Зажигание форкамерно факельное
Форкамерно-факельный двигатель или почему форкамерные свечи — не работают
— Привет! Ты как неплохой блоггер, можешь просвятить людей по одной темке? А именно форкамерно-факельные свечи. Они с года 2004 ходят по просторам страны меняя формы и менеджмент, но оставаясь разводиловом…
У Артёма практические и теоретические знания матчасти намного сильнее моих (он своими руками кольцевую "копейку" собрал), к тому же по молодости он сам попал на эту удочку, поэтому я предложил ему писать статью вместе. Он согласился и мы начали готовить тот материал, который вы видите ниже.
Стоит сразу сказать одну важную вещь — на тематических форумах данная тема давно обсосана и разжевана. А вот на "Драйве" о ней обширно никто не писал… кроме тех, кто этой байдой торгует. Будем исправлять ситуацию.
Для тех кому лень читать много текста, я запилил специальное видео:
Маркетологи уже давно правят миром. И к незаметному обману прибегают даже весьма именитые и известные фирмы. Например, я не могу слышать по телевизору рекламу очередного шампуня "с экстрактом жидкого серебра" — тут же представляю себе поток лавы разогретой до 961,8 градусов по Цельсию из которой как-то получают «экстракт».
Однако отличие "фирмы" от "мошенников" — "фирма" никогда не будет прямо обещать золотые горы. "Мошенники" же обязательно будут обещать всё самое невероятное. Причем обещать они будут грамотно, тактически и психологически выверено, давя научными терминами, степенями докторов и кандидатов и теорией всеобщего заговора из-за чего супернанотехнологическое открытие стало возможным буквально позавчера ввиду самоотверженности некоего чудо-гения современности. Причем обещать они будут самым незащищенным и податливым слоям населения, при этом предлагая свой товар по невероятно завышенной цене, которая легко теряется на фоне обещанных «бонусов».
Сейчас речь пойдет про чудо-свечи зажигания, которые многие по недоразумению называют плазменными, факельными, форкамерными или любой комбинацией из этих трех. Но прежде чем начать, стоит сказать о таких трех вещах, как субъективное восприятие, объективная реальность и эффект Плацебо.
Когда человек верит в то, что его советские "Жигули" способны разогнаться "до сотни" за десять секунд потому что ему кажется, что его вжимает в кресло — это субъективное восприятие.
Когда проводится замер разгона с телеметрией или, на крайний случай, секундомером или GPS — это объективная реальность.
Когда человек ставит фильтр нулевого сопротивления на обычный мотор и ему кажется, что автомобиль поехал лучше — это эффект Плацебо.
Так вот, когда чудо-свечи появились на рынке (а произошло это ещё в прошлом десятилетии), их протестировали на мотостендах ведущие российские издания ("За Рулем", "Авторевю"). И тест на мотостенде, показавший, в общем-то, несостоятельность таких свечей — это была объективная реальность.
Всё остальное — субъективное восприятие и эффект Плацебо из разряда "мамой клянусь".
Почему такие свечи не работают? Их создатели называют свои свечи "форкамерно-факельными". Давайте разберемся, что скрывается за этим термином. А за этим термином скрывается вполне себе конкретный тип бензиновых двигателей, которые достаточно непродолжительное время производились фирмой Honda (обозначались аббревиатурой CVCC) и на заводе ГАЗ. Почему недолгое время? Эти моторы давали совсем незначительную прибавку в мощности (5-10%), чуть в большей мере улучшали экологические показатели и показатели топливной экономичности, но их технологическая сложность и невероятная капризность привела к тому, что от этих моторов отказались. Вообще. Причем найти, например, "Волгу" с форкамерным мотором сейчас невероятная редкость — чаще всего такой мотор попросту выбрасывался на помойку и заменялся обычным "волговским" мотором, потому что следить за форкамерным мотором — была сущая мука, которую не выдерживали даже советские механики, которые казалось бы были приучены к любым тяготам слесарского труда.
В чём суть форкамерного двигателя? Суть проста: кроме привычной камеры сгорания (КС) в ГБЦ сделана и дополнительная, форкамера. Соединенная с основной КС небольшими каналами. Свеча зажигания находится в форкамере. В форкамеру поступает обогащенная смесь, а в КС, наоборот, смесь настолько бедная, что не воспламеняется обычной искрой. После поджига богатой смеси в форкамере, образовавшийся факел через каналы поступает в КС, где поджигает бедную смесь. У данного мотора есть ряд очень важных нюансов, которые в "форкамерно-факельных" свечах соблюдены быть не могут:
1. Объем форкамеры — не менее 20% от объема камеры сгорания. Ни одна "форкамерная" свеча этого позволить не может.
