Меню
Предыдущая     |         Содержание     |    следующая

Автомобильные двигатели

Смесеобразование при неразделенных камерах сгорания

Неразделенная камера сгорания представляет собой единый объем, заключенный между головкой цилиндра и поршнем. Этот объем образуется обычно за счет углубления в поршне или иногда в головке двигателя. Конфигурация неразделенных камер сгорания весьма разнообразна. Некоторые наиболее распространенные типы таких камер показаны на рис. 211.

Объемное смесеобразование. При объемном смесеобразовании топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания. Неравномерность состава смеси, необходимая для сокращения задержки воспламенения, получается из-за неравномерности распределения топлива в факелах и в объеме камеры сгорания.

В случае неразделенных камер сгорания основную долю энергии смесеобразования составляет кинетическая энергия, полученная топливом при впрыске. Энергия воздушного вихря в этих камерах меньше энергии топлива.

Смесеобразование улучшается путем создания тангенциального вращательного движения воздуха в камере сгорания. Вращательное движение воздуха, как показано выше, получается в процессе наполнения цилиндра свежим зарядом.

. Число сопловых отверстий распылителя при проведении испытаний было различным, а общее проходное сеченне оставалось постоянным.

Интенсивность вихря повышалась также изменением направления впускного канала. Схемы головок, впускного и выпускного каналов и размещения клапанов показаны вверху на рис. 212.

i среднее эффективное давление резко уменьшалось (кривая 1).

Изменение скоростного режима двигателя влияет на интенсивность вращательного движения воздуха в камере сгорания, так как при этом меняется скорость и, следовательно, кинетическая энергия воздушного потока во впускном канале и клапане. С повышением частоты вращения коленчатого вала интенсивность вихря в камере сгорания увеличивается, поэтому при больших частотах вращения интенсивность вихря, создаваемая путем изменения направления впускного канала, может оказаться достаточной. Дополнительное завихрение воздуха с помощью ширмы на впускном клапане в этом случае будет ухудшать показатели двигателя.

Таким образом, на каждом скоростном режиме двигателя в зависимости от числа сопловых отверстий распылителя может быть подобрана оптимальная интенсивность вращательного движения воздушного заряда в камере сгорания. Поэтому при отработке рабочего процесса в дизеле интенсивности тангенциального вихря уделяется большое внимание.

К преимуществам рассматриваемых камер сгорания следует отнести более легкий пуск двигателей, а также возможность форсирования дизелей путем применения наддува.

8-10 МПа). Большая скорость нарастания давления объясняется интенсивным испарением и перемешиванием паров топлива с воздухом в период задержки воспламенения и большой продолжительностью этого периода. Для понижения жесткости работы при использовании таких камер стремятся к сокращению периода задержки воспламенения и уменьшению количества топлива, впрыскиваемого в данный период. Другим недостатком является необходимость создания высоких давлений впрыска, так как кинетическая энергия топливной струи имеет большое значение при смесеобразовании в неразделенных камерах. Поэтому в случае закрытых форсунок давление начала подъема иглы должно быть 2025 МПа, а максимальное давление распыливания 4060 МПа. Для насосфорсунок типа АР-20 и АР-21 максимальные давления впрыска достигают 120140 МПа.

Энергия вращательного движения заряда, создаваемая в процессе впуска, может оказаться недостаточной при применении распылителей с малым числом сопловых отверстий. Вследствие этого распылитель форсунки должен иметь большое число сопловых отверстий малого диаметра, но при этом они быстрее засоряются и закоксовываются в процессе эксплуатации.

= 0,615.

= 0,35 0,37. Факелы топлива, поступающие из четырех сопловых отверстий распылителя форсунки, попадают на боковые стенки камеры под входной кромкой горловины.

= 0,75 -ч- 0,9.

зависит от зазора между днищем поршня и головкой цилиндров, ограниченного точностью изготовления деталей кривошипно-шатунного механизма и их тепловыми деформациями. При уменьшении расстояния между головкой цилиндров и поршнем меньше воздуха остается в зазорах, что способствует более полному использованию воздуха и уменьшению минимально допускаемого коэффициента а.

Наряду с тороидальным вихрем в этих камерах сохраняется и тангенциальное вращательное движение воздуха. В камере сгорания ЦНИДИ интенсивного тангенциального движения воздуха не требуется.

Камеры сгорания в поршне обеспечивают получение высоких мощностных и экономических показателей дизелей. При этом сохраняются указанные выше преимущества неразделенных камер сгорания. Кроме того, наличие дополнительных вихревых потоков позволяет снизить давление впрыска и уменьшить число сопловых отверстий в распылителе. Давление начала подъема иглы форсунки в случае применения камер сгорания в поршне составляет 15 17,5 МПа, число сопловых отверстий два пять.

Жесткость работы дизеля и максимальные давления цикла с камерами сгорания в поршне также уменьшаются, что объясняется меньшим количеством факелов, взаимодействующих с воздушным вихрем, и частичным попаданием топлива на стенки камеры. В результате этого в течение задержки воспламенения образуется меньшее количество паров топлива и сгорание протекает более плавно.

