PZM – Motoryzacja

Zalety i wady komór wirowych

Zalety komór wirowych są wynikiem uzyskiwania w nich intensywnych i regularnych zawirowań powietrza, które umożliwiają dobre spalanie z niedużym współczynnikiem nadmiaru powietrza (możliwość uzyskania dużych wartości pe). Małe wymiary komory ułatwiają prawidłowe rozpraszanie się kropel paliwa, a silne zawirowania powietrza sprzyjają dokładnemu ich rozdrobnieniu. Pozwala to na użycie rozpylaczy jednootworowych lub czopikowych, przy czym wystarcza umiarkowane ciśnienie wtrysku rzędu 8-15 MPa. Silne rozgrzewanie ścianek komory w pobliżu kanału łączącego skraca opóźnienie samozapłonu, co zapewnia bardziej miękką pracę silników szybkoobrotowych, a w silnikach o umiarkowanej prędkości obrotowej pozwala na stosowanie paliw o mniejszej liczbie cetanowej. Dobre wymieszanie paliwa z powietrzem w komorach dzielonych, tj. wstępnych jednowirowych nie sprzyja oczywiście powstawaniu tlenków azotu (małe nadmiary tlenu) z jednej strony oraz tlenku węgla i węglowodorów (duża jednorodność mieszanki) z drugiej.

Przerwanie łańcucha reakcji

Większe na ogół temperatury ścianek utrudniają przerwanie łańcucha reakcji utlenienia się węglowodorów, a więc i powstawania aldehydów oraz innych produktów niezupełnego spalania i sadzy. Dalsze uwagi na temat toksyczności paliw silników z zapłonem samoczynnym podano przy omawianiu wyboru rodzaju komory spalania. Podział komory zwiększa powierzchnię chłodzenia i powoduje pewne dławienie w kanale łączącym. Pociąga to za sobą zmniejszenie temperatury końca sprężania i tym samym utrudnia rozruch silnika. Z tego względu większość silników z komorami wirowymi wymaga stosowania świec żarowych lub innych zapalników. Duża powierzchnia chłodząca powoduje również zwiększone straty chłodzenia, a znaczna prędkość powietrza w kanale łączącym – dodatkowe straty przepływu. Straty te odbijają się niekorzystnie na jednostkowym zużyciu paliwa. Podział komory spalania powoduje niekorzystny rozkład temperatur. Silnie rozżarzona komora wirowa nagrzewa ścianki swego gniazda, co może spowodować niepożądane miejscowe odkształcenia głowicy.

Przebieg wywiązania ciepła

Wynikiem takiego przesunięcia jest przebieg wywiązywania ciepła o mniejszej intensywności w okresie początkowym niż w razie wtrysku jednym strumieniem, a w związku z tym – bardzo miękka praca silnika. Inne rozwiązanie typu Perkins jest stosowane w czterocylindrowym silniku PERKINS Four 99, który w wersji do samochodu osobowego rozwija moc Ne = 32 kW przy n = 4000 obr/min. W komorze typu Hercules uzyskano zwiększenie intensywności wymieszania dzięki temu, że tłok zbliżając się do GMP, a więc w okresie, w którym w innych silnikach z rozdzieloną komorą spalania występuje osłabienie przepływów,przysłania częściowo kanał łączący powodując wzrost prędkości przepływu w tym kanale. W rezultacie uzyskano nie tylko dwukrotny wzrost największej prędkości przepływu, ale jednocześnie przesunięcie tego maksimum z 25° na 8° przed GMP – a więc w położenie odpowiadające okresowi tworzenia się mieszanki. Stosowanie w tego rodzaju silnikach małych stopni sprężania (s = 14,8 – 15,5) tłumaczy się z jednej strony dobrym wymieszaniem, z drugiej zaś – dobrym napełnieniem przestrzeni spalania.

Dobre napełnienie

Dobre napełnienie jest wynikiem zastosowania dużego przekroju przelotowego zaworu dolotowego, co stało się możliwe dzięki usunięciu z głowicy komory wirowej i obsady wtryskiwacza. Średnia prędkość przepływu w zaworze dolotowym, obliczona przykładowo dla jednego z tego rodzaju silników, wynosi około 33 m/s, co przy 2600 obr/min jest wartością bardzo małą. Dobre napełnienie komory wirowej uzyskano przez zastosowanie kilkakrotnie większego niż w innych silnikach z komorami wirowymi przekroju kanału łączącego {dla wspomnianego poprzednio silnika K = 44-10-3). Ze względu na napełnienie komory wirowej, zmniejszenie przekroju tego kanału przez tłok podczas jego zbliżania się do GMP nie jest szkodliwe, ponieważ w tym okresie z cylindra do komory wirowej przepływa nieznaczna ilość ładunku. Jest to oczywiście jedno spośród wielu rozwiązań. Przed podjęciem decyzji należy wziąć pod uwagę różne czynniki, które mogą zmieniać wynik rozwiązania. Najlepiej również sprawdzić inne rozwiązania i porównać je ze sobą – wówczas otrzymamy najkorzystniejsze.

Inne rozwiązanie

Innym jeszcze rozwiązaniem specjalnym jest komora wirowa stosowana w rozpowszechnionych w kraju polskich silnikach przemysłowych S60 i pochodnych: Sól, S62 oraz S64 (rys. 8-65). Odbiega ona znacznie od typowych komór pod względem wielkości przewężenia, które jest zaledwie zaznaczone. Odbija się to niekorzystnie na wskaźnikach pracy (ge > 270 g/(kW-h), pe = 0,55 MPa) i zmusza do stosowania większego ciśnienia wtrysku (około 17,5 MPa). Silnik o takich komorach odznacza się natomiast wyjątkowo łatwym rozruchem, nawet w niekorzystnych warunkach klimatycznych. Umieszczenie zaworu wylotowego w komorze zapewnia dobre jej przewietrzanie, co eliminuje prawie całkowicie tworzenie się nagaru. Prowadzenie iglicy rozpylacza umieszczono z dala od komory spalania – czyli w dość chłodnym miejscu. Zastosowanie tych środków zapobiega szybkiemu zanieczyszczaniu się rozpylacza. Bliższe dane dotyczące parametrów geometrycznych komór spalania silników MAN-M podaje Mironów – Ci, którzy chcą wiedzieć więcej powinni sobie tych informacji poszukać.