2. Для равномерного сгорания бедной смеси каналы должны быть тщательно просчитаны и выверены. Например, у мотора ГАЗ 4022 форкамера соединялась с КС двумя каналами, просверленными таким образом, чтобы распространяющиеся факелы огибали КС по дуге, захватывая, в итоге, весь её объем. Т.е. факел не бьет "реактивной струей" в низ поршня, как рекламируют свои свечи мошенники, а именно равномерно распространяется по всему объему камеры сгорания. И любое нарушение этого равномерного распределения тотчас же приводило к тому, что форкамерный мотор начинал "хандрить".
3. Основная суть форкамерного двигателя, ради которой инженеры и городили весь огород — послойное смесеобразование. А именно: богатая смесь в форкамере и бедная — в камере сгорания. "Форкамерная" свеча же работает с той смесью, которая поступила в камеру сгорания.
Как видно, "форкамерные" свечи не имеют ничего общего с форкамерными двигателями и даже не могут называться "форкамерными". Но есть у таких свечей и ещё ряд нюансов, как правило — весьма неприятных.
Форкамера в форкамерном двигателе — продувается и вентилируется системой каналов и клапанов. "Форкамерная" свеча не имеет никаких средств для продувки и вентиляции, зато имеет насверленные отверстия, которые и преподносятся как «естественная» вентиляция . При этом сам корпус этой псевдо-форкамеры накаляется и, в определенный момент (а тесты именитых журналов это доказали именно стендовыми испытаниями), раскаленный кусок железа в камере сгорания приводит к калильному зажиганию.
Популярный рекламный трюк, к которому прибегают мошенники — этикетка, на которой нарисована свеча из которой, как из ракетного двигателя, бьет огненная струя "плазмы". В подсознании обывателя это выглядит красиво и мощно. Остальное неважно. Не важно, что если такая струя действительно есть и бьет она в поршень, то последний быстро прогорит. Не важно, что любая свеча, по сути своей, является плазменной.
Ведь на коробках с обычными свечами не пишут, что место проскока высоковольтной искры и есть образование плазменного пучка, а на чудо свечах пишут и рисуют цельные реактивные струи значится так и есть – ведь бога никто не видел, и плазменный факел от свечи тоже никто не видел, так почему бы в него не начать верить?
Можно ли почувствовать положительный эффект от таких свечей. Не исключено — ведь лишний металл "форкамеры" хоть чуть-чуть, но уменьшает объем камеры сгорания, повышая тем самым степень сжатия. Но прибавка в мощности будет ощущаться лишь в очень узком диапазоне оборотов, а далее плохая вентиляция электродов и калильное зажигание дадут о себе знать. Некоторый положительный эффект может наблюдаться и на побитых жизнью моторах — где закрытые "юбкой" электроды будут закрыты от поступающего в цилиндры моторного масла.
Увеличенное сопротивление этих свечей умалчивается или упоминается вскольз, как и необходимость использования других проводов. Даже провода с околонулевым сопротивлением мошенники выдают за какое-то чудо, хотя на самом деле сопротивление в проводах нужно для того, чтобы уменьшить радиопомехи.
Любопытный момент: перед применением чудо-свечей необходимо выполнить некоторую инструкцию. Любая такая инструкция будет включать в себя: корректировку карбюратора и угла опережения зажигания. То есть те операции, которые и без установки свечей нужно проводить более-менее регулярно.
В любом случае, когда слышите об обещаниях в 30% прибавку мощности от одних лишь чудо-свечей, вспомните: форкамерный мотор давал прибавку лишь в 5-10%, и это при учете большого числа конструктивных особенностей, сложность которых поставили на форкамерных моторах крест.
Экспертиза. Форкамерные свечи: Факел или искра?
До сих пор нам откровенно не везло ни с «плазмой», ни с миниатюрными ракетными двигателями. В ЗР, 1998, № 12 мы испытывали свечи зажигания фирмы ПАКР Лтд., в ЗР, 2006, № 4 — изделия «Бугаец» и т.п. Объединяло эти изделия обилие красивой терминологии, кустарное исполнение и полная профнепригодность. Однако на сей раз перед нами симпатичные фирменные свечи из Днепропетровска. Проверим?
НАЧНЕМ С ТЕРМИНОЛОГИИ
Сразу хочется поспорить: ну при чем тут плазма? Слово красивое, спору нет, только чем процесс зажигания в подобных свечах принципиально отличается от протекающего в бошевских или уфимских? Жонглировать терминами можно бесконечно, но сопоставлять плазменно-форкамерные свечи с электроискровыми — то же самое, что сравнивать, скажем, «мерседесы» с автомобилями. Тот же разряд пробивает тот же искровой зазор. Так что и обычный «Бриск», и NGK — тоже, по сути, плазменные генераторы.
А как насчет форкамеры и объемного зажигания? С этим разберемся подробно. Нам помогут два двигателя — карбюраторный ВАЗ-21083 и впрысковый ВАЗ-2111, установленные на стендах. Ради объективности возьмем за базу для сравнения недорогие свечи Finwhale (считаем их штатными) и оценим эффект от использования двух других комплектов: традиционного, но дорогого NGK (без всяких форкамер и объемных взрывов) и собственно объекта исследования — свечей «Плазмофор-Супер» ПФ А17ДРМ. Последовательно установили каждый из трех комплектов на моторы, прогрели последние до фиксированных температур масла и тосола, замерили мощность, расход топлива, токсичность отработавших газов. Данные в таблицах — можно сравнивать.
