|
|
Выброс отработанных газов
Во многих странах приняты законы, которые устанавливают
максимальное содержание нежелательных продуктов в
отработанных газах. При расчете формы камеры сгорания
токсичными выбросами, влияющими на конструкцию камеры,
являются:
1 Монооксид углерода (СО) и водород (Н).
Эти газы появляются в выхлопе в том случае, если
топливовоздушная смесь сгорает не полностью.
2 Оксиды азота (NOx).
Газы, образующиеся, если температура в камере сгорания
превышает заданное значение.
3 Свинец (РЬ).
Антидетонационные свойства топлива могут быть улучшены путем
добавления веществ, содержащих свинец, но этот элемент,
проходя через двигатель, оказывается в отработанных газах.
Для того, чтобы добиться «чистой работы» двигателя,
конструктор должен или создать камеру сгорания, в которой не
образуются загрязнения, или он должен включить в систему
выпуска специальный катализатор для удаления вредных
продуктов из отработанных газов. В тех странах, где законы о
загрязнения окружающей среды очень строги, автомобили часто
оборудуются дополнительными системами для уменьшения
токсичности отработанных газов.
К сожалению, модификации двигателя, выполненные для
удовлетворения требований законов, часто ведут к уменьшению
общего КПД двигателя и увеличению расхода топлива.
Вообще говоря, влияние формы камеры сгорания на количество
загрязнений выражается в следующем:
Несгоревший газ
Форма камеры сгорания должна обеспечивать ее как можно
большую компактность. Длинные и узкие камеры, такие, как во
многих двигателях с верхнерасположенными клапанами, дают
«грязный» выхлоп, вследствие затруднений с полным сгоранием
топлива в течение имеющегося короткого времени. Этот эффект
проявляется еще сильнее на малых оборотах холостого хода
двигателя или при движении автомобиля по инерции, когда
распределение зажигания не происходит.
NOx
Во многих высокоэффективных двигателях последнего времени
применяется высокий коэффициент сжатия, при наличии очень
компактной камеры сгорания. Это дает очень высокую скорость
распространения пламени, которое дает очень высокую
температуру. Хотя выходная мощность получается при этом
очень высокой, содержание NOx обычно превышает безопасный
уровень. Скорость распространения пламени является
определяющим фактором, так что форма камеры сгорания должна
выбираться для достижения определенного компромисса —
слишком быстрое распространение пламени ведет к увеличению
содержания NOx, а слишком малая скорость распространения
пламени ведет к тому, что часть топлива оказывается
несгоревшей.
Другие трудности возникают в том случае, если нагрузки на
двигатель значительные. Если двигатель настраивается таким
образом, чтобы получить «чистый» выхлоп на холостом ходу или
при движении с постоянной скоростью, количество N0X часто
превышает установленную норму при полном открывании
дроссельной заслонки. Чтобы преодолеть этот недостаток, в
некоторых автомобилях имеются приспособления для
рециркуляции отработанных газов, которые возвращают часть
отработанных газов обратно в камеру сгорания. Отработанный
газ, смешиваясь с новой порцией, замедляет скорость сгорания
и уменьшает таким образом содержание NOx до допустимого
уровня. Клапаны, управляющие потоком отработанных газов,
должны допускать рециркуляцию только при полной нагрузке
двигателя, то есть именно тогда, когда образуется наибольшее
количество NOx.
Свинец
Ограничение на содержание свинца в топливе означает, что
высокое октановое число не может быть получено экономичным
способом, а это означает, что величина компрессии двигателя
не должна быть настолько высокой, чтобы могла возникнуть
детонация. Для определенного имеющегося топлива, величина
сжатия, приводящая к детонации, зависит от способности
камеры сгорания сопротивляться детонации, а также от многих
других факторов, таких, как газораспределение, качество, а
температура смеси. Выбранная для двигателя форма камеры
сгорания должна обеспечивать возможность использования
топлива с низким октановым числом и высокую выходную
мощность, а также экономичность, и это является довольно
сложной задачей для конструктора.
