3. ZWIĄZKI TOKSYCZNE W SPALINACH SILNIKA O ZS
3.5. Niespalone węglowodory
Węglowodory występujące w spalinach silnikowych oznaczane są w literaturze angielskojęzycznej symbolem HC a w literaturze polskiej, wskazującym na ich skład symbolem CH. Są to związki węgla i wodoru powstające wskutek niezupełnego (częściowe utlenianie paliwa) i niecałkowitego spalania paliwa.
Źródła powstawania węglowodorów, dla silników ZS [30] są następujące:
na obrzeżach strugi, w obszarach gdzie skład mieszanki leży poza granicą palności,
wewnątrz strugi, gdzie mieszanka jest zbyt bogata,
wygaszanie płomienia dyfuzyjnego, przy spadkach ciśnienia i temperatury, w końcu suwu pracy i w suwie wydechu (w szczególności przy otwarciu zaworu wydechowego),
przyleganie do ścianek ciekłego paliwa, które nie jest utlenione w wyniku zbyt słabego wymieszania i zbyt niskiej temperatury (tzw. efekt przyścienny),
wtórne otwarcie iglicy wtryskiwacza powodujące niekontrolowany wtrysk paliwa skutkujący dużymi kroplami, w układach wtryskowych wyposażonych we wtryskiwacz sprężynowy,
odparowywanie paliwa ze studzienki rozpylacza w końcu spalania.
Z punktu widzenia wpływu ruchu ładunku na koncentrację węglowodorów w spalinach należy zwrócić uwagę, że w normalnych warunkach pracy silnika o zapłonie samoczynnym niedobór globalny tlenu nie powinien wystąpić. Problemem natomiast mogą być lokalne
niedostatki tlenu. W silniku o ZS wynikają one głównie z nierównomierności składu mieszanki, co jest efektem sposobu tworzenia mieszaniny palnej przez wtrysk paliwa do cylindra. Zjawiskami sprzyjającymi niedoborom lokalnym tlenu jest nieodpowiednie rozpylenie paliwa a następnie niedostateczne jego zawirowanie. Niedobór globalny zachodzi, gdy w komorze spalania jest zbyt bogata mieszanka, średnia wartość współczynnika nadmiaru powietrza λ < 1.
Oprócz składników paliwa niezmienionych przez proces spalania, spaliny zawierają produkty złożonych reakcji chemicznych pomiędzy węglowodorami. Dotychczas zidentyfikowano ich ponad 200 [52], aczkolwiek szacuje się, że jest ich w spalinach około 1 000. Po spaleniu ciekłego paliwa w spalinach występują gazowe węglowodory (metan, etan, etylen, acetylen itd.). Inne związki to produkty niezupełnego spalania do których należą aldehydy, ketony, alkohole i kwasy organiczne [30]. Zdecydowaną większość emisji tak pojętych węglowodorów, zwłaszcza w warunkach niedogrzania, stanowią w spalinach silników o ZS aldehydy.
4. RUCHU ŁADUNKU A PROCES SPALANIA
4.1. PODSTAWOWE INFORMACJE
4.1.1. WSTĘP
W silnikach o ZS mieszanka paliwowo–powietrza wewnątrz cylindra, przed wystąpieniem procesu spalania, jest bardzo zróżnicowana pod względem składu (heterogeniczność) i powstaje w sposób dynamiczny podczas trwania wielu procesów:
wtrysku, odparowania paliwa itp. Aby zapewnić jak najlepszy kontakt substratów reakcji spalania konieczne jest wywołanie względnego ruchu paliwa i powietrza.
