Что такое форкамера в дизельном двигателе

Двигатель форкамерно-факельного зажигания. Как он работает.

Привет всем подписчикам!) Данная глава не входит в рамки моего обзора "Колес страны Советов". Но она сделана по вашим просьбам — я расскажу кратенько о работе форкамерно двигателя. Это будет сделано на примере двигателя ГАЗ 3102 "ВОлга" ЗМЗ 4022. Итак.

Самый первый двигатель ЗМЗ 4022.10 ( 1981 г.-1992 г. )

Толчком к созданию двигателя с форкамерно-факельным зажиганием на «ГАЗе» послужил серийный выпуск в 1972 году таких моторов японской фирмой Honda, которая смогла обойти приоритетность отечественного патента. Советский двигатель получил обозначение ГАЗ-4022.10. От своего предшественника ГАЗ-24Д он отличается новой головкой блока цилиндров с иными газовыми каналами, дополнительными маленькими впускными клапанами для форкамер, системой впуска воздуха, настроенным выпуском, увеличенным ходом клапанов, модернизированным распредвалом.

Кроме того, были разработаны карбюратор К-156 оригинальной конструкции, распределитель зажигания, новая система охлаждения двигателя (как у двигателя ВАЗ-2101), а водяной насос внедрили в блок цилиндров. Впервые на этих моторах ГАЗ был применен воздушный фильтр с бумажным фильтрующим элементом. Затем документацию по изготовлению двигателей ГАЗ-4022.10 передали Заволжскому моторному заводу, который с 1981 года начал их серийное производство, но уже под новым названием – ЗМЗ-4022.10. Наибольшее количество этих моторов было выпущено в 1986 году – 4000 шт. Всего за 11 лет произведено около 27 тыс. автомобилей ГАЗ-3102 с двигателями ЗМЗ-4022.10.

Приемочные испытания автомобиля ГАЗ-3102, на который устанавливался двигатель ГАЗ-4022.10, были проведены в 1980 году. Они показали преимущество этого автомобиля перед ГАЗ-24 по топливной экономичности и токсичности отработавших газов, особенно по показателю выброса окиси углерода. В том же году были выпущены первые 25 автомобилей с данным мотором. Принцип форкамерно-факельного зажигания был разработан Горьковским автомобильным заводом (автор – Эварт Г. В.) в сотрудничестве со специалистами Института химической физики АН СССР еще в 50-е годы. Авторское свидетельство на разработку было получено 18 декабря 1956 года.

Схема двигателя с форкамерно-факельным зажиганием:

1 — цилиндр;
2 — поршень;
3 — канал питания форкамеры;
4 — форкамерная секция карбюратора;
5 — карбюратор;
6 — впускной канал;
7 — впускной клапан основной камеры;
8 — боек коромысла;
9 — коромысло;
10 — регулировочный винт дополнительного плеча коромысла;
11 — головка цилиндров;
12 — клапан форкамеры ;
13 — свеча зажигания;
14 — форкамера;
15 — сопловое отверстие;
16 — основная камера сгорания;
17 — штанга;
18 — толкатель;
19 — распределительный вал сплава;
В головке цилиндров находятся основные камеры сгорания 16 и рядом с ними форкамеры 14. Каждая форкамера соединяется с основной камерой сгорания двумя отверстиями (соплами) диаметром по 3,5 мм. Объем форкамеры небольшой (3,8 см3), и в нее ввернута свеча зажигания 13. Во время вращения распределительного вала 19 кулачок набегает на толкатель 18 и перемещает его вверх вместе со штангой 17. Она поворачивает общее коромысло 9, имеющее боек 8, расположенный над торцом стержня впускного клапана 7 и дополнительное плечо с регулировочным винтом 10. При повороте коромысла открывается дополнительный клапан 12 форкамеры и затем (почти одновременно) впускной клапан 7 основной камеры сгорания. Горючая смесь поступает в форкамеру из форкамерной секции 4 карбюратора 5 по отдельному каналу 3 питания, выполненному во впускном трубопроводе и в головке цилиндров. При открытом дополнительном клапане 12 в форкамеру поступает обогащенная (IX = 0,85 -;- 0,90) горючая смесь, а в основную камеру и цилиндр двигателя (при открытом впускном клапане при движении поршня 2 вниз очень бедная (IX = 1,8) горючая смесь. В конце такта сжатия между электродами свечи зажигания 13 проскакивает электрическая искра, и рабочая смесь в форкамера воспламеняется. Из форкамеры продукты сгорания смеси выбрасываются через два сопла в основную камеру сгорания в виде двух горящих факелов. Они завихряют и воспламеняют бедную рабочую смесь. Этим достигается быстрое, надежное и полное сгорание рабочей смеси в основной камере сгорания. Форкамерно-факельный способ зажигания рабочей смеси обеспечивает высокие скорости сгорания и эффективное сжигание бедных смесей при работе двигателя на обычных эксплуатационных режимах. Это значительно улучшает экономичность двигателя. Применение бедных горючих смесей исключает недогорание топлива, что существенно снижает токсичность отработавших газов. Только для получения максимальной мощности двигателя, когда дроссельные заслонки карбюратора открыты почти полностью, состав смеси обогащается. Применение форкамерно-факельного зажигания рабочей смеси в двигателе повлекло за собой и некоторые изменения в карбюраторе. На двигателе установлен карбюратор K-156 с падающим потоком горючей смеси, имеющий две основные и одну дополнительную для форкамерной системы камеры. Открытие дроссельных заслонок основных камер происходит последовательно, как и в карбюраторе K-126r, устанавливаемого на двигателе автомобиля ГАЗ-24 «Волга». Открытие дроссельной заслонки форкамерной секции карбюратора происходит вследствие кинематической связи с дроссельной заслонкой первичной камеры карбюратора. По сути, на всех режимах двигатель работает на бедных смесях, только для зажигания используется обогащенная.
А проще говоря — в форкамеру, расположенную рядом с основной, врыскивается обогащенная смесь. в основную камеру сгорания подается обедненная. В форкамере загорается от свечи богатая и под давлением подается в основную, где смешивается с обедненной и сгорается уже все вместе.

Модель — ЗМЗ-4022.10
Тип — карбюраторный, четырехцилиндровый, с форкамерно — факельным зажиганием
Диаметр цилиндра и ход поршня — 92*92
Рабочий объем цилиндров, л — 2,445
Степень сжатия — 8,0
Максимальная мощность, л.с. — 105
Максимальный крутящий момент при 2500-3000 об/мин, кгс*м — 18,5
Сорт бензина — АИ-93
Масса незаправленного двигателя со сцеплением и коробкой передач, кг – 210
Только на ГАЗ-3102 штатно из всех Волг устанавливался форкамерный мотор, но иногда встречались моторы установленные заводом на ГАЗ-31029 и ГАЗ-24.
Смысл форкамерности в том, что сначала смесь поджигается свечой в отдельной камере сгорания (форкамере), затем раскаленные газы из нее поджигают смесь в основной камере сгорания (смесь более бедная, и от обычной искры не может быть воспламенена).

Отличия от 402 мотора:
По блоку — гильзы с верхней посадкой с нижним уплотнением 2-мя резиновыми кольцами. Своя алюминиевая крышка поддона и колокола сцепления (взаимозаменяемы с 402).
По ГБЦ — полностью другая ГБЦ со своими коллекторами, коромыслами, штангами привода клапанов, крышкой клапанов.
Основные клапана взаимозаменяемы с 402.
Дополнительные клапана — оригинальные (аналогов не существует).
Прокладка ГБЦ — оригинал (взаимозаменяема с 402).
Карбюратор — оригинальный, трехкамерный К-156 (аналогов не существует).

Трамблер — контактный с "москвичевскими" характеристиками без вакуумника.
Привод трамблера с креплением типа "зажим". Временно можно поставить трамблер, привод трамблера, коммутатор и катушку от 402, однако характеристики опережения зажигания другие и будет "звон"…

Отличительная "фишка"- система ступенчатого пуска воздуха. Служит для подачи воздуха во впускной коллектор минуя карбюратор при торможении двигателем, точнее когда разряжение во впускном коллекторе превышает 540мм рт ст. Состоит из электронного блока вакуумного выключателя (ССПВ) — датчика и двух электромагнитных клапанов. При достижении указанного предела разряжения во впускном коллекторе и частоте вращения двигателя 1700 об и более электронный блок включает первый электромагнитный клапан, а при достижении частоты вращения 2500 и более включается второй.

