Как работает форкамерный дизельный двигатель

На первый взгляд дизельный двигатель почти не отличается от обычного бензинового — те же цилиндры, поршни, шатуны. Главные и принципиальные отличия заключаются в способе образования и воспламенения топливо-воздушной смеси.

В карбюраторных и обычных инжекторных двигателях приготовление смеси происходит не в цилиндре, а во впускном тракте. В бензиновых двигателях с непосредственным впрыском смесь образуется так же как и в дизелях- непосредственно в цилиндре.

В бензиновом моторе топливо-воздушная смесь в цилиндре воспламеняется в нужный момент от искрового разряда. В дизеле же топливо воспламеняется не от искры, а вследствие высокой температуры воздуха в цилиндре.

Рабочий процесс в дизеле происходит следущим образом: вначале в цилиндр попадает чистый воздух, который за счет большой степени сжатия (16-24:1) разогревается до 700-900°С. Дизтопливо впрыскивается под высоким давлением в камеру сгорания при подходе поршня к верхней мертвой точке.

А так как воздух уже сильно разогрет, после смешивания с ним происходит воспламенение топлива. Самовоспламенение сопровождается резким нарастанием давления в цилиндре — отсюда повышенная шумность и жесткость работы дизеля.

Такая организация рабочего процесса позволяет использовать более дешевое топливо и работать на очень бедных смесях, что определяет более высокую экономичность. Дизель имеет больший КПД (у дизеля – 35–45%, у бензинового – 25–35%) и крутящий момент. К недостаткам дизельных двигателей обычно относят повышенную шумность и вибрацию, меньшую литровую мощность и трудности холодного пуска. Но описанные недостатки относятся в основном к старым конструкциям, а в современных эти проблемы уже не являются столь очевидными.

  • КОНСТРУКЦИЯ.
  • ОСОБЕННОСТИ.

Как уже отмечалось, конструкция дизельного двигателя подобна конструкции бензинового двигателя. Однако аналогичные детали у дизеля существенно усилены, чтобы воспринимать более высокие нагрузки — ведь степень сжатия у него намного выше (16-24 единиц против 9-11 у бензинового).

Характерная деталь в конструкции дизелей — это поршень. Форма днища поршней у дизелей определяется типом камеры сгорания, поэтому по форме легко определить, какому двигателю принадлежит данный поршень. Во многих случаях днище поршня содержит в себе камеру сгорания.

Днища поршней находятся выше верхней плоскости блока цилиндров, когда поршень находится в верхней точке своего хода. Так как воспламенение рабочей смеси осуществляется от сжатия, в дизелях отсутствует система зажигания, хотя свечи могут применяться и на дизеле.

Но это не свечи зажигания, а свечи накаливания, которые предназначены для подогрева воздуха в камере сгорания при холодном пуске двигателя.Поршни и свечи дизеля

  1. Технические и экологические показатели автомобильного дизельного двигателя в первую очередь зависят от типа камеры сгорания и системы впрыскивания топлива.
  2. ТИПЫ КАМЕР СГОРАНИЯ.

Форма камеры сгорания значительно влияет на качество процесса смесеобразования, а значит и на мощность и шумность работы двигателя. Камеры сгорания дизельных двигателей разделяются на два основных типа: неразделенные и разделенные.Несколько лет назад на рынке легкового машиностроения доминировали дизели с разделенными камерами сгорания.

Впрыск топлива в этом случае осуществляется не в надпоршневое пространство, а в специальную камеру сгорания, выполненную в головке блока цилиндров. При этом различают два процесса смесеобразования: предкамерный (его еще называют форкамерным) и вихрекамерный.

Камеры сгорания дизелейПри форкамерном процессе топливо впрыскивается в специальную предварительную камеру, связанную с цилиндром несколькими небольшими каналами или отверстиями, ударяется об ее стенки и перемешивается с воздухом. Воспламенившись, смесь поступает в основную камеру сгорания, где и сгорает полностью.

Сечение каналов подбирается так, чтобы при ходе поршня вверх (сжатие) и вниз (расширение) между цилиндром и форкамерой возникал большой перепад давления, вызывающий течение газов через отверстия с большой скоростью.Во время вихрекамерного процесса сгорание также начинается в специальной отдельной камере, только выполненной в виде полого шара.

В период такта сжатия воздух по соединительному каналу поступает в предкамеру и интенсивно закручивается (образует вихрь) в ней. Впрыснутое в определенный момент топливо хорошо перемешивается с воздухом.Таким образом, при разделенной камере сгорания происходит как бы двухступенчатое сгорание топлива.

Это снижает нагрузку на поршневую группу, а также делает звук работы двигателя более мягким.

Недостатком дизельных двигателей с разделенной камерой сгорания являются: увеличение расхода топлива вследствие потерь из-за увеличенной поверхности камеры сгорания, больших потерь на перетекание воздушного заряда в дополнительную камеру и горящей смеси обратно в цилиндр. Кроме того, ухудшаются пусковые качества.

Дизельные двигатели с неразделенной камерой называют также дизелями с непосредственным впрыском. Топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр, камера сгорания выполнена в днище поршня. До недавнего времени непосредственный впрыск использовался на низкооборотистых дизелях большого объема (проще говоря, на грузовиках). Хотя такие двигатели экономичнее моторов с разделенными камерами сгорания, их применение на небольших дизелях сдерживалось трудностями организации процесса сгорания, а также повышенными шумом и вибрацией, особенно в режиме разгона.

Сейчас благодаря повсеместному внедрению электронного управления процессом дозирования топлива удалось оптимизировать процесс сгорания топливной смеси в дизеле с неразделенной камерой сгорания и существенно снизить шумность. Новые дизельные двигатели разрабатываются только с непосредственным впрыском.

  • СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ.
  • Важнейшим звеном дизельного двигателя является система топливоподачи, обеспечивающая поступление необходимого количества топлива в нужный момент времени и с заданным давлением в камеру сгорания.
  • Система питания дизеля.

Топливный насос высокого давления (ТНВД), принимая горючее из бака от подкачивающего насоса (низкого давления), в требуемой последовательности поочередно нагнетает нужные порции солярки в индивидуальную магистраль гидромеханической форсунки каждого цилиндра.

Такие форсунки открываются исключительно под воздействием высокого давления в топливной магистрали и закрываются при его снижении.Существует два типа ТНВД: рядные многоплунжерные и распределительного типа.

Рядный ТНВД состоит из отдельных секций по числу цилиндров дизеля, каждая из которых имеет гильзу и входящий в нее плунжер, который приводится в движение кулачковым валом, получающим вращение от двигателя. Секции таких механизмов расположены, как правило, в ряд, отсюда и название — рядные ТНВД.

Рядные насосы в настоящее время практически не применяются ввиду того, что они не могут обеспечить выполнение современных требований по экологии и шумности. Кроме того, давление впрыска таких насосов зависит от оборотов коленвала.

Распределительные ТНВД создают значительно более высокое давление впрыска топлива, нежели насосы рядные, и обеспечивают выполнение действующих нормативов, регламентирующих токсичность выхлопа.

Этот механизм поддерживает нужное давление в системе в зависимости от режима работы двигателя.

В распределительных ТНВД система нагнетания имеет один плунжер-распределитель, совершающий поступательное движение для нагнетания топлива и вращательное для распределения топлива по форсункам.

Эти насосы компактны, отличаются высокой равномерностью подачи топлива по цилиндрам и отличной работой на высоких оборотах. В то же время они предъявляют очень высокие требования к чистоте и качеству дизтоплива: ведь все их детали смазываются топливом, а зазоры в прецизионных элементах очень малы.

Ужесточение в начале 90-х законодательных экологических требований, предъявляемых к дизелям, заставило моторостроителей интенсивно совершенствовать топливоподачу. Сразу же стало ясно, что с устаревшей механической системой питания эту задачу не решить.

Традиционные механические системы впрыска топлива имеют существенный недостаток: давление впрыска зависит от частоты вращения двигателя и нагрузочного режима. Это значит, что при низкой нагрузке давление впрыска падает, в результате топливо при впрыске плохо распыляется, попадая в камеру сгорания слишком крупными каплями, которые оседают на ее внутренних поверхностях.

Из-за этого уменьшается КПД сгорания топлива и повышается уровень токсичности отработанных газов.Кардинально изменить ситуацию могла только оптимизация процесса горения топливо — воздушной смеси. Для чего надо заставить весь её объём воспламениться в максимально короткое время. А здесь необходима высокая точность дозы и точность момента впрыскивания.

Сделать это можно, только подняв давление впрыска топлива и применив электронное управление процессом топливоподачи. Дело в том, что чем выше давление впрыска, тем лучше качество его распыления, а соответственно – и смешивания с воздухом. В конечном итоге это способствует более полному сгоранию топливо-воздушной смеси, а значит и уменьшению вредных веществ в выхлопе.

Хорошо, спросите вы, а почему бы не сделать такое же повышенное давление в обычном ТНВД и всей этой системе? Увы, не получится. Потому что есть такое понятие, как «волновое гидравлическое давление». При любом изменении расхода топлива в трубопроводах от ТНВД к форсункам возникают волны давления, «бегающие» по топливопроводу. И чем сильнее давление, тем сильнее эти волны.

И если далее повышать давление, то в какой-то момент может произойти обыкновенное разрушение трубопроводов. Ну, а о точности дозирования механической системы впрыска даже и говорить не приходится.

Насос-форсункаВ результате были разработаны два новых типа систем питания – в первом форсунку и плунжерный насос объединили в один узел (насос-форсунка), а в другом ТНВД начал работать на общую топливную магистраль (Common Rail), из которой топливо поступает на электромагнитные (или пьезоэлектрические) форсунки и впрыскивается по команде электронного блока управления. Но с принятием Евро 3 и 4 и этого оказалось мало, и в выхлопные системы дизелей внедрили сажевые фильтры и катализаторы.

Насос-форсунка устанавливается в головку блока двигателя для каждого цилиндра. Она приводится в действие от кулачка распределительного вала с помощью толкателя. Магистрали подачи и слива топлива выполнены в виде каналов в головке блока.

За счет этого насос-форсунка может развить давление до 2200 бар. Дозированием топлива, сжатого до такой степени и управлением угла опережения впрыска занимается электронный блок управления, выдавая сигналы на запорные электромагнитные или пьезоэлектрические клапаны насос-форсунок.

Насос-форсунки могут работать в многоимпульсном режиме (2-4 впрыска за цикл). Это позволяет произвести предварительный впрыск перед основным, подавая в цилиндр сначала небольшую порцию топлива, что смягчает работу мотора и снижает токсичность выхлопа.

Недостаток насос-форсунок – зависимость давления впрыска от оборотов двигателя и высокая стоимость данной технологии.

Система Common Rail.

Система питания Common Rail используется в дизелях серийных моделей с 1997 года. Common Rail – это метод впрыска топлива в камеру сгорания под высоким давлением, не зависящим от частоты вращения двигателя или нагрузки. Главное отличие системы Common Rail от классической дизельной системы заключается в том, что ТНВД предназначен только для создания высокого давления в топливной магистрали.

Читайте также:  Что такое гильзовка двигателя и как она делается

Он не выполняет функций дозировки цикловой подачи топлива и регулировки момента впрыска. Система Common Rail состоит из резервуара – аккумулятора высокого давления (иногда его называют рампой), топливного насоса, электронного блока управления (ЭБУ) и комплекта форсунок, соединенных с рампой.

