Какое смесеобразование применяется в дизельных двигателях

Какое смесеобразование применяется в дизельных двигателях

Смесеобразование в дизелях

Топливо, впрыскиваемое в камеру сгорания, за определенный период времени должно полностью сгореть. Для этого требуется распылить его на мелкие одинакового размера частицы, создать завихрение воздуха и хорошо смешать воздух с топливом. Однако за короткий промежуток времени, отводимый на смесеобразование, каждая частица распыленного топлива не успевает смешаться с необходимым для ее сгорания количеством чистого воздуха, так как в камере сгорания, независимо от ее формы, трудно добиться идеально равномерного распределения топлива по массе сжатого воздуха. Кроме того, топливо, сгорающее во время второй фазы, загрязняет имеющийся в камере воздух продуктами сгорания. Поэтому для обеспечения полного сгорания всего впрыскиваемого топлива теоретически необходимое количество воздуха приходится увеличивать.

Смесеобразование в дизелях

Время, отводимое на процесс смесеобразования в дизелях, очень мало. Да и топливо, поступающее в раскаленный сжатый воздух, воспламеняется не сразу. Между началом его подачи и моментом воспламенения проходит некоторый промежуток времени, называемый периодом задержки воспламенения. В течение этого периода топливо перемешивается с воздухом, испаряется и нагревается до самовоспламенения. Задержка воспламенения зависит от сорта топлива, его физико-химических свойств и от конструктивных особенностей двигателя. Чем значительнее период задержки воспламенения, тем больше количество топлива накапливается в камере сгорания. После воспламенения оно быстро сгорает, что приводит к резкому увеличению давления газов на поршневую группу. Двигатель работает жестко, со стуками, а его детали подвергаются интенсивному износу. Мелкое распыливание топлива в завихренный воздух приводит к уменьшению периода задержки воспламенения. С увеличением частоты вращения коленчатого вала повышаются давление и температура в конце сжатия, что уменьшает период задержки воспламенения топлива. Следовательно, для быстроходных дизелей необходимо использовать топливо с повышенным цетановым числом, так как такое топливо скорее воспламеняется и быстрее сгорает.

Особенностью дизеля является раздельная подача воздуха и топлива в цилиндры.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

• Смесеобразование в дизельных двигателях
• Новые энергонасыщенные тракторы
• Основные направления в развитии конструкций тракторов
• Типаж тракторов и двигателей
• Испытание трактора
• Устойчивость трактора
• Отопление и вентиляция кабины
• Лебедка автомобиля
• Тягово-сцепное устройство

Смесеобразование в дизелях происходит непосредственно в камере сгорания. В сжатый горячий воздух впрыскивается определенная порция топлива. Задача смесеобразозателыюго процесса заключается в том, чтобы мелко распылить и хорошо перемешать определенную дозу топлива с воздухом. Смесеобразование происходит почти одновременно с процессом сгорания. Если в цилиндр подавать на одну часть топлива теоретически необходимое количество воздуха, достаточное для полного сгорания топлива, то двигатель будет работать,с дымлением. Объясняется это тем, что равномерно распределить мелкие частицы топлива в воздухе по всей камере сгорания дизеля очень трудно. Чтобы топливо полностью сгорело, воздуха приходится подавать в цилиндры значительно больше, чем теоретически необходимо. Однако увеличение коэффициента избытка воздуха уменьшает экономические показатели дизеля. Лучше, если сгорание топлива происходит при меньшем значении коэффициента избытка воздуха, так как полнее будет использовано тепло сгоревшего топлива. Минимальное значение коэффициента избытка воздуха, соответствующее бездымной работе дизеля с неразделенной камерой сгорания, равно 1,6—1,7, а с вихревой камерой 1,3—1,4.

Другой особенностью дизеля является то, что в цилиндр фактически поступает почти одно и то же количество воздуха, независимо от нагрузки. При малой нагрузке в цилиндре всегда имеется много воздуха и топливо сгорает полностью. Коэффициент избытка воздуха в этом случае имеет большую величину. При увеличении нагрузки возрастает подача топлива, уменьшается значение коэффициента избытка воздуха и ухудшается процесс сгорания топлива.

Для улучшения смесеобразования в дизелях применяют неразделенные камеры сгорания, разделенные (на два объема) камеры сгорания (вихревые и предкамеры). В неразделенные камеры сгорания (они расположены в днище поршня) топливо подают под большим давлением 50 000—100 000 кН/м2 (500—1000 кгс/см2). Это позволяет получить тонкое распыливание топлива, хорошее перемешивание его с воздухом, достаточную полноту сгорания, а дизель будет развивать наибольшую мощность. В разделенных камерах сгорания создается интенсивное завихрение воздуха, что способствует лучшему смесеобразованию и позволяет подавать топливо через форсунки с меньшим давлением 12 500—18 500 кН/м2 (125—185 кгс/см2).