ФАКЕЛ СВЕТА В ТЕМНОМ ЦАРСТВЕ
Сразу очевидно одно: нет ни провала, ни триумфа! Закройте рукой наименование свечей и попробуйте догадаться, какие показатели в таблицах относятся к плазменно-форкамерным, а какие — к обычным.
Конечно, мощность по сравнению с самыми дешевыми свечами Finwhale слегка подросла. Но и обычные NGK на обоих моторах выдали 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 NO x,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.
ВПЕРЕД, К ПОБЕДЕ!
Такие эксперименты мы обычно проводим 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!
Кстати, проверка при тех же регулировках обычных NGK дала практически аналогичный результат. Справедливости ради отметим, что детонация при полном дросселе была выше, чем на «Плазмофорах».
Но вылезла проблема посерьезнее. Моторы обоих типов при работе с плазменно-форкамерными свечами весьма неустойчиво работают при малых углах открытия дроссельной заслонки. Колебания и броски нагрузки при фиксированном положении дросселя были весьма ощутимы: так обычно бывает при неравномерной работе цилиндров. Причем неприятности полностью исчезали, стоило заменить свечи обычными… Да и расход топлива в этих режимах на «плазме» выше, причем даже по сравнению со свечами базового комплекта. При повышении нагрузки мотор начинал работать ровно.
В чем причина? По нашему мнению, в плохой вентиляции форкамеры. К тому же при малом открытии дросселя очистка цилиндра в бензиновом моторе плохая и это усугубляет ситуацию.
СТОИТ ЛИ СВЯЗЫВАТЬСЯ?
Заботясь о чистоте терминологии, мы настаиваем: считать такой процесс форкамерным в классическом его понимании нельзя (см. «Наш комментарий»). Кстати, об этом же говорит совпадение качественной картины изменения поведения мотора на плазменно-форкамерных и на обычных свечах в последнем эксперименте. Никакого эффекта объемного воспламенения мы не увидели.
Наши советы? Если любите экспериментировать — вперед, хуже от «плазмы» не станет. Но сами мы предпочтем поставить что-нибудь из известного, классического, искрового в привычном смысле слова. И, как обычно, предлагаем относиться к любой рекламе с чувством юмора. Она на это и рассчитана.
ОБЕЩАНО ПРОИЗВОДИТЕЛЕМ. ЦИТИРУЕМ РЕКЛАМУ
Плазменно-форкамерные свечи объединяют преимущества плазменного и форкамерного зажигания. По мощности поджига они в десятки раз превосходят электроискровые свечи зажигания. Их электроды сконструированы в виде ракетного сопла с форкамерой. При подаче высоковольтного импульса в зазоре между электродами происходит пробой, образовавшийся плазменный сгусток выталкивается в камеру сгорания (использован принцип работы импульсного ускорителя плазмы)… Преимущества плазменно-форкамерных свечей: увеличение мощности двигателя за счет более полного сгорания топлива, повышение экономичности двигателя при сохранении мощности, улучшение динамических характеристик автомобиля, устойчивая работа на низкооктановом бензине… надежный пуск при пониженных температурах, повышенный ресурс работы… снижение токсичности выхлопных газов.
Плазменно-форкамерные свечи при сравнении с обычными не показали ни решающих преимуществ, ни заметных недостатков, отсутствие которых уже радует.
НАШ КОММЕНТАРИЙ. А ЕСТЬ ЛИ ФАКЕЛ?
В конце 70-х годов прошлого столетия в моду вошли форкамерно-факельные моторы. Знатоки вспомнят двигатель ЗМЗ-4022.10 для первых «волг» ГАЗ-3102. Сам принцип воспламенения топливовоздушной смеси факелом горящего топлива очень заманчив, так как позволяет резко повысить скорость сгорания и, следовательно, поднять мощность двигателя. Но самое важное — становится возможным сгорание очень бедной смеси, в которой обычный фронт пламени уже не распространяется. Это открывало путь к резкому снижению токсичности отработавших газов.
От двигателей — к свечам. Что требуется для форкамерного процесса? Во-первых, разделить камеру сгорания на две — форкамеру и расширительную. В нашем случае это присутствует. Но для создания факела, способного на объемный поджиг смеси, нужно накопить в форкамере достаточный запас внутренней энергии (а проще — топлива), способной дать импульс потоку газа. В ДВС объем форкамеры составляет 10…25% от объема камеры сжатия. Это десятки кубиков. А камера в корпусе свечи? Там и одной десятой кубика не наберется. Откуда взяться энергии?!
Во-вторых, классическая форкамера имеет дополнительный клапан для вентиляции, чтобы очищаться от отработавших газов. А в свече этого нет, разве что три просверленные дырки. При этом заряд сильно нагревается, его плотность падает, а мизерная масса уменьшается еще сильнее. Опять-таки — откуда взяться энергии?
