Лекция 6. Природный газ (Лекции), страница 2

Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Применение природного газа кактоплива в силовых установках с ПДВлияние формы камеры сгорания на рабочийпроцесс в ГД с искровым зажиганиемПредельно медленное сгорание богатыхсмесейМодифицированная КС должна снижатьтангенциальную составляющую скоростиСЗ wτ, т.е. k → minСнижаются тепловые потери в стенки КС(т.к. уменьшаются массовый расход, Re икоэффициент теплоотдачи)Растет ηiСгорание медленное с небольшимиградиентами изменения термодинамическихпараметровОтносительно низкие Tmax и pz, как следствиенизкие NOxαв = 1, т.к.

при ↑αв возможнанеравномерность сгорания, снижаетсяскорость распространения пламени,возможны пропуски воспламененияМаксимально быстрое сгорание предельнобедных смесейБолее высокий термический η двигателяВысокие тепловые потери (вследствиебольших массовых расходов итурбулентности в КС)Достаточно высокий ηi посколькутермический КПД двигателя растетвследствие роста отношения удельныхтеплоемкостейВозможна работа с высокими ε (т.к.понижается склонность к детонации)Невысокие Tmax, следовательно низкие NOx,но более высокие выбросы CxHyαв > 1, требуется больше энергии длявоспламенения смеси17Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Применение природного газа кактоплива в силовых установках с ПДВлияние формы камеры сгорания на рабочийпроцесс в ГД с искровым зажиганиемLancaster D.R. [и др.] * (Southwest Research Institute, Aspen Utvecklings AB)Цель исследований: создание газового двигателя автобусного назначения.Объект исследований: дизель THD102KF производства Volvo Truck/BusCorporation (τ = 4, S/D = 140/120,7; ε = 16, Ne = 280 кВт при n = 2000 мин-1 ,Mкр макс = 900…1000 Н∙м при n = 1200…1500 мин-1).Особенности: в газовом варианте степень сжатия была уменьшена до 12,максимальная температура выпускных газов была ограничена величинойТmax = 750 °С, максимальное давление в цилиндре pz < 12 МПа.В ходе исследований определялась: возможность получения высоких экологических и экономическихпоказателей предкамерного варианта двигателя и варианта с открытойкамерой сгорания.* Lancaster D.R., Krieger R.B., Sorenson S.C.

Effects of Turbulence on Spark-IgnitionEngine Combustion // SAE Paper. – W.C. – 1976. - №760160. – W.P.18Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Применение природного газа кактоплива в силовых установках с ПДВлияние формы камеры сгорания на рабочийпроцесс в ГД с искровым зажиганиема)б)Конструкции головки цилиндра газового двигателя на базе дизеляTHD102KF: а) с предкамерой, б) с открытой камерой сгорания19Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Применение природного газа кактоплива в силовых установках с ПДВлияние формы камеры сгорания на рабочийпроцесс в ГД с искровым зажиганиемПо результатам исследования были сделаны следующие выводы: уровни токсичности двигателей с открытой камерой ипредкамерой примерно одинаковы; в обоих вариантах удалось получить очень низкуюконцентрацию NOx; двигатель с открытой камерой более надежен, имеет меньшийрасход топлива и менее чувствителен к режимам работы; рабочий процесс с открытой камерой имеет резервыулучшения экономических и экологических показателей.20Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Применение природного газа кактоплива в силовых установках с ПДВлияние формы камеры сгорания на рабочийпроцесс в ГД с искровым зажиганиемТипкамерыХарактер влияния на рабочий процессИллюстрацияСамая простая геометрия. Минимальное изменениеструктуры потока в цилиндре на тактах сжатия –расширения. Вероятное уменьшение турбулентности вПлоскаяпроцессе сгорания. Ограниченная площадьповерхности пламени на ранней стадии сгорания из-занебольшого расстояния между днищем поршня иголовкой цилиндраПовышенная угловая скорость закрученного потока изза уменьшения радиуса вихря при перетекании зарядапри сжатии из надпоршневого пространства в объемкамеры сгорания.

