Принцип работы факельных свечей зажигания
Напомню читателям об эффекте, открытом австрийским физиком Махом: "При завершении горения воздушно-топливной смеси в замкнутой камере температура сгоревших газов в зоне источника зажигания наибольшая и уменьшается к границам зоны горения". Опираясь на выполненные автором исследования, можно сформулировать положение, дуальное эффекту Маха: "В момент завершения в замкнутой камере горения воздушно-топливной смеси со скоростью, близкой к скорости звука, давление сгоревших газов в зоне завершения горения наибольшее и уменьшается по мере удаления от нее". Чем выше скорость завершения горения, тем больше указанная разница в давлениях.
К чему это приводит? Посмотрите внимательно на поршень, находящийся в области ВМТ. По сути, это балансирующая система с точкой опоры практически в центре поршня. По мере увеличения реакции нагрузки данная балансирующая система приближается к стационарной. Между тем, балансирующие системы обладают очень важным свойством: малая асимметрия может привести к большим последствиям.
Аналогично, когда через 15° поворота коленвала, после прохода ВМТ завершается горение воздушно-топливной смеси, поршень, наряду с равномерным давлением на все дно, получает импульс по одному краю. Ему "ничего не остается", как повернуться относительно точки опоры, что приведет к кратковременному заклиниванию поршня в цилиндре. Двигатель перед тем, как заглохнуть, может "козлить". Это объясняется тем, что поршни по очереди "проскакивают" через заклиненное состояние. У холодного двигателя заклинивающий эффект максимален.
В мировой практике с этим явлением начали бороться не сразу. Когда в авиации из соображений надежности стали применять две симметричные свечи на цилиндр, то это повысило мощность двигателя на 5 %. Такое решение в автомобильной практике первой использовала HONDA, так как убедилась в значительном повышении крутящего момента на "низах". Далее к такому же решению прибегла Alfa-Romeo. И совсем недавно - Daimler-Chrysler. Однако внедрение дублированной системы зажигания - недешевое удовольствие и, кроме того, оно фактически означает необходимость разработки нового двигателя. А что делать с сотнями миллионов автомобилей, которые уже колесят по всему свету?
Кроме того, применение двух свеч на цилиндр не устраняет другой недостаток. Длина пути распространения фронта пламени в реальных камерах сгорания составляет не менее трех радиусов поршня. Большая протяженность пути фронта пламени приводила к тому, что при высокой частоте вращения вала приходилось поджигать воздушно-топливную смесь задолго до ВМТ (увеличивать угол опережения зажигания), а фаза сжатия заканчивалась уже после зажигания воздушно-топливной смеси. Если рассматривать индикаторную диаграмму, то при этом тепловая энергия нарастает в фазе сжатия и, естественно, уменьшается в фазе расширения. Таким образом, с ростом частоты вращения вала крутящий момент падает "с удвоенной скоростью". Затем наступает момент, когда двигатель "визжит, но тянуть уже не может", так как способен обслуживать только сам себя. И все это, в основном, из-за долгого горения или неверного способа зажигания.
К чему это приводит? Посмотрите внимательно на поршень, находящийся в области ВМТ. По сути, это балансирующая система с точкой опоры практически в центре поршня. По мере увеличения реакции нагрузки данная балансирующая система приближается к стационарной. Между тем, балансирующие системы обладают очень важным свойством: малая асимметрия может привести к большим последствиям.
Аналогично, когда через 15° поворота коленвала, после прохода ВМТ завершается горение воздушно-топливной смеси, поршень, наряду с равномерным давлением на все дно, получает импульс по одному краю. Ему "ничего не остается", как повернуться относительно точки опоры, что приведет к кратковременному заклиниванию поршня в цилиндре. Двигатель перед тем, как заглохнуть, может "козлить". Это объясняется тем, что поршни по очереди "проскакивают" через заклиненное состояние. У холодного двигателя заклинивающий эффект максимален.
