Реферат Введение История форкамерного зажигания

ФОРКАМЕРНЫЕ ПРОСТАВКИ ПОД СВЕЧИ ЗАЖИГАНИЯ ДЛЯ ФАКЕЛЬНОГО ВОСПЛАМЕНЕНИЯ ТОПЛИВНОЙ СМЕСИ ДВС

Дудышев В.Д., Патрин П.А.

HYPERLINK «http://new-energy21.ru» http://new-energy21.ru HYPERLINK «http://shop-dudishev.ru/» http://shop-dudishev.ru/

ВПЕРЕД В БУДУЩЕЕ — ВМЕСТЕ!!!

Вместе мы сила!!!

С уважением,

Дудышев В.Д.

Научный руководитель КБ Нитрон,

академик РЭА, РАМТН

HYPERLINK «mailto:[email protected]» [email protected] Skype-dud063. Тел.: 8-846-336-86-67.

HYPERLINK «mailto:[email protected]» [email protected] Skype-genesis-nsk. Тел.: 8-913-953-89-08.

Реферат

Данная статья посвящена анализу перспектив совершенствования тепловых машин посредством форкамерного воспламенения в них ТВС. В статье кратко описана история этого научно-технического направления и дано описание оригинальной форкамерной проставки под любые свечи зажигания, которая позволяет осуществить эффективное факельное воспламенение.

Данное устройство уже апробировано и доказало свою работоспособность. Статья хорошо проиллюстрирована и предназначена и для широкого круга читателей, интересующихся автоновинками, а также для специалистов в сфере тепловых машин.

Факельная свеча зажигания Дудышева

1. свеча с проставкой в сборе

2. форкамерная проставка

Оглавление статьи

Реферат

1. Введение

2. История форкамерного зажигания

3. Современные форкамерные свечи зажигания

4. Факельная свеча зажигания Дудышева

5. Описание конструкции форкамерной проставки под свечи зажигания

6. Описание работы форкамерной проставки пол свечи зажигания

7. Выводы

8. Заключение

Литература

Приложение

Задачи для разработчиков факельных свечей зажигания ТВС

1. Введение

Топливо стремительно дорожает, и нет никаких предпосылок на снижение или, хотя бы фиксацию цен на него. Как же сэкономить топливо, повышая при этом приемистость теплового мотора, и одновременно снижая токсичность выхлопных газов авто? Ответ на первый взгляд- прост –надо повысить полноту сгорания топливо воздушной смеси (ТВС).

Большую часть автопарка составляют современные автомобили, а что-то в их серийных тепловых моторах изменить уже совсем непросто, поэтому один из немногих путей решения этой проблемы является модернизация системы поджига ТВС — а именно через специальные проставки под свечи зажигания — и это и есть оптимальный и достаточно простой путь тюнинга бензиновых инжекторных моторов. Установка факельных проставок под свечи позволит эффективно воспламенить практически любую ТВС, а значит позволит перейти на более дешевый низкосортный бензин, а значит дважды сэкономить топливо!

Плазменное (факельное) зажигание топливной смеси в ДВС – это правильный путь к эффективному воспламенению и сжиганию любого топлива, к полному сгоранию топлива в тепловых моторах в любых условиях и в любых режимах работы тепловых машин.

Значит форкамерные проставки под свечи зажигания, обеспечивающие факельное воспламенение ТВС, весьма важны для современных бензиновых ДВС, поскольку приводят к существенной экономии топлива и затрат на него, а также к улучшению экологии атмосферы и повышению мощности (тяговитости) автотранспорта .

Проблема качественного воспламенения топливно-воздушной смеси (ТВС) является насущной актуальной проблемой разработчиков ДВС уже многие десятки лет. Одним из радикальных выходов решения этой проблемы – именно форкамерно-факельное зажигание ТВС, которое реализуется посредством специальных достаточно простых проставок под свечи зажигания. В этой статье будет подробно раскрыт принцип работы , конструкция предлагаемой форкамерной проставки под свечи зажигания.

2. История форкамерного зажигания ТВС

(часть обзорного материала заимствована из статьи в Авторевю/7/и «За рулем»/8/ )

Первые разработки форкамерных двигателей на ГАЗе относятся к пятидесятым годам прошлого века . Они велись в целях повышения топливной экономичности ДВС. Были созданы двигатели с форкамерным зажиганием для автомобилей ГАЗ-51 (ГАЗ-51Ф, было выпущено некоторое количество) и ГАЗ-21 (опытный, ставился на прототипы).