Существенное изменение структурыЦилиндри- потока после закрытия впускного клапана.ческаяПовышенный уровень турбулентности. Увеличеннаяпо сравнению с плоской камерой площадьповерхности на ранней стадии процесса сгорания, т.к.большая часть камеры сгорания расположенанепосредственно под свечой зажигания21Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Применение природного газа кактоплива в силовых установках с ПДВлияние формы камеры сгорания на рабочийпроцесс в ГД с искровым зажиганиемТипкамерыХарактер влияния на рабочий процессИллюстрацияДля дизельного процесса такая камера обеспечилавысокую скорость сгорания топливно-воздушнойсмеси.

Наличие в объеме камеры большого количествавихрей с небольшим масштабом турбулентности,Квадратная которые образуются в результате срыва потока в углахкамеры сгорания. Большой объем поверхности дляфронта пламени в начальный период сгорания, т.к.большой объем камеры расположен непосредственнопод свечой зажиганияОчень сложный характер течения свежего заряда вобъеме камеры сгорания. Закрученный поток вугловых областях должен разбиваться на небольшиеКрестоворонки при движении поршня к ВМТ. Площадьобразнаяповерхности для фронта пламени на начальномпериоде сгорания несколько меньше, чем дляквадратной и цилиндрической камеры22Московский государственный технический университет им. Н.Э.

БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Применение природного газа кактоплива в силовых установках с ПДВлияние формы камеры сгорания на рабочийпроцесс в ГД с искровым зажиганиемТипкамеры«Nebula»ПолусферическаякамерабольшойкривизныХарактер влияния на рабочий процессИллюстрацияРазработана фирмой Ricardo. Геометрия камерысгорания максимально приспособлена киспользованию закрученного движения, создаваемоговпускным каналом.

При приближении поршня к ВМТпоток разделяется на две струи, которые, сталкиваясь,затем друг с другом, разбиваются на множество зоннебольшой турбулентности. Равномернаятурбулизация в объеме камеры сгорания приводит кбыстрому и стабильному сгоранию смесиДостаточно простая геометрия. Высокая скоростьсгорания, но меньше, чем в камере типа «Nebula».Небольшая площадь фронта пламени в начальныйпериод сгорания. Минимальное сопротивлениепредварительно закрученному во впускном коллекторепотоку23Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Применение природного газа кактоплива в силовых установках с ПДВлияние формы камеры сгорания на рабочийпроцесс в ГД с искровым зажиганиемТипкамеры«Turbine»Характер влияния на рабочий процессИллюстрацияМодифицированный вариант неглубокойцилиндрической камеры с большими радиусамискругления между днищем и стенками. Увеличеннаявеличина надпоршневого зазора при положениипоршня в ВМТ для уменьшения концентрациинесгоревших углеводородов, образующихся, главнымобразом, в областях между участком плоскойповерхности днища поршня и головкой цилиндра.Площадь поверхности фронта пламени на начальномэтапе горения меньше, чем у цилиндрической камерыНаименее подходящий тип камеры сгорания дляполучения удовлетворительных экологических иКоническая экономических показателей.

Представляет интерестолько для анализа получаемых результатов посравнению с другими камерами24Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Применение природного газа кактоплива в силовых установках с ПДВлияние формы камеры сгорания на рабочийпроцесс в ГД с искровым зажиганиемКамеры сгоранияПлоскаячасть/углублениеПлощадь/углублениеГлубинауглубленияДиаметруглубленияммD = 7054x54См. рис.R = 60D = 8054x54ПлоскаяЦилиндрическаяКвадратнаяКрестообразнаяНебулаПолусферическаяТурбиннаяКвадратная (ε = 16)Полусферическая(ε =16)00.660.740.420.250.300.550.741.35721.57091.72971.78301.26311.40691.4740мм«10.7»32.742.522&3728.528.32529.10.551.225729R = 45Коническая0.551.288642D = 80,d = 2525Московский государственный технический университет им.

Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Применение природного газа кактоплива в силовых установках с ПДВлияние формы камеры сгорания на рабочийпроцесс в ГД с искровым зажиганиема)б)Изменение средней скорости тепловыделения в интервале 10%90% от выделившейся теплоты в цилиндре ГД с ВЭИ на базедизеля THD102KF при: а) αв =1,5; б) αв =1,826Московский государственный технический университет им. Н.Э. БауманаКафедра поршневых двигателей (Э2)Применение природного газа кактоплива в силовых установках с ПДИсследование рабочего процесса в ГД с искровымзажиганиемШибанов А.В.* (МГТУ им. Н.Э.