В рампе блок управления поддерживает, меняя производительность насоса, постоянное давление на уровне 1600-2000 бар при различных режимах работы двигателя и при любой последовательности впрыска по цилиндрам.

Открытием-закрытием форсунок управляет ЭБУ, который рассчитывает оптимальный момент и длительность впрыска, на основании данных целого ряда датчиков – положения педали акселератора, давления в топливной рампе, температурного режима двигателя, его нагрузки и т. п. Форсунки могуть быть электромагнитными, либо более современными- пьезоэлектрическими.

Главные преимущества пьезоэлектрических форсунок — высокая скорость срабатывания и точность дозирования. Форсунки в дизелях c Common rail могут работать в многоимпульсном режиме: в ходе одного цикла топливо впрыскивается несколько раз – от двух до семи.

Сначала поступает крохотная, всего около милиграмма, доза, которая при сгорании повышает температуру в камере, а следом идет главный «заряд». Для дизеля — двигателя с воспламенением топлива от сжатия — это очень важно, так как при этом давление в камере сгорания нарастает более плавно, без «рывка».

Вследствие этого мотор работает мягче и менее шумно, снижается количество вредных компонентов в выхлопе. Многократная подача топлива за один такт попутно обеспечивает снижение температуры в камере сгорания, что приводит к уменьшению образования окиси азота- одной из наиболее токсичных составляющих выхлопных газов дизеля. Характеристики двигателя с Common Rail во многом зависят от давления впрыска. В системах третьего поколения оно составляет 2000 бар. В ближайшее время в серию будет запущено четвертое поколение Common Rail с давлением впрыска 2500 бар.

ТУРБОДИЗЕЛЬ.

Эффективным средством повышения мощности и гибкости работы дизеля является турбонаддув. Он позволяет подать в цилиндры дополнительное количество воздуха и соответственно увеличить подачу топлива на рабочем цикле, в результате чего увеличивается мощность двигателя.

Давление выхлопных газов дизеля в 1,5-2 раза выше, чем у бензинового мотора, что позволяет турбокомпрессору обеспечить эффективный наддув с самых низких оборотов, избежав свойственного бензиновым турбомоторам провала — «турбоямы».

Отсутствие дроссельной заслонки в дизеле позволяет обеспечить эффективное наполнение цилиндров на всех оборотах без применения сложной схемы управления турбокомпрессором. На многих автомобилях устанавливается промежуточный охладитель наддуваемого воздуха — интеркулер, позволяющий поднять массовое наполнение цилиндров и на 15-20 % увеличить мощность.

Наддув позволяет добиться одинаковой мощности с атмосферным мотором при меньшем рабочем объеме, а значит, снизить массу двигателя.

Турбонаддув, помимо всего прочего, служит для автомобиля средством повышения «высотности» двигателя — в высокогорных районах, где атмосферному дизелю не хватает воздуха, наддув оптимизирует сгорание и позволяет уменьшить жесткость работы и потерю мощности.

В то же время турбодизель имеет и некоторые недостатки, связанные в основном с надежностью работы турбокомпрессора. Так, ресурс турбокомпрессора существенно меньше ресурса двигателя. Турбокомпрессор предъявляет жесткие требования к качеству моторного масла. Неисправный агрегат может полностью вывести из строя сам двигатель.

Кроме того, собственный ресурс турбодизеля несколько ниже такого же атмосферного дизеля из-за большой степени форсирования. Такие двигатели имеют повышенную температуру газов в камере сгорания, и чтобы добиться надежной работы поршня, его приходится охлаждать маслом, подаваемым снизу через специальные форсунки.Прогресс дизельных двигателей сегодня преследует две основные цели: увеличение мощности и уменьшение токсичности. Поэтому все современные легковые дизели имеют турбонаддув (самый эффективный способ увеличения мощности) и Соmmоn Rail.

Как работает форкамерный дизельный двигатель Как работает форкамерный дизельный двигательКак работает форкамерный дизельный двигательКак работает форкамерный дизельный двигательКак работает форкамерный дизельный двигатель

Источник: https://www.drive2.ru/b/2161473/

Принцип действия форкамерного дизельного двигателя

Как вы знаете, сегодня многие производители ищут варианты того, как увеличить экономичность двигателей внутреннего сгорания. Они нашли один из возможных выходов из этого затруднительного положения. Метод заключается в том, чтобы мотор работал на топливных смесях, содержащих меньший процент горючего.

При таком подходе не только удастся увеличить топливную экономичность, но и, более того, сократить выброс вредных отходов. Но в этом способе есть изъян: когда смесь содержит небольшое количество горючего, она хуже воспламеняется.

Поэтому разработчики пришли к выводу, что для стабильной работы мотора нужен начальный очаг горения, от которого распространение огня произойдёт быстро по всему пространству топливно-воздушного заряда.

Как работает форкамерный дизельный двигатель

По итогу сейчас существуют два варианта получения подобного очага: искра повышенной энергии и послойное распределение смеси (к тому времени, как производится искра образуется легковоспламеняющаяся смесь). Второй путь включает в себя несколько вариантов. Мы же сегодня рассмотрим подробнее вариант под названием форкамерно-факельное зажигание.

Полость, находящаяся в голове цилиндров двигателя внутреннего сгорания, именуется форкамерой, или же предкамерой. Она, используя один или несколько каналов, соединяется с главной камерой сгорания горючего. Этот тип мотора выступает как в формате дизельного, так и бензинового. Вообще промежуточная камера может носить и другое название: вихрекамера.

Исходя из названия, нам становится ясным то, что топливо в такой камере закручивается. Этот эффект содействует лучшему перемешиванию горючего с воздухом.

Но, описывая работу ДВС с форкамерой, важно отметить, что изначально горючее, попадая в предварительную полость, сталкивается с её стеночками и перемешивается с воздухом, в этом этот вид мотора уступает своему подобию.