И в-третьих, в форкамерном двигателе смесь расслаивали, то есть обогащали в форкамере, улучшая воспламеняемость, и обедняли в цилиндре. Ничего подобного при замене обычных свечей плазменными, естественно, не выполнить.
Принцип действия форкамерного дизельного двигателя
Как вы знаете, сегодня многие производители ищут варианты того, как увеличить экономичность двигателей внутреннего сгорания. Они нашли один из возможных выходов из этого затруднительного положения. Метод заключается в том, чтобы мотор работал на топливных смесях, содержащих меньший процент горючего. При таком подходе не только удастся увеличить топливную экономичность, но и, более того, сократить выброс вредных отходов. Но в этом способе есть изъян: когда смесь содержит небольшое количество горючего, она хуже воспламеняется. Поэтому разработчики пришли к выводу, что для стабильной работы мотора нужен начальный очаг горения, от которого распространение огня произойдёт быстро по всему пространству топливно-воздушного заряда.
По итогу сейчас существуют два варианта получения подобного очага: искра повышенной энергии и послойное распределение смеси (к тому времени, как производится искра образуется легковоспламеняющаяся смесь). Второй путь включает в себя несколько вариантов. Мы же сегодня рассмотрим подробнее вариант под названием форкамерно-факельное зажигание.
Полость, находящаяся в голове цилиндров двигателя внутреннего сгорания, именуется форкамерой, или же предкамерой. Она, используя один или несколько каналов, соединяется с главной камерой сгорания горючего. Этот тип мотора выступает как в формате дизельного, так и бензинового. Вообще промежуточная камера может носить и другое название: вихрекамера. Исходя из названия, нам становится ясным то, что топливо в такой камере закручивается. Этот эффект содействует лучшему перемешиванию горючего с воздухом. Но, описывая работу ДВС с форкамерой, важно отметить, что изначально горючее, попадая в предварительную полость, сталкивается с её стеночками и перемешивается с воздухом, в этом этот вид мотора уступает своему подобию.
Воспламеняясь, топливо быстро направляется в ключевую камеру, используя уже известные нам каналы соединения. Отличным фактором, которым обладают такие каналы, в сравнении со своими аналогами, выступает то, что сечения в них согласованы так, чтобы между форкамерой и ключевым цилиндром создавалась существенная разница давлений. Топливо разливается по всей площади предкамеры и сгорает там почти полностью. Заключительная фаза — это сгорание горючего в главной камере, точнее сказать его остатков.
Из-за того, что в главном отсеке солярка уже догорает и ей уже не нужно продолжать свой путь, параметры углублений в поршнях небольшие.
Для чего нужна форкамера в двигателе
Теперь разберемся в самом главном вопросе: для чего же нужна форкамера в двигателе?
Первостепенно такая система была создана с той целью, чтобы убрать, пусть и частично, нагрузку на поршни. Это же, в свою очередь, положительно сказалось на общей работе мотора. Более того, выбирая форкамерный двигатель, вы сокращаете количество токсичных отходов, так как, говоря конкретно о нашем случае, солярка полностью сгорает. Делаем из этого вывод — ваши расходы на горючее уменьшатся.
Система форкамерно-факельного зажигания
Основными элементами, составляющими дизельный двигатель с форкамерой, являются:
Примечание: мы будем проходить путь вместе с топливом для того, чтобы полностью понять принцип работы форкамерного двигателя.
- Канал ведёт солярку в предкамеру.
- Затем проходит секция, предназначенная для переобогащённой смеси.
- Клапан самой форкамеры. выполняет свою основную роль (поджог топлива, когда форсунки его впрыскивают).
- Одновременно с тем, как от искры загорелось горючее, распредел ГРМ впускает в главную камеру топливо, посредством того, что открывает клапан.
- Теперь горючее на финишной прямой — в центральной камере ДВС.
Сейчас, мы надеемся, вам стало ясно, как работает форкамерный дизель и из чего состоит устройство форкамеры.
Плюсы и минусы предкамерных двигателей
Упоминая о двигателях внутреннего сгорания, работающих на бензине, можно с уверенностью заявить об их неэффективности, так как устройство было несовершенным и в движении показало себя с самых худших сторон. Поэтому никто из производителей не захотел полагаться на такой выбор, и в итоге подобные конструкции сейчас не используются. Конечно, изначально люди отдавали предпочтение таким аналогам из-за экономичности в расходе топлива и, одновременно с этим, уменьшением токсичности выбрасываемых отходов. Но пользователи поменяли своё мнение, испытав агрегаты на прочность в езде.
Ситуация совершенно иная, если это касается дизельных моторов, которые и являются нашим основным объектом изучения. Плюсами в движке с предкамерным двигателем выступают незначительная дымность силовой установки, не зависимо от способа езды и, что тоже весомо, такие установки не нуждаются в отборном топливе.
