Ашкинази Леонид Александрович
Свеча, которая никому не светит...

Lib.ru/Современная литература: [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Помощь]
  • Оставить комментарий
  • © Copyright Ашкинази Леонид Александрович (leonid2047@gmail.com)
  • Обновлено: 07/04/2011. 9k. Статистика.
  • Статья: Техника
  • Иллюстрации/приложения: 4 штук.
  •  Ваша оценка:


       Свеча, которая никому не светит...
      
       ...потому, что кругом и так светло, а еще потому, что мы этого света не видим. Это свет раскаленных газов в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания. Светятся они потому, что раскалены (см. школьный учебник физики), раскалены потому, что горит бензин, а горит потому, что их подожгла та самая свеча. Подожгла посредством электрической искры - искрового разряда в газе, то есть в парах горючего, смешанных с окислителем - кислородом воздуха. Известен еще и дизельный двигатель, в котором горючее впрыскивается в сжатый и потому горячий воздух и от этого горячего воздуха воспламеняется без искры, и совсем новый тип двигателя, который при малых сжатиях работает от искры, а при больших - как дизель; но эта статья - о бензиновом двигателе "с искрой".
      
       Итак, в цилиндре уже есть эта смесь, поршень ее сжимает, давление и температура растут - и дальше появляются две возможности. Первая: температура при сжатии возрастет настолько, что горение смеси начнется "само". Однако в нормальной ситуации такого происходить не должно, смесь нужно поджечь во вполне определенный момент, внешним, причем управляемым сигналом. Инициатор горения смеси - электрический разряд, искра, которая возникает, если подать на зазор между двумя электродами достаточно высокое напряжение. Стало быть, надо в стенку цилиндра впаять кусок диэлектрика, в него - отдельный электрод, и в нужный момент цикла подавать на этот электрод высокое напряжение. Разряд будет, естественно, разрушать электрод, поэтому всю конструкцию надо сделать сменной. Примерно так в 1902 году рассуждал изобретатель "свечи" - Роберт Бош.
       Итак, одна проблема налицо: разрушение электродов. Этот процесс зависит от состава и температуры среды, материала и температуры электродов и от параметров разряда - напряжения, тока, частоты и длительности импульсов. Разработчик свечей из всего этого списка, по существу, может управлять только материалом и отчасти температурой электродов - все остальное определяется двигателем. Да и температуру электродов особенно не поварьируешь, и вот почему. Мало создать условия для поджига смеси, надо еще позаботиться о том, чтобы она не воспламенилась когда не надо. Между тем свеча содержит изолятор из алюмооксидной (Al2O3) керамики, он плохо проводит тепло и при работе нагревается, причем существенно - до сотен градусов - от газа в камере сгорания с температурой порядка 2500оС. Поскольку от горячего изолятора при температуре более 700-800оС может воспламениться смесь, конструктор должен принять меры к охлаждению изолятора. Можно было бы делать его из керамики на основе окиси магния или бериллия, но оба эти материала существенно дороже и сложнее технологически. Приходится решать проблему косвенными методами: увеличивая теплопроводность деталей, с которыми керамика контактирует. Раньше их выполняли из стали, сейчас они в большинстве случаев биметаллические - медные внутри, из нержавеющей стали снаружи. Медь имеет высокую теплопроводность, и такая конструкция не дает керамике перегреваться.
      
       Но и охлаждать керамику особо нельзя, так как при горении в цилиндрах образуются непонятно что, дипломатично называемое "продукты сгорания". Это "непонятно что" оседает, в частности, на свечах, но если на электродах ему удержаться трудно из-за высокой температуры самого разряда, то керамику оно загрязняет охотно. Продукты сгорания содержат достаточно свободного углерода, чтобы быть проводящими. И все... изолятор уже не изолятор, пробоя не происходит, искра не образуется. Способов защиты от этого эффекта два. Основной - выбрать такую конструкцию свечи, чтобы при работе изолятор нагревался не менее, чем до 600оС, - при этом "непонятно что" сравнительно мало оседает на изоляторе. Иногда говорят, что оно оседает, но сгорает. Тоже не исключено.
      
       Другой способ борьбы - выжигать осадок поверхностным разрядом или поверхностным пробоем, то есть разрядом по поверхности диэлектрика. Некоторые фирмы утверждают, что в их свечах этот процесс и происходит. Возможно, так оно и есть, но метод довольно сомнительный - разряд по поверхности должен иначе поджигать смесь, нежели обычный и двигатель может это почувствовать.
      
