Сравнение работы системы зажигания на газе и на бензине

[hercules2000]

Вчера я осуществил мечту годичной давности и приобрел мотортестер МТ Про 4. Сегодня, дабы унять зуд в руках, опробовал его на своем Ланосе.
 
О самом девайсе я еще создам отдельную тему, вот только не придумал пока, в каком разделе. ЭБУ и диагностика?
 
Ну а пока по сабжу.
 
Сейчас в самых разных источниках можно встретить высказывания о более высоком напряжении пробоя/горения дуги газовоздушной среды по сравнению с бензовоздушной при аналогичных условиях. Как правило, это утверждение высказывается как аргумент при обосновывании необходимости использовать на автомобиле с ГБО свечи с меньшим искровым промежутком, нежели это предусмотрено заводом-изготовителем.
 
Дабы проверить это утверждение, я снял две осцилограммы вторичного напряжения при работе двигателя на ХХ. Одна - на бензине, вторая - на газе.
 
 
Отдельно взятая искра на газе, 1 цилиндр:

Отдельно взятая искра на бензине, 1 цилиндр:


Усредненные показатели за всю выборку:


Отдельные искры были выбраны при равенстве оборотов двигателя. Первый цилиндр был выбран как цилиндр с наименьшим напряжением (я же чайник - поставил предел измерений 10 кВ, что в сочетании с аппаратным запасом в МТ Про "режет" искры по линии 17 кВ, а заметил я это уже дома).

Что видим? а видим следующее: напряжение пробоя действительно несколько выше у газа, в среднем на 2 кВ или на 12%. А вот разницы в напряжении и длительности горения искры мы не видим.

Еще интересно следующее: форма возрастания напряжения горения для газа и бензина примерно одинакова. Казалось бы: картинки-то разные, у бензина быстрее растет напряжение горения Да, верно, конкретно эти две искры не похожи, они были выбраны лишь по равенству оборотов двигателя. Однако, это скорее исключение - остальные искры похожи очень сильно. Я не могу по форме отличить, где из них газовая, а где бензиновая.

 

По-хорошему, этот момент следует дополнительно уточнить. Крайне важно это сделать на автомобиле с действующим лямбда-зондом, в идеальном состоянии и с идеально настроенным ГБО, который показывает одинаковую эффективность каждого цилиндра. Был бы благодарен, елси бы кто-то предоставил мне такие осциллограмы - мой автомобиль не прокатывает ни по одному из параметров

А теперь выводы из всего вышеперечисленного.

Первое. Миф о увеличенном напряжении пробоя на газе полностью подтвержден.
Следствие: Газ, как топливо, предъявляет более высокие требования по защите от электрического пробоя в изоляторе свечей, в проводах, а также в катушке

Второе. Миф об увеличенном сопротивлении газовоздушной смеси во время горения опровергнут.
Следствие: нет прямой необходимости использовать свечи с уменьшеным зазором. Косвенная необходимость есть - это снизит напряжение пробоя до уровня пробоя на бензине, и, если у нас хреновая изоляция, то даже уменьшит количество пропусков воспламенения, произошедших по причине пробития изоляции. Однако, это изменит характер горения искр. Ведь нельзя же сказать, что чем меньше зазор, тем лучше?...

 

Вместе с тем при использовании нормальных свечей, проводов и катушек, которые не шьют искры сквозь себя, никакой выгоды от уменьшения зазора мы не получим.

Третье. Анализ формы напряжения горения искр может пролить свет на то, действительно ли отличается скорость воспламенения газовоздушной смеси от скорости воспламенения бензовоздушной при прочих равных условиях (температура, давление, коэфициент избытка воздуха), и если отличается, то как именно.

 

Пока все. Если будет еще информация - обязательно поделюсь.

 

З.Ы - я еще только учусь пользоваться диагностическим комплексом.. но если у кого в Киеве есть необходимость/желание попробовать продиагностироваться нахаляву - прошу стучать в личку. Вам - бесплатная диагностика, мне - приобретение опыта.

[TRiTON4iK]

Молодчина!

[vitalik229]

ну покупаеш новые нормальные свечи бензиновые, делаеш зазор на 0.1 меньше и вперёд. автор далеко...а то я дал бы ему трёхлепестковые свечи на тест.....)))  давай коль уж есть прибор-гоняй его и инфу сюда выкладывай. а то може и я себе куплю)))

[Sans84]

Второе. Миф об увеличенном сопротивлении газовоздушной смеси во время горения опровергнут

как-то не стыкуется с

 

Первое. Миф о увеличенном напряжении пробоя на газе полностью подтвержден.

