ПЛАЗМЕННОЕ ЗАЖИГАНИЕ
Определимся в направлении. В общем, речь пойдёт о двигателях внутреннего сгорания, использующих для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах искровой разряд. И конкретно, о самом этом разряде, возникающем между электродами свечи зажигания. Для красоты и не вдаваясь в подробности, будем, пока, называть этот разряд "плазменным", а далее, постепенно разберёмся, что да как, и почему.
Определимся в направлении. В общем, речь пойдёт о двигателях внутреннего сгорания, использующих для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах искровой разряд. И конкретно, о самом этом разряде, возникающем между электродами свечи зажигания. Для красоты и не вдаваясь в подробности, будем, пока, называть этот разряд "плазменным", а далее, постепенно разберёмся, что да как, и почему.
А НАДО ЛИ? А НЕ ПОЗДНО ЛИ? ПРЕДПОСЫЛКИ :)
А НАДО ЛИ? А НЕ ПОЗДНО ЛИ? ПРЕДПОСЫЛКИ :)
Значение ДВС(двигателя внутреннего сгорания) в жизни современного общества трудно переоценить. Это и перевозки, и генерация энергии, и добыча полезных ископаемых, и сельское хозяйство и все связанные со всем этим преимущества, удобства и комфорт. За свою более, чем вековую историю, ДВС прошёл огромный путь от первых экспериментальных моделей до современных многотонных монстров, увешанных всевозможными датчиками, контролёрами и управляемых ЭВМ.
Значение ДВС(двигателя внутреннего сгорания) в жизни современного общества трудно переоценить. Это и перевозки, и генерация энергии, и добыча полезных ископаемых, и сельское хозяйство и все связанные со всем этим преимущества, удобства и комфорт. За свою более, чем вековую историю, ДВС прошёл огромный путь от первых экспериментальных моделей до современных многотонных монстров, увешанных всевозможными датчиками, контролёрами и управляемых ЭВМ.
Конструктивное разнообразие современных ДВС бесконечно. Но бензиновые двигатели объёмом от 1 до 4 литров представлены сегодня на рынке наиболее широко. Спектр их применения впечатляет - от мотоблоков и мотокультиваторов, всевозможных мини тракторов, тракторов, вспомогательного оборудования, погрузчиков, личного автотранспорта до автобусов, грузовиков, магистральных тягачей, спец техники, маршрутных такси, мини самолётов, вертолётов, катеров, яхт и аппаратов на воздушной подушке.
Конструктивное разнообразие современных ДВС бесконечно. Но бензиновые двигатели объёмом от 1 до 4 литров представлены сегодня на рынке наиболее широко. Спектр их применения впечатляет - от мотоблоков и мотокультиваторов, всевозможных мини тракторов, тракторов, вспомогательного оборудования, погрузчиков, личного автотранспорта до автобусов, грузовиков, магистральных тягачей, спец техники, маршрутных такси, мини самолётов, вертолётов, катеров, яхт и аппаратов на воздушной подушке.
Альтернативы ДВС пока нет. Не смотря на поднятую в прессе рекламную шумиху, направленную на стимулирование продажи акций заинтересованных компаний, итоговый КПД ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТА весьма низок. А с учётом того, что львиную долю электроэнергии вырабатывают ТЭЦ, редко превышает 10%-12% от энергии, заключённой в изначально израсходованном топливе и только бессмысленно увеличивает дополнительные выбросы СО2. Для сравнения, заявленный КПД современных АВТОМОБИЛЬНЫХ моторов, выполненных по традиционной схеме, порой доходит до фантастически высоких, в этом случае, 35%.
Альтернативы ДВС пока нет. Не смотря на поднятую в прессе рекламную шумиху, направленную на стимулирование продажи акций заинтересованных компаний, итоговый КПД ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТА весьма низок. А с учётом того, что львиную долю электроэнергии вырабатывают ТЭЦ, редко превышает 10%-12% от энергии, заключённой в изначально израсходованном топливе и только бессмысленно увеличивает дополнительные выбросы СО2. Для сравнения, заявленный КПД современных АВТОМОБИЛЬНЫХ моторов, выполненных по традиционной схеме, порой доходит до фантастически высоких, в этом случае, 35%.
