6.2. Улучшение эффективности работы двс с искровым зажиганием

Снижению проявления детонационного сгорания при увеличении ε способствует работа ДВС на бедных смесях с α > 1,3 при интенсификация движения заряда в камере сгорания (рис. 6.7).

Рис. 6.7. Изменение ε в зависимости от α:

──── – камера сгорания с повышенной турбулентностью заряда;

─ ─ ─ – обычная камера сгорания; 1 – границы появления детонации;

2 – границы пропусков воспламенения при работе на бедной смеси;

3 – границы пропусков воспламенения при работе на богатой смеси

Для интенсификации вихревого движения заряда в камере сгорания ДВС с искровым зажиганием используют тангенциальные или винтовые впускные патрубки, а также камеры сгорания, в которых вихревое движение заряда образуют при сжатии с помощью различных вытеснителей (рис. 6.8).

ДВС с изменяемым вихревым движением гомогенного заряда в камере сгорания, разработки которых проводят фирмы Toyota, Toyo Кogyo и др., могут работать экономично на смесях с α ≈ 1,4 с низким уровнем вредных веществ в отработавших газах. Завихритель, установленный во впускном патрубке головки цилиндров и перемещаемый в зависимости от нагрузки, позволяет изменять интенсивность движения заряда на впуске в цилиндр (рис. 6.8а).

а)

б)

Рис. 6.8. Схемы ДВС с вихревым движением

заряда в камере сгорания:

а – ДВС с регулируемым движением заряда; б – ДВС May - Fireball

Примером сочетания компактности камеры сгорания с организацией в ней вихревого движения заряда может быть ДВС May – Fireball. В этом ДВС камера сгорания образована в головке цилиндра в виде углубления под выпускным клапаном и соединена тангенциальным каналом с пространством под впускным клапаном, причем свеча зажигания расположена в камере сгорания против входа в нее тангенциального канала (рис. 6.8б). При сжатии смеси придают движение вокруг оси камеры сгорания путем вытеснения заряда через тангенциальный канал. В цилиндр двигателя, который может работать с ε = 15, через ниспадающий впускной патрубок подают бедную смесь с α от 1,25 до 1,45.

Снижению склонности к детонации и работе ДВС с искровым зажиганием на бедных смесях при увеличенных ε способствует расслоение заряда или неравномерное распределение топлива в заряде цилиндра (рис. 6.9).

В ДВС Porche c S/D = 78,9/95 при ε = 11 расслоение заряда получают при впуске в цилиндр через один впускной патрубок обогащенной смеси, а через другой – чистого воздуха или обедненной смеси (рис. 6.9а). Другим способом расслоения заряда в цилиндре является организация движения заряда в камере сгорания и непосредственное впрыскивание в нее бензина при впуске или сжатии (рис. 6.9б). Разработки такого ДВС начались фирмами Ford (процесс PROCO), Техасо (процесс ТССS), Mitsubishi (MCP) и продолжаются довольно интенсивно ведущими двигателестроительными фирмами.

а)

б)

Рис. 6.9. Схемы ДВС с расслоением заряда в цилиндре:

а – при впуске в цилиндр; б – при непосредственном впрыскивании

бензина в камеру сгорания

Двигатель с форкамерно-факельным зажиганием, разработанный в Институте химической физики и реализованный в серийном производстве на Заволжском моторном заводе, может эффективно работать как на бедных, так и богатых смесях (рис. 6.10).

Рис. 6.10. Схема ДВС ЗМЗ-4022.10

с форкамерно-факельным зажиганием

Сущность работы форкамерного ДВС заключается в том, что заряд в камере сгорания воспламеняется активными продуктами неполного сгорания смеси с α_ф = 0,4 – 0,6, которая должна быть образована в форкамере к моменту зажигания (см. рис. 5.8). Процесс сгорания происходит во всем объеме цилиндра очень быстро и эффективно при минимальном образовании вредных веществ. Для этого при впуске в цилиндр форкамерного ДВС через основной впускной клапан поступает воздух или бедная смесь, а в форкамеру через вспомогательный впускной клапан - богатая смесь с α = 0,2 – 0,3.

При такой организации рабочего процесса форкамерный ДВС с непосредственным впрыскиванием топлива в камеру сгорания на холостом ходу может работать на смесях с α > 4,0, а при максимальной нагрузке – на составе смеси с α = 0,85 – 0,9. Таким образом, в форкамерном ДВС сочетаются преимущества по экономичности дизеля с возможностью сгорания смесей мощностного состава, как в ДВС с искровым зажиганием. Объемное сгорание заряда в цилиндре форкамерного ДВС значительно снижает возможность появления детонационного сгорания (рис. 6.11).

Рис. 6.11. Зависимость между октановыми числами топлива в

ДВС с форкамерным зажиганием и ДВС с искровым зажиганием

В процессе исследований было установлено, что антидетонационный эффект при использовании форкамерной системы зажигания составляет 8-10 пунктов октановой шкалы. Это дает возможность поднять на единицу степень сжатия, а, следовательно, увеличить мощность форкамерного ДВС на 10 % по сравнению с обычным искровым ДВС при использовании одного и того же топлива. Кроме того, в результате исследований было установлено, что форкамерный ДВС может успешно работать при впрыскивании в основную камеру сгорания дизельного топлива, керосина и др. топлив, что указывает на возможность его использования в качестве многотопливного.