Процесс смесеобразования в дизелях

Процесс смесеобразования в дизелях состоит в распыливании поступающего в цилиндр из форсунки топлива и распределении мельчайших капель топлива равномерно по всему объему камеры сгорания. Улучшить смесеобразование можно путем повышения тонкости, однородности и равномерности распыления топлива. Тонкость и однородность распыливания зависят от давления впрыска, вязкости топлива, противодавления в цилиндре, диаметра и конструкции сопла форсунки. Равномерность распределения капель топлива в камере сгорания зависит от глубины проникновения в нее струи топлива и движения сжатого воздуха в момент впрыска. Глубина проникновения факела топлива зависит от давления впрыска, частоты вращения коленчатого вала дизеля, противодавления в цилиндре.

Характер движения воздуха в камере сгорания в момент впрыска топлива во многом определяется конструкцией камеры сгорания. Камеры сгорания современных автотракторных дизелей по общности основных признаков их конструкции объединяют в две большие группы — неразделенные и разделенные. Неразделенные камеры сгорания представляют собой объем, заключенный между днищем поршня, когда он находится в в. м. т., и плоскостью головки. Объем неразделенных камер сгорания может быть увеличен за счет углублений различной формы в днище поршня. В камере происходит смесеобразование и сгорание топлива, поступившего через форсунку. Для обеспечения лучшего протекания этих процессов создается направленное движение воздуха. Это достигается приданием определенной формы впускному каналу (с местными сужениями или винтовой формы) и его расположением по отношению к цилиндру. Высокое давление впрыска топлива в неразделенные камеры сгорания (25—40 МПа) и малые диаметры сопловых отверстий обеспечивают высокую тонкость распыления и достаточную глубину проникновения факела в камеру сгорания. Дизели с неразделенными камерами сгорания обладают высокой экономичностью и хорошими пусковыми качествами. Недостаток таких камер — повышенная жесткость работы двигателя, сложность устройства топливной аппаратуры и необходимость тщательной очистки топлива, поступающего в форсунку.

Рис. 1. Схемы камер сгорания дизелей

Разделенные камеры сгорания состоят из двух объемов, соединенных между собой каналами, и бывают двух типов: с предкамерами и с вихревыми камерами.

В первом случае камера сгорания состоит из предкамеры и основной камеры, соединенных между собой одним или несколькими каналами. Объем предкамеры составляет 25—40% общего объема камеры. Во время такта сжатия часть воздуха поступает в предкамеру по соединительным каналам, сопротивление которых снижает его давление. Благодаря этому топливо подается под значительно меньшим давлением, чем в дизелях с неразделенными камерами (8—13 МПа). Процесс горения топлива в предкамерных дизелях происходит следующим образом: вначале воспламеняется рабочая смесь в предкамере, ввиду недостатка воздуха в предкамере смесь полностью не сгорает, а выбрасывается под действием нарастающего давления в основную камеру, где, перемешиваясь с оставшимся воздухом, сгорает полностью. При этом давление на поршень нарастает постепенно, двигатель работает более плавно, износ деталей двигателя и топливной аппаратуры, уменьшается.

Недостатки предкамерных дизелей — более низкий КПД и повышенный расход топлива. Это связано с увеличенными потерями тепла через поверхность предкамеры и энергии при прохождении воздуха и газовой смеси через соединительные каналы.

В вихрекамерных двигателях камера сгорания состоит из вихревой камеры и камеры, расположенной над поршнем, которые соединяются каналом специальной формы — диффузором. Диффузор расположен по касательной по отношению к вихревой камере, объем которой составляет 60—80% общего объема камеры сгорания. Во время такта сжатия воздух по диффузору переходит в вихревую камеру, приобретая в ней вращательное движение. Благодаря этому топливо, впрыснутое форсункой, хорошо распыливается, испаряется и перемешивается с воздухом, сознавая благоприятные условия для процесса горения. Рабочий процесс вихрекамерных двигателей, а также их достоинства и недостатки те же, ЧТо и у предкамерных дизелей.

В настоящее время на некоторых автомобильных дизелях применяется также пленочный способ смесеобразования. При этом стремятся к тому, чтобы за период задержки воспламенения успело испариться и перемешаться с воздухом минимальное количество вспрыснутого через форсунку топлива, а его основная часть растеклась по стенкам камеры сгорания пленкой толщиной 0,012—0,014 мм. Камера сгорания при пленочном смесеобразовании обеспечивает размещение основного объема вздуха (около 70%) в полости, расположенной в днище поршня. Впрыск топлива происходит через форсунку. Путь факела топлива от соплового отверстия до стенки камеры должен быть минимальным, чтобы количество испарившегося топлива было небольшим. Испарившееся топливо перемешивается с воздухом и воспламеняется. Топливо же, находящееся на стенках, постепенно испаряется и, перемешиваясь с воздухом, воспламеняется, обеспечивая плавное и бесшумное протекание процесса горения. Такие камеры сгорания, по опытным данным, обладают высокой экономичностью при небольшой жесткости- процесса сгорания. Применяемое для камер сгорания топливо может быть разнообразным, в том числе с облегченным фракционным составом (бензин, керосин). Недостатки пленочного смесеобразования — затрудненный пуск холодного двигателя и увеличение токсичности отработавших газов при работе двигателя на холостом ходу и при малых нагрузках.