 

 

Я конечно не эксперт, но такая разность напряжения пробоя на цилиндрах настораживает

Змінено 29 березня 2014 користувачем Sans84

[wmasterw]

Будь ласка Увійдіть або Зареєструйтесь щоб побачити посилання.

Наверное погорячился с выводами. Когда набьешь руку , будешь обращать внимание больше на этот параметр   Это на газу.   На бензине этого нет.  Это я про сопротивление газовоздушной смеси.

На бар графики вообще не смотри. Это просто фишка. Ну другими словами , для визуального эффекта для клиента

[hercules2000]

как-то не стыкуется 

 

...

Я конечно не эксперт, но такая разность напряжения пробоя на цилиндрах настораживает

Ни у кого не вызывает недоумения тот факт, что напряжение пробоя в любом случае значительно выше напряжение горения?

 

Изначально это два разных напряжения, величина которых определяется разными физическими явлениями. Напряжение пробоя характеризуется длиной свободного пробега электрона. Напряжение горения же определяется оммическим сопротивлением плазмы в канале горения искры.

 

Получается, что напряжение пробоя зависит в том сисле от состава горючей смеси, потому что длина свободного пробега электрона будет разной. А напряжение горения искры, т.е. сопротивление плазмы, уже не зависит от первоначального состава смеси.

 

Насчет разности напряжений пробоя - то не уверен, что она действительно имеет место быть.

 Это ж дифференциальный вход, функциональный т.н. "адаптера зажигания", для диагностики именно DIS систем. Из сигнала положительной полярности вычитается сигнал отрицательной при рабочей искре во 2 и 3 цилиндрах, а из сигнала отрицательной полярности вычитается положительный при рабочей искре в 1 и 4 цилиндрах. Гальванического нуля во вторичке у нас нет. Емкостные датчики на провода натыканы вплотную - иначе на 16 клапаннике просто никак. Наверняка там было некислое перекрестное влияние сигналов "чужой" полярности... Потому я бы не стал напрямую сравнивать напряжения на положительной и отрицательной ветви датчиков. При случае попробую снять повторно, поменяв местами + и - и повесив МПЦ на второй цилиндр - в этом случае картина должна измениться на противоположную.

[wmasterw]

Чем беднее, тем выше напряжение пробоя

[vitalik229]

про напряжение пробоя всё верно. воздух диэлектрик. отсюда такое напряжение. как только подожгли-сопротивление изменилось так как плазма уже проводит. думаю что на 95 и 92 бензине напряжение пробоя будет разное. или на бензине с присадками тоже изменится в сторону уменьшения.....

[hercules2000]

Будь ласка Увійдіть або Зареєструйтесь щоб побачити посилання.

Наверное погорячился с выводами. Когда набьешь руку , будешь обращать внимание больше на этот параметр   Это на газу.   На бензине этого нет.  Это я про сопротивление газовоздушной смеси.

На бар графики вообще не смотри. Это просто фишка. Ну другими словами , для визуального эффекта для клиента

 

Ну, насчет погорячился - возможно, но в чем именно? ошибки в рассуждениях пока не вижу.

Время горения, как и напряжение горения, согласно тестов не менялось при переходе с бензина на газ.

 

Сопротивление газовоздушной смеси - понятие, на мой взгляд, не вполне корректное. это ж не резистор. Мы говорим о напряжении пробоя, оно действительно у газовоздушной смеси будет выше, чем у бензовоздушной.

 

Но после пробоя, судя по тестам, уже не важно, что там было - газ или бензин - искра будет гореть одинаково. Внутри искры уже не воздух, не газ и не бензин, а плазма - четвертое агрегатное состояние вещества, и химия тут уже "не актуальна". Актуальные параметры среды, которые влияют на падение напряжения на искре, это давление и движение газовых потоков внутри камеры сгорания.

 

Про бар графики - согласен. ну такое... какая-никакая, но визуализация.

Мне хотелось бы видеть вместо них график-распределение по частоте. То есть по оси абсцис у нас идет, скажем, напряжение пробоя; а по оси ординат - количество искр в данном цилиндре с данным напряжением пробоя. Это значительно более информативно.

[hercules2000]

про напряжение пробоя всё верно. воздух диэлектрик. отсюда такое напряжение. как только подожгли-сопротивление изменилось так как плазма уже проводит. думаю что на 95 и 92 бензине напряжение пробоя будет разное. или на бензине с присадками тоже изменится в сторону уменьшения.....