В мировой практике с этим явлением начали бороться не сразу. Когда в авиации из соображений надежности стали применять две симметричные свечи на цилиндр, то это повысило мощность двигателя на 5 %. Такое решение в автомобильной практике первой использовала HONDA, так как убедилась в значительном повышении крутящего момента на "низах". Далее к такому же решению прибегла Alfa-Romeo. И совсем недавно - Daimler-Chrysler. Однако внедрение дублированной системы зажигания - недешевое удовольствие и, кроме того, оно фактически означает необходимость разработки нового двигателя. А что делать с сотнями миллионов автомобилей, которые уже колесят по всему свету?
Кроме того, применение двух свеч на цилиндр не устраняет другой недостаток. Длина пути распространения фронта пламени в реальных камерах сгорания составляет не менее трех радиусов поршня. Большая протяженность пути фронта пламени приводила к тому, что при высокой частоте вращения вала приходилось поджигать воздушно-топливную смесь задолго до ВМТ (увеличивать угол опережения зажигания), а фаза сжатия заканчивалась уже после зажигания воздушно-топливной смеси. Если рассматривать индикаторную диаграмму, то при этом тепловая энергия нарастает в фазе сжатия и, естественно, уменьшается в фазе расширения. Таким образом, с ростом частоты вращения вала крутящий момент падает "с удвоенной скоростью". Затем наступает момент, когда двигатель "визжит, но тянуть уже не может", так как способен обслуживать только сам себя. И все это, в основном, из-за долгого горения или неверного способа зажигания.
В итоге мы можем сделать вывод, что системы зажигания современных двигателей грешат принципиальными недостатками.
Все недостатки, рассмотренные выше, устраняются, если горение воздушно-топливной смеси начать в центре камеры сгорания.
И сделать это разумнее всего с помощью факельного зажигания по аналогии с лучшими форкамерными двигателями. Первый форкамерный двигатель был предложен Рикардо в 1918 г., а последний был снят с производства в начале 80-х. И это удивительно, так как форкамерные двигатели были лучше обычных по всем показателям, кроме одного - они были сложнее, особенно в отношении системы питания и газораспределения. Вероятно, последнее и перевесило в извечном компромиссе: цена - качество.
Главное достоинство факельного зажигания - активность. Факел способен преодолеть заметные расстояния как поперек, так и навстречу вихрю.
Первый предложил использовать свечу с конической поверхностью - российский изобретатель Г.Н. Березовский.
В 1994 г. Евгений Степановичем Бугаец и его коллегами были начаты исследования по созданию системы зажигания и свечи с факельным эффектом.
Остановились на принципиально новом решении. Свеча с центральным искровым зазором окружена симметричной усеченной конусной поверхностью - резонатором. Весь корпус свечи изготовлен из особо жаростойкого сплава, обладающего антикалильными свойствами.
Свеча производиться на базе стандартных свечей NGK. Это позволяет без больших инвестиций получить высокое качество изделия.
Именно благодаря "полуоткрытости" свечи ей не страшны проблемы вентиляции и засорения продуктами неполного сгорания.
Она работает лучше обычной свечи, лучше форкамерной свечи на всех режимах двигателя, так как формирует мощный расходящийся факел.
В ходе одного из экспериментов проверялась приемистость двигателя со штатной и новой свечой без нагрузки. Двигатель со штатной системой зажигания набирал максимальную частоту вращения вала в течение примерно 3 с. После замены свечи на новую мотор без видимой задержки буквально "взрывается", при этом частота вращения вала "зашкаливает".
В процессе экспериментов были установлены зависимости к.п.д. новой свечи от ряда характеристик: формы камеры сгорания, положения, энергии и длительности искры, качества воздушно-топливной смеси.
Наиболее выгодной оказалась установка разработанной свечи на двигатель устаревшей конструкции с двумя клапанами на цилиндр; при этом свеча располагалась сбоку, ее ось проходила через центр камеры сгорания.
В современных двигателях (четыре клапана на цилиндр, свеча вертикальная) наблюдается обратная картина. Воздушно-топливная смесь, выжатая поршнем в ВМТ, мешает факелу достичь центра камеры сгорания. Замена свеч дает эффект только для двигателей с малым объемом, работающих при большой частоте вращения вала (3000 об/мин и выше). Для кардинального решения данной проблемы, требуется повышать энергию высоковольтного импульса до 150 мДж.
