Смесеобразование и тепловыделение в дизелях с неразделенными камерами сгорания

Рассмотрим процессы применительно к камере сгорания дизеля легкового автомобиля, показанной на рис. 29,в.

Прежде всего приведем характеристику условий смесеобразования. В подавляющем большинстве моделей дизелей, в том числе дизелей легковых автомобилей, применяется четырехклапанное газораспределение и газотурбинный наддув. Первое позволяет поместить форсунку по оси цилиндра и организовать осесимметричный процесс смесеобразования. В этом случае все струи оказываются практически в одинаковых условиях и поэтому появляется возможность оптимизации условий воспламенения и сгорания для всей порции впрыскиваемого топлива.

В дизелях легковых автомобилей применяются распылители с 5...6 сопловыми отверстиями и вихревое движение заряда. При этом в ряде моделей используются два раздельных впускных канала, из которых один является наполнительным (обычно прямой или тангенциальный), а второй — винтовым. На рис. 30 иллюстрируются такие каналы. Тангенциальный впускной канал б на подходе к цилиндру имеет ось, расположенную на расстоянии от оси цилиндра в плане и составляющую острый угол с плоскостью поверхности головки цилиндра. В результате поток смеси входит в цилиндр на расстоянии от оси цилиндра и ось потока не параллельна вертикальной оси цилиндра. Поэтому поток, взаимодействуя со стенками цилиндра, приходит в состояние вращательного (вокруг оси цилиндра) вихревого движения. Помимо тангенциальной (касательной к окружности цилиндра) составляющей, скорость входящего в цилиндр воздуха имеет также другие составляющие: радиальную и осевую.

Винтовой канал 5 имеет форму неполной спирали и поток воздуха на подходе к цилиндру приобретает в нем вращательное движение вокруг оси клапана, а при входе в цилиндр, также взаимодействуя с его поверхностью, приобретает вращательное движение вокруг оси цилиндра.

Рис.30

Расположение каналов в головке цилиндров:

1— горловины впускных клапанов; 2 — то же, выпускных; 3 — отверстие под форсунку; 4 — го же, для пусковой свечи накаливания; 5 — винтовой канал,- 6 — тангенциальный впускной

канал

Процесс перетекания связан с определенными потерями энергии, которые тем больше, чем больше исходная энергия вращательного движения, создаваемая каналами к НМТ, и меньше отношение d₁/D.

Положительный эффект предварительного впрыскивания малых порций топлива при выборе оптимального интервала между его окончанием и началом основного впрыскивания сводится к тому, что в результате возбуждения цепи реакции образуются химически активные частицы-радикалы, присутствие которых сокращает период задержки воспламенения основной порции топлива, уменьшает количество смеси, приготовленной к объемному самовоспламенению. В результате уменьшаются скорость тепловыделения в начальной фазе, скорость нарастания давления в цилиндре, шумоизлучение от процесса сгорания и количество образующихся оксидов азота.

Отличие камер сгорания, применяемых в современных моделях дизеле для грузовых автомобилей, тягаче больших автобусов и гусеничных тракторов мощностью 150...320 кВ от рассмотренной выше камеры непосредственного впрыскивания со стоит в том, что первые имеют большой относительный диаметр d_ск/= = 0,8...0,85, меньшую интенсивность создаваемого при впуске вихря, меньшую степень трансформации вихря при вытеснении заряда в камеру сгорания, но большее число сопловых отверстий (i=7...8).

рис.31

Формы камер сгорания и расположение в них струй топлива для дизелей, обеспечивающих выполнение ужесточающихся требований по вредным выбросам

На рис. 31а,б,в показана в развитии камера сгорания дизелей Mercedes-Benz в связи с изменением норм по токсичности.

Система впрыскивания с управлением от электромагнитного клапана и электронным управлением обеспечивает точный выбор на всех режимах цикловой подачи топлива и момента начала впрыскивания. Число сопловых отверстий равно 8. Обязательным условием высокого качества смесеобразования и тепловыделения является применение сопловых отверстий малого диаметра (D_c=0,8 мм и ниже).

Преимуществами дизелей с непосредственным впрыскиванием топлива являются:

· высокая экономичность в силу отсутствия потерь на перетекание заряда между полостями камеры сгорания, имеющими место в дизелях с разделенными камерами сгорания, а также существенно меньшими потерями теплоты в среду охлаждения благодаря меньшим поверхностям теплообмена и скоростям движения заряда;

· лучшие пусковые качества дизеля благодаря меньшему попаданию ядра струй на холодные стенки камеры сгорания, меньшим потерям теплоты в среду охлаждения и большим значениям давления и температуры заряда в полости над поршнем, в которую осуществляется впрыскивание топлива;

· заметно лучшая приспособленность к высокому наддуву вследствие меньшей неравномерности распределения тепловой нагрузки но деталям дизеля.

В связи с началом широкого выпуска аккумуляторных топливных систем типа «Common Raih, которая обеспечивает предварительную очень малую стабильную подачу топлива (G_{тц пред}=l... ...3 мм³/цикл) до начала впрыскивания основной порции топлива, а также оптимизацию моментов начала подачи предварительной к основной подачи топлива и оптимизацию давлений впрыскивания, появилась возможность при применении камеры непосредственного впрыскивания соединить преимущества дизелей с разделенными и неразделенными камерами сгорания.