Смесеобразование в дизельных двигателях. Смесеобразование в ДВС. Применяемые топлива В каком двигателе двс присутствует внешнее смесеобразование

Смесеобразование в дизелях происходит внутри цилиндра и по времени совпадает с вводом топлива в цилиндр и частично с процессом сгорания.

Время, отводимое на процессы смесеобразования и сгорания топлива весьма ограниченно и составляет 0,05-0,005 сек. В связи с этим требования к процессу смесеобразования прежде всего сводятся к обеспечению полного сгорания топлива (бездымного).

Процесс смесеобразования в судовых дизелях особенно затруднен, так как режим работы дизеля на гребной винт с наибольшим числом оборо­тов, т. е. режим с наименьшим интервалом времени на процессе смесеобра­зования, соответствует наименьшему коэффициенту избытка воздуха в ра­бочей смеси (полной нагрузке двигателя).

Качество процесса смесеобразования в дизеле определяется тонкостью распыла топлива, подаваемого в цилиндр, и распределением там капель топлива по пространству сгорания.

Поэтому рассмотрим вначале процесс распыливания топлива. Струя топлива, вытекающая из сопла форсунки в пространство сжатия в цилиндре, находится под воздействием: внешних сил аэродинамического сопротивле­ния сжатого воздуха, сил поверхностного натяжения и сил сцепления топ­лива, а также возмущений, возникающих при истечении топлива.

Силы аэродинамического сопротивления препятствуют движению струи, и под воздействием их струя разбивается на отдельные капли. При увели­чении скорости истечения и плотности среды, куда происходит истечение, аэродинамические силы возрастают. Чем больше эти силы, тем раньше струя теряет свою форму, распадаясь на отдельные капли. Силы поверхностного натяжения и силы сцепления топлива, наоборот, своим действием стремятся сохранить форму струи, т. е. удлинить сплошную часть струи.

Начальные возмущения струи возникают вследствие: турбулентного движения топлива внутри сопла форсунки, влияния кромок соплового отверстия, шероховатости стенок его, сжимаемости топлива и пр. Начальные возмущения ускоряют распад струи.

Опыты показывают, что струя на некотором расстоянии от сопла рас­падается на отдельные капли, причем длина сплошной части струи (рис. 32) может быть различной. При этом наб­людаются следующие формы распада струи: распад струи без воздействия сил аэродинамического сопротивления воз­духа (рис. 32, а) происходит при малых скоростях истечения под действием сил поверхностного натяжения и начальных возмущений; распад струи при наличии некоторого воздействия сил аэроди­намического сопротивления воздуха (рис. 32, б); распад струи, который воз­никает при дальнейшем увеличении скорости истечения и возникновения начальных поперечных возмущений (рис. 32, в)] распад струи на отдельные капли сразу по выходе струи из соплового отверстия форсунки.

Последняя форма распада струи и должна быть для получения качест­венного процесса смесеобразования. На распад струи главным образом влия­ет скорость истечения топлива и плотность среды, куда происходит истече­ние; в меньшей степени влияет турбулентность струи топлива.

Схема распада струи показана на рис. 33. Струя по выходе из сопла рас­падается на отдельные нити, которые в свою очередь распадаются на от­дельные капли. Сечение струи условно разбито на четыре кольцевых сече­ния; скорости истечения в этих кольцевых сечениях выражены ординатами 1;2;3 и 4. Наружное кольцевое сечение, вследствие наибольшего сопротивле­ния воздуха, будет иметь наименьшую скорость, а внутреннее (ядро) имеет наибольшую скорость истечения.

Вследствие различия скоростей в сечении струи возникает движение от ядра к наружной поверхности струи. В результате распада топливной струи образуются капли различного диаметра, величина которого колеблется от нескольких микрон до 60-65 мк. По опытным данным, средний диаметр капли у тихоходных дизелей составляет 20-25 мк, а у быстроходных около 6 мк. На тонкость распыла в основном влияет скорость истечения топлива из сопла форсунки, которая приближенно определяется так:

Для получения распыла топлива, удовлетворяющего требованиям сме­сеобразования, скорость истечения должна быть в пределах 250-400 м/сек. Коэффициент истечения ф зависит от состояния поверхности сопла; для ци­линдрических гладких сопловых отверстий с закругленными входными кромками (r?0,1.-0,2 мм) равен 0,7-0,8.

Для оценки совершенства распыливания топлива применяют характеристики распыливания, которые учитывают тон­кость и однородность распыливания.

На рис. 34 приведены характеристики распыливания. По оси ординат отложено процентное количество капель данного диа­метра от всего количества капель, распо­ложенного на определенной площади, а по оси абсцисс отложены диаметры капель в мк. Чем ближе вершина кривой характе­ристики к оси ординат, тем больше тон­кость распыливания, а однородность распыливания будет тем больше, чем круче подъем и падение кривой. На рис. 34 характеристика а имеет наибо­лее тонкое и однородное распыливание, а характеристика в - наиболее грубое, но однородное и характеристика 6 - средней тонкости, но неодно­родное распыливание.

Размеры капель определяют опытным путем, как наиболее достоверным, так как теоретический путь представляет значительные трудности. Мето­дика определения числа и размера капель может быть различна. Наиболь­шее применение получила методика, основанная на улавливании на пластин­ку, покрытую какой-либо жидкостью (глицерином, жидким стеклом, сме­сью воды с дубильным экстрактом), капель распыленной струи топлива. Изготовленная микрофотография с пластины позволяет измерить диаметр капель и подсчитать их число.

Необходимая величина давления впрыскивания, с увеличением кото­рого увеличивается скорость истечения топлива, окончательно устанавли­вается в период регулировочных испытаний двигателя. Обычно у тихоход­ных дизелей она составляет около 500 кГ/см 2 , у быстроходных 600- 1000 кГ/см 2 . При применении насоса-форсунки давление впрыска достигает 2000 кГ/см 2 .

Из конструктивных элементов топливоподающей системы наибольшее влияние на тонкость распыла оказывает размер диаметра соплового от­верстия форсунки.

При уменьшении диаметра соплового отверстия тонкость и равномер­ность распыливания возрастают. В быстроходных двигателях с однокамер­ным смесеобразованием диаметр сопловых отверстий обычно 0,15-0,3 мм,2 в тихоходных доходит до 0,8 мм, находясь в зависимости от цилиндровой мощности двигателя.

Отношение длины соплового отверстия к диаметру, в пределах, при­меняемых в двигателях, почти не влияет на качество распыливания топлива. Гладкое цилиндрическое сопловое отверстие форсунки оказывает наимень­шее сопротивление истечению топлива, а потому истечение из такого сопла происходит с большей скоростью, чем из сопел другой формы. А поэтому гладкое цилиндрическое сопло обеспечивает более тонкое распыливание. Так, например, сопло с винтовыми канавками имеет коэффициент истечения порядка 0,37, тогда как гладкое цилиндри­ческое сопло имеет коэффициент истечения 0,7-0,8.

Увеличения числа оборотов вала дви­гателя, а соответственно и числа оборотов вала топливного насоса, повышает скорость плунжера топливного насоса и, следова­тельно, повышает давление нагнетания и скорость истечения топлива.

Рассмотрение процесса распада выте­кающей струи топлива позволяет сделать заключение, что вязкость топлива также влияет на тонкость распыла. Чем больше вязкость топлива, тем менее совершенным будет процесс распыливания. Опытные дан­ные показывают, что чем больше вязкость топлива, тем больше размеры капель рас­пыленного топлива.

Струя топлива по выходе из сопла форсунки, как это было изложено ранее, разбивается на отдельные нити, которые в свою очередь распадаются на отдельные капли. Вся масса капель образует так называемый факел топ­лива. Факел топлива по мере удаления от сопла расширяется, а следова­тельно, плотность его уменьшается. Плотность факела в пределах одного сечения также неодинакова.

Форма факела топлива показана на рис. 35, где изображено ядро факе­ла 1 (более плотное) и оболочка 2 (менее плотная). Кривая 3 показывает количественное распределение капель, а кривая 4 - распределение их скоростей. Ядро факела имеет наибольшую плотность и скорость. Такое рас­пределение капель можно объяснить следующим. Первые капли, поступив­шие в пространство сжатого воздуха, быстро теряют свою кинетическую энергию, но создают более благоприятные условия для движения последую­щих капель. Вследствие этого задние капли нагоняют передние и оттесняют их в стороны, сами продолжая двигаться вперед, пока не будут отстранены сзади двигающимися каплями, и. т. д. Такой процесс оттеснения одних ка­пель другими идет непрерывно до тех пор, пока не наступит равновесие меж­ду энергией струи в выходном сечении сопла и энергией, затрачиваемой на преодоление трения между частицами топлива, на проталкивание впереди идущих капель струи топлива, на преодоление трения струи о воздух, на увлечение воздуха и на создание вихревых движений воздуха в цилиндре.

Глубина проникновения факела топлива, или его дальнобойность, игра­ет весьма существенную роль в процессе смесеобразования. Под глубиной проникновения топливного факела понимают глубину проникновения вер­шины факела за определенный промежуток времени. Глубина проникнове­ния факела должна соответствовать форме и размерам пространства сгора­ния в цилиндре двигателя. При малой дальнобойности факела воздух, на­ходящийся около стенок цилиндра, не будет вовлечен в процесс сгорания, и тем самым ухудшатся условия для сгорания топлива. При большой дально­бойности частицы топлива, попадая на стенки цилиндра или поршня, обра­зуют нагар вследствие неполного сгорания. Таким образом, правильное определение дальнобойности факела имеет решающее значение в формиро­вании процесса смесеобразования.

К сожалению, решение этого вопроса теоретическим путем встречает огромные трудности, заключающиеся в учете влияния на дальнобойность эффекта облегчения движений одних капель другими и движения воздуха в направлении струи.

Все полученные формулы для определения дальнобойности факела L ф не учитывают указанных факторов и по существу справедливы для отдельных капель. Ниже приводим формулу для определения Ьф, которая получе­на из эмпирической закономерности:

Здесь? - скорость движения струи топлива;

0 - скорость движения в канале сопла форсунки;

k - коэффициент, который зависит от давления впрыскивания, от противодавления, от диаметра сопла, от рода топлива и др.;

T - время дальнобойности.

