ПРЕРЫВАТЕЛИ
Я начинал свою спортивную и инженерную практику, когда сочетание слов «электронное зажигание» еще не существовало. Применялись системы с контактами, размыкаемыми вращающимся кулачком. Эти контакты изнашивались, подгорали, требовали периодического ухода (зачистки) и восстановления зазора в разомкнутом состоянии до нормативного предела. Высоковольтное напряжение индуцируется в катушке зажигания в момент размыкания контактов прерывателя. Подгорание же контактов и увеличение зазора размыкает низковольтную цепь системы зажигания, искра пропадает. С увеличением оборотистости двигателей контактные прерыватели стали весьма капризными узлами. Заводы Минавтопрома в материалах контактах применяли добавку тугоплавких металлов. Ижмаш, самостоятельно изготавливавший генераторы с прерывателями, в качестве присадки в материал контактов применял серебро, имеющее более высокую проводимость, но и это не спасало, когда дело шло о спортивных мотоциклах.
Году в 65-ом проскочила информация, что у испанских кроссовых мотоциклах «Монтесса» или «Бультако» появилось бесконтактное зажигание. Первым сработал Ижмаш и в 1966 году при испытаниях в Ужгороде специальных мотоциклов ИЖ-65 для сборной команды СССР по многодневке был представлен опытный образец мотоцикла с электронной системой зажигания, разработанной и изготовленной по договору с заводом Ижевским механическим институтом (ВУЗом). Для демонстрации надежности системы мотоцикл с открытым отсеком генератора заехал в воду и продолжал безотказно работать на всех режимах. Однако, оставалась проблема плавания момента опережения зажигания в зависимости от оборотов двигателя. Я недостаточно грамотен в этих вопросах, но помню, что в НИИАвтоприбор прорабатывались разные варианты датчиков, заменяющих контакты. Одной из сложностей было получение высококоэрцитивных магнитов для датчиков. Пробить наиболее подходящий сплав на основе кобальта не удалось и остановились на феррито-бариевых сплавах, имевших несколько более низкие магнитные свойства, но более простых для механической обработки. Решение организационных проблем заняло несколько лет, прежде чем в 1976 году бесконтактное зажигание появилось на мотоциклах Ковровского и Минского заводов. Немного опередил их Вятско-Полянский машзавод, самостоятельно изготавливавший маховичные генераторы для своих мотороллеров изготовивший первые партии мотороллеров «Вятка-Электрон» с бесконтактным зажиганием в конце 1975 года.
СТРУКТУРА ПРОЦЕССА ВОСПЛАМЕНЕНИЯ
Несмотря на скоротечность процесса воспламенения сам по себе он многоэтапен, сложен и осуществляется на фоне продолжающегося диспергирования (измельчения частиц) топлива в зоне прохождения высоковольтного разряда между электродами запальной свечи.Первоначально вследствие взаимного механического воздействия частичек топлива с воздухом воздействия происходит электрификация капелек горючего, а именно: молекулы приобретают свойства диполей. На следующем этапе происходит поляризация капель топлива, при которой возникает ориентировка молекул-диполей , превращающая уже саму капельку в диполь. Происшедшее ослабляет внутренние связи в частицах топлива и под воздействием турбулизационных процессов в потоке топливной смеси происходит разрыв диполей на заряженные, т.е. ионизированные частицы, готовые к вступлению в реакцию. В результате наступает сам процесс воспламенения.
Естественно, всегда существовал вопрос: как сделать этот процесс более надежным и эффективным. Казалось бы, лежащей на поверхности способ решить вопрос путем повышения мощности искрового разряда на деле имеет ряд ограничений. Во-первых потребуется для электродов свечи применить дорогостоящие тугоплавкие металлы платиновой группы. Во-вторых высоковольтные провода от катушки зажигания к свече выше при напряжениях выше 18 кВт проявляют склонность к пробою. Да и при 15-18 кВт они постепенно изнашиваются. Кто имел дело с «Жигулями» и «Москвичами» могли наблюдать свечение в темное время суток высоковольтных проводов после тысяч 60 км пробега и 3-х – 4-х лет эксплуатации, т.е. происходил поверхностный «ионный» разряд. В результате падала мощность тока, подаваемая на свечу и создавалась опасность возникновения пожара в подкапотном пространстве. Это и было последствием износа проводов. В советах бывалых рекомендовалось менять провода через каждые 3-и года.
