Послойное распределение топлива в заряде смеси

В поисках процессов смесеобразования и сгорания смеси, в результате которых образуется минимальное количество вредных примесей в отработавших газах при одновременном низком расходе топлива, были разработаны многочисленные способы послойного распределения топлива в заряде смеси. Используется данный способ на бензиновых двигателях с воспламенением смеси от свечи зажигания. Здесь смесеобразование регулируется таким образом, чтобы вокруг свечи зажигания находилась богатая, хорошо воспламеняемая горючая смесь (λ=0,6-0,9), а остальной объем камеры сгорания наполнялся очень бедной смесью. Коэффициент избытка воздуха всей смеси в этом случае может составлять 2 или 3, без возникновения пропусков воспламенения смеси. В обычном бензиновом двигателе сгорание таких бедных смесей невозможно — они не воспламеняются. Двигатель с послойным распределением заряда смеси работает на такой бедной рабочей смеси без проблем, так как богатая смесь вокруг свечи зажигания является в какой-то степени факелом, который воспламеняет бедную смесь.

Из рис. 7.28 ясно, что при значении λ выше 1,3 образование оксидов азота и окисей углерода незначительное. Двигатель с послойным распределением заряда смеси работает при коэффициенте избытка воздуха λ=1,3 и более. Отработавшие газы в двигателе с послойным распределением заряда смеси также содержат небольшое количество углеводородов, так как в противоположность обычному бензиновому двигателю, несмотря на высокий коэффициент избытка воздуха, не возникает перебоев в воспламенении смеси.


Удельный расход топлива здесь ниже, чем в обычном бензиновом двигателе. Кроме того, двигатель с послойным распределением заряда смеси не достигает полной литровой мощности, характерной для обычного бензинового двигателя, так как вследствие использования бедной смеси теплота ее сгорания ниже.

Двигатели с послойным распределением смеси можно разделить на две основные группы:

• двигатели с неразделенной камерой сгорания;
• двигатели с разделенной камерой сгорания.

К первой группе относится, например, двигатель фирмы «MAN-FM» (рис. 7.45). Большое количество топлива впрыскивается на стенку камеры сгорания в поршне. Вследствие вихревого движения воздуха в камере сгорания непосредственно к свече зажигания попадает относительно небольшое количество топлива, которое образует легко воспламеняющуюся горючую смесь. Дальнейшее сгорание рабочей смеси описано в разделе 7.2.2. Двигатель «MAN-FM» относится к группе моторов с впрыскиванием топлива на стенку камеры сгорания. Таким образом расслоение рабочей смеси, необходимое для ее воспламенения, производится посредством соответствующей конструкции двигателя.

С 2005 года покупателям предлагаются легковые автомобили, где образование послойного заряда смеси происходит по другому принципу. В этом случае с помощью высокого давления впрыскивания (до 200 бар) и пьезоэлектрических форсунок образуется струя топлива, ядро которой имеет обогащенный состав, а периферия обеднена. Благодаря соответствующему расположению свечей зажигания, в струе происходит воспламенение смеси, а от нее воспламеняется остальной объем смеси в камере сгорания. Пьезоэлектрические форсунки делают возможным многочисленные впрыскивания за один рабочий цикл с высокой точностью, которая необходима для создания желаемого расслоения заряда при соответствующих режимах работы. Чаще всего форсунка расположена в центре камеры сгорания и формирует конусообразную струю топлива.


На рис. 7.71 изображена разделенная камера сгорания. Небольшая предкамера, также называемая вспомогательной камерой сгорания, находится над каналом, соединенным с основной камерой сгорания. В предкамере при впрыскивании топлива создается богатая смесь, которая затем воспламеняется от свечи зажигания. Пламя распространяется по каналу, соединяющему предкамеру с надпоршневым пространством, и зажигает бедную смесь в основной камере сгорания. Последняя получает смесь, как и в обычном бензиновом двигателе, из карбюратора или посредством впрыскивания бензина во впускной коллектор. При уменьшении нагрузки примерно до половинной этого достаточно при уменьшении только количества бензина для основной камеры сгорания при неизменном количестве воздуха; этот способ называется качественным регулированием. Но при нагрузке ниже половинной необходимо также уменьшить количество воздуха, иначе смесь будет сильно обеднена, скорость распространения пламени будет слишком высокой, а экономное горение незначительным.



Двигатель с послойным распределением заряда обладает особенностями как бензинового, так и дизельного двигателей, например, свечой зажигания и предкамерой. Поэтому его относят к гибридным двигателям.