6 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Форкамера дизельного двигателя что это такое

Форкамера дизельного двигателя что это такое

Один из наиболее распространенных дефектов, с которым сталкиваются при ремонте ГБЦ вихрекамерных дизельных двигателей, — ослабление посадки или повреждение вихревых камер. В таких случаях производители двигателей традиционно рекомендуют верное «средство» — замену головки. С ними не согласны специалисты фирмы «Иномотор», предлагающие свои «ответные меры».

Вихрекамерные дизельные двигатели относятся к классу дизелей с так называемой, разделенной камерой сгорания. Напомним, что разделение камеры сгорания на основную и дополнительную, размещенную в теле головки блока, при некотором увеличении расхода топлива позволяло снизить шумность работы и токсичность выхлопа. Лишь с появлением современных систем топливоподачи, неприступные позиции таких моторов несколько потеснили двигатели с непосредственным впрыском топлива.

До недавнего времени подавляющее большинство легковых автомобилей различных марок оснащалось силовыми агрегатами, в которых применялись дополнительные камеры вихревого типа. Исключение составляли, пожалуй, лишь дизельные двигатели Mercedes, где использовались более сложные по конструкции, предкамеры.

Демонтировав головку блока практически любого «легкового» дизеля, легкосплавную или чугунную, можно увидеть примерно одинаковую картину. В тело головки, в области свода камер сгорания, запрессованы цилиндрические вихревые камеры, изготовленные из жаростойкой стали. Каждая камера расположена таким образом, что примерно половина ее торца на собранном двигателе закрывается прокладкой ГБЦ. В оставшейся части размещен наклонный канал, через который внутренняя полость вихревой камеры сообщается с основной. Именно эти детали дизельной головки (на «технослэнге» их часто называют «форкамерами») доставляют немало хлопот при ремонте. В чем причина?

Сняв дизельную головку, часто обнаруживают, что натяг в соединении форкамер с головкой ослаб. Возникшую подвижность форкамеры в посадочном отверстии можно определить, пытаясь аккуратно выбивать ее с обратной стороны головки через отверстие, в которое вворачивается форсунка. Иногда для этого достаточно просто покачать ее пальцами. В ряде случаев посадка прослабляется настолько, что форкамера буквально выпадает из гнезда без посторонней помощи. Бывает, что этот дефект до поры не обнаруживают и он вскрывается при ремонте головки, например, при фрезеровании ее плоскости.

Снижение заданного значения посадки вихревых камер может быть следствием естественных причин. Так прессовое соединение разнородных металлов реагирует на значительные тепловые и механические нагрузки, продолжительное время воздействующие на него при работе двигателя. Ведь внутри форкамеры происходит первая, наиболее динамичная фаза сгорания дизельного топлива.

Такая «история» чаще случается с двигателями VAG, Peugeot, BMW, но характерна и для продукции других производителей, особенно для «пожилых» дизелей, «тянувших лямку» более 300 тыс. км. На более свежих агрегатах натяг, как правило, снижается при нарушении теплового режима двигателя, перегреве.

Что делать в таком случае? Вариант первый — оставить все как есть. Это — плохая идея. Даже если вихревые камеры еще как-то держатся, нет сомнений в том, что через непродолжительное время они получат полную свободу. После этого, действуя как отбойный молоток, они быстро выбьют зажатую между ними и блоком прокладку, и примутся за посадочную поверхность блока. Процесс сопровождается изрядным стуком. Тем не менее практика показывает, что среди владельцев находятся любители громкой музыки, которые довольно долго ездят с таким рокотом, видимо, принимая его за соло ударных инструментов. Далее масса вариантов, например, разрушение форкамеры с попаданием обломков в камеру сгорания. В результате, как говорится, — «полный Сталинград».

Второй вариант, к которому часто прибегают, — пытаются хоть как-то закрепить форкамеры нештатным способом, например, закернить. Установлено, что это абсолютно бесполезно. На работающем двигателе они тут же приобретают прежнюю подвижность. Далее — смотри вариант первый. Казалось бы, единственный выход из ситуации — последовать рекомендациям производителей и «разориться» на новую головку.

