Повышение эффективности использования машинно-тракторного парка КСУП «Краснобережский» Жлобинского района с модернизацией камеры сгорания дизельного двигателя Д-245

Дипломный проект на тему« Повышение эффективности использования машинно-тракторного парка КСУП «Краснобережский» Жлобинского района с модернизацией камеры сгорания дизеля Д-245» выполнен на 9 листах графической части и 102 страницах машинописного текста пояснительной записки, в том числе 1 приложение, 6 рисунков, 27 таблиц, 29 пунктов библиографии.
Ключевые слова: трактор, смесеобразование, КС, двигатель.
В дипломном проекте освещены основные недостатки при работе тракто-ров, произведён обзор и анализ современных камер сгорания, выполнена модернизация нераздельной камеры сгорания двигателя Д-245. Приведено описание камеры сгорания, произведен расчёт необходимых параметров двигателя.
В расчетно-пояснительной записке освещены вопросы безопасности жизнедеятельности на производстве и рассмотрены мероприятия по устранению несчастных случаев, экологической безопасности, произведено экономическое обоснование проекта.
В графической части проекта разработана форма камеры сгорания, приведены диаграммы расчета двигателя и технико-экономические показатели проекта.
Модернизация произведена на базе анализа патентного поиска по камерам сгорания в направлении улучшения экономии топлива.
Правильность выбора модернизации подтверждается экологическими и технико-экономическими показателями.




СОДЕРЖАНИЕ

Введение 8
1 Характеристика предприятия  10
1.1 Общие сведения предприятия  10
1.2 Анализ производства продукции растениеводства 11
1.3 Краткий анализ развития животноводства 12
1.4 Машинно-тракторный парк и его изменения  15
2 Обоснование годового объема работ в ЦРМ хозяйства 17
2.1 Определение количества ремонтов и технических обслуживаний 17
2.2 Трудоемкость и годовой объем ремонта-обслуживающих работ 24
2.3 Состояние годового плана технического обслуживания и ремонта
машин. 31
2.4 Распределение объемов работ между ремонта-обслуживающими
предприятиями. 33
3 Модернизация камер сгорания  37
3.1 Обоснование и актуальность разработки 37
3.2 Требования, предъявляемые к дизелям в современных условиях 38
3.3 Совершенствование процесса смесеобразования и обзор камер
сгорания 41
4 Тепловой и динамический расчет двигателя 50
4.1 Тепловой расчет двигателя 50
4.1.1 Процесс впуска 50
4.1.2 Процесс сжатия 51
4.1.3 Процесс сгорания 52
4.1.4 Процесс расширения 56
4.1.5 Показатели и основные размеры двигателя 57
4.1.6 Построение индикаторной диаграммы 60
4.2 Динамический расчет двигателя 62
4.2.1 Построение развернутой индикаторной диаграммы 62
4.2.2 Построение диаграмм тангенциальных и нормальных сил 64
4.2.3 Диаграмма суммарных тангенциальных сил 66
4.2.4 Расчет маховика двигателя 67
4.2.5 Построение полярной диаграммы сил действующих на
шатунную шейку вала 68
5 Технико-экономические показатели проекта 72
5.1 Сущность разработки 72
5.2 Расчет производительности машины и годового объема работ 72
5.3 Расчет трудозатрат и роста производительности труда 73
5.4 Удельная материалоемкость процесса 73
5.5 Энергоемкость процесса 74
5.6 Удельный расход топлива 74
5.7 Капиталоемкость процесса 75
5.8 Расчет эксплуатационных затрат и их экономии 75
5.9 Годовая экономия эксплуатационных затрат 78
5.10 Расчет эффективности капитальных вложений в приобретение
сельскохозяйственной техники 78
5.11 Капиталовложения 79
6 Охрана труда 81
6.1 Анализ состояния охраны труда в КСУП «Краснобережский» 82
6.2 Мероприятия по улучшению состояния охраны труда  86
7 Энергосбережение 88
7.1 Общие положения 88
7.2 Анализ состояния энергосбережения в хозяйстве 89
7.2.1 Энергетический баланс КСУП «Краснобережский» 90
7.2.2 Мероприятия по энергосбережению в хозяйстве 92
7.3 Расчеты освещения кабинета главного бухгалтера административного
здания  95
Заключение 99
Список использованных источников 100
Приложение А – План мероприятий по устранению причин несчастного случая
на КСУП «Краснобережский» на период с 1.01.2013 по 1.01.2014.



