Как в дизелях камеры сгорания влияют на жесткость процесса сгорания.

Камера Гесельмана – объемное смесеобразование. Жесткость доходит до 0,7-0,9 МПа/град

В вихрекамерных и предкамерных двигателях 30-40% топлива сгорает в дополнительной камере, где жесткость процесса сгорания очень высока. Но из-за сравнительно малой площади соединительного канала давление в основной камере (цилиндре) возрастает достаточно плохо, а максимальное давление сгорания не превышает 6,5…7,0 МПа. Жесткость для этих ДВС 0,15…0,5 МПа/град.

Камера MAN – пленочное смесеобразование. 90-95% топлива нанесено на поверхность камеры. Топливо, нанесенное в виде пленки на поверхность камеры в поршне, вовлекается в сгорание постепенно, по мере испарения с поверхности камеры, и этим обеспечиваются достаточно малые значения максимальной скорости нарастания давления и давления сгорания. Жесткость 0,4-0,5 МПа/град.

Камера ЦНИДИ – объемно-пленочное смесеобразование. Около 50% топлива нанесено на поверхность камеры. Жесткость 0,5-0,7 МПа/град.

Тороидальная камера – объемно-пленочное смесеобразование. В этой камере создается энергичное организованное движение воздуха которое обеспечивается уже при впуске его в цилиндр (соответствующим конструированием всасывающего тракта и расположением всасывающего клапана). Жесткость достигает до 0,6-0,8 МПа/град.

 

49 Как происходит смесеобразование в ЦНИДИ

В отечественных автотракторных дизелях широкое применение получили полуразделенные камеры сгорания ЦНИДИ (Д - 130, Д - 160, Д - 240, Д - 65 и др.), полусферические (Д-37) и тороидальные* (ЯМЗ, СМД-60, А-41, А - 01), объединяющие преимущества двигателей с разделенными камерами и камерами МАN.

_____________________

*тор - геометрическое тело, образованное вращением круга вокруг непересекающей его прямой.

Рисунок 6 Камера ЦНИДИ

На рисунке 6 изображена камера ЦНИДИ. При ней на объем в поршне приходится более 78 - 84 % объема камеры сжатия, а отверстия распылителя ориентируются таким образом, что значительная часть впрыскиваемого топлива под малым углом попадает на стенки камеры и организованным движением воздуха также "размазывается" по поверхности. Часть топлива оказывается впрыснутой в объем

камеры сгорания. Как и при пленочном смесеобра­зовании воспламеняется топливо, впрыснутое в объем камеры, причем находящееся в объеме камеры поршня (количество топлива в надпоршневой полости оказывается недостаточным для самовоспламенения, т.к. за счет радиаль­ных перетеканий оно перешло в камеру в поршне). В итоге обеспе­чивается сравнительно малая жесткость процесса сгорания - (dр/da)_max =0,7МПа/(град п.к.в.); р_z =6¸7МПа. В двигателях с такими камерами расход топлива примерно на 6% ниже, чем в предкамерных.Недостатки двигателей с камерами ЦНИДИ состоят в сравнительно низкой термостойкости кромок камеры в поршне (это ограничивает допустимый уровень форсирования в приделах 11…12 кВт/л) и высокой чувствительности к показателям работы топ­ливной аппаратуры, определяющим качество образования топливной пленки и соотношение объемов топлива, впрыскиваемого в объем и наносимого в виде пленки.

Тороидальная

Рисунок 8 Тороидальная камера

 

Широкое применение получили тороидальные камеры (рисунок 8). Тороидальные камеры иногда относят к открытым камерам. При использовании этих камер обеспечивается комбинированное, так называемое объемно – пленочное смесеобразование. На поверхность данной камеры сгорания попадает значительно меньшее количество топлива. В их смесеобразовании более значительной оказывается роль организованного движения воздуха. Так, если форсунку отрегулировать на 25 МПа и общую энергию, зат­рачиваемую на смесеобразование, принять за 100 %, то 80 % этой энергии приходится на распыливание и 20 % - на воздушный поток.

Необходимое энергичное вращательное движение воздуха обес­печивается уже при впуске его в цилиндр (соответствующим конструированием всасывающего тракта и расположением всасывающего клапана). Впрыск топлива осущес­твляется тремя-пятью дырчатыми распылителями с диаметром отверстий от 0,15 до 0,4 мм. Давление начала впрыска - около 17,5 МПа.

Выражение для оценки максимальной скорости нарастания давления двига­теля ЯМЗ - 238 с тороидальной камерой предложено М.С. Ховахом и Г.М. Камфером в следующем виде:

(dр/da)_max=К× ,

где т_v1 - количество топлива, испарившегося за первый период;

К - экспериментальная константа;

р_н.в. - давление в цилиндре в момент начала впрыска топлива;

t - продолжительность впрыска топлива.

Максимальная скорость нарастания давления при этих камерах достигает 0,6-1,0 МПа/(град п.к.в.).

Рисунок 1 Схема вихрекамерного двигателя: wв – частота вращения вихря

51 Вихрекамерные и предкамерные двигатели Их (рисунок 1, двигатели Д-54, СМД-14, Д-50 и др.) иногда называют двигателями с разделенными камерами. При них обеспечивается объемное смесеобразование. Необходимое его качество дости­гается трехступенчатым раздроблением топлива за счет энергий: - впрыска топ­лива; - вихря, образующегося при перете­кании воздуха из основной камеры в вихревую;

- перетекания горящей топли­вогазовой смеси из вихревой камеры в основную.

На вихревую камеру в оптимальном случае приходится 50-80 % объема камеры сжатия. Площадь сечения канала, соединяющего вихревую камеру с основной, находится в пределах 1...2,5% от площади поршня. Отношение частот вращения вихря и коленчатого вала (вихревое отношение) доходит до 25…30. Продолжительность впрыска – 25…35 град. п.к.в.

52. Двигатели с камерами MAN При этих камерах (рисунок 4) обеспечивается так называемое пленочное смесеобразование. Здесь факел топлива направляется на поверхность камеры, расположенной в поршне и выполненной в виде полусферы с диаметром, равным половине диаметра поршня. Факел подхва­тывается вращающимися потоками воздуха (с вихревым числом ~6) и размазывается по поверхности камеры. При этом около 90-95% топлива оказывается нанесенной в виде пленки на поверхность камеры и только около 5…10% - впрыснутой в объем камеры. Температура стенки поршня – около 600 К выдерживается охлаждением	Рисунок 4 Камера MAN
Рисунок 5 Зависимость удельного расхода топлива от среднего эффективного давления при двигателях с камерами MAN (кривая 1) и с форкамерой (2)	днища поршня струей масла. Воспламеняется топливо, впрыснутое в объем камеры. Осталь­ная часть его вовлекается в сгорание постепенно, по мере испарения с поверхности камеры, и этим обеспечиваются достаточно малые значения мак­симальной скорости нарастания давления и давления сгорания. Двигатели отличаются малым удельным расходом топлива (рисунок 5). К тому же они позволяют существо расширить диапазон используемых сортов топлива (вплоть до использования легких топлив). Недостаток их - трудный запуск (когда поршень еще не нагрет).