Поджиг рабочей ТВС в них осуществлялся не непосредственно искрой на свече зажигания, а факелом раскалённых газов, вырывающимся из специальной форкамеры (предкамеры) — частично отделённой от остального объёма камеры сгорания полости, в которой располагалась свеча (по одной на цилиндр).

Результатом многолетних разработок стал серийный двигатель модели ЗМЗ-4022.10. Мощность его возросла до 105 л.с. (по сравнению с 95 л.с. у обычного ЗМЗ-24), при этом топливная экономичность, по данным производителя, существенно улучшилась (расход топлива снизился с 10,5 л. на 100 км пробега при постоянной скорости 80 км/ч — до 8,5 л. на 100 км в тех же условиях, то есть почти на 20 %).

Динамика «Волги» ГАЗ-3102 с таким двигателем также существенно улучшилась — разгон с места до 100 км/ч занимал теперь 16,2 с. против 21 с. у ГАЗ-24 — то есть почти столько же, сколько у считавшегося в то время весьма динамичным ВАЗ-2106. Кроме того, благодаря использованию обеднённой смеси новый двигатель оказался существенно экологичнее своего предшественника.

Всего форкамерных «Волг» было выпущено около 27 тыс. единиц. Это не очень много, потому что в реальных условиях форкамерный двигатель плохо себя зарекомендовал. Он был очень требователен к настройке сложного трехкамерного карбюратора К-156, требовал регулярного и профессионального ухода, из-за специфичности зажигания были нередки перегревы. В итоге в 1992 году от форкамерного двигателя отказались окончательно в пользу двигателя ЗМЗ-402, модернизированного двигателя ЗМЗ-24. Даже во многих уже выпущенных ГАЗ-3102 форкамерные двигатели были заменены на традиционные. Эту идею продолжают разрабатывать до сих пор, но уже в другом направлении – модернизируя не конструкции ДВС, а сами свечи зажигания.

3. Современные форкамерные свечи зажигания

Свечи зажигания – один из самых ходовых авто-товаров. Владельцы их меняют через каждые 30 – 50 тыс. км. Как известно, качество свечи зажигания во многом определяет надежность и эффективность работы всего двигателя — надежный запуск в экстремальных условиях, равномерность работы ДВС в различных режимах, мощностные характеристики и экономичность всей системы в целом. Конструкторы двигателей идут на значительное удорожание свечи – одной из самых консервативных деталей двигателя, ради повышения эффективности и стабильности ее работы. Свечи зажигания практически в современном виде разработал П. Хонольд в 1902 г. Конечно же, за 100 летнюю историю со свечой ДВС произошел целый ряд изменений. Появились двух, затем трех и четырех электродные свечи, свечи с медным сердечником центрального электрода, серебряными и платиновыми напайками.

Разработчиками новых свечей зажигания по крупицам выбираются все резервы качества материалов и технологии сборки свечей зажигания. И положительные результаты есть. Однако каждая последующая победа, каждое улучшение, даже незначительное, стоит все больших денег. И для рядового потребителя разница между обычной качественной свечой и ее «сверх навороченного иридиево-платинового» аналога все-таки мало ощутима (если не говорить о многократно более высокой цене).

Однако, оказывается, что можно направить инженерный поиск в иную плоскость: не совершенствовать безгранично стандартную свечу, доводя ее цену до «космических высот» без существенных изменений потребительских качеств, а радикально изменить сам принцип поджига топливной смеси.

В настоящее время на рынке представлены форкамерные свечи:

Плазмофор Супер

По замыслу создателей, топливовоздушная смесь, попавшая в «форкамеру» свечи на такте сжатия, должна вырываться наружу в виде горящего факела. Но это неизбежно ведет к тепловым потерям, что, возможно, и вызывает калильное зажигание при полном дросселе. В ходе испытаний, проведенных редакцией журнала «За рулем», плазменно-форкамерные свечи при сравнении с обычными не показали ни решающих преимуществ, ни заметных недостатков, отсутствие которых уже радует.

