Полупроводниковые свечи зажигания

Конструктивная схема нижней части полупроводниковой свечи изображена на рисунке 6.

Рис. 6. Конструкция нижней части полупроводниковой свечи

Между проводящим стержнем 1, соединенным с центральным электродом 5, и боковым электродом 4 расположен керамический изолятор 2. Боковой электрод выполнен в форме кольца. Полупроводник 6 имеет в поперечном сечении трапецеидальную форму. В нижней части изолятора установлено металлическое уплотнительное кольцо 7. У некоторых свечей полупроводниковый состав наносят тонким слоем на поверхность изолятора 2. Расстояние между электродами обычно 1 мм. Герметизацию свечи обеспечивает гермоцемент 3.

В ряде случаев полупроводниковые свечи используется для непо­средственного розжига топливовоздушной смеси в камерах сгорания ГГД. При этом свеча подвергается воздействию температур до 1500 К и давления (10 - 20)^.10⁵ Па.

Системы зажигания с полупроводниковыми свечами не требуют такого высокого напряжения питания, как системы с искровыми свечами. Рабочее напряжение их существенно ниже и лежит в пределах 2…3 кВ.

В полупроводниковой свече разряд происходит вдоль поверхности полупроводника, помещенного между двумя металлическими электродами. В качестве полупроводника обычно используется керамический материал на основе двуокиси титана, подвергнутого частичному восстановлению в водороде.

Такой полупроводник обладает электронной проводимостью, отрицательным температурным коэффициентом сопротивления и характеризуется значительной неоднородностью электропроводности различных участков.

Получение разряда вдоль поверхности полупроводника можно пояснить с помощью схемы (рисунок 7).

К моменту замыкания разделительного устройства накопительный конденсатор заряжен до напряжения и содержит энергию, равную:

При замыкании разделительного устройства, которым обычно является газовый разрядник, в толще проводника возникает токовая дорожка.

Тело проводника выполнено в форме усеченного конуса, сужающегося к торцу свечи. Внешняя поверхность токовой дорожки, т.е. та, которая ближе к торцу свечи, в силу большей здесь плотности тока нагревается сильнее, чем ее противоположная поверхность. С увеличением нагрева электрическое сопротивление «внешней» поверхности дополнительно уменьшается, что приводит к дальнейшему увеличению тока и нагреву.

Рис. 7. Принципиальная схема образования разряда вдоль поверхности полупроводника

В результате этого процесса токовая дорожка становится все более интенсивной и «всплывает» на торцевую поверхность полупроводника, где происходит частичное испарение материала полупроводника. На границе паров полупроводника и окружающего газа возникает скачок температуры и давления. В результате между электродами свечи образуется область, заполненная сильно ионизированными парами материала с пониженной электрической прочностью, в которой и возникает электрический емкостной разряд. Энергия, выделяющаяся при разряде, определяется количеством энергии, сохранившейся к этому моменту времени в накопительном конденсаторе.

Характерным и весьма положительным обстоятельством в работе полупроводниковой свечи является независимость возникновения электрического разряда от условий внешней среды.