本文介紹了高壓點火原理以及電子點火器的工作原理和過程，提供了幾種典型電子點火器的詳細參數(shù)，通過對幾種進口燃燒機電子點火器的分析比較，得出了不同燃料燃燒器電極布置的方案以及不同放電位置的優(yōu)劣。這對目前我國國產(chǎn)燃燒機的設(shè)計與生產(chǎn)和對進口燃燒機的選型與維修具有一定的參考價值。
1  前言
隨著國家對環(huán)境保護的日益重視，各城市對廢氣、廢水等的排放都加以嚴格限制。燃煤鍋爐的煙塵是造成城市大氣污染的主要因素之一，為了實現(xiàn)“還我一片藍天”的美好理想，現(xiàn)在許多大中城市已禁止燃煤鍋爐運行，取而代之的是燃油、燃氣鍋爐。在燃油、燃氣鍋爐中，Zui主要的部件是燃燒機，而高壓點火裝置是燃燒機中關(guān)鍵的電子部件之一。由于進口燃燒機所附資料均不提供其所帶高壓點火裝置的原理電路、性能及參數(shù)說明，而僅提供外型尺寸、外部接線等極其簡單的單頁說明，這就給我國的燃燒機代理、用戶帶來了相當?shù)牟槐?，同時也給國產(chǎn)燃燒機的設(shè)計與成套加大了難度。筆者在近十年的時間內(nèi)，對多種進口燃燒機及其高壓點火裝置進行過選型與調(diào)試，收集到了一些相關(guān)資料，希望對業(yè)內(nèi)人士有所幫助。
目前在我國市場上有八個國家的數(shù)十種燃燒機，常見的有德國的 Weisaupt、SAACHE、MAN、Elcoklockner，法國的 CUENOD、Guillot、SICMA、RADIANT，美國的 Johnson、Power Flame，英國的 NUWAY，意大利的 FBR、baltur、UNIGAS、Riello、ECOFLAM，荷蘭的 Purlpher，瑞典的 Bentone和韓國 ABC、Sookook 等。雖然燃燒機的品種繁多，但其高壓點火裝置卻僅為有限的數(shù)種。除了個別燃燒機配備本土產(chǎn)的高壓點火裝置外，在其余十幾種燃燒機中，其高壓點火裝置基本上都是采用國際上幾個知名公司的產(chǎn)品，如意大利的 BRAHAMA、瑞典的 Danfoss、法國的 Landis 和美國的 Honeywell 等。
2  高壓點火及其裝置的原理簡介
2.1 高壓點火的原理
高壓點火又稱為電火花點火，是應用廣泛的一種點火方法。當電火花從燃氣或霧化的燃油中通過時，燃料很快由良好的絕緣體變?yōu)榱己玫膶щ婓w。隨著兩極間電壓的增高，電場逐漸加強，燃料中的帶電體被電場加速，運動著的帶電粒子與分子發(fā)生非彈性碰撞。當碰撞劇烈到一定程度，分子就被電離，從而也變成了帶電粒子。帶電粒子的濃度以指數(shù)級數(shù)增加，開始時的微小電流被放大幾百萬倍，產(chǎn)生一個大電流。這一過程所需時間取決于所加電壓與擊穿電壓的比值。擊穿電壓取決于燃料成分、電極形狀、極間距離以及燃料的溫度與壓力條件。擊穿電壓可按下式近似計算［1］：
Ub=2.7+1.4l
式中：Ub——擊穿電壓(kV)；l——極間距離(mm)。
當電極間距大于臨界距離時，Zui小點火能量與電極間距無關(guān)；而當電極間距小于臨界距離時，由于電極本身的吸熱，Zui小點火能量隨電極間距的減小而增加。圖1為Zui小點火能量與電極間距、電極尺寸的關(guān)系曲線，燃料為11%的甲烷空氣混合氣體。
 
放電電極的形狀也對Zui小點火能量的大小有一定的影響，如圖2所示，在相同的電極間距和電極尺寸條件下，放電點越尖，其本身吸熱越少，所需的Zui小點火能量也就越小。
 
2.2高壓點火裝置的原理簡介
高壓點火裝置是燃燒機上的電子核心部件之一，雖然其價格僅占燃燒機總價的很少一部但它擔負著重要的燃料點燃工作。高壓點火裝置的失效，輕則燃燒機無法工作，影響生產(chǎn)；重則可能造成鍋爐爆炸。尤其是當高壓點火裝置未完全失效時，燃料已大量噴入爐膛，熄火保護裝置尚未動作，此時高壓點火裝置突然點火，將會造成非常嚴重的后果。由此可見高壓點火裝置的重要性。
 
高壓點火裝置一般由整流電路、振蕩電路、升壓部件及放電電極組成。整流電路將220 V/50 Hz 的交流電進行整流、濾波，轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?；振蕩電路的作用則是根據(jù)放電頻率，將直流電再振蕩成交流電；升壓部件將振蕩后的交流電升壓，以達到可以電離空氣的高電壓，再利用高壓硅堆形成高壓脈沖電流；放電電極則是由特殊材料制成的，置于燃料出口。各部件輸出波形如圖3所示［2］。
圖4是點火裝置的原理電路簡圖。交流220 V/50 Hz 的電源，經(jīng)電源變壓器 T1 后成為電壓較低的電，然后經(jīng)過整流橋 B 將交流電源變?yōu)橹绷髅}沖電源，再經(jīng)過電容C1 的濾波，就得到了直流電源，這一部分即為整流電路。振蕩電路由電阻R1、三極管 BG 和升壓變壓器 T2 的初級構(gòu)成，振蕩后由升壓變壓器T2 進行一次升壓，然后由高壓二極管或高壓硅堆 D 整流，得到高壓直流電。該直流電經(jīng)電阻R2 對電容C2充電，同時在大電容C3 上儲備能量。當C2 被充電到一定電壓時，雙向二極管 D2 開啟，觸發(fā)雙向可控硅SCR 導通，此時電容C3已儲備了相當?shù)哪芰?，該能量通過回路電容C3、雙向可控硅 SCR 和二次升壓變壓器T3 的初級釋，此時在二次升壓變壓器的次級上就產(chǎn)生了高電壓。該高壓經(jīng)放電電極擊穿一定厚度的空氣后放電，從而完成脈沖點火的一次放電點火。電容 C3在放電后又再次充電，從而進行一連串的充放電過程，在電極間就產(chǎn)生了一系列放電火花，完成一次點火過程。
 
3  高壓點火裝置的比較
3.1幾種典型高壓點火裝置的參數(shù)
Honeywell 是美國生產(chǎn)的高壓點火裝置，其中常用的 Satronic 系列電子點火器是以固態(tài)繼電器為基礎(chǔ)設(shè)計的。不同于傳統(tǒng)的鐵芯式變壓器，它通過內(nèi)部點火電路，在次級產(chǎn)生高頻、高壓電火花。該系列電子點火器的工作參數(shù)由表1給出。
Danfoss 是瑞典生產(chǎn)的高壓點火裝置，EBI 系列電子點火器常用于燃油和燃氣燃燒機的點火。它是采用電子變頻產(chǎn)生高壓的原理進行工作的，適用于間歇點火，在3 min 內(nèi)，35℃ 的條件下發(fā)火率為33%；60℃的條件下發(fā)火率為20%，表2給出了該系列電子點火器的工作參數(shù)。
BRAHAMA 是意大利生產(chǎn)的高壓點火裝置，分為 E、G 和 S 三個系列，均采用高性能的點火變壓器來升壓。表3、表4和表5分別給出了它們的工作參數(shù)。