       Наконец, еще одно решение - покрытие изолятора из Al2O3 каким-то другим веществом, на котором нагар либо меньше оседает, либо быстрее сгорает. С учетом условий эксплуатации можно положить глаз на тугоплавкие оксиды. И действительно, в литературе встречается утверждение о благотворной роли покрытия из оксидов редкоземельных элементов. Дело возможное, но хорошо бы проверить, как это покрытие выдержит срок службы - коэффициенты термического расширения у оксидов разные, а изолятор свечей работает в условиях термоциклов. Так что покрытие может осыпаться.
      
       Итак, температура изолятора должна находиться в довольно узких пределах, поэтому и температурой электродов особенно не поиграешь. Остается варьировать материал, и техника пошла именно по этому пути. Ранее электроды всегда делали из нержавеющей стали, некоторое время назад появились свечи, в которых один или оба электрода покрыты платиной, а последний писк моды - иридий. На фото 1 показаны свечи с платиновыми и иридиевыми электродами. При хорошем качестве бензина их срок службы может быть в два-три раза больше, чем у обычных. Изготовители свечей объясняют на своих сайтах, что их свечи можно отличить от обычных без химанализа - по форме электродов. Уважаемые изготовители плохо представляют себе российских умельцев и их возможности по изготовлению электродов нужной формы...
      
       По мере износа электродов зазор возрастает и пробой промежутка затрудняется. Один из методов борьбы с этим явлением - создавать в свече несколько зазоров, то есть делать электрод с несколькими выступами. Разряд сам выбирает, какой зазор ему пробивать, а по мере расхода электрода и роста зазора сам переключится на другой зазор. Иногда "многозазорную" конструкцию анонсируют не как конструкцию, где разряд происходит в одном месте и срок службы растет, а наоборот - как конструкцию, где разряд происходит сразу во многих местах, объем разряда растет и поджиг смеси улучшается. Эта гипотеза с точки зрения физики разряда выглядит неубедительно.
      
       Но от параметров разряда действительно кое-что зависит, а именно - более короткий и более мощный при той же энергии разряд ускоряет горение смеси в цилиндрах. А более быстрое горение смеси способно изменить параметры двигателя в лучшую сторону. Укоротить разряд можно несколькими способами, простейший - установить параллельно свече конденсатор. Это известное решение, так называемый усилитель искры, но до сих пор нет сложившегося мнения о его эффективности. В Интернете высказываются на этот счет разные мнения, но срок службы свечей, кажется, никто не определял. Между тем изменение мощности искры может повлиять на эрозию. Другой способ увеличения мощности искры - создать в свече "обостритель импульса", организовав скачок волнового сопротивления (например, с помощью изменения сечения центрального электрода). Так устроены свечи "Pulstar", только что появившиеся на западном рынке. О сроке службы этих свечей пока данных нет.
      
       И напоследок. В некоторых свечах зажигания внутри встроен резистор: как пишут изготовители - для уменьшения радиопомех. Вообще говоря, любой последовательный резистор должен уменьшать ток. При этом излучение, конечно, уменьшается. Но, по-видимому, уменьшается и мощность искры, и скорость нарастания напряжения на зазоре, что может привести к ухудшению характеристик двигателя. Рекламируются также специальные провода, уменьшающие помехи. Тут ситуация сложнее. Если этот провод имеет высокое сопротивление и за счет этого уменьшает помехи - опять же, это может привести к ухудшению характеристик двигателя. Если он уменьшает помехи за счет экранирования - на работе двигателя это сказываться не должно. Если провод имеет повышенную индуктивность (реактивное сопротивление) - энергия разряда может и не измениться, но может уменьшиться мощность. Рассчитать эти вещи трудно, поскольку линия работает на резко нелинейную нагрузку (разряд), и тут нужен эксперимент. С другой стороны - а зачем их подавлять? В автомобилях обычно приемник УКВ, сотовый - то же самое, в этих диапазонах искра помех не создает, разве что у вас на борту Си-би радиостанция...
      
       0x01 graphic
      
       1
       Свеча с платиной и иридием, фирма "Denso"
      
       0x01 graphic
      
       2
       Свечи с платиной (слева) и иридием (справа), фирма NRG
      
       0x01 graphic
      
       3
       Свеча "Pulstar" (вверху) и обычная (внизу)
      
       0x01 graphic
      
       4
       Волна горения смеси в цилиндре.
       Слева - обычная свеча, справа - "Pulstar"
       Вверху - 0,014 мкс, внизу - 0,033 мкс

  • Оставить комментарий
  • © Copyright Ашкинази Леонид Александрович (leonid2047@gmail.com)
  • Обновлено: 07/04/2011. 9k. Статистика.
  • Статья: Техника
  •  Ваша оценка:

    Связаться с программистом сайта.