Конечно, мощность по сравнению с самыми дешевыми свечами Finwhale слегка подросла. Но и обычные NGK выдют аналогичные цифры! Сравнение расходных характеристик различных комплектов особой радости не доставило: все различия – вблизи погрешности измерений, причем, скорее в пользу NGK. А вот насчет токсичности «Плазмофор» смотрится получше: содержание в выхлопе и окислов азота NOx, и остаточных углеводородов CH с этими свечами упало сильнее.

И все же – где обещанная мощность? Возможно, ключ в забавной фразе на упаковке: «Рекомендуется эксплуатация с коррекцией угла опережения зажигания (до +/– 5 град.)». Что ж, попробуем. Логика подсказывает: хочешь добавить мощности – крути зажигание вперед.

Такие эксперименты обычно проводят на карбюраторном моторе: там не приходится колдовать с программами и прошивками. Все получилось согласно классической теории ДВС. С увеличением УОЗ «Плазмофоры» по сравнению с базовым комплектом со старыми регулировками подняли мощность еще на 5%. Экономичность тоже улучшилась – примерно на 4%. Одна только беда: экологический эффект, который мы видели на базовых регулировках, вдруг испарился!

Токсичность отработавших газов (по СО и СН) со свечами Плазмофор снизилась на 72%! Расход топлива тоже снизился, но уже незначительно — всего на 1,5%. Но на этом преимущества Плазмофоров иссякли. На холостом ходу и малых нагрузках двигатель работал крайне неустойчиво — при фиксированной подаче топлива колебания крутящего момента достигали 10—15% от среднего значения. Мощность, вопреки обещаниям создателей Плазмофоров, не увеличилась — разница составила менее 0,2%, да и то «в минус». А самое главное, что при работе с полной нагрузкой (на внешней скоростной характеристике) Плазмофоры нагрелись так, что началось так называемое калильное зажигание, а система выпуска раскалилась добела! Специалисты лаборатории, в которой мы проводили испытания, сразу вспомнили аналогичное поведение Плазмофоров, предназначенных для двигателей вазовской «классики», — тогда свечи перегревались так, что плавились наконечники высоковольтных проводов.

Словом, Плазмофоры — это реальный шанс угробить мотор при движении с высокой нагрузкой: например, при длительном движении по шоссе с высокой скоростью. И единственный плюс в виде зафиксированного нами снижения токсичности при малой нагрузке никоим образом не искупает этой опасности.

Свечи зажигания Bugaets (Бугаец) (СЗБ).

Создатели свечей зажигания Bugaets обещают, что «конусная насадка» сможет кардинально улучшить все характеристики двигателя (самая скромная цифра — на 20%), «существенно уменьшить его нагрев, а при скорости 200 км/ч экономия топлива составит 50%». Но в реальном двигателе все это оборачивается детонацией при полном дросселе и проигрышем обычным свечам NGK, которые взяты за основу творения.

СЗБ предназначены для работы в двигателях внутреннего сгорания работающих на бензиновом и газовом топливе, вместо обычных свечей зажигания для значительного улучшения работы двигателя. Основной отличительной особенностью СЗБ от обычных свечей зажигания является конусный резонатор, в котором перенаправлен искровой разряд для улучшения сгорания топлива. Во время тактов впуск и сжатие камера СЗБ заполняется горючей смесью, которая защищена от вихревого потока топливной смеси, тем самым при высоковольтном разряде горение происходит только в камере СЗБ, где происходит не только горение, но и накапливается тепловая энергия (примерно такой цикл происходит в форкамерном факельном зажигании смеси). Затем СЗБ производит выброс тепловой энергии импульсным расширяющим факелом в самый центр камеры сгорания, что приводит к максимально быстрому сгоранию топлива в цилиндре.

При этом способе зажигания смеси топливо сгорает очень быстро и эффективно в фазе рабочий ход, а сбалансированное давление на поршень увеличивает крутящий момент, при этом исключаются потери мощности, вызываемые при сгорании, и уменьшаются потери топлива, необходимые для толчка поршня.

Мощность действительно возросла! Но вот незадача — всего на 3,4%. На порядок меньше, чем нужно бы для обещанного 20-процентного роста «максималки». Расход топлива снизился тоже всего на 4,6% — вместо заявленных 30%.

