Особливості процесів сумішоутворення та згоряння в двз
Практичне заняття №2
ОСОБЛИВОСТІ ПРОЦЕСІВ СУМІШОУТВОРЕННЯ ТА ЗГОРЯННЯ В ДВЗ
Сумішоутворення у двигунах з іскровим запалюванням
Утворення однорідної суміші
У бензинових двигунах застосовується переважно зовнішнє сумішоутворення, яке включає в себе ряд процесів: дозування палива, його розпилювання, випаровування і перемішування з повітрям. В карбюраторних двигунах компоненти горючої суміші знаходяться в різних агрегатних станах. Тому бензин спочатку потрібно розпилити і випарувати. В цих двигунах сумішоутворення погіршується внаслідок того, що частина палива осідає на стінках впускного колектора у вигляді паливної плівки. Швидкість її руху значно менша, ніж швидкість суміші. В двигунах з впорскуванням бензину пальне розпилюється форсунками на впускні клапани або прямо в циліндри. Бензин потрапляє в гаряче середовище і швидко випаровується, що сприяє хорошому сумішоутворенню. В газових двигунах процес утворення горючої суміші відбувається внаслідок дифузії одного газу в інший під час їх руху по впускному тракту.
Утворення розшарованих зарядів
Покращити показники двигуна можна відмовившись від дроселювання і перейшовши на якісне регулювання (при внутрішньому сумішоутворенні). Переваги такого переходу можуть бути реалізовані в повній мірі у випадку розділення заряду на дві частини – горючу і негорючу (без палива). Горюча частина повинна містити гомогенну суміш при 
=1, а негорюча – повітря і залишкові гази. Необхідно, щоб горюча частина заряду при проскакуванню іскри розміщувалась біля свічки запалювання. Реальне використання розшарованих зарядів вдалось здійснити японським фірмам Toyota і Mitsubishi в 1996 – 1997 рр. при впорскуванні бензину в циліндр і комплексному мікропроцесорному керуванню подачею палива, а також вихровим рухом заряду.
Сумішоутворення в дизелях
У дизелях застосовується внутрішнє сумішоутворення, при якому наприкінці такту стиску паливо впорскується в циліндр в нагріте повітря, де і відбувається утворення паливо-повітряної суміші. Cумішоутворення в дизелях починається з початком впорскування палива і закінчується майже одночасно з кінцем його згоряння. Процеси сумішоутворення включають в себе розпилювання палива, розподіл його в об`ємі камери згоряння, нагрівання, випаровування палива, змішування парів палива з повітрям. В сучасних автомобільних дизелях застосовують три типи камер згоряння: нерозділені (однопорожнинні), розділені (двопорожнинні) і напіврозділені.
Нерозділені камери згоряння складаються з простору над поршнем і неглибокої порожнини в поршні. Розпилювання палива, сумішоутворення і згоряння відбуваються безпосередньо в циліндрі, й двигун з такими камерами називається двигуном з безпосереднім впорскуванням. В нерозділених камерах згоряння може здійснюватись один із трьох способів сумішоутворення: об`ємне, плівкове або об`ємно-плівкове.
Об`ємне сумішоутворення здійснюється в неглибоких значного діаметра камерах згоряння, наприклад типу „Гесельман” (рис. 1, а). Основна частина палива впорскується в об`єм над поршнем. Паливна апаратура повинна забезпечити проникнення факелів розпиленого палива до периферії камери, максимально заповнити розпиленим паливом весь об`єм. Ці вимоги жорткі та суперечливі, й виконати їх складно.
Рис. 1. Нерозділені камери згоряння:
а – типу „Гесельман”; б – типу „Дойтц”; в – типу ЯМЗ; г – типу ЦНДДІ
Бажання уникнути цих труднощів і при цьому зберегти хорошу паливну економічність призвело до розробки напіврозділених камер згоряння, виконаних в поршні. В цих камерах згоряння може здійснюватись плівкове сумішоутворення (рис.1, б). Для цього значна частина порції палива (90...95%), яке впорскується, подається на стінку камери згоряння в поршні під невеликим кутом, що створює умови для розтікання палива по стінці тонким шаром, решта палива впорскується в об`єм. Спочатку самозаймається та частина палива, яке впорскується в об`єм (5...10%). Паливна плівка випаровується за рахунок теплоти поршня. Після початку горіння процес випаровування різко прискорюється.
У разі плівкового сумішоутворення забезпечується висока потужність і хороша паливна економічність, зменшується жорсткість роботи дизеля. Недоліками такого сумішоутворення є утруднений запуск холодного двигуна і підвищена токсичність відпрацьованих газів на режимах холостого ходу і часткових навантажень.
Об`ємно-плівкове сумішоутворення також здійснюється в напіврозділених камерах згоряння (рис. 1, в, г). При цьому способі 40...60% порції палива досягає стінок камери згоряння в поршні. Попадання палива на стінку спочатку значно зменшує швидкість утворення паливо-повітряної суміші порівняно з об`ємним сумішоутворенням. Завдяки цьому знижується жорсткість роботи дизеля. Далі швидкість випаровування зростає і процес згоряння не затягується.
Розділені камери згоряння складаються з основної та допоміжної порожнин, які з`єднуються горловиною. Мета розділення камер – підвищення енергії повітряного заряду для покращення сумішоутворення. Тому основні переваги дизелів з такими камерами: висока якість згоряння, м`яка робота дизеля, невисока токсичність відпрацьованих газів завдяки якісному згорянню, низькі вимоги до паливної апаратури. Недоліками двокамерних дизелів є гірша паливна економічність і низькі пускові властивості, що вимагає застосування спеціальних пускових пристроїв. Є два види розділених камер згоряння: з вихровою камерою і передкамерою.
У вихровій камері (рис. 2, а) вісь з`єднувальної горловини направлена по дотичній до внутрішньої поверхні сферичної порожнини, що забезпечує під час стиску направлений вихровий рух заряду. Швидкість перетікання заряду через горловину понад 200 м/с, чим забезпечується хороше розподілення заряду і якісне сумішеутворення. Об`єм вихрової камери становить 45...60% від загального об`єму камери згоряння. При згорянні частини палива у вихровій камері тиск підвищується, в результаті чого, паливо, яке не згоріло, викидається в надпоршневий простір, де й закінчується процес згоряння.
а) б)
Рис. 2. Розділені камери згоряння:
а – вихрова камера; б – передкамера
У передкамерному дизелі (рис.2, б) відносний об`єм додаткової порожнини і переріз горловини менші, ніж у вихорокамерних дизелів. Цим забезпечується значне підвищення швидкості перетікання заряду
(290...320 м/с). Паливо впорскується назустріч потоку повітря, і має місце добре перемішування горючої суміші. Передкамерні дизелі менш чутливі до сорту палива й умов роботи, ніж вихорокамерні. Однак мають більші втрати енергії на перетікання заряду і тому менш економічні.