Двигатель форкамерно-факельного зажигания

Форкамерный двигатель — тип мотора внутреннего сгорания, отличающегося применением форкамеры. Последняя представляет собой дополнительную полость, размещенную над основной камерой.

В ее функции входит предварительное смешивание и сжигание топлива с воздухом перед тем, как окончательный состав будет воспламеняться в цилиндрах. Ниже рассмотрим историю появления и принцип работы такого мотора. Приведем основные типы свечей, плюсы и минусы подобных агрегатов.

Что такое форкамерный двигатель, история появления

Главной особенностью форкамерного двигателя является появление дополнительной камеры, которая улучшает процесс сгорания. Это, в свою очередь, приводит к более равномерному распределению топлива и воздуха, снижению выбросов и улучшению эффективности.

История развития форкамерных дизельных и бензиновыхдвигателей проходила в несколько этапов:

• 1900-1910 годы — поиск способов улучшить процесс сгорания и эффективность ДВС. Форкамера была одним из первых концептов, которые предложили для решения проблемы.
• 1920-е — британский инженер Гарри Рикардо разрабатывает двигатель RicardoDolphin, который использует форкамеру для предварительного смешивания и сгорания топлива с воздухом.
• 1930-е — новые моторы становятся все более популярными, особенно в дизельных версиях. Причины: улучшенное смешивание топлива и воздуха, более равномерное сгорание.
• 1940-е — продолжение развития во время ВОВ, применение в различных военных и гражданских транспортных средствах.
• 1950-е — пик популярности, активное применениев автомобилях, грузовиках, автобусах и с/х технике.
• 1960-е — постепенный спад спроса с развитием технологии внутреннего сгорания и появлением современных систем впрыска топлива и управления двигателями.

В 1970-е форкамерные моторы еще применяются, но постепенно уступают место новым технологиям. В период 1980-1990-х такие моторы почти исчезли и уступили место ДВС с турбиной, прямым впрыском и большим количеством клапанов. Сегодня такие агрегаты применяются только в спецтехнике.

Принцип работы двигателя

Для лучшего понимания разберем особенности работы форкамерного двигателя Газ или других производителей.

Важно

В основе лежит применение отдельной полости (форкамеры), которая находится над базовой камерой сгорания. В ней происходит предварительная подготовка и сжигание горючего перед подачей в цилиндры.

Базовые этапы работы:

• Впуск. Во время тракта впуска в главную камеру подается свежий воздух через впускной клапан. В то же время небольшое количество топлива впрыскивается в форкамеру.
• Сжатие.Клапан впуска запирается, и поршень сдавливает воздух в основной камере, а в предварительной полоститопливо смешивается с частью сжатого воздуха, проникающего через отверстие или канал.
• Сжигание. Топливо в форкамере начинает сгорать под действием искры от свечи. В результате возникает высокотемпературная газовая струя, которая выходит из форкамеры через отверстие или канал, а после входит в основную камеру. Это приводит к зажиганию и сгоранию оставшейся топливовоздушной смесив цилиндрах.
• Расширение. Горячие газы, формирующиеся в процессе сжигания, расширяются и давят на поршень, создавая рабочий диапазон. Как результат происходит преобразование тепловой энергии в механическую деятельность.
• Выпуск. Клапан выпуска отпирается, поршень идет в верхнем направлении и выкидывает отработавшие газы через выпускной коллектор.

Принцип работы форкамерного дизеля

Не меньший интерес вызывает принцип работы форкамерного двигателя, работающего на дизеле. Он похож на бензиновую версию, но имеет ряд особенностей. Они связаны с применением другого топлива и большей температуры сгорания при создании высокого давления.

Общий цикл имеет следующий вид:

• Впуск. В период впускного такта в главную камеру поступает только воздух через клапан. В отличие от бензинового двигателя топливо не смешивается с воздухом на этапе впуска.
• Сжатие. Клапан впуска закрывается, и поршень сдавливает воздух в цилиндрах. В результате сжатия температура значительно повышается, что является критическим фактором для сгорания дизельного топлива.
• Впрыск топлива и сжигание. Когда поршень приближается к ВМТ, топливо впрыскивается в форкамеру под высоким давлением с помощью впрыскного насоса и форсунки. Горючее смешивается с частью сжатого воздуха, и, благодаря высокой температуре, происходит самозажигание смеси (без искры от свечи зажигания, как в бензиновом двигателе). В результате возникает высокотемпературная и высокодавленчатая газовая струя. Она выходит из форкамеры через проем, а после попадает в цилиндры, вызывая зажигание и сгорание оставшейся смеси.
• Расширение. Раскаленные газы, формирующиеся в результате сгорания, расширяются и давят поршень в нижнюю часть, создавая рабочий диапазон. Параллельно преобразуется тепловая энергию сжигания в механическую.
• Выпуск. Клапан выпуска открывается, поршень идет в верхнем направлении и выдавливает отработавшие газы из камеры сгорания через выпускной коллектор.

