Маркетинг или реальность? Форкамерные свечи зажигания

Функция свечей зажигания – воспламенять топливовоздушную смесь в камере. У классической свечи корпус из стали с резьбой и электроды (центральный и боковой). Поскольку условия работы у свечей тяжелые, они входят в число самых нагружаемых деталей двигателя.

На свечи действует и высокое давление, и температура, и напряжение, они подвержены электроэрозии, на них откладываются продукты сгорания. Они довольно быстро изнашиваются и требуют регулярной очистки, чтобы продолжать эффективно выполнять свои функции. На разработку решений, которые сделают свечи более устойчивыми и совершенными, тратится много времени и ресурсов, а за год в разных странах регистрируются тысячи патентов, так или иначе связанные с функционированием свечей зажигания.

Есть и другая позиция: свечи нельзя улучшить, они уже сейчас совершенны настолько, насколько это возможно. Все, что зависит от автомобилиста, – это регулярное ТО, своевременная очистка или замена свечей.

В самом ли деле ресурс свечей достиг максимума?

Вовсе нет. Напротив, показатели используемых сегодня свечей крайне низкие. Если просчитать КПД искры, то окажется, то он составляет всего порядка 5–15%, тепловой КПД – около 30%. Механические потери из-за асимметрии горения – колоссальные.

Но и это еще не все. В ряде ситуаций (на высоких оборотах) топливо вообще частично догорает уже в выхлопной трубе, и чем выше обороты, тем меньше крутящий момент и тем выше расход топлива.

Что с этим можно сделать?

Частично решение пришло из авиационной отрасли. Там применяли на цилиндре по две расположенные симметрично свечи, и только за счет этого решения добились роста мощности двигателя на 5%.

Концерн Honda перенял данную практику и первым использовал ее в автомобильной отрасли, в результате чего было отмечено повышение крутящего момента на низких оборотах. Затем это решение внедрили несколько других производителей – это премиумные марки Daimler-Chrysler и Alfa-Romeo. Другие не спешат: дублированная система зажигания обходится дорого, поскольку под нее нужно разработать фактически совсем другой двигатель.

К тому же, две свечи на цилиндре не решают вопрос длины распространения пламени. Она составляет три и более радиуса поршня, и такая протяженность его пути подразумевает необходимость раннего поджигания смеси. Фаза сжатия же длится и после зажигания смеси. Получается, что чем выше частота вращения вала, тем больше падение крутящего момента, и в итоге на определенном этапе двигатель работает вхолостую, «не тянет». То есть у системы зажигания двигателей есть системный, неискоренимый недостаток.

В принципе, обе проблемы решатся, если воздушно-топливная смесь начнет гореть в камере. И удобнее всего реализовать этот процесс факельным зажиганием, основываясь на принципе форкамерных двигателей.

Форкамерные двигатели

Они производились с начала прошлого века до 1980-х годов. Они превосходили стандартные двигатели абсолютно по всем показателям, и единственный их недостаток заключался в более сложной структуре системы. Именно этот фактор оказался решающим для потребителей, выбравших решения по доступной цене в ущерб более качественной конструкции.

Форкамерные свечи зажигания

Ее конструкция несколько иная, полуоткрытая, благодаря чему у свечей нет проблем с засорами и вентиляцией. У нее есть дополнительный элемент – конусная насадка, закрепленная на торце корпуса. Сделана эта насадка из металлокерамических материалов, известных своими антикалильными качествами, и крепится таким образом, чтобы искровой промежуток приходился на центр конусного участка.

На фазах впуска и сжатия ее полость заполняет топливная смесь, а искра не поджигает смесь. Тепловая энергия накапливается в свече, и во время приближения поршня к вершине мертвой точки свеча передает импульс от запасенной энергии в виде мощного расходящегося факела.

Таким образом, горение начинается лишь в фазе расширения, давление на поршень получается сбалансированным, и крутящий момент повышается, а потери и тормозящие эффекты исключаются. При этом уровень выброса окислов азота существенно ниже обычного, а расход топлива – ниже. Чем выше масса автомобиля, чем больше диаметр поршней, тем больше этот выигрыш. Он может достигать 20–30%. Зависимость расхода бензина от скоростного режима тоже уменьшается, а динамика автомобиля становится лучше.

Что еще показали испытания?

Форкамерные свечи зажигания позволяют улучшить следующие показатели:

  • Экологичность. Вредные выбросы снижаются благодаря скорости и экономичности горения, повышению стабильности, очистке выпускного тракта от нагара.
  • Динамика. Растет благодаря высокой скорости и симметрии горения, крутящий момент существенно увеличивается на высоких и низких оборотах.
  • Скорость растет благодаря расширению диапазона высоких оборотов.
  • Экономичность – за счет тех же факторов, что положительно влияет на динамику, исключаются механические потери, и экономия топлива нередко превышает 20%.

Также увеличиваются скорость прогрева двигателя и его ресурс, улучшается пуск в условиях отрицательных температур.

Словом, новые свечи зажигания выглядят очень перспективным решением, и наверняка многие автовладельцы сделают выбор в их пользу.

Материал подготовлен на основе конкурсного исследования Московского строительного техникума “Новые возможности свечей зажигания”. Автор: Ковданов Игорь Викторович, Ковданов Денис Викторович. Наставник: Щербинин Александр Николаевич

2017-10-02T15:18:58+00:00