Двигун внутрішнього згоряння з розшаруванням паливоповітряного заряду та з примусовим запалюванням при безпосередньому вприскуванні палива

Двигун внутрішнього згоряння з розшаруванням паливоповітряного заряду та з примусовим запалюванням при безпосередньому вприскуванні палива, який містить циліндр, головку циліндра, поршень з днищем, що утворює з головкою циліндра камеру згоряння, яка розміщена симетрично відносно осі циліндра, та витискувач, при цьому внутрішні поверхні головки циліндра являють собою увігнуті поверхні та утворюють поверхню витискувача, що паралельна днищу поршня, та внутрішню поверхню камери згоряння, які розділяє горловина, запалювальну свічку з електродами, між якими є міжелектродний проміжок, паливну форсунку з розпилювачем, встановлену в бічній стінці циліндра, який відрізняє ться тим, що паливна форсунка виконана з можливістю формування паливного конусоподібного факела, який складається з тіла факела у формі конуса, обмеженого його твірною та зовнішнім кутом розкриття j , і конусоподібної порожнини в тілі факела, обмеженої її твірною та внутрішнім кутом розкриття b , при цьому форсунка встановлена таким чином, що міжелектродний проміжок запалювальної свічки знаходиться усередині конусоподібної порожнини факела. 8. U 2 UA 1 3 29459 розподілу паливоповітряної суміші в циліндрі двигуна шарами. У теперішній час, у наслідок вичерпання світових запасів органічного палива і стабільного зростання рівня його споживання, особливо рідкого, проблема його раціонального та ефективного використання виходить у розряд найбільш гострих та таких, що потребують невідкладного рішення. Основними споживачами світлих рідких палив є ДВЗ, що виробляють більш 80% механічної енергії, яка споживається людством у своїй діяльності. З них дуже великим класом по кількості одиниць, що випускаються у світі, є ДВЗ із іскровим запалюванням, як двотактні, так і чотиритактні. При цьому вміст шкідливих речовин у відпрацьованих газах ДВЗ забруднює атмосферний простір, погіршує екологічну ситуацію на планеті. Тому зниження витрати палива і викидів шкідливих речовин з відпрацьованими газами є актуальною проблемою. Основне паливо для ДВЗ - бензин або дизельне паливо, отримане в результаті переробки нафти, яке в основному складається з вуглеводнів (CnHm). При повному згорянні палива виділяється тепло, утворюється вуглекислий газ (СО2) і водяна пара (Н2О). У процесі згоряння палив утворюються оксиди азоту (NOX) в результаті реакцій окислювання азоту (N2), що міститься як у паливі, так і в атмосферному повітрі, киснем (О2) повітря. Кількість оксидів азоту (NOX) у відпрацьованих газах визначається в основному температурою згоряння, концентрацією азоту та кисню в продуктах згоряння. Без спеціальних подробиць, у чисто хімічному аспекті, вплив шкідливих речовин, що знаходяться у відпрацьованих газах автомобіля, на живі організми зводиться до наступного. У наслідок того, що частина вугле воднів бензину не окислюється до кінця, утворюються оксиди вуглецю (СО), які вчиняють шкідливий вплив на здоров'я людини навіть при низьких концентраціях унаслідок більш активної в порівнянні з киснем взаємодії з гемоглобіном крові. В умовах високих температур, що розвиваються в циліндрі двигуна, азот окислюється киснем повітря до оксиду азоту (NO) і діоксиду азоту (NO2), які викликають загальну слабість, запаморочення й нудоту. Сірка (S), що міститься в бензині, окисляється до оксиду сірки (SO2), що порушує процеси подиху й сприяє підвищенню кислотності атмосферних опадів. При горінні бензину в умовах нестачі кисню й високих температур утворюється 3,4-бензпірен (С20Н12), речовина, що має канцерогенні властивості. На стадії запалювання палива, а тим більше при запуску двигуна або його роботі без навантаження, тобто в умовах надлишку кисню, здійснюється синтез альдегідів (RXCHO), що вчиняють наркотичну дію на центральну нервову систему. Шкідливий вплив хімічних сполук, що утворюються в складі відпрацьованих газів при експлуатації ДВЗ, виявляється не тільки стосовно людини, але й поширюється на все навколишнє природне середовище. 4 На перебіг процесів згоряння, тепловиділення, а через те і на витрати палива та кількість викидів шкідливих речовин у відпрацьованих газах ДВЗ в першу чергу впливає організація перебігу процесів сумішоутворення. Перспективним способом зниження витрати палива й викидів шкідливих речовин з відпрацьованими газами двигунів з іскровим запалюванням є застосування безпосереднього вприскування палива з розшаруванням паливоповітряної суміші, що особливо актуально для двотактних двигунів. Значно впливає на показники ДВЗ із розподілом паливоповітряної суміші в циліндрі двигуна шарами характер організації процесів сумішоутворення і згоряння, склад паливоповітряної суміші, що характеризується коефіцієнтом надлишку повітря a . a= Gпов , Gпал × l 0 де Gпов - маса повітря; Gпал - маса палива; l 0 - теоретично необхідна кількість повітря для повного згоряння палива, і розміщення об'єму паливоповітряної суміші в об'ємі камери згоряння щодо джерела запалювання - електродів запалювальної свічки. На часткових режимах якісна організація перебігу процесів сумішоутворення і згоряння при ефективному розшаруванні паливоповітряної суміші буде, коли на момент запалювання в об'ємі, що оточує запалювальну свічку й в міжелектродному проміжку запалювальної свічки знаходиться збагачений легкозаймистий склад паливоповітряної суміші ( a =0,8-0,9), а в інших об'ємах камери згоряння знаходиться повітря ( a ® ¥ ). На режимах максимальної потужності повинне забезпечуватись рівномірне розподілення паливоповітряної суміші ( a » 1 ) по всьому об'єму камери згоряння. Якість паливоповітряної суміші залежить від способу організації процесів сумішоутворення. Існують три типи вн утрішнього сумішоутворення: об'ємне, об'ємно-плівкове та плівкове. Кожний із типів сумішоутворення має свої переваги й недоліки. Однак для створення якісної однорідної паливоповітряної суміші, у якій біля кожної молекули палива розташована однакова кількість молекул кисню, азоту та інших компонентів, найбільш переважним є плівкове сумішоутворення. Для ефективного способу організації плівкового сумішоутворення необхідно значну частину циклової подачі палива, що вприскується (більш ніж 90%), подавати на поверхню камери згоряння під гострим кутом, який забезпечує розтікання палива по стінці тонким шаром, а біля стінки організувати спрямований рух повітряного заряду так, щоб забезпечувався інтенсивний відвід парів палива від паливної плівки і якісне зміщення парів палива з потоком повітря, що набігає. При цьому необхідно, щоб паливна плівка не руйнувалася. Реалізацію плівкового сумішоутворення здійснюють при організації внутрішнього 5 29459 сумішоутворення шляхом безпосереднього вприскування палива в камеру згоряння ДВЗ і спрямованого вихрового руху повітря за рахунок конструктивних особливостей камери згоряння. Організація внутрішнього сумішоутворення в камері згоряння залежить від форми паливного факела, середнього діаметра крапель та тиску вприскування. Форма паливного факела й також орієнтація паливної форсунки обумовлюють якість перебігу процесів сумішоутворення, формування складу паливоповітряної суміші, інтенсивність запалювання і згоряння паливоповітряної суміші. При цьому організація плівкового сумішоутворення з використанням відомих способів подачі палива обумовлює ускладнення конструкції двигуна через необхідність забезпечення спрямованого вихрового руху повітря, що визначає ускладнення конструкції камери згоряння. Наприклад, використання вихрових камер згоряння ускладнюється не тільки їхньою формою, але й застосуванням спеціального жароміцного матеріалу в сполученому каналі між надпоршневими об'ємами. Крім того, використання розділених камер згоряння збільшує теплові втрати в головці циліндра, що знижує економічність двигуна. Система запалювання призначена для запалювання паливоповітряної суміші в точно встановлений момент часу. У двигуна х з іскровим запалюванням це досягається за рахунок електричної іскри, тобто електроіскрового розряду, створюваного між електродами запалювальної свічки. Для виникнення іскри запалювання напруга між електродами свічки повинна різко зрости для утворення високовольтної електричної дуги. Після виникнення іскрового розряду паливоповітряна суміш, що знаходиться між електродами свічки, може запалитися в будь-який момент цієї фази. Важливим параметром запалювання паливоповітряної суміші є її склад, який повинен знаходитися в межах займистості, що відповідає a =0,4-1,2. коефіцієнту надлишку повітря Перезбагачення паливоповітряної суміші ( a