Меню
Предыдущая     |         Содержание     |    следующая

Автомобильные двигатели

Смесеобразование при разделенных камерах сгорания

Значительное увеличение энергии воздушных потоков в дизеле достигается применением камер сгорания, разделенных на две или больше полостей, соединенных между собой каналами (рис. 213).

Одна полость размещается между поршнем и головкой цилиндра, а другая (дополнительная камера) в головке цилиндра или в блоке. Топливо впрыскивается форсункой в дополнительную камеру, интенсивное движение воздуха в которой создается во время хода сжатия вследствие перетекания в нее заряда из цилиндра через соединительные каналы. В пространстве над поршнем вихреобра-зование возникает после начала сгорапия, когда происходит обратное истечение заряда из дополнительной камеры в пространство между поршнем и головкой цилиндра. В соответствии с этим при изучении смесеобразования в двигателях с разделенными камерами сгорания следует отдельно рассматривать процессы, происходящие в надпоршневом пространстве и в дополнительной камере.

Конструктивные формы разделенных камер и типы вихревых потоков в них могут быть различными. В автотракторных дизелях наиболее распространены вихревые камеры и предкамеры.

В разделенных камерах сгорания энергия смесеобразования в основном создается за счет кинетической энергии движения воздушных вихрей, возникающих в процессах сжатия и сгорания топлива. Энергия топливной струи в этих камерах сгорания оказывает меньшее воздействие на смесеобразование.

Для определения параметров процесса сжатия в двигателе с разделенной камерой сгорания применяют аналитические связи, позволяющие рассчитать давление в каждой полости камеры сгорания и скорость втекания заряда в дополнительную камеру. Такой расчет в зависимости от геометрических параметров дополнительной камеры и скоростного режима может быть проведен на ЭВМ по уравнениям, приведенным в специальной литературе.

Особенности смесеобразования в вихревой камере. В вихревой камере сгорания вращательное движение воздуха возникает в результате втекания его в камеру во время сжатия через соединительную горловину. Для получения направленного движения ось соединительной горловины располагают под углом к торцовой плоскости головки цилиндров так, чтобы образующая поверхность горловины была касательной к поверхности камеры.

Движущийся воздух воздействует на факел топлива и отжимает его к поверхности камеры, вследствие чего часть топлива попадает на стенку и испаряется. Этим самым обеспечивается высококачественное смесеобразование. Пары и мелкие капли топлива, находящиеся в камере, подхватываются воздухом и переносятся

в зону горловины. В этой зоне температура высокая, что обусловливает воспламенение топлива при очень малой задержке воспламенения. В результате горения топлива в вихревой камере создается высокое давление, и горящее топливо перетекает в надпоригненую полость с большой скоростью. Основная масса воздуха, оставшаяся в цилиндре, заполняет специальное углубление в днище поршня под соединительной горловиной. Этим обеспечивается хорошее использование кислорода воздуха и достигается бездымный выпуск при малых коэффициентах избытка воздуха и меньшей (по сравнению с объемным и пленочным смесеобразованием) токсичностью отработавших газов.

0,82,7%. Наибольшая скорость втекания воздуха в вихревую камеру на номинальном режиме (по данным расчета) у большинства двигателей находится в пределах 100200 м/с. Эта скорость достигается при угле поворота коленчатого вала 40° до в. м. т., когда отношение давления в вихревой камере к давлению в цилиндре равно 0,920,97.

для ряда двигателей. Точки, лежащие в заштрихованной зоне, ограниченной линиями 1, относятся к вихрекамерным двигателям с круглым сечением соединительных каналов, а точки, расположенные вблизи прямых 2, к двигателям с эллиптическим сечением соединительных каналов. По этому графику можно ориентировочно определять площадь проходного сечения соединительной горловины вновь проектируемого двигателя.

Основными преимуществами вихревых камер являются:

1) меньшее по сравнению с неразделенными камерами сгорания максимальное давление и невысокая степень нарастания давления в основной камере сгорания;

3) возможность работы двигателя на высоких скоростных режимах с удовлетворительными экономическими показателями, бездымным выпуском и малым шумом;

4) возможность использования топлив различного фракционного состава без резких изменений показателей двигателя;

5) меньшее давление впрыска, что облегчает условия работы топливоподающей аппаратуры.

