акад. док., проф. Гветадзе В.Е., акад. док., проф. Пурцхванидзе Г.Н., акад. док. Проф. Лосаберидзе Г. акад. док. Гогисванидзе Л.

Грузия, г. Кутаиси. Государственный Университет Акакия Церетели

Влияние формы камеры сгорания на процессе смесеобразования, на токсичность и дымности отработавших газов в дизелях

Размеры цилиндров существующих дизелей имеют широкий диапазон (70 - 900 мм), на нижней границе которого перемешивание топлива с воздухом занимает временной интервал примерно в 10 раз меньший, чем в двигателях правого края диапазона, т.е. в крупных дизелях. Поэтому по мере уменьшения размеров двигателя требуется все более интенсивного перемешивание топлива с воздухом, чтобы завершить горение в пределах определенного углового интервала. В основанном, это логика приводит к различию форм ЕС во всем диапазоне размеров двигателя.

В малоразмерных дизелях для интенсификации смесеобразования применялись разделение КС (пред и вихрекамерние дизели), обеспечивающие низкую токсичность и дымность выпуска, что объясняется двухстадинной организации процесса сгорания, на первой стадии сгорание богатой смеси в предкамере, на второй стадии обеднения и сгорания смеси в основной камере с понижением температуры за счет расширения. Такое протекание процесса препятствует образованию NO_X на I стадии из-за недостатки кислорода, во второе – из-за понижение температуры. Однако следствием гидравлических и тепловых потерь при перетекании заряда в основную камеру является низкая экономичность. Достичь удовлетворительного уровня экономичности в дизелях с Д4<100 мм при вихрекамерным и предкамерным смесеобразованием трудно разрешима. Одновременно улучшит обе показатели (экологические и экономические) практически невозможно. Однако в первую очередь экономические соображения выдвинула на первый план неразделенные КС, выполняемые в поршне.

В КС дельтовидной формы, в отличие от разделенных КС имеет место объемно-пленочное смесеобразования, где движение воздушного заряда происходит из-за сжатие воздуха в надпоршневом пространстве, вследствие чего радиальное движение воздуха в указанном пространстве переходит во вращательную в КС тороидальной формы. Оказалось, что в таких КС тангенциальная подача воздушного потока ухудшает рабочий процесс и поскольку мешает тороидальному движению, поэтому в таких в КС тангенциальная подача не применяется/ а выхр создается воздуха на такте сжатия из надпоршневого пространства в объем через горловину с острыми кромками.

Во время впрыска топлива его определенная часть смешивается в воздушном потоке, а другая часть (50%) попадает на стенках конической поверхности, который обтекается воздушным потоком. Топлива, попадание на сменах испаряется и улучшает процесс смесеобразования. Тороидальный вихрь В КС с зауженной горловиной не требует дпольнительных потерь наполнения во впускном канале. Однако эго высокая интенсивность, обусловливающая удовлетворительные экономические показатели дизеля, сопряжена с повышенной теплоотдачей в горловину и ее перегревом. Поэтому подобные КС эффективный лишь при весьма умеренных уровнях форсирования дизелей.

В КС шаровой формы имеет место обтемно-планочное смесеобразование, форсунка установлено тык, что его направления не совпадает с направлением оси цилиндра, а угол между струи топлива и стенки КС небольшая. Поэтому основная доля вприскнутого топлива попадает на стенках КС и образует движущийся слои топлива, т. е. пленку, а минимальная часть топлива (≈10%) попадает в объем КС и образуется первые очаги самовоспламенения. В конце сжатия в надпоршневом объеме тангенциальное движение заряда переходит в радиальную, а в КС имеет место вращательное движение. Смесеобразование такого типа называют М процессам. При этом время смесеобразования завысить от температуры поверхности ЕС и от скорости движения воздушного потока. Есть возможность управлять процессом смесеобразования путем регулировки температуры поверхности ЕС (например, охлаждение поршня маслом и др.).

рис. 1. Изменение токсичных компонентов в зависимости от нагрузки и форми КС

Тороидально-квадратичние КС расположены в поршне и имеет форму квадрата с закругленными углами. Интенсивный впрыск под давлением обеспечивает энергичный удар топлива о стенки КС. Отраженные от стенки струи топлива подхватываются вихрем, который разрушается в углах ЕС с образованием мелкомасштабной турбулентности. Дизели с таким механизмом смесеобразования имел низкий уровень эмиссии вредных компонентов. При уменьшении радиуса закругления углов увеличивается квадратичность ЕС и происходит столкновение вихря и струи топлива о стенку камеры вблизи угла, в следствие чего ухудшается экономичность и повышается дымность, при этом минимальный уровень дымности наблюдается при направлении струй топлива по потоку. Визуализация топливных струй в КС показал, что при подаче топлива в угли квадратичной ЕС смесеобразование улучшается, несмотря на то, что вихрь в КС несколько ослабляется. Надо отметить, что дополнительная турбулизация заряда в дизелях с непосредственным впрыском всегда положительно сказывается на сокращении NO_X. В камерах сгорания с сужающейся горловинной интенсивность движения заряда существенно выше чем в других камерах, что подтверждает необходимость дополнительной турбулизации заряда в открытых камерах для эффективного снижения NO_X при высоком уровне экономичности.

Проведенные исследования позволяет сделать следующее выводы

1. Выхрекамерние и предкамерные дизели обеспечивают высоки экологические показатели, в них количества выбросов в разных веществ на 30% менше, чем в дизелях с непосредственным впрыском.

2. В связи ужесточением норм на вредные выброси преимущества отдается дизелям с пониженной токсичности.

3. В дизелях с непосредственным впрыском, найменшими уровнями дымности и вредных веществ отличаются те, в которых организовано интенсивное движение заряда перед Парийском топлива.

4. Дизели с ЕС имеющие сужающейся горловину обеспечивают хорошие показатели экономичности, дымности и вредных выбросов NO_X, CO, CH.

Литература

1. Труди Американского общества инженеров0механиков «Теоретические основы инженерных расчетов», №4, 1997.

2. Химамото, «Визнализащия потока воздуха в цилиндре ДВС»Б нагореко касика, т.19, 1993.

3. Патент Великобритании N:1444957 от. 4.08.96. Кл. F 02B 31/02.

4. Павлович Л.М. КС малотоксичных дизелей – ДВС. Обзор ЦНИИТЭЙ – тяжмаш. М. 1991 г. №32.