5.2.1.3. Утворення гетерогенних сумішей

Безпосереднє впорскування палива. Метою внутрішнього приготування неоднорідної робочої суміші є забезпечення роботи ДВЗ на усіх його режимах без дросельного регулювання (тобто, не кількісне, а якісне регулювання). Такі ДВЗ можуть працювати при більших ступенях стиску (до 12,5). Ці фактори забезпечують одержання більш високого ККД, ніж при використанні однорідних сумішей. Навантаження регулюється кількістю палива, яке впорскується під великим тиском (5÷12 МПа).

На процес сумішоутворення оказують вплив наступні фактори (рис. 5.1): розташування свічі запалювання, розташування форсунки, характер циркуляції суміші у камері згоряння.

Рисунок 5.1. Системи сумішоутворення ДВЗ з безпосереднім впорскуванням:

а – пряме впорскування, б – впорскування на днище поршня, в – впорскування у потік повітря; 1 – форсунка, 2 – свіча запалювання.

Один з прикладів взаємного розташування форсунки та свічі приведений на рис.5.2.

Рисунок 5.2. Двигун Mercedes з безпосереднім впорскуванням

Деякі ДВЗ з впорскуванням у потік повітря працюють на трьох режимах (рис.5.3):

1. «економічний» режим при середніх навантаженнях та частотах обертання до 4500 хв^-1 – режим пошарового сумішоутворення. Паливо впорскується наприкінці такту стиску компактним факелом у район свічі запалювання. Інший об’єм камери згоряння заповнений повітрям та відпрацьованими газами. У цілому коефіцієнт надлишку повітря знаходиться у межах α = 2÷4, але надійне запалювання суміші забезпечується тим, що шар біля свічі має α ≈ 1. Розділення шарів забезпечується відповідною формою впускних каналів.

2. режим повної потужності – режим гомогенної суміші. Паливо з α ≤ 1 впорскується наприкінці такту впуску аналогічно ДВЗ з розподіленим впорскуванням. Для запобігання детонації паливо впорскується потужним факелом, яке, випаровуючись, охолоджує поверхні циліндра.

3. режим прискорень на малих обертах – двостадійний режим гомогенно-пошарового сумішоутворення. Спочатку наприкінці такту впуску впорскується мала порція палива (α = 4÷10), яке перемішується з повітрям та охолоджує його, а наприкінці такту стиску впорскується основна порція палива (α ≤ 1), яка запалює суміш.

Такі ДВЗ забезпечують економію палива на 10÷20%, зменшення викидів СО₂ на 20% при підвищенні потужності на 10÷15%. Використання збіднених сумішей вимагає заходів щодо зменшення викидів NO_x.

Рисунок 5.3. Режими роботи ДВЗ з безпосереднім впорскуванням

Форкамерне сумішоутворення. Використання розділених камер згоряння (рис.5.4а) дозволяє отримати у предкамері (форкамері) невеликого об’єму (0,03÷0,2·V_c), у якій встановлено свічу запалювання та невеликий впускний клапан, сильно збагачену суміш (α₂). У основній камері знаходиться бідна суміш (α₁ > 1,5). Після запалювання у форкамері факели полум’я забезпечують горіння у основній камері.

Фірмою FIAT велися розробки бензинового ДВЗ з вихровою камерою згоряння, у якому впорскування впорскування проводилося на розпечений стрижень у центрі вихрокамери. Пари палива утворювали біля електрода свічі зону багатої суміші. Максимальна потужність досягалася при α = 1,4. Недоліками ДВЗ були висока жорсткість роботи ДВЗ та димність.

Розшарування суміші підвищує ефективність процесу згоряння в тому випадку, якщо в зоні свічі запалювання утвориться збагачена суміш, а в міру видалення від неї – збіднена. Роботи над ДВЗ з вихровим рухом заряду та пошаровим розподіленням суміші (рис. 5.4б) проводилися фірмою Texaco TCC. Це були попередники сучасних ДВЗ з безпосереднім впорскуванням бензину.

а) б)

Рисунок 5.4. Форкамерне сумішоутворення і схема з вихровим рухом заряду

а) схема з форкамеро-факельним запалюванням; б) схема сумішоутворення у двигуні Texaco.

ПИТАННЯ 5.1. Як Ви вважаєте, яким повинен бути коефіцієнт надлишку повітря для забезпечення надійного запалення суміші? Подумайте й порівняйте свою відповідь з вірною.

ВІДПОВІДЬ.

А) α = 1.3…2.5;

Б) α ≈ 1;

В) α = 0.3…0.8.

8.