в том-то и фишка, что напряжение пробоя нам интересно лишь постольку, поскольку мы должны иметь катушку, провода и изолятор свечи, выдерживающий данное напряжение. Как только мы это обеспечили - все, искра будет, и ее параметры горения уже не будут зависеть от первоначального состава смеси.

 

Если же мы уменьшим зазор - то мы, конечно, снизим напряжение пробоя, но также этим самым изменим параметры горения искры. А вот насколько это хорошо, плохо или вообще никак - я судить не могу. Однако я исхожу из принципа - разработчики двигателя не зря определяют зазор. и если на Ланосе 1.5 он 0.8 мм, то на Ланосе 1.6 он должен быть 1.1. Если бы на 1.6 было изначально лучше ставить 0.8, то отчего же это не было сделано при разработке двигателя?...

 

В общем, надо будет найти информацию про то, каким образом определяется оптимальный зазор, и чем чревато его уменьшение.

[Sans84]

по зазорах все элементарно просто по физике и сохранению работоспособности

[hercules2000]

по зазорах все элементарно просто по физике и сохранению работоспособности

Поискал информацию. Просто в шоке от легенд, гуляющих по просторам интернета... Результатов стендовых исследований влияния зазора на мощность двигателя я не нашел.

Но вот что пишет википедия:

Зазор — минимальное расстояние между центральным и боковым электродом. Величина зазора — это компромисс между «мощностью» искры, то есть размерами плазмы, возникающей при пробое воздушного зазора и между возможностью пробить этот зазор в условиях сжатой воздушно-бензиновой смеси.

Факторы, определяемые зазором:

• Чем больше зазор — тем больше размеры искры, тем больше вероятность воспламенения смеси и больше зона воспламенения. Всё это положительно влияет на потребление топлива, равномерность работы, понижает требования к качеству топлива, повышает мощность. Слишком увеличивать зазор тоже нельзя, иначе высокое напряжение будет искать более лёгкие пути — пробивать высоковольтные провода на корпус, пробивать изолятор свечи и т. д.
• Чем больше зазор — тем сложнее пробить его искрой. Пробоем называют потерю изолятором (в данном случае имеется топливно-воздушная смесь в зазое - пимечание hercules2000) изоляционных свойств при превышении напряжением некоторого критического значения, называемого пробивным напряжением Upr. Соответствующая напряжённость электрического поля Epr = Upr / h, где h — расстояние между электродами, называется электрической прочностью промежутка. То есть чем больше зазор — тем бо́льшее напряжение пробоя Upr необходимо. Там есть ещё зависимость от ионизации молекул, равномерности структуры вещества, полярности искры, скорости нарастания импульса, но это не важно в данном случае. Понятное дело, что высокое напряжение U мы не можем поменять — оно определяется системой зажигания. А вот зазор h мы поменять можем.
• Напряжённость поля в зазоре определяется формой электродов. Чем они острее — тем больше напряжённость поля в зазоре и легче пробой (как у иридиевых и платиновых свечей с тонким центральным электродом).
• Пробиваемость зазора зависит от плотности газа в зазоре. В нашем случае — от плотности воздушно-бензиновой смеси. Чем она больше — тем сложнее пробить. Пробивное напряжение газового промежутка с однородным и слабо неоднородным электрическим полем зависит как от расстояния между электродами, так и от давления и температуры газа. Эта зависимость определяется законом Пашена, согласно которому пробивное напряжение газового промежутка с однородным и слабо неоднородным электрическим полем определяется произведением относительной плотности газа на расстояние между электродами. Относительной плотностью газа называют отношение плотности газа в данных условиях к плотности газа при нормальных условиях (20 °C, 760 мм рт. ст.).

То есть по зазору вообще и по зазору для газа можно сказать следующее: если при уменьшении зазора меньше величины, рекомендуемой заводом, машина начинает ехать лучше - значит, система зажигания несправна. Вопреки распространенному мнению, уменьшенный зазор лишь маскирует проблему, а не решает ее.

[Injectormaster]

Для объективности измерений ФАКТИЧЕСКИЙ AFR (в трубе) на пропане и на бензине должен быть одинаков.

Если состав смеси менять даже просто на бензе, будут меняться и ВВ параметры. Учитывай это.

Ну а при одинаковом составе смеси часто разница по ВВ части укладывается в статистическую погрешность.

ПС: подобные опыты проводил еще в 2008 году. У меня Автоскоп Постоловского. Будет интересно - приезжай, померяемся осциллограмами

Змінено 30 березня 2014 користувачем Injectormaster

[hercules2000]

Для объективности измерений ФАКТИЧЕСКИЙ AFR (в трубе) на пропане и на бензине должен быть одинаков.

