|
|
Типы камер сгорания
Имеются различные конструкции камер сгорания дизельных
двигателей, каждая из которых разработана таким образом,
чтобы получить наиболее эффективный вихревой поток. Эти
конструкции можно разделить на два основных класса:
* Камера сгорания с прямым впрыском
* Камера сгорания с непрямым впрыском.
В первой конструкции топливо впрыскивается непосредственно у
закрытого конца цилиндра, тогда как во второе конструкции
топливо впрыскивается внутрь отдельной дополнительной камеры
сгорания, которая соединяется с цилиндром посредством
небольшого канала.
Прямой впрыск
На рис. 30.2 изображена камера сгорания открытою типа. В
течение многих лет камеры сгорания прямого впрыска
использовались на тяжелых автомобилях и в слегка
модифицированном виде они получили в настоящее время
распространение в автомобилях с двигателем с рабочим объемом
2 литра.
Имеющаяся в поршне глубокая выемка содержит воздух, когда
поршень находится в ВМТ очень близко к плоской головке
цилиндра. Для того чтобы получить требуемую степень сжатия,
необходимо наличие верхнерасположенных клапанов. Неглубокие
выемки в головке поршня обеспечивают зазоры, необходимые для
головок цилиндров.
Неправильная регулировка клапанов
приведет к тому, что клапаны будут бить по поршню. Форсунка
со многими отверстиями обеспечивает подачу тонко
распыленного топлива под высоким давлением (175 бар) в струю
быстро движущегося воздуха и немедленное его поступление в
выемку поршня (камеру сгорания).
Завихрение образуется в двух плоскостях, вертикальной и
горизонтальной. При подъеме поршня воздух заходит
непосредственно в выемку и перемещается примерно так, как
изображено на рисунке. Когда поршень достигает ВМТ, это
движение ускоряется благодаря завихрению поршня между
поршнем и головкой. Горизонтальное или вращающееся
завихрение может быть получено путем наклона впускного
канала по касательной по отношению к цилиндру или путем
использования завихрителя на впускном клапане. На рис. 30.2а
изображена наиболее распространенная конструкция. Комбинация
двух вихревых потоков создает «водоворот» воздуха в выемке и
обеспечивает хорошую подачу кислорода в область горения.
Непрямой впрыск
Примерно до середины 1980-х годов двигатели непрямо го
впрыска (IDI — InDirect Injection) были наиболее
распространенными двигателями, устанавливаемыми на не
больших автомобилях. По сравнению с традиционными тяжелыми
двигателями прямого впрыска, двигатель непрямого впрыска
может работать более равномерно; в таком двигателе можно
использовать меньшее давление впрыска, кроме того, этот
двигатель обеспечивает больший диапазон оборотов.
Большинство камер сгорания двигателей с непрямым впрыском
имеют конструкцию, предложенную фирмой Ricardo Comet,
изображенную на рис. 30.3. В этой конструкции имеется
вихрекамера, которая соединена с главной камерой при помощи
канала, что позволяет работать при температуре более
высокой, чем температура окружающего металла.
Воздух нагнетается через горячий канал в вихрекамер во время
сжатия, так что в конце этого такта в камере находится очень
горячий воздух при высокой степени завихрения. Топливо
впрыскивается в эту быстро движущуюся массу воздуха и быстро
распыляется на очень мелкие частицы. Это распыление
достаточно эффективно даже тогда, когда топливо
впрыскивается в виде «мягкой» струи при помощи штифтовой
форсунки или набора сопел при относительно низком давлении
(около 100 бар).
После инициации горения в вихревой камере горящее топливо
вместе с несгоревшим или частично сгоревшим топливом
подается в основную камеру сгорания, выполненную в днище
поршня. Если увеличивается время впрыска для обеспечения
большей мощности двигателя, большая часть топлива,
впрыскиваемая в конце периода впрыска, не загорается до тех
пор, пока не смешается с воздухом в основной камере. Этим
обеспечивается то, что период горения может продол жаться
относительно длительное время, пока, в конце концов, не
будет достигнута такая стадия, когда топливу не будет
хватать кислорода для горения. Начиная с этого места
начинается выброс черного смога и появление этого смога
указывает на максимальное количество топлива, которое может
впрыскиваться без жертвования экономичностью, также
максимальную мощность, которая может быть получена от
двигателя.
Рис. 30.3
Двухполостная камера сгорания двигателя с воспламенением от
сжатия – непрямой впрыск топлива
B двигателе с непрямым впрыском сочетание горячего воздуха и
очень тонкого распыления дает малую задержку воспламенения.
По сравнению с двигателем с прямым рыском, интенсивность
«жесткой» работы двигателя меньше, двигатель работает более
равномерно; в таких двигателях можно применять топливо с
более низким цетановым числом. Все двигатели с
воспламенением от сжатия требуют применения специальных
средств для обеспечения холодного пуска. Для запуска
холодного двигателя с воспламенением от сжатия обычно бывает
впрыск большего количества топлива и наличие большего
количества легко воспламеняемых фракций во впрыскиваемой
порции, однако большие потери теплоты в двигателях с
непрямым впрыском требуют наличия дополнительных средств
обеспечения холодного запуска. В сравнении с двигателями с
прямым впрыском, в которых используется степень сжатия 16, в
двигателях с непрямым впрыском применяется степень сжатия
порядка 22, в некоторых случаях до 30.
Кроме обеспечения холодного запуска, высокая степень сжатия
необходима также для увеличения термического КПД, то есть
экономичности, как и в двигателе с прямым впрыском. Тем
самым компенсируются большие потери теплоты, которые имеют
место из-за большей площади поверхности камеры сгорания
двигателя с непрямым впрыском.
Для обеспечения холодного запуска двигателя с непрямым
впрыском используются одно или несколько из следующих
дополнительных средств:
1 Запальная свеча — прибор с электрическим нагревом,
устанавливаемая в вихрекамере. Воздух в камере нагревается
электрическим путем за несколько секунд до запуска холодного
двигателя. В настоящее время такие запальные свечи обычно
управляются автоматически.
2 Нагреватели коллекторов — электрические устройства,
предназначенные для электрического нагрева воздуха,
проходящего через впускной коллектор к цилиндрам.
3 Форсунка Пинтокса — штифтовая форсунка с дополнительным
отверстием для прямой подачи топлива через специальный канал
в камеру сгорания во время проворачивания коленчатого вала
двигателя стартером.
Современные двигатели, предназначенные для установки на
легковые автомобили
Применение на автомобилях небольших двигателей с
воспламенением от сжатия очень привлекательно, поскольку
такие небольшие двигатели имеют расход топлива до 40
процентов меньше чем на двигателях с искровым зажиганием
аналогичной мощности. Это преимущество еще более
привлекательно, если автомобиль используется достаточно
интенсивно и экономия на топливе может в таком случае
превысить большие начальные расходы на более дорогой
двигатель.
Это преимущество, в сочетании с общим подъемом спроса на
двигатели такого типа, заставило многих производителем
автомобилей обратить большее внимание на малые дизельные
двигатели.
В прошлом двигатели с воспламенением от сжатия работали
очень шумно и не выдерживали конкуренции с двигателями с
искровым зажиганием, но в последнее время в этой области
были сделаны большие усовершенствования. Совершенствование
формы камеры сгорания и применение глушителей шумов
обеспечило уменьшение уровня шума, а путем установки
двигателя несколько большего рабочего объема был уменьшен
разрыв по мощности с двигателями с искровым зажиганием.
назад
>> |
|