Воспламеняясь, топливо быстро направляется в ключевую камеру, используя уже известные нам каналы соединения.

Отличным фактором, которым обладают такие каналы, в сравнении со своими аналогами, выступает то, что сечения в них согласованы так, чтобы между форкамерой и ключевым цилиндром создавалась существенная разница давлений.

Топливо разливается по всей площади предкамеры и сгорает там почти полностью. Заключительная фаза – это сгорание горючего в главной камере, точнее сказать его остатков.

Из-за того, что в главном отсеке солярка уже догорает и ей уже не нужно продолжать свой путь, параметры углублений в поршнях небольшие.

Для чего нужна форкамера в двигателе

Теперь разберемся в самом главном вопросе: для чего же нужна форкамера в двигателе?

Первостепенно такая система была создана с той целью, чтобы убрать, пусть и частично, нагрузку на поршни. Это же, в свою очередь, положительно сказалось на общей работе мотора. Более того, выбирая форкамерный двигатель, вы сокращаете количество токсичных отходов, так как, говоря конкретно о нашем случае, солярка полностью сгорает. Делаем из этого вывод – ваши расходы на горючее уменьшатся.

Система форкамерно-факельного зажигания

Основными элементами, составляющими дизельный двигатель с форкамерой, являются:

Примечание: мы будем проходить путь вместе с топливом для того, чтобы полностью понять принцип работы форкамерного двигателя.

  1. Канал ведёт солярку в предкамеру.
  2. Затем проходит секция, предназначенная для переобогащённой смеси.
  3. Клапан самой форкамеры.Как работает форкамерный дизельный двигатель
  4. Свеча зажигания выполняет свою основную роль (поджог топлива, когда форсунки его впрыскивают).
  5. Одновременно с тем, как от искры загорелось горючее, распредел ГРМ впускает в главную камеру топливо, посредством того, что открывает клапан.
  6. Теперь горючее на финишной прямой – в центральной камере ДВС.

Как работает форкамерный дизельный двигатель

Сейчас, мы надеемся, вам стало ясно, как работает форкамерный дизель и из чего состоит устройство форкамеры.

Плюсы и минусы предкамерных двигателей

Упоминая о двигателях внутреннего сгорания, работающих на бензине, можно с уверенностью заявить об их неэффективности, так как устройство было несовершенным и в движении показало себя с самых худших сторон.

Поэтому никто из производителей не захотел полагаться на такой выбор, и в итоге подобные конструкции сейчас не используются. Конечно, изначально люди отдавали предпочтение таким аналогам из-за экономичности в расходе топлива и, одновременно с этим, уменьшением токсичности выбрасываемых отходов.

Но пользователи поменяли своё мнение, испытав агрегаты на прочность в езде.

Ситуация совершенно иная, если это касается дизельных моторов, которые и являются нашим основным объектом изучения. Плюсами в движке с предкамерным двигателем выступают незначительная дымность силовой установки, не зависимо от способа езды и, что тоже весомо, такие установки не нуждаются в отборном топливе.

Как работает форкамерный дизельный двигатель

Вернёмся к отрицательным сторонам, куда уж без них. Непрогретый мотор плохо запускается. Из-за чего же так происходит? Суть в том, что для стабильного пуска требуется изначально хороший прогрев предкамеры, но, по причине того, что в этой системе устанавливаются электрические калильные свечи, воздух прогревается не в полной мере.

В заключении можно отметить, что принцип работы подобных двигателей имеет мало недостатков, поэтому вы можете смело отдавать ему предпочтение. Приятных поездок и не забывайте оставлять свои комментарии ниже.

Источник: https://drivertip.ru/osnovy/kak-rabotaet-forkamernyy-dizelnyy-dvigatel.html

Камеры сгорания

Подробности Просмотров: 11805

Форма камеры сгорания влияет на качество процесса сгорания и соответственно на мощность и параметры ОГ дизеля.

 Благодаря форме камеры сгорания при движении поршня в цилиндре топливовоздушная смесь может завнхряться, перемешиваться или вытесняться из цилиндра, что необходимо для равномерного распределения жидкого топлива или парожидкостных струй в камере сгорания.

Для рабочих процессов используются:• неразделенная камера сгорания для двигателей с непосредственным впрыском топлива в цилиндр (Direct Injection Engine);

• разделенная камера сгорания (Indirect Injection Engine).

Количество дизелей с непосредственным впрыском топлива все возрастает. У них меньше расход топлива (экономия составляет до 20%), но вышеуровень шума сгорания (прежде всего, при разгоне). Правда, используя предварительное впрыскивание небольшой дозы топлива, можно снизить уровень шума до величины, характерной для двигателей с разделенными камерами. Последние сегодня практически уже не

проектируются.

Неразделенная камера сгорания

Двигатели с непосредственным впрыском топлива (рис. 1) имеют более высокий КПД и работают экономичнее, чем двигатели с разделенными камерами, поэтому они используются на всех грузовых автомобилях и на большинстве новых легковых автомобилей.

Как работает форкамерный дизельный двигатель

Рис.11. Многострунный распылитель2. ' / образная выемка в поршне

3. Штифтовая свеча накаливания

Читайте также:  Как правильно подобрать и надеть оплётку на руль машины

При непосредственном впрыске топливо сразу попадает в камеру сгорания 1 с ш-образной выемкой 2, находящейся в поршне, поэтому распылнвание, нагрев, испарение и смешивание топлива с воздухом должны быстро следовать друг за другом. При этом предъявляются высокие требования к подаче не только топлива, но и воздуха.

Во время тактов впуска и сжатия в цилиндре благодаря специальной конструкции впускного канала в головке блока цилиндров возникает воздушный вихрь. Форма камеры сгорания также способствует вихревому движению воздуха в конце хода сжатия (т. е. к началу впрыскивания).