Примерно в таком же безвыходном положении оказываются и тогда, когда у одной или нескольких форкамер обнаруживают повреждения. Это могут быть либо трещины в теле форкамеры, либо ее прогорание. Такие дефекты обычно наблюдаются в самом теплонапряженном месте, в области канала, соединяющего дополнительную камеру с основной. Распространенная причина прогорания форкамеры — нарушение работоспособности топливной форсунки и ее распылителя.

Поскольку прогорание вихревой камеры грозит серьезным нарушением процесса сгорания топлива, а трещины — ее механическим разрушением, поврежденную форкамеру (или форкамеры) при ремонте нужно обязательно заменить. Вопрос: на что? Известно, что для дизелей BMW, например, вихревые камеры как запчасти поставляются не отдельно, а только в «комплекте» с головкой. Для продукции концерна VAG некоторые фирмы производят и продают такие запчасти, но только номинальных размеров. Если даже их удалось найти, обеспечить требуемый натяг в посадочных гнездах, геометрия которых уже имеет отклонения от номинальной, не просто. Справедливости ради надо сказать, что в каталогах некоторых фирм на ряд двигателей указаны вихревые камеры с увеличенным посадочным диаметром. Не обольщайтесь, заказать их можно, но сроки исполнения заказа вас скорее всего, удивят. Причем, неприятно.

Пожалуй, «негатива» довольно. Пора в нарисованную безрадостную картину добавить оптимизма, тем более что основания для него есть. Так же, как есть и способ выйти из, казалось бы, тупиковой ситуации. Причем, не один.

На случай столкновения с «дизельными» проблемами, аналогичными рассмотренным выше, разработан ряд ремонтно-восстановительных технологий. Они позволяют достаточно быстро полностью восстановить работоспособность дизеля, что проверено длительной практикой. Технологии, на первый взгляд, просты.

Если вихревые камеры не повреждены, для восстановления необходимого натяга в соединении с посадочными гнездами существует два пути. Первый применяется, если головка изготовлена из алюминиевого сплава. В этом случае наваривают посадочные отверстия в головке. Удалив нагар с посадочных поверхностей форкамер, измеряют их диаметр. Далее растачивают отверстия так, чтобы обеспечивался достаточный натяг (0,05-0,06 мм) при запрессовке в них форкамер.

Ремонтируя чугунную головку, поступают иначе. Поскольку качественная сварка чугуна проблематична, отверстия под запрессовку форкамер лишь обрабатывают «как чисто», и то только тогда, когда это необходимо. Затем наваривают посадочные поверхности вихревых камер и протачивают их до нужной величины. Натяг форкамеры в чугунной головке делают меньшим — 0,03-0,04 мм. Этот же способ можно применять и для ремонта легкосплавных головок, если это технологически оправдано.

Когда одна или несколько форкамер повреждены и нет возможности установить новые, идут логичным путем — изготавливают их самостоятельно. При этом по-возможности точно копируют геометрию внутренней полости, угол наклона и форму выходного канала дефектного «оригинала». Понятно, что со 100-процентной точностью воспроизвести фасонные поверхности методом токарной и фрезерной обработки не удается. Это не беда, поскольку незначительное отклонение может грозить лишь небольшим несоответствием токсичности выхлопа европейским нормам, о которых у нас пока «слыхом не слыхивали». Тем более что у дизелей «со стажем», обычно поступающих в ремонт, есть масса других возможностей «отличиться» по части состава отработавших газов. Подробнее о технологии и стоимости ремонта вихревых камер дизелей поговорим на примере.

Пример для иллюстрации сказанного подвернулся довольно типичный. Головка принадлежит дизельному двигателю BMW марки М51 В25. Напомним, что это рядный, 6-цилиндровый двигатель с рабочим объемом 2,5 л. Такой силовой агрегат устанавливался на BMW 525 Tdi. Его же «позаимствовал» концерн GM для дизельных модификаций Opel Omega В. Если «отрезать» пару цилиндров, то из него получится 4-цилиндровый двигатель М41 В18, которым оснащалась «трешка» BMW 318 Tdi.

