Формирование топливной смеси и процесс сгорания
Содержание
По сравнению с бензиновыми двигателями дизельные двигатели используют топливо, самовоспламеняющееся при высокой температуре, и отсутствует необходимость приготовления топливовоздушной смеси между моментами впрыска и воспламенения, а также и в течение фактического процесса сгорания. Дизельный двигатель всегда работает с избыточным воздухом (л > 1). Расход топлива и выделение сажи, которую увеличивают СО и НС, происходит при недостаточном количестве избыточного воздуха. Формирование топливной смеси A/F определено следующими параметрами:
- давлением впрыска;
- временем впрыска;
- распространением аэрозоля (номер распылителя, профиля распыляемой струи, направления распыляемой струи);
- моментом впрыска топлива;
- движением воздуха;
- количеством воздуха.
Эти факторы влияют на выделение двигателем вредных веществ и на расход топлива. Высокие температуры сгорания и высокие уровни концентрации кислорода приводят к увеличению образования NOx. Выделение сажи увеличивается при уменьшении количества воздуха и недостаточном формировании топливной смеси.
Критерии двигателя
Конфигурация камеры сгорания и канала воздухозаборника могут положительно влиять на уменьшение эмиссии отработавших газов. Если перемещение воздуха в камере сгорания тщательно согласовано с топливными жиклерами и распылителями, что способствует эффективному смешиванию воздуха и топлива, достигается полное сгорание впрыснутого топлива. Кроме того, достигаются положительные эффекты гомогенизации смеси воздуха и отработавшего газа, охлажденного в тракте EGR. Использование четырех клапанов на цилиндр и турбокомпрессора с турбиной переменной геометрии также способствует уменьшению токсичности отработавших газов и повышению удельной мощности.
Момент впрыска топлива
Уменьшение температуры сгорания и замедление процесса впрыска топлива приводят к уменьшению содержания NOx в отработавших газах. Однако, если эти параметры значительно уменьшены, увеличивается содержание НС в отработавших газах и расход топлива, а также выделение сажи при высоких нагрузках на двигатель. Если момент впрыска топлива отклоняется только на 1° (коленчатый вал) от оптимального значения, содержание NOx может увеличиться на 5%, принимая во внимание, что отклонение на 2° (коленчатый вал) в сторону опережения момента впрыска может привести к увеличению давления в цилиндрах двигателя до 10 бар, а отклонение на 2° (коленчатый вал) в сторону запаздывания может увеличить на 20° температуру отработавших газов. Такая высокая чувствительность требует предельной точности при регулировке момента впрыска топлива.
Распыление топлива
Мелкодисперсное распыление топлива способствует эффективному смешиванию воздуха и топлива. Это вносит значительный вклад в уменьшение выделения сажи и НС. Высокое давление впрыска и оптимальная геометрическая конфигурация отверстия распылителя приводят к хорошему распылению топлива. Чтобы исключить появление видимого выхода сажи, количество впрыскиваемого топлива должно быть ограничено в соответствии с количеством поступающего в двигатель воздуха. Это требует подачи избыточного воздуха, по крайней мере на 10…40 % (X =1,1…1,4). После закрытия иглы распылителя топливо, оставшееся в отверстии распылителя, испаряется и приводит к увеличению выделения НС. Это значит, что такие вредные объемы должны быть сведены к минимуму.
