Работа двигателя на гетерогенной смеси (послойное смесеобразование)

Топливовоздушная смесь на этом режиме является сверхбедной, с соотноше­нием бензина и воздуха до 1:40. Этот режим характерен для небольших нагрузок при скорости движения автомобиля до 120 км/ч.

При работе двигателя на режимах небольших нагрузок закрываются вспомогательные заслонки 3, перекрывающие нижние части впускных каналов, разделенных пластиной 1. В результате этого поступающий в цилиндры двигателя воздух направляется только через верхние части впускных каналов, закручивая воздушную массу внутри цилиндров.

Рис. Система непосредственного впрыска FSI – Фольксваген (подача воздуха):
1 – дроссельная заслонка; 2 – форсунка; 3 – вспомогательная заслонка во впускном канале; 4 – верхняя часть потока воздуха; 5 – разделительная пластина

Вращательное движение воздуха в цилиндре (продольный вихрь) поддерживается благодаря специальной форме выемки в поршне и усиливается в результате перемещения поршня к ВМТ. Завихрение сохраняется до конца такта сжатия, когда форсунка подает внутрь цилиндра топливо.

Впрыск топлива производится на такте сжатия в последней трети такта сжатия незадолго до момента искрообразования, приблизительно за 60° и заканчивается приблизительно за 45° до в. м. т. такта сжатия. Впрыскиваемое под высоким давлением (40…110 кгс/см2) топливо подхватывается воздушным потоком, который сносит способную к воспламенению смесь в направлении к свече зажигания.

Поршень с по­мощью своего профилированного днища придает топливной струе на­правление в зону электродов свечи зажигания, а вихрь быстро переме­шивает пары бензина и воздуха и, что особенно важно, удерживает облачко бензовоздушной смеси возле свечи зажигания. Форсунка расположенная под углом 45°, распыливающая топливо на более мелкие капли по сравнению с системой впрыска во впускной трубопровод, вследствие более высокого давления впрыска, придает распыленному топливу направленное вращение, что способствует быстрому испарению топлива.

Рис. Впрыск топлива при образовании гетерогенной смеси:
1 – форсунка; 2 – топливная выемка поршня; 3 – аэродинамическая выемка поршня

Так как факел топлива сплющен, он практически не соприкасается с днищем поршня и стенками цилиндра и камеры сгорания. В данном случае говорят о смесеобразовании так называемой «воздушной оболочке», состоящей из свежего воздуха и перепущенных отработавших газов. В зоне свечи зажигания возникает концентри­рованное облако способной к воспламенению смеси, в то время как в ос­тальных зонах камеры сгорания топливо отсутствует.

Рис. Преобразование факела топлива после впрыска:
1 – зона смесеобразования

После поступления топливовоздушной смеси к свече зажигания она поджигается искрой. При этом воспламеняется только облако смеси, в то время как остальные газы образуют его оболочку. Воздух, располагаясь вдоль стенок цилиндра и днища поршня, ввиду низкой теплопровод­ности образует изолирующий слой и уменьшает тепловые потери и, соответственно, увеличивает КПД. Прослойка воздуха возле стенок сгорания обеспечивает также высокую стойкость рабочего процесса против детонационного сгорания рабочей смеси и позволяет исключить отложения продуктов сгорания на стенках цилиндров и камеры сгорания, помогая избавиться от калильного зажигания и снизить абразивный износ поршневых колец.

Рис. Процесс сгорания топлива при гетерогенной смеси:
1 – зона горения