Naturalnymi bodźcami odpowiedzialnymi za ruch są: gradient temperatury , gradient ciśnienia i gradient stężeń [18]. Ze względu na bardzo krótki czas, w jakim spalanie musi zostać zrealizowane, powyższe bodźce naturalne nie są wystarczające, aby można było zapewnić odpowiedni kontakt substratów. Konieczne jest wzmocnienie poprzez użycie konwekcji wymuszonej. W komorze spalania odpowiedni kontakt substratów uzyskuje się poprzez użycie trzech głównych środków konstrukcyjnych: konstrukcja układu dolotowego i kształt komory spalania (oddziałują na ruchu powietrza) oraz układ wtryskowy (oddziałujący na ruch paliwa). Działając jednocześnie tworzą tzw. system spalania silnika o ZS. Układ wtryskowy, z punktu widzenia ruchu ma za zadanie przede wszystkim najlepsze rozdrobnienie ciekłej fazy paliwa. Na ruch powietrza, przy użyciu odpowiedniej konstrukcji kanału dolotowego oraz kształtu komory spalania, oddziałuje się zasadniczo w dwóch celach.
Po pierwsze, aby uzyskać jak najlepszy współczynnik napełniania w warunkach charakterystyki zewnętrznej oraz stworzenia wewnątrz komory spalania tzw. mechanizmu wewnętrznego transportu masy.
Mechanizm ten powinien umożliwić:
rozprowadzenie kropel paliwa poza obszar, do którego trafia struga (najlepiej po całym obszarze komory spalania),
wzmocnienie dyfuzji czynnikiem konwekcyjnym (ruchem), w celu zwiększenia szybkości usuwania par paliwa z otoczenia kropel (zmniejszenie stężenia paliwa wokół kropli), dzięki czemu następuje wzrost szybkości parowania,
wywołanie kontrolowanej, co do wartości i kierunku turbulencji, w celu oddziaływania na szybkość spalania.
Ruch powietrza wywołany kształtem kanału dolotowego, w literaturze [2] nazywany jest ruchem inicjującym (bądź: fazą indukcji) zawirowanie wewnątrz cylindra. Natomiast ruch odbywający się w okolicy GMP, na końcu suwu sprężania nazywa się ruchem właściwym, głównym.
4.1.2. CHAREKTERYSTYKA PRZEPŁYWU TURBULENTNEGO W UKŁADZIE DOLOTOWYM I KOMORZE SPALANIA
Przepływ turbulentny charakteryzuje się przede wszystkim [7],[8],[12],[21]:
losowym charakterem, nieregularnością,
trójwymiarowością i zmiennością w czasie; minimum 4 stopnie swobody (3 związane z położeniem oraz czas),
dyfuzją – ciepła, masy pędu,
występowaniem wirów o bardzo różnorodnej skali; ważne jest, że energia przekazywana jest od wiru o skali większej do wiru o skali mniejszej,
W nawiązaniu do ostatniej myśli, wielowymiarowość (zwana często wielkoskalowością) wirów doprowadza do wprowadzenia odpowiednich przedziałów (skal) ruchu turbulentnego.
Zgodnie z [21], przez skalę ruchu turbulentnego rozumie się rząd wielkości tych odległości, na przestrzeni których, prędkość ruchu zmienia się w istotny sposób. Ponadto wieloskalowe zawirowania są wynikiem występowania nadmiernych naprężeń ścinających wewnątrz płynu, które doprowadzają do zniszczenia jego struktury. Niezbędna jest więc energia, która dostarczana jest z zewnątrz. Brak bodźca energetycznego jest równoznaczny z zanikiem turbulencji. Ponadto skala turbulencji powiązana jest z ilością dysypowanej energii.
Ilościowe ujęcie właściwości przepływu turbulentnego opisuje się w oparciu o tzw. trzy zasad zachowania: równania ciągłości, równania Naviera-Stokesa, równania energii.
W przypadku ruchu turbulentnego w układzie dolotowym i komorze spalania silnika o ZS, przy opisie ruchu korzysta się dodatkowo z hipotezy Reynoldsa (również uśrednienia Reynoldsa), zgodnie z którą chwilowe wartości wszystkich charakteryzujących przepływ wielkości fizycznych mogą być traktowane, jako sumy wielkości średnich oraz odpowiednich wielkości fluktuacyjnych. Takie założenia wprowadzają pewne zmiany i uproszczenia do powyższych zasad zachowania, w tym przede wszystkim do równania Navier-Stokesa.
Powszechnie zastosowanie hipotezy Reynoldsa do opisu ruchu turbulentnego oznaczane jest jako RANS8 (tłum. Uproszczenia Reynoldsa do równań Naviera-Stokesa).
