Меню
Предыдущая     |         Содержание     |    следующая

Автомобильные двигатели

Влияние различных факторов на индикаторные и токсические показатели дизеля

Качество смесеобразования и тип камеры сгорания. Качество смесеобразования и тип камеры сгорания в дизеле зависят от сочетания ряда факторов, из которых главными являются следующие:

1) параметры топливоподающей аппаратуры, определяемые характеристикой впрыска, подачей топлива по времени, качеством распыливания, глубиной проникновения факела в камеру и формой факела;

2) организация направленного движения воздуха в период впрыска топлива;

3) термодинамические параметры среды;

4) свойства топлива.

В зависимости от характера образования тоиливовоздуганой смеси различают следующие способы смесеобразования.

1. В объеме камеры сгорания (объемное смесеобразование), когда топливо впрыскивается непосредственно в движущуюся воздушную среду, причем не предполагается его попадание па поверхности, ограничивающие камеру сгорания. В этом случае топливо может воспламеняться в нескольких зонах, где температуры наиболее высокие, а состав смеси находится в концентрационных пределах, при которых возможно воспламенение топлива.

2. Основная часть впрыскиваемого топлива попадает на нагретую поверхность камеры сгорания в виде тонкой пленки (пленочное смесеобразование) и лишь небольшая часть (примерно 5 %) распыливается в объеме камеры сгорания (М-процесс). За время воспламенения порции топлива, находящейся в объеме камеры сгорания, топливная пленка испаряется и пары топлива вследствие интенсивного движения воздуха перемешиваются с ним и переносятся в зону, где происходит горение.

Существует также метод образования топливовоздушной смеси, при котором большая часть впрыснутого топлива попадает в объем камеры сгорания, расположенной вблизи стенки (пристеночный слой), где и происходит испарение топлива. Ввиду того что количество испарившегося в этой зоне топлива превышает верхний предел концентрации смеси (переобогащенная смесь), воспламенение топлива невозможно. Испарившееся топливо движущимся воздушным зарядом перемещается к центру камеры и постепенно вовлекается в реакцию сгорания. При таком способе смешения паров топлива с воздухом, так же как и при М-процессе, давление в процессе сгорания повышается плавно.

3. Объемно-пленочное смесеобразование, при котором часть топлива в процессе впрыска попадает в объем камеры сгорания, а часть на ее поверхность.

Принципиальные схемы камер сгорания показаны на рис. 97. В однополостной камере сгорания открытого типа (рис. 97, а) по сравнению с другими камерами скорость направленного движения воздуха в конце сжатия наименьшая и в зависимости от частоты вращения составляет в период впрыска примерно 010 м/с. Вследствие этого в камере такого типа применяют форсунки, распылитель которых имеет большое число отверстий (до семи) малого диаметра (0,120,15 мм), и создают высокое давление впрыска (до 100 МПа и выше).

На рис. 97, б изображена камера сгорания, большая часть кото-рой (80%) расположена в поршне. Отношение dID в таких камерах выбирают таким, чтобы над вытеснителем оставалось наименьшее количество заряда и чтобы при приближении поршня к в. м. т. воздух интенсивно перетекал в основную камеру сгорания. Ускоренное

в процессе сжатия преимущественно тангенциальное движение воздуха позволяет применять форсунки с меньшим числом отверстий в распылителе (34) и уменьшать давление впрыска до 1517,5 МПа.

В разделенных вихревых камерах сгорания (рис. 97, в) направленное движение воздуха образуется в процессе сжатия. Наличие сравнительно узкой горловины обусловливает перетекание свежего заряда с большой скоростью во вспомогательную камеру и обратное вытекание горящей топливовоздушной смеси в камеру сгорания, расположенную в надпоршневом объеме. В этих условиях используют форсунку с штифтовым распылителем, имеющим отверстие диаметром 12 мм и снижают давление впрыска до 12,515 МПа. Для более полного использования кислорода, находящегося в надпоршневом пространстве, форма поверхности камеры сгорания, расположенная в днище поршня, должна быть согласована с направлением вытекающих из вихревой камеры струй.

В предкамерах (рис. 97, г) кинетическая энергия, образующаяся при перетекании воздуха в процессе сжатия, используется для интенсивного перемешивания топлива с воздухом. Соединительные каналы

с небольшими проходными сечениями способствуют вытеканию из предкамеры факела с большой скоростью. В предкамерных двигателях также необходимо согласовывать форму камеры сгорания в над-поршневом объеме с направлением горящего факела, вытекающего из предкамеры.