Неисправности, обнаруженные при осмотре головки блока, выполненной из алюминиевого сплава, также характерны. Все шесть установленных форкамер чувствуют себя в посадочных отверстиях довольно свободно: того и гляди, вывалятся. Одна из форкамер прогорела, кромки канала оплавлены. Состояние других — удовлетворительное. Вынесенный после осмотра вердикт гласит: неповрежденные форкамеры перепрессовать с восстановлением натяга, вместо поврежденной изготовить и установить новую. Напомним, что фирма BMW этому решению может противопоставить только одну альтернативу — установить новую головку.

Читать еще:  Что такое рвс препарат для двигателя

Было принято решение пойти путем наварки посадочных поверхностей форкамер. Большой объем сварочных работ на довольно длинной головке мог обернуться существенными деформациями ее плоскости. Перед извлечением вихревых камер было отмечено их угловое положение относительно головки. В штатной конструкции оно фиксируется приливами на боковой кромке. Далее пути ГБЦ и форкамер временно разошлись. Головка переместилась на фрезерный участок, где поверхности посадочных отверстий были расточены до удаления видимых повреждений. «Звено» из пяти вихревых камер отправилось на сварочный пост.

Посадочный буртик форкамер, изготовленных из жаростойкой стали, наплавлялся ручной аргоно-дуговой сваркой с использованием высоколегированной присадочной проволоки. После наварки каждая из них была промаркирована и обработана индивидуально под размер посадочного отверстия.

Наиболее трудоемкая и тонкая часть технологии — изготовление новой форкамеры. Здесь приходится демонстрировать мастерство и токарю, и фрезеровщику. Особенно это касается операции фрезерования наклонного канала фасонного сечения. Жаростойкую сталь приходится осторожно «грызть» пятимиллиметровой пальцевой фрезой.

Далее по меткам выверяется угловое положение подготовленных форкамер, и они прочно занимают свои места с требуемым натягом. Для надежности их угловое положение фиксируют. Вместо удаленных при наварке приливов в засверленные в прежней точке фиксации отверстия забивают штифты. Процесс «венчает» операция фрезерования плоскости головки, после чего за ее работоспособность можно не беспокоиться.

При толковой организации работ и «попутном ветре» восстановление такого дефекта головки происходит в течение рабочей смены. Если работа не осложнена дополнительными трудоемкими операциями, то за изготовление новой форкамеры клиент заплатит 50 долл. Восстановление отверстия в головке обойдется в 10 долл., а замена форкамеры — в 15 долл. Кстати, устранив проблемы с вихревыми камерами, обычно забывают о том, что необходимо «потратиться» и на профилактику топливной аппаратуры. В противном случае через непродолжительное время можно вновь стать клиентом предприятия по ремонту двигателей.

Устройство дизельного двигателя

Дизельный двигатель является самым экономичным из всех двигателей внутреннего сгорания, а всё благодаря относительно высокому КПД. Если у бензинового двигателя КПД находится на уровне 20-30 % и не выше, то у дизеля это значение достигает 30-40% и даже выше, до 50% у турбированных моделей с предварительным охлаждением воздуха. Благодаря более высокому КПД достигается более низкий расход топлива, чем у бензинового двигателя, отсюда и более низкий расход топлива у дизельного двигателя.

На современные автомобили устанавливают четырёхтактные дизели, хотя существуют и двухтактные. От бензиновых конструктивно дизели почти не отличаются- тот же блок цилиндров, те же поршни, коленвал и головка блока, только детали рассчитаны на бОльшие нагрузки, поэтому выглядят несколько массивнее.

Конструкция

Как и бензиновый двигатель, дизельный также является двигателем внутреннего сгорания и состоит из аналогичных деталей за исключением системы подачи топлива и системы зажигания- здесь это всё выполняется системой впрыска топлива.

