Объемный способ смесеобразования

При объемном способе смесеобразования топливо вводится в мелко распыленном капельно-жидком состоянии непосредственно в воздушный заряд камеры сгорания, где затем оно испаряется и переме­шивается с воздухом, образуя топливно-воздушную смесь.

При объемном смесеобразовании используют, как правило, неразделенные камеры сгорания (так называемый непосредственный впрыск). Качество смесеобразования в этом случае достигается в основном путем согласования формы камеры сгорания с формой и числом топливных факелов. При этом важное значение имеет распыление топлива при впрыске. Коэффициент избытка воздуха для таких двигателей ограничивается значениями 1,5—1,6 и выше.

Рабочий цикл при таком смесеобразовании характеризуется высоким максимальным давлением сгорания р, и большими скоростя­ми нарастания давления w_p = dp/dφ («жесткостью» работы).

Двигатели с непосредственным впрыском обладают следующи­ми достоинствами:

• высокой экономичностью (g_e от 220 до 255 г/(кВт • ч));

• хорошими пусковыми качествами;

• сравнительно низкой степенью сжатия (ε от 13 до 16);

• относительной простотой конструкции камеры сгорания и возможностью форсирования наддува.

Основными недостатками этих двигателей являются:

• повышенные значения коэффициента избытка воздуха (1,6—2) на номинальных режимах и как следствие умеренная величина среднего эффективного давления;

• высокая «жесткость» работы (w_p до 1 МПа/°);

• сложная топливная аппаратура и тяжелые условия ее работы в связи с высокими давлениями.

При предкамерном объемном способе смесеобразования камеры сгорания делятся на две части: предкамеру и основную камеру.

Предкамера обычно размещается в головке цилиндра (рис. 2, а), их форма представляет собой тело вращения. Объем предкамеры 20—40 % объема камеры сгорания. С основной камерой предкамера соединяется каналом небольшого сечения.

Смесеобразование осуществляется за счет кинетической энер­гии газов, протекающих с большими скоростями из основной ка­меры в предкамеру в процессе сжатия и из предкамеры в основную в процессе сгорания. Поэтому в данном случае не предъявляются высокие требования к качеству распыления и равномерности рас­пространения топлива при впрыске. Это позволяет использовать давление впрыска в 8—15 МПа и форсунки с однодырчатым распы­лителем.

К достоинствам предкамерного объемного смесеобразования можно отнести:

• невысокое максимальное давление сгорания в полости ци­линдра
(p_z = 4,5—6,0 МПа) и небольшая «жесткость» работы (w_p = 0,25-0,3 МПа/°);

• низкая чувствительность к изменению скоростных режимов и возможность форсирования по частоте вращения коленчатого вала;

• низкие требования к качеству распыления топлива, возмож­ность использования невысокие давления впрыска и форсун­ки с распылителями с одним отверстием при больших значе­ниях проходных сечениях каналов;

• сгорание топлива происходит при относительно небольшом коэффициенте избытка воздуха (α_min = 1,2).

Недостатками предкамерного объемного смесеобразования яв­ляются:

• низкие экономические показатели из-за увеличения отвода теплоты при теплопередающей поверхности значительной ве­личины и дополнительных газодинамических потерях при пе­ретекании газа из одной камеры в другую;

• затруднения пуска холодного двигателя из-за больших потерь теплоты при большой поверхности камеры сгорания. Для улучшения пусковых качеств в предкамерных дизелях приме­няют более высокие степени сжатия
(ε = 20—21), а в предка­мерах иногда устанавливают калильные свечи;

• сложные конструкции камеры сгорания и головки двигателя.

Вихрекамерное объемное смесеобразование отличается тем, что камера сгорания состоит из основной и вихревой камер.

Вихревые камеры чаще всего выполняются в головке блока ци­линдров (рис. 2, б) и реже в блоке цилиндров (рис. 2, в). По форме они представляют собой шар или цилиндр. С основными ка­мерами вихревые камеры сгорания соединяются одним или неско­лькими тангенциальными каналами круглой или овальной формы при относительно больших проходных сечениях. Объем вихревых камер — 50—80 % общего объема камеры сгорания.

Особенностью вихрекамерных двигателей является сравнитель­но незначительный перепад давлений между вихревой и основной камерами сгорания и соответственно небольшие скорости перетека­ния газов из одной части камеры в другую. Поэтому качество смесе­образования обеспечивается в основном путем интенсивного вихре­вого движения заряда, которое организуется в периодах сжатия и сгорания.

Интенсивным вихревым движением заряда обеспечивается хо­рошее использование кислорода воздуха и бездымная работа двига­теля при малых значениях коэффициента избытка воздуха (α = 1,15). При этом снижаются требования к качеству распыления топлива, появляется возможность использования давления впрыска относи­тельно низких значений
(р _впр = 12—15 МПа) в форсунках с одним сопловым отверстием большого диаметра (1—2 мм).

Преимущества вихрекамерного объемного смесеобразования:

• возможность работы при малых значениях коэффициента из­бытка воздуха, что обеспечивает лучшее по сравнению с дру­гими двигателями использование рабочего объема и получе­ние более высоких значений среднего эффективного дав­ления;

• более низкое, чем у двигателей с непосредственным впры­ском максимальное давление сгорания и уменьшение «жест­кости» работы;

• возможность форсирования двигателя по частоте вращения коленчатого вала;

• невысокие требования к сорту топлива;

• низкое давление впрыска и возможность использования бо­лее простой топливной аппаратуры;

• стабильность работы двигателей при переменных режимах.

Недостатки вихрекамерного объемного смесеобразования те же, что и у предкамерного смесеобразования.