При выводе формулы (26) было принято, что k = const, и потому она не отражает действительности и, кроме того, не учитывает влияния ранее указанных факторов. Эта формула скорее справедлива для определения полета отдельной капли, а не для струи в целом.

Более достоверными являются результаты опытов по определению дальнобойности. На рис. 36 приведены результаты опытов по определению дальнобойности L ф, наибольшей ширины факела В ф и скорости перемеще­ния вершины факела? в зависимости от угла поворота валика топливного насоса? при различных противодавлениях в бомбе р б.

Диаметр сопла форсунки 0,6 мм. Давление впрыскивания р ф = 150 кГ/см 2 ; количество впрыскиваемого топлива?V = 75 мм 3 за ход. Скорость вращения вала насоса 1000 об/мин. Дальнобойность факела при р б = 26 кГ/см 2 достигает L ф = 120 см, а скорость порядка 125 м/сек и быстро падает до 25 м/сек.

Кривые? = f(?) и L ф = f(?) показывают, что с увеличением противо­давления дальнобойность и скорость истечения факела падают. Ширина факела В ф изменяется от 12 см при 5° до 25 см при 25° поворота вала насоса.

Сокращение периода подачи топлива, увеличение скорости истечения способствуют увеличению начальной скорости фронта факела и глубине его проникновения. Однако, вследствие более мелкого распыла, скорость факе­ла при этом быстрее падает. При увеличении диаметра сопла, с сохранением неизменной скорости истечения, дальнобойность факела возрастает. Проис­ходит это вследствие возрастания плотности ядра факела.

При уменьшении диаметра сопла, при неизменной суммарной площади сопел, угол конуса факела возрастает, а потому возрастает и лобовое сопро­тивление, дальнобойность же факела уменьшается. С увеличением суммар­ной площади сопловых отверстий форсунки давление распыливания умень­шается, уменьшается скорость исте­чения и уменьшается дальнобойность топливного факела.

Опыты В. Ф. Ермакова показы­вают, что предварительный подогрев топлива перед впрыском его в цилиндр существенно влияет на размеры факе­ла и тонкость распыла.

На рис. 37 представлена зависи­мость длины факела L ф от темпера­туры впрыскиваемого топлива.

Зависимость длины факела от тем­пературы топлива через 0,008 сек от начала впрыска приведена на рис. 38. При этом было установлено, что с по­вышением температуры ширина факе­ла возрастает, а длина уменьшается.

Указанное изменение формы факела с повышением температуры топлива сви­детельствует о более тонком и однородном распыле топлива. С повышением температуры топлива от 50 до 200° С длина факела уменьшилась на 22%. Средний диаметр капли уменьшился от 44,5 мк при температуре топлива 35° С до 22,6 мк при температуре топлива 200° С. Указанные результаты опытов позволяют сделать вывод, что подогрев топлива перед впрыском его в цилиндр значительно улучшает процесс смесеобразования в дизеле.

Многочисленные исследования показывают, что процессу самовоспла­менения топлива предшествует испарение его. При этом количество испа­ряющегося топлива до момента самовоспламенения зависит от размера ка­пель, от давления и температуры воздуха в цилиндре и от физико-химиче­ских свойств самого топлива. Увеличение испаряемости топлива способст­вует повышению качества процесса смесеобразования. Метод расчета про­цесса испаряемости факела топлива, разработанный проф. Д. Н. Выру­бовым, позволяет оценить влияние различных факторов на течение этого процесса, а особенно важным является количественная оценка полей кон­центрации паров топлива в смеси с воздухом.

Допуская, что среда, окружающая каплю на достаточном удалении от нее, имеет повсюду одинаковую температуру и давление, с концентрацией.

При выводе формулы (27) было принято, что капля имеет шарообраз­ную форму и неподвижна по отношению к окружающей среде. паров равной нулю (в то же время среда непосредственно у поверхности капли насыщена парами, парциальное давление которых соответствует тем­пературе капли) может быть получена формула, определяющая время пол­ного испарения капли:

Наибольшее влияние на скорость испарения топлива оказывает тем­пература воздуха в цилиндре. С повышением степени сжатия скорость испарения капли возрастает вследствие увеличения температуры воздуха. Повышение давления при этом несколько замедляет скорость испарения.

Равномерное распределение частиц топлива по пространству сгорания в основном определяется формой камеры сгорания. В судовых дизелях получили применение неразделенные камеры (смесеобразование в этом слу­чае называется однокамерным) и разделенные камеры (с предкамерным, вихрекамерным и воздушно-камерным смесеобразованием). Наибольшее применение имеет однокамерное смесеобразование.

Однокамерное смесеобразование характеризуется тем, что объем про­странства сжатия ограничен днищем крышки цилиндра, стенками цилиндра и днищем поршня. Топливо впрыскивается непосредственно в это простран­ство, и потому факел распыла по возможности должен обеспечить равно­мерность распределения частиц топлива по пространству сгорания. Дости­гается это согласованием форм камеры сгорания и факела распыла топлива, соблюдая при этом требования о дальнобойности и тонкости распыла топлив­ного факела.

На рис. 39 представлены схемы различных неразделенных камер сгора­ния. Все эти камеры сгорания имеют простую конфигурацию, не требуют усложнения конструкции цилиндровой крышки и имеют малую величину относительной поверхности охлаждения F охл / V c . Однако они обладают серь­езными недостатками, к числу которых следует отнести: неравномерное рас­пределение топлива по пространству камеры сгорания, вследствие чего для осуществления полного сгорания топлива необходимо иметь значительный коэффициент избытка воздуха (? = 1,8?2,1); требуемая тонкость распыла достигается высоким давлением нагнетания топлива, в связи с чем возрас­тают требования к топливной аппаратуре и процесс смесеобразования будет чувствителен к сорту топлива и к изменению режима работы двигателя.

Камеры сгорания могут быть разбиты на следующие группы: камеры в поршне (схемы 1-5); камеры в крышке цилиндра (схемы 6-8); между поршнем и крышкой (схемы 11-15); между двумя поршнями в двигателях с ПДП (схемы 9-10).

Из камер в поршне в среднеоборотных и многооборотных дизелях наи­большее применение имеет камера формы 2, в которой углубления в поршне воспроизводят форму факелов распыла и тем самым достигается повышение равномерности распределения частиц топлива. В целях улучшения смесеоб­разования в неразделенных камерах воздушному заряду цилиндра придают вихревое движение.

В четырехтактных дизелях вихревое движение достигается простановкой экранов на впускных клапанах или соответствующим направлением впускных каналов в крышке цилиндра (рис. 40). Наличие экранов на впуск­ном клапане уменьшает проходное сечение клапана, вследствие чего воз­растают гидравлические сопротивления, а потому целесообразнее применять для образования вихревого движения воздуха искривление впускных кана­лов. В двухтактных дизелях завихрение воздуха достигается тангенциаль­ным расположением продувочных окон. Весьма равномерное смесеобразова­ние достигается в камерах, большая часть которых расположена в поршне (см. рис. 39, схемы 4 и 5). В них при перетекании воздуха из подпоршневого пространства (в период такта сжатия) в камеру в поршне создаются радиаль­но направленные вихри, способствующие лучшему смесеобразованию. Камеры данного типа также называют «полуразделенными».

Камеры, расположенные в крышке цилиндра (см. рис. 39, схема 6-8), применяют в двухтактных двигателях. Камеры между поршнем и крышкой цилиндра (рис. 39, схемы 11-15) получаются наивыгоднейшей формы без больших углублений в поршне или в крышке цилиндра. Применяются та­кие камеры главным образом в двухтактных дизелях.

В камерах сгорания между двумя поршнями (см. рис. 39, схемы 9 и 10) ось форсунок направлена перпендикулярно оси цилиндра, с расположением сопловых отверстий в одной плоскости. При этом форсунки имеют диамет­рально противоположное расположение, чем достигается равномерное рас­пределение частиц топлива по пространству камеры сгорания.

Смесеобразованием называется приготовление горючей смеси для подготовки топлива к сжиганию в цилиндре ДВС. Процесс горения длится очень короткое время, например, в МОД оно составляет 0,05-0,1 секунды, в ВОД - 0,003-0,015 секунды. Для того, чтобы обеспечить полное сгорание топлива за этот короткий промежуток времени необходимо приготовить рабочую смесь, состоящую из мелко распыленного жидкого топлива (дизельные ДВС) или паров топлива (карбюраторные ДВС) перемешанных с воздухом. Для обеспечения высокого качества смеси, которое оценивается коэффициентом иэбытка воздуха (α), топливо должно быть мелко распылено и равномерно распределено по всему объёму камеры сгорания. Камера должна иметь конфигурацию, соответствующую форме и дальнобойности факела от форсунки.

Образование топливного факела характеризуется дальнобойностью, углом конуса распыливания и размером капель топлива. Для лучшего использования факел образует капельный туман в виде расходящегося конуса. Этот туман должен проникать во все части камеры сгорания, но не касаться поверхностей деталей ЦПГ. Капли топлива, попадающие на стенки цилиндровой втулки, растворяют масляную плёнку, плохо перемешиваются с воздухом и сгорают не полностью, образуя сажу и нагар. По способу смесеобразования двигатели различают на:

1). Однокамерные - струйное смесеобразование с непосредственным впрыском топлива, применяется в ДВС большой и средней мощности, имеющих различные формы головок поршней. У них маленькая поверхность теплопередачи и поэтому небольшие тепловые потери. Это даёт большую экономичность и хорошие пусковые качества.

Недостатки: высокое давление впрыска топлива (до 1200 кг/см 2), усложняющее топливную аппаратуру, жёсткость работы и повышенная шумность двигателя.

2). Предкамерное – такое смесеобразование применяется на ВОД с диаметром цилиндра D=180-200 мм. В крышке цилиндров размещена предкамера, объём которой составляет 20-40% общего объёма камеры сгорания. Предкамера соединена с основной камерой каналами, число которых может быть от 1 до 12. Часть топлива сгорает в предкамере, поэтому отпадает необходимость подачи его с большим давлением. Такие ДВС менее чувствительны к качеству топлива.