Блок цилиндров изготавливается из чугуна, хотя в последнее время всё чаще стали появляться конструкции из алюминиевого сплава, но они пока непопулярны. Степень сжатия дизельного двигателя примерно 16-19. Поршень подходит к головке блока очень близко, практически вплотную, а камера сгорания расположена в самом поршне- в нём сделаны углубления. Но топливо может впрыскиваться не в саму камеру сгорания, на некоторых моделях установлены предкамеры или вихрекамеры — так называемые разделённые камеры сгорания- в них происходит воспламенение топливной смеси, а уже оттуда уже горящая смесь поступала в надпоршневое пространство. Это позволяло снизить шум работающего дизеля и сделать его работу более плавной.

Для более лёгкого пуска в дизельных двигателях предусмотрены свечи накаливания. Они вставляются внутрь камеры сгорания и подогревают воздух перед пуском двигателя. Когда заводишь двигатель, ключ зажигания сначала надо перевести в положение, включающее свечи накаливания- на приборке загорится соответствующая лампочка со спиралью, когда лампочка погаснет- можно крутить стартер. Если заводить двигатель без свечей накала, то ему будет сложно нагнать необходимую температуру, при которой будет воспламеняться топливо. Свечами накала управляет соответствующий блок управления. Свечи накала работают до тех пор, пока двигатель не наберёт необходимую температуру, а не выключаются сразу после пуска, хотя а некоторых моделях могут и сразу выключаться,- всё зависит от конструкции.

Принцип работы

Дизельный двигатель является классическим 4-х тактным двигателем внутреннего сгорания. Цикл работы состоит из следующих тактов:

  1. впуск
  2. сжатие
  3. рабочий ход
  4. выпуск

На впускном такте открываются впускные клапана и в цилиндр поступает воздух; поршень при этом движется вниз, что обеспечивает разрежение в цилиндре и воздух при этом свободно всасывается из-за разницы давления. Если при этом воздух нагнетается турбокомпрессором, то эта разница становится ещё больше, а значит больше воздуха может поступить в цилиндр. В конце такта впуска впускные клапана закрываются и воздух перестаёт поступать в цилиндры- образуется герметичная камера.

На такте сжатия поршень двигается вверх, объём камеры сгорания уменьшается, соответственно воздух сжимается, тем самым нагревается свыше температуры воспламенения дизельного топлива. В конце такта сжатия, когда температура воздуха в цилиндре максимальная, в него впрыскивается топливо. Впрыск топлива производится не моментально, а происходит некоторое время- поршень за это время успевает пройти ВМТ, и на рабочем ходе происходит окончание впрыска топлива.

Механические системы впрыска делают один впрыск, но современные топливные системы с электронным управлением и давлением в две тысячи бар могут производить семь впрысков за такт- предварительные, основные и пару впрысков ещё вдогонку, что позволяет сделать двигатель более тихим и эластичным.

На рабочем ходу поршень под действием силы расширяемых газов двигается вниз, передавая крутящий момент коленвалу. Это единственный полезный такт в цикле- на всех остальных тактов энергия только расходуется.

На такте выпуска выпускные клапана открываются и через них выходят отработавшие газы. Давление в камере сгорания в это время очень высокое, так что выходят выхлопные газы без проблем благодаря разнице давления в камере сгорания и в выхлопной системе.

Далее всё повторяется по новой.

Типы камер сгорания

Топливо в дизельном двигателе впрыскивается как непосредственно в камеру сгорания- на цилиндр, так и в промежуточную предкамеру- вихрекамеру или форкамеру. От этого и зависит тип камеры сгорания и геометрия днища поршня. При непосредственном впрыске топлива выемка в днище поршня большая- отсюда топливо, сгорая, равномерно распределяется по всей камере сгорания. Если конструкцией предусмотрена предкамера, то основное горение топлива происходит именно там, а догорает оно уже в камере сгорания, вырываясь из предкамеры через связывающий их перепускной канал, соединяющий предкамеру с камерой сгорания. По причине того, что в цилиндре топливо догорает и ему не нужно никуда распределятся, углубления в поршнях делают минимальными.