Наши исследования позволяют констатировать, что факельное зажигание улучшает одновременно все параметры двигателя и автомобиля: скорость, приемистость, экономичность, экологичность. Особенно важным достижением представляется снижение уровня выбросов окислов азота. Резко уменьшилась тепловая нагруженность двигателя, появилась возможность осуществлять разгон с переходом от 1-й на 5-ю передачу. Машина "не замечает" подъемов, т.е. не снижает скорости на подъеме. Расход топлива сокращается и перестает зависеть от скорости, поэтому при поездках со скоростью 120 км/ч экономия нередко достигает 30 %.
Замечено, для автомобилей с большим объёмом двигателей - выигрыш в экономии увеличивается.
Именно благодаря "полуоткрытости" свечи ей не страшны проблемы вентиляции и засорения продуктами неполного сгорания.
Она работает лучше обычной свечи, лучше форкамерной свечи на всех режимах двигателя, так как формирует мощный расходящийся факел.
В ходе одного из экспериментов проверялась приемистость двигателя со штатной и новой свечой без нагрузки. Двигатель со штатной системой зажигания набирал максимальную частоту вращения вала в течение примерно 3 с. После замены свечи на новую мотор без видимой задержки буквально "взрывается", при этом частота вращения вала "зашкаливает".
В процессе экспериментов были установлены зависимости к.п.д. новой свечи от ряда характеристик: формы камеры сгорания, положения, энергии и длительности искры, качества воздушно-топливной смеси.
Наиболее выгодной оказалась установка разработанной свечи на двигатель устаревшей конструкции с двумя клапанами на цилиндр; при этом свеча располагалась сбоку, ее ось проходила через центр камеры сгорания.
В современных двигателях (четыре клапана на цилиндр, свеча вертикальная) наблюдается обратная картина. Воздушно-топливная смесь, выжатая поршнем в ВМТ, мешает факелу достичь центра камеры сгорания. Замена свеч дает эффект только для двигателей с малым объемом, работающих при большой частоте вращения вала (3000 об/мин и выше). Для кардинального решения данной проблемы, требуется повышать энергию высоковольтного импульса до 150 мДж.
Наши исследования позволяют констатировать, что факельное зажигание улучшает одновременно все параметры двигателя и автомобиля: скорость, приемистость, экономичность, экологичность. Особенно важным достижением представляется снижение уровня выбросов окислов азота. Резко уменьшилась тепловая нагруженность двигателя, появилась возможность осуществлять разгон с переходом от 1-й на 5-ю передачу. Машина "не замечает" подъемов, т.е. не снижает скорости на подъеме. Расход топлива сокращается и перестает зависеть от скорости, поэтому при поездках со скоростью 120 км/ч экономия нередко достигает 30 %.
Замечено, для автомобилей с большим объёмом двигателей - выигрыш в экономии увеличивается.
Факельная свеча зажигания с конусным резонатором (фото) Фото факельной свечи
Во время фаз ВПУСК и СЖАТИЕ резонансная камера факельных свечей зажигания заполняется горючей смесью. Конусный резонатор защищает искру от вихревого потока. При высоковольтном пробое искра вызывает горение сначала только в резонансной камере, накапливая тепловую энергию. Затем факельная свеча зажигания выстреливает мощным импульсным расширяющимся факелом в камеру сгорания.
-
При таком способе зажигания смесь сгорает максимально быстро и симметрично (флешролик > http://kemtu.moy.su/load/0-0-0-1-20) не вирус !).
-
Горение происходит только в фазе РАСШИРЕНИЕ.
-
Сбалансированное давление на поршень повышает крутящий момент.
-
Таким образом, исключаются все стандартные термодинамические тормозящие эффекты и потери.
ТЕСТ ДРАЙВЫ ДОКАЗАЛИ, ЧТО ПРЕИМУЩЕСТВА ФАКЕЛЬНЫХ СВЕЧЕЙ ЗАЖИГАНИЯ ЕСТЬ:
1. ДИНАМИЧНОСТЬ - повышается за счёт быстрого и симметричного горения. Значительно увеличивается крутящий момент на низких и высоких оборотах.
2. ЭКОНОМИЧНОСТЬ - достигается за счёт обеднения смеси в режиме холостого хода, быстрого и симметричного горения и исключения механических потерь. Экономия на трассе нередко достигает 50%. (проверено - эффект есть)
3. ЭКОЛОГИЧНОСТЬ - повышается в несколько раз! Выбросы CO и CH снижаются за счёт обеднения смеси и повышения стабильности зажигания. NOx снижается за счёт экономичности и быстроты горения. Катализатор и весь выпускной тракт очищаются от нагара.
4. МАКСИМАЛЬНАЯ СКОРОСТЬ - вырастает, так как повышается крутящий момент на высоких оборотах и горючая смесь сгорает быстро и только в фазе РАСШИРЕНИЕ. Значительно расширяется рабочий диапазон высоких оборотов.
5. НАДЁЖНЫЙ ПУСК ПРИ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ - обеспечивается несколькими полезными особенностями конусного резонатора: создание "микроклимат а" для горения; увеличение искрового зазора; фокусировка всех видов энергий излучаемых искрой.
6. НАГРЕВ ДВИГАТЕЛЯ - снижается за счет быстрого и симметричного горения.
7. НОРМАЛЬНАЯ ТЯГА ХОЛОДНОГО ДВИГАТЕЛЯ - ликвидация эффекта "микроклина" в условиях максимальных тепловых зазоров между поршнем и цилиндром.
8. ЭЛАСТИЧНОСТЬ ДВИЖЕНИЯ - за счёт значительного расширения рабочего диапазона оборотов. На автомобилях V6 с АКПП на второй передаче набирается скорость 120 км/ч. На автомобилях с механической коробкой передач после набора скорости 40-50 км/ч можно включать высшую передачу.
9. РЕСУРС ДВИГАТЕЛЯ - значительно увеличивается за счёт интегрального эффекта всех выше перечисленных преимуществ.
Снимки Камеры сгорания, произведённые специальной оптико-телевизионной системой.
Во второй фазе смесь из центра догорает равномерно во все стороны.
При этом смесь горит долго и самое главное - АССИМЕТРИЧНО.
Когда заканчивается горение, противоположный от спирали край поршня получает короткий мощный удар.
Динамика развития области СПИРАЛЕВИДНОГО ГОРЕНИЯ топливной смеси
при использовании обычных свечей зажигания
Это приводит к кратковременному заклиниванию поршня или микроклину поршня
(на фото видно спиральный нагар)
При использовании факельных свечи зажигания
поджиг топливной семеси происходит мощно и симметрично
При этом топливная смесь горит равномерно и быстро
Снимки Камеры сгорания, произведённые специальной оптико-телевизионной системой.
Динамика развития области СИММЕТРИЧНОГО ГОРЕНИЯ топливной смеси
при использовании факельных свечей зажигания
скачать флеш ролик http://kemtu.moy.su/load/0-0-0-1-20 (не вирус)
С ростом нагрузки тормозящий эффект нарастает, крутящий момент двигателя существенно падает.
На высоких оборотах из-за долгого горения часть топлива сгорает в фазе СЖАТИЕ, что также тормозит двигатель.
В итоге с ростом числа оборотов падает крутящий момент, а расход топлива катастрофически растёт.
Но всё это почему то у НАС считается нормой !
Данные свечи исключают эту "норму" и исключают тормозящий эффект.
При использовании традиционной свечи с нарастанием скорости наблюдается экспоненциальное нарастание расхода топлива.
Это объясняется известным недостатком традиционного зажигания - снижением крутящего момента двигателя с ростом нагрузки и увеличением частоты вращения.
У факельных свечей,во время фаз ВПУСК и СЖАТИЕ резонансная камера заполняется горючей смесью.
Конусный резонатор защищает искру от вихревого потока.
При высоковольтном пробое искра вызывает горение сначала только в резонансной камере, накапливая тепловую энергию.
Затем факельная свеча зажигания выстреливает мощным импульсным расширяющимся факелом в камеру сгорания.
Сбалансированное давление на поршень повышает крутящий момент.
Таким образом, исключаются все стандартные термодинамические тормозящие эффекты и потери.
И энергия, которая тратилась на преодоление потерь, расходуется эффективно.