Na bazie tej hipotezy, podstawowymi wielkościami charakteryzującymi pole przepływu turbulentnego są przede wszystkim [7],[53]:
chwilowa prędkość płynu U,
chwilowa fluktuacja prędkości ,
średnia prędkość ̅,
średnia fluktuacje prędkości
skala czasowa turbulencji Lt,
skala wymiarowa turbulencji Lx.
Chwilową prędkość płynu turbulentnego (w określonym kierunku) wyraża zależność [53]:
𝑡 ̅ 𝑡 (4.1)
gdzie:
̅ – średnia prędkość [m/s],
– chwilowa fluktuacja prędkości [m/s]
Średnia wartość prędkości ̅ wyznaczana jest jako:
̅
Fluktuacja prędkości u' w odniesieniach silnikowych nosi nazwę intensywności turbulencji.
Rys.4.1.Interpretacja graficzna: chwilowej prędkości U, fluktuacji prędkości u' oraz średniej prędkości̅ Interwał czasowy musi być zdecydowanie większy od czasu trwania poszczególnych fluktuacji, lecz na tyle mały by uwzględnić zakres niestacjonarności przepływu.
W odniesieniu do przepływów mających miejsce w kanale dolotowym i komorze spalania silnika, ze względu na znaczne zmiany pola przepływu turbulencji w niewielkich odstępach czasowych, podążając za [49], chwilową prędkość płynu oraz fluktuację prędkości określa się w odniesieniu do kąta obrotu wału korbowego:
̅ (4.4)
Ze względu na stochastyczny charakter przepływu turbulentnego problemem jest ustalenie właściwej, chwilowej prędkości turbulencji a także jej średniej wartości. W praktyce, chcąc określić prędkość średnią w markoskali, korzysta się z wielu pomiarów wykonanych w tym samym punkcie pracy silnika
W opisie ruchu ładunku w cylindrze, przy korzystaniu z metody RANS zakłada się wstępnie, że spełnione jest równanie ciągłości strugi [2] i dla prędkości średniej wynosi:
̅ (4.5)
gdzie:
̅ – gradient prędkości średniej, – gęstość powietrza [kg/m3].
Ze względu na charakter geometrii cylindra, w odniesieniu do silników spalinowych wygodnym jest zastąpienie współrzędnych kartezjańskich współrzędnymi cylindrycznymi, dla których równanie 4.5 przyjmuje postać [2]:
𝜕 ̅
̅ – transwersalna (poprzeczna lub obwodowa) składowa prędkości, związana ze zmianą położenia na kierunku prostopadłym do promienia wodzącego,
̅ – osiowa składowa prędkości, związana ze zmianą położenia.
Z równania 4.5 wynika m.in., że zmiany prędkości przepływu, na poszczególnych kierunkach (r, , z) zależą od szybkości zmiany objętości cylindra.
Po zastosowaniu uśrednień Reynoldsa, równanie N-S dla poszczególnych kierunków przepływu w cylindrze przyjmuje postać [2]:
W powyższych równaniach zastosowano tzw. operator Stokesa, który w mechanice płynów nazywa się również pochodną substancjalną, która może być stosowana do różniczkowania układów, które znajdują się w ruchu. Operator Stokesa definiowany jest jako [2]:
̅
Z równań 4.B - 4.D wynikają następujące spostrzeżenia i wnioski:
1. Wyrażenia:
( ̅̅̅̅̅̅̅̅), (̅̅̅̅̅̅̅̅̅, ( ̅̅̅̅̅̅̅̅) – nazywają się ścinającymi naprężeniami turbulentnymi Reynoldsa, które oznaczają turbulentny transport pędu z danego kierunku, w kierunku prostopadłym do niego: r , r z, z.
̅̅̅̅̅
, ̅̅̅̅̅̅
, ̅̅̅̅̅
– nazywają się normalnymi naprężeniami turbulentnymi Reynoldsa, które oznaczają turbulentny transport pędu w kierunkach r,,z.