Термостат стоит в специальном корпусе, соединенном с водяным насосом, радиатором и водораспределительным патрубком ГБЦ(взаимозаменяем с термостатом 402го при установке водораспределительного патрубка совмещенного с корпусом термостата (т.е. при установке всей системы терморегулирования от 402)).
Для примера, видео работы данного двигателя

Специально для этого двигателя был разработан трехкамерный карбюратор К156. Надо сказать, что это привиредливый карб, требующий постоянных регулировок и они довольно сложны и точны. Вот его описание.
Карбюратор К-156 (рис. 1.47). Предназначен для форкамерного двигателя ЗМЗ-4022Л0 автомобиля “Волга” ГАЗ-3102.

Карбюратор – трехкамерный, с двумя основными первичной и вторичной и Одной вспомогательной форкамерной секциями, с падающим потоком горючей смеси, сбалансированной поплавковой камерой. Поплавковый механизм выполнен с нижним подводом топлива, системой холостого хода в первичной и форкамерной секциях, системой пуска и прогрева полуавтоматического типа,

Система пуска холодного двигателя состоит из пневмопривода, системы рычагов, образующих полуавтоматическое пусковое устройство, и воздушной заслонки 8, закрытие которой перед пуском холодного двигателя проводится водителем при помощи ручного привода.
Поплавковый механизм снабжен штуцером 1 подачи и отвода топлива в бензиновый бак, топливный клапан 2 с фильтром 36 и поплавок Л

Каждая секция имеет собственную главную дозирующую систему, содержащую эмульсионную трубку 30 с воздушным жиклером 7$ главный топливный жиклер 32, распылитель, выполненный в малом диффузоре, и дроссельную заслонку с рычагом привода.

Главная дозирующая система вторичной камеры содержит эмульсионную трубку 27 с воздушным жиклером 11, главный топливный жиклер 26, распылитель, выполненный в малом диффузоре с фиксатором дроссельная заслонка с рычагом привода.

Главная дозирующая система форкамерной секции содержит эмульсионную трубку 23 с воздушным жиклером 17, главный топливный жиклер 21, размещенный в поплавковой камере форкамерной секции, распылитель, выполненный в малом диффузоре 16, и дроссельную заслонку 25 с рычагом

Данный тип двигателя приобрел отвратительную репутацию у водителей. Из-за большой унификации с обычным 402 (в чем разница написано выше), головки меняли на обычные.
Ну все, спасибо за внимание!)

Какой принцип действия дизельного двигателя

Как мы уже описали выше, форкамерный двигатель имеет следующий принцип действия в работе:

Главный плюс двигателя с форкамерой — это низкие ударные нагрузки деталей цилиндро-поршневой группы во время работы ДВС. Это обеспечивается, как раз таки, за счет плавного нарастания давления, а не скачками.

К тому же, форкамерные двигатели качественно сжигают топливо, уменьшают количество выброса вредных веществ, уменьшают расход топлива и повышают КПД силового агрегата.

Система непосредственного смешивания топлива с распределением по стенкам (М — система)

В этой системе впрыска для стационарных и коммерческих дизельных двигателей теплосодержание (теплоемкость) стенок углубления в поршне используется для испарения топлива, и топливо-воздушная смесь образуется с помощью соответствующего управления воздухом для сжатия.

Рис. Система непосредственного смешивания топлива с распределением по стенкам

Система работает с помощью одноструйной форсунки (т.е. форсунки с одним отверстием) при относительно низком давлении впрыска. Если движение воздуха в камере сгорания правильно отрегулировано, то может быть получена очень однородная топливо-воздушная смесь с длительной продолжительностью сгорания, низким ростом давления и, таким образом, более мягкое сгорание. Однако это увеличивает расход топлива по сравнению с системами с распределением воздуха.