Вернёмся к отрицательным сторонам, куда уж без них. Непрогретый мотор плохо запускается. Из-за чего же так происходит? Суть в том, что для стабильного пуска требуется изначально хороший прогрев предкамеры, но, по причине того, что в этой системе устанавливаются электрические калильные свечи, воздух прогревается не в полной мере.
В заключении можно отметить, что принцип работы подобных двигателей имеет мало недостатков, поэтому вы можете смело отдавать ему предпочтение. Приятных поездок и не забывайте оставлять свои комментарии ниже.
Предкамерный двигатель и форкамера
Форкамера (предкамера) представляет собой специальную полость, которая расположена в головке цилиндров ДВС. Данная полость конструктивно сообщается с основной камерой сгорания в надпоршневом пространстве посредством одного и более каналов. Предкамерный (форкамерный) двигатель может быть как бензиновым, так и дизельным.
Рекомендуем также прочитать статью о том, что будет, если в дизельный автомобиль залить бензин. Из этой статьи вы узнаете о возможных последствиях такой заправки для дизельного мотора
ДВС подобного типа представляет собой конструкцию, в которой смесеобразование и наполнение цилиндров происходит следующим образом:
- топливно-воздушная смесь подается в предкамеру;
- далее происходит частичное воспламенение смеси;
- в результате сгорания давление в форкамере нарастает;
- под действием такого давления разогретые пары топлива и газы от частичного сгорания в форкамере проникают в основную камеру сгорания в надпоршневом пространстве;
Для чего нужна форкамера в двигателе
Предкамера является предварительной камерой сгорания, в которую подается часть от общего заряда топливно-воздушной смеси, где происходит воспламенение топлива. Объем форкамеры составляет около 30% от общего объема основной камеры сгорания. Назначением данного решения выступает улучшение наполнения цилиндров, более эффективная организация газовых потоков в основной камере, а также повышение качества смесеобразования.
Моторы с форкамерой работают мягче и полноценно сжигают топливно-воздушную смесь, уменьшается токсичность выхлопа, повышается КПД и снижается расход горючего.
Система форкамерно-факельного зажигания
Наличие форкамеры означает, что рабочая камера сгорания в таком двигателе разделена на составные части: предкамеру и основную камеру. Давайте рассмотрим принцип работы системы на примере карбюраторной модели ГАЗ «Волга» с предкамерным ДВС.
В предкамеру смесь поступает по специальному каналу, который выполнен во впускном коллекторе и ГБЦ. Смесь в форкамеру подается переобогащенной, для чего в карбюраторе присутствует отдельная секция. Предкамера также имеет отдельный впускной клапан. Далее происходит поджиг указанной смеси при помощи искры от свечи зажигания. В этот момент открывается впускной клапан основной камеры сгорания, который приводится в действие распредвалом ГРМ. В основную камеру поступает топливно-воздушная смесь. Порция этой смеси обедненная.
Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое гидрокомпенсатор. Из этой статьи вы узнаете о назначении и функции гидротолкателей в устройстве ГРМ.
Предкамера соединяется с основной камерой специальными сопловыми каналами, через которые в основную камеру прорывается пламя, газы и пары горючего из форкамеры. От контакта с ними обедненная смесь в основной камере также воспламеняется. Получается, форкамера представляет собой своеобразный механический «подвпрыск», отдаленно напоминая принцип двухступенчатой работы современных дизельных инжекторных форсунок.
Плюсы и минусы предкамерных двигателей
Внедрение предкамеры в устройство бензинового ДВС не получило широкого распространения. Определенные сложности конструкции и недостаточная эффективность работы системы во время реальной эксплуатации привели к отказу от схемы форкамерно-факельного зажигания.
Что касается дизельных моторов, предкамерные дизели встречаются чаще. Форкамерные дизельные двигатели имеют низкое давление впрыска сравнительно с другими дизельными агрегатами. Использование форкамеры в дизеле позволило снизить дымность силовой установки на разных режимах работы агрегата. Еще одним плюсом предкамеры на дизельном моторе выступает меньшая требовательность таких двигателей к качеству дизтоплива.
Главным недостатком предкамерного дизеля считается затрудненный пуск холодного мотора. Дело в том, что для уверенного пуска необходим качественный прогрев форкамеры. Использование электрических калильных свечей для эффективного нагрева воздуха в полости предкамеры не всегда обеспечивает облегченный пуск двигателя.
Черный цвет выхлопа дизельного двигателя. Сажа из выхлопной трубы дизеля, причины неполного сгорания топлива. Определение основных неисправностей.
Особенности и отличия оппозитного двигателя от других поршневых ДВС. Преимущества оппозитного мотора, минусы данной конструкции, нюансы обслуживания.
Почему топливно-воздушная смесь детонирует в камере сгорания. Причины, вызывающие детонацию. Последствия детонационного сгорания топлива в цилиндрах ДВС.