Из различных видов выемок в поршне, образующих камеру сгорания, в разное время применявшихся при создании дизелей, в настоящее время широкое применение нашла ц-образная выемка в поршне. Топливо должно вводи 1Ы.И и камеру сгорания таким образом, чтобы, равномерно распределяясь по объему камеры, оно могло быстро перемешиваться с воздухом.

Для этого, в отличие от дизеля с разделенными камерами сгорания, где используется форсунка со штифтовым распылителем, при непосредственном впрыске топлива применяется форсунка с многоструйным распылителем 1. Распространение его топливных факелов должно быть оптимизировано и согласовано с параметрами камеры сгорания.

Давление впрыскивания при непосредственной подаче топлива очень высокое (до 2000 бар).На практике при непосредственном впрыске применяются два способа интенсификации смесеобразования:• за счет целенаправленного движения воздуха;

• за счет впрыска топлива — без использования движения воздуха.

Во втором случае отсутствуют затраты энергии на завихрение воздуха на впуске, что уменьшает потери на газообмен и улучшает наполнение цилиндра.

Использование этого способа, однако, предъявляет повышенные требовании к расположению и количеству отверстии в распылителе форсунки, а также к тонкости распыливання топлива, что определяется диаметром отверстии распылителя.

 Кроме того, для достижения малой продолжительности впрыскивания и хорошего распыликания топлива необходимо очень высокое давление впрыска.

Разделенная камера сгорания

Дизели с разделенными камерами сгорания долгое время имели преимущества по сравнению с системой непосредственного впрыска топлива по шумностн работы и уровню содержания вредных веществ в ОГ.

Их повсеместно применяли на легковых и легких грузовых автомобилях.

Сегодня, благодаря высокому давлению впрыскивания электронному регулированию работы дизеля и дополнительному предварительному впрыскиванию топлива, двигатели с непосредственным впрыском достигли сопоставимых параметров.

  • Различают два процесса смесеобразования с разделенной камерой сгорания:• предкамерный (форкамерный);
  • • вихрекамерный.

Предкамерный процесс

При предкамерном процессе топливо впрыскивается в горячую предварительную камеру 2 (рис.2),расположенную в головке блока цилиндров. При этом впрыскивание осуществляется форсункой 1 со штифтовым распылителем под относительно низким давлением (до 450 бар). Отражающая поверхность 3, находящаяся в середине камеры, разбивает струю топлива и интенсивно смешивает ее с воздухом.

Как работает форкамерный дизельный двигатель

Рис.21. Форсунка оо шгифтовым распылителем2. Предварительная камера3. Отражающая поверхность4. Соединительный канал

5. Штифтовая свеча накаливания

Во время сгорания в предкамере частично сожженная топливовоздушная смесь, нагреваясь, через отверстие в нижней части предкамеры вытесняется в основную камеру сгорания над поршнем. Здесь она интенсивно перемешивается с воздухом, также поступившим к этому моменту в основную камеру, и сгорает окончательно.

Короткая задержка воспламенения и управляемое тепловыделение приводят к «мягкому» сгоранию смеси с низким уровнем шума и малыми нагрузками на д е ы л и дыгателем.

 Измененная форма предкамеры с выемкой для испарения топлива, а также специальная форма и положение отражающей поверхности (сферический ш гифт) придают потоку воздуха, который устремляется при сжатии из цилиндра в предкамеру, определенное вихрение.

Топливо впрыскивается по направлению движения воздуха под углом 5° к оси предкамеры. Чтобы не нарушать процесс сгорания, свеча 5 накаливания устанавливается таким образом, чтобы ее «обтекал» поток топливовоздушной смеси, движущийся в основную камеру сгорания.

После пуска холодного двигателя свеча накаливания еще продолжает управляемый нагрев, длящийся до 1 мин (в зависимости от температуры охлаждающей жидкости), что способствует улучшению состава ОГ и уменьшению шума профетого двигателя. Соотношение объемов предкамеры и основной камеры сгорания составляет от 1:3 до 2:3.

Вихрекамерный процесс

При этом процессе сгорание начинается в отдельной вихревой камере шаро- или дискообразной формы, которая заключает в себе почти весь объем камеры сжатия. Из нее тангенциально направленный соединительный канал 2 (рис. 3) ведет в цилиндр.

Как работает форкамерный дизельный двигатель

Рис. 31. Форсунка2. Тангенциально направленный соединительный клапан

3. Штифтовая свеча накаливания

Во время такта сжатия входящий через канал воздух совершает движение в виде вихря, в который впрыскивается топливо. Положение форсунки 1 выбирается таким образом, чтобы факел топлива пересекал вихрь перпендикулярно его оси и попадал на противоположную сторону камеры в наиболее нагретую зону.

 С началом сгорания топливовоздушная смесь вытесняется через канал в цилиндр и смешивается с имеющимся там воздухом. При процессе сгорания в вихревой камере потери на газообмен меньше, чем в случае с предкамерой, так как сечение соединительного канала здесь больше.

Это приводит к снижению потерь энергии на дросселирование, увеличению КПД и снижению расхода топлива. Тем не менее уровень шума сгорания при этом выше, чем при предкамерном процессе.Важно чтобы смесеобразование по возможности более полно происходило в вихревой камере.

Ее конфигурация, расположение и форма топливного факела, а также расположение свечи накаливания должны быть тщательно согласованы, чтобы на всех режимах обеспечить хорошее смесеобразование.

Следующее требование — быстрый разогрев вихревой камеры после холодного пуска. Этим сокращается задержка воспламенения и снижается уровень шума сгорания, а на прогретом двигателе в ОГ отсутствуют нссгоревшне углеводороды (сизый дым).

При непосредственном впрыске с разбрызгиванием топлива на стенку камеры в поршне (М-процесс)* у дизелей грузовых автомобилей и стационарных установок, а также многотопливных двигателей однофакельная (были и двухфакельные. — Ред.