Дизели с внутренним смесеобразованием

Дизели относятся к двигателям с внутренним смесеобразованием. Впрыскивание топлива в цилиндр двигателя производится в конце процесса сжатия через форсунку, скорость струи топлива достигает 150—400 м/с. Давление воздуха в цилиндре составляет более 2,9 МПа при температуре около 600 °C. Трение о воздух струи топлива и его гидродинамическое воздействие вызывают разрушение струи на капельки диаметром 2—3 мкм. Хорошее протекание процесса сгорания происходит в том случае, если впрыскиваемое топливо будет равномерно распределено в заряде воздуха. Распыливание топлива и характер движения воздуха в рабочей смеси в цилиндре зависят от конструкции камеры сгорания. Камеры сгорания дизельных двигателей бывают неразделенные и разделенные. У неразделенных камер сгорания все пространство сжатия представляет собой единый объем, в который непосредственно впрыскивается топливо. Поэтому эти камеры часто называют камерами непосредственного впрыскивания. В двигателях с неразделенными камерами сгорания процесс смесеобразования осуществляется в едином объеме, поэтому к качеству распыливания предъявляются очень высокие требования.

Раздельную камеру сгорания имеют предкамерные дизели. У этих дизелей камера сгорания состоит из основной камеры и предкамеры, сообщающейся с основной одним или несколькими каналами. В предкамере топливо частично сгорает из-за недостатка воздуха, остальная часть топлива в связи с резким повышением давления при сгорании с большой скоростью выбрасывается через соединительные каналы в главную камеру. При этом основная часть топлива также распыливается, перемешивается с воздухом, находящимся в главной камере, и догорает.

Преимущества предкамерных дизелей следующие: хорошее распыливание топлива струей газов, применение форсунок с низким давлением впрыскивания, несложная конструкция топливного насоса, возможность использования тяжелых сортов топлива без особо тщательной очистки; недостаток предкамерных дизелей— затрудненный их пуск. На качество смесеобразования наряду с конструкцией камеры сгорания влияют свойства применяемого топлив плотность, вязкость, давление насыщенных паров, поверхностное натяжение, фракционный состав и других. Повышение плотности топлива сказывается на процессе смесеобразования так же, как и увеличение вязкости,— возрастает длина струи, ухудшается экономичное! двигателя и увеличивается дымность. При малой плотности топлива уменьшается длина струи, ухудшаете процесс смесеобразования. Поэтому величина плотное дизельного топлива должна быть оптимальной с учете: сезонности эксплуатации и других факторов. Плотное дизельных топливо 0,830—0,860 • 103 кг/м3.

Вязкость дизельного топлива влияет на качество распыливания топлива, смесеобразование, прокачиваемость работу топливного насоса, износ прецизионных пар наcoca высокого давления, для которого топливо одновреманно является смазочным материалом, полноту сгорания топлива, его расход, состав отработавших газов.

Вязкость бывает кинематическая и динамическая. Кинематическая вязкость — это отношение динамическо вязкости жидкости к плотности при той же температуре это мера сопротивления жидкости течению под влияние гравитационных сил.

Для дизельных топлив кинематическая вязкость определяется по ГОСТ 33—82 и выражается в миллиметра квадратных на секунду при 20 °C.

Топливо с очень большой вязкостью может вызвает перебои в подаче топлива к насосу вследствие большого сопротивления при протекании его по топливоподающей системе через фильтры и отверстия форсунок. Критически значения вязкости, при которых наблюдается подобие явление, не одинаковы для разных конструкций топлив: подающей системы. Чем меньше вязкость, тем тоньше распыливание топлива, меньшего диаметра образуются ei капельки, лучше испаряемость.

С повышением вязкости увеличивается длина струи, так как образуются капельки большего диаметра. При большом значении вязкости часть капель попадает на стенки камеры сгорания, в результате чего ухудшается процесс смесеобразования, испаряемость и полнота сгорания топлива. Зто ведет к перерасходу топлива, недобору мощности, повышению дымности отработавших газов.

Оптимальные пределы значений вязкости дизельных топлив зависят от конструктивных особенностей топливного насоса, камеры сгорания, сезонности использования. Для летних топлив вязкость должна быть 3—6 мм2/с, для зимних— 1,8—5 мм2/с.

Образование горючей смеси в дизеле происходит внутри его цилиндра следующим образом. Топливо в цилиндр впрыскивается через форсунку под давлением, в несколько раз превышающим давление воздуха в конце такта сжатия. При этом скорость истечения топлива достигает 150—400 м/сек. Вследствие трения о воздух струя топлива дробится на мелкие капельки диаметром 0,002—0,003 мм, которые образуют топливный факел, имеющий форму конуса. Угол конуса распиливания зависит в основном от формы и размеров сопла, давления впрыска, вязкости топлива и давления воздуха в цилиндре.

Смесеобразование в дизелях протекает за очень короткий промежуток времени. Это обстоятельство, а также плохая испаряемость дизельных топлив затрудняют процесс смесеобразования.

