Автомобильный транспорт на сегодняшний день является одним из основных источников загрязнения окружающей среды и потребителей углеводородного топлива.С каждым годом для автомобилей ужесточаются экологические нормы. Так, например, в перспективных стандартах Евро-6 предусматривается снижение содержания углекислого газа и несгоревших углеводородов на 10 % и 15 % по сравнению с действующими в настоящее время в Российской Федерации стандартами [1]
В связи с этим исследования методов и способов снижения токсичности отработавших газов двигателя и потребления им топлива представляется актуальной задачей.
Как показывают исследования [4] одним из способов снижения токсичности и улучшения топливно-экологических показателей ДВС является совершенствование системы зажигания. Правильно выбранные параметры системы зажигания обеспечивают стабильность его работы [2], позволяют повысить мощность двигателя, снизить расход топлива и выбросы вредных веществ. Одним из основных элементов системы зажигания, непосредственно влияющих на рабочий процесс, является свеча зажигания. Именно свеча зажигания инициирует процесс горения, качество протекания которого и определяет во многом параметры двигателя и транспортного средства в целом.
В настоящее время ассортимент свечей зажигания настолько широк, что возникает вопрос как те или иные конструктивные особенности СЗ влияют на показатели ДВС. Так, например, в некоторых исследованиях, в том числе и зарубежных, указывается, что количество электродов влияет на рабочие процессы двигателя и его характеристики, но при этом отсутствуют сведения о натурных испытаниях [6].
В целях получения сведений о влиянии количества боковых электродов на эксплуатационные характеристики двигателя был проведён ряд экспериментальных исследований.
Исследования проводились в два этапа. На первом этапе с использованием испытательного стенда снимались нагрузочные характеристики двигателя ВАЗ-11194 с одновременной фиксацией СН. Затем, проводились замеры расхода топлива автомобиля ВАЗ 2115 при его движении в режимах максимально соответствующих осредненному городскому ездовому циклу.
Испытательный стенд с двигателем ВАЗ 11194 был оснащен всеми измерительными системами, необходимыми для снятия стандартных характеристик двигателя, а также специализированным оборудованием, позволяющим получать данные для определения статистик распределений цикловых значений пробивных напряжений и частоты вращения коленчатого вала. Регулирование нагрузочного режима двигателя осуществлялось электрическим тормозом постоянного тока мощностью 60 кВт при n = 6000 мин-1 (электрический тормоз MS-2218–4 производства фирмы Тесла).
Электрическая машина постоянного тока нагружающего устройства могла работать в режиме электродвигателя, что позволяло осуществлять запуск двигателя и, при необходимости, его прокрутку.
Конструкция муфты, соединяющей поршневой двигатель с электрическим тормозом, позволяла легко отсоединять последний при работе поршневого двигателя на холостом ходу.
Так же для фиксации значений концентрации выбросов и расхода топлива использовался K-line адаптер и газоанализатор АСКОН-02, система зажигания двигателя микропроцессорная с блоком управления Bosh 7.9.7.
Автомобиль, задействованный в эксперименте — ВАЗ 2115 — серийная модель с двигателем 11183, с микропроцессорной системой зажигания на основе ЭБУ Январь 7.2.
Исследования проводились с двумя комплектами свечей (рис. 1.): одноэлектродных АУ17 ДВРМ и двухэлектродныха Equem RFC58122E.
Для фиксации значений было использовано диагностическое оборудование, включающее в себя диагностический k-line адаптер, подключенный к ноутбуку, газоанализатор и программное обеспечение DiagnosticToolsv1.31.2.
Испытательный участок подбирался из условий возможности поддерживать осредненный городской ездовой цикл.
В связи с тем, что напряжение на электродах свечи зажигания определяется термодинамическими и электромагнитными свойствами газа в межэлектродном зазоре, а не количеством электродов, можно предположить, что увеличение числа электродов скажется только на статистических характеристиках параметров искрового разряда. Иными словами можно ожидать повышения стабильности параметров искрового разряда при примерно одинаковых средних показателях. Повышение стабильности искрового разряда сказывается, прежде всего, на содержании в отработавших газах несгоревших углеводородов. В предельном случае — пропуск воспламенения вследствие отсутствия искры на свече зажигания — количество СН должно достигать максимальных значений.
Рис. 1. Свечи зажигания, использованные в эксперименте: а) одноэлектродная свеча АУ17 ДВРМ; б) двухэлектродная свеча Equem RFC58122E
Рисунок 2, а, показывающий нагрузочные характеристики по составу отработавших газов испытанного двигателя, подтверждает на наш взгляд сделанные предположения. Как видно из этого рисунка значение содержание CH в отработавших газах при работе двигателя с комплектом двухэлектродных свеч EquemRFC58122E, значительно меньше, чем с комплектом одноэлектродных свеч АУ17 ДВРМ, устанавливаемых заводом изготовителем. Так, на холостом ходу количество СН составляет 57 частиц на миллион для одноэлектродной, а для 2х электродной 41. Нестабильная работа и наличие пропусков воспламенения помимо увеличения содержания СН в отработавших газах может приводить и к повышенному расходу топлива.
Рисунок 2, б иллюстрирует зависимость среднего расхода топлива испытанным автомобилем при работе с различными комплектами свечей зажигания. Можно заметить, что использование комплекта двухэлектродных свечей, позволяет несколько снизить расход топлива. Так, на исследованных режимах работы использование двухэлектродных свечей позволило снизить массовый расход топлива в среднем на 0.11 г/сек. или практически на 7 % в отличие от одноэлектродных свечей. Максимальное снижение расхода топлива составило 0.26 г/сек при частоте вращения коленчатого вала 1480 мин-1 в пользу двухэлектродных свечей. При повышении частоты вращения положительный эффект практически исчезает.
Рис. 2. Влияние количества боковых электродов на показатели двигателя: а — количество несгоревших углеводородов; б — расход топлива
Таким образом, на наш взгляд, использование многоэлектродных свечей в двигателях внутреннего сгорания позволяет несколько улучшить топливно-экономические показатели автомобиля при его эксплуатации в городских условиях, характеризующимися значительным временем работы на холостом ходу и частичной нагрузке.
Литература:
- Экологические нормы для автомобилей,// [Электронный ресурс]. — 2014 — Режим доступа — wikipedia
- Францев С. М. Влияние величины межэлектродного зазора свечи зажигания на показатели газового двигателя/ Францев Сергей Михайлович, Кафторев Александр Юрьевич // [Электронный ресурс]. — Режим доступа — elibrary.ru
- Обеспечение бесперебойности искрообразования в межэлектродном зазоре свечи зажигания / Францев Сергей Михайлович, Кавторев Александр Юрьевич // [Электронный ресурс]. — Режим доступа — elibrary.ru
- Францев С. М. Влияние характеристик искрового разряда конденсаторных систем зажигания на показатели газового двигателя на нагрузочных режимах / Францев Сергей Михайлович, Кафторев Александр Юрьевич // [Электронный ресурс]. — Режим доступа — elibrary.ru
- Влияние положения электродов свечей зажигания на межцикловую неидентичность рабочего процесса бензиновых двигателей в режиме холостого хода / Е. А. Федянов, С. Н. Шумский, К. В. Приходьков, В. Н. Костычев // Известия ВолгГТУ. Серия «Процессы преобразования энергии и энергетические установки». Вып. 3: межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. — Волгоград, 2011. — № 8. — C. 17–19.
- Impact of spark plug number of ground electrodes on engine stabili ty,/ Ahmed A. Abdel-Rehim// [Электронныйресурс]. — 2013 — Режимдоступа — elibrary.ru