) форсунка впрыскивает топливо под невысоким давлением целенаправленно на стенку камеры сгорания. Здесь топливо испаряется и уносится воздухом.Таким образом, при М-процессе тепло камеры служит для испарения топлива.

При правильном согласовании движения воздуха в камере сгорания можно достичь гомогенности топливовоздушной смеси с плавным повышением давления, продолжительным и * процесс разработан фирмой MAN бесшумным сгоранием.

Из-за большего расхода топлива по сравнению с современным процессом непосредственного впрыска, использующим распределение топлива в объеме, М-процесс сегодня уже не применяют.

Как работает форкамерный дизельный двигатель

Источник: https://www.boschdiagnost.ru/index.php/kniga-sistemy-upravleniya-dizelnymi-dvigatelyami-bosch/kamery-sgoraniya

Предкамерные дизели

Предкамерный способ смесеобразования осуществляется в предкамерных дизелях. У этих двигателей камера сгорания состоит из основной камеры 1 (фиг. 68) и предкамеры 2. Предкамера сооб­щается с основной камерой одним или несколькими узкими кана­лами.

Процесс смесеобразования происходит так: в период хода сжатия давление в цилиндре возрастает, вследствие чего воздух с боль­шой. скоростью через соединительные каналы входит в предкамеру, где и происходит его завихрение. Примерно за 15° до в. м. т.

по углу поворота колена топливо впрыскивается в предкамеру, где происходит его воспламенение. При этом топливо сгорает час­тично, так как количество воздуха в пред­камере недостаточно для всего поданного топлива (объем предкамеры составляет примерно 20—25% объема пространства сжатия).

Сгорание в предкамере совер­шается с резким повышением давления; вследствие этого продукты сгорания с боль­шой скоростью устремляются в основную камеру сгорания, увлекая за собой боль­шую часть топлива и подвергая его даль­нейшему распыливанию и перемешиванию с воздухом.

Полное сгорание происходит, таким образом, в цилиндре при всевозрас­тающем его объеме; процесс сгорания протекает примерно при неиз­менном давлении.

Как работает форкамерный дизельный двигатель

Таким образом, и этот тип дизеля работает по сме­шанному циклу. Благодаря добавочному

Таким образом, и этот тип дизеля работает по сме­шанному циклу. Благодаря добавочному распыливанию топлива газовой струей в предкамерных дизелях не обязательно такое же тонкое распыливание топлива, как в дизелях со струйным распылом.

Поэтому для них возможно применение форсунок с одним сопловым отверстием при более низком давлении впрыска топлива, порядка 80—120 аm. Наличие сравнительно малых давлений топлива ведет к упрощению конструкции топливного насоса.

Качество топлива здесь не имеет столь решающего значения, как при струйном распыливании; поэтому для предкамерных дизелей можно пользоваться более тяжелыми сортами топлива и без особенно тщательной фильтрации.

Однако дополнительные тепловые потери в предкамере, потери энергии при двухкратном проталкивании газовых масс в предкамеру и обратно приводят к увеличению удельного расхода топлива и сни­жают эффективный к. п. д. двигателя.

Кроме того, у этих двигателей затруднителен пуск в ход, так как сжимаемый воздух, проходя через отверстия еще холодной предкамеры, отдает ей часть своего тепла, в результате чего температура воздуха в предкамере не обеспечивает интенсивного воспламенения топлива.

Вследствие этого в предкамерных дизелях обычно применяются пусковые приспособления, облегчающие запуск двигателей (электри­ческая спираль накаливания, патрон с тлеющей селитровой бумагой и пр.). Наконец, к числу недостатков предкамерных двигателей относится ус­ложнение конструкции крышки ци­линдра.

Источник: http://vdvizhke.ru/dvigateli-vnutrennego-sgoranija/smeseobrazovanie-i-vosplamenenija-v-dvigoteljah/smeseobrazovanie-i-vosplamenenie-v-dizeljah/predkamernye-dizeli.html

Предкамерный двигатель и форкамера

Форкамера (предкамера) представляет собой специальную полость, которая расположена в головке цилиндров ДВС. Данная полость конструктивно сообщается с основной камерой сгорания в надпоршневом пространстве посредством одного и более каналов. Предкамерный (форкамерный) двигатель может быть как бензиновым, так и дизельным.

ДВС подобного типа представляет собой конструкцию, в которой смесеобразование и наполнение цилиндров происходит следующим образом:

  • топливно-воздушная смесь подается в предкамеру;
  •  далее происходит частичное воспламенение смеси;
  • в результате сгорания давление в форкамере нарастает;
  • под действием такого давления разогретые пары топлива и газы от частичного сгорания в форкамере проникают в основную камеру сгорания в надпоршневом пространстве;

Для чего нужна форкамера в двигателе

Предкамера является предварительной камерой сгорания, в которую подается часть от общего заряда топливно-воздушной смеси, где происходит воспламенение топлива.

Объем форкамеры составляет около 30% от общего объема основной камеры сгорания.

  Назначением данного решения выступает улучшение наполнения цилиндров, более эффективная организация газовых потоков в основной камере, а также повышение качества смесеобразования.

Данная схема позволяет реализовать более плавное и равномерное нарастание давления в основной камере сгорания, что снижает ударные нагрузки в цилиндрах ДВС.

Моторы с форкамерой работают мягче и полноценно сжигают топливно-воздушную смесь, уменьшается токсичность выхлопа, повышается КПД и снижается расход горючего.

Система форкамерно-факельного зажигания

Наличие форкамеры означает, что рабочая камера сгорания в таком двигателе разделена на составные части: предкамеру и основную камеру.  Давайте рассмотрим принцип работы системы на примере карбюраторной модели ГАЗ «Волга» с предкамерным ДВС.

