Как увеличить мощность искры в бесконтактном зажигании

Как увеличить мощность искры в бесконтактном зажигании

Устройство для увеличения плазменного объема искры в свече зажигания относится к области двигателестроения, в частности к искровым способам воспламенения топливной смеси. Устройство содержит последовательный LC-контур, образованный конденсатором и индуктивностью и подключенный непосредственно параллельно искровому промежутку свечи зажигания. Собственная частота LC-контура лежит в диапазоне от 1 до 5 МГц и параметры контура выбираются такими, что при его замыкании через пробитый искровой промежуток затухающие колебания в нем поддерживают горение искры в течение времени порядка 2-3 с. Высоковольтный провод от системы зажигания подключается к точке соединения свечи с LC-контуром через демпфирующий дроссель. Устройство служит для увеличения плазменной оболочки вокруг стриммера искры, не увеличивая существенно энергию разряда. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к искровым способам воспламенения топливной смеси. Ближайшими аналогами предлагаемого устройства могут быть система, предложенная в авторском свидетельстве [1], и отечественная система зажигания "Электроника 3М-К" [2].

Схема, описанная в [1], имеет ряд существенных недостатков. Изготовление магнитного накопителя на прямоугольном магнитопроводе является сложной технической задачей (несколько десятков витков коаксиального кабеля выдерживающего 20 кВ). Размеры такого устройства будут весьма велики. Кроме того, накопление энергии и концентрация ее в течение 10-100 нс в момент искрообразования приводит к резкому увеличению эрозии электродов свечи. В системах зажигания подобных отечественной "Электроника 3М-К" или "Искра-5" используется многоискровый режим воспламенения топливной смеси. Однако в силу высокой индуктивности рассеяния катушки зажигания интервал между импульсами высокого напряжения трудно сделать менее 0,5 мс, т.е. следующие за первой искры будут воздействовать на топливную смесь не в оптимальный момент времени (верхняя мертвая точка).

Исходя из вышесказанного понятно, что одновременное улучшение условий воспламенения топлива и снижение степени детонации в момент поджига, а также уменьшение эрозии электродов свечи требует принципиального изменения физических параметров искры. Необходимо увеличить объем плазменной оболочки вокруг стриммера искры, причем желательно сделать это не увеличивая существенно энергию разряда.

В качестве прототипа выбрали немецкий патент 1962 г. [3]. В этом патенте параллельно высоковольтной обмотке катушки зажигания подключен трехзвенный Г-образный LC-контур, выполняющий роль накопительного элемента. При образовании искрового канала энергия накопления на конденсаторах отдается в искру. Т. к. спектр частот в данном контуре лежит ниже 100 кГц, а время существования стриммера в искре не превышает 500 нс, то мы имеем режим, близкий к многократному искрообразованию. Хотя параметры такой искры близки к оптимальным, техническая реализация данного устройства встречает ряд трудностей. Во-первых, даже на современной элементной базе, индуктивности и емкости таких номиналов как приводятся в патенте, на напряжение 20-50 кВ, будут весьма крупными. Во-вторых в современных системах зажигания высоковольтные провода, соединяющие катушку зажигания с распределителем и распределитель со свечой зажигания, имеют сопротивление 3-8 кОм.

Это делает предполагаемую систему неэффективной, т.к. сопротивление, демпфируя LC-контур, приводит к быстрому затуханию колебаний. Сопротивление искрового канала равно приближенно 20 Ом, т.е. энергия запасенная в конденсаторах рассеивается в основном в проводах. Чтобы обойти все эти трудности в схеме располагают последовательный LC-контур непосредственно около свечи, избавляясь тем самым от влияния высокоомных проводов.

