Optymalne działanie mieszanki paliwowo-powietrznej można uzyskać tylko wtedy, gdy zapłon mieszanki nastąpi we właściwym momencie. Ponadto niezawodny zapłon w każdych warunkach jest warunkiem prawidłowej pracy katalizatora. W przypadku wystąpienia zapłonu niewypałowego, neutralizator może ulec uszkodzeniu lub nawet całkowitemu zniszczeniu na skutek przegrzania podczas spalania niespalonej mieszanki.
Proces zapłonu jest procesem złożonym. Na przykład, jeśli silnik Twojego A4 obraca się z prędkością 3000 obr./min., to około 50 iskier na sekundę jest rozprowadzanych do poszczególnych cylindrów z dużą precyzją. Nie tylko czas, ale i energia zapłonu mieszanki palnej musi być odpowiednia: nie mniejsza niż 0,2 mJ na zapłon przy korzystnym stosunku powietrza do paliwa i większa niż 0,3 mJ w przypadku mieszanki bogatej lub ubogiej. Jeżeli nie ma dostatecznej ilości energii, mieszanka palna nie zapala się i dochodzi do śmiertelnych niewypałów.
Kontrola zapłonu
Od zapłonu do całkowitego spalenia mieszanki upływają dwie milisekundy. Przy niezmienionym składzie mieszanki czas ten pozostaje stały. Z tego powodu iskra zapłonowa musi pojawić się w odpowiednim momencie, aby zapewnić optymalne ciśnienie spalania w każdych warunkach pracy silnika.
Zadanie określenia dokładnego momentu zapłonu leży w gestii urządzenia sterującego, które nadzoruje również działanie układu zapłonowego. Procesor jest zaprogramowany na różne czasy zapłonu dla różnych trybów pracy silnika. Aby wybrać odpowiedni moment zapłonu z pamięci, dane o trybie pracy silnika są przesyłane do urządzenia sterującego. Jednostka sterująca analizuje dane otrzymane z poszczególnych czujników, takie jak temperatura i prędkość obrotowa silnika, a także położenie przepustnicy i wałka rozrządu.
Optymalny czas zapłonu
Czas zapłonu należy dobrać w taki sposób, aby spełnione były następujące cztery wymagania:
- maksymalna moc silnika,
- oszczędne zużycie paliwa,
- zapobieganie spalaniu stukowemu silnika,
- najczystsze możliwe gazy spalinowe.
Na przykład, gdy lekko naciśniesz pedał gazu (częściowe obciążenie) mieszanka w komorach spalania spala się wolniej. W tym przypadku, aby mieć pewność, że energia paliwa zostanie w pełni wykorzystana, urządzenie sterujące rozpoczyna zapłon wcześniej. Najlepsze wartości osiąga się wówczas, gdy zapłon mieszanki paliwowo-powietrznej następuje w momencie największego sprężania. W silniku czterosuwowym jest to punkt, w którym tłok zaczyna przechodzić z ruchu w górę (suw sprężania) przesunąć się w dół (skok roboczy).
Zapłon i spalanie
Jednakże moment zapłonu nie pokrywa się dokładnie z górnym martwym punktem, gdyż zapłon cząstek paliwa trwa trzy tysięczne sekundy. Zatem iskra zapłonowa rozpoczyna swoją pracę już w trakcie ruchu tłoka w górę (wczesny zapłon). Natomiast ciśnienie spalania powstaje natychmiast po przekroczeniu przez tłok górnego martwego punktu. Ponieważ zapłon mieszanki paliwowo-powietrznej zawsze wymaga takiego samego czasu, zapłon następuje szybciej wraz ze wzrostem prędkości obrotowej silnika.
Położenie wału korbowego i tłoka w chwili zapłonu z zapłonem wczesnym Z
Zmiana ciśnienia w komorze spalania:
1. Zt: zapłon w odpowiednim momencie,
2. ZB: zapłon za wczesny (spalanie detonacyjne),
3. Zc: zapłon ustawiony zbyt późno.
Spalanie detonacyjne
W silnikach z zapłonem iskrowym w pewnych warunkach mogą występować nieprawidłowe procesy spalania. Procesy te ograniczają wzrost mocy i wydajności. Ten niepożądany proces spalania nazywany jest spalaniem stukowym. Następuje w postaci natychmiastowego spalania cząsteczek mieszanki, które nie zostały jeszcze pochłonięte przez front płomienia. W tym przypadku moment zapłonu jest ustawiony za daleko w kierunku zapłonu wstępnego.
W tym przypadku prędkość rozprzestrzeniania się płomienia może osiągnąć 2000 m/s, podczas gdy podczas normalnego spalania prędkość płomienia wynosi zaledwie 30 m/s. Jeżeli błyskawiczne spalanie przy zbyt wysokim ciśnieniu będzie trwało przez dłuższy czas, może dojść do uszkodzenia uszczelki głowicy cylindra, tłoków, łożysk i świec zapłonowych.
Czujniki spalania stukowego wykrywają nierównomierne wahania spalania, a układ sterujący przesuwa moment zapłonu w kierunku zapłonu opóźnionego. Dzięki kontroli spalania stukowego silnik, który został zaprojektowany do benzyny klasy "Super", może przez pewien czas pracować na zwykłej benzynie.