Отличия форкамеры от вихрекамеры в том, что в вихрекамере топливо закручивается, чтобы лучше перемешаться с воздухом, в то время как в форкамере топливо не закручивается. Свечи накаливания располагаются в предкамере, и форсунки впрыскивают на них топливо.

Недостатком предкамер являются механические потери при перемещении газов, от этого снижается КПД двигателя, а также из-за этого двигатель сложнее заводится. Применялись предкамеры для того, чтобы снизить шум и вибрацию двигателя, но с появлением современных топливных систем- насос-форсунок либо Common Rail- необходимость использовать предкамеры отпала, все современные двигатели работают при непосредственном впрыске, и достаточно тихо.

Читать еще:  В чем измеряется мощность двигателя самолета

Системы впрыска

Механический впрыск

Самая простая система впрыска дизельного топлива- это механическая с обычным механическим ТНВД (рядным либо распределенного впрыска) и механическими форсунками, которые открываются под давлением, создаваемым топливным насосом. Система надёжная, эффективная, но довольно устаревшая- невозможно точно дозировать топливо и момент впрыска, так как производится всего один впрыск. Эти системы пытались модернизировать, устанавливая электронику на насос, но толку от этого было мало, разница между механической топливной системой и Common Rail, как между карбюратором и инжектором, поэтому в настоящее время применяется только на каких-нибудь дешёвых китайских грузовиках.

Насос-форсунки

Более прогрессивная система, форсунка сама нагнетает топлива, сама и впрыскивает. Располагается под крышкой головки цилиндров и приводится в действие распредвалом- кулачок давит на плунжер, нагнетая давление топлива, а открывается форсунка с помощью электронной системы, что даёт возможность качественно дозировать количество топлива, поступаемого в цилиндр и момент впрыска, что даёт стабильную работу двигателя.

Common Rail

Эта система чем-то похожа на бензиновый инжектор- топливный насос высокого давления нагнетает дизельное топливо в аккумулирующую рейку, а оттуда топливо поступает к форсункам. Давление в рейке поддерживается постоянное и может достигать 2000 бар, а на последних моделях двигателей даже больше.

Форсунки управляются электроникой, и могут осуществлять несколько впрысков за раз- от 4-х на старых образцах, до 7-ми на последних двигателях. Топливо впрыскивается до достижения ВМТ- подготовительные впрыски, чтобы разогреть камеру, в районе ВМТ- основной впрыск и во время движения поршня вниз- небольшой пшик вдогонку.

Это обеспечивает мягкую бесшумную работу двигателя, почти как на бензиновых, отличную мощность и крутящий момент. Современные дизели не уступают своим бензиновым аналогам в мощности, но всё так же экономичны.

Форкамера двигателя внутреннего сгорания

Владельцы патента RU 2270349:

Изобретение относится к двигателестроению, преимущественно к двигателям внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. Форкамера содержит полость, сообщенную с основной камерой сгорания перепускным каналом, смонтирован на наружной части головки блока цилиндров, имеет полость со встроенной распиливающей форсункой, а перепускной канал выполнен в виде профилированного сопла Лаваля, причем входной участок перепускного канала имеет образующую в виде гладкой кривой, форма которой определяется по соотношению Витошинского, а сопряжение входного и выходного участков выполнено по дуге эллипса. Изобретение обеспечивает работу ДВС на бедных жидкотопливно-воздушных и газовоздушных смесях, экономию дизельного топлива, малую токсичность отработавших газов, простоту технического обслуживания и низкую себестоимость. 1 ил.

Изобретение относится к двигателестроению, преимущественно к двигателям внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, и предназначено для улучшения их технико-экономических и экологических показателей.

Известны форкамеры двигателей внутреннего сгорания, выполненные в головке блока цилиндров, сообщенные с основной камерой сгорания соединительными каналами (см., например, патент США №4442807 кл. F 02 В 19/18, 1984 г., патент РФ №2099550 F 02 В 19/18, 1995 г.)