Ситуация с АЛЬТЕРНАТИВНЫМИ источниками энергии в точности копирует стрижку свиней - визгу много, а шерсти мало. Однако, правительства многих стран уже давно назначили точные даты похорон ДВС у себя в стране. И сделали это так же легко и непринуждённо, как раньше повелевали СЖИГАТЬ ВЕДЬМ на кострах. Но сути дела это не изменило. Количество выпускаемых электромобилей и сегодня составляет жалкие, мифические, официальные 2% от мирового производства автотранспорта. А грузовые электромобили и электротрактора не выпускаются вообще.
Ситуация с АЛЬТЕРНАТИВНЫМИ источниками энергии в точности копирует стрижку свиней - визгу много, а шерсти мало. Однако, правительства многих стран уже давно назначили точные даты похорон ДВС у себя в стране. И сделали это так же легко и непринуждённо, как раньше повелевали СЖИГАТЬ ВЕДЬМ на кострах. Но сути дела это не изменило. Количество выпускаемых электромобилей и сегодня составляет жалкие, мифические, официальные 2% от мирового производства автотранспорта. А грузовые электромобили и электротрактора не выпускаются вообще.
ВОДОРОДНЫЙ АВТОМОБИЛЬ. В 2002 году Департамент Энергетики США поставил цель — снизить к 2010 году стоимость топливных водородных элементов до $45 за 1 кВт установленной мощности и до $30 за 1 кВт к 2015 году (в долларах 2002 года, без учёта инфляции). Это означало, что бортовой источник водородной электроэнергии для силовой установки мощностью 100 кВт. (134 л. с.) должен был стоить $3000, что было сопоставимо со стоимостью двигателя внутреннего сгорания.
ВОДОРОДНЫЙ АВТОМОБИЛЬ. В 2002 году Департамент Энергетики США поставил цель — снизить к 2010 году стоимость топливных водородных элементов до $45 за 1 кВт установленной мощности и до $30 за 1 кВт к 2015 году (в долларах 2002 года, без учёта инфляции). Это означало, что бортовой источник водородной электроэнергии для силовой установки мощностью 100 кВт. (134 л. с.) должен был стоить $3000, что было сопоставимо со стоимостью двигателя внутреннего сгорания.
Время бежит быстро, но как, сегодня, обстоят дела с целями, которые предоплачивал Департамент Энергетики США в 2002 году, не знает никто. Зато, хорошо известно, что 10 июня 2019 года на водородной заправочной станции компании Uno-X в Саннвике (Норвегия) произошёл мощный ВЗРЫВ, причиной которого послужила УТЕЧКА ВОДОРОДА из баллона высокого давления. В результате взрыва не было погибших, однако воздействие взрыва было столь велико, что ощущалось как землетрясение в радиусе 28 километров. Тогда, до установления причин взрыва, компании Toyota и Hyundai приостановили продажу своих водородных автомобилей, а все водородные заправки в Норвегии были закрыты. Совершенно очевидно, что водородные заправки в центре Лондона, Парижа или Нью-Йорка совсем не то, о чём сейчас мечтает абсолютное большинство жителей этих городов.
Время бежит быстро, но как, сегодня, обстоят дела с целями, которые предоплачивал Департамент Энергетики США в 2002 году, не знает никто. Зато, хорошо известно, что 10 июня 2019 года на водородной заправочной станции компании Uno-X в Саннвике (Норвегия) произошёл мощный ВЗРЫВ, причиной которого послужила УТЕЧКА ВОДОРОДА из баллона высокого давления. В результате взрыва не было погибших, однако воздействие взрыва было столь велико, что ощущалось как землетрясение в радиусе 28 километров. Тогда, до установления причин взрыва, компании Toyota и Hyundai приостановили продажу своих водородных автомобилей, а все водородные заправки в Норвегии были закрыты. Совершенно очевидно, что водородные заправки в центре Лондона, Парижа или Нью-Йорка совсем не то, о чём сейчас мечтает абсолютное большинство жителей этих городов.
По данным Массачусетского технологического института, эксплуатация водородного автомобиля на данном этапе развития водородных технологий обходится в сто раз дороже, чем бензинового. Сам водород идёт по цене 8 евро за литр. Летучесть водорода самая высокая среди газов. Из-за этого, водород трудно хранить, транспортировать и использовать в баках так, как это топливо полностью испаряется сквозь стенки герметичных ёмкостей за очень короткий срок. За девять дней испаряется половина бака топлива BMW Hydrogen или 7% бесполезных, невосполнимых потерь водорода каждые сутки. В настоящий момент водород получают самым дорогим путём расхода значительного количества электроэнергии, что негативно отражается на результирующем КПД, как и в случае с электромобилями, но хуже, гораздо хуже. Суммарная цепь превращений энергии выглядит далеко не идеально: углеводороды, электричество, водород, электричество, механическая энергия. Очевидно, что 2-ое, 3-е и 4-ое превращения совершенно не нужны.