Naprężenia Reynoldsa opisane są przez tensor naprężeń , który wyraża się przez funkcję korelacji składowych fluktuacyjnej prędkości lub mówiąc inaczej tensor strumienia pędu związanego z przepływem turbulentnym [12],[21]. Naprężenia te są skutkiem wymiany pędu pomiędzy sąsiadującymi powierzchniami prądu, co stanowi powód, dla którego dyfuzja i wymiana ciepła odbywa się w ruchu turbulentnym znacznie bardziej intensywnie niż w ruchu laminarnym [21]. Wg [26] wartość naprężeń stycznych panujących w płynie jest miarą sił przeciwdziałających jego ruchowi.
2. Równanie pędu strumienia w kierunku radialnym (4.7), po lewej swej stronie zawiera składową ̅ , która wskazuje na występowanie przyspieszeń dośrodkowych w elementach płynu. W przypadku braku dodatkowych naprężeń burzliwych
występowanie sił odśrodkowych w przepływie wywołane jest promieniowym gradientem ciśnienia.
3. W równaniu 4.7 widać również, że pierwsze trzy wyrażenia na naprężenia ̅̅̅̅̅
,
̅̅̅̅̅̅̅̅, ̅̅̅̅̅̅̅̅ związane są z promieniowym, turbulentnym strumieniem pędu. Ostatni człon równania 4.7 ̅̅̅̅̅̅̅ , dzięki zastosowaniu uśrednień Reynoldsa jest bardziej identyfikowalny z przyspieszeniem dośrodkowym elementów płynu (̅̅̅̅̅= ̅ ̅̅̅̅̅̅). Równanie pędu strumienia w kierunku radialnym oznacza, że przyspieszenie płynu wynika z różnicy pomiędzy promieniowymi siłami ciśnienia a strumieniem pędu na kierunku radialnym [2].
4. Równanie 4.8a i 4.8b jest równaniem pędu strumienia na kierunku stycznym (tranwersalnym). Równanie 4.8b (wynikającego z obustronnego pomnożenia równania 4.8a przez r) wyraża wprost zasadę zachowania momentu pędu strumienia, co ma wpływ na przepływ momentu pędu oraz transwersalną składową gradientu ciśnienia.
Ważnym jest, że w przypadku przepływów osiowosymetrycznych, w których jest brak dodatkowego bodźca do transportu turbulentnego (różnica lepkości i gęstości) spełniona jest zasada zachowania momentu pędu.
5. Z obserwacji w podpunktach 2 i 4 wynika, że stabilność przepływu w oddziaływaniu z otoczeniem, w ruchu turbulentnym, pochodzi ze zbilansowania dwóch sił: związanych z gradientem ciśnienia ̅ oraz z siłą odśrodkową ̅ (rys. 4.2).
Rys.4.2. Ilustracja bilansu sił działających na element płynu podczas przepływu stabilnego i niestabilnego [3]
W przypadku niezbilansowania tych sił dochodzi do przemieszczenia elementów płynu. Elementy te przemieszczane się do wewnątrz (zmniejsza się skala wiru) jeśli siły pochodzące od składowej ciśnienia (na kierunku radialnym) przewyższą siły odśrodkowe. Taka sytuacja ma miejsce przede wszystkim podczas procesu sprężania ładunku, gdy następuje wzrost ciśnienia spowodowany zmniejszaniem objętości nad tłokiem. W drugim przypadku, gdy siły pochodzące od ciśnienia zmniejszają się, siła odśrodkowa przemieszcza elementy płynu na zewnątrz, doprowadzając do wprowadzenie niestabilności. Taka sytuacja ma miejsce podczas zasysania powietrza do cylindra.
Tensor naprężeń Reynoldsa występujący w równaniach 4.8 – 4.10 jest przyczyną pewnych kłopotów wszystkich modeli RANS, gdyż dodaje nowe niewiadome wielkości (jest ich 6) do
układu równań N-S opisujących ruch turbulentny. Równania, z których możliwe jest wyliczenie składowych tensora naprężeń stanowią o różnicach miedzy modelami przepływu turbulentnego należącymi do rodziny RANS. Do tej rodziny należą przykładowo modele:
Boussinesqua, Prandtla, k-, k-. W odniesieniu do silników spalinowych najczęściej używanym do niedawna modelem był k- (przede wszystkim na skale wirowości) [9].