Форкамерные дизельные двигатели обладают некоторыми плюсами, такими как более равномерное смешение топлива и воздуха, что способствует уменьшению выбросов и улучшению эффективности работы. Но стоит учитывать недостатки, среди которых сложность конструкции, а также ограниченные возможности для дальнейшего улучшения и оптимизации.

С развитием технологий, стремлением к снижению выбросов и увеличению эффективности новых моторов форкамерные дизели стали менее популярными. Современные ДВС часто используют прямой впрыск топлива и турбонаддув для достижения лучших характеристик и соблюдения экологических стандартов.

Типы свечей для форкамерного двигателя

Свечи зажигания играют важную роль в работе форкамерных бензиновых двигателей, так как они инициируют сгорание топливно-воздушной смеси. Для таких ДВС используются специальные устройства, которые имеют особенности и характеристики. Свечи бывают следующих видов:

• С длинным изолятором. Имеют удлиненный изолятор и электрод, что позволяет достигать глубоко расположенных форкамер. Такой дизайн обеспечивает надежное зажигание топливно-воздушной смеси в предварительной полости, учитывая дополнительное расстояние и угловатость.
• С угловым корпусом. Позволяют свече зажигания установиться под нужным углом для лучшего доступа к форкамере. Это может быть полезно в случаях, когда прямой доступ затруднен из-за конструктивных особенностей ДВС.
• С дополнительным электродом. Некоторые свечи зажигания для форкамерных двигателей могут иметь дополнительные электроды, которые предназначены для обеспечения более равномерного и надежного зажигания топливно-воздушной смеси.

Выбор подходящих свечей зажигания для форкамерного двигателя Газ 420 и других моделей зависит от характеристик двигателя, конструктивных особенностей и требований к работе. Рекомендуется следовать руководству по эксплуатации автомобиля или консультироваться с профессионалами.

Преимущества и недостатки

Форкамерные двигатели имеют как слабые, так и сильные места, которые определяют их возможность использования в разных областях и авто.

Преимущества:

• Более равномерное смешение топлива и воздуха, что приводит к полному и чистому сгоранию, снижению выбросов и улучшению эффективности двигателя.
• Мягкое и контролируемое сгорание, снижающее детонацию и уровень шума, а также уменьшающее нагрузку на двигатель и снижающее износ.
• Простота настройки и регулировки, благодаря отсутствию электронных компонентов, которые присущи современным двигателям с прямым впрыском топлива.

Недостатки:

• Сложность конструкции из-за наличия дополнительной полости (форкамеры). Это увеличивает количество деталей, что может сказаться на надежности и долговечности.
• Падение эффективности. Несмотря на то что наличие форкамеры улучшает качество смешивания и сгорания, она может привести к потере тепла и давления в процессе перехода газовой струи в цилиндры. Это негативно сказывается на эффективности двигателя.
• Ограничения в развитии. Форкамерные ДВС имеют ограниченные возможности для дополнительного улучшения и оптимизации. Это особенно важно в сравнении с современными технологиями, такими как прямой впрыск топлива и турбонаддув.
• Увеличенный расход топлива.Рассматриваемые моторы имеют более высокий расход топлива. Это связано с потерей тепла и давления в процессе перехода газовой струи из форкамеры в цилиндры, а также с менее эффективным сжиганием.
• Меньшая экологичность. Из-за неполного сжигания и большего расхода топлива форкамерные двигатели могут иметь более высокие уровни выбросов вредных веществ в атмосферу по сравнению с современными ДВС. Особенно это касается дизельных версий. Это делает их менее привлекательными с точки зрения экологических стандартов и ограничений.

Как видно, форкамерные двигатели имеют преимущества и недостатки, которые определяют возможность их применения в различных областях и транспортных средствах.

Заключение

Форкамерно-факельные двигатели представляют собой старшее поколение двигателей внутреннего сгорания. Они разработаны в начале XX века с использованием дополнительной камеры (форкамеры) для предварительного смешения топлива и воздуха перед сгоранием в основной камере сгорания.

Моторы обладают преимуществами, такими как более равномерное смешение топлива и воздуха, мягкое и контролируемое сгорание, а также относительная простота настройки и обслуживания.

Но форкамерные двигатели имеют и недостатки, включая сложность конструкции, снижение эффективности, ограничения в развитии, увеличенный расход топлива и меньшую экологичность. Не удивительно, что онистали менее популярными, уступив место современным технологиям, таким как прямой впрыск топлива и турбонаддув.