По данным Массачусетского технологического института, эксплуатация водородного автомобиля на данном этапе развития водородных технологий обходится в сто раз дороже, чем бензинового. Сам водород идёт по цене 8 евро за литр. Летучесть водорода самая высокая среди газов. Из-за этого, водород трудно хранить, транспортировать и использовать в баках так, как это топливо полностью испаряется сквозь стенки герметичных ёмкостей за очень короткий срок. За девять дней испаряется половина бака топлива BMW Hydrogen или 7% бесполезных, невосполнимых потерь водорода каждые сутки. В настоящий момент водород получают самым дорогим путём расхода значительного количества электроэнергии, что негативно отражается на результирующем КПД, как и в случае с электромобилями, но хуже, гораздо хуже. Суммарная цепь превращений энергии выглядит далеко не идеально: углеводороды, электричество, водород, электричество, механическая энергия. Очевидно, что 2-ое, 3-е и 4-ое превращения совершенно не нужны.
ДВС жил, ДВС жив, ДВС будет жить. Ни один из крупных профильных брендов не объявил о сворачивании своих исследовательских программ в области совершенствования ДВС. Заменить ДВС, сегодня, нечем. Только на словах. Как ни печально, для некоторых продажных болтунов, но придётся принять это в качестве аксиомы. Сколько ни говори электромобиль, пользы от этого больше не станет.
ДВС жил, ДВС жив, ДВС будет жить. Ни один из крупных профильных брендов не объявил о сворачивании своих исследовательских программ в области совершенствования ДВС. Заменить ДВС, сегодня, нечем. Только на словах. Как ни печально, для некоторых продажных болтунов, но придётся принять это в качестве аксиомы. Сколько ни говори электромобиль, пользы от этого больше не станет.
Для обеспечения работоспособности поршневого бензинового двигателя объёмом от 1 до 4 литров используется множество инженерных решений. Одно из них система зажигания, служащая для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах. Как и все остальные, система зажигания эволюционировала вместе с ДВС и всегда отражала общий уровень развития техники характерный для данного конкретного периода времени. Так, реальный расход топлива автомобиля ГАЗ-24 составлял 20л/100км, между тем, как сегодня серийный ВАЗ-2111, собранный в Луцке, легко укладывается в 5, что меньше, чем, даже, у Таврии.
Для обеспечения работоспособности поршневого бензинового двигателя объёмом от 1 до 4 литров используется множество инженерных решений. Одно из них система зажигания, служащая для воспламенения рабочей смеси в цилиндрах. Как и все остальные, система зажигания эволюционировала вместе с ДВС и всегда отражала общий уровень развития техники характерный для данного конкретного периода времени. Так, реальный расход топлива автомобиля ГАЗ-24 составлял 20л/100км, между тем, как сегодня серийный ВАЗ-2111, собранный в Луцке, легко укладывается в 5, что меньше, чем, даже, у Таврии.
А начиналось всё с магнето. С появлением аккумулятора система зажигания стала батарейной. Далее, бесконтактной. Позже, бесконтактной с повышенной до 8-10А силой тока разрыва коммутатора. Но всегда, конструкция катушки зажигания оставалась узким местом и не позволяла полностью реализовать доступный системе энергетический потенциал.
А начиналось всё с магнето. С появлением аккумулятора система зажигания стала батарейной. Далее, бесконтактной. Позже, бесконтактной с повышенной до 8-10А силой тока разрыва коммутатора. Но всегда, конструкция катушки зажигания оставалась узким местом и не позволяла полностью реализовать доступный системе энергетический потенциал.
Не вдаваясь в излишние подробности, произведём приблизительный прикидочный расчёт потерь, используя широкодоступные в литературе данные.
Не вдаваясь в излишние подробности, произведём приблизительный прикидочный расчёт потерь, используя широкодоступные в литературе данные.
Примерно с середины семидесятых годов прошлого века, широкой радиолюбительской общественности стали доступны высоковольтные ТИРИСТОРЫ, что сразу же, не смотря на запредельно высокую стоимость указанных приборов в то время, повлекло множественные вариации на тему.
Примерно с середины семидесятых годов прошлого века, широкой радиолюбительской общественности стали доступны высоковольтные ТИРИСТОРЫ, что сразу же, не смотря на запредельно высокую стоимость указанных приборов в то время, повлекло множественные вариации на тему.