Индикаторные показатели двигателя зависят от типа камеры сгорания и топливоподающей аппаратуры, которые влияют на протекание процесса сгорания и характеристику тепловыделения, а также на тепловые и гидродинамические потери в цикле.

В камерах сгорания всех типов можно достичь удовлетворительного протекания процесса сгорания. Разделенные камеры сгорания имеют меньший индикаторный КПД вследствие необратимой потери теплоты на перетекание и большей относительной величины теплопередающих поверхностей.

На рис. 98 приведены значения T]i и соответствующие им величины gt в зависимости от а для камер сгорания различных типов.

Неразделенная (кривая 1) и полуразделенная (кривая 2) камеры сгорания в большем диапазоне изменения а имеют лучшие показатели по теплоиспользованию. Предкамера с малым перепадом давления (кривая 3), незначительными потерями на дросселирование приближается по своим показателям к неразделенным камерам. У дизеля с вихревой камерой (кривая 4) по сравнению с рассмотренными выше камерами щ меньше.

Исследования показывают, что процесс сгорания в неразделенной камере (см. рис. 97, а) происходит преимущественно с объемным смесеобразованием и наибольшей скоростью нарастания давления Д/з/Дф в фазе быстрого сгорания. При использовании предкамеры с малым перепадом давления Д/з/Дф оказывается наименьший.

От типа камеры сгорания зависит наличие токсических компонентов в продуктах сгорания. В неразделенной камере сгорания при той же степени сжатия, что в разделенных и полуразделенных камерах, вследствие меньших тепловых и гидравлических потерь в момент впрыска топлива температура выше; из-за большей длительности периода задержки воспламенения увеличивается количество испаряющегося топлива, которое воспламеняется и сгорает в фазе быстрого сгорания. В результате резко повышается температура, что при наличии избыточного кислорода приводит к увеличению содержания в продуктах сгорания окислов азота.

В неразделенных и полуразделенных камерах сгорания в процессе смесеобразования образуются зоны с переобогащеиной смесью, где наряду со сгоранием происходиит распад топлива с образованием

углерода (сажи). Вследствие этого дизели с указанными типами камер сгорания обладают повышенной склонностью к дымлению, хотя часть углерода выгорает в процессе расширения. Для обеспечения бездымного выпуска отработавших газов предельные значения коэффициента а при полной нагрузке имеют здесь большие значения по сравнению с разделенными камерами сгорания.

В разделенных камерах сгорания топливо впрыскивается в вихревую камеру или предкамеру, где воздуха недостаточно для сгорания всего топлива. Вследствие этого, несмотря на то, что в процессе сгорания температура высокая, затруднено образование окислов азота из-за недостатка кислорода. В последующем процесс развивается в надпоршневой полости, где хотя и имеется избыточный кислород, но сгорание происходит при меньших температурах. Ото, а также интенсивное движение заряда при его перетекании в основную камеру приводит к тому, что в отработавших газах содержится меньшее по сравнению с неразделенными и полуразделенными камерами сгорания количество окислов азота и сажи. Содержание окиси углерода в продуктах сгорания дизелей при хорошо организованном процессе смесеобразования и сгорания незначительно при использовании любой камеры сгорания.

В тех случаях, когда необходимо резко ограничить количество токсичных составляющих, предпочтительно применять разделенные камеры сгорания.

достигаются при использовании вихревой камеры.

. и скорости нарастания давления в фазе быстрого сгорания при работе на бензине повышают степень сжатия до 21 и более. Повышение е целесообразно также для улучшения условий пуска. Индикаторный КПД в диапазоне е, применяемых в дизелях, меняется незначительно. Рост температуры при больших е приводит, особенно на средних и больших нагрузках, к увеличению содержания в продуктах сгорания окислов азота.

) степень сжатия в зависимости от принятых значений plt снижают до 1612.

и снижать таким образом степень сжатия.

для обоих топлив.

в фазе быстрого сгорания. Экономичность при использовании бензина резко ухудшается по мере снижения нагрузки.

достигается до прихода поршня в в. м. т. Это сопровождается резким увеличением работы сжатия, уменьшением работы расширения и соответственно снижением индикаторных показателей. Кроме того, фаза быстрого сгорания характеризуется высокой скоростью нарастания давления.

выбирают по данным экспериментальных исследований.

(см. рис. 100, в) вследствие снижения максимальной температуры цикла дизеля значительно понижает содержание

в продуктах сгорапия приходится уменьшать

по сравнению с оптимальным, что несколько ухудшает экономичность двигателя.