В предкамеру смесь поступает по специальному каналу, который выполнен во впускном коллекторе и ГБЦ. Смесь в форкамеру подается переобогащенной, для чего в карбюраторе присутствует отдельная секция. Предкамера также имеет отдельный впускной клапан.

Читайте также:  Как правильно делать параллельную парковку на машине

 Далее происходит поджиг указанной смеси при помощи искры от свечи зажигания. В этот момент открывается впускной клапан основной камеры сгорания, который приводится в действие распредвалом ГРМ. В основную камеру поступает топливно-воздушная смесь.

Порция этой смеси обедненная.

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое гидрокомпенсатор. Из этой статьи вы узнаете о назначении и функции гидротолкателей в устройстве ГРМ.

Предкамера соединяется с основной камерой специальными сопловыми каналами, через которые в основную камеру прорывается пламя, газы и пары горючего из форкамеры.

От контакта с ними обедненная смесь в основной камере также воспламеняется.

 Получается, форкамера представляет собой своеобразный механический «подвпрыск», отдаленно напоминая принцип двухступенчатой работы современных дизельных инжекторных форсунок.

Плюсы и минусы предкамерных двигателей

Внедрение предкамеры в устройство бензинового ДВС не получило широкого распространения. Определенные сложности конструкции и недостаточная эффективность работы системы во время реальной эксплуатации привели к отказу от схемы форкамерно-факельного зажигания.

Одновременно с уменьшением расхода топлива и снижением токсичности отработавших газов предкамерные двигатели отличались меньшей надежностью и стабильностью работы в определенных режимах.

Что касается дизельных моторов, предкамерные дизели встречаются чаще. Форкамерные дизельные двигатели имеют низкое давление впрыска сравнительно с другими дизельными агрегатами.

Использование форкамеры в дизеле позволило снизить дымность силовой установки на разных режимах работы агрегата.

Еще одним плюсом предкамеры на дизельном моторе выступает меньшая требовательность таких двигателей к качеству дизтоплива.

Главным недостатком предкамерного дизеля считается затрудненный пуск холодного мотора. Дело в том, что для уверенного пуска необходим качественный прогрев форкамеры. Использование электрических калильных свечей для эффективного нагрева воздуха в полости предкамеры не всегда обеспечивает облегченный пуск двигателя.

Источник: http://KrutiMotor.ru/forkamernyj-dvigatel/

Принцип работы и устройство дизельного двигателя

Советы

Времена, когда автомобиль с дизельными моторами ассоциировались с чадящими и тихоходными, давно остались за поворотом. Каждый автомобилист знает, что транспортное средство с агрегатом на «тяжелом топливе» издает характерные тарахтящие звуки, его выхлоп странно пахнет. Современные моторы награждают своих владельцев умеренным расходом топлива, впечатляющей эластичностью (крутящим моментом, доступным в относительно широком диапазоне оборотов) и иногда ошеломительной динамикой на зависть некоторым бензиновым автомобилям. Но при этом они требовательны к качеству солярки, а ремонт компонентов топливной системы может быть весьма дорогим.

Дизельные двигатели, разумеется, не имеют таких колоссальных отличий как роторно-поршневой двигатель Ванкеля, устройство которого абсолютно не похоже на «анатомию» традиционного ДВС, но у него имеется ряд особенностей, которые проводят между ним и бензиновыми моторами черту.

У дизеля также есть кривошипно-шатунный механизм, но его степень сжатия существенно выше – 19-24 единицы против 9-11 единиц соответственно. Принципиальное отличие дизельного двигателя от бензинового заключается в том, как формируется, воспламеняется и сгорает топливно-воздушная смесь.

У дизельного ДВС отсутствуют свечи зажигания и, соответственно, воспламенение топливно-воздушной смеси происходит от сжатия. При этом, воздух и солярка подаются раздельно.

Также следует отметить, что практически ни один современный дизель не обходится без системы наддува, которая используется для повышения рабочих характеристик агрегата. Для оптимизации наддува в максимально широком диапазоне оборотов используются турбонагнетатели с изменяемой геометрией.

Дизельный агрегат имеет более высокий коэффициент полезного действия, но он тяжелее и выдает больший крутящий момент при низких оборотах, нежели бензиновый ДВС.

Как работает дизельный двигатель и, самое главное, как происходит воспламенение топлива в камере сгорания, если у агрегата данного типа нет свечей зажигания? Сперва воздух поступает в цилиндры.

В конце такта сжатия, когда поршень почти достиг верхней мертвой точки, температура воздуха в камере сгорания достигает высоких значений (порядка 700-800 градусов) и затем в цилиндры впрыскивается дизельное топливо, которое воспламеняется самостоятельно, без искрового зажигания.

Тем не менее, свечи в дизельном агрегате все-таки есть, но то – свечи накаливания, а не зажигания, которые нагревают камеру сгорания для облегчения запуска двигателя в холодное время.

Они представляет собой спираль (бывают с металлической и керамические), могут быть установлены в вихревой камере или в форкамере (если речь идет об агрегатах с раздельной камерой сгорания) или непосредственно в камере сгорания (если она нераздельная). При включении зажигания свечи накаливания практически мгновенно, за считанные секунды они раскаляются до температур в районе тысячи градусов и нагревают воздух в камере сгорания, облегчая процесс самовоспламенения топливно-воздушной смеси.

Широко распространены моторы с раздельной камерой сгорания – топливо впрыскивается в специальную камеру в головке блока над цилиндром и соединенную с ним каналом, а процесс горения происходит не совсем так как у бензиновых ДВС.

В этой вихревой камере поток воздуха интенсивнее закручивается, что способствует более эффективному смесеобразованию и самовоспламенению, которое продолжается в основной камере сгорания.