Для получения горючей смеси, способной быстро и полностью сгорать, нужно, чтобы топливо было распылено на возможно более мелкие частицы (наиболее тонко) и чтобы каждая частица имела вокруг себя необходимое для полного сгорания количество кислорода. Добиться такого равномерного распределения распыленного топлива в воздухе, находящемся в камере сгорания, трудно. Поэтому в цилиндр дизеля вводят воздуха больше, чем это теоретически необходимо (а=1,20—1,65).

Чтобы уменьшить коэффициент избытка воздуха, а следовательно, повысить среднее эффективное давление и литровую мощность дизеля, нужно улучшать качество смесеобразования.

Для этого необходимо выполнение следующих условий:
1) согласование формы камеры сгорания с формой, размером, числом и расположением топливных факелов, выходящих из форсунки;
2) создание в камере сгорания интенсивных воздушных потоков (вихрей), которые способствуют перемешиванию топлива с воздухом перед самовоспламенением и затем — наиболее полному сгоранию;
3) тонкое распиливание топлива;
4) однородное распиливание топлива, то есть раздробление струи на капли, размер которых примерно одинаков;
5) достаточная дальнобойность топливного факела.

Выполнение первых двух условий или по крайней мере одного из них обеспечивается применением камер сгорания специальных конструкций.

Тонкость и однородность распыливания топлива достигаются двумя способами:
а) увеличением давления впрыска, так как при этом создается большая скорость истечения топлива;
б) уменьшением диаметра сопловых отверстий форсунки.

Чем меньше вязкость топлива, тем тоньше и однороднее распыляется топливо.

Дальнобойность топливного факела увеличивается при повышении давления впрыска и уменьшается при увеличении давления в камере сгорания. Последнее является следствием повышения сопротивления газовой среды проникновению в него частиц топлива.

Типы камер сгорания. Камеры сгорания современных дизелей по конструкции делятся на два типа: разделенные и неразделенные.

Разделенные камеры сгорания состоят из двух частей: основной камеры, ограниченной днищем поршня и поверхностью головки цилиндров, и дополнительной камеры, расположенной в головке цилиндров. Основная и дополнительная камеры сообщаются между собой одним или несколькими каналами.

Дизели с разделенными камерами сгорания образуют две основные группы:
1) с вихревыми камерами; 2) с предкамерами.

Камера сгорания дизеля с вихревой камерой сгорания состоит из основной и вихревой камер, соединенных диффузором. Вихревая камера чаще всего имеет форму шара (Д-50 и СМД -14). Объем вихревой камеры составляет 60—70% всего объема камеры сгорания. В такте сжатия воздух вытесняется поршнем из цилиндра через диффузор в вихревую камеру. Форма вихревой камеры способствует созданию в ней интенсивных вихревых потоков воздуха. Топливо, впрыскиваемое форсункой, подхватывается воздушный потоком, хорошо перемешивается с воздухом и самовоспламеняется. При сгорании топлива в вихревой камере давление и температура продуктов сгорания (газов) повышаются и они вместе с несгоревшей частью топлива перетекают в основную камеру сгорания, где перемешиваются с неиспользованным еще воздухом. В основной камере топливо сгорает полностью. В дизелях с вихревыми камерами интенсивное вихревое движение во время процессов сжатия и сгорания является главным фактором, обеспечивающим качественное смесеобразование.

Рис. 2. Разделенные камеры сгорания: а — вихревая камера (дизель Д-50); б — предкамера: 1 — гильза цилиндра: 2— поршень: 3 — форсунка; 4 — головка цилиндров; 5 – свеча накаливания; 6— вихревая камера; 7 — диффузор: 8 — основная камера; 9 — соединительный канал; 10 — предкамера

Основные преимущества вихревых камер таковы: смесеобразование происходит при сравнительно невысоком давлении впрыска (ПО—130 кГ/см2), мягкая работа дизеля — нарастание давления не превышает 2—3 кГ/см2 на 1° поворота коленчатого вала.

К недостаткам вихревых камер следует отнести: повышенные удельные расходы топлива (190—200 Г/д.с.ч.) вследствие больших гидравлических и тепловых потерь при протекании газов из одной камеры в другую и более трудный пуск дизеля по причине повышенной теплопередачи от газов стенкам камеры сгорания.

Камера сгорания дизеля с предкамерой состоит из основной камеры и предкамеры. Объем предкамеры составляет 25—40% общего объема камеры сгорания.

Процесс смесеобразования и сгорания в дизелях с предкамерами происходит следующим образом. В такте сжатия часть воздуха перетекает из цилиндра через соединительный канал в предкамеру. Топливо, впрыскиваемое форсункой в предкамеру, дополнительно распиливается встречными струями воздуха и самовоспламеняется. Так как в предкамере находится небольшая часть воздушного заряда, то в ней сгорает только часть впрыснутого топлива. При этом давление и температура в предкамере повышаются и газы вместе с несгоревшим топливом с большой скоростью (200—300 м/сек) через соединительный канал 9 перетекают в основную камеру 8. Здесь образуется интенсивное вихревое движение, и несгоревшее топливо, хорошо перемешиваясь с воздухом crop ает.

Дизели с предкамерами работают при давлении впрыска 100—130 кГ/см2. Их достоинства и недостатки такие же, как у дизелей с вихревыми камерами.

