Плазменная система зажигания

Плазменное зажигание — группа узлов для воспламенения горючего в газотурбинных ДВС. Функционирует по TPS-технологии. Предусматривает зажигание смеси по всему объему цилиндров мотора.

Выделяется более быстрым пуском и экономичностью. Требует применения особых свечей с закрытой пластинкой и небольшим отверстием в центральной части. Ниже подробно рассмотрим, как работает такой вид зажигания. Отдельно поговорим о конструкции. Выделим плюсы и минусы.

Принцип плазменного зажигания

Важно

Появление плазменной системы зажигания легко объяснить. Цель — желание добиться экономичности и сделать работу ДВС более эффективной.

Разработчики захотели повысить КПД в условиях применения низкокачественного горючего. Они поставили задачу увеличить энергию искры и ее объем. Первые попытки внедрения технологии сделаны в 70-80-х 20-го века.

Ученые смогли создать отдельный канал, через который проходил поток газа. Он давал более быстрое воспламенение и гарантировал быстрое сжигание всего объема горючего.

Впоследствии система много раз дорабатывалась. Сегодня работа плазменного зажигания проходит следующим образом:

1. Подача высокого напряжения. Источником выступает, как правило, блок зажигания. Он выдает импульсы до 1000 В и более. При этом действие осуществляется кратковременно.
2. Создание ионизированного канала. Между электродами плазменной свечи зажигания появляется разряд. Его особенность — ионизация воздуха и горючего в зазоре. Формируется плазма, которая впоследствии загорается. Представляет собой нагретый и электрически заряженный газ.
3. Расширение плазменного канала. Создает широкий факел, который проникает в смесь глубже, чем обычная искра.
4. Воспламенение. Плазма зажигает горючее практически мгновенно. Воспламенение происходит сразу во всей камере сгорания. В результате топливо полностью сжигается, а созданное давление действует на поршень.
5. Выключение разряда. Дальше происходит выключение питания. Плазма гаснет, но какое-то время горение еще продолжается. Причиной является более высокая температура.

Из чего состоит плазменое зажигание

При создании плазменного зажигания для автомобиля используется группа узлов. В их число входит:

1. Блок управления. Представляет собой электронный модуль. Подает сигналы и управляет моментом. Именно он принимает решение о времени подачи импульса.
2. Катушка зажигания с большей мощностью. Преобразует 12 В до нескольких сотен или тысяч Вольт. Эта особенность обеспечивает необходимый разряд.
3. Преобразователь (инвертор). Необходим, когда требуется повышение напряжения или обеспечение постоянства питания. Пример — применение для плазменного канала, который держится дольше искры.
4. Плазменная свеча. Имеет ряд конструктивных отличий. К особенностям стоит отнести расширенный зазор и улучшенные электроды. Через деталь проходит мощный разряд, преобразующийся в плазму.
5. Датчики ДВС. Контролируют обороты мотора и позицию коленчатого вала. Также учитывается температура и иные показатели. Данные направляются к блоку управления.
6. Высоковольтные провода. Коммутация соединяют катушку и свечу. По нормальному провода должны выдерживать высокое напряжение и температуру.

Все элементы объединяются в единую систему. Блок управления получает данные от датчиков. Дальше подается импульс на катушку, и создается разряд.Свеча формирует плазму, которая воспламеняет горючее.

Плазменное зажигание в автомобильных и корабельных ДВС

Цель внедрения технологии — обеспечивать работу мотора на метане, водороде и СПГ. В обычных условиях традиционная искра не дает стабильного воспламенения. Плазменное зажигание решает проблему за счет повышения температуры.

Еще одна причина перехода — ужесточение экологических норм. Действующие стандарты Euro 6 и IMO Tier III (в судовой отрасли)требуют снижения NOx и CO. Применение плазменной системы делает авто более экологичным.

Компании Mazda, Toyota и Hyundai активно работают над внедрением такого зажигания. Планируется внедрение в гибридных и водородных ДВС. Стоит выделить деятельность представителей Мазда для Skyactiv-X. У них зажигание работает комбинированно, то есть с применением двух принципов. Плазменные узлы используют в спортивных и тюнингованных двигателях.

Например, MSD Ignition (США) предлагает специальные блоки для моторов высокой производительности. В сфере грузовиков технологию применяет Volvo Trucks с линейкой силовых агрегатов LNG. В них применяются улучшенные свечи.

Также Scania и MAN активно работают в этом направлении. Судовые двигатели функционируют на тяжелых видах топлива, к примеру, дизеле и газу. Они имеют большие габариты и нуждаются в постоянной мощности. Не удивительно, что рассматриваемая система здесь активно применяется. Например, MAN Energy Solutions внедряет плазменные свечи в судовые газовые агрегаты MAN 51/60G. Они работают на метане и на сжиженном газе.

Обновленная система гарантирует стабильность запуска и больший ресурс. В моторах Wаrtsilа линейки DF технология применяется при работе на метане. Это важно для судов, работающих в зоне ECAs. Стоит отметить японскую Kawasaki Heavy Industries. Здесь плазменная катушка зажигания применяется в морских газовых турбинах.

Увеличение КПД и другие достоинства

Применение плазменной системы дает ряд явных плюсов:

• быстрое и полное воспламенение, уменьшение потерь тепла и повышение КПД;
• стабильное зажигание бедных смесей природного и сжиженного газов, а также водорода;
• устойчивый запуск при низких температурах, когда простая свеча может не сработать;
• снижение риска пропусков, что важно в многоцилиндровых нагруженных моторах; полное сжигание горючего без остатков углеводородов; уменьшение вредных элементов в выхлопе; минимальное количество сажи и иного «мусора»;
• сохранение чистоты клапанов и камеры сгорания; повышение срока службы ДВС за счет снижения нагрузки на цилиндры; меньшая детонация и снижение уровня шума; достижение экономичности даже при работе на обедненном топливе; широкий выбор горючего, в том числе низкого качества.

Цена и прочие недостатки

При рассмотрении плазменного зажигания стоит учесть его минусов. В список основных входят следующие:

• более высокая цена, ведь плазменные свечи обходятся в 10-20 раз дороже;
• сложность настройки, если ДВС не рассчитан на плазменное зажигание;
• применение, как правило, в тяжелой технике, газомоторных авто и судовой промышленности;
• повышенные требования к электрической части, что повышает риск поломки; чувствительность к колебаниям напряжения и нестабильности питания; необходимость улучшенного отвода тепла; обязательное проведение регулярной диагностики и ТО; необходимость контроля блока зажигания и проверки перед заменой.

Плазменное зажигание актуально для ДВС на бензине и газе. Для дизельных ДВС оно не применяется. Причина в том, что при поломке сложно найти мастеров и детали.Это особенно актуально в прибрежных зонах и удаленных регионах. Кроме того, мощные разряды часто создают помехи в работе электронной части авто.

Итог

С учетом сказанного понятно, что плазменное зажигание имеет ряд плюсов. Они касаются экономии, экологичности и ресурса. Такие узлы часто применяются в газомоторных ДВС, работающих на пределе возможностей. При этом нельзя забывать и о минусах — цене, сложности конструкции и ТО. По этим причинам плазменная система больше подходит для специальной техники. Говорить о массовом внедрении пока рано.