Если состав смеси менять даже просто на бензе, будут меняться и ВВ параметры. Учитывай это.

Ну а при одинаковом составе смеси часто разница по ВВ части укладывается в статистическую погрешность.

ПС: подобные опыты проводил еще в 2008 году. У меня Автоскоп Постоловского. Будет интересно - приезжай, померяемся осциллограмами

Дык приезжал же! в январе 2013 года. как раз тогда впервые и узнал о существовании такого способа диагностики. Кстати, огромное спасибо за детальные пояснения по процессу!

насчет Air Fuel Ratio - cогласен полностью. Мой двигатель без лямбды - вообще, мягко говоря, не самый подходящий стенд для таких экспериментов:

Но даже при этом параметры именно горения искры (исключая напряжение пробоя) получились одинаковыми.

[Sans84]

То есть по зазору вообще и по зазору для газа можно сказать следующее: если при уменьшении зазора меньше величины, рекомендуемой заводом, машина начинает ехать лучше - значит, система зажигания несправна. Вопреки распространенному мнению, уменьшенный зазор лишь маскирует проблему, а не решает ее.

Имхо, ты не прав. Рекомендуемый заводом зазор есть усредненное значение для обеспечения стабильной работы на 92 и 95 октановых числах, причем не для конкретного мотора в сборе, а для всех. В реальности для каждого мотора и состояния его комплектующих зазор будет разный, но зачем заводу изготовителю парить голову настройкой каждого авто индивидуально? Поэтому и есть понятие - допустимая погрешность при которой усредненный зазор обеспечивает стабильную работу.

Что касается уменьшения зазора для газа - это делается лишь для уменьшения нагрузки на катушку. А опережение зажигания меняется для гарантирования сгорания газа до открытия выпуска (газ дольше горит)

[hercules2000]

Имхо, ты не прав.

Ок, давай разберем детальнее

 

Рекомендуемый заводом зазор есть усредненное значение для обеспечения стабильной работы на 92 и 95 октановых числах, причем не для конкретного мотора в сборе, а для всех. В реальности для каждого мотора и состояния его комплектующих зазор будет разный

Зазор - это действительно усредненное значение, однако то, что "точный" зазор зависит от особенностей изготовления конкретного двигателя.

Зазор, как элемент свечи, должен обеспечивать как можно более быстрое и как можно более надежное воспламенение смеси. для этого искра должна иметь возможно больший объем плазмы, что достигается увеличением зазора и соответственно увеличением напряжения пробоя и горения.

Бесконечно увеличивать зазор нельзя - сверху нас ограничивают:

- катушка

- изоляция проводов

- изолятор свечи

 

но зачем заводу изготовителю парить голову настройкой каждого авто индивидуально? Поэтому и есть понятие - допустимая погрешность при которой усредненный зазор обеспечивает стабильную работу.

вот тут согласен полностью. Рекомендуемый заводом зазор обеспечивает достаточно приемлемый объем плазмы искры с одной стороны, а напряжение пробоя при этом с запасом не выходит за допустимые пределы со стороны выше перечисленных компонентов.

 

Что касается уменьшения зазора для газа - это делается лишь для уменьшения нагрузки на катушку.

Катушка имеет верхний предел ЭДС самоиндукции во вторичной цепи. Проще говоря - это "напряжение" катушки. Выше этого напряжения катушка никогда не прыгнет. Соответственно ее конструкция должна без проблем выдерживать это напряжение.

Реальная нагрузка на катушку возникает тогда, когда ее заставить работать без нагрузки. Тогда в ней возникают сильные затухающие колебания, и вся накопленная катушкой энергия уйдет на нагрев проводов. В худшем случае от перегрева ухудшится изоляция, и произойдет внутренний пробой. А тогда - все, привет.. катушку в мусорку.

 

А опережение зажигания меняется для гарантирования сгорания газа до открытия выпуска (газ дольше горит)

Данных по скорости распространения фронта пламени в топливновоздушных смесях на основе газа и бензина с одинаковым AFR я не нашел, как ни старался. ПЕрелопатил всю доступную в инете специальную нефтехимическую литературу и справочники. Ничего!

ЗАто есть данные по зависимости распространения фронта пламени в смесях с одним видом топлива, но при разных AFR. И скорости это сильно различаются. К примеру, наивысшая скорость будет у слегка обогащенной смеси (не помню точно, вроде 0.95). Обогащение или обеднение приводят к уменьшению скорости распространения пламени (имеется ввиду горение без детонации, детонация - уже совершенно отдельная тема). Потому я сейчас начинаю склоняться к мысли, что разница в скорости горения газа и бензина на одинаковом AFR может запросто оказаться меньше, чем та разница, которую мы можем получить на одном топливе во время естественных колебаний AFR во время работы двигателя.

