia zapłonu [°]
-13	32
-10	32
-5	32
0	32
25	32
50	30
90	28
120	26
140	20

5. Wnioski

Z przeprowadzonego badania możemy zauważyć że kąt wyprzedzenia zapłonu w dużym stopniu zależy od temperatury silnika, im niższa temperatura silnika ty większy kąt wyprzedzenia zapłonu. Kąt wyprzedzenia zapłonu zależy także od prędkości obrotowej i obciążenia silnika, zmiany położenia przepustnicy, ciśnienia w kolektorze dolotowym.