Неразделенные камеры сгорания представляют собой единый объем, ограниченный днищем поршня и поверхностями головки и стенок цилиндра. В этот объем через форсунку впрыскивается топливо в виде одной или нескольких струй, и в нем происходят процессы смесеобразования и сгорания. Для лучшего использования воздушного заряда форму неразделенной камеры сгорания приспосабливают к форме топливных факелов. Она должна способствовать созданию интенсивного вихревого движения воздуха.

Рис. 3. Неразделенные камеры сгорания: а-дизелей ЯМЗ -236. ЯМЗ -238НБ, АМ-01 и АМ-41; б — дизеля Д-37М; 6 — дизеля Д-108: 1 — камера сгорания; 2 — форсунка; 3 — поршень

Основными преимуществами дизелей с неразделенными камерами сгорания (с непосредственным впрыском топлива) по сравнению с дизелями с разделенными камерами сгорания являются высокая экономичность (ge = 160 —175 г/л. с. ч.) и сравнительно легкий пуск. Это объясняется компактностью камеры сгорания (на единицу объема приходится относительно небольшая поверхность) и отсутствием потерь энергии на преодоление гидравлических сопротивлений при перетекании газов из одной камеры в другую.

К недостаткам дизелей с неразделенными камерами сгорания следует отнести жесткую работу (нарастание давления в процессе сгорания на 1° поворота коленчатого вала составляет 6—10 кГ/см2), повышенные требования к качеству применяемого топлива и необходимость иметь высокое давление впрыска.

Неразделенные камеры сгорания в последние годы получили широкое распространение на дизелях ЯМЗ -236, ЯМЗ -238НБ, АМ-01, АМ-41, Д-37М, Д-21, Д-108 и Д-130.

Если смесеобразование в дизелях с неразделенными камерами сгорания характеризуется равномерным распределением тонко распыленного топлива по всему объему камеры сгорания, то его называют объемным.

В дизелях с неразделенными камерами сгорания применяется пленочное смесеобразование (М-процесс), которое протекает следующим образом. В объем камеры сгорания, находящейся в поршне, многодырчатая форсунка распыливает 5—7% цикловой подачи топлива, а его основная часть попадает на стенки горячей камеры сгорания и распределяется на них в виде тонкой пленки, толщина которой не превышает 0,015 мм. Вначале воспламеняется топливо, распыленное в сжатом воздухе, а топливная пленка, попавшая на горячие стенки камеры сгорания, испаряется и вихревыми потоками воздушного заряда постепенно подается в зону горения. Постепенное сгорание топлива обеспечивает мягкую, относительно бесшумную и экономичную работу дизеля и возможность использовать различные топлива (бензин, керосин и дизельное).

В камерах сгорания дизелей Д-108, Д-37 и Д-21 только часть топлива попадает на стенки камеры сгорания и образует пленку, поэтому смесеобразование в них можно отнести к объемно-пленочному.

Большое влияние на показатели работы дизеля оказывает угол опережения впрыска топлива форсункой. Если топливо впрыснуто рано, дизель будет работать жестко, а если топливо впрыснуто поздно, сгорание произойдет при расширении газов. В этом случае потери тепла в охлаждающую среду и с отработавшими газами увеличатся, а следовательно, мощность и экономичность дизеля понизятся.

Устройство автомобилей

Как известно, для того, чтобы топливо сгорело и выделило теплоту, необходим кислород, поскольку горение — это процесс окисления топлива (горючего вещества), т. е. соединения его с кислородом. И если кислорода будет недостаточно, то даже самое пожаро- и взрывоопасное горючее вещество гореть не будет.
Вся эта философия в полной мере относится и к тепловым двигателям. Чтобы топливо в камере сгорания начало гореть, необходим кислород, который в нашем случае подается в цилиндры с атмосферным воздухом.
Но и это еще не все. Топливо в цилиндрах должно сгорать очень быстро, иначе то, что не успело сгореть «вылетит в трубу» в буквальном смысле этого слова.
Скорость горения напрямую зависит от того, насколько быстро и качественно мы перемешаем воздух с топливом в цилиндре перед воспламенением.
Процесс перемешивания топлива с воздухом перед сгоранием этой смеси называется смесеобразованием . Качественное смесеобразование — залог эффективной и экономичной работы любого теплового двигателя.

В карбюраторных двигателях бензин перемешивается с воздухом сначала в карбюраторе, затем во время перемещения по впускному коллектору мимо впускного клапана в цилиндр, а также в течение тактов впуска и сжатия. В дизелях этому важнейшему процессу отводится чрезвычайно короткий миг — в камеру сгорания дизельных двигателей топливо подается в конце такта сжатия за 10…20 ˚ угла поворота коленчатого вала до верхней мертвой точки (ВМТ). При этом оно подается в цилиндр не в смеси с воздухом, как в карбюраторном двигателе, а впрыскивается в «чистом виде», и лишь в цилиндрах оно получает возможность «встретиться» с кислородом воздуха, чтобы быстро перемешаться, сгореть и выделить тепло.