Как найти номер двигателя на самом силовом агрегате или в других местах под капотом автомобиля. Место расположения номера мотора на популярных моделях авто.
Разновидности ДВС и принцип действия теплового двигателя. Рабочий цикл и такты, преимущества и недостатки. Основные и альтернативные виды топлива.
Доступные способы ремонта автомобильного глушителя. Как отремонтировать глушитель при помощи холодной сварки, ремонт глушителя без сварки и т.д.
Форкамерно-факельное зажигание в Ф1. Как у «Волги» ГАЗ-3102.
Необходимость извлекать максимальное количество мощности при минимально потраченной энергии побудила инженеров Формулы 1 обратиться к технологии, используемой на больших грузовиках. Технический эксперт AUTOSPORT Крэг Скарборо описал принцип работы форкамерно-факельного зажигания, который применили в Mercedes и Ferrari, и который ранее использовался на… правительственных «Волгах» в СССР.
Были времена, когда гонщика Ф1 запросто могли уволить за одно лишь сравнение машин Больших Призов с грузовиками. Но ирония состоит в том, что сейчас как минимум половина пелотона пользуется технологией повышения эффективности сгорания топлива, которая применяется на большегрузах…
С момента введения в гонках Гран При нового турбированного регламента в 2014 году вступило ограничение и на максимально доступное количество топлива на гонку – сейчас это 100 кг, а со следующего года будет 105 кг.
Это, в свою очередь, ограничило максимально допустимый мгновенный расход горючего и предельное давление, под которым топливо подается в камеру сгорания. Для инженеров подобные жесткие рамки стали настоящим вызовом – им необходимо было придумать способ в условиях этих ограничений добиться прежней выходной мощности силовых установок.
Но придумывать ничего не пришлось – специалисты вовремя вспомнили, что на больших грузовиках уже давно применяется технология форкамерно-факельного зажигания, позволяющая поджигать очень обедненную топливную смесь – практически неподжигаемую. Сегодня всё говорит о том, что именно к этой технологии обратились в Mercedes и Ferrari, а на подходе и остальные производители…
Традиционное зажигание
В двигателе с традиционной системой зажигания топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания внутри цилиндра. По окончании сжатия и воспламенения топливно-воздушной смеси возникает эффект расширения объема, что обеспечивает ход поршня и очередной рабочий такт.
Этому принципу уже много десятков лет, и работает он прекрасно до тех пор, пока смесь можно поджечь свечой зажигания, то есть пока она в достаточной степени обеспечена топливом. Если же смесь становится обедненной, поджечь при помощи традиционной свечи ее становится проблематично, и двигатель теряет мощность.
Нынешние требования технического регламента ограничивают топливный поток в пределах 100 кг/час, а давление впрыска горючего не должно превышать 500 бар. А с учетом высоких оборотов и давления наддува современных силовых агрегатов Ф1 просто не хватает времени, чтобы естественным путем получить топливно-воздушную смесь, необходимую для эффективного сгорания.
Таким образом, требуется какой-то способ эффективного воспламенения смеси в рамках нынешних ограничений регламента, включающих в себя также наличие лишь одной свечи на цилиндр и единственной форсунки.
В какой-то момент показалось, что выходом в этой ситуации может быть использование технологии компрессионного воспламенения однородной смеси (HCCI). Это метод, при котором воспламенение топливной смеси осуществляется не только за счет искры от свечи зажигания, но и от высокой температуры и давления, подобно дизельным двигателям.
И хотя эта технология вполне применима в условиях Формулы 1, нашелся более легкий и простой способ увеличить КПД силовой установки. Всего три слова – форкамерно-факельное зажигание.
Что же такое форкамерно-факельное зажигание?
Форкамерно-факельное зажигание обычно используется на моторах большого объема. Эффективное заполнение богатой топливно-воздушной смесью больших цилиндров там затруднено, в связи с чем было решено разделить проблему надвое.
Была создана дополнительная маленькая камера сгорания, в которой и были установлены форсунка и свеча зажигания. В свою очередь эта камера была связана узким каналом с основной камерой сгорания цилиндра. Именно эта небольшая предварительная камера и получила название форкамеры.
А теперь разберемся, при чем тут факел.
В момент первого такта двигателя – впуск – значительно обедненная топливно-воздушная смесь впрыскивается при помощи форсунки в цилиндр, заполняя его слабовоспламеняемыми парами.
После этого небольшой объем форкамеры заполняется обогащенной смесью, достаточной для воспламенения свечой зажигания – непосредственно перед тактами сжатия и рабочего хода цилиндра.
Само воспламенение, как вы уже поняли, происходит не в основной камере, а во вспомогательной форкамере. Эту обогащенную смесь благодаря ее характеристикам поджечь не так сложно, а в результате этой реакции образуются языки пламени (а вот вам и факел!), которые проникают через отверстие в основную камеру и эффективно поджигают обедненную смесь.
Это можно сравнить с эффектом воспламенения обедненной смеси при помощи сразу нескольких свечей зажигания. Важно также и то, что при таком методе зажигания топливная смесь в основном цилиндре сгорает быстрее, увеличивая общий КПД двигателя.