Предлагаемое устройство изображено на фиг. 1. Здесь КЗ-катушка зажигания, Пр — высокоомный (1-5 кОм) провод, Р — распределитель, C1 и С2 — свечи зажигания. Индуктивность L представляет собой катушку из 30 витков. В качестве сердечника катушки используется стержень из радиоферрита марки М400 или М600, диаметром 8-10 мм и длиной порядка 45 мм. Между ферритом и обмоткой необходим зазор не менее 1 мм. Такая конструкция обеспечивает высокую индуктивность и добротность при токах до 100 A, импульсах напряжения в 10-12 кВ, в диапазоне частот до 5 МГц. Поскольку время остывания плазменного канала в искре не превышает 500 нс, для режима непрерывного горения необходимо чтобы собственная частота LC-контура была выше 1 МГц.

С предполагаемой конструкцией индуктивности емкость С получается порядка 100-500 пФ. С таким номиналом емкости LC-контур получается весьма компактным, что позволяет разместить его в непосредственной близости у свечи зажигания, и даже крепить его непосредственно на высоковольтный провод. Схема работает следующим образом. При появлении высоковольтного импульса на вторичной обмотке катушки зажигания, фиг. 1, конденсатор C заряжается до напряжения пробоя свечи. Т. к. емкость мала, суммарный фазовый сдвиг, равный (где R — сопротивление высоковольтных проводов плюс внутреннее сопротивление катушки зажигания), невелик, порядка 10 s. При таком фазовом сдвиге коррекция угла опережения системы зажигания не нужна. В момент пробоя образуется плазменный канал сопротивлением 20 Ом, т.е. L и С замыкаются параллельно друг другу и образуют высокодобротный LC-контур. Высоковольтный провод от катушки зажигания при этом оказывается закороченным на землю и не оказывает влияния на колебания в контуре. Свободные колебания в контуре продолжаются в течении 2-3 s, и все это время плазменный канал искры остается горячим и способен инициировать воспламенение топливной смеси. При этом пиковый ток в искре увеличен по сравнению с обычной схемой не более чем в 3-4 раза, что не приводит к увеличению эрозии электродов свечи, а средний ток остается на прежнем уровне и может быть снижен введением демпфирующего дросселя Др (фиг. 2). Таким образом, увеличив время горения искры в 8-10 раз, мы увеличим плазменный объем в 3-4 раза, а за счет высокочастотного разогрева увеличим плотность плазмы, ее ионизирующее и тепловое действие. При использовании демпфирующего дросселя процесс образования стриммера в искре не приводит к образованию сильной ударной волны, поэтому детонация топлива уменьшается. Этот дроссель представляет собой четыре ферритовых кольца К 18х8х5 марки М2000НМ, надетых на высоковольтный провод непосредственно перед LC-контуром. Рекомендуется использовать этот дроссель в системах зажигания, где высоковольтный провод не содержит высокоомного сопротивления.

Читайте также:  Как делать скриншот на macbook

Литература 1. Авторское свидетельство СССР N 1719708 A1, кл. F 02 P 3/04, 1990 г.

2. A.X.Синельников. Электронные приборы для автомобилистов. М.: Энергоатомиздат, 1986 г.

3. Патент ФРГ N 1414588, кл. F 02 P 3/08, 1972 г.

1. Устройство для увеличения плазменного объема искры в свече зажигания, состоящее из последовательно LC-контура, образованного конденсатором и индуктивностью, отличающееся тем, что LC-контур подключается непосредственно параллельно искровому промежутку свечи зажигания, после высоковольтного провода от катушки зажигания, а также тем, что собственная частота колебаний LC-контура лежит в диапазоне от 1 до 5 МГц, а также тем, что параметры LC-контура выбираются таким, что при его замыкании через пробитый искровой промежуток затухающие колебания в нем поддерживают горение искры в течение времени порядка 2 — 3 s.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что высоковольтный провод от системы зажигания подключается к точке соединения свечи с LC-контуром через демпфирующий дроссель.

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.

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.

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.

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.

Читайте также:  Как поставить мелодию будильника на android

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.

увеличились:
  • мощность
  • момент на валу двигателя во всём диапазоне оборотов
  • приёмистость
  • ресурс двигателя
  • надёжность
  • устойчивость работы
уменьшились:

  • расход бензина
  • вибрации и шумы
  • чувствительность к качеству бензина
  • вредные выбросы
  • проблемы с заводом автомобиля зимой на морозе

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.

ВОТ ОСНОВНОЕ ВИДЕО ПО ДАННОЙ ТЕМЕ — все остальное — предистория!

Первый мой эксперимент с тем чтобы привести по-больше вольт к катушке зажигания с помощью реле напрямую от АКБ увенчался успехом!
Мне понравилось как стала вести себя машинка, и я все же рискнул пойти дальше, а точнее поставить преобразователь DC-DC boost converter! В трех словах — это такая микросхема которая повышает (или понижает) напряжение. На ней стоит регулятор, и можно регулировать в пределах 10-35 Вольт. Краткий смысл установки — чем выше напряжение на первичной обмотке, тем выше напряжение на вторичной обмотке катушки зажигания!
Есть уже люди которые ставили эту штуку, и они заказывали ее с али-экспресс. Я просто ради интереса зашел на наш местный радио-рынок, и они там преспокойненько продавались любые на выбор 🙂 Купил я такую которая регулирует напряжение в пределах 10-35 В (были еще которые от 8-ми вольт, но их цена была почти в два раза больше).
Эту плату я поставил в корпус, мне в Ашане под руку попалась мыльница — как раз по размеру идеально становилось внутрь. Также для охлаждения я взял маленький кулер от процессора компа. Из имеющихся в наличии выбрал самый мощный.
Все собрал это в кучу, и подключил по этой схеме:

Как настроил и что получил в итоге — смотрите в этом видео!

Читайте также:  Замена заднего стекла на айфон 8

После того как сделал эту доработку прошел уже целый год — все ЦЕЛОЕ! НИЧЕГО НЕ СГОРЕЛО! КАТУШКИ ЦЕЛЫЕ, ПРОВОДА ЦЕЛЫЕ, СВЕЧИ ТОЖЕ ВСЕ В ПОРЯДКЕ!

Вот снимал видео о состоянии свечей зажигания после использования с DC-DC бустером:

Ну и наконец-то после все доработок, сеодня сделал заключительное пояснительное видео в котором расжевал все от и до. Думаю больше вопросов возникать не должно:)

Надлежащее искрообразовние играет важную роль в работе автомобиля. Часто эта функция пренебрегается автолюбителями. Владелец автомобиля будет менять заправки, сетуя на плохой бензин, будет менять поплавки, иглу и жиклёры карбюратора. Когда ничего не поможет будут заменены свечи зажигания и провода. И вот на этом месте может наступить момент истины: родная катушка зажигания не справляется или недостаточно хорошо справляется с возложенными функциями накопления искры.

Установка двух катушек зажигания не только усилит искру, но и сделает автомобиль надёжнее. Например, если случайно залили свечи или отказали 1-2 цилиндра, то на оставшихся можно без проблем доехать до СТО или автомагазина.

Каждая катушка зажигания требует установки «своего» коммутатора. Поэтому в данном случае также получаем дополнительный запас надёжности. При выходе из строя одного коммутатора, второй не даст автомобилю заглохнуть.

Итак, необходимо купить 2 катушки зажигания и два коммутатора. Старую катушку зажигания удаляем, её можно оставить как запасную, а также установим новые коммутаторы. Катушки и коммутаторы крепим при помощи саморезов к кузову. На схеме указан путь присоединения проводов. В стандартных коммутаторах цвет проводов должен совпадать с тем, что указан на рисунке – схеме. Подключение катушки зажигания — несложная процедура. Присоединяем существующие контакты питания: на плюсовую клемму — провод от замка зажигания, а на минус катушки — провода от тахометра зажигания, и на трамблёр кидаем высоковольтный провод.