Время, отводимое на смесеобразование и сгорание смеси в дизелях примерно в пять-десять раз меньше, чем в карбюраторных двигателях и составляет не более 0,002…0, 01 секунды.
Поскольку сгорание происходит достаточно быстро, дизель работает «жестко» — в два-три раза жестче бензинового двигателя.
Следует отметить, что жесткость работы двигателя — измеряемый параметр (Ж = dp/dφ) – это скорость нарастания давления (dp) по углу поворота (dφ) коленчатого вала, поэтому ее можно рассчитать.

Несмотря на быстротечность сгорания в дизелях, его условно разделяют на четыре фазы, первая из которых называется периодом задержки воспламенения (0,001…0,003 сек). В это время происходит распад впрыскиваемого топлива на мельчайшие капли, которые, продвигаясь по камере сгорания, испаряются и смешиваются с воздухом, а также разгон химических реакций самовоспламенения. Следующие три фазы – фазы горения топливовоздушной смеси.

Если период задержки воспламенения оказывается продолжительным, то значительная часть топлива успевает испариться и смешаться с воздухом. В результате одновременного воспламенения этой части по всему объему возникает резкое повышение давления в камере сгорания (жесткая работа) с ростом динамических нагрузок на детали и повышение уровня шума.
Поэтому длительный период задержки самовоспламенения не желателен. Он зависит от температурных условий, сорта топлива, нагрузки на двигатель и других факторов. Однако внутреннее смесеобразование в дизелях всегда определяет более жесткую работу по сравнению с карбюраторными двигателями.

Так как время на смесеобразование в дизеле очень мало, то для более полного сгорания топлива в его цилиндры воздуха вводят больше, чем в бензиновых двигателях (кроме инжекторных двигателей использующих непосредственный впрыск, где воздуха тоже впускают чуть больше нормы). Коэффициент избытка воздуха α в дизельных двигателях составляет от 1,4 до 2,2.

Таким образом, к смесеобразованию дизелей предъявляются высокие требования. Оно должно обеспечить равномерное перемешивание топлива с воздухом, постепенное сгорание топлива во времени, полное использование всего воздуха в камере сгорания при минимально возможном значении α , а также максимально мягкую работу дизеля.

Способы улучшения смесеобразования

Большинство задач повышения качества смесеобразования в дизельных двигателях во многом решаются путем выбора формы камеры сгорания.
Различают неразделенные камеры сгорания (однополостные) (рис. 1а, б ) и разделенные (рис. 1,в ).

Неразделенные камеры сгорания представляют собой камеру, образованную днищем поршня, когда он находится в ВМТ, и плоскостью головки цилиндров. Неразделенные камеры сгорания применяют в основном в дизелях тракторов и грузовых автомобилей. Они позволяют повысить экономичность двигателя и его пусковые качества (особенно холодного двигателя).

Разделенные камеры сгорания имеют основную и вспомогательную полости, соединенные каналом 11. Вспомогательная камера может быть не только сферической, как показано на рис. 1, в , но и цилиндрической.
В первом случае она называется вихревой (дизели Д-50, СМД-114), во втором – предкамерой или, как ее чаще называют — форкамерной (КДМ-100).

Вихревая камера работает следующим образом. В головке цилиндров имеется шаровая полость – вихревая камера, соединенная каналом с основной камерой сгорания над поршнем. При движении поршня вверх во время сжатия воздух с большой скоростью входит в вихревую камеру по касательной к ее стенкам.
В результате этого поток воздуха закручивается со скоростью до 200 м/с. В этот раскаленный (700…900 К) воздушный вихрь форсунка впрыскивает топливо, которое воспламеняется и давление в камере резко возрастает.
Газы с недогоревшим топливом по каналу выбрасываются в основную камеру, где происходит догорание оставшегося топлива. Объем вихревой камеры составляет 40…60% общего объема камеры сгорания, т. е. примерно половину объема.

Предкамерные (форкамерные) двигатели имеют камеру из двух частей. Топливо впрыскивается в цилиндрическую предкамеру (форкамеру), и часть его (до 60%) воспламеняется. Процесс горения топлива протекает так же, как и в вихревой камере.

Разделенные камеры сгорания менее чувствительны к составу топлива, работают в широком диапазоне частот вращения коленчатого вала, обеспечивают более качественное смесеобразование и менее жесткую работу путем сокращения периода задержки воспламенения.
Однако их основным недостатком является затруднительный пуск двигателя и увеличенный расход топлива по сравнению с неразделенными камерами сгорания.

Иногда выделяют полуразделенные камеры сгорания ( см. рис. 2 ), к которым относят камеры, образованные глубокими полостями в головке поршня. Процессы горения топливовоздушной смеси в таких камерах сходны с процессами горения в разделенных камерах, при этом впрыск топлива в полость поршня благотворно влияет на его охлаждение во время работы.

На качество смесеобразования также оказывает значительное влияние взаимное направление и интенсивность движения топливных струй и заряда воздуха в камере сгорания. В связи с этим различают объемное смесеобразование, пленочное и объемно-пленочное.