Отметим, что в таких камерах Сгорания чисто объемное смесеобразование заменяется смешанным, объемно-пленочным. Количество топлива, попадающее на стенку илп в пристеночный объем, зависит от типа камеры и режима работы дизеля.

Объемное смесеобразование в камере сгорания фирмы Дойц (рис. 211, ж) обеспечивает уменьшение скорости образования топливовоздушной смеси, подготовленной к сгоранию за период задержки воспламенения. Достигается это созданием зоны с переобогащенной смесью в пристеночном объеме камеры сгорания.

Распылитель форсунки с двумя сопловыми отверстиями располагают вблизи стенки камеры.

Факелы топлива в процессе впрыска двигаются вдоль стенки камеры сгорания, выполненной в поршне, как показано на рис. 211, ж. Под действием вращательного движения воздуха создается кольцевая зона с переобогащенной смесью. Объем смеси, подготовленной к быстрому сгоранию, уменьшается, что снижает скорость нарастания давления в цилиндре. Вместе с тем обеспечивается достаточная скорость смесеобразования после начала воспламенения.

При данном методе смесеобразования давление впрыска, скорость подачи топлива и энергия струй должны быть меньшими, чем при использовании камер сгорания, показанных на рис. 211, а и б. Объясняется это тем, что для получения переобогащенной зоны не нужно улучшать качество распыливания и равномерность распределения топлива в объеме факела. Энергия впрыска должна быть достаточной для обеспечения продвижения факела на всю глубину камеры сгорания. Однако не должно быть значительного попадания топлива на ее днище.

Экономичность работы дизеля и его пусковые качества с камерой сгорания Дойц не уступают двигателям с описанными выше объемным и объемно-пленочными методами смесеобразования.

Пленочный метод смесеобразования. При пленочном смесеобразовании также стремятся к тому, чтобы минимальное количество топлива успевало испариться и перемешаться с воздухом за период задержки воспламенения. Факел топлива подается под острым углом на стенку камеры сгорания, чтобы капли не отражались, а растекались по поверхности в виде тонкой пленки толщиной 0,012 0,014 мм. Путь факела от соплового отверстия до стенки должен быть минимальным, чтобы уменьшить количество испарившегося топлива за время движения струи в камере сгорания. Этим условиям удовлетворяет камера, показанная на рис. 211, з.

Направление вектора скорости воздушного заряда при пленочном смесеобразовании совпадает с движением струи топлива, что способствует растеканию пленки по поверхности камеры. Одновременно это уменьшает парообразование, так как понижаются относительные скорости движения топлива и воздуха.

= 2,2 н- 7,8 Дж/г, т. е. примерно в 2 раза меньше, чем при объемном. Вместе с тем энергия движения воздушного заряда при пленочном смесеобразовании более чем в 2 раза превышает соответствующие значения для случаев объемного образования топливовоздушных смесей.

Мелкие капли и образующиеся пары топлива движутся к центру камеры сгорания.

Теплота для испарения топлива в основном подводится от поршня, температура которого поддерживается в пределах 450610 К. Дальнейшее повышение температуры топлива нецелесообразно, так как при соприкосновении с горячей поверхностью оно вместо растекания по ней в виде пленки начинает кипеть, причем частицы топлива приобретают сферическую форму и отскакивают от стенки. Возможно также термическое разложение и коксование топлива. В случае повышения температуры поршня выше допускаемой, например при наддуве, охлаждают днище поршня маслом. Быстрому испарению топливной пленки способствует движение воздуха с большой скоростью относительно стенок камеры сгорания. Процесс испарения резко ускоряется после начала горения за счет теплопередачи от пламени к пленке топлива. Испарившееся топливо уносится потоком воздуха и сгорает во фронте пламени, распространяющемся из центра камеры, от первоначального очага воспламенения.

Описываемую камеру сгорания широко применяют на дизелях фирмы MAN (М-процесс).

= 218

МПа).

при полной нагрузке дизеля составляет 0,250,4 МПа/°, а максимальнее давление цикла 7,0-7,5 МПа.

Преимуществом камеры сгорания с пленочным смесеобразованием является удовлетворительная работа двигателя на различных топливах, в том числе и на высокооктановых бензинах.

К недостаткам пленочного смесеобразования относится затрудненный пуск холодного двигателя, так как основная масса топлива попадает на стенку и его испарение затруднено. При малых нагрузках и на холостом ходу пз-за низкой температуры стенки поршня и меньшей по сравнению с режимами средних и полных нагрузок передачи теплоты от пламени к пленке топлива процессы смесеобразования и сгорания затягиваются, что приводит к увеличению токсичности отработавших газов. Этот недостаток отсутствует при смесеобразовании в камере Дейтц, так как с уменьшением подачи топливо распределяется более равномерно и процесс сгорания не затягивается.

В камере ЦНИДИ (рис. 211, д) также часть топлива (до 3540% цикловой подачи) попадает на стенку или в пристеночный слой.

В этой камере расстояния между соплами распылителя и стенкой сравнительно малы, и струя встречается с поверхностью камеры под малым углом, что способствует растеканию топлива и образованию пленки.

К общим недостаткам камер сгорания в поршне относится большая высота головки поршня, вследствие чего его масса и инерционные нагрузки возрастают, что может явиться препятствием для форсирования дизелей по частоте вращения.

Реклама