Если переделанные Бугайцом свечи заменить на обычные NGK BPR6E, то те будут работать лучше. Рост мощности составит 4,4%, а экономичность улучшится на 5,1%. При этом с «обычными» свечами NGK двигатель работает устойчиво и без детонации, а Bugaets заставляет мотор издавать характерные металлические стуки — при полном дросселе на всех оборотах!

Словом, свечи Bugaets и украинские Плазмофоры — одного поля ягоды. Переплачивать за «уникальную конструкцию» в виде приваренной в четырех точках «тонкостенной конусной насадки», которая провоцирует детонацию и со временем может оторваться и повредить двигатель, может только человек с повышенной степенью внушаемости, которого фразы про «выстрел тепловой энергии» превращают в зомби. Но если вы вдруг разуверились в чудо-свечах и не чувствуете улучшений, то фирма Bugaets вернет вам деньги. Главное, чтобы с момента покупки прошло не более десяти дней.

4. Факельная свеча зажигания Дудышева

Исходя из имеющегося опыта производителей сделать плазменное воспламенение ТВС, коллектив КБ «Нитрон» разработал специальную универсальную фвкельную проставку для свечей зажигания, создающую эффект форкамерного зажигания ТВС .

Фото факельных проставок под свечи зажигания (КБ Нитрон , Самара)

ФОРКАМЕРНАЯ ПРОСТАВКА ПОД СВЕЧУ ЗАЖИГАНИЯ

Обозначения к рисунку:

Стандартная свеча зажигания

Внешняя часть корпуса форкамерной проставки

Ввертная часть свечи зажигания

Внутренний колодец с резьбой в корпусе проставки для ввертывания свечи зажигания

Электроискровой разряд между боковым и центральным электродами в свече зажигания

Первичная камера электроискрового поджига топливо-воздушной смеси

Ввертная часть корпуса проставки

Выходное сопло Лаваля — ускоритель плазмы

Факел пламени горящей топливо — воздушной смеси

5. Описание конструкции форкамерной проставки под свечи зажигания

Устройство такой форкамерной проставки под свечу зажигания содержит полый внешний корпус (2), выполненный снаружи в виде шестигранника, внутри которого размещен полый цилиндр (4) с внутренней резьбой, для вворачивания в него резьбовой части (3) стандартной свечи зажигания (1). Кроме того корпус проставки (2) имеет также и сопло Лаваля, содержащее дополнительную цилиндрическую проточку (6), соединенную отверстием с выходным ускорительным соплом (8). Проставка (2) имеет также ввертную часть (7) со стандартной свечной резьбой, которая вворачивается непосредственно в свечное отверстие камер сгорания (не показано).

Отметим, что длина этой ввертной части у разных проставок для разных типов тепловых моторов, отличается друг от друга. Таким образом, достигается универсальность применения этого гибрида «проставка-свеча » на любых бензиновых ДВС при одинаковой длине ввертной части самих свеч зажигания.

6. Описание работы форкамерной проставки под свечи зажигания

Данная форкамерная проставка позволяет осуществить эффективное факельное воспламенение топливно-воздушной смеси (ТВС) в камере сгорания ДВС и работает следующим образом. В начале, на этапе впуска воздуха и топлива, по мере наполнения и сжатия в камере сгорания ДВС (не показано) очередной порции ТВС внутренние полые камеры (6) и (8) , образующие внутренне сопло Лаваля, также заполняются частью этой очередной порцией топливно–воздушной смеси.

Затем подается высокое напряжение на свечу зажигания (1) и в рабочем промежутке (5) между боковым и центральном электродами свечи (1) возникает мощная электрическая искра. Далее возникает взрыв ТВС в первичной форкамере (6) и полученная плазма устремляется через узкое отверстие выходного сопла (8) с ускорением на выход в виде факела пламени (8) в камеру сгорания ДВС (не показана).

Такое факельное воспламенение ТВС внутри камеры сгорания позволяет существенно интенсифицировать процесс воспламенения ТВС внутри камер сгорания ДВС даже при низкосортном бензине и в холодное время года. В итоге это приводит к повышению полноты сгорания топлива, к экономии топлива и повышению мощности двигателя и снижения токсичности выхлопных газов ДВС. Данная универсальная форкамерная проставка может быть применена с успехом на самых различных ДВС не только любого автотранспорта ,но и в мототехнике, в лодочных моторах, снегоходах, и т.д., т.е. на любых тепловых двигателях с использованием свечей зажигания.