Объемное смесеобразование отличается тем, что топливо впрыскивается непосредственно в толщу раскаленного воздуха, находящегося в объеме камеры сгорания. При этом для лучшего перемешивания частиц распыленного топлива с воздухом его свежему заряду сообщают вращательное движение с помощью завихрителей или винтовых впускных каналов, а форму камеры сгорания стремятся согласовать с формой струи топлива, впрыскиваемой форсункой.
Для нормальной работы дизеля с объемным смесеобразованием требуется очень высокое давление топлива на впрыске – до 100 МПа и более. Двигатели с таким смесеобразованием достаточно экономичны, но работают жестко (Ж = 0,6…1,0 МПа/град).

Пленочное смесеобразование характеризуется тем, что большая часть впрыскиваемого топлива подается на горячие стенки шарообразной камеры сгорания, на которых образует пленку, а затем испаряется отнимая часть тепла от стенок.
Принципиальная разница между объемным и пленочным образованием заключается в том, что в первом случае частицы распыленного топлива непосредственно смешиваются с воздухом, а во втором основная часть топлива сначала испаряется, и уже в парообразном состоянии перемешивается с воздухом.
Пленочное смесеобразование используют двигатели фирмы MAN, некоторые двигатели семейства Д-120 и Д144. Этот способ обеспечивает приемлемую жесткость работы дизеля (Ж = 0,2…0,3 МПа/град) и неплохую экономичность, но требует поддержания температуры поршня в заданных пределах, обеспечивающих интенсивное испарение топливной пленки.

Объемно-пленочное смесеобразование сочетает в себе процессы объемного и пленочного смесеобразования. Такой способ смесеобразования используется, например, на отечественных двигателях ЗИЛ-645, где объемная камера сгорания располагается в поршне.
Форсунка, расположенная в головке блока, впрыскивает топливо через распылитель, имеющий два отверстия, в виде двух пылеобразных струй. Пристеночная струя направляется вдоль образующей камеры сгорания, создавая на ней тонкую пленку. Объемная струя направлена ближе к центру камеры сгорания.

Объемно-пленочное смесеобразование обеспечивает более мягкую работу дизельного двигателя (Ж = 0,25…0,4), приемлемые пусковые качества при хорошей экономичности, и применяется на большинстве современных дизелей. Выемки в поршне образуют форму камеры в виде тора (СМД, КамАЗ, ЯМЗ А-41, А-01) или усеченного конуса – дельтавидная камера (Д-243, Д-245).

Качество смесеобразования в дизельных двигателях можно повысить не только конструкцией и формой камеры сгорания. Большую роль играет технология самого процесса впрыска топлива форсункой.
Здесь конструкторы решают вопросы улучшения смесеобразования несколькими способами:

• повышением давления впрыска, благодаря чему улучшается качество распыла топливной струи (один из путей достижения данной цели – применение насос-форсунок);
• применением поэтапного (разделенного) впрыска, когда топливо в камеру сгорания подается в несколько приемов (поэтапный впрыск легко осуществить в системах питания, управляемых микроЭВМ);
• подбором распылителей для форсунок, обеспечивающих оптимальную форму распыленной струи, количество струй и их направление.

Лекция 19. Смесеобразование в дизельных двигателях

Особенностью двигателей с само­воспламенением от сжатия, или, как их принято называть, дизелей (по имени изобретателя Р. Дизеля), яв­ляется -приготовление горючей смеси топлива с воздухом внутри цилин­дров.

Просмотр содержимого документа
«Лекция 19. Смесеобразование в дизельных двигателях»

Лекция 19. Смесеобразование в дизельных двигателях

1. Особенности смесеобразования в дизелях

Особенностью двигателей с само­воспламенением от сжатия, или, как их принято называть, дизелей (по имени изобретателя Р. Дизеля), яв­ляется -приготовление горючей смеси топлива с воздухом внутри цилин­дров.

В дизелях топливо поступает от насоса высокого давления и посред­ством форсунки впрыскивается в ци­линдры под давлением, в несколько раз превышающим давление воздуха в конце такта сжатия. Смесеобра­зование начинается с момента пос­тупления топлива в цилиндр. При этом в результате трения о воздух струя топлива распыливается на мельчайшие частицы, которые обра­зуют топливный факел конусообраз­ной формы. Чем мельче распылено топливо и чем равномернее распреде­лено оно в воздухе, тем полнее сго­рают его частицы.

Испарение и воспламенение топли­ва осуществляются за счет высокой температуры и давления сжатого воздуха (к концу такта сжатия тем­пература воздуха составляет 550-700°С, а давление —3,5—5,5 МПа). Следует отметить, что после начала горения смеси температура и давле­ние в камере сгорания резко возрас­тают, что ускоряет процессы испаре­ния и воспламенения остальных час­тиц распыленного факела топлива.

Чтобы обеспечить наилучшие мощностные и экономические показатели работы дизеля, необходимо впрыски­вать топливо в его цилиндры до при­хода поршня в в.м.т. Угол, на который кривошип коленчатого вала не доходит до в.м.т. в момент начала впрыскивания топлива, назы­вают углом опережения впрыскивания топлива.

