Горіння гомогенної паливо-повітряної суміші

Гомогеннаятопліво-повітряна суміш - це суміш, однорідна за своїм складом. Крім гомогенної суміші використовується послойная суміш, в якій окислювач і паливо розташовані пошарово.

У зв'язку з існуючим дефіцитом нафти на планеті, а також проблемами екології, на сьогодні досить гостро стоять проблеми підвищення еффектівностідвігателей внутрішнього згоряння. З теорії двигунів слід - чим вище тиск в циліндрі перед займанням суміші, тим більше віддача двигуна. А тиск в циліндрі залежить від того, скільки повітря потрапить в нього за час такту впуску: чим більше повітря, тим більше буде тиск. коли його стисне поршень. Тому вигідно, щоб навіть на малих навантаженнях, коли не потрібно спалювати багато палива. в циліндр все одно потрапляло багато повітря - більше буде тиск в кінці такту стиснення. Але також відомо, що для повного згоряння бензину необхідно, щоб на кожен грам палива в циліндрі доводилося 14,7 грама повітря. Якщо повітря буде більше, така суміш називається бідною. На відміну від дизеля в бензиновому двигуні робота на дуже бідних сумішах ускладнена тим, що суміш повітря і палива тут підпалюється іскрою свічки запалювання. І якщо співвідношення повітря і палива в суміші буде більше 17: 1 (більше 17 частин повітря на 1 частина бензину), виникають проблеми із запалюванням від свічки. Дана проблема може бути ефективно вирішена за допомогою безпосереднього вприскування. Адже форсунка тут подає паливо не в потік повітря на впуску, а безпосередньо в циліндр, і ми можемо зробити так, щоб при загальному «бідному» співвідношенні повітря і палива в циліндрі близько свічки виявилося більш «багате» хмара суміші, яке добре запалюється.

Система безпосереднього впорскування передбачає як мінімум два режими роботи - робота з пошаровим сумішшю при малих навантаженнях в економічному режимі, і робота з гомогенної сумішшю при великих навантаженнях (розгін, рух на високих оборотах, з високою швидкістю).

Перемикання між цими режимами здійснюється різними способами. Наприклад, в моторах FSI (Fuel Stratified Injection) передбачена спеціальна заслінка на впуску, яка в режимі пошарового розподілу закривається. У режимі гомогенного сумішоутворення заслінка на впуску повністю відкрита. В результаті повітря надходить в циліндр рівномірно і широким потоком. У цей потік, ще під час такту впуску, і впорскується основна порція палива. У гарячому циліндрі воно випаровується і добре перемішується з повітрям - утворюється рівномірна топливовоздушная суміш по всьому циліндру. Можна зустріти інші способи перемикання режимів уприскування - наприклад, спеціальні дворежимні форсунки, які можуть вводити паливо в циліндр або компактним вузьким факелом (для пошарового розподілу), або рівномірним широким конусом (для утворення гомогенної суміші) .В залежно від навантаження на двигун і інших умов , система управління може вибрати один з наявних варіантів роботи двигуна: робота на бідній пошаровим суміші з добавкою відпрацьованих газів; робота на бідній гомогенної суміші без добавки відпрацьованих газів; робота на гомогенної стехиометрической суміші з добавкою відпрацьованих газів; робота на гомогенної стехиометрической суміші без добавки відпрацьованих газов.Что можна наочно побачити на малюнку 1:

Залежність середнього тиску від частоти обертання:

Області техніки і економіки

На малюнку 1 наведено приклад пристрою призначеного для утворення гомогенної паливо-повітряної суміші в двигуні внутрішнього згоряння.

Пристрій призначений для утворення гомогенної паливо-повітряної суміші:

Зображене на малюнку 1 пристрій містить корпус вихровий камери 1 з внутрішніми отворами 2, циліндричну золотникову заслінку 3 з тангенціальними регулюючими каналами 4, верхня частина корпусу 1 забезпечена кришкою 5, а нижня-вихідним отвором 6. Золотникова заслінка 3 навколо своєї осі повертається поворотним важелем 7 . Стінки корпусу 1, золотникова заслінка 3 і кришка 5 утворюють вихревую камеру 8. На верхній кришці 5 встановлений корпус випарника 9, верхня частина якого з'єднана з равликом 10, у вхідному повітряному каналі 11 котор ой встановлена ​​дросельна заслінка 12. Вхідний повітряний канал 11 тангенциально повідомляється з прохідним каналом 13, що має циліндричний 14, конічний 15 і вихідний 16 ділянки, утворюючи випарну камеру. Вихідний ділянку 16 прохідного каналу 13 (сопло) з'єднаний з вихровий камерою 8. У циліндричної частини прохідного каналу 13 встановлена ​​паливна форсунка 17. Як вихрова камера 8, так і равлик 10 забезпечені надзвуковими соплами Ловаліо 18 і 19 відповідно. На зовнішній стінці корпусу випарника 9 встановлені саморегульовані електронагрівальні елементи 20, причому елементи 20 розташовані по низхідній кривій так, що на внутрішній стінці прохідного каналу 13 створюється рівномірний поле температур. На малюнку 2 зображено приклад згоряння гомогенної суміші:

Від згоряння гомогенної суміші:

1 - просторова зона камери згоряння, заповнена інертними газами або повітрям;
2 - обмежена просторова зона камери згоряння, заповнена гомогенної паливо-повітряною сумішшю.

На малюнку 1 зображена реалізація тубулентного згоряння гомогенної суміші, де показано, що концентрація палива зменшується до периферії факела, а температура зростає:

Схема тубулентного факела гомогенної суміші: 1 - свіжа суміш; 2 - конус-поверхня займання; 3 - турбулентний фронт горіння; 4 - видимий фронт горіння; 5 - зона допалювання; З - зміна концентрації пального в суміші по перетину факела; Т - зміна температури.

1. Меркулов А.П. Вихровий ефект і його застосування в техніці. М. Машинобудування, 1969.

2. Свиридов Ю.Б. Дроздовская Л.Ю. Новий спосіб високоефективного топлівоотвода до поточних рідким плівкам багатофракційне складу (моторних палив) // Двигунобудування, 1987, 10 (106), с. 3 7.

Необхідна підтримка вбудованих фреймів.