Lepkość ta ma taki sam wymiar jak lepkość kinematyczna dla przepływu laminarnego (m3/s) i w formie podstawowej wyraża ją równanie (4.11) [8]:
𝑘
Drugim z równań w modelu k- jest energia kinetyczna turbulencji. Energia ta wyprowadzona jest z ogólnej zależności na całkowitą energię płynu w ruchu turbulentnym. Podążając za metodą uśrednień Reynoldsa, energia całkowita wyraża się (w odniesieniu do jednego kierunku ruchu) zależnością (4.12) [8]:
𝑘 ̅ + (4.12)
Zatem energia turbulencji k związana jest ze składową fluktuacyjną prędkości .
W ostatnich latach coraz powszechniej, do wyznaczania składowych tensora naprężeń turbulentnych, w aplikacjach silnikowych używa się modelu k- RNG [28],[4], który to model posiada dwa udoskonalenia: 1) dodatkowy człon w równaniu dyssypacji energii uwzględniający szybkozmienne przepływy, 2) uwzględnia wpływ zawirowania na turbulencję.
Należy zaznaczyć, że w odniesieniu do silników spalinowych definiowane są dwie podstawowe skale rozważań ruchu turbulentnego: makro i mikro. Makro turbulencja najczęściej odnosi się do wpływu ruchu turbulentnego na fizyczne oddziaływanie ze strugą paliwa i definiowania np. średniej prędkości płynu, średniej energii kinetycznej. Mikro skalę zaś najczęściej do aspektów fizycznych, lecz także chemicznych, w tym istotnego wpływu ruchu substratów na przebieg reakcji chemicznych spalania [53].
W odniesieniach silnikowych często używa się bezwymiarowych wskaźników oceny turbulencji. Najczęściej określa się intensywność zawirowania i oznacza się ją bardzo różnie, na potrzeby niniejszej rozprawy, przyjęto najbardziej popularne oznaczenie Rs, które jest proporcjonalne do momentu pędu wirującego strumienia [14]:
̇
(4.13)
Poziom zawirowania bardzo często odnosi się np. do średniej wartości prędkości tłoka.
Często spotyka się również zdefiniowanie „współczynnika przepływu” [14]:
̇
√ (4.14)
gdzie:
– zmiana ciśnienia,
– pole powierzchni tłoka [m2], , – stała
– moment pędu [kgm2/s]
̇ – strumień masy [kg/s].
4.2. RUCH ŁADUNKU W UKŁADZIE DOLOTYWM I KOMORZE SPALANIA
4.2.1. RUCH ŁADUNKU W FAZIE INDUKCJI
Faza indukcji ruchu ładunku występuje podczas przepływu powietrza przez kanał dolotowy, w suwie ssania, gdy otwarty jest zawór dolotowy, a tłok porusza się z GMP do DMP. Okres ten obejmuje również początek suwu sprężania. Kształt kanałów dolotowych oraz ich długość ma wywołać kręt strumienia powietrza zasysanego do cylindra. Kształt kanałów dolotowych jest wykorzystywany do formowania kierunku wektora prędkości cząsteczek powietrza (mieszanki) napływających do komory z układu dolotowego w płaszczyźnie gniazda zaworowego, przy czym najważniejszy jest wektor związany ze środkiem ciężkości strumienia [18]. Grzybek zaworu, który zmienia swoje położenie w suwie zasysania, uczestniczy w formowaniu ruchu ładunku. Powietrze, które przepływa przez szczelinę formowaną przez grzybek i przylgnię zaworową ulega zwirowaniu. W komorze spalania powstają kilka zróżnicowanych pól turbulencji (rys.4.3).
