Камера сгорания форсированного двигателя

Конструктивно, по своей конфигурации, камера сгорания при применении наддува может и не изменяться. Однако газоплотность пространства цилиндра, в котором идёт процесс сгорания, существенно определяется работой уплотнительных (компрессионных) колец. Изменение положения камеры в поршне относительно факелов топлива из форсунки (что происходит при снижении положения поршня при снижении степени сжатия, а значит, и смещении кромок его камеры относительно положения распылителя форсунки) может существенно изменить параметры процесса сгорания. В процессе модернизации двигателя и проверочных разборок его узлов следует обратить внимание на качество процесса сгорания в цилиндре, которое отражается на появлении зон интенсивного нагарообразования, покрытия сажей участков крышки цилиндра и торца поршня. При нормальном сгорании все поверхности камеры сгорания покрываются равномерным слоем сажи. Наличие участков со значительным утолщением слоя сажи свидетельствуют о ненормальном смесеобразовании — сгорании в цилиндре, наличии зон переобогащения смеси. Зоны белого (светлого) тона говорят о полноте сгорания, о повышенном коэффициенте избытка воздуха. На эти зоны следует обращать внимание, так как именно в них возможна термическая перегрузка, окисление металла, оплавление. Следовательно, нужно принять меры к снижению интенсивности сгорания в этих зонах. Часто эти зоны располагаются вблизи выпускного клапана, что приводит к его термическим перегрузкам. Иногда они свидетельствуют о попадании факела топлива на стенку камеры сгорания. Зоны, покрытые большим количеством сажи, т. е. зоны сгорания богатых смесей, имеют пониженные температуры из-за недостатка воздуха. В результате по поверхности камеры сгорания возникает градиент температур, а значит, термические напряжения. Недогоревшее топливо в виде сажи, лаковых образований может попадать в пространства кольцевых канавок, вызывая залегание колец и последующий выход двигателя из строя.

Задача такого исследования и анализа — выявить пути воздействия на процессы смесеобразования — сгорания (изменить топливную аппаратуру, изменить что-то в системе охлаждения двигателя в целом и элементов его камеры сгорания и т.д.).

Одним из важнейших элементов здесь является применение компрессионных колец трапецеидальных (для первого, «огневого» кольца), использование покрытия колец хромом или молибденом (для уменьшения износов) или покрытия антифрикционным сплавом (фосфористо-оловянистой бронзой), применение прогрессивных торсионных колец. Применением антифрикционного сплава не только ускоряется приработка колец, но зеркало цилиндра покрывается плёнкой антифрикционного металла, который снижает потери на трение, а также увеличивает теплопроводность в зоне контакта кольца с зеркалом цилиндра.

Одной из причин вынужденного изменения конфигурации камеры сгорания является необходимость размещения в ней клапанов в момент их открытого состояния. Причём необходимые для этого полости оказываются больше, чем в двигателе без наддува, так как изменяются фазы газообмена, увеличивается время-сечение открытия клапанов, то есть величина подъёма клапана и т.д. На рисунке показано влияние изменения фаз газообмена на возможность столкновения поршня с клапаном, а следовательно, на необходимость иметь в поршне соответствующие углубления (полости) под открытый клапан. В двигателе без наддува при опережении открытия клапана фвп=5′ до ВМТ клапан в ВМТ открывается на 7 мм.

В результате лишь 2 мм утапливания клапана в поршень нужно для исключения столкновения поршня с клапаном.

Рис. Влияние изменения фазы газообмена на необходимость углубления клапана в поршне

В двигателе с наддувом клапан открывается за 15° до ВМТ. Полный ход, равный 10 мм, должен быть обеспечен соответствующей полостью в поршне. На рисунке показан объём, который должен быть обеспечен полостью в поршне для размещения в нём клапана. Очевидно, что этот дополнительно освобождаемый объём должен учитываться при пересчёте степени сжатия при модернизации двигателя наддувом.

Рис. Заштрихованная зона показывает зону взаимодействия клапана с поршнем, а значит, необходимость создания полости для клапана

Схема взаимодействия между поршнем и клапаном приведена на рисунке. Видно, что по мере приближения поршня к ВМТ в процессе выпуска, расстояние между его верхней плоскостью и днищем крышки цилиндра уменьшается, и поршень приближается к тарелке клапана даже при его закрытом положении. За 5° до ВМТ клапан начинает открываться (опускаться по приведённой схеме), и в точке 1, за 3,5° до ВМТ, возможно столкновение тарелки клапана с поршнем.

Рис. Схема взаимодействия между поршнем и клапанами: 1 — точка начала взаимодействия.

Это происходит несмотря на наличие повышенного зазора «е» между крышкой цилиндра и днищем поршня (для снижения Е). Следовательно на участке 1-m далее полость в поршне размером i должна обеспечивать отсутствие удара поршня о клапан.