PZM – Motoryzacja

Przewężenie

Obecność przewężenia w kanale dolotowym (gardzieli) powoduje pogorszenie napełniania cylindrów, a więc ograniczenie parametrów trakcyjnych silnika. Przy zasilaniu wtryskowym przewężenie w kanale dolotowym nie jest potrzebne, ponieważ ciśnienie paliwa zasilającego wtryskiwacze jest. wystarczająco duże, aby zapewnić prawidłowe rozpylenie i wymieszanie we wszystkich stanach pracy silnika. Z tego powodu w silnikach zasilanych wtryskowo można stosować wyższe stopnie sprężania i uzyskać większą moc niż przy zasilaniu gaźnikowym. Skład mieszanki określa się zwykle za pomocą współczynnika nadmiaru powietrza podającego stosunek ilości powietrza L (kg, m3) zawartego w mieszance, do ilości L (kg, m3) powietrza teoretycznie niezbędnej do zupełnego spalenia paliwa zawartego w tej mieszance. Współczynnik ten jest równy jedności wtedy, gdy ilości paliwa i powietrza odpowiadają tzw. składowi stechiometrycznemu, a paliwo zawarte w danej ilości powietrza może ulec zupełnemu spaleniu na dwutlenek węgla i parę wodną. Do całkowitego spalenia 1 kg paliwa potrzeba 14,7 kg powietrza. Jeżeli ilość powietrza jest zbyt mała do całkowitego spalenia, to mieszankę nazywa się bogatą, jeżeli jest odwrotnie, to mówimy o ubogiej mieszance.

Mieszanka

Skład mieszanki dostarczanej przez gaźnik może się w pewnych granicach zmieniać w zależności od zmian gęstości zasysanego powietrza, spowodowanych wahaniami temperatury i zmianami ciśnienia atmosferycznego. Z tego powodu gaźnik musi wytwarzać mieszankę bogatszą, niż jest to niezbędne, w przeciwnym razie może nastąpić nadmierne zubożenie mieszanki w niskich temperaturach i przy wysokich ciśnieniach atmosferycznych. Przy zasilaniu gaźnikowym obserwuje się ponadto nierównomierny rozdział mieszanki i niejednakowy jej skład w poszczególnych cylindrach. Skład mieszanki w poszczególnych cylindrach może wahać się nawet o około 0,1 X. Przy zasilaniu wtryskowym nierównomierność ta jest ponad dwukrotnie mniejsza. W stanach nie ustalonych precyzja dawkowania paliwa przez gaźnik jest stosunkowo niewielka. Czas dopasowania składu mieszanki do nowych warunków pracy jest zbyt długi, wynosi nawet 400-600 ms. Przez pewien okres czasu silnik jest więc zasilany mieszanką o nieprawidłowym składzie. Wymienione czynniki powodują pogorszenie parametrów trakcyjnych silnika, wzrost zużycia paliwa i zwiększenie zawartości szkodliwych składników spalin. Te negatywne zjawiska z trudnością można opanować za pomocą środków mechanicznych, np. skomplikowanych gaźników, układów gaźników, czy też mechanicznego sterowania wtryskiem paliwa (wyjątkiem jest opracowane przez BOSCHA mechaniczne urządzenie wtryskowe K-Jetronic).

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.