Проще говоря - доморощенный "эксперт" hercules2000 не разделяет мнение тысяч опытных газовщиков "газ горит дольше чем бензин", ищет способы аргументированно оспорить это мнение... и просит простить его за это

Змінено 30 березня 2014 користувачем hercules2000

[Injectormaster]

 

Проще говоря - доморощенный "эксперт" hercules2000 не разделяет мнение тысяч опытных газовщиков "газ горит дольше чем бензин", ищет способы аргументированно оспорить это мнение... и просит простить его за это

 Практически со всеми доводами согласен. В свое время двигался по аналогичной цепочке рассуждений. В деталях можно поспорить, но это больше придирки.

 

Все правильно, никаким "опытным" веры нет, только документация и математика умноженные на собственный опыт.

 

ПС: Мне недавно один мегадиагност не мог сформулировать закон Ома.

А второй не мог объяснить чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного, и сильно удивился когда я ему сказал, что это далеко не единственные по кол-ву тактов варианты.

Тема интересная, чем больше будешь вникать тем больше будет вопросов. 

[hercules2000]

Практически со всеми доводами согласен. В свое время двигался по аналогичной цепочке рассуждений. В деталях можно поспорить, но это больше придирки.

 

Все правильно, никаким "опытным" веры нет, только документация и математика умноженные на собственный опыт.

 

ПС: Мне недавно один мегадиагност не мог сформулировать закон Ома.

А второй не мог объяснить чем отличается двухтактный двигатель от четырехтактного, и сильно удивился когда я ему сказал, что это далеко не единственные по кол-ву тактов варианты.

Тема интересная, чем больше будешь вникать тем больше будет вопросов.

Спасибо! Вопросы уже возникают, дело действительно очень интересное.

Это уже оффтоп, однако, очень интересно: нормально ли, что на выбеге крайние цилиндры тормозят КВ сильнее, чем средние? в рабочих режимах на бензине все выглядит более-менее одинаково. проблема в том, что у меня нет эталона... может, это особенность конструкции двигателя?

[Injectormaster]

Будь ласка Увійдіть або Зареєструйтесь щоб побачити посилання.

,  на каком двигателе?

[Sans84]

не могу найти видео (ютуб), где наглядно заснято высокоскоростной камерой параллельный процесс сгорания 95 и метана (при одинаковых условиях и дозах). Там четко показано отставание воспламенения метана, а также время полного сгорания смеси, которое у метана больше. Там же выло и объяснение что к чему.

[hercules2000]

Будь ласка Увійдіть або Зареєструйтесь щоб побачити посилання.

,  на каком двигателе?

Lanos 1.6 DOHC

[hercules2000]

не могу найти видео (ютуб), где наглядно заснято высокоскоростной камерой параллельный процесс сгорания 95 и метана (при одинаковых условиях и дозах). Там четко показано отставание воспламенения метана, а также время полного сгорания смеси, которое у метана больше. Там же выло и объяснение что к чему.

так то метан  у него в молекуле нет связей углерод-углерод, кроме того, стехиометрическая смесь метана имеет меньшую калорийность, нежели стехиометрическая смесь пропана, а значит, фронт пламени имеет меньшую температуру. А это косвенно влияет на скорость распространения фронта пламени... У пропана же эти показатели почти идентичны бензину (усредненному значению для 92го бензина по разным справочникам). Детальные расчеты по энергоемкости цикловой порции бензина, пропана, бутана можно найти 

Будь ласка Увійдіть або Зареєструйтесь щоб побачити посилання.

, а чуть ниже - даже по водороду и ацетиллену.

эх, вот бы кто-то сделал аналогичное видео для пропан-бутана! вот была бы наочная демонстрация...

Змінено 30 березня 2014 користувачем hercules2000

[Sans84]

Будь ласка Увійдіть або Зареєструйтесь щоб побачити посилання.

[hercules2000]

Будь ласка Увійдіть або Зареєструйтесь щоб побачити посилання.

дык это только анализ отдачи энергии с коммерческих единиц измерения разных видов топлива - чтобы оценить, выгодно нам то или иное топливо (при равном КПД) или нет.

А расчетов энергии сгорания одной цикловой порции документ не содержит, равно как и данных по скорости горения того или иного топлива.

Змінено 30 березня 2014 користувачем hercules2000

[vitalik229]

дело в концентрации. любая хим реакция а в данном случае это окисление зависит от концентрации....