Таким образом, форкамерно-факельное зажигание позволяет инженерам работать с обедненной топливно-воздушной смесью и не выходить за жесткие рамки технического регламента: форсунка одна, свеча зажигания одна – все правила соблюдены.
Применение технологии в Формуле 1
С учетом того, что эта технология довольно широко распространена, ни о каком грифе секретности здесь можно не говорить. За последние три года в Формуле 1 потребление топлива было снижено более чем на 30%, но инженерам этого мало, и они готовы покорять все новые и новые вершины технологической мысли.
И тогда как практически все специалисты сходятся во мнении, что в современных моторах Ф1 применяется технология форкамерно-факельного зажигания, никаких подтверждений этого факта в командах не давали.
Известно, что Ferrari сотрудничает с компанией Mahle и пользуется технологиями этого бренда, среди которых числится и форкамерное зажигание. Есть предположения о том, что значительный шаг в плане мощности итальянского двигателя в этом году обусловлен именно применением упомянутой технологии.
Команда Mercedes отказалась от комментариев по поводу использования обсуждаемой системы зажигания, отметив при этом, что они не пользуются наработками компании Mahle.
Но у Mercedes достаточно и своего опыта строительства больших коммерческих двигателей, так что они вполне могли справиться и своими силами. На прошлогоднем Гран При Италии команда не отрицала, что ей удалось сделать серьезный шаг в области работы двигателя, и есть предположение, что они намекали именно на применение системы форкамерно-факельного зажигания.
Теперь слово за мотористами Renault и Honda, которые в настоящий момент вряд ли используют нетрадиционную систему зажигания в своих силовых установках. К тому же, оба производителя заявили о готовящихся обновлениях мотора.
При этом французские мотористы опробовали новый силовой агрегат уже на прошедших на этой неделе тестах в Барселоне – и вполне вероятно, что они испытывали именно эту новинку. А японцы собираются представить обновленный двигатель уже в Канаде…
А ВЫ ЗНАЛИ, ЧТО.
. в советском легковом автопроме технология форкамерно-факельного зажигания впервые была применена на автомобиле «Волга» ГАЗ-3102? Разработанный на основе автомобиля ГАЗ-24 «Волга», ГАЗ-3102 должен был стать её преемником.
Однако по целому ряду политических и экономических причин данный автомобиль выпускался мелкой серией (около трех тысяч машин в год), вместо массового производства, исключительно как служебная машина советской номенклатуры среднего звена – для заместителей министров, директоров крупных трестов и предприятий, руководителей известных театров, генералов, видных академиков-лауреатов, редакторов изданий и режиссёров.
Есть ли чудо в чудо-свечах?
Маркетологи уже давно правят миром. К незаметному обману прибегают даже весьма именитые фирмы. Например, я не могу слышать по телевизору рекламу очередного шампуня «с экстрактом жидкого серебра» — тут же представляю себе поток лавы, из которой как-то получают «экстракт». Точно так же я не могу слышать о чудо-свечах! И вот почему.
Главное отличие «фирмы» от мошенников — «фирма» никогда не будет прямо обещать золотые горы. Мошенники же обязательно будут обещать все самое невероятное. Причем обещать грамотно, тактически и психологически выверено, давя научными терминами, степенями докторов и кандидатов и теорией всеобщего заговора, из-за чего супернанотехнологическое открытие стало возможным буквально позавчера ввиду самоотверженности некоего чудо-гения современности. Причем обещать они будут самым незащищенным и податливым слоям населения, предлагая свой товар по невероятно завышенной цене, которая легко теряется на фоне обещанных «бонусов».
Сейчас речь пойдет о чудо-свечах зажигания, которые многие по недоразумению называют плазменными, факельными, форкамерными или любой комбинацией из этих трех слов. Но прежде чем начать, стоит сказать о таких трех вещах, как субъективное восприятие, объективная реальность и эффект плацебо.
Когда человек верит в то, что его советские «жигули» способны разогнаться до «сотни» за десять секунд, потому что ему кажется, что его вжимает в кресло, — это субъективное восприятие.
Когда проводится замер разгона с телеметрией или хотя бы с секундомером или GPS — это объективная реальность.
Когда человек ставит фильтр нулевого сопротивления на обычный мотор и ему кажется, что автомобиль поехал лучше, — это эффект плацебо.
Так вот, когда чудо-свечи появились на рынке (а произошло это еще в прошлом десятилетии), их протестировали на мотостендах ведущие российские издания («За рулем», «Авторевю»). И тест на мотостенде, показавший, в общем-то, несостоятельность таких свечей, — это объективная реальность. Все остальное — субъективное восприятие и эффект плацебо из разряда «мамой клянусь».
Почему такие свечи не работают? Их создатели называют свои свечи «форкамерно-факельными». Давайте разберемся, что скрывается за этим термином. А там — вполне себе конкретный тип бензиновых двигателей, которые достаточно непродолжительное время производились фирмой Honda (обозначались аббревиатурой CVCC) и на Горьковском автозаводе. Почему недолгое время? Эти моторы давали совсем незначительную прибавку мощности (5-10%), чуть в большей мере улучшали экологические показатели и показатели топливной экономичности, но их технологическая сложность и невероятная капризность привели к тому, что от этих моторов отказались вообще. Причем, например, «Волга» с форкамерным мотором сейчас невероятная редкость — чаще всего такой мотор просто выбрасывался на помойку и заменялся обычным «волговским», потому что следить за форкамерным мотором была сущая мука, которую не выдерживали даже советские механики, приученные, казалось бы, к любым тяготам своего труда.
В чем суть форкамерного двигателя? Все просто: кроме привычной камеры сгорания (КС) в ГБЦ сделана дополнительная форкамера, соединенная с основной КС небольшими каналами. Свеча зажигания находится в форкамере. В форкамеру поступает обогащенная смесь, а в КС, наоборот, смесь настолько бедная, что не воспламеняется обычной искрой. После поджига богатой смеси в форкамере образовавшийся факел через каналы поступает в КС, где поджигает бедную смесь.
У данного мотора есть ряд очень важных нюансов, которые в «форкамерно-факельных» свечах не могут быть соблюдены.
- Объем форкамеры — не менее 20% объема камеры сгорания. Ни одна «форкамерная» свеча этого позволить не может.
- Для равномерного сгорания бедной смеси каналы должны быть тщательно просчитаны и выверены. Например, у мотора ГАЗ-4022 форкамера соединялась с КС двумя каналами, просверленными таким образом, чтобы распространяющиеся факелы огибали КС по дуге, захватывая в итоге весь ее объем. То есть факел не бьет «реактивной струей» в низ поршня, как рекламируют свои свечи мошенники, а именно равномерно распространяется по всему объему камеры сгорания. Любое нарушение этого равномерного распределения тотчас же приводило к тому, что форкамерный мотор начинал «хандрить».
- Основная суть форкамерного двигателя, ради которой инженеры и городили весь огород, — послойное смесеобразование, а именно: богатая смесь в форкамере и бедная в камере сгорания. «Форкамерная» свеча же работает с той смесью, которая поступила в камеру сгорания.
Как видим, «форкамерные» свечи не имеют ничего общего с форкамерными двигателями и даже не могут называться «форкамерными». Но у таких свечей имеются и другие нюансы, как правило, весьма неприятные.
Форкамера в форкамерном двигателе продувается и вентилируется системой каналов и клапанов. «Форкамерная» свеча не имеет никаких средств для продувки и вентиляции, зато имеет насверленные отверстия, которые и преподносятся как «естественная» вентиляция». При этом сам корпус этой псевдофоркамеры накаляется, и в определенный момент (а тесты именитых журналов это доказали именно стендовыми испытаниями) раскаленный кусок железа в камере сгорания приводит к калильному зажиганию.
Популярный рекламный трюк, к которому прибегают мошенники, — этикетка, на которой нарисована свеча, из которой, как из ракетного двигателя, бьет огненная струя «плазмы». В подсознании обывателя это выглядит красиво и мощно — остальное не имеет значения. Но если такая струя действительно есть и бьет в поршень, то последний быстро прогорит. К тому же любая свеча, по сути, является плазменной.
Ведь на коробках с обычными свечами не пишут, что место проскока высоковольтной искры и есть образование плазменного пучка, а на чудо-свечах пишут и рисуют.
Можно ли почувствовать положительный эффект от таких свечей? Не исключено, ведь лишний металл «форкамеры» хоть чуть-чуть, но уменьшает объем камеры сгорания, повышая тем самым степень сжатия. Но прибавка в мощности будет ощущаться лишь в очень узком диапазоне оборотов, а далее плохая вентиляция электродов и калильное зажигание дадут о себе знать. Некоторый положительный эффект может наблюдаться и на «битых жизнью» моторах, где закрытые «юбкой» электроды будут закрыты от поступающего в цилиндры моторного масла.
Увеличенное сопротивление этих свечей замалчивается или упоминается вскользь, как и необходимость использования других проводов. Даже провода с околонулевым сопротивлением мошенники выдают за какое-то чудо, хотя на самом деле сопротивление в проводах нужно для того, чтобы уменьшить радиопомехи.
Наш вердикт
Любопытный момент: перед применением чудо-свечей необходимо проследовать рекомендациям определенной инструкции. Любая такая инструкция будет включать в себя корректировку карбюратора и угла опережения зажигания. То есть те операции, которые и без установки свечей нужно проводить более-менее регулярно.
В любом случае, когда слышите об обещанной 30-процентной прибавке мощности от одних лишь чудо-свечей, вспомните: форкамерный мотор давал прибавку лишь 5-10%, и это с учетом большого числа конструктивных особенностей, сложность которых поставила на форкамерных моторах крест.