Второй, более дорогостоящий вариант тюнинга системы катушек зажигания — установка специальных катушек зажигания на каждую свечу. В случае установки катушки свечи зажигания происходит моментальное искронакопление и искрообразование, к тому нам больше не нужны провода на катушку зажигания, а значит, также ускоряем процесс зажигания. На фото и по схеме показаны катушки свечи зажигания от автомобиля ваз Калина и схема установки таких катушек.

После установки дополнительной катушки зажигания следует уделить внимание зазору свечей. Как правило, зазор между электродами свечи зажигания на стандартных настройках зажигания для карбюраторных автомобилей 0,8мм, при двухкатушечном зажигании величина зазора свечи зажигания должна быть 1,1мм. Выставляем зазор специальным щупом. Наборы щупов под разные зазоры можно приобрести в автомагазинах.

Надлежащее искрообразовние играет важную роль в работе автомобиля. Часто эта функция пренебрегается автолюбителями. Владелец автомобиля будет менять заправки, сетуя на плохой бензин, будет менять поплавки, иглу и жиклёры карбюратора. Когда ничего не поможет будут заменены свечи зажигания и провода. И вот на этом месте может наступить момент истины: родная катушка зажигания не справляется или недостаточно хорошо справляется с возложенными функциями накопления искры.

Установка двух катушек зажигания не только усилит искру, но и сделает автомобиль надёжнее. Например, если случайно залили свечи или отказали 1-2 цилиндра, то на оставшихся можно без проблем доехать до СТО или автомагазина.

Каждая катушка зажигания требует установки «своего» коммутатора. Поэтому в данном случае также получаем дополнительный запас надёжности. При выходе из строя одного коммутатора, второй не даст автомобилю заглохнуть.

Итак, необходимо купить 2 катушки зажигания и два коммутатора. Старую катушку зажигания удаляем, её можно оставить как запасную, а также установим новые коммутаторы. Катушки и коммутаторы крепим при помощи саморезов к кузову. На схеме указан путь присоединения проводов. В стандартных коммутаторах цвет проводов должен совпадать с тем, что указан на рисунке – схеме. Подключение катушки зажигания — несложная процедура. Присоединяем существующие контакты питания: на плюсовую клемму — провод от замка зажигания, а на минус катушки — провода от тахометра зажигания, и на трамблёр кидаем высоковольтный провод.

Второй, более дорогостоящий вариант тюнинга системы катушек зажигания — установка специальных катушек зажигания на каждую свечу. В случае установки катушки свечи зажигания происходит моментальное искронакопление и искрообразование, к тому нам больше не нужны провода на катушку зажигания, а значит, также ускоряем процесс зажигания. На фото и по схеме показаны катушки свечи зажигания от автомобиля ваз Калина и схема установки таких катушек.

После установки дополнительной катушки зажигания следует уделить внимание зазору свечей. Как правило, зазор между электродами свечи зажигания на стандартных настройках зажигания для карбюраторных автомобилей 0,8мм, при двухкатушечном зажигании величина зазора свечи зажигания должна быть 1,1мм. Выставляем зазор специальным щупом. Наборы щупов под разные зазоры можно приобрести в автомагазинах.

Ссылка на основную публикацию
Как убрать пароль с компьютера windows 8
Пароль, при входе в операционную систему – очень полезная, для многих пользователей, функция. Вы можете быть уверены, что на рабочем...
Как создать красную строку в ворде
Вопрос о том, как сделать в Word красную строку или, проще говоря, абзац, интересует многих, особенно малоопытных пользователей данного программного...
Как создать личный кабинет в мтс регистрация
Личный кабинет – это персональный раздел абонента на официальном сайте МТС, предназначенный для управления своим номером телефона и лицевым счетом....
Как убрать подтверждение я не робот
Технология «капчи» (CAPTCHA) представляет собой автоматизированный тест, предназначенный для выявления машинизированных пользователей, иначе ботов. Его целью становится постановка такой задачи,...
Adblock detector