Процесс установки форкамерной проставки очень простой: выкручивается свеча зажигания, вкручивается проставка ключом на 19, а затем в проставку вкручивается свеча зажигания. Демонтаж изделия производится в обратном порядке: выкручивается свеча зажигания, выкручивается проставка ключом на 19.

Процесс форкамерного воспламенения начинается в первой форкамере (п.6). Искра от свечи бьет в первую форкамеру и усиливается через сопло Лаваля (п.8). На выходе из проставки получаем плазму (п.9), а ее способность воспламенить ТВС гораздо выше, чем у стандартной искры.

Предлагаемые проставки для создания форкамерного зажигания в Вашем авто имеют следующие преимущества:

Отличное воспламенение ТВС не искрой (как на обычных свечах), а плазмой;

Отсутствие детонации – как следствие полноценного сгорания ТВС;

Повышение мощности двигателя на 10%;

Снижение токсичности выхлопов в 3-4 раза;

Улучшаются пусковые возможности двигателя (особенно в сильные морозы -30 и ниже);

Снижение расхода топлива на 10%.

Все вышеперечисленные преимущества достигаются за счет полноценного воспламенения ТВС плазмой.

В проставке используется уникальная технология — сопло Лаваля.

Иллюстрация работы сопла Лаваля. По мере движения газа по соплу, его абсолютная температура Т и давление Р снижаются, а скорость V возрастает. М — число Маха.

Это ускорение происходит благодаря тому, что волна снижения давления от расширившейся порции газа в сверхзвуковом потоке не успевает распространиться на следующие за ней другие порции. Внутренняя энергия газа преобразуется в кинетическую энергию его направленного движения. КПД этого преобразования в некоторых случаях (например, в соплах современных ракетных двигателей) может превышать 70 %, что значительно превосходит КПД реальных тепловых двигателей всех других типов. Это объясненяется тем, что рабочее тело не передаёт механическую энергию никакому посреднику (поршню или лопастям турбины) — стадии процесса, на которой в иных тепловых двигателях на этой имеют место значительные потери, — а также тем, что газ, проходя через сопло на значительной скорости, не успевает передать его стенкам заметное количество своей тепловой энергии.

На выходе из факельной проставки в итоге имеем не маленькую искру, а скоростную плазму, которая полноценно воспламеняет ТВС и повышает КПД теплового двигателя.

Стоит отметить, что предлагаемые проставки совместимы практически с любым авто – со свечами разной ввертной длины (17,5, 19, 25 мм). В проставку будет вкручиваться свеча-пушка Дудышева (в которой тоже применен принцип сопла Лаваля), обладающая большой зоной воспламенения, что делает ее применение совместно с проставкой еще эффективней!

Тюнинговые свечи-пушки Дудышева

В результате будет получен высококачественный универсальный гибрид – мощный воспламенитель ТВС, который позволит качественно воспламенить ТВС и передать максимальное количество работы на поршни.

Также проставка будет очень эффективна при работе совместно с торцевыми cвечами NGK – это позволит добиться эффекта вращения искры в проставке с надетыми катушками.

Вот тут-то и появляются на сцене уникальные электромагнитные и магнитные форкамерные свечи Дудышева с кольцевым рабочим массовым электродом/ 5/.

7. Выводы

Плазменное зажигание топливной смеси в ДВС с помощью уникальной проставки – это эффективный путь решения комплекса актуальных проблем:

Снижение расхода топлива на 10%;

Повышение мощности двигателя на 10%;

Снижение токсичности выхлопов в несколько раз;

Улучшение пусковых качеств в сильные морозы;

Убрать детонацию;

Возможность использования низкокачественного топлива и т.д.;

Возможность работы на сверхобедненных ТВС с экономией топлива до 30-40%.

8. Заключение

Факельное воспламенение ТВС специальными гибридами «свеча зажигания + форкамерная проставка» – это магистральное научно техническое направление совершенствования современных инжекторных ДВС для улучшения их топливных, экологических и мощностных характеристик.

Форкамерные относительно простые проставки под любые свечи позволяют устойчиво работать электроискровым ДВС на весьма обедненных топливных смесях и низкооктановом топливе, что приводит к дополнительной существенной экономии денежных средств на дорогое топливо.

