2020-05-19 14:43

Американский стартап разработал зажигание будущего

Передовые технологии направлены на повышение эффективности и сокращение выбросов.

При сжигании топлива, улучшение средних показателей его экономии происходит очень просто: при движении расходуется меньше топлива в цилиндре. С этой целью разработчики двигателей трудились над тем, чтобы заставить работать сухие смеси еще с электронной системы сухого горения Chrysler в середине 70-х годов. Но получение таких смесей для зажигания через свечу зажигания (в двигателях начиная с модели T) было проблематичным. Сегодня калифорнийский стартап Transient Plasma Systems предлагает низкотемпературную плазменную систему зажигания, которая, как утверждается, может заменить свечу зажигания.

Как работают традиционные свечи зажигания?

Вот как работают традиционные свечи зажигания: энергия, генерируемая катушкой, накапливается в воздушном зазоре свечи зажигания, пока потенциал энергии не ионизирует газы в зазоре. Это приводит к тому, что газы становятся проводящими, что приводит к электрическому всплеску и мгновенной вспышке горячей плазмы — как крошечный разряд молнии. Мельчайший процент энергии, используемой для создания этой искры, заканчивается термическим воспламенением топливной смеси, которая затем должна распространяться по всему цилиндру.

Чем отличается транзиторная плазменная система?

TPS предлагает использовать другой вид плазмы, чтобы инициировать горение совершенно другим способом. Используя последние достижения в области твердотельной коммутации высокого напряжения, напряжение, похожее на то, которое создается в старомодной катушке, вызывается в течение 10-50 наносекунд и распределяется не по дискретному промежутку, а скорее по стримерам и листам между электродом и периферийным корпусом штекера.

Мегаватт энергии генерирует эту низкотемпературную плазму, но с энергией в одну цифру. Половина этой энергии расходуется, разрушая связи, удерживающие молекулы кислорода вместе и ускоряя отдельные атомы кислорода, так что они атакуют и поджигают топливо гораздо быстрее и при гораздо более низких температурах.

Испытания в Университете штата Огайо на прототипе двигателя, работающем на этилене, показали, что система зажигания TPS «продемонстрировала, что цепные реакции радикалов, генерируемых плазмой, сокращают время зажигания до двух порядков и температуру зажигания до 80 градусов по Фаренгейту. Эти результаты являются дополнительным доказательством нетепловой природы низкотемпературного зажигания с помощью плазмы».

Давайте расшифруем этот результат. Сверхскоростное зажигание означает меньшее ожидание распространения фронта пламени по разбавленной смеси и большую вероятность сжигания всего топлива. Более низкая температура означает гораздо меньшее образование NOx и намного меньшее количество выделяемого тепла, поэтому большая часть энергии топлива приводит в движение автомобиль. Система была протестирована в Argonne National Labs на двигателе Cummins I-6, работающем на природном газе, где она продемонстрировала улучшенный тепловой КПД тормозов, снижение выбросов CO и NOx, а также способность выполнять много рециркуляции выхлопных газов.

Хотя зажигание TPS может воспламенить воздушно-топливные смеси, столь же бедные как 25:1, этот большой избыток воздуха все еще усложняет контроль эмиссии; цель состоит в том, чтобы запустить стехиометрические смеси, разбавленные большим количеством избыточных инертных выхлопных газов. (Стоит отметить, однако, что TPS работает над другим применением этой технологии для удаления частиц и сжигания NOx, как это происходит с O2.)

Однако поклонникам производительности не стоит опасаться. Воспламенение TPS также может повысить мощность. Более быстрое сгорание обеспечивает меньшее опережение искры, поэтому происходит меньшее сгорание, когда поршень все еще движется вверх в цилиндре, оставляя больше давления сгорания для вращения колес.

Плюсы зажигания TPS

Самое интересное в зажигании TPS: система сразу включается, заменяя современные катушки и свечи зажигания, и ее преимущества дополняют современные технологии, такие как турбонаддув и гибридизация. По словам соучредителя и генерального директора TPS Дана Синглтона, выгоды от экономии топлива должны составлять от 10 до 15%. Его компания недавно завершила этап финансирования Series A на 8,5 млн долларов и ведет переговоры с «несколькими OE в Европе, Азии и США».

Несомненно, предстоит еще много работы по разработке и оценке надёжности: эти плазменные штекеры не могут выдержать резисторное ядро, поэтому для предотвращения радиопомех потребуется другое экранирование. Но Синглтон оптимистичен в отношении перспектив плазмы продлить срок службы двигателя внутреннего сгорания.