Недостатками таких форкамер являются высокая трудоемкость производства и технического обслуживания, а также невозможность использования на действующем и производимом парке автотехники, так как неизбежные изменения в конструкции двигателя потребуют вложения капитальных затрат на разработку конструкций его новых деталей и узлов, изменение технологии производства и дополнительное оборудование и техоснастку. Размещение известных форкамер в нижней части головки блока цилиндров существенно затрудняет их технологическое обслуживание и, при необходимости, демонтаж, так как потребует разборку двигателя автомобиля. Указанные недостатки затрудняют внедрение известных форкамер на действующем автопарке и выпускающихся автомобилях и решение в реальном времени задач повышения топливной экономичности автомобилей и экологических проблем в крупных городах и на автотрассах.

Эти недостатки устранены в форкамерах по патентам Великобритании №1261176, Кл. F 02 В 19/12, 1972 г. и РФ №2210677, F 02 В 19/18, 2001 г., смонтированными на внешней (наружной) части головки блока цилиндров и содержащими полость, сообщенную с основной камерой сгорания двигателя при помощи перепускного криволинейного канала. Известные форкамеры просты по конструкции, легко и быстро монтируемы и чрезвычайно дешевы в производстве и эксплуатации, а форкамера по патенту РФ №2210677 на испытаниях показала высокие результаты топливной экономичности и экологичности автомобильных двигателей.

Однако эти форкамеры применимы на двигателях с принудительным (искровым) зажиганием и не могут быть использованы на двигателях с воспламенением от сжатия горючей смеси (дизельных ДВС).

Известны топливные насосы дизельных двигателей с повышенным давлением впрыска топлива 70-100 МПа (70-100 атм), например ЯМЗ ТА 423, ТА 444, ТА 861. Такое увеличение давления впрыска топлива необходимо для лучшего его распыления в камерах сгорания новых двигателей, чтобы сжигать дизтопливо по критериям, удовлетворяющим требованиям экологических стандартов EURO-1, EURO-2 и EURO-3.

Однако такое повышение давления впрыска вызывает повышение мощности топливного насоса и его привода, что составляет 10-15% мощности ДВС, развиваемой автомобилем на крейсерской скорости движения (˜80 км/час). Такая высокая мощность привода топливного насоса обуславливает значительный дополнительный расход топлива, что ухудшает топливную экономичность ДВС, а экологические характеристики автомобиля остаются в существенной степени зависимы от надежности и эффективности работы форсунок и качества смесеобразования в цилиндре ДВС, которые в настоящее время еще очень низкие.

Целью настоящего изобретения является существенное улучшение топливной экономичности и экологичности ДВС с воспламенением от сжатия горючей смеси на основе простого и надежного технического решения.

Для этого известный двигатель с воспламенением от сжатия горючей смеси (например, ЯМЗ-238, КамАЗ-740 дизельные) согласно изобретению оснащается форкамерой, смонтированной на внешней (наружной) части головки блока цилиндров и содержащей полость, сообщенную с основной камерой сгорания при помощи перепускного криволинейного канала, выполненного в виде профилированного сопла Лаваля, выходной участок которого выходит в основную камеру сгорания, а полость форкамеры содержит распыливающую форсунку для впрыска топлива.

Установка форкамеры дизельного ДВС на внешней (наружной) части головки блока цилиндров обуславливает простоту ее конструкции и технического обслуживания, а также высокую доступность и оперативность реализации предложенного технического решения в реальном времени на действующих и новых автодвигателях. Установка в полости форкамеры распыливающей форсунки устраняет необходимость увеличения давления впрыска топливного насоса высокого давления (ТНВД) и оставить его на уровне 300-350 атм, т.к. после впрыска давление в полости форкамеры, после предварительного сгорания топливной смеси, может достигать более 1000 атм, что обусловлено геометрическими и конструктивно-прочностными характеристиками головки блока цилиндров и форкамеры. Выполнение перепускного канала в виде профилированного сопла Лаваля обеспечит наивысшую (сверхзвуковую) скорость истечения топливно-воздушной смеси в цилиндр двигателя и ее наилучшие дисперсность и распыление, что приведет к оптимальным параметрам смесеобразования и сгорания топлива и, как следствие, к снижению расхода топлива, токсичности выхлопных газов и высокому КПД двигателя автомобиля.