Мы открыты к диалогу с Вами – пишите, звоните нам!

ВМЕСТЕ МЫ СИЛА!

Литература и полезные ссылки

1. Дудышев В.Д. Эффективные тюнинговые свечи зажигания Дудышева

HYPERLINK «http://new-energy21.ru/ustroystva-ekonomii-benzina/effektivnyis-tyuningovyie-svechi-zazhiganiya-dudyisheva.html» http://new-energy21.ru/ustroystva-ekonomii-benzina/effektivnyis-tyuningovyie-svechi-zazhiganiya-dudyisheva.html

2. Дудышев В.Д. Магнитная свеча с вращением электрической дуги

HYPERLINK «http://shop.new-energy21.ru/magnitnaya-svecha-s-vrascheniem-elektricheskoy-dugi.html» http://shop.new-energy21.ru/magnitnaya-svecha-s-vrascheniem-elektricheskoy-dugi.html

3. Академик Дудышев об автоновинках КБ «Нитрон» часть 1

HYPERLINK «http://new-energy21.ru/ustroystva-ekonomii-benzina/video-akademik-dudyishev-ob-avtonovinkah-kb-nitron-ch1.html» http://new-energy21.ru/ustroystva-ekonomii-benzina/video-akademik-dudyishev-ob-avtonovinkah-kb-nitron-ch1.html

4. Академик Дудышев об автоновинках КБ «Нитрон» часть 2

HYPERLINK «http://new-energy21.ru/ustroystva-ekonomii-benzina/video-akademik-dudyishev-ob-avtonovinkah-kb-nitron-ch2.html» http://new-energy21.ru/ustroystva-ekonomii-benzina/video-akademik-dudyishev-ob-avtonovinkah-kb-nitron-ch2.html

5. Дудышев В.Д. Патент РФ на полезную модель №103240 «Электромагнитная свеча зажигания» HYPERLINK «http://new-energy21.ru/img/patent_mag-svecha.jpg» http://new-energy21.ru/img/patent_mag-svecha.jpg

6.Дудышев В.Д. Патент РФ на полезную модель №72364 «Магнитоэлектрическая свеча зажигания» HYPERLINK «http://new-energy21.ru/img/patents/mag_svecha_b.jpg» http://new-energy21.ru/img/patents/mag_svecha_b.jpg

7. Журнал «Авторевю», 2004 год / №22 (323), статья «Два электрода и изолятор»

HYPERLINK «http://www.autoreview.ru/archive/2004/22/svechi/» http://www.autoreview.ru/archive/2004/22/svechi/

8. Журнал «За рулем»,( За рулем 2008/1), статья «Экспертиза. Форкамерные свечи: Факел или искра?» HYPERLINK «http://www.zr.ru/a/16702» http://www.zr.ru/a/16702

9. Видеофильм Почему автоновинки – экономайзеры КБ НИТРОН экономят топливо ? HYPERLINK «http://www.youtube.com/watch?v=l95mE0TtQTE&feature=player_embedded» http://www.youtube.com/watch?v=l95mE0TtQTE&feature=player_embedded

10.Видеофильм Двойная экономия топлива экономайзерами КБ Нитрон HYPERLINK «http://www.youtube.com/watch?v=FO1TKTj83kQ&feature=player_embedded» http://www.youtube.com/watch?v=FO1TKTj83kQ&feature=player_embedded

Приложение

Задачи для разработчиков и испытателей факельных свечей зажигания

Для факельных свечей нужно выбирать свечи с минимальным (оптимальным) калильным числом; Это оптимальное кальлное число еще надо определить в испытаниях

разработать и испытать оптимальную ускорительную факельную камеру для скоростного выхода струи плазмы в виде сопла Лаваля на разных типах ДВС

провести всесторонние испытания различных конструкций проставок с различные свечами зажигания на разных типах ДВС

испытать в гибриде с форкамерными проставками –и свечи пушки свечи зажигания Дудышева

испытать торцевые электромагнитные свечи зажигания Дудышева в гибриде с форкамерными проставками для создания эффекта вращения электрической искрыи факела пламени внутри этой проставки ;

найти оптимальные углы зажигания в инжекторных ДВС при факельном воспламенении на разных режимах их работы.