Недостатки: повышенный удельный расход топлива, трудность запуска в холодное время года, значительные тепловые потери из-за большой поверхности охлаждения, малая экономичность двигателя.

3). Вихрекамерное - применяется также на ВОД в виде сферической или цилиндрической камеры сгорания, расположенной в крышке цилиндров. Её объём составляет 50-80%. Она сообщается с основной камерой сгорания каналом большого сечения. Воздух, поступая в вихревую камеру во время такта сжатия, получает вращательное движение. Благодаря этому, впрыскивющееся под давлением 100-140кг/см 2 топливо, хорошо перемешивается с воздухом и сгорает. Вместе с горячими продуктами сгорания часть его перетекает в основную камеру, создавая вихревые потоки, где сгорает полностью.

Преимущества: снижение α, бездымный выхлоп, низкое давление впрыска, применение однодырчатых распылителей форсунок, что удешевляет изготовление топливной аппаратуры.

Недостатки: сложность конструкции цилиндровой крышки, трудность запуска холодного двигателя и необходимость применения спирали накаливания для подогрева воздуха в камере.

4). Плёночное - камера сгорания расположена в головке поршня и непосредственно соединена с надпоршневым пространством. Диаметр камеры составляет ≈ 0,3-0,5D цилиндровой втулки. Головка поршня охлаждается маслом, поэтому температура её наружной поверхности не более 200-400°C. Топливо впрыскивается под давлением ≈ 150 кг/см 2 через многодырчатую форсунку. Примерно 95% топлива попадает на внутреннюю поверхность камеры поршня в виде тончайшего слоя, остальное распыливается в объёме камеры сгорания. Вначале происходит самовоспламенение распыленного топлива, затем от горящего факела воспламеняются его пары. Интенсивное перемешивание паров топлива с воздухом происходит за счёт вихреобразования. ДВС с таким смесеобразованием являются многотопливными т.е. могут использовать легкие и тяжелые сорта топлива.

§ 35. Способы смесеобразования в дизельных двигателях

Совершенство смесеобразования в дизельном двигателе определяется устройством камеры сгорания, характером движения воздуха при впуске и качеством подачи топлива в цилиндры двигателя. В зависимости от конструкции камеры сгорания дизельные двигатели могут быть выполнены с неразделенными (однополостными) камерами сгорания и с разделенными камерами вихревого и предкамерного типов.

У дизельных двигателей с неразделенными камерами сгорания весь объем камеры располагается в одной полости, ограниченной днищем поршня и внутренней поверхностью головки цилиндров (рис. 54). Основной объем камеры сгорания сосредоточен в выемке днища поршня, имеющего конусообразный выступ в центральной части. Периферийная часть днища поршня имеет плоскую форму, вследствие чего при подходе поршня к в. м.т. в такте сжатия между головкой и днищем поршня образуется объем вытеснения. Воздух из этого объема вытесняется в направлении камеры сгорания. При перемещении воздуха создаются вихревые потоки, которые способствуют лучшему смесеобразованию.

Системы охлаждения" href="/text/category/sistemi_ohlazhdeniya/" rel="bookmark">системы охлаждения . Впрыск топлива осуществляется непосредственно в камеру сгорания, это улучшает пусковые свойства двигателя и повышает его топливную экономичность. Небольшие объемы неразделенных камер сгорания позволяют также повысить степень сжатия двигателя и ускорить протекание рабочих процессов, что влияет на его быстроходность.

https://pandia.ru/text/78/540/images/image003_79.jpg" width="503" height="425 src=">

Рис. 56. Камера сгорания вихревого типа:

1- вихревая камера, 2 - нижняя полусфера с горловиной, 3-основная камера

Для обеспечения надежного пуска холодного дизельного двигателя с вихревой камерой применяют свечи накаливания. Такая свеча устанавливается в вихревой камере и включается перед началом пуска двигателя. Металлическая спираль свечи накаливается электрическим током и разогревает воздух в вихревой камере. В момент пуска частицы топлива попадают на спираль и легко воспламеняются в среде разогретого воздуха, обеспечивая легкий пуск. В двигателях е вихревыми камерами образование смеси осуществляется в результате сильного завихрения потоков воздуха, поэтому отпадает необходимость в очень тонком распыливании топлива и распределении его по всему объему камеры сгорания. Принципиальное устройство и работа камеры сгорания предкамерного типа (рис. 57) аналогичны устройству и работе камеры сгорания вихревого типа. Отличием является конструкция предкамеры, имеющей цилиндрическую форму и соединенной прямым каналом с основной камерой в днище поршня. Вследствие частичного воспламенения топлива в момент впрыска в предкамере создаются высокие температура и давление, способствующие более эффективному смесеобразованию и сгоранию в основной камере.

Дизельные двигатели с разделенными камерами сгорания работают мягко. Из-за усиленного движения в них воздуха обеспечивается высококачественное смесеобразование. Это позволяет осуществлять впрыск топлива меньшим давлением. Однако у таких двигателей тепловые и газодинамические потери несколько больше, чем у двигателей с неразделенной камерой сгорания, и коэффициент полезного действия ниже.

Рис. 57. Камера сгорания предкамерного типа:

1 - предкамера, 2 - основная камера

В дизельных двигателях рабочий цикл происходит в результате сжатия воздуха, впрыска в него топлива, воспламенения и сгорания образовавшейся рабочей смеси. Впрыск топлива в цилиндры двигателя обеспечивается топливоподающей аппаратурой, которая в конечном итоге образует капельки топлива соответствующих размеров. При этом не допускается образование слишком мелких или крупных капель, так как струя должна быть однородной. Качество распиливания топлива особенно важно для двигателей с неразделенными камерами сгорания. Оно зависит от конструкции топливоподающей аппаратуры, частоты вращения коленчатого вала двигателя и количества топлива, подаваемого за один цикл (цикловой подачи). При повышении частоты вращения коленчатого вала и цикловой подачи возрастают давление впрыска и тонкость распыливания. В течение единичного впрыска топлива в цилиндр двигателя изменяются давление впрыска и условия перемешивания частиц топлива с воздухом, В начале и конце впрыска струя топлива дробится на сравнительно крупные капли, а в середине впрыска происходит самое мелкое распиливание. Отсюда можно заключить, что скорость истечения топлива через отверстия распылителя форсунки изменяется неравномерно за весь период впрыска. Заметное влияние на скорость истечения начальных и конечных порций топлива оказывает степень упругости пружины запорной иглы форсунки. При увеличении сжатия пружины размеры капель топлива в начале и в конце подачи уменьшаются. Это вызывает среднее увеличение давления, развиваемого в системе питания, что ухудшает работу двигателя при малой частоте вращения коленчатого вала и малой цикловой подаче. Уменьшение сжатия пружины форсунки оказывает отрицательное влияние на процессы сгорания и выражается в увеличении расхода топлива и повышении дымления. Оптимальное усилие сжатия пружины форсунки рекомендуется заводом-изготовителем и регулируется в процессе эксплуатации на стендах.

Процессы впрыска топлива в значительной степени определяются также техническим состоянием распылителя: диаметром его отверстий и герметичностью запорной иглы. Увеличение диаметра сопловых отверстий снижает давление впрыска и изменяет строение факела распыливания топлива (рис. 58). Факел содержит сердцевину 1, состоящую из крупных капель и целых струек топлива; среднюю зону 2, состоящую из большого количества крупных капель; внешнюю зону 3, состоящую из мелкораспыленных капель.

https://pandia.ru/text/78/540/images/image006_51.jpg" width="626" height="417 src=">

Рис. 59. Схема системы питания двигателя ЯМЗ-236:

1-фильтр грубой очистки топлива, 2-сливной трубопровод от форсунок, 5-насос высо-

кого давлсния, 4 - подводящий топливопровод высокого давления, 5-фильтр тонкой

очистки топлива, 6 - подводящий топливопровод низкого давления, 7 - сливной трубопровод от насоса высокого давления, 8 - топливный насос низкого давления, 9-форсунка, 10-топливный бак.

Такую схему применяют на двигателях ЯМЗ-236, 238, 240, а также на двигателях КамАЗ-740, 741, 7401 для автомобилей КамАЗ. В общем виде система питания дизельного двигателя может быть представлена из двух магистралей - низкого и высокого давления. Приборы магистрали низкого давления подают топливо из бака к насосу высокого давления. Приборы магистрали высокого давления осуществляют непосредственный впрыск топлива в цилиндры двигателя. Схема системы питания двигателя ЯМЗ-236 представлена на рис. 59. Дизельное топливо содержится в баке 10, который связан всасывающим топливопроводом через фильтр 1 грубой очистки с топливным насосом 5 низкого давления. При работе двигателя создается разрежение во всасывающей магистрали, вследствие чего топливо проходит через фильтр 1 грубой очистки, очищается от крупных взвешенных частиц и поступает в насос. Из насоса топливо под избыточным давлением около 0,4 МПа по топливопроводу 6 подается к фильтру 5 тонкой очистки. На входе в фильтр имеется жиклер, через который часть топлива отводится в сливной трубопровод 7. Это сделано для предохранения фильтра от ускоренного загрязнения, так как через него проходит не все топливо, перекачиваемое насосом. После тонкой очистки в фильтре 5 топливо подводится к насосу 3 высокого давления. В этом насосе топливо сжимается до давления около 15 МПа и по топливопроводам 4 поступает в соответствии с порядком работы двигателя к форсункам 5. Неиспользованное топливо от насоса высокого давления отводится по сливному трубопроводу 7 обратно в бак. Небольшое количество топлива, остающееся в форсунках после окончания впрыска, отводится по сливному трубопроводу 2 в топливный бак. Насос высокого давления приводится в действие от коленчатого вала двигателя через муфту опережения впрыска, вследствие чего осуществляется автоматическое изменение момента впрыска при изменении частоты вращения. Кроме того, насос высокого давления конструктивно связан с всережимным регулятором частоты вращения коленчатого вала, изменяющим количество впрыскиваемого топлива в зависимости от нагрузки двигателя. Топливный насос низкого давления имеет ручной подкачивающий насос, встроенный в его корпус, и служит для заполнения магистрали низкого давления топливом при неработающем двигателе.