Что такое и как работает система форкамерно-факельного зажигания

Если есть форкамера в моторе, значит уже понятно, что есть основная камера сгорания топлива, а есть еще дополнительная.

Полости форкамеры и основной камеры сгорания сообщаются специальными соплами — каналами. Через них в основную камеру попадает пламя, пары и газы уже успевшей сгореть части воздушно-топливной смеси. В результате этого обедненная смесь в основной камере воспламеняется.

Таким образом, форкамера — это подвпрыск, который по принципу действия похож на принцип двухступенчатой работы новых дизельных инжекторных форсунок.

Принцип действия дизельного двигателя Шестицилиндровый дизельный двигатель

Как очищаются большие объемы воздуха?

Форкамера – это предварительное помещение, расположенное перед системой очистки, в нем происходит свободное движение воздуха, его обмен с атмосферой, для этого существует специальный воздушный клапан. Имеется также фильтр, позволяющий предварительно очистить атмосферный воздух, разделив внутреннюю и внешнюю вентиляцию. Это позволяет доставить до системы очистки уже отчасти отфильтрованный воздушный поток.

Благодаря этому большинство частиц, засоряющих кислород, остается на улице и изначально не попадает в вентиляционную систему. Лишние летучие соединения будут отводиться обратно в атмосферу благодаря клапану.

Схема работы форкамеры

Вентиляторы

В предварительной камере устанавливают специальный вентилятор, в зависимости от того, насколько большой объем помещения и какие качественные характеристики у воздуха, может меняться оснащение данной комнаты. Вентилятор с приводом от двигателя помогает разогнать потоки, создать необходимую тягу; чем площадь больше, тем мощнее должно быть устройство.

Если помещение небольшое, то хватит и направляющего вентилятора: он, как правило, не имеет мощного мотора, меньше шумит и стоит дешевле. Его задачей является разделение воздуха на каналы, входящий и исходящий. Часто систему дополняют специальными фильтрами, которые позволяют создать шумовой барьер, иначе в основном помещении будет слышна работа вентилятора, что не очень приятно, если постоянно там находиться. Узнать больше как бороться с шумом вентиляции можно в этой публикации https://ventilation-conditioning.ru/zdorove/shum-ventilyacii.html.

Плюсы и минусы предкамерных агрегатов

С одной стороны, изменение конструкции двигателя с внедрением форкамеры не нашли широкого применения из-за значительного усложнения конструкции двигателя.

Хотя экологичность таких двигателей была выше, да и расход топлива меньше, они имели меньший ресурс эксплуатации, чем обычные ДВС.

Для дизельного двигателя форкамера подходит лучше. Она снижаем сильную задымленность из выхлопной трубы. К тому же форкамерные дизели способны работать на некачественном дизельном топливе.

Виды форсунок

Для чего выполняют удаление егр?

Форсунки различаются в зависимости от способа осуществления впрыска топлива. Давайте рассмотрим основные виды форсунок

Электромагнитные форсунки;
Электрогидравлические форсунки;
Пьезоэлектрические форсунки.

Устройство электромагнитной форсунки

1 — сетчатый фильтр; 2 — электрический разъем; 3 – пружина; 4 — обмотка возбуждения; 5 — якорь электромагнита; 6 — корпус форсунки; 7 — игла форсунки; 8 – уплотнение; 9 — сопло форсунки.

Электромагнитная форсунка нашла свое применение на бензиновых двигателях, в том числе оборудованных системой непосредственного впрыска. Электромагнитной форсунка имеет простую конструкцию, которая включает электромагнитный клапан с иглой и соплом.

Как работает электромагнитная форсунка

Работа электромагнитной форсунки осуществляется в соответствии с заложенным алгоритмом в электронный блок управления. Электронный блок в определенный момент подает напряжение на обмотку возбуждения клапана. Вследствие этого создается электромагнитное поле, которое преодолевая усилие пружины, втягивает якорь с иглой и освобождает сопло форсунки, после чего производится впрыск топлива. Когда напряжение исчезает, пружина возвращает иглу форсунки обратно на седло.