3. МОДЕРНИЗАЦИЯ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ
3.1 Обоснование и актуальность разработки

В последние годы отмечается быстрый рост парка автомобилей, рас-ширение сферы их применения, увеличение мощностей двигателей внутрен-него сгорания, устанавливаемых на транспортные средства. При этом доля дизельных двигателей на транспорте неуклонно возрастает и достигла в на-стоящее время 35-50 %. Такими двигателями традиционно оснащаются большегрузные автомобили, городские автобусы, расширяется их приме-нение на легковых автомобилях. В качестве силовых установок сельскохо-зяйственных машин также используются главным образом дизельные дви-гатели.
Дизельные двигатели, работающие с повышенными степенью сжатия и коэффициентом избытка воздуха, в большей степени, чем другие двигатели отвечают современным тенденциям развития транспортного и автотрактор-ного двигателестроения - повышению агрегатной мощности, снижению удельного расхода топлива и токсичности отработавших газов. Эти по-казатели в значительной степени зависят от характера протекания процессов топливоподачи, воздухоснабжения и смесеобразования.
При организации процессов подачи топлива и воздуха в цилиндры транспортных и автотракторных дизелях необходимо согласование парамет-ров и характеристик этих процессов на каждом эксплуатационном режиме.
Таким образом, при разработке и совершенствовании систем топливо- подачи и воздухоснабжения возникает проблема выбора их характеристик и рациональной формы КС, обеспечивающей целенаправленное движение воздушного заряда, согласующееся с направлением струй распыливаемого топлива, оценки влияния конструктивных особенностей топливной аппаратуры и формы КС на показатели работы дизеля в широком диапазоне скоростных и нагрузочных режимов.
Дипломная работа посвящается совершенствованию рабочего процесса в дизелях с непосредственным впрыскиванием топлива. Предложена конструкция поршня, обеспечивающая направленное движение воздушного заряда в КС дизеля.
Актуальность дипломной работы обусловлена необходимостью обеспечения требуемых экономических и экологических показателей дизе-лей.
Поэтому повышение качества рабочего процесса дизеля в широком диапазоне эксплуатационных режимов может быть достигнуто за счет согласования формы КС и движением воздушного заряда. Поэтому актуальной проблемой является комплексное совершенствование КЗ и воздухоснабжения транспортного дизеля.