Кстати, дизельные моторы с раздельной камерой сгорания менее шумные из-за того, что применение вихревой камеры снижает интенсивность нарастания давления при самовоспламенении.

У дизелей с неразделенной камерой сгорания процесс самовоспламенения происходит непосредственно в надпоршневом пространстве. Агрегаты данного типа несколько шумнее.

Common Rail – современная система впрыска топлива, разработанная компанией Bosch и использующая принцип подачи солярки к форсункам от топливной рампы, являющейся аккумулятором высокого давления.

Common Rail позволяет сделать агрегат тише, при этом более экономичным и экологичным.

Еще одним преимуществом использования общей топливной рампы являются широкие возможности регулировки давления топлива и момента его впрыска, поскольку эти процессы разделены.

Система включает в себя ТНВД (топливный насос высокого давления), пьезоэлектрические форсунки, топливную рампу, регулятор давления топлива и клапан дозирования топлива. Интересно, что на заре своей эволюции дизельные агрегаты имели не в пример более простую топливную аппаратуру с механическими форсунками и несопоставимо более низким давлением солярки на фоне современных систем.

Не так давно дизельные моторы были экологически «грязными» и достаточно слабыми, но с некоторых пор агрегаты данного типа кардинально изменились, а отдельные представители племени достойны спорткаров. К таковым относится рядный шестицилиндровый мотор BMW объемом 3,0 л с четырьмя турбонагнетателями.

Кстати, конструкция этого мотора наглядно демонстрирует собой прогресс агрегатов на «тяжелом топливе».

Техношедевр оснащен двумя малоинерционными турбонагнетателями низкого давления и еще двумя высокого, причем один из них вступает в дело за пределами 2500 об/мин. Пьезофорсунки впрыскивают топливо под колоссальным давлением в 2500 бар.

На выходе – 400 л.с. и 760 Нм. Интересно, что 450 Нм доступны уже при 1000 об/мин! Вот такие они, современные дизельные двигатели.

Источник: https://autorambler.ru/advice/princip-raboty-i-ustroistvo-dizelnogo-dvigatelya.htm

Форкамерные свечи зажигания — что это такое и в чем их преимущества?

Многие опытные автолюбители слышали о форкамерном принципе воспламенения топлива в двигателе. Подобная технология появилась еще несколько десятилетий назад и вполне могла стать прорывом в области строения ДВС.

Однако, некоторые конструктивные недостатки и нежелание производителей доводить агрегат до оптимального состояния привели к тому, что форкамерно-факельные моторы ушли в историю. Зато некоторые компании до сих пор предлагают форкамерные свечи зажигания, имеющие интересное исполнение.

Давайте разбираться, что же это такое и какие преимущества дает использование подобных изделий.

Статья будет полезной? Не забудьте поставить «палец вверх» и подписаться на канал!

Первый отечественный форкамерно-факельный двигатель был разработан заводом «ГАЗ».

Его устанавливали на испытательные образцы «Волги», и до сих пор на дорогах можно встретить экземпляры со столь необычной системой зажигания. Её особенностью является то, что мотор оснащен предкамерой с дополнительным клапаном (форкамерой).

Именно в ней воспламеняется небольшое количество топлива от свечи, которое затем попадает в основную камеру и зажигает обедненную топливо-воздушную смесь, загореться сама от обычной искры она не может.

Подобное решение имело ряд преимуществ. Автомобиль мог использоваться на бедной смеси, что значительно снижало уровень токсичности и расход горючего. К тому же, мощность двигателя увеличивалась на 7-10% по сравнению с традиционным решением.

Но в полноценное серийное производство такие силовые агрегаты не пошли. Их пыталась внедрять и «Хонда», но даже японцы не смогли до конца реализовать затею. Моторы были капризными к топливу, ненадежными, поэтому не оправдывали своих достоинств.

Остались лишь форкамерные свечи, о которых и поговорим далее.

Идея создать форкамерно-факельные свечи зажигания пришла в голову инженерам как раз после того, как подобные двигатели перестали выпускаться.

На отечественном рынке изделия продаются уже 8-10 лет, и мнение по поводу них у автолюбителей разное. Маркетологи также не дремлют, активно продвигая «чудо-свечи» среди потребителей.

Если раньше за их выпуск брались малоизвестные компании, то теперь форкамерные свечи можно найти даже в ассортименте NGK.

Принцип работы конструкции схож с тем, что использовался в моторе. Вокруг электрода расположена имитация камеры с отверстиями, предназначенными для вентиляции.

Предполагается, что подобное решение позволяет поджечь топливную смесь от искры в мини-камере, а от пламени загорится оставшаяся часть.

Инженеры пытались добиться тех же преимуществ, которые есть у одноименного типа двигателей. Однако, на практике технология оказалась не столь эффективной.

Маленькие размеры камеры не позволяли нормально поджечь топливо, поэтому фактически принцип работы свечей не менялся. Если в моторе размер форкамеры составлял около 25% от обычной камеры, то здесь соотношение было в разы меньше.

Увеличение мощности, которое замечают автолюбители, вряд ли связано с особенностью свечей. Попросту из-за увеличенных размеров конструкции степень сжатия в цилиндре увеличивается, что приводит к улучшению динамики на определенных оборотах.

Многие тесты показали незначительную прибавку мощности.

Зато в остальном диапазоне оборотов можно сталкиваться с детонацией и повышенной нагрузкой на двигатель.

Именно поэтому многие автолюбители и эксперты считают установку форкамерных свечей зажигания на обычные двигатели пустой тратой денег, ведь стоят они в несколько раз дороже традиционных.

Некоторые автолюбители пробовали самостоятельно делать форкамерные свечи, проделывая отверстие в боковом электроде. Но и это не приносит значительных улучшений, оправдывающих усилий.

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5a2baff47425f594f0646ccd/5c0528bad43c5303cb8e0847

Ссылка на основную публикацию