При больших значениях а, соответствующих нагрузкам, близким к холостому ходу, наблюдается некоторое снижение щ и повышение gj, что является результатом ухудшения условий сгорания топлива вследствие уменьшения мелкости распыливания малых порций топлива и увеличения периода задержки воспламенения. Уменьшение нагрузки в дизелях приводит к увеличению а. Следовательно, графики на рис. 98, построенные в функции от а, одновременно иллюстрируют изменение индикаторных показателей в зависимости от нагрузки.

с уменьшением нагрузки является положительным фактором, улучшающим экономичность автомобильного дизеля при работе па частичных нагрузках. Влияние нагрузки на содержание NOK и СО в продуктах сгорания показано па рис. 99.

Частота вращения. С повышением частоты вращения качество распыливания топлива улучшается, скорость движения воздушного заряда увеличивается, а температура и давление к концу процесса

в фазе быстрого сгорания.

Индикаторные показатели с ростом и улучшаются до тех пор пока надежно работает топливоподаюгдая аппаратура, и коэффициент наполнения остается достаточно высоким.

По мере увеличения скорости выше оптимальной вследствие несогласования ее величины с условиями впрыска топлива существенно ухудшается теплоиспользование. Условия, при которых достигается оптимальная скорость, обеспечивают также уменьшение дымности выпуска дизеля.

В разделенных камерах сгорания, где топливо впрыскивается во вспомогательную камеру, размер проходных сечений соединительной горловины, обеспечивающих оптимальную скорость втекания заряда во вспомогательную камеру в процессе сжатия и вытекания горящего факела в основную камеру, также значительно влияет на показатели дизеля.

, показатели двигателя улучшаются.

определяется условиями, при которых совокупность допусков на изготовление сочлененных деталей обеспечивает возможность надежной работы всего шатунно-кривошипного механизма и невозможность соприкосновения поршня при его положении в в. м. т. с головкой блока и клапанами.

На рис. 102 приведены зависимости показателей дизеля ЯМЗ-238 от величины надпоршневого зазора. Из рис. 102 видно, что при уменьшении зазора существенно улучшаются все показатели дизеля (включая дымность отработавших газов). Вследствие роста максимального давления, а следовательно, и температуры цикла количество окислов азота по мере уменьшения бНз будет увеличиваться.

Свойства топлива. На индикаторные показатели двигателя свойства топлива влияют, главным образом изменяя период задержки воспламенения. Его молшо уменьшить, добавляя к топливу в небольших количествах специальные присадки. В качестве присадок применяют нитраты, нитриты и различного типа перекиси. Прибавка присадок к топливу повышает его цетаиовое число (табл. 16) и является эффективным средством для умепыпения не только периода задержки, но и максимального давления цикла.

Повышение цетанового числа и уменьшение периода задержки путем применения присадок не гарантируют высокого индикаторного КПД и снижения содержания дыма в отработавших газах при работе двигателя на различных топливах.

В последнее время начали вводить многофункциональные присадки, действующие положительно также на последнюю стадию сгорания. Такие присадки улучшают индикаторные показатели двигателя и снижают содержание дыма в продуктах сгорания. На рис. 103 показана зависимость содержания сажи в продуктах сгорания от нагрузки двигателя при использовании металлосодержащих присадок па основе бария (А2) и марганца (ЦТМ), Наибольшая эффективность достигается при использовании комплексной присадки, состоящей пз 1,0% А2 и 0,05 ЦТМ по массе.

высокое. Заметим также, что при больших цикловых подачах и соответственно малых коэффициентах а при использовании бензина дымность отработавших газов значительно возрастает. Для удовлетворительного протекания процесса сгорания и получения соответствующих индикаторных показателей при использовании различных топлив (многотопливный дизель) применяют пленочное испарение или другие способы Рис. 103. Содержание сажи в продуктах сгорания в зависимости от присадки к топливу при различной нагрузке:

1 топливо без присадки;

2 0,05% (по массе) присадки ЦТМ; 8 i ,0% присадки Аг; 4 1 % присадки А и 0,05% присадки ЦТМ; 5 1% присадки и 0,05% присадки ЦТМ при увеличении Фвпр на 6" по сравнению с оптимальным расслоения заряда (см. главу XV). В этом случае возникают сложности во время работы дизеля на легких топливах при пуске и на холостом ходу из-за низкой температуры стенок (трудность пуска, наличие в продуктах сгорания альдегидов, светлый дым и неприятный запах отработавших газов).

Реклама