3.2 Требования, предъявляемые к дизелям в современных условиях

Анализ тенденций развития современного дизелестроения свидетельст-вует о том, что первоочередными задачами совершенствования дизелей яв-ляются повышение их экономичности и снижение токсичности ОГ[2, 3]. Актуальность повышения экономичности двигателей внутреннего сгорания, остающихся основными потребителями нефтяных топлив, обусловлена уменьшением запасов нефти, углублением энергетического кризиса, высокими мировыми ценами на нефть. Поэтому задача совершенствования конструкций и рабочих процессов транспортных дизелей с целью повышения их экономичности стала одной из первоочередных для двигателестроения.
Двигатели внутреннего сгорания играют существенную роль в загряз-нении окружающей среды. В крупных городах они являются одним из глав-ных источников токсичных веществ, выбрасываемых в атмосферу. Так, на-пример, доля автомобильного транспорта в выбросе вредных веществ составляет в США 60,6%, в Англии - 33,5%, во Франции - 32%.[4] Поэтому наряду с улучшением экономических показателей дизелей снижение токсичности их ОГ является важнейшей задачей.[5, 6, 7]
Первое место среди вредных выбросов дизелей вне зависимости от их типа, класса, размерности и конструктивных особенностей занимают оксиды азота NOx. Оксиды азота образуются в КС дизеля путем окисления азота, со-держащегося в воздухе. Определяющее влияние на образование NOx оказывает температура в КС. При этом наиболее интенсивно образование NOх происходит в первой фазе сгорания до момента достижения максимальной температуры сгорания. Доля NOx в суммарных токсичных выбросах составляет 30...80% по массе и 60...95% по эквивалентной токсичности. По составу NOx в ОГ дизелей 95...98% приходится на NO, а 2...5% - на NO2. Содержание других оксидов азота в ОГ ничтожно мало. В атмосфере при нормальных условиях NO окисляется до NO2. Оксиды азота, взаимодействуя с парами воды в воздухе, образуют азотную кислоту, которая разрушает легочную ткань, вызывая хронические заболевания. Причем, токсикологический эффект воздействия NOx на человека примерно в десять раз выше, чем монооксида углерода.
Монооксид углерода СО образуется как промежуточный продукт хи-мической реакции углеродсодержащего топлива с кислородом воздуха. В КС дизеля СО образуется из-за неравномерного распределения топлива в зоне горения, что приводит к возникновению отдельных участков с низким коэффициентом избытка воздуха, где наблюдается недогорание части топлива. Другим источником образования СО являются высокотемпературные зоны топливного факела, в которых химическое равновесие смещено в сторону диссоциации диоксида углерода СO2 с образованием СО и O2. Монооксид углерода обладает токсическим действием на организм человека, заключающимся в вытеснении кислорода из оксигемоглобина крови и образовании карбоксигемоглобина. Это приводит к падению способности крови переносить достаточное количество кислорода из легких к тканям. Из-за пониженного содержания кислорода в крови наступает удушье.
Углеводороды СНХ образуются в зонах срыва пламени, в ядре и в пе-реднем фронте факела, на топливной пленке на стенках КС и в результате подвпрыскивания. Механизм образования СНХ зависит от конструкции дизеля и параметров его работы. Одна из основных причин образования СНХ - наличие холодных пристеночных слоев в КС. В процессе сгорания топлива пламя распространяется к стенке, от которой отводится теплота, и радикалы, образовавшиеся при горении, рекомбинируются на холодных стенках. По-этому в пристеночных холодных слоях цилиндров толщиной 0,005-0,3 мм остаются углеводородные частицы из нагретого, не до конца сгоревшего топлива. Другой причиной образования СНХ является наличие в КС зон с низким коэффициентом избытка воздуха, в которых остаются несгоревшие углеводороды. В основном это зоны ядра факела и зоны срыва пламени. Уг-леводороды - это многочисленная группа соединений, являющихся предста-вителями нескольких гомологических рядов. Углеводороды парафинового и олефинового рядов вызывают неприятный запах и раздражающее действие ОГ, а также многочисленные хронические заболевания.
К основным токсичным компонентам ОГ относятся твердые частицы и сажа С. Твердые частицы состоят из растворимых и нерастворимых в орга-нических растворителях фракций. Первые представляют собой несгоревшие фракции топлива и моторного масла, а последние - сажу. Частицы сажи в ОГ дизелей являются частицами углерода с линейными размерами 0,3-100 мкм. Механизм образования сажи представляет собой последовательность процессов разложения топлив, образования активных углеводородных частиц в пламени, роста ядер сажи, агломерации частиц и окисления сажи. Поэтому содержание сажи в ОГ определяется протеканием двух процессов - образования и окисления сажи. Сажеобразование в дизелях зависит в первую очередь от коэффициента избытка воздуха, а также от особенностей процесса смесеобразования, вида топлива, температуры и времени сгорания. Токсические свойства сажи обусловлены не углеродом, а присутствием на ней полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Они переходят в ОГ из тяжелых фракций топлива и синтезируются в КС из более легких углеводородов. Наиболее опасен из ПАУ бенз(а)пирен, являющийся канцерогеном. Ряд ПАУ обладает сильными отравляющими свойствами, они воздействуют на процессы кровообращения, центральную нервную и мышечную системы. Кроме того, наличие сажи в ОГ приводит к появлению неприятного ощущения загрязненности воздуха и ухудшению видимости. При вдыхании сажи ее частицы оказывают вредное воздействие на дыхательные органы человека.
Кроме указанных токсичных компонентов лимитируется дымность ОГ (содержание сажи). Причем, дымность автомобильных дизелей регламенти-руется на режимах эксплуатационной мощности (номинальный режим), максимального крутящего момента, максимальной частоты вращения холостого хода, а также на режимах свободного ускорения без нагрузки. Допустимые нормы дымности ОГ на этих режимах составляют соответственно 40,40,15 и 40 %. Для тракторных и комбайновых дизелей дымность не должна превышать 40 % при работе на четырех скоростных режимах в диапазоне от номинальной частоты вращения до частоты вращения максимального крутящего момента (от nном до 0,6 nном) при нагрузке, составляющей 80 % от полной. Дымность дизелей, работающих в местах с ограниченным воздухообменом, не должна превышать 40 % на установившемся режиме при полной нагрузке.
Анализ характеристик отечественных транспортных дизелей показыва-ет, что большинство из них имеют показатели топливной экономичности, несколько уступающие соответствующим показателям зарубежных аналогов. Не все отечественные двигатели удовлетворяет современным требованиям европейских норм на токсичность ОГ. Обеспечение требуемых показателей топливной экономичности и токсичности ОГ возможно только при внедрении в отечественное двигателестроение средств и методов улучшения названных показателей ОГ. Одним наиболее эффективных методов улучшения показателей топливной экономичности и токсичности ОГ является совершенствование процесса смесеобразования.
3.3 Совершенствование процесса смесеобразования и обзор камер сгорания