Классическая(навязываемая для повторения) тиристорная система зажигания состояла из конденсатора 2мкф х 400В с запасённой энергией 0.16Дж = 160мДж и предустановленной на автомобиле катушки зажигания от обычной батарейной системы в искровом промежутке которой выделялись заявленные 12мДж = 0.012Дж энергии. Таким образом, суммарный КПД системы составлял примерно 7.5%, а учитывая потери на заряд конденсатора - ещё меньше, что находилось за гранью разумного и было совершенно не достаточно. По длительности искры тиристорная система проигрывала батарейной в 4 раза.
Классическая(навязываемая для повторения) тиристорная система зажигания состояла из конденсатора 2мкф х 400В с запасённой энергией 0.16Дж = 160мДж и предустановленной на автомобиле катушки зажигания от обычной батарейной системы в искровом промежутке которой выделялись заявленные 12мДж = 0.012Дж энергии. Таким образом, суммарный КПД системы составлял примерно 7.5%, а учитывая потери на заряд конденсатора - ещё меньше, что находилось за гранью разумного и было совершенно не достаточно. По длительности искры тиристорная система проигрывала батарейной в 4 раза.
Несмотря на это, к концу восьмидесятых промышленность, даже, наладила и освоила массовый выпуск таких тиристорных приставок. Но все, кто купил их за свои кровные 30-50 советских рублей и опробовал, плюясь и чертыхаясь, неизменно возвращались к классической батарейной системе, ибо, не смотря на очевидную НОВИЗНУ и ПРОГРЕСС, двигатель всё равно надо было как-то заводить.
Несмотря на это, к концу восьмидесятых промышленность, даже, наладила и освоила массовый выпуск таких тиристорных приставок. Но все, кто купил их за свои кровные 30-50 советских рублей и опробовал, плюясь и чертыхаясь, неизменно возвращались к классической батарейной системе, ибо, не смотря на очевидную НОВИЗНУ и ПРОГРЕСС, двигатель всё равно надо было как-то заводить.
Таким образом тема "искры" высокой энергии(30мДж и выше), а тем более "плазменного" зажигания появилась в бодрствующих умах экономных людей всего мира не случайно, не сразу и не вдруг, а в следствие ряда интригующих предпосылок, основной из которых был извечный вопрос простого человека - зачем платить больше? - или желание сэкономить. Чем опасна искра малой энергии? Очень многим. Тут и пропуски воспламенения, и затруднённый пуск, носящий вероятностный характер, и необходимость использования обогащённой смеси, и связанные с этим потери и вредные выбросы.
Таким образом тема "искры" высокой энергии(30мДж и выше), а тем более "плазменного" зажигания появилась в бодрствующих умах экономных людей всего мира не случайно, не сразу и не вдруг, а в следствие ряда интригующих предпосылок, основной из которых был извечный вопрос простого человека - зачем платить больше? - или желание сэкономить. Чем опасна искра малой энергии? Очень многим. Тут и пропуски воспламенения, и затруднённый пуск, носящий вероятностный характер, и необходимость использования обогащённой смеси, и связанные с этим потери и вредные выбросы.
В виду того, что все решения по увеличению энергии искрового разряда базировались на уже существующих катушках зажигания, вопрос приходилось решать в лоб - путем простого увеличения времени существования(горения) искры. Так, простая, копеечная, двух транзисторная схема, разработанная мной в середине 90-х, переводила классическую батарейную систему зажигания в режим непрерывной, коммутируемой стандартным механическим прерывателем, генерации высокого напряжения и позволяла запускать УАЗовскую буханку в любой мороз, что называется, с пол оборота.
В виду того, что все решения по увеличению энергии искрового разряда базировались на уже существующих катушках зажигания, вопрос приходилось решать в лоб - путем простого увеличения времени существования(горения) искры. Так, простая, копеечная, двух транзисторная схема, разработанная мной в середине 90-х, переводила классическую батарейную систему зажигания в режим непрерывной, коммутируемой стандартным механическим прерывателем, генерации высокого напряжения и позволяла запускать УАЗовскую буханку в любой мороз, что называется, с пол оборота.
С появлением в середине 80-х электронных коммутаторов, искра стала погорячее, но интерес к поиску идеала у людей не пропал. Что такое есть "плазменное зажигание" реализованное на базе классической или модернизированной под электронный коммутатор катушки? Во первых, ещё один яркий пример человеческого словоблудия или рекламный трюк с названием, а проще говоря - враньё.
