Если скорости вихрей одинаковы во всех направлениях, то турбулентный поток называют изотропным. В противном случае анизотропным. В цилиндрах ДВС имеет место как первый, так и второй тип потока.

Характерный вид осциллограмм изменения давления в цилиндре дизеля при различных углах опережения впрыска q_н представлен на рис. 10.3.

На рис. 10.3,б видно, что при позднем впрыске, воспламенение и основное горение идёт на такте расширения, то есть после ВМТ. Это приводит к существенному ухудшению мощностных, экономических и экологических показателей дизеля. Однако при слишком раннем впрыске имеет место чрезмерная скорость увеличения давления dp/dt, что приводит к очень “жёсткой работе” двигателя и, как следствие, повышенной шумности мотора и динамическим нагрузкам в его механизмах и трансмиссии самоходной машины.

К рабочему процессу дизеля предъявляют различные, зачастую противоречивые, требования:

1) увеличение среднего давления цикла p_e, чего можно достичь при максимизации давления p_z;

2) сглаживание взрывного характера горения, то есть уменьшение максимальных скоростей давления (dp/dt)_max ® min;

3) улучшение экономичности (g_e ® min);

4) уменьшение токсичности по всем вредным компонентам и др.

Исходя из представленного выше механизма горения топлива в дизеле, следует, что для улучшения его выходных показателей необходимо:

1) интенсифицировать процесс подачи топлива, и, в идеале, подавать всё топливо за период индукции, который должен заканчиваться при достижении поршнем ВМТ;

2) использовать двойной впрыск топлива - вначале подавать малую порцию, а после t_i основную, то есть осуществлять управляемое горение;

Интенсифицировать турбулентность рабочего тела с помощью выбора рациональных параметров - формы камеры сгорания, количества и расположения сопловых отверстий форсунок, давления впрыска, количества и расположения впускных клапанов и каналов, фаз газораспределения и др.

Различают три типа камер сгорания дизелей:

1) открытые или однополостные (ЯМЗ, В-2 ...);

2) полуразделённые (ЦНИДИ, MAN ...);

3) разделённые (ВАЗ, VW ...).

9.5.2 Смесеобразование в открытых камерах - объёмное, то есть испарение топлива осуществляется в период впрыска, когда капли не достигли стенок камеры сгорания. Скорости капель при вылете из форсунки могут достигать 300 м/с и более, то есть сверхзвуковых скоростей.

Применяют две разновидности открытых камер сгорания - с организацией окружного вихря с угловой скоростью w_в (рис. 10.4,а) и без окружного завихрения рабочего тела (рис. 10.4,б).

Окружной вихрь должен обеспечивать с одной стороны интенсивное перемешивание топлива с воздухом, с другой стороны он не должен допускать перекрещивание (смешение) соседних топливных струй при их несимметричном расположении, что имеет место, например, на дизелях ЯМЗ. Если же окружное завихрение не предусматривается, то применяют распылители форсунок с большим количеством сопловых отверстий.

Основным достоинством дизелей с открытыми камерами сгорания является высокая экономичность, где минимальные удельные расходы топлива g_e^min < 240 г/(кВт×ч). У лучших моделей таких моторов g_e^min » 180 г/(кВт×ч). Это связано с малой относительной площадью поверхности камеры сгорания A_к.с / V_c, а значит, с минимальными потерями тепла. Главный недостаток открытых камер - жёсткая работа дизеля, то есть чрезмерная скорость увеличения давления dp/dt в начальный период горения.

9.5.3 Дизели с полуразделёнными камерами сгорания имеют глубокую камеру в днище поршня (рис. 10.5), которая соединяется с цилиндром горловиной (прямой, как, например, на Д-21, или сужающейся, как в камерах ЦНИДИ и MAN).

Работа таких дизелей отличается большей “мягкостью” в сравнении с предыдущими. Смесеобразование - объёмно-плёночное, то есть часть топлива испаряется при движении от форсунки до стенки камеры. Остальная часть (не менее 50 %) достигает горячих стенок камеры, растекается там и образует кипящую плёнку, которая более медленно испаряется и сгорает. При этом имеет место либо окружной вихрь горючих газов (как в открытых камерах), либо радиальные вихри, вытекающих из поршневой полости газов (рис. 10.5,а), либо спиралевидный вихрь (рис. 10.5,б). Топливная экономичность моторов с такими камерами сгорания хуже по сравнению с открытыми. Это связано с потерями энергии при истечении газов из поршневой полости и большей относительной площадью поверхности камеры сгорания A_к.с/V_c.