a) b)
Rys.4.3.Pola przepływu turbulentnego powstających w cylindrze silnika w fazie indukcji: a) schemat regionów zawirowania [53], b) symulacja rozkładu prędkości w obrębie zaworu dolotowego [30]
Trzecim regionem wirowania powietrza jest obszar o środku zgodnym z osią cylindra. Ruch tego typu, nazywany jest ruchem spiralnym – Swirl. Inicjowany jest on przede wszystkim prze odpowiednie (styczne) ukształtowanie kanału dolotowego. Schematyczny przebieg linii prądu i kierunku wektora prędkości powiązanego ze środkiem ciężkości strumienia powietrza, ukształtowany przez kanał styczny przedstawiono na rys. 4.4a.
a) b)
Rys.4.4.Ruch ładunku typu Swirl: a) ukształtowany przez styczny kanał dolotowy [36], b) zależność poziomu zawirowania od wzniosu zaworu [14]
Zawirowanie typy Swirl generowane jest przez spiralny kanał dolotowy (z ang. helical port).
Kręt wiru powietrza jest sprzężony z natężeniem przepływu powietrza przez gniazdo zaworowe, którego powierzchnia przepływowa jest funkcją wspomnianego stopnia otwarcia zaworu dolotowego. Zależność intensywności zawirowania od wzniosu zaworu (wymuszonego przez krzywkę wałka rozrządu), dla przykładowego silnika ZS, przedstawiono na rys. 4.4b (linia Helical Port). Zauważyć można, że szybkość wzrostu zawirowania jest największa w chwili początku otwarcia zaworu. Wraz z dalszym otwieraniem zaworu, poziom zawirowania Swirl utrzymuje się na mniej więcej stałym poziomie. Sprzężenie krętu wiru z natężeniem przepływu powietrza przez gniazdo jest zaletą, gdyż wymusza niejako samodopasowanie ruchu ładunku w komorze do zmiennej prędkości obrotowej. Jednak nie uwzględnia zmiany obciążenia silnika [18]. W silnikach wolnossących intensywność zawirowania (liczba wirowa) w warunkach charakterystyk obciążeniowych nie ulega istotnej zmianie, natomiast zmienia się czas trwania wtrysku. Zatem mechanizm transportu powinien samoistnie dopasować liczbę wirową do czasu trwania wtrysku.
Aby efektywniej oddziaływać na mechanizm wewnętrznego transportu ładunku w cylindrze stosuje się, w fazie indukcji, dodatkowy typ zawirowania. Tym razem, kręt powietrza generowany jest w płaszczyźnie przechodzącej przez oś cylindra i oś zaworu znajdującego się w tym kanale. Ruch ten nosi powszechną nazwę Tumble, zwany również beczkowym. Ruch powietrza typu Tumble wywołany jest stycznym kanałem dolotowym (z ang. tangential port).
Dla przykładowego silnika ZS intensywność zawirowania Tumble, w funkcji wzniosu zaworu przedstawiono na rys.4.4b (linia Tangential Port). Charakter zmian zawirowania Tumble jest różny od Swirl. Wraz z otwieraniem zaworu, zawirowanie Tumble wzrasta, jednak o wiele wolniej niż Swirl. Osiąga podobny poziom dopiero, gdy zawór dolotowy jest otwarty maksymalnie. W praktyce, przy zastosowaniu pojedynczego zaworu dolotowego, kształt kanału dolotowego, może przybierać kształty pośrednie, oddziałując zarówno na Swirl i
Tumble, przy czym proporcje między wywołanym charakterem ruchu zależą od prędkości przepływu (prędkości obrotowej silnika).
Połączenie dwóch rodzajów ruchu Swirl i Tumble jest możliwe również w silnikach wyposażonych w głowicę wielozaworową. Nałożenie się tych dwóch krętów wywołuje złożony ruch ładunku w komorze spalania. Wpływ kształtu kanałów dolotowych oraz ich rozmieszczenia względem komory spalania, na intensywność zawirowania w cylindrze zawiera publikacja [14]. Przedstawia ona wyniki badań i symulacji dla projektowanego silnika ZS, wykonanych przez firmę Nissan. Różne konfiguracje kanałów dolotowych przedstawiono na rys. 4.5.
