Процессы смесеобразования в дизелях.

14.1. Какие два основных механизма обеспечения оптимального распределения топлива в объеме камеры сгорания используются в дизелях?

Два основных механизма распределения: 1) Объемное смесеобразование – если при распыливании топлива лишь небольшая часть его попадает в пристеночный слой. Оно осуществляется в неразделенных КС, имеющих малую глубину и большой диаметр. Прогрев и испарение происходит за счет энтальпии части заряда, охваченной струями топлива. 2) Пристеночное смесеобразование – если при распыливании большая часть топлива попадает в пристеночный слой. При таком смесеобразовании КС м.б. расположена соосно с цилиндром, а форсунка смещена к ее периферии. Происходит сепарация смеси: менее плотные продукты сгорания переносятся в центр КС, а более плотный воздух – к периферии, где и находится топливо. Первоначально воспламеняется топливо, попавшее на стенку, а потом основная часть.

14.2. Рассмотрите основные способы создания вихревого движения заряда при его впуске и роль движения заряда, создаваемого, при его вытеснении из надпоршневого пространства в объем камеры в поршне в конце сжатия. Какая связь существует между интенсивностью создаваемого при впуске вихревого движения заряда и величиной коэффициента наполнения?

Вращение заряда достигают применением винтового или тангенциального впускных каналов, а также экранированием впускного клапана и его седла. Если ось потока воздуха, поступающего в цилиндр, не пересекает его ось, то создается вращательное движение заряда. При вытеснении перетекание заряда обусловлено взаимодействием сил вытеснения, центробежных и сил инерции. В результате перетекания заряда в КС скорость его вращения увеличивается, что приводит к лучшему перемешиванию топлива с воздухом, т.е. обеспечение однородности смеси и увеличению фронта пламени. Создание вращательного движения заряда при впуске приводит к снижению h_V (рис. 3.3). Увеличение максимального значения тангенциальной скорости w_tmax вызывает уменьшение h_V, более интенсивное при больших d_к.с./D.

14.3. Приведите особенности организации процесса смесеобразования при камерах сгорания неразде­ленного типа дизелей грузовых и легковых автомобилей.

Объемное смесеобразование осуществляется в нераздельных КС, имеющих малую глубину и большой диаметр, характеризующихся отношением d_к.с./D=0,75…0,85. Такая КС располагается в поршне, причем оси форсунки, КС и цилиндра совпадают. При вытеснении заряда в КС с диаметром КС незначительно меньшим диаметра поршня ускорение вращения невелико. При комбинированном смесеобразовании и d_к.с./D=0,5…0,6 в связи со значительным ускорением заряда при перетекании его в КС удается использовать 3…5 распыливающих отверстий большого диаметра. В случае применения меньших отношений d_к.с./D удается существенно снизить усилия в деталях топливной аппаратуры. Уменьшения отношения d_к.с./D вносит ряд изменений: появляются возможности смещения оси КС и распылителя от оси цилиндра, увеличения размера впускного клапана и обеспечения высокого наполнения при одном впускном клапане. При пристеночном смесеобразовании почти все топливо направляется в пристеночную зону и КС может располагаться соосно с цилиндром, а форсунка смещена к ее периферии. Одна или две струи топлива направляются либо под острым углом на стенку КС, либо вблизи и вдоль стенки КС. В обоих случаях довольно сильно тангенциальное движение.

14.4. Приведите схемы организации процесса смесеобразования при разделенных камерах сгорания. Объясните взаимосвязь между относительным объемом вспомогательной камеры V_ВСП.К./V_С, относи­тельной площадью горловины f_r/F_п, максимальным давлением впрыскивания р_ф'_max, максимальной скоростью движения заряда W_max.

Разделенные КС состоят из вспомогательной и основной полостей, соединенных горловиной. В основном применяют вихревые КС и предкамеры. В случае вихревой КС ось горловины направлена по касательной к внутренней поверхности сферической или цилиндрической вихревой КС. Иногда для облегчения запуска применяют два неодинаково расположенных относительно иглы отверстия, причем одно из них подает топливо в зону объема заряда с наибольшей температурой. Относительное сечение и объем у предкамеры меньше, чем у вихревой КС, что вызывает повышенные потери на перетекание заряда между полостями КС.

14.5. Рассмотрите преимущества и недостатки неразделенных и разделенных камер сгорания, имея ввиду такие показатели качества, как экономичность, пуск, тепловая и механическая напряженность, шумоизлучение, токсичность, приспособленность к наддуву и форсированию по частоте вращения.

Преимущества разделенных КС: 1) Более мягкая работа ДВС из-за впрыскивания в дополнительную камеру, а давление над поршнем при этом растет постепенно, что обеспечивает малую шумность. 2) При понижении давления впрыскивания повышается интенсивность смесеобразования, следствием чего является более легкое форсирование по оборотам. 3) Меньшее сажеобразование вследствие лучшего перемешивания и более полного сгорания предкамере. 4) Меньше образование NO_x из-за недостатка О₂ в предкамере, а при переходе в основную камеру – низкие температуры. Недостатки: 1) Меньшая экономичность. 2) Меньшая приспособленность к наддуву. Оба эти фактора связаны с потерями на перетекание движущегося заряда, и следовательно большие потери в охлаждение. 3) Большая тепловая напряженность (что также является ограничителем применения наддува) – в области поршня, где происходит выход заряда из канала предкамеры.