Реализуемый способ смесеобразования определяет тип камеры сгорания (КС), применяемой в дизельном двигателе (рис. 3.1 и 3.2).[8, 9, 10, 11] Выбор типа КС осуществляется с учетом тактности двигателя и его размерности, преимущественных режимов и условий эксплуатации, свойств применяемого топлива, требований к топливной экономичности дизелей, токсичности их ОГ, шумности работы двигателя. В настоящее время в транспортных и автотракторных дизелях применяются разделенные (КС разделена на предкамеру или вихрекамеру и основную камеру), неразделенные и полуразделенные КС. Причем разделенные КС используются, в основном, в дизелях малой мощности (для легковых автомобилей и малотоннажных грузовиков), а неразделенные КС - в дизелях средней и большой мощности (для грузовых автомобилей, автобусов и т.д.).

Рисунок 3.1 Камеры сгорания дизелей:
а – фирмы Continental (США); б – фирмы Saurer (Швейцария); в – фирмы Daimler – Benz (Германия); г – фирмы Leyland (Великобритания); д – фирмы Caterpiller (США); е – 4Ч 8,5/11 (с вихревой камерой); ж – 4Ч 8,5/11 (с камерой ЦНИДИ); з – Д-21; и – ЯМЗ – 238; к – 6ЧН 15/16
Предкамерное смесеобразование применяется в дизелях с диаметром цилиндров от 9 до 20 см и осуществляется, главным образом, благодаря интенсивному движению воздуха (со скоростями до 230-320 м/с), поступающего на такте сжатия из цилиндра двигателя в предкамеру, в которую через форсунку и впрыскивается топливо. Последующий этап смесеобразования реализуется за счет кинетической энергии смеси, перетекающей из предкамеры в основную камеру (рис. 3.1 ,д). При этом предкамера, объем которой составляет 25 – 35 % от общего объема КС, соединена с основной КС одним или несколькими каналами, обеспечивающими сильное дросселирование потока топливовоздушной смеси. Такое дросселирование заряда, его последующее расширение и значительное вихреобразование, а также высокая температура поверхностей предкамеры, соединительного канала и днища поршня способствуют интенсификации процесса смесеобразования.
Вихрекамерное смесеобразование используется в дизелях с диаметром цилиндров 7-13 см. При этом, вихревая камера, имеющая объем 20-35% от общего объема КС, сообщается с основной КС через тангенциальный канал, обеспечивающий сильное вихревое движение заряда (рис. 3.1,е). Топливо, впрыскиваемое в вихревую КС через распылитель форсунки, распределяется по объему камеры, в основном, потоком вращающегося воздуха, затем полученная топливовоздушная смесь поступает в основную камеру. В вихрекамерных двигателях температуры стенок КС несколько ниже, а дросселирование при перетекании газов из вспомогательной в основную КС несколько меньше, чем у предкамерных двигателей.
Недостатки разделенных КС: повышенные потери при перетекании заряда из основной камеры сгорания в дополнительную и обратно, а также значительная поверхность КС, граничащая с головкой цилиндра. Последнее увеличивает тепловые потери в процессе рабочего цикла.
В двигателях с неразделенными КС (рис. 3.1 ,в,г,к; и рис 3.2) организуется объемное смесеобразование, при котором топливо впрыскивается в камеру, форма которой согласуется с формой топливных струй и количеством распыливающих отверстий форсунки. В этих двигателях организация вихревого движения воздуха в камере затруднено, и равномерное распределение топлива по объему КС достигается, в основном, благодаря повышенным давлениям впрыскивания топлива, обычно превышающим 70-100 МПа (давление начала подъема иглы форсунки ρ_фо=20 МПа и выше) и обеспечиваемым многоструйными форсунками (число распыливающих отверстий i_р=4 – 6 и более).

