Объемно-плёночное смесеобразование в дизелях

Характеристика объемно-плёночного смесеобразования

Объемно-плёночное смесеобразование в полуразделенных, вихревых камерах и в предкамерах применяется только в 4-тактных двигателях с диаметром цилиндра менее 130-180 мм, где трудно обеспечить качественное приготовление смеси на объемном принципе. В двигателях данного класса высокая частота вращения требует снижения времени впрыска топлива в цилиндр, что можно осуществить или увеличением скорости впрыска топлива (увеличением давления топливоподачи), или увеличением проходных сечений распылителя. В обоих случаях это приводит к попаданию топлива на стенки цилиндра и его перегреву. Для предотвращения этого при объемном смесеобразовании необходимы очень маленькие диаметры сопловых отверстий распылителя, что создало бы дополнительные технологические и зксплутационные трудности.

Большое распространение в двигателях рассматриваемого класса получили вихревые камеры (см. рис. ниже), отделенные от цилиндра и имеющие объем 60-80% от всего объема камеры сжатия. Конструктивно вихревые камеры выполняются шарообразными, цилиндрическими, чашеобразными и т.д.

Рис. 1 Схема работы вихревой камеры

При сжатии свежего заряда воздух перетекает из цилиндра в вихревую камеру через тангециальный канал А и получает вращательное движение. При впрыске топлива в камеру часть его подхватывается вихрем и перемешивается с воздухом. Часть топлива в виде пленки попадает на неохлаждаемую жаростойкую вставку Б камеры, имеющую высокую температуру, интенсивно испаряется и также перемешивается с воздухом в вихревом движении. Назначение вставки — аккумулировать тепло в процессе сгорания и отдавать его при сжатии. Благодаря вставке повышается температура конца сжатия Tс, что обеспечивает надежное самовоспламенение топлива при снижении нагрузки двигателя.

Движение воздуха в камере характеризуется «вихревым числом» ω, равным отношению частоты вращения вихря nв к частоте вращения коленчатого вала двигателя n:

Частота вращения вихря пропорциональна скорости перетекания заряда в канале А. В свою очередь, скорость перетекания заряда пропорциональна скорости движения поршня и соответственно частоте вращения двигателя. Поэтому можно сказать, что nв пропорционально частоте вращения двигателя, а вихревое число не зависит от скоростного режима дизеля.

Это свойство обеспечивает саморегулирование вихревых камер двигателей, работающих на винт: с увеличением частоты вращения коленчатого вала скорость вихревого потока возрастает, одновременно растет температура жаростойкой вставки. В конечном итоге интенсифицируется смесеобразование и сокращается время на подготовку топлива к сгоранию. У выполненных конструкций ДВС вихревое число обычно находится в пределах: ω=30-40.

В полуразделенных камерах сгорания с размещением основного объема заряда в поршне (см. рис. ниже) принцип смесеобразования подобен вихревой камере. В цилиндрических или шаровых камерах (рис. а) за счет перетекания заряда обеспечивается вихревое число ω=5-6. Кроме того, в большинстве полуразделенных камер смесеобразование улучшается за счет создания организованного вращательного движения воздуха при наполнении цилиндра. Так, в камере сгорания ЦНИДИ (рис. б) перемешивание осуществляется с помощью первичного тангенциального движения заряда и радиальных потоков при вытеснении воздуха из цилиндра в камеру поршня. Испарение топлива, попавшего в виде пленки на стенки камеры, происходит за счет тепла, аккумулированного в поршне.

Рис. 2 Камера сгорания М-процесса

Принципиально другой энергетический принцип объемно-пленочного смесеобразования использован в предкамерных двигателях, представляющих собой разновидность двигателей с разделенной камерой сгорания. Смесеобразование здесь осуществляется в значительной степени за счет энергии взрыва топливовоздушной смеси в предкамере.

Предкамера, обычно шарообразной или овальной формы, имеет объем 10-30% от объема камеры сжатия. В процессе сжатия заряда давление в основной камере нарастает быстрее, чем в предкамере, что вызывает перетекание воздуха в предкамеру через каналы А под действием перепада давления (3-8 кг/см2). При перетекании заряд турбулизируется.

В конце процесса сжатия в предкамеру навстречу потоку воздуха впрыскива¬ется топливо. Часть топлива перемешивается с воз¬духом, часть топлива оседает в виде пленки на неохлаждаемую жаростойкую вставку Б. При воспламенении топливо в предкамере сгорает лишь частично из-за недостатка кислорода. Давление в предкамере резко повышается и становится больше давления в основной камере, благодаря чему продукты сгорания вместе с парами и частицами несгоревшего топлива выбрасываются через соединительные каналы в основную камеру. Имея большую скорость истечения, горючая смесь интенсивно перемешивается с основной массой воздуха и сгорает.

Достоинствами объемно-пленочного способа смесеобразования являются:

  1. Высокое качество смесеобразования;
  2. Пониженные требования к топливной аппаратуре и к качеству топливоподготовки ввиду невысоких давлений впрыска;
  3. Обеспечение более надежной работы двигателя, меньшие тепловые и механические нагрузки цилиндропоршневой группы по сравнению с объемным способом смесеобразования при диаметрах цилиндров менее 130-180 мм.

К недостаткам следует отнести худшие пусковые качества двигателя (большая поверхность теплоотвода требует применения специальных запальных устройств для пуска), повышенную сложность конструкции по сравнению с неразделенными камерами, при прочих равных условиях — меньшую экономичность по сравнению с объемным вариантом за счет повышенных гидравлических сопротивлений при перетекании и завихрении воздушных потоков. Вот почему способ не применяется при диаметрах цилиндра более 180-200 мм.

Смотрите также:

а) Характеристика объемного смесеобразования

в) Характеристика плёночного смесеобразования

г) Распыливание топлива и факторы, его определяющие

д) Испарение топлива в камере сгорания

Март, 01, 2015 930 0
Читайте также