Схема системы питания дизельных двигателей для автомобилей КамАЗ принципиально не отличается от схемы для двигателей ЯМЗ-236. Конструктивные отличия приборов системы питания дизельных двигателей автомобилей КамАЗ:

фильтр тонкой очистки имеет два фильтрующих элемента, установленных в одном сдвоенном корпусе, что повышает качество очистки топлива;

в системе питания имеются два ручных подкачивающих насоса: один выполнен совместно с насосом низкого давления и установлен перед фильтром тонкой очистки топлива, другой подключен параллельно насосу низкого давления и способствует легкости прокачки и заполнения системы топливом перед пуском двигателя после длительной стоянки;

насос высокого давления имеет V-образный корпус, в развале которого размещен всережимный регулятор частоты вращения коленчатого вала двигателя;

для очистки воздуха, поступающего в двигатель, применен двухступенчатый воздушный фильтр, осуществляющий забор воздуха из наиболее чистого пространства над кабиной автомобиля.

§ 38. Устройство приборов системы питания

магистрали низкого давления

К приборам питания магистрали низкого давления дизельных двигателей ЯМЗ относятся фильтры грубой и тонкой очистки топлива, топливный насос низкого давления и топливопроводы. Фильтр грубой очистки топлива (рис. 60) служит для удаления из топлива относительно крупных взвешенных частиц инородного происхождения. Фильтр состоит из цилиндрического штампованного корпуса 2, соединенного фланцем 4 с крышкой 6. Для уплощения между корпусом и крышкой установлена прокладка 5. Фильтрующий элемент 8 состоит из сетчатого каркаса, на который навит в несколько слоев хлопчатобумажный шнур. В торцовых поверхностях дна корпуса и крышки сделаны кольцевые выступы. При сборке они вдавливаются в фильтрующий элемент, чем обеспечивается уплотнение фильтрующего элемента в корпусе фильтра. Центрирование

https://pandia.ru/text/78/540/images/image008_40.jpg" width="334" height="554">

Рис. 61. Фильтр тонкой очистки топлива:

1-пробка сливного отверстия, 2- пружина, 3- фильтрующий элемент,

4-корпус, 5-стяжной стержень, 6- пробка, 7- жиклер, 8-стяжной болт,

9- крышка.

При работе насоса низкого давления топливо подкачивается через отверстие в крышке 9 и дальше поступает в полость между корпусом и фильтрующим элементом. Проникая через набивку фильтрующего элемента во внутреннюю полость фильтра, топливо очищается и собирается вокруг центрального стержня. Поднимаясь далее вверх, топливо выходит через канал в крышке по трубопроводу к насосу высокого давления. Отверстие в крышке, закрытое пробкой 6, служит для выпуска воздуха при прокачке фильтра. Здесь же, в крышке установлен жиклер 7 для слива излишков топлива, которое не расходуется в насосе высокого давления. Отстой из фильтра выпускают через отверстие, закрываемое пробкой.

Топливный насос низкого давления (рис. 62) подает топливо под давлением около 0,4 МПа к насосу высокого давления. В корпусе 3 насоса размещены поршень 5 со штоком 4 и роликовым толкателем 2, впускной 12 и нагнетательный 6 клапаны. Поршень прижимается пружиной 7 к штоку, а другим концом пружина упирается в пробку. В корпусе насоса имеются каналы, соединяющие подпоршневую и надпоршневую полости с клапанами и сверлениями насоса, служащими для подсоединения его к магистрали. В верхней части корпуса над впускным клапаном 12 расположен ручной подкачивающий насос, состоящий из цилиндра 9 и поршня 10, связанного с рукояткой 8.

DIV_ADBLOCK196">

1 -эксцентрик кулачкового вала, 2-роликовый толкатель, 3 - корпус, 4- шток,

5,10 - поршни, 6 - нагнетательный клапан, 7 - пружина, 8 - рукоятка, 9 - цилиндр

ручного насоса, 11- прокладка, 12 - впускной клапан, 13 -дренажный канал.

При работе двигателя эксцентрик 1 набегает на роликовый толкатель 2 и поднимает его вверх. Перемещение толкателя через шток 4 передается поршню 5 и он занимает верхнее положение, вытесняя топливо из надпоршневой полости и сжимая пружину 7. Когда эксцентрик сходит с толкателя, поршень 5 под действием пружины 7 опускается. При этом в полости над поршнем создается разрежение, впускной клапан 12 открывается и топливо поступает в надпоршневое пространство. Затем эксцентрик опять поднимает поршень и поступившее топливо вытесняется через нагнетательный клапан 6 в магистраль. Частично оно перетекает по каналу в полость под поршнем, а при опускании поршня снова вытесняется в магистраль, чем достигается более равномерная подача.

При малом потреблении топлива в полости под поршнем создается некоторое избыточное давление и пружина 7 оказывается не в состоянии преодолеть это давление. В результате при вращении эксцентрика поршень 5 не доходит до своего нижнего положения и подача топлива насосом автоматически уменьшается. При работе насоса часть топлива из подпоршневой полости может просочиться по направляющей штока 4 в картер насоса высокого давления и вызвать разжижение масла. Для предотвращения этого в корпусе насоса низкого давления просверлен дренажный канал 13, по которому отводится просочившееся топливо из направляющей штока во всасывающую полость насоса. Ручной подкачивающий насос работает следующим образом. При необходимости прокачки магистрали низкого давления с целью удаления воздуха отвертывают рукоятку 8 с цилиндра насоса и делают ею несколько качков. Топливо заполняет магистраль, после чего рукоятку насоса опускают в нижнее положение и плотно навертывают на цилиндр. При этом поршень прижимается к уплотнительной прокладке II, что обеспечивает герметичность ручного насоса.

Топливопроводы низкого давления соединяют приборы магистрали низкого давления. К ним относятся также сливные трубопроводы системы питания, свернутые из стальной ленты с медным покрытием, или пластмассовые трубки. Для соединения топливопроводов с приборами питания применяют накидные наконечники с полыми болтами или штуцерные соединения с латунной муфтой и соединительной гайкой.

21 частоты вращения коленчатого вала,

https://pandia.ru/text/78/540/images/image012_30.jpg" width="497" height="327 src=">

Рис. 65. Схема работы нагнетательной секции:

а - наполнение, б - начало подачи, в- конец подачи, 1 - гильза, 2 - отсечная кромка, 3-сливное отверстие, 4- надплунжерная полость, 5 - нагнетательный клапан, 6 - штуцер, 7- пружина, 8- впускное отверстие, 9- плунжер, 10 - вертикальный канал плунжера, 11 - горизонтальный канал плунжера, 12-подводящий канал в корпусе насоса.

происходит при сбегании кулачка с ролика под воздействием пружины 4, которая упирается через тарелку на плунжер. На гильзу 1 свободно надета поворотная втулка, имеющая в верхней части зубчатый сектор 5, соединенный с рейкой, а в нижней части два паза, в которые входят шлицевые выступы плунжера. Таким образом, плунжер оказывается соединенным с зубчатой рейкой 13. Над плунжерной парой расположен нагнетательный клапан 9, который состоит из седла и собственно клапана, закрепленных в посадочном отверстии корпуса с помощью штуцера и пружины. Внутри пружины установлен ограничитель подъема клапана.

Работа нагнетательной секции насоса (рис. 65) состоит из следующих процессов: наполнения, обратного перепуска, подачи топлива, отсечки и перепуска в сливной канал. Наполнение топливом надплунжерной полости 4 в гильзе (рис. 65. а) происходит при движении плунжера 9 вниз, когда он открывает впускное отверстие 5. С этого момента топливо начинает поступать в полость над плунжером, так как она находится под давлением, созданным топливным насосом низкого давления. При перемещении плунжера вверх под действием набегающего кулачка вначале происходит обратный перепуск топлива в подводящий канал через впускное отверстие. Как только торцовая кромка плунжера перекрывает впускное отверстие, обратный перепуск топлива прекращается и повышается давление топлива. Под действием резко возросшего давления топлива нагнетательный клапан 5 открывается (рис. 65, б), что соответствует началу подачи топлива, которое по топливопроводу высокого давления поступает к форсунке. Подача топлива нагнетательной секцией продолжается до момента, пока отсечная кромка 2 плунжера не откроет перепуск топлива в сливной канал насоса высокого давления через отверстие 3 в гильзе. Поскольку давление в нем значительно ниже, чем в полости над плунжером, происходит перепуск топлива в сливной канал. При этом давление над плунжером резко падает и нагнетательный клапан быстро закрывается, отсекая топливо и прекращая подачу (рис. 65). Количество топлива, подаваемого нагнетательной секцией насоса за один ход плунжера с момента закрытия впускного отверстия в гильзе до момента открытия выпускного отверстия, называемого активным ходом, определяет теоретическую подачу секции. Действительно, подаваемое количество топлива - цикловая подача - отличается от теоретической, так как существует утечка через зазоры плунжерной пары, возникают другие явления, влияющие на действительную подачу. Разница между цикловой и теоретической подачами учитывается коэффициентом подачи, который составляет 0,75-0,9.