Рисунок 3.2 Камеры сгорания дизелей неразделенного типа:
а – тороидальная в поршне; б – полусферическая в поршне и головке цилиндра; в – полусферическая в поршне; г – цилиндрическая в поршне; д – цилиндрическая в поршне с боковым размещением; е – овальная в поршне: ж – шаровая в поршне; з – тороидальная в поршне с горловиной; и – цилиндрическая, образованная днищами поршней и стенками цилиндра; к – вихревая в поршне; л – трапецеидальная в поршне; м – цилиндрическая в головке под выпускным клапаном
В камерах сгорания, приведенных на рис.3.2, а—д качество смесеобразования достигается исключительно путем распыления топлива и согласования формы камер с формой факелов впрыска топлива. В этих камерах чаше всего применяются форсунки с многодырчатыми распылителями и используются высокие давления впрыска. Такие камеры имеют минимальные поверхности охлаждения. Для них характерна низкая степень сжатия.
Камеры сгорания, показанные на рис.3.2 е—з, имеют более развитую теплопередаюшую поверхность, что несколько ухудшает пусковые свойства двигателя. Однако путем вытеснения воздуха из надпоршневого пространства в объем камеры в процессе сжатия удается создать интенсивные вихревые потоки заряда, которые способствуют хорошему перемешиванию топлива с воздухом. При этом обеспечивается высокое качество смесеобразования.
Камеры сгорания, показанные на рис.3.2, к—м, находят применение в многотопливных двигателях. Для них характерно наличие строго направленных потоков заряда, обеспечивающих испарение топлива и его введение в зону сгорания в определенной последовательности. Для улучшения рабочего процесса в цилиндрической камере сгорания в головке под выпускным клапаном (рис. 3.2 м) используется высокая температура выпускного клапана, который является одной из стенок камеры.
Компромиссным конструктивным решением между разделенными и неразделенными камерами являются полуразделенные КС. В этих камерах (рис. 3.1 ,б,ж,з,и) может быть организовано как объемное, так и объемно-пленочное смесеобразование.[9, 12] Дизели с такими КС отличаются наличием радиального движения воздуха, которое формируется на такте сжатия в результате перетекания части воздушного заряда из объема цилиндра в камеру. На такте расширения происходит обратный процесс перетекания топливовоздушной смеси из КС в цилиндр. В КС имеет место и вращательное движение воздуха, организованное впускной системой за счет профилирования впускного канала или установки ширмы на впускном клапане.
Таким образом, среди рассмотренных двигателей с различными способами смесеобразования и типами КС наиболее перспективными с точки зрения топливной экономичности являются дизели с полуразделенными и неразделенными КС и преобладанием объемного смесеобразования. При данном способе смесеобразования обеспечивается меньшая поверхность КС и лучшее теплоиспользование. Поэтому ведущими двигателестроительными организациями проводятся многочисленные исследования по совершенствованию рабочего процесса таких дизелей.
Различные формы камер сгорания активно патентуются как в России, так и за рубежом. На рис.1.3 представлена неразделенная камера сгорания по патенту РФ No 2032084, предложенная в Харьковском политехническом институте.[13] Улучшение топливной экономичности дизеля и уменьшение дымности ОГ при использовании этой КС достигается за счет интесификации мелкомасштабной турбулентности топливовоздушной смеси в пристеночных зонах камеры сгорания, за счет выполнения в ней заряда углублений. При этом на боковой стенке верхней части КС выполнены углубления 1 (рис. 1.3), отделенные друг от друга ребрами жесткости 2, а струи распыливаемого топлива 3 направлены на эти углубления.