С увеличением степени сжатия и оборотов двигателей появились решения, обходящие эту проблему. Стали уменьшать зазор между электродами свечи с привычных ранее 0,7 мм до 0,6 мм. Распространилось применение катушек зажигания, встраиваемых в колпачки свечи, что исключило высоковольтный провод и уменьшило электрический разогрев катушек. На 406-ом двигателе «Волги» применили две катушки зажигания: по одной на пару цилиндров, что уменьшило электрическую нагрузку и на катушки зажигания и на центральные высоковольтные провода. У чехословацкой спортивной (многодневной) одноцилиндровой 350-ти кубовой «Явы» была болезнь: из-за перегрева снижалась мощность передаваемого на свечу разряда и двигатель глох. В качестве выхода они применили вторую катушку зажигания с переключением на нее вручную специальным тумблером.
Были попытки интенсифицировать процесс воспламенения за счет ионизации топливной смеси, о чем я рассказал в статьях о мотоциклостроении в Коврове. Проведенные исследования не дали положительного результата из-за короткоживучести ионизированных молекул и необходимости поддержания их в ионизированном состоянии до запальной свечи. Высказывалась даже мысль о создании эффекта ионизации вблизи свечи. Оба варианта при здравых рассуждениях были признаны нереальными для реализации.
После всего описанного, естественно, возникает вопрос: а нельзя ли победить проблему за счет усовершенствования свечи?
ЗАПАЛЬНЫЕ СВЕЧИ
Если посмотреть историю запальной свечи, то мы увидим ее постоянное совершенствование. Она была и разборной, и со слюдяным изолятором, менялись неоднократно материал изоляторов, металл контактов и т.п. Однако, принципиальных изменений конструкции не было.
Единственным исключением было появление в 60-ые годы, кажется у фирмы «Лукас», трехэлектродной свечи. Такие свечи сейчас имеют ряд фирм.
Наиболее простеньким бытует предположение, что образуются сразу три искры. Тот, кто хоть немного изучал электротехнику, должен помнить, что в ней поток элетрического тока всегда сравнивается с потоком воды. Аналогия здесь в том, что каждый отделившийся поток имеет уменьшенную мощность. Т.е. применительно к свече зажигания подаваемой энергии будет недостаточно для создания 3-х искровых разрядов.
Более серьезные рассуждения идут о возможности создания кольцевого разряда.
Мы под руководством профессора Райкова И.Я. проводили в Лаборатории двигателей Московского автомеханического института испытания трехэлектродных свечей на безмоторной установке. Выяснилось, что. даже подняв напряжение высоковольтной сети с 18-ти до почти 27-ми кВт, не удается получить ни 3-х искрового, ни кольцевого разряда. Наш вывод был, что искра выбирает один боковой электрод, наиболее удобный для пробоя искровым разрядом. При изменении условий пробоя у этого бокового электрода искра будет возникать на другом боковом электроде.
Эти испытания, как и многие другие, мы проводили в связи с отработкой конкретных конструктивных решений и ограничений по изобретению Иваном Яковлевичем Райковым свечи нового типа, позволяющей увеличить искровой промежуток между электродами в 2-и и более раза, что, конечно, обеспечивает не только большую надежность процесса воспламенения, но и увеличивает фронт распространения воспламеняющегося топливного заряда, т.е. создает условия для ускорения нарастания давления в камере сгорания.
ЗАПАЛЬНАЯ СВЕЧА РАЙКОВА, ПАТЕНТ 2159979
Иван Яковлевич Райков – профессор кафедры двигателей Московского автомеханического института, заслуженный деятель науки и техники РСФСР, имевший огромное количество зарегистрированных и незарегистрированных изобретений в области двигателестроения, в середине 90-х в связи с разработкой нового типа карбюраторов, обеспечивающего работу двигателей на сверхбедных смесях, занялся разработкой по давно вынашивавшейся им идее свечей зажигания со значительно увеличенным искровым промежутком между электродами, что должно было обеспечить надежные запуск и работу ДВС на таких смесях.
Все работы по исследованиям, испытаниям и доводке конструктивных решений выполняли 2-а инженера, один - Лебедев Александр Сергеевич, который позднее некоторое время работал в редакции журналов «Мото» и «За рулем», второго я, к сожалению, не могу вспомнить. Иногда подключался и я. Объем работ был чрезвычайно широк, разнообразен и методически, и по используемой базе. Достаточно сказать, что на финишном этапе свечи прошли испытания более чем на пятистах грузовых и легковых автомобилях всевозможных марок пробегом в десятки тысяч километров и получили высочайшую оценку водителей.
Суть же идеи Райкова заключалась в использовании изолятора свечи за счет его элетризации для увеличения длины пробега искры. Насколько я тогда его понял, подтолкнуло его к этому несколько схожее решение, применявшееся в 20-е годы на свечах для облегчения запуска дизельных двигателей. Окончательно поверил я в эффективность идеи Ивана Яковлевича, когда применил его свечи на своей «Волге» с 406-м двигателем. Дело в том, что в этот период, обходя запрет на использование тетроэтилсвинца для повышения антидетонационных свойств производители бензина стали применять пентакарбонил железа. Этот реагент имел свойство осаждать на изоляторе свечи соединения железа, которые часто под воздействием высоких температур восстанавливались и шунтировали свечу, т.е. искра пропадала. Причем, вывернув свечу, как правило, невозможно было это определить, т.к. на воздухе железо мгновенно окислялось и при атмосферном давлении искра на свече образовывалась. С райковской свечей проблема забылась.
Опытные образцы свечей Райкова изготавливались из серийных свечей отечественного и иностранного производства, имеющих горизонтальную поверхность торца изолятора. Боковой электрод укорачивался и подгибался. Центральный электрод укорачивался до возвышения над изолятором только на одну треть от его диаметра (для уменьшения выступания раскаленной детали в камеру сгорания). Максимально возможным на базе серийных свечей получался зазор (искровой промежуток) 1,7 мм (в 3 раза большим, чем у стандартных свечей!). Наилучшим зазор между боковым электродом и изолятором оказался 0,4 мм. Боковой электрод считалось желательным расположить верхней плоскостью точно на уровне донышка изолятора. Если опустить его ниже, свеча работать или не будет. На моей «Волге» наработка свечей составила порядка 60 тыс. км. Кроме того на них дополнительно были выполнены пропилы по торцу корпуса до резьбы для задания фронту пламени эффекта закручивания для более быстрого распространения его по всему объему камеры сгорания.
Дополнительно мы испытали свечи, создавая для них невообразимо неприемлемые условия по наличию в рабочей среде большого (подчеркиваю, «очень большого») содержания воды или/и масла. Но свечи на удивление продолжили безупречно выполнять свои функции.
Все вроде хорошо, но ученые мужи НИИАвтоприборов и НАМИ оценивали эту идею работы категорически как абсолютно дилетантскую и никчемную, отказывались от сотрудничества и помощи в определении физических принципов работы таких свечей. Мы предполагали, что поняв и увязав между собой этапы процесса воспламенения физику процесса образования удлиненного искрового разряда на свече Райкова, можно бы было существенно усовершенствовать процессы в двигателе.
Как я уже сказал, свечи не требовали каких-либо новых материалов. Нечто подобное изготавливала японская фирма NGK для гоночных мотоциклов. Но они достигли зазора только 1,4 мм и применили дорогостоящие металлы платиновой группы.
Средства для оплаты взносов на патентовании (а они весьма не маленькие) нашел для Райкова А.С.Лебедев. Помогал же патентовать я, разработав формулу изобретения, посоветовав Ивану Яковлевичу включить его внука Соколова А.С. в патент вторым патентообладателем и найдя квалифицированную патентную поверенную для выполнения весьма непростого процесса патентования.
После получения патента встал вопрос об организации производства свечей. Я по своим старым связям договорился о выпуске опытной партии свечей Райкова на Ульяновском машиностроительном заводе, производившем в порядке конверсии в кооперации с чешской фирмой Бриск автомобильные свечи зажигания. При производстве выявились сложности с обеспечением точного позиционирования бокового электрода. Но завод чрезвычайно квалифицированный и проблему безусловно решил бы при наличии материальной заинтересованности, т.е. при наличии надежного рынка сбыта.
Я созвонился с бывшим главным конструктором АвтоВАЗа Мирзоевым Георгием Константиновичем, знакомым мне еще по МАМИ в период его аспирантства, на предмет, как заинтересовать завод в применении свечей Райкова. Но он посчитал это нереальным, т.к. сейчас не те времена, не те там люди, да и занимаются они не техническим прогрессом, а экономией в производстве. Такой же результат был достигнут Райковым на Заволжском моторном заводе и ГАЗе. В результате работы в Ульяновске были прекращены.
В дальнейшем Лебедев попытался организовать мелкосерийное производство свечей Райкова в лабораторных условиях МАМИ, распространять их для создания рекламы, а также попытался выйти с предложениями на инофирмы. И тут выявились два парадокса. Инофирмы оказались крайне незаинтересованы в появлении на рынке долгоживущих свечей, т.к. это снизило бы их доходы из-за уменьшения выпуска. Безграмотно и недоброжелательно повел себя и второй патентообладатель внук Райкова Соколов, наивно посчитавший, что владеет бесценным сокровищем и у него появится выбор в достойных покупателях. Патент – это один из видов товара и чтобы его продать необходимо проявить не меньшую изобретательность, чем при его создании, да еще обычно предварительно произвести затраты на создание интереса к нему.
Сейчас срок защиты патентных прав на свечу Райкова истек и было бы неплохо, чтобы наши автомобилестроители вспомнили об этом многообещающем изобретении.