К недостаткам вихревых камер относятся:

1) более высокий удельный расход топлива вследствие дополнительных тепловых и гидродинамических потерь, связанных с перетеканием газов из одной полости в другую, и увеличенных тепловых потерь из-за большой относительной теплопередающей поверхности;

2) ухудшение пуска холодного двигателя из-за интенсивного отвода теплоты к стенкам, имеющим большую относительную теплопередающую поверхность.

Процесс смесеобразования в предкамере имеет особенности. В процессе ся;атия воздух перетекает из цилиндра в предкамеру с большими скоростями, максимальные значения которых достигают 230320 м/с за 1520° до прихода поршня в в. м. т. Однако при этом не образуется организованного, направленного вихря, как в внхревой камере. Из-за малого сечения соединительных каналов давление в цилиндре в процессе сжатия превышает давление в предкамере. Максимальная разность давлений составляет 0,3 0,5 МПа.

= 8,0 -т- 13,0 МПа.

).

Число и форму соединительных каналов подбирают так, чтобы горящие факелы, вылетающие из предкамеры, по возможности заполняли весь объем между поршнем и головкой.

Расчет скорости и кинетической энергии потока при перетекании его из предкамеры в надпоршневую полость возможен при наличии кривых давлений, полученных одновременно для указанных объемов.

На рис. 215 показано изменение давления в предкамере (кривая 1) и основной камере (кривая 2) в процессе сгорания. На участке а б давление в предкамере больше, чем в цилиндре. В результате происходит истечение из предкамеры и смесеобразование в основной камере сгорания. После развития процесса сгорания в этом объеме давление в цилиндре может стать больше, чем в предкамере (участок б в) и начинается обратное втекание смеси в нее.

Кинетическая энергия газовых потоков, возникающих в процессах сжатия и расширения, возрастает с увеличением относительного объема предкамеры и скоростного режима работы двигателя и с уменьшением относительного проходного сечения соединительных каналов. При истечении из предкамеры для хорошего смесеобразования скорость и кинетическая энергия струи должны быть высокими. Последнее требование является превалирующим при выборе размеров предкамеры и соединительных каналов.

Предкамеру обычно размещают сбоку в головке цилиндров, если вигатель имеет два клапана. Боковое размещение предкамеры позволяет увеличить проходное сечение клапанов. На рис. 213, 0, показана головка цилиндров дизеля с водяным охлаждением при боковом размещении предкамеры. В случае бокового размещения предкамеры часто делают один соединительный канал, что увеличивает дальнобойность факела горящей смеси.

Центральное размещение предкамеры (см. рис. 213, е) применяется при четырех клапанах. Соединительных каналов делают возможно больше (до восьми). Их число ограничивается условием прочности перемычек. Выходное сечепие соединительного канала моясет изменяться в результате перемещения поршня, если он имеет выступ в центральной части днища. Относительный объем предкамеры в этом случае может быть меньше, чем при ее боковом размещении.

смесеобразования она соответствует обычным предкамерам.

Основные преимущества предкамер следующие:

= 0,2 ч- 0,3 МПа/°, вследствие чего уменьшаются нагрузки на детали кривошипно-шатунного механизма.

2. Интенсивный подогрев воздуха и топлива, поступающих в предкамеру, так как в нижней ее части, около соединительных каналов, имеется горячая зона. Поэтому можно применять топливо с меньшим цетановым числом и разных марок.

3. Возможность более грубо распыливать топливо при впрыске, что позволяет использовать односопловой распылитель с большим проходным сечением и снижать давление распыливания, облегчая условия работы топливоподающей аппаратуры.

4. Интенсивное вихреобразование при истечении газа из предкамеры в основную камеру, в результате чего обеспечивается хорошее смесеобразование и сгорание на повышенных скоростных режимах работы дизеля и облегчается форсирование двигателя по частоте вращения.

5. Меньшая токсичность выпуска.

Вместе с тем, предкамеры имеют ряд существенных недостатков.

1. Тепловые и газодинамические потери, связанные с перетеканием газа с большими скоростями из основной камеры в предкамеру и обратно, ухудшают экономичность дизеля. Имеются также дополнительные потери теплоты в воду из-за увеличенных относительных поверхностей охлаждения камеры сгорания.

2. Трудный пуск холодного двигателя вследствие того, что воздух, проходя через соединительные каналы в процессе сжатия, отдает теплоту холодным стенкам. Поэтому температура в предкамере повышается значительно медленнее, чем в цилиндре.

по сравнению с дизелями с неразделенными камерами сгорания. Кроме того, предкамеры оборудуют обычно калильными свечами.

Реклама