Рисунок 3.3 Камера сгорания дизеля по патенту РФ No 2032084:
а – вид днища поршня; б – разрез по оси форсунки; 1 – углубления камеры сгорания; 2 – ребра жесткости; 3 – струи распыливаемого топлива.
В двигателе по авторскому свидетельству СССР No 1315630, полученному коллективом авторов ЦНИИМ (г. Москва), улучшение топливной экономичности и снижение токсичности ОГ достигается за счет улучшения смесеобразования.[14] При этом камера сгорания поршня имеет профиль, способствующий вращательному движению заряда (рис. 3.4). В днище 2 поршня размещена камера сгорания 1 в виде выемки с горловиной 4, дном 5 и наклонными боковыми стенками 6. Угол наклона последних к днищу выполнен плавно меняющимся между ребрами-выступами 7. При положении поршня в ВМТ сопловые отверстия форсунки могут быть направлены на грани-лыски 8. При попадании на них топливных струй резко меняются условия их отражения от поверхности камеры 1. Организуется поэтапное расслоение заряда, которое создает качественное смешения топлива с воздухом в каждом слое и способствует медленному развитию сгорания. Предложено два варианта этой камеры - вариант КС с уступом 9 на уровне перехода боковых стенок в дно и центральным уступом 10 и вариант КС с уступом 9 под ребрами-выступами.

Рисунок 3.4 Камера сгорания дизеля по а. с. СССР No 1315630:
1 – камера сгорания; 2 – днище поршня; 3 – поршень; 4 – горловина; 5 – дно; 6 – боковые стенки; 7 – ребра-выступы; 8 – грани-лыски; 9 – уступ; 10 – центральный уступ; а – вариант КС с уступом 9 на уровне перехода боковых стенок в дно и центральным уступом 10; б – вариант КС с уступом 9 под ребрами-выступами.
Предложено еще ряд камер сгорания для дизелей, обеспечивающих улучшение показателей топливной экономичности и токсичности ОГ. На рис. 3.5,а представлена камера сгорания дизеля по а. с. СССР No 909243, в которой интенсивность вихревого движения воздушного заряда достигается за счет разделения КС на две полости - основную 1 и дополнительную 2, что способствует более равномерному перемешиванию паров топлива и воздуха.[15] Впрыскивание топлива начинается в момент, когда полости 1 и 2 еще разобщены. При рабочем ходе осуществляется сначала воспламенение обогащенной смеси в дополнительной полости 2, затем горячая смесь перетекает из дополнительной полости в основную полость 1. Сгорание смеси в основной полости протекает при больших коэффициентах избытка воздуха а. Таким образом, рабочий процесс оказывается сходным с рабочим процессом дизелей с разделенными КС, что снижает токсичность ОГ.

Рисунок 3.5 Камера сгорания дизелей по а. с. СССР No 909243 (а), по а.с. СССР No 1312203 (б), по патенту РФ No 1768788 (в), по а. с. СССР No 1390401 (г):
а: 1 – основная полость; 2 – дополнительная полость;
б: 1 – выступы; 2 – впадины
Форма камеры сгорания двигателя по а. с. СССР No 1312203, представленная на рис. 3.5,б, позволяет снизить токсичность ОГ и повысить топливную экономичность дизеля путем улучшения процессов смесеобразования и сгорания.[16] При впрыскивании топливо попадает на более нагретые выступы и интенсивно испаряется. Выступы 1 и впадины 2 образуют винтовую линию, что способствуют усилению турбулизации потока топливовоздушной смеси. При движении воздушного вихря вдоль выступов и впадин происходит относительное перераспределение скорости потока по периферии у боковой стенки КС, без разрушения основного вихря и нарушения распределения потока в надпоршневом пространстве. В результате чего происходит быстрое и полное смешение топлива с воздухом и, соответственно, его качественное сгорание.
На рис. 3.5,в представлена камера сгорания дизеля по патенту РФ No 1768788, имеющая форму тела вращения с заниженной горловиной.[17] Величина занижения Δ камеры сгорания в поршне определяется с учетом геометрических размеров поршня и материала, из которого он выполнен. При работе двигателя поршень нагревается и его профилированное днище принимает плоскую форму. В результате чего обеспечивается наименьший надпоршневой объем, увеличивается доля воздушного заряда, активно участвующего в процессах смесеобразования и сгорания.
На рис. 3.5 г показана камера сгорания дизеля по а. с. СССР No 1390401, выполненная в днище поршня и имеющая проточку.[18] В проточке расположено кольцо с замком. Форма кольца может иметь различную конфигурацию профиля в зависимости от размерности, назначения и т.д. Выступающая часть кольца является более нагретым элементом, что способствует быстрому испарению топлива. С другой стороны она является источником турбулизации пристеночного слоя периферийной части вихря. Оба этих фактора способствуют более интенсивному процессу подогрева топлива в результате чего достигается улучшение топливной экономичности и снижение токсичности ОГ.
Формы камер сгорания для дизелей активно патентуются и ведущими мировыми двигателестроительными фирмами. На рис. 3.6,а представлена камера сгорания дизеля по патенту США No 4176628, предложенная японской фирмой Komatsu.[19] Камера сгорания 1 имеет выполненные на периферийной стенке 2 на всю ее высоту тангенциальные выемки 3, плоские стенки 4 которых расположены тангенциально направлению воздушного вихря 5 в КС. Число выемок равно числу струй топлива, подаваемого через центрально расположенный распылитель 6. Выемки предназначены для создания турбулентных пульсаций воздуха при его вращении в КС, а также для зарождения вторичных вихрей 7 в выемках 3. Отношение радиуса камеры R к радиусу выемки r составляет R⁄r=2-6.