Катализатор, устанавливаемый в системе выпуска, служит для
удаления вредных веществ при помощи химикатов, которые могут
вступать в химическую реакцию со свинцом. Поэтому в
двигателях, использующих такую систему, допускается
применение только неэтилированного топлива. (Катализатор
представляет собой вещество, которое помогает протеканию
химической реакции, но само при этом не расходуется). (В
литературе по устройству автомобилей слово «катализатор»
используется также для обозначения устройства для снижения
токсичности отработанных газов — прим. пер.) С учетом
вышесказанного рассмотрим некоторые наиболее
распространенные типы камер сгорания.
Камера сгорания с L-образной головкой
Объемная производительность конструкции, изображенной на
рис. 11.1, не является чрезвычайно высокой. Расположение
клапанов с одной стороны цилиндра ограничивает размер
клапанов примерно до половины диаметра цилиндра или меньше,
кроме того, каналы в цилиндре изогнуты при этом под крутыми
углами.
Камера сгорания не очень компактная, но зато имеется большая
свобода выбора расположения свечи зажигания, для получения
наилучших результатов. Степень сжатия ограничена величиной
приблизительно 7, из-за необходимости оставить достаточное
место над клапанами, чтобы обеспечить им требуемый подъем.
Если поверхность головки цилиндра сдвинуть вниз, ближе к ВМТ
поршня, оставив достаточный проход между ответвлением камеры
сгорания и цилиндром, при этом улучшится как инерционная,
так и компрессионная турбулентности: в действительности
можно получить даже слишком большую турбулентность.
Такое расположение клапанов дает возможность использования
чрезвычайно простого клапанного привода, который будет
обеспечивать минимальные механические потери.
Эта конструкция камеры сгорания, которая была популярна одно
время, в настоящее время отвергнута из-за низкой объемной
производительности и высокого сопротивления при сжатии.
Камера сгорания в форме ванны
Клапаны располагаются вертикально над верхней частью
цилиндра (рис. 11.2), обеспечивая лучшую форму каналов,
ведущих непосредственно в цилиндр.
Поток газа и объемная производительность в этом случае
лучше, чем в конструкции с L-образной головкой. Клапаны
здесь располагаются в линию, с небольшим сдвигом
относительно центра цилиндра, и стороны камеры сгорания
образуют форму, напоминающую перевернутую ванну (отчего она
и получила свое название). Хотя положение свечи зажигания
может быть почти единственным, тем не менее, оно весьма
удачно удовлетворяет предъявляемым требованиям, и свеча
зажигания может располагаться несколько ближе к выпускному
клапану, чем к впускному.
Эта камера сгорания достаточно компактная и, в некоторых
случаях, форма перевернутой ванны бывает слегка изогнутой и
немного напоминает форму сердца, если смотреть снизу.
В такой камере обеспечивается очень небольшая индуктивная
турбулентность, но имеет место и очень хорошая компессионная
турбулентность, возникающая благодаря эффекту завихрения.
Зона завихрения, как она называется, располагается в боковой
части камеры сгорания, напротив свечи зажигания, чтобы
обеспечить хорошее завихрение свежего газа над свечой
зажигания в тот момент, когда поршень достигнет ВМТ.
Клапаны часто наклонены в сторону канала в головке
цилиндров, чтобы обеспечить меньший изгиб самих каналов. Это
также обеспечивает клиновидную форму камеры сгорания, что
позволяет лучше контролировать скорость распространения
пламени. Свеча зажигания установлена на узком конце клина,
что дает большую площадь фронта распространения пламени на
ранних стадиях горения и обеспечивает ускорение первой части
этого процесса. При продолжении горения площадь пламени
уменьшается, вследствие чего скорость конечной стадии
горения несколько замедляется и риск детонации сводится к
минимуму.
назад
>> |
|