Rys.4.5.Różne konfiguracje kształtu kanałów dolotowych [14]
Konfiguracja A1, B1 i A2, B2 to klasyczny układ, najczęściej spotykany – jeden kanał styczny drugi spiralny, jednakże każdy kanał posiada niezależny wlot. Odmiana A i B różni się od siebie kształtem i długością kanału. Konfiguracja A3 wykorzystuje dwa kanały styczne, wariant C natomiast posiada wspólny wlot.
Wykonano szereg symulacji przepływu powietrza przez kanały. Otrzymano zależność intensywności zawirowania Rs od współczynnika wydajności przepływu CV, którą w formie ogólnej przedstawiono na rys. 4.6.
Rys.4.6.Intesywność zawirowania w funkcji współczynnika przepływu dla różnych wariantów kanałów dolotowych [14]
Z informacji przedstawionych na wykresie z rys. 4.6 wynika, że największa intensywność zawirowania typu Swirl otrzymywana jest, gdy kierunek wektora środka ciężkości strumienia powietrza z kanału spiralnego skierowany jest jak najbliżej powierzchni walca utworzonego przez cylinder, co doprowadza do wytworzenia maksymalnego (z danej geometrii) momentu pędu strumienia. Taka sytuacja została uzyskana dla konfiguracji A i C (znaczniki Helical).
Gdy promień wirowania był mniejszy, zmniejszał się kręt i intensywność zawirowania była niższa. Dla zawirowania typu Tumble, najbardziej efektywne jest zastosowanie kanału o prostym kształcie, o jak najmniejszym zakrzywieniu w płaszczyźnie gniazda zaworu (A1, B2, C). Wykres przedstawia również, w jaki sposób wygenerowanie danego typu ruchu powietrza wpływa na dyssypację energii (współczynnik przepływu). Zauważyć należy, że wytworzenie zawirowania spiralnego, o dużej intensywności wymaga większych nakładów energetycznych niż zawirowania o intensywności mniejszej. Znaczniki Twin obrazują wypadkowe zawirowanie Swirl i Tumble. Najbardziej korzystnie ze względu na intensywność zawirowania wypada konfiguracja A1, charakteryzuje się jednak dość dużą dyssypacją energii. Nieznacznie mniejszą liczbę wirową posiada konfiguracja C, z tą różnicą, że współczynnik wypływu przyjmuje wyższe wartości, zatem przepływ odbywa się z większą wydajnością.
Różne kształty kanałów dolotowych, w obecnych konstrukcjach, zostają również wykorzystane tak, aby jeden z kanałów tworzył zawirowanie przy niższych prędkościach obrotowych silnika i niższych prędkościach przepływu, drugi natomiast przy wysokich.
Kolejną możliwością oddziaływania na ruch ładunku w fazie indukcji, przy zmiennych parametrach pracy silnika, jest zastosowanie, nie tylko dwóch kanałów dolotowych o zróżnicowanej geometrii, lecz także dodatkowej przesłony zainstalowanej w jednym z kanałów (najczęściej w kanale stycznym). Wprowadzenie przesłony (rys. 4.7) tworzy płaszczyznę oddziaływania na tor ruchu środka ciężkości strumienia zasysanego powietrza.
Podczas obrotu tej płaszczyzny zmianie ulega położenie toru względem osi kanału oraz kierunek napływu powietrza do komory spalania względem osi cylindra w czasie suwu ssania.
To oddziaływanie poszerza możliwość wpływu na mechanizm wewnętrznego transportu w szerokim zakresie pracy silnika.
Rys.4.7.Przesłna w układzie dolotowym wywołująca zmianę położenia toru ruchu powietrza względem osi środka kanału dolotowego [8]
Inną możliwością oddziaływania na ruch ładunku wewnątrz cylindra jest:
zastosowanie zmiennych faz rozrządu, co daje możliwość niesymetrycznego i niejednoczesnego otwierania zaworów ssących, co wpływa na kierunek ruchu strugi
zastosowanie zmiennych faz rozrządu, co daje możliwość niesymetrycznego i niejednoczesnego otwierania zaworów ssących, co wpływa na kierunek ruchu strugi