Рисунок 3.6 Камеры сгорания дизелей по патенту США No 4176628 (а), по заявке ФРГ No 3025943 (б), по заявке Японии No 63109221 (в), по заявке ФРГ No 3809914 (г):
а: 1 – камера сгорания; 2 – периферийная стенка; 3 – тангенциальные выемки; 4 – плоская стенка; 5 – воздушный вихрь; 6 – распылитель; 7 – вторичные вихри;
б: 1 – камера сгорания; 2 – горловина; 3 – кольцевой уступ; 4 – форсунка; 5,6,7 – струи топлива;
г: 1- стенка камеры сгорания
На рис. 3.6,б представлена камера сгорания по заявке ФРГ No 3025943, разработанная фирмой Daimler-Benz (Германия).[20] Предложена осесимметричная камера сгорания 1 с диаметром входной горловины 2, равной 0,38- 0,4 диаметра цилиндра и глубиной 0,6-0,8 диаметра цилиндра. Угол конусности боковых стенок КС лежит в пределах 7...15°. В нижней части КС имеется кольцевой уступ 3. Осевое расстояние от плоскости уступа до днища КС составляет 0,12-0,33 от общей глубины КС. Форсунка 4 устанавливается эксцентрично относительно оси КС, но в пределах ее горловины. Струи топлива 5, 6 и 7 направлены на боковые стенки КС на уровне половины ее высоты. Стекающая со стенок КС пленка топлива собирается на уступе 3, где частично испаряется, а частично увлекается воздушным вихрем. Этим достигается повышение полноты сгорания, снижение расхода топлива, а также уменьшение уровня шума процесса сгорания и токсичности ОГ.
На рис. 3,6,в показана камера сгорания дизеля по заявке Японии No 63109221, запатентованная фирмой Isuzu (Япония).[21] Предложенная КС имеет квадратную форму в плане со скругленными углами. Такая КС обеспечивает наиболее полное использование воздушного заряда и снижения выбросов продуктов неполного сгорания топлива при выполнении следующих геометрических соотношений: 0,6<d/D<0,8; 2,5<D/Н<3,5 и 0,2<r/R<0,6.
На рис. 3.6,г представлена КС по заявке ФРГ No 2809914, предложенная фирмой Maschinenfabrik Augsburg – Nurnberf AG (Германии).[22] Эта камера предназначена для дизеля с пленочным смесеобразованием и винтовым впускным каналом тороидальной формы. Основной вариант КС характеризуется следующими геометрическими соотношениями: отношение объема КС к ее глубине (Т) - 20 - 22,29 см3/см, d/D=0,839-0,911,t/D=0,036-0,125, Т/D=0,732-0,839, R/D=0,875-0,929, В/D=0,375-0,446, C/D=0,375-0,465, r/D=0,321-0,446, b/D=0,054-0,179, с/D=0,321-0,446. Камера с указанными геометрическими соотношениями обеспечивает образование в КС противоположно направленных вихрей, действующих в вертикальной плоскости и улучшающих диффузию паров топлива, впрыскиваемого на стенку 1 КС.
Представленные материалы свидетельствуют о том, что совершенствование КС двигателей является эффективным средством улучшения экономических и экологических показателей дизелей транспортного и автотракторного назначения.