Во время работы нагнетательной секции при перемещении плунжера вверх давление топлива повышается до 1,2-1,8 МПа, что вызывает открытие нагнетательного клапана и начало подачи. Дальнейшее перемещение плунжера вызывает увеличение давления до 5 МПа, в результате чего открывается игла форсунки и осуществляется впрыск топлива в цилиндр двигателе Впрыск длится до момента достижения отсечной кромкой плунжера выпускного отверстия в гильзе. Рассмотренные рабочие процессы нагнетательной секции насоса высокого давления характеризуют его работу при постоянной подаче топлива и неизменной частоте вращения коленчатого вала и нагрузке двигателя. С изменением нагрузки двигателя должно изменяться количество топлива, впрыскиваемое в цилиндры. Величины порций топлива, впрыскиваемые нагнетательной секцией насоса, регулируются изменением активного хода плунжера при неизменном общем ходе. Достигается это поворотом плунжера вокруг его оси (рис. 66). При конструкции плунжера и гильзы, приведенной на рис. 66, момент начала подачи не зависит от угла поворота плунжера, но количество впрыскиваемого топлива зависит от объема топлива, которое вытесняется плунжером за время подхода его отсечной кромки к выпускному отверстию гильзы. Чем позднее открывается выпускное отверстие, тем большее количество топлива может быть подано в цилиндр.

https://pandia.ru/text/78/540/images/image014_26.jpg" width="374" height="570">

Рис. 67. Форсунка дизельного двигателя:

1-распылитель. 2- игла, 3-кольцевая камера, 4 - гайка распылителя, 5 - корпус,

6 - шток, 7-опорная шайба, 8 - пружина, 9- регулировочный винт, 10 - контргайка, 11 - колпачок, 2 - сетчатый фильтр, 13 - резиновый уплотнитель, 14- штуцер, 16-топливный канал

При работе насоса высокого давления, нагнетающего топливо к цилиндрам, давление в топливопроводе и внутренней полости распылителя форсунки резко возрастает. Топливо, распространяясь в кольцевой камере 3, передает давление на коническую поверхность иглы. Когда величина давления превысит усилие предварительного натяга пружины 8, игла поднимается и топливо через отверстия в распылителе впрыскивается в камеру сгорания цилиндра. В момент окончания подачи топлива насосом давление в кольцевой камере 3 форсунки снижается и пружина 8 опускает иглу, прекращая впрыск и закрывая форсунку. Чтобы предотвратить подтекание топлива в момент завершения впрыска, необходимо обеспечить резкую посадку иглы в седло распылителя. Это достигается применением разгрузочного пояска 3 (см. рис. 131) на нагнетательном клапане плунжерной пары насоса высокого давления. Топливопроводы высокого давления представляют собой толстостенные стальные трубки с высоким сопротивлением разрыву и деформациям. Наружный диаметр трубок 7 мм, внутренний - 2 мм. Трубки применяют в отожженном состоянии, что облегчает их гибку и очистку от окалины. Топливопроводы на концах имеют высадки в форме конуса. Заплечики конусной высадки используются для крепления накидной гайкой. Соединение топливопроводов со штуцерами форсунки или насоса высокого давления осуществляется непосредственно накидной гайкой, которая при навертывании на штуцер плотно прижимает топливопровод к посадочной поверхности штуцера. Гнезда в штуцерах имеют коническую форму, что обеспечивает плотную посадку топливопровода. Для выравнивания гидравлического сопротивления топливопроводов их длину к разным форсункам стремятся делать одинаковой.

§ 40. Автоматическое регулирование впрыска топлива

в дизельных двигателях

Для обеспечения нормальной работы дизельного двигателя необходимо, чтобы впрыск топлива в цилиндры двигателя происходил в тот момент, когда поршень находится в конце такта сжатия вблизи в. м.т. Желательно также с увеличением частоты вращения коленчатого вала двигателя увеличить угол опережения впрыска топлива, так как в этом случае происходит некоторое запаздывание подачи и снижается время на смесеобразование и сгорание топлива. Поэтому насосы высокого давления современных дизельных двигателей снабжают автоматическими муфтами, опережения впрыска. Кроме муфты опережения впрыска, влияющей на момент подачи топлива, необходимо иметь в топливоподающей системе регулятор, изменяющий количество впрыскиваемого топлива в зависимости от нагрузки двигателя при заданном уровне подачи. Необходимость такого регулятора объясняется тем, что с увеличением частоты вращения коленчатого вала цикловая подача насосов высокого давления несколько возрастает. Поэтому, если снизится нагрузка при работе двигателя с большой частотой вращения коленчатого вала, то частота вращения может превысить

допустимые значения, так как количество впрыскиваемого топлива будет возрастать. Это повлечет за собой увеличение механических и тепловых нагрузок и может вызвать аварию двигателя. Для предотвращения нежелательного возрастания частоты вращения коленчатого вала при снижении нагрузки двигателя, а также повышения устойчивости работы с малой нагрузкой или на холостом ходу двигатели оборудуют всережимными регуляторами.

Автоматическая муфта опережения впрыска (рис. 68) устанавливается на носке кулачкового вала насоса высокого давления на шпонке.

https://pandia.ru/text/78/540/images/image016_22.jpg" width="627 height=521" height="521">

Рис. 69. Устройство всережимного регулятора частоты вращения:

1 - регулировочный винт подачи топлива, 2-кулиса, 3- палец рычага рейки, 4- серьга, 5-муфта, 6, 16 – грузы, 7- корпус, 8-шестерня кулачкового вала насоса, 9-скоба кулисы, 10-вал рычага пружины регулятора, 11-рычаг управления, 12-болт ограничения максимальной частоты вращения, 13-болт ограничения минимальной частоты вращения, 14-шестерня валика регулятора, 15-валик регулятора, 17- плунжер, 18-втулка, 19-зубчатый сектор, 20- зубчатая рейка, 21-тяга зубчатой рейки, 22-пружина рычага рейки, 23- рычаг пружины, 24-пружины регулятора, 25-распорная пружина, 26-двуплечий рычаг, 27 - рычаг привода рейки, 28- регулировочный винт, 29-рычаг регулятора, 30-буферная пружина, 31-винт регулирования подачи, 32 - корректор регулятора

Таким образом, всережимный регулятор изменяет подачу топлива при изменении нагрузки двигателя и обеспечивает любой установленный скоростной режим от 500 до 2100 об/мин коленчатого вала. Устроен всережимный регулятор частоты вращения (рис. 69) следующим образом. Корпус 7 регулятора закреплен болтами непосредственно к корпусу насоса высокого давления. Внутри корпуса расположены повышающая передача, центробежные грузы и система рычагов и тяг, связывающая регулятор с рычагом подачи и зубчатой рейкой управления плунжерами насоса. Повышающаяся передача состоит из двух шестерен 5 и 14, соединяющих валик регулятора с кулачковым валом насоса. Применение повышающей передачи улучшает работу регулятора на малой частоте вращения коленчатого вала. Центробежные грузы 6 и 16 закреплены державками на валике 15 регулятора. При вращении валика грузы воздействуют через муфту 5 и корректор 32 на рычаг 29, который через двуплечий рычаг 26 будет растягивать пружину 24, уравновешивающую перемещение грузов. Одновременно через серьгу 4 перемещение грузов может передаваться на рычаг 27 привода рейки. Рычаг 27 в нижней части связан через палец 3 с кулисой 2, которая соединяется скобой 9 с рычагом ручного выключения подачи. Средняя часть рычага 27 шарнирно соединена с серьгой 4 и муфтой 5, а верхняя часть его - с тягой 21 зубчатой рейки 20. Пружина 22 стремится постоянно удерживать рычаг 27 рейки в положении максимальной подачи, т, е. вдвигает рейку внутрь. Ручное управление подачей топлива осуществляется через рычаг 11 управления. При повороте рычага 11 в сторону увеличения подачи усилие от него передается на вал 10, далее на рычаг 23, пружину 24, двуплечий рычаг 26, регулировочный винт 28, рычаг 29, серьгу 4, а затем на рычаг 27 и тягу 21. Рейка вдвигается в корпус насоса и подача топлива увеличивается. Для уменьшения подачи перемещают рычаг в обратную сторону.

Автоматическое изменение подачи топлива с помощью регулятора происходит при снижении нагрузки на двигатель и повышении частоты вращения его коленчатого вала (рис. 70). Одновременно увеличивается частота вращения грузов 2 и 10 регулятора и они удаляются от оси вращения, перемещая муфту 3 по валику 1 регулятора. Вместе с муфтой перемещается шарнирно связанный рычаг 4 привода рейки. Рейка выдвигается из корпуса насоса, и подача топлива уменьшается. Частота вращения коленчатого вала двигателя снижается, и грузы начинают слабее давить на муфту 3. Усилие пружин, уравновешивающее центробежные силы грузов 2 и 10, становится несколько больше и через рычаги передается на рейку насоса. В результате рейка вдвигается в корпус насоса, увеличивая подачу топлива, и двигатель переходит на заданный скоростной режим. Регулятор работает аналогично при повышении нагрузки на двигатель, обеспечивая увеличение подачи топлива и поддержание заданной скорости. Автоматическое поддержание заданной частоты вращения коленчатого вала, а, следовательно, и скорости автомобиля при возрастании нагрузки без переключения передач возможно до тех пор, пока винт 31 (см. рис. 69) регулирования подачи не упрется в вал

Рис. 70. Схема работы регулятора при увеличении частоты вращения

коленчатого вала: 1- валик регулятора, 2, 10 - грузы. 3-муфта,

4 - рычаг привода рейки, 5-рычаг ручного привода, 6-двуплечий рычаг,

7- пружина регулятора. 8-тяга рейки, 9-пружина рычага рейки

рычага пружины регулятора. Если нагрузка будет продолжать возрастать, то частота вращения коленчатого вала двигателя будет снижаться. Некоторое увеличение подачи при этом происходит за счет корректора 32, но дальнейшее поддержание скорости автомобиля при возрастании нагрузки может быть осуществлено только включением понижающей передачи а коробке передач. Для остановки дизельного двигателя скобу 9 кулисы 2 (см. рис. 69) отклоняют вниз и усилие от нее передается через палец 3 на рычаг 27 привода рейки. Рейка выдвигается из корпуса насоса и устанавливает плунжеры всех нагнетательных секций в положение прекращения подачи. Двигатель останавливают из кабины водителя с помощью тросика, связанного с рейкой.

Подготовка смеси топлива с возду­хом в необходимых пропорциях, обеспе­чивающих наиболее эффективное горе­ние, называется смесеобразованием. Различают двигатели с внешним и внутренним смесеобразо­ванием.

К ДВС с внешним смесеобразовани­ем относятся карбюраторные и некото­рые газовые двигатели. В двигателях, работающих на бензине, смесь готовится в карбюраторе. Простейший карбюра­тор, принципиальная схема которого по­казана на рис. 42, состоит из поплавко­вой и смесительной камер. В поплавко­вой камере помещается латунный по­плавок 1 , укрепленный шарнирно на оси 3, и игольчатый клапан 2, которыми поддерживается постоянный уровень бензина. В смесительной камере распо­ложен диффузор 6, жиклер 4 сраспыли­телем 5 и дроссельная заслонка 7 . Жик­лер представляет собой пробку с калиб­рованным отверстием, рассчитанным на протекание определенного количества топлива.

Рис. 42. Принципиальная схема простейшего карбюратора

Когда поршень движется вниз и впускной клапан открыт, во впускном трубопроводе и смесительной камере со­здается разрежение, и под действием разности давлений в поплавковой и сме­сительной камерах из распылителя вы­текает бензин. Одновременно через сме­сительную камеру проходит поток воз­духа, скорость которого в суженной части диффузора (там, куда выходит ко­нец распылителя) достигает 50-150 м/с. Бензин мелко распыливается в струе воз­духа и, постепенно испаряясь, образует горючую смесь, которая по впускному трубопроводу поступает в цилиндр. Ка­чество горючей смеси зависит от соотно­шения количеств бензина и воздуха. Го­рючая смесь может быть нормальной (15кг воздуха на 1 кг бензина), бедной (более 17 кг/кг) и богатой (менее 13 кг/кг). Количество и качество горючей сме­си, а следовательно, мощность и число оборотов двигателя регулируются дрос­сельной заслонкой и рядом специальных приспособлений, которые предусматри­ваются в сложных многожиклерных кар­бюраторах.

К ДВС с внутренним смесеобразова­нием относятся дизельные двигатели. На процессы смесеобразования, происходя­щие непосредственно в цилиндре, отво­дится незначительное время - от 0,05 до 0,001 с; это в 20-30 раз меньше времени внешнего смесеобразования в карбюра­торных двигателях. Подача топлива в цилиндр дизеля, последующее распыливание и частичное распределение по объему камеры сгорания производятся топливоподающей аппаратурой - насосом и форсункой. Современные дизели имеют форсунки, где число сопловых от­верстий диаметром 0,25-1 мм доходит до десяти.

Бескомпрессорные дизели бывают с неразделенной и разделенной камерами сгорания. Тонкость распыливания и дальнобойность факелов в неразделен­ных камерах обеспечиваются благодаря высокому давлению впрыска топлива (60-100 МПа). В разделенных камерах сгорания происходит более качественное смесеобразование, что позволило су­щественно снизить давление впрыска топлива (8-13 МПа), а также использо­вать более дешевые сорта топлива.

В газовых двигателях газообразное топливо и воздух по соображениям безо­пасности подаются по отдельным трубо­проводам. Дальнейшее смесеобразование осуществляется или в специальном сме­сителе до их поступления в цилиндр (за­полнение цилиндра в начале хода сжа­тия производится готовой смесью), или в самом цилиндре, куда они подаются раздельно. В последнем случае вначале цилиндр заполняется воздухом и затем по ходу сжатия в него через специальный клапан подается газ под давлением 0,2- 0,35 МПа. Наибольшее распространение получили смесители второго типа. Вос­пламенение газовоздушной смеси осуще­ствляется электрической искрой или раскаленным запальным шаром - кало­ризатором.

В соответствии с различными при­нципами смесеобразования различаются и требования, которые предъявляют кар­бюраторные двигатели и дизели к при­меняемым в них жидким топливам. Для карбюраторного двигателя важно, чтобы топливо хорошо испарялось в воздухе, который имеет температуру окружающей среды. Поэтому в них применяют бензи­ны. Основной проблемой, препятствую­щей повышению степени сжатия в таких двигателях сверх уже достигнутых зна­чений, является детонация. Упрощая яв­ление, можно сказать, что это - пре­ждевременное самовоспламенение горю­чей смеси, нагретой в процессе сжатия. При этом горение принимает характер детонационной (ударной, несколько на­поминающей волну от взрыва бомбы) волны, которая резко ухудшает работу двигателя, вызывает его быстрый износ и даже поломки. Для ее предотвращения выбирают топлива с достаточно высокой температурой воспламенения или добав­ляют в топливо антидетонаторы - ве­щества, пары которых уменьшают ско­рость реакции. Наиболее распространен­ный антидетонатор - тетраэтилсвинца Pb (C 2 H 5) 4 - сильнейший яд, действую­щий на мозг человека, поэтому при обра­щении с этилированным бензином нужно быть крайне осторожным. Соединения, содержащие свинец, выбрасываются с продуктами сгорания в атмосферу, за­грязняя и ее, и окружающую среду (с травой газонов свинец может попасть в пищу скоту, оттуда - в молоко и т. д.). Поэтому потребление этого экологически опасного антидетонатора должно быть ограничено, и в ряде городов меры в этом отношении принимаются.

Для определения склонности данного топлива к детонации устанавливают ре­жим, при котором оно (естественно, в смеси с воздухом) начинает детониро­вать в специальном двигателе со строго заданными параметрами. Затем на этом же режиме подбирают состав смеси изо -октана C 3 H 18 (труднодетонирующего топлива) с н -гептаном C 7 H 16 (легкодето­нирующим топливом), при котором тоже возникает детонация. Процентное содер­жание изооктана в этой смеси называет­ся октановым числом данного топлива и является важнейшей характеристикой топлив для карбюраторных двигателей.

Автомобильные бензины маркируют по октановому числу (АИ-93, А-76 и т.п.). Буква А обозначает, что бензин автомобильный, И - октановое число, определенное специальными испы­таниями, а цифра после букв - само ок­тановое число. Чем оно выше, тем мень­ше склонность бензина к детонации и тем выше допустимая степень сжатия, а зна­чит, и экономичность двигателя.

У авиационных двигателей степень сжатия выше, поэтому октановое число авиационных бензинов должно быть не меньше 98,6. Кроме того, авиационные бензины должны более легко испаряться (иметь низкую температуру «кипения») в связи с низкими температурами на больших высотах. В дизелях жидкое топ­ливо испаряется в процессе горения при высокой температуре, поэтому испаряе­мость для них роли не играет. Однако при рабочей температуре (температуре окружающей среды) топливо должно быть достаточно жидкотекучим, т. е. иметь достаточно низкую вязкость. От этого зависит безотказная подача топлива к насосу и качество распыления его форсункой. Поэтому для дизельного топлива важна прежде всего вязкость, а также содержание серы (это связано с экологией). В маркировке дизельного топлива ДА, ДЗ, ДЛ и ДС буква Д обоз­начает - дизельное топливо, следующая буква А - арктическая (температура окружающего воздуха, при которой при­меняется это топливо t о = -30 °С), З - зимнее (t 0 = 0 ÷ -30 °С), Л - летнее (t о > 0°С) и С - специальное, получае­мое из малосернистых нефтей (t 0 >0 o C).

Вопросы для самопроверки

1. Что называется поршневым двигателем внутреннего сгорания (ДВС)?

2. Объясните принцип работы поршневого двигателя внутреннего сгорания?

3. Принцип действия простейшего карбюратора?

Классификация камер сгорания 2. Смесеобразование начинается в момент начала впрыска топлива и заканчивается одновременно с окончанием сгорания. Развитие смесеобразования и получение оптимальных результатов в дизеле зависит от следующих факторов: способа смесеобразования; формы камеры сгорания; размеров камеры сгорания; температуры поверхностей камеры сгорания; взаимных направлений движения топливных струй и воздушного заряда. При этом степень их влияния зависит от типа камеры сгорания.

Поделитесь работой в социальных сетях

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск

Лекция 9

СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕ В ДИЗЕЛЕ

2. Способы смесеобразования

3. Распыление топлива

В дизелях смесеобразование происходит внутри цилиндров. Система смесеобразования обеспечивает:

Распыливание топлива;

Развитие топливного факела;

Прогрев, испарение и перегрев топливных паров;

Смешивание паров с воздухом.

Смесеобразование начинается в момент начала впрыска топлива и заканчивается одновременно с окончанием сгорания. В этом случае время на смесеобразование отводится в 5—10 раз меньше, чем в карбюраторном двигателе. И по всему объему образуется неоднородная смесь (есть участки очень обедненного состава, а есть участки сильно обогащенного состава). Поэтому горение протекает при больших суммарных значениях коэффициента избытка воздуха (1,4-2,2).

Развитие смесеобразования и получение оптимальных результатов в дизеле зависит от следующих факторов:

Способа смесеобразования;

Формы камеры сгорания;

Размеров камеры сгорания;

Температуры поверхностей камеры сгорания;

Взаимных направлений движения топливных струй и воздушного заряда.

При этом степень их влияния зависит от типа камеры сгорания.

1. Классификация камер сгорания

Наряду с обеспечением оптимального смесеобразования камеры сгорания должны способствовать получению высоких экономических показателей и хороших пусковых качеств двигателей.

В зависимости от конструкции и используемого способа смесеобразования камеры сгорания дизелей делятся на две группы:

Неразделенные и разделенные.

Неразделенные камеры сгорания представляют собой единый объем и имеют обычно простую форму, которая, как правило, согласуется с направлением, размерами и числом топливных факелов при впрыске. Эти камеры компактны, имеют относительно малую поверхность охлаждения, благодаря чему снижаются потери теплоты. Двигатели с такими камерами сгорания имеют приличные экономические показатели и хорошие пусковые качества.

Неразделенные камеры сгорания отличаются большим разнообразием форм. Чаще всего они выполняются в днище поршней, иногда частично в днище поршня и частично в головке блока цилиндров, реже — в головке.

На рис. 1 показаны некоторые конструкции камер сгорания неразделенного типа.

В камерах сгорания, приведенных на рис. 1, а—д качество смесеобразования достигается исключительно путем распыления топлива и согласования формы камер с формой факелов впрыска топлива. В этих камерах чаще всего применяются форсунки с многодырчатыми распылителями и используются высокие давления впрыска. Такие камеры имеют минимальные поверхности охлаждения. Для них характерна низкая степень сжатия.

Рис. 1. 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

е—з , имеют более развитую теплопередающую 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. 1, 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. 1, м ) используется высокая температура выпускного клапана, который является одной из стенок камеры.

Разделенные камеры сгорания (рис. 2) состоят из двух отдельных объемов, соединяющихся между собой одним или несколькими каналами. Поверхность охлаждения таких камер значительно больше, чем у камер неразделенного типа. Поэтому в связи с большими тепловыми потерями двигатели с разделенными камерами сгорания имеют обычно худшие экономические и пусковые качества и, как правило, более высокие степени сжатия.

Рис. 2. Камеры сгорания дизелей разделенного типа:
а — предкамера; б — вихревая камера в головке; в — вихревая камера в блоке

Однако при разделенных камерах сгорания за счет использования кинетической энергии газов, перетекающих из одной полости в другую, удается обеспечить качественное приготовление топливно-воздушной смеси, благодаря чему достигается достаточно полное сгорание топлива и устраняется дымление на выпуске.

Кроме того, дросселирующее действие соединительных каналов разделенных камер позволяет значительно уменьшить «жесткость» работы двигателя и снизить максимальные нагрузки на детали кривошипно-шатунного механизма. Некоторое снижение «жесткости» работы двигателей с разделенными камерами сгорания может также обеспечиваться путем повышения температуры отдельных частей камер сгорания.

2. Способы смесеобразования

В зависимости от характера испарения, перемешивания с воздушным зарядом и способа введения в зону горения основной массы впрыскиваемого топлива в дизелях различают объемный, пленочный и объемно-пленочный способы смесеобразования.

2.1. Объемный способ смесеобразования

При объемном способе смесеобразования топливо вводится в мелко распыленном капельно-жидком состоянии непосредственно в воздушный заряд камеры сгорания, где затем оно испаряется и перемешивается с воздухом, образуя топливно-воздушную смесь.

При объемном смесеобразовании используют, как правило, неразделенные камеры сгорания (так называемый непосредственный впрыск) . Качество смесеобразования в этом случае достигается в основном путем согласования формы камеры сгорания с формой и числом топливных факелов. При этом важное значение имеет распыление топлива при впрыске. Коэффициент избытка воздуха для таких двигателей ограничивается значениями 1,5—1,6 и выше.

Рабочий цикл при таком смесеобразовании характеризуется высоким максимальным давлением сгорания р, и большими скоростями нарастания давления w p = dp / dφ («жесткостью» работы).

Двигатели с непосредственным впрыском обладают следующими достоинствами:

Высокой экономичностью (g e от 220 до 255 г/(кВт ч));

Хорошими пусковыми качествами;

Сравнительно низкой степенью сжатия (ε от 13 до 16);

Относительной простотой конструкции камеры сгорания и возможностью форсирования наддува.

Основными недостатками этих двигателей являются:

Повышенные значения коэффициента избытка воздуха (1,6—2) на номинальных режимах и как следствие умеренная величина среднего эффективного давления;

Высокая «жесткость» работы (w p до 1 МПа/°);

Сложная топливная аппаратура и тяжелые условия ее работы в связи с высокими давлениями.

При предкамерном объемном способе смесеобразования камеры сгорания делятся на две части: предкамеру и основную камеру.

Предкамера обычно размещается в головке цилиндра (рис. 2, а ), их форма представляет собой тело вращения. Объем предкамеры 20—40 % объема камеры сгорания. С основной камерой предкамера соединяется каналом небольшого сечения.

Смесеобразование осуществляется за счет кинетической энергии газов, протекающих с большими скоростями из основной камеры в предкамеру в процессе сжатия и из предкамеры в основную в процессе сгорания. Поэтому в данном случае не предъявляются высокие требования к качеству распыления и равномерности распространения топлива при впрыске. Это позволяет использовать давление впрыска в 8—15 МПа и форсунки с однодырчатым распылителем.

К достоинствам предкамерного объемного смесеобразования можно отнести:

Невысокое максимальное давление сгорания в полости цилиндра
(p z = 4,5—6,0 МПа) и небольшая «жесткость» работы (w p = 0,25-0,3 МПа/°);

Низкая чувствительность к изменению скоростных режимов и возможность форсирования по частоте вращения коленчатого вала;

Низкие требования к качеству распыления топлива, возможность использования невысокие давления впрыска и форсунки с распылителями с одним отверстием при больших значениях проходных сечениях каналов;

Сгорание топлива происходит при относительно небольшом коэффициенте избытка воздуха (α min = 1,2).

Недостатками предкамерного объемного смесеобразования являются:

Низкие экономические показатели из-за увеличения отвода теплоты при теплопередающей поверхности значительной величины и дополнительных газодинамических потерях при перетекании газа из одной камеры в другую;

Затруднения пуска холодного двигателя из-за больших потерь теплоты при большой поверхности камеры сгорания. Для улучшения пусковых качеств в предкамерных дизелях применяют более высокие степени сжатия
(ε = 20—21), а в предкамерах иногда устанавливают калильные свечи;

Сложные конструкции камеры сгорания и головки двигателя.

Вихрекамерное объемное смесеобразование отличается тем, что камера сгорания состоит из основной и вихревой камер.

Вихревые камеры чаще всего выполняются в головке блока цилиндров (рис. 2, б ) и реже в блоке цилиндров (рис. 2, в ). По форме они представляют собой шар или цилиндр. С основными камерами вихревые камеры сгорания соединяются одним или несколькими тангенциальными каналами круглой или овальной формы при относительно больших проходных сечениях. Объем вихревых камер — 50—80 % общего объема камеры сгорания.

Особенностью вихрекамерных двигателей является сравнительно незначительный перепад давлений между вихревой и основной камерами сгорания и соответственно небольшие скорости перетекания газов из одной части камеры в другую. Поэтому качество смесеобразования обеспечивается в основном путем интенсивного вихревого движения заряда, которое организуется в периодах сжатия и сгорания.

Интенсивным вихревым движением заряда обеспечивается хорошее использование кислорода воздуха и бездымная работа двигателя при малых значениях коэффициента избытка воздуха (α = 1,15). При этом снижаются требования к качеству распыления топлива, появляется возможность использования давления впрыска относительно низких значений
(р впр = 12—15 МПа) в форсунках с одним сопловым отверстием большого диаметра (1—2 мм).

Преимущества вихрекамерного объемного смесеобразования:

Возможность работы при малых значениях коэффициента избытка воздуха, что обеспечивает лучшее по сравнению с другими двигателями использование рабочего объема и получение более высоких значений среднего эффективного давления;

Более низкое, чем у двигателей с непосредственным впрыском максимальное давление сгорания и уменьшение «жесткости» работы;

Возможность форсирования двигателя по частоте вращения коленчатого вала;

Невысокие требования к сорту топлива;

Низкое давление впрыска и возможность использования более простой топливной аппаратуры;

Стабильность работы двигателей при переменных режимах.

Недостатки вихрекамерного объемного смесеобразования те же, что и у предкамерного смесеобразования.

2.2. Пленочный и объемно-пленочный способы смесеобразования

Способ смесеобразования, при котором топливо попадает не в центр воздушного заряда, а на стенку камеры сгорания и растекается по ее поверхности в виде тонкой пленки толщиной 12—14 мкм, называется пленочным. Затем пленка интенсивно испаряется и, перемешиваясь с воздухом, вводится в зону горения.

При объемно-пленочном смесеобразовании топливно-воздушная смесь приготавливается одновременно и объемным и пленочным способами. Этот способ приготовления смеси имеет место практически во всех дизелях и может рассматриваться как общий случай смесеобразования.

Пленочное смесеобразование устраняет два из основных недостатков дизелей: «жесткость» работы и дымность при выпуске отработавших газов.

При пленочном смесеобразовании используется камера сгорания сферической формы (рис. 3), в которой осуществляется интенсивное движение заряда: вращательное вокруг оси цилиндра и радиальное в поперечном направлении.

Рис. 3. Камера сгорания двигателя с пленочным смесеобразованием:
1 — форсунка; 2 — камера сгорания; 3 — топливная пленка

Впрыск топлива осуществляется односопловой форсункой с давлением начала подъема иглы 20 МПа. Впрыскиваемое топливо встречается с поверхностью стенки под острым углом и, почти не отражаясь от нее, растекается и «растягивается» попутными воздушными потоками в тонкую пленку. Имея большую поверхность контакта с нагретыми стенками камеры сгорания, пленка быстро прогревается и начинает интенсивно испаряться, и тем самым последовательно вводится в центр камеры сгорания, где к этому времени образуется очаг горения.

К достоинствам пленочного смесеобразования можно отнести следующие:

«мягкая» работа (w p = 0,25—0,4 МПа/° при максимальном давлении цикла p z = 7,5 МПа);

Высокие экономические показатели на уровне двигателей с объемным смесеобразованием и непосредственным впрыском;

Сравнительно простая конструкция топливной аппаратуры.

Основным недостатком пленочного смесеобразования являются низкие пусковые качества двигателя в холодном состоянии в связи с малым количеством топлива, участвующим в первоначальном сгорании.

Примером объемно-пленочного смесеобразования может служить камера сгорания, показанная на рис. 4.

Рис. 4. Камера сгорания двигателя с объемно-пленочным
смесеобразованием: 1 — форсунка; 2 — камера сгорания

Топливо из отверстий форсунки под острым углом направляется к стенкам камеры сгорания. Однако поток воздуха, перетекающий из надпоршневого пространства в камеру сгорания, направлен навстречу движению топлива, препятствует образованию пленки и способствуя лишь быстрому испарению топлива.

«Жесткость» работы двигателя при этом способе смесеобразования достигает 0,45—0,5 МПа/°, а удельный расход топлива — 106—170 г/(кВт ч).

2.3. Сравнительная оценка различных способов смесеобразования

Каждому из способов смесеобразования присущи свои достоинства и недостатки.

Так, двигатели с непосредственным впрыском обладают хорошими пусковыми качествами, наиболее высокими экономическими показателями и допускают значительное форсирование наддувом.

В то же время для этих дизелей характерны высокие «жесткость» работы, уровень шума, нагрузки на детали и значения коэффициента избытка воздуха, повышенные требования к сорту топлива и ограниченные возможности форсирования по частоте вращения коленчатого вала без специальных изменений в конструкции.

Двигатели с пленочным и объемно-пленочным смесеобразованием при достаточно высоких эффективных показателях, «мягкой» работе и нетребовательности к топливу имеют плохие пусковые качества.

«Мягкая» работа, сравнительно низкие нагрузки на детали, меньшие значения коэффициента избытка воздуха и широкие возможности форсирования по частоте вращения коленчатого вала присущи двигателям с разделенными камерами сгорания, однако имеются значительные ухудшения экономических показателей и плохие пусковые качества.

В табл. 1 приведены некоторые параметры дизелей с различными способами смесеобразования.

Таблица 1. Значения параметров дизелей с различными способами смесеобразования

Способ смесе- образования	Камера сгорания	Среднее эффектив- ное давле- ние, МПа	Удельный эф- фективный расход топли- ва, г/(кВт ч)	Предельная частота враще- ния коленчато- го вала, мин -1	Максималь- ное давление сгорания, МПа	«Жесткость» работы, МПа/°
Непосредствен- ный впрыск	Неразде- ленная	0,7-0,8	220-255	3000	7-10	0,4-1,5
Объемно-пле- ночный	То же	0,7-0,8	220-255	3000		0,4-0,5
Пленочный	То же	0,7-0,8	220-240	3000		0,25-0,4
Предкамерный	Разделен ная	0,65-0,75	260-300	4000		0,2-0,35
Вихрекамерный	То же	0,7-0,85	245-300	4000		0,25-0,4

3. Распыление топлива

На свойство смесеобразования, особенно при объемном смесеобразовании, большое влияние оказывает качество распыления топлива при впрыске.

Критериями оценки качества распыления являются дисперсность распыления и однородность.

Распыление считается тонким, если средний диаметр капель 5—40 мкм.

Тонкость и однородность распыления определяются давлением впрыска, противодавлением среды, частотой вращения вала насоса и конструктивными особенностями распылителя.

Кроме качества распыления большое влияние на процесс смесеобразования в дизелях оказывает глубина проникновения факела распыленного топлива в воздушный заряд (так называемая «дальнобойность» факела). При объемном смесеобразовании она должна быть такой, чтобы топливо «пробивало» весь воздушный заряд, не осаждаясь при этом на стенках камеры сгорания.

Форма факела (рис. 5) характеризуется его длиной l ф , углом конусности β ф и шириной b ф .

Рис. 5. Форма топливного факела и его положение в камере сгорания

Формирование факела происходит постепенно в процессе развития процесса впрыска. Длина l ф факела увеличивается по мере продвижения новых частиц топлива к его вершине. Скорость продвижения вершины факела при увеличении сопротивления среды и уменьшении кинетической энергии частиц уменьшается, а ширина b ф факела увеличивается. Угол β ф конусности при цилиндрической форме соплового отверстия распылителя составляет 12—20°.

Предельная длина факела должна соответствовать линейным размерам камеры сгорания и обеспечивать полный охват пространства камеры сгорания факелами. При малой длине факела горение может протекать вблизи форсунки, т. е. в условиях недостатка воздуха, который не успевает своевременно поступать из периферийных зон камеры в зоны горения. При чрезмерной длине факела топливо оседает на стенках камеры сгорания. Осевшее на стенках камеры топливо в условиях безвихревого процесса сгорает не полностью, причем на самих стенках образуется нагар и сажа.

Топливо, введенное в цилиндр в виде факелов, распределяется в воздушном заряде неравномерно, так как число факелов, определяемое конструкцией распылителя, ограничено.

Другой причиной неравномерного распределения топлива в камере сгорания является неравномерная структура самих факелов.

Обычно в факеле различают три зоны (рис. 6): сердцевину, среднюю часть и оболочку. Сердцевина состоит из крупных частиц топлива, которые в процессе формирования факела имеют наибольшую скорость движения. Кинетическая энергия частиц передней части факела передается воздуху, в результате чего воздух перемещается в направлении оси факела.

Рис. 6. Топливный факел:
1 — сердцевина; 2 — средняя часть; 3 — оболочка

Средняя часть факела содержит большое количество мелких частиц, образовавшихся при дроблении передних частиц сердцевины силами аэродинамического сопротивления. Распыленные и утратившие кинетическую энергию частицы оттесняются и продолжают движение лишь под действием потока воздуха, увлекаемого по оси факела. В оболочке находятся наиболее мелкие частицы, имеющие минимальную скорость движения.

На распыление топлива оказывают влияние следующие факторы:

Конструкция распылителя;

Давление впрыска;

Состояние среды, в которую впрыскивается топливо;

Свойства топлива.

Несмотря на то, что конструкция распылителей отличается большим разнообразием, наибольшее распространение получили распылители с цилиндрическими сопловыми отверстиями (рис. 7, а ) и штифтовые распылители (рис. 7, б ). Реже используются распылители со встречными струями (рис. 7, в ) и с винтовыми завихрителями (рис. 7, г ).

Рис. 7. Распылители форсунок:
а — с цилиндрическим сопловым отверстием; б — штифтовой;
в — со встречными струями; г — с винтовыми завихрителями

Распылители с цилиндрическими сопловыми отверстиями могут быть многодырчатыми и однодырчатыми, открытыми и закрытыми (с запорной иглой). Штифтовые распылители выполняются только однодырчатыми закрытого типа; распылители со встречными струями и с винтовыми завихрителями могут быть только открытыми.

Цилиндрические сопловые отверстия обеспечивают получение сравнительно компактных факелов с малыми конусами расширения и большой пробивной способностью.

С увеличением диаметра отверстия сопла глубина проникновения факела возрастает. Распылитель открытого типа обеспечивает меньшее качество распыления, чем закрытый. Наиболее низкое качество распыления отмечается при использовании сопел открытого типа в начале и конце впрыска топлива, когда истечение топлива в цилиндр происходит при малых перепадах давления.

Штифтовые распылители имеют иглу с цилиндрическим или коническим штифтом на конце. Между штифтом и внутренней поверхностью соплового отверстия имеется кольцевая щель, отчего факел распыляемого топлива обретает форму полого конуса. Такие факелы хорошо распределяются в среде воздушного заряда, но имеют малую пробивную способность. Подобные распылители используются в разделенных камерах сгорания с небольшими размерами.

Чем выше давление впрыска, тем больше пробивная способность и длина топливного факела, тем тоньше и равномернее распыление топлива.

Среда, в которую впрыскивается топливо, влияет на качество распыления посредством давления, температуры и завихрения. С повышением давления среды увеличивается сопротивление продвижению факела, что приводит к уменьшению его длины. При этом качество распыления изменяется незначительно.

Возрастание температуры воздуха приводит к снижению длины факела вследствие более интенсивного испарения частиц топлива.

Чем интенсивнее движение среды в цилиндре, тем равномернее распределяется топливо в объеме камеры сгорания.

Повышение температуры топлива приводит к уменьшению длины факела и более тонкому распылению, так как при нагреве топлива уменьшается его вязкость. Топлива, имеющие большую вязкость, распыляются хуже.

4. Образование горючей смеси и воспламенение топлива

Распыленное топливо, попадая в слои горячего воздуха, нагревается и испаряется. При этом в первую очередь испаряются частицы топлива диаметром 10—20 мкм, а более крупные частицы испаряются уже в ходе процесса сгорания, постепенно вовлекаясь в него. Пары топлива, перемешиваясь с воздухом, образуют горючую смесь неоднородную по составу. Чем ближе к поверхности еще не испарившихся частиц топлива, тем смесь богаче и наоборот. При этом значения коэффициента избытка воздуха по всему объему камеры сгорания меняются в очень широких пределах. Продвижение частиц топлива в слоях воздуха способствует некоторому выравниванию состава смеси по объему камеры сгорания, так как при этом происходит рассеивание паров по траектории движения топлива.

Так как в оболочке факела размеры частиц топлива минимальны, а температура по сравнению со всей структурой факела здесь наибольшая, то и процесс смесеобразования в оболочке происходит наиболее интенсивно. В результате вся оболочка факела испаряется еще до начала горения. Тем не менее, какое-то количество воздуха успевает попасть и в среднюю часть факела, а также в сердцевину. Однако в силу значительной концентрации топлива в этой зоне процесс испарения замедлен.

После воспламенения процесс смесеобразования ускоряется, так как резко возрастает температура и скорость перемешивания топлива с воздухом. Большее влияние на работу двигателя оказывает смесеобразование, прошедшее до начала сгорания.

До начала сгорания испарившееся топливо проходит стадию химической подготовки. При этом в отдельных зонах смеси возникают критические концентрации промежуточных продуктов окисления, что приводит к тепловому взрыву и появлению в нескольких местах первичных очагов пламени. Зоны с коэффициентом избытка воздуха 0,8—0,9 наиболее благоприятны для появления таких очагов. Эти зоны наиболее вероятны на периферии факела, так как химические и физические процессы подготовки топлива к сгоранию здесь заканчиваются раньше.

Таким образом, воспламенение в дизеле возможно при любом суммарном коэффициенте избытка воздуха. Следовательно, в дизеле коэффициент избытка воздуха не характеризует условия воспламенения смеси, как это имеет место в карбюраторном двигателе (пределы воспламенения).

Контрольные вопросы

1. При каких значениях происходит сгорание смеси в дизелях?

2. Чем определяется совершенство процесса сгорания в дизелях?

3. Чем отличаются разделенные камеры сгорания от неразделенных?

4. Назовите известные вам формы неразделенных камер сгорания.

5. Преимущества и недостатки разделенных камер сгорания.

6. Какие способы смесеобразования Вы знаете?

7. Преимущества и недостатки непосредственного впрыска.

8. Расскажите о пленочном и объемно-пленочном способах смесеобразования.

9. Достоинства и недостатки пленочного смесеобразования.

10. Какими критериями оценивается качество распыления смеси?

11. Какие факторы оказывают влияние на распыление топлива?

12. Какие типы распылителей топлива получили наибольшее распространение?

13. Почему в дизеле коэффициент избытка воздуха не характеризует условия воспламенения смеси (по пределам)?

PAGE \* MERGEFORMAT 1

Другие похожие работы, которые могут вас заинтересовать.вшм>
7653.		Смесеобразование в ДВС	10.61 KB
	Смесеобразование – это процесс перемешивания топлива с воздухом и образование горючей смеси за очень короткий промежуток времени. Чем равномернее распределены частицы топлива по камере сгорания тем совершеннее процесс сгорания. Гомогенизация смеси обеспечивается испарением топлива но для хорошего испарения жидкое топливо следует предварительно распылить. Распыление топлива также зависит от скорости движения воздушного потока но чрезмерное ее увеличение увеличивает гидродинамическое сопротивление впускного тракта что ухудшает...

← Вернуться