Устройство электрогидравлической форсунки

1 — сопло форсунки; 2 – пружина; 3 — камера управления; 4 — сливной дроссель; 5 — якорь электромагнита; 6 — сливной канал; 7 — электрический разъем; 8 — обмотка возбуждения; 9 — штуцер подвода топлива; 10 — впускной дроссель; 11 – поршень; 12 — игла форсунки.

Электрогидравлическая форсунка применяется на дизельных двигателях. Электрогидравлическая форсунка включает электромагнитный клапан, камеру управления, впускной и сливной дроссели.

Как работает электрогидравлическая форсунка

Работа электрогидравлической форсунки основана на использовании давления топлива при впрыске. В обычном положении электромагнитный клапан закрыт и игла форсунки прижата к седлу силой давления топлива на поршень в камере управления. Давление топлива на иглу меньше давления на поршень, благодаря этому впрыск топлива не происходит.

Когда электронный блок управления дает команду на электромагнитный клапан, открывается сливной дроссель. Топливо вытекает из камеры управления через сливной дроссель в сливную магистраль. Впускной дроссель препятствует выравниванию давлений в камере управления и впускной магистрали, вследствие чего давление на поршень снижается, а давление топлива на иглу форсунки не изменяется. Игла форсунки поднимается и происходит впрыск топлива.

Устройство пьезоэлектрической форсунки

1 — игла форсунки; 2 – уплотнение; 3 — пружина иглы; 4 — блок дросселей; 5 — переключающий клапан; 6 — пружина клапана; 7 — поршень клапана; 8 — поршень толкателя; 9 – пьезоэлектрический элемент; 10 — сливной канал; 11 — сетчатый фильтр; 12 — электрический разъем; 13 — нагнетательный канал.

Пьезофорсунка (пьезоэлектрическая форсунка) является самым совершенным устройством, обеспечивающим впрыск топлива в современных автомобилях. Форсунка применяется на дизельных двигателях с системой впрыска Common Rail. Основные преимущества пьезоэлектрической форсунки в точности дозировки и быстроте срабатывания. Благодаря этому пьезофорсунка обеспечивает многократный впрыск на протяжении одного рабочего цикла.

Как работает пьезофорсунка (пьезоэлектрическая форсунка)

Работа пьезофорсунки основана на изменении длины пьезокристалла при подачи напряжения. Пьезоэлектрическая форсунка состоит из: корпуса, пьезоэлемента, толкателя, переключающего клапана и иглы.

Предкамерный двигатель и форкамера

Форкамера (предкамера) представляет собой специальную полость, которая расположена в головке цилиндров ДВС. Данная полость конструктивно сообщается с основной камерой сгорания в надпоршневом пространстве посредством одного и более каналов. Предкамерный (форкамерный) двигатель может быть как бензиновым, так и дизельным.

ДВС подобного типа представляет собой конструкцию, в которой смесеобразование и наполнение цилиндров происходит следующим образом:

Специфика очистки больших объёмов воздуха

Благодаря этой системе разделения открывается возможность надежно отсечь большинство факторов, способных ухудшать состояние воздуха в проветриваемом помещении. Или наоборот – оперативно отводить образующиеся внутри него летучие соединения наружу.

Для этих целей создается отдельное помещение – предварительная область или предкамера, в которой создается рабочий вентиляционный узел. Его техническое оснащение меняется в зависимости от скорости и качества проходящих воздушных потоков.

В некоторых случаях достаточно специального направляющего вентилятора, который разделяет входящий и выходящий воздух в предназначенные для этого каналы. Может понадобиться монтаж воздушных фильтров для очистки, обустройство шумоизоляции.

Для чего нужна форкамера в двигателе

Предкамера является предварительной камерой сгорания, в которую подается часть от общего заряда топливно-воздушной смеси, где происходит воспламенение топлива. Объем форкамеры составляет около 30% от общего объема основной камеры сгорания. Назначением данного решения выступает улучшение наполнения цилиндров, более эффективная организация газовых потоков в основной камере, а также повышение качества смесеобразования.

Моторы с форкамерой работают мягче и полноценно сжигают топливно-воздушную смесь, уменьшается токсичность выхлопа, повышается КПД и снижается расход горючего.