buttons buttons

Правильное зажигание

Экономия топлива и увеличение мощности в ДВС


Как-то так сложилось, что несмотря на выдающиеся усовершенствования механической части двигателей, параметры искры зажигания остались на уровне столетней давности. Везде стоят катушки зажигания с большим выходным сопротивлением, почти везде используются свечные провода с сопротивлением, бегунки и свечи с сопротивлением. Это не позволяет создать искру с малой длительностью и большой энергией. В результате происходит ухудшение характеристик двигателя, обусловленное влиянием сразу трёх факторов. 1. Бензо воздушная смесь медленно разгорается, приходится выставлять большой угол опережения зажигания до ВМТ(верхняя мёртвая точка). А если Вы помните описание цикла Карно, то в идеале смесь должна сгорать мгновенно, когда поршень находится в ВМТ. Любое приближение к этому уменьшает потери и соответственно увеличивает к.п.д. двигателя, уменьшает удельное потребление топлива, уменьшает вибрации в двигателе и увеличивает его ресурс.

2. Вторым фактором, снижающим характеристики двигателя, является сложный состав бензина. Он содержит фракции, которые быстро разгораются, средне и медленно разгораются. Угол опережения зажигания выставляется таким, чтобы не было детонации, то есть, чтобы быстро разгорающиеся фракции разгорались после ВМТ, а не до ВМТ.
Вследствие случайного характера горения бензо воздушной смеси в цилиндре двигателя это приводит к тому, что бензо воздушная смесь разгорается и начинает давить на поршень среднестатистические в некотором секторе углов, который начинается от ВМТ и расположен после ВМТ. Среднее значение этого сектора лежит позже ВМТ, что и обуславливает потери в двигателе.
Снизить эти потери можно за счёт более интенсивного поджига бензо воздушной смеси, который сужает размеры этого сектора и, соответственно, позволяет иметь среднее значение этого сектора существенно ближе к ВМТ.
3. Бедные смеси (с избытком воздуха) плохо поджигаются. Как следствие, системы топливоподачи современных автомобилей настроены таким образом, чтобы подавать более-менее богатую смесь с альфа=1 (соотношение весовых частей воздуха и бензина 14,7: 1). При таком соотношении в случае идеального перемешивания бензина с воздухом должно наблюдаться полное сгорание бензина. Но достичь идеального перемешивания не представляется возможным.
В результате бензин сгорает не полностью, образуется большое количество вредных составляющих в выхлопе, которые приходится дожигать с помощью катализатора. То есть, часть бензина, вместо того, чтобы сгорать в цилиндре и производить работу, перерабатывается на вредные составляющие в выхлопе.
Пути улучшения этого процесса очевидны – необходимо работать с бедными смесями, хорошо их перемешивать и интенсивно поджигать. И если с перемешиванием (инжектора в инжекторных системах топливоподачи и устройства подготовки гомогенной смеси в карбюраторных системах) дело обстоит более-менее нормально, то параметры искры в современных автомобилях не позволяют производить интенсивный поджиг.
В теории горения есть много направлений, описывающих горение бензо воздушных смесей. Наиболее перспективной для практической реализации интенсивного поджига представляется технология «холодного поджига», рассматриваемая в трудах академика Зельдовича Я. Б. (40-е годы прошлого столетия).
Секрет в том, чтобы излучить на коротком интервале как можно больше фотонов в весь объём цилиндра. При этом бензо воздушная смесь разгорается по всему объёму по аналогии с цепной реакцией при ядерном взрыве. В результате и поджиг и сгорание бензо воздушной смеси происходит существенно быстрее и полнее.
Нельзя сказать, что попытки интенсифицировать поджиг не предпринимались в автомобильной промышленности. В качестве примера можно назвать системы зажигания Twin Spark на автомобилях Alfa Romeo, использующие две свечи на одном цилиндре.
Такой подход позволяет улучшить характеристики двигателя, но он конструктивно ограничен (очевидно, что установить десять свечей на один цилиндр представляется проблемным).