С появлением в середине 80-х электронных коммутаторов, искра стала погорячее, но интерес к поиску идеала у людей не пропал. Что такое есть "плазменное зажигание" реализованное на базе классической или модернизированной под электронный коммутатор катушки? Во первых, ещё один яркий пример человеческого словоблудия или рекламный трюк с названием, а проще говоря - враньё.
Сам я лично не видел, но знатоки утверждают, что ориентация спутников на орбите осуществляется с помощью импульсных плазменных двигателей, а Моделист-Конструктор, в своё время, даже, опубликовал соответствующую модель с чертежом. В чём суть идеи? - в ограниченном объёме, заполненном неким рабочим телом(газом, для модели - воздухом) индуцируют мощный электрический разряд. В результате чего, рабочее тело моментально разогревается до мифических типа 12000 К, стократно увеличивается в объёме и с силой выталкивается через сопло наружу, приводя в движение спутник или модель.
Сам я лично не видел, но знатоки утверждают, что ориентация спутников на орбите осуществляется с помощью импульсных плазменных двигателей, а Моделист-Конструктор, в своё время, даже, опубликовал соответствующую модель с чертежом. В чём суть идеи? - в ограниченном объёме, заполненном неким рабочим телом(газом, для модели - воздухом) индуцируют мощный электрический разряд. В результате чего, рабочее тело моментально разогревается до мифических типа 12000 К, стократно увеличивается в объёме и с силой выталкивается через сопло наружу, приводя в движение спутник или модель.
Можно ли создать подобные условия с помощью катушки зажигания, одно только омическое сопротивление вторичной цепи которой может достигать 20000 ом, а индуктивное + 250000 ом? - ясно, что нет. Что же тогда, на самом деле, под "плазменным зажиганием" имеется в виду? А вот, что. Много-много лет назад, когда трава была зеленее, а девушки симпатичнее... ...продолжение следует.
Можно ли создать подобные условия с помощью катушки зажигания, одно только омическое сопротивление вторичной цепи которой может достигать 20000 ом, а индуктивное + 250000 ом? - ясно, что нет. Что же тогда, на самом деле, под "плазменным зажиганием" имеется в виду? А вот, что. Много-много лет назад, когда трава была зеленее, а девушки симпатичнее... ...продолжение следует.
А пока продолжение следует(ждёт спонсора), я накропал программку позволяющую наглядно оценить количественные процессы происходящие при разряде ёмкости на активное сопротивление. При написании которой снова использовал свою Universal Student IDE :)
А пока продолжение следует(ждёт спонсора), я накропал программку позволяющую наглядно оценить количественные процессы происходящие при разряде ёмкости на активное сопротивление. При написании которой снова использовал свою Universal Student IDE :)
Но чтобы сделать осознанный выбор между вяло текущим коронным разрядом и плазменным взрывом потребуются дополнительные исследования. Еще в 2006-м году мной был собран макет, претендующий на звание реального плазменного зажигания, состоящий из 4-х копеечных деталей и срабатывавший от простого ручного замыкания и размыкания контактов. При этом, легко и со взрывом пробивавший 4 слоя газетной бумаги, помещённых в искровой промежуток обычной отечественной свечи зажигания. Выйдет ли из этого что-нибудь полезное для вас? Time will show. :)
Но чтобы сделать осознанный выбор между вяло текущим коронным разрядом и плазменным взрывом потребуются дополнительные исследования. Еще в 2006-м году мной был собран макет, претендующий на звание реального плазменного зажигания, состоящий из 4-х копеечных деталей и срабатывавший от простого ручного замыкания и размыкания контактов. При этом, легко и со взрывом пробивавший 4 слоя газетной бумаги, помещённых в искровой промежуток обычной отечественной свечи зажигания. Выйдет ли из этого что-нибудь полезное для вас? Time will show. :)
Плазма — частично или полностью ионизированный газ, образованный из нейтральных атомов (или молекул) и заряженных частиц (ионов и электронов). Характеристики плазмы отличаются от свойств твёрдых тел, жидкостей и газов, поэтому она часто рассматривается как четвёртое агрегатное состояние вещества. Важнейшим отличием от газообразного состояния является высокая электрическая проводимость.
Плазма — частично или полностью ионизированный газ, образованный из нейтральных атомов (или молекул) и заряженных частиц (ионов и электронов). Характеристики плазмы отличаются от свойств твёрдых тел, жидкостей и газов, поэтому она часто рассматривается как четвёртое агрегатное состояние вещества. Важнейшим отличием от газообразного состояния является высокая электрическая проводимость.