Для того чтобы форсунка впрыс­кивала топливо с требуемым опере­жением, топливный насос должен на­чинать подавать топливо еще рань­ше. Это вызвано необходимостью иметь некоторое время на нагнета­ние топлива от насоса к форсунке.

Угол, на который кривошип колен­чатого вала не доходит до в. м. т. в момент начала подачи топлива из топливного насоса, называют у г-лом опережения подачи топлива.

В цилиндры дизеля фактически поступает одно и то же количество воздуха независимо от его нагрузки. При малой нагрузке в цилиндрах практически всегда имеется доста­точное количество воздуха для полного сгорания топлива. В этом слу­чае коэффициент избытка воздуха имеет большую величину. С увели­чением нагрузки возрастает только подача топлива, но при этом значе­ние коэффициента избытка воздуха уменьшается, вследствие чего ухуд­шается процесс сгорания топлива. Поэтому минимальное значение коэффициента избытка воз­духа для различных типов дизе­лей, соответствующее их бездымной работе, устанавливают в пределах а= 1,3-М,7, что обусловливает так­же высокую экономичность дизелей по сравнению с карбюраторными двигателями.

Существенное влияние на улучше­ние смесеобразования и процесса сгорания оказывают способы приго­товления рабочей смеси и принятая форма камеры сгорания. По способу приготовления рабочей смеси разли­чают объемное, объемно-пленочное и пленочное смесеобразования. Каж­дому из этих способов присущи свои характерные особенности, для реали­зации которых требуются камеры сгорания с соответствующими кон­структивными решениями. Сущест­вующие камеры сгорания дизелей по общности основных признаков их конструкции объединяют в две боль­шие группы: неразделенные (одно-полостные) и разделенные (двух-полостные).

Неразделенные камеры сгорания (рис.1,а) представляют собой объем 3, заключенный между днищем поршня, когда он находится в ВМТ., и плоскостью головки 2. Такие каме­ры называют также однополостными с объемным смесеобра­зованием, так как процесс сме­сеобразования основан на впрыс­кивании топлива непосредственно в толщу горячего воздуха, находяще­гося в объеме камеры сгорания ди­зеля. При этом для лучшего пере­мешивания частиц распыленного топлива с воздухом его свежему за­ряду сообщают при впуске враща­тельное движение с помощью завихрителей или винтовых впускных ка­налов, а форму камеры сгорания стремятся согласовать с формой струи топлива, подаваемой форсун­кой 1. Такой принцип смесеобразова­ния используется в дизелях ЯМЗ и КамАЗ.

В современных дизелях использу­ется также пленочное смесе­образование, которое характе­ризуется тем, что большая часть впрыскиваемого топлива подается на горячие стенки шарообразной каме­ры сгорания, на которых оно обра­зует пленку, а затем испаряется, от­нимая часть тепла от стенок.

Принципиальная разница между объемным и пленочным способами смесеобразования заключается в том, что в первом случае частицы распыленного топлива непосредст­венно смешиваются с воздухом, а во втором основная часть топлива сначала испаряется и в парообразном состоянии перемешивается с воз­духом при интенсивном вихревом движении его в камере.

Разновидностью указанных спо­собов смесеобразования является объемно-пленочное смесе­образование, которое обладает свойствами как объемного, так и пленочного смесеобразования. Су­щественным преимуществом этого процесса является возможность соз­дания многотопливных дизелей, поз­воляющих использовать наряду с ди­зельным топливом высокооктановые бензины и спиртовые (метоноловые) смеси. В отечественном автомобиле­строении к таким двигателям можно отнести дизель ЗИЛ-645, у которого процесс смесеобразования происхо­дит в объемной камере сгорания 5 (рис. 8.1, б), расположенной в пор­шне б в виде наклонной цилиндри­ческой выемки со сферическим дном. Вращение воздушного заряда в каме­ре обеспечивается при помощи вих-реобразующего канала, создающего кольцевой вихрь, направления вра­щения которого показано стрелкой. Топливо в камеру сгорания впрыс­кивается из двухдырочного распы­лителя форсунки 9, расположенного в головке цилиндра 4. Пристеночная струя 8 направлена вдоль обра­зующей камеры сгорания, объемная струя 7 пересекает внутренний объем камеры ближе к ее центру. Из-за пристеночной струи такой процесс часто называют объемным присте­ночно-пленочным смесеобразовани­ем. Этот процесс по сравнению с дру­гими способами смесеобразования дает хорошую экономичность и обес­печивает более мягкую работу дизе­ля с плавным нарастанием давления в его цилиндрах, а также улучшает пусковые качества дизеля, снижая его дымность и токсичность от­работавших газов.

Разделенные камеры сгорания сос­тоят из двух объемов, соединенных между собой каналами: основного объема, заключенного в полости над днищем поршня, и дополнительного, расположенного чаще всего в головке блока. Применяются в основном две группы разделенных, или двухполостных, камер: предка­меры и вихревые камеры. Дизели с такими камерами называют соот­ветственно предкамерными и вихре­выми.

В в их рекамерных дизе­лях (рис. 1, в) объем дополни­тельной камеры 10 составляет 0,5— 0,7 общего объема камