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. Бензовоздушная 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 быстроразгорающиеся фракции разгорались после ВМТ, а не до ВМТ.

   Вследствии случайного характера горения бензовоздушной смеси в цилиндре двигателя это приводит к тому, что бензовоздушная смесь разгорается и начинает давить на поршень среднестатистически 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 бензовоздушной 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 бензовоздушных 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 бензовоздушная смесь разгорается по всему объёму по аналогии с цепной реакцией при ядерном взрыве. В резельтате и поджиг и сгорание бензовоздушной смеси происходит существенно быстрее и полнее.

Нельзя сказать, что попытки интенсифицировать поджиг не предпринимались в автомобильной промышленности. В качестве примера можно назвать системы эажигания 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).

Существенно продвинуться в направлении интенсификации поджига удалось в блоках зажигания POWER ADDER 1, предназначенных для двигателей с карбюратором.

За счёт использования собственной катушки зажигания с низким выходным сопротивлением и ликвидацией сопротивлений во всём высоковольтном тракте удалось обеспечить следующие параметры искры:

• передний фронт импульса 2мкс против 150мкс у обычного зажигания;
• энергия импульса 120мДж против 45мДж у обычного зажигания;
• ток индуктивной фазы искры — максимальный 1,5А против 150мА, средний 0,75А против 75мА;
• длительность индуктивной фазы искры 0,5мс против 1,2 мс.

Для борьбы с радиопомехами, излучаемыми системами зажигания, в отличие от всех других систем, используется реактивный фильтр в высоковольтном тракте.

Стендовые испытания и практическая эксплуатация блока POWER ADDER 1 на сотнях автомобилей полностью подтвердила эффективность такого подхода.

Следует отметить такой интересный факт, как продление ресурса двигателей.за счёт использования подобных систем. На продление ресурса влияют следующие два фактора:

1. Уменьшение вибраций в двигателе за счёт сужения сектора, в котором разгорается бензовоздушная смесь.
2. Наличие мощной индуктивной фазы искры.

У искры есть две фазы: емкостная и индуктивная. Емкостная, это когда ёмкость свечи заряжается до пробойного напряжения и потом разряжается. Индуктивная, это когда пробой межэлектродного пространства произошёл, образовался канал с малым сопротивлением и продолжает идти ток между электродами.

Обычное зажигание имеет, в основном, только емкостную фазу, а индуктивная очень слабая и длинная из-за сопротивления в высоковольтном тракте и недостаточной запасённой энергии.

В POWER ADDER 1 емкостная фаза такая же, а индуктивная многократно мощнее и короче, что и обеспечивает эффект.

При низкой компрессии напряжение пробоя межэлектродного пространства свечи мало. Из-за этого энергия емкостной фазы маленькая, искра в обычном зажигании получается ещё более хилая. Это приводит к тому, что бензовоздушная смесь в цилиндре плохо разгорается и давление на поршень начинается гораздо позже ВМТ. При этом основная энергия бензина уходит в тепло, а не в работу. Вот и не тянет двигатель.

Мощная индуктивная фаза в искре POWER ADDER 1 позволяет хорошо поджигать и при низкой компрессии. Это и позволяет обеспечивать нормальную мощность и приёмистость двигателя при низкой компрессии, когда с обычным зажиганием двигатель вообще не хочет работать.

Никто не говорит, что нужно ездить с изношенным двигателем, но нормально проездить с POWER ADDER 1 можно гораздо дольше, чем с обычным зажиганием.

Таким образом, по отношению к автомобильным двигателям, наравне с другими возможностями, имеется значительный ресурс в виде интенсивного поджига, который может существенно повысить технико-экономические показатели и экологию двигателей.

Есть разработанная теория этого вопроса, есть апробированная и отработанная технология, и есть серийно выпускаемая система зажигания для автомобилей с карбюратором и трамблёром.

Автор: Galchenkov