Компактная, легко и быстро монтируемая и демонтируемая конструкция форкамеры обеспечит простоту ее производства, эксплуатации и технического обслуживания, низкую себестоимость и доступность широкому потребителю, решение актуальных экологических проблем автотранспорта.

Предложенное техническое решение не известно из доступных источников информации уровня техники, из которого явным образом не следует для специалиста-двигателестроителя и промышленно легко осуществимо для производства форкамерно-факельных систем ДВС, то есть соответствует критериям патентоспособности.

Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг.1), который имеет чисто иллюстративное значение и не ограничивает объема прав совокупности существенных признаков формулы изобретения, где изображены: форкамера 1, смонтированная на наружной части головки 2 блока цилиндров 3, содержащая полость 4 с установленной распыливающей форсункой 5, перепускной канал 6, выполненный в виде профилированного сопла Лаваля с контуром, образованным плавной кривой и состоящим из входного 7 и выходного 8 участков.

Читать еще:  Что может вызвать перегрев двигателя

По совокупности конструктивных признаков форкамера представляет собой импульсный реактивый двигатель, работающий в заторможенном (обращенном) режиме, в котором окислитель (воздух) подается через реактивное сопло.

Входной участок 7 перепускного канала 6 имеет образующую в виде гладкой кривой, форма которой может быть определена, например, по известному соотношению Витошинского, а контур выходного участка 8 может быть построен известным методом характеристик. Сопряжение образующих этих участков можно выполнить по дуге эллипса.

Устройство функционирует следующим образом. На такте сжатия ДВС сжатый воздух при Т˜700-900°С из основной камеры сгорания через перепускной канал 6 поступает в полость 4 форкамеры и заполняет ее. В момент впрыска из распылителя форсунки 5 в полость 4 впрыскивается распыленное топливо, где воспламеняется и частично сгорает, температура в полости форкамеры повышается до 1500-2000°С, а давление поднимается до величины более 1000 атм. Раскаленные продукты предварительного сгорания за счет сильного перепада давлений на входе и выходе перепускного канала 6 истекают со сверхзвуковой скоростью в основную камеру сгорания, где интенсивно перемешиваются со сжатым воздушным зарядом и эффективно догорают при наивысшей скорости сгорания топлива и максимальной полноте окисления топлива, обеспечивая повышенное давление на поршень и минимальную токсичность продуктов сгорания в цилиндре ДВС.

Ограниченное сообщение полости форкамеры 4 с объемом цилиндра ДВС за счет малого сечения перепускного канала 6 существенно снижает возможность коррозийного запирания отверстий распылителя форсунки 5 вследствие образования пускового конденсата или их закоксовывания от пригарания масляных брызг, что повышает надежность работы топливной аппаратуры ДВС.

Использование настоящего изобретения обеспечивает надежный пуск дизельного ДВС, устойчивость и мощность его работы на бедных топливно-воздушных смесях при снижении выхлопных газов в десятки раз и снижение скорости разрушения озонового слоя Земли, так как дизельные ДВС составляют более 50% единиц автотранспортной техники всех стран мира.

Форкамера двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия, содержащая полость, сообщенную с основной камерой сгорания перепускным каналом, отличающаяся тем, что она смонтирована на наружней части головки блока цилиндров, содержит установленную в полости распыливающую форсунку и сообщена с основной камерой сгорания двигателя при помощи перепускного канала, выполненного в виде профилированного сопла Лаваля, причем входной участок перепускного канала имеет образующую в виде гладкой кривой, форма которой определяется по соотношению Витошинского, а сопряжение входного и выходного участков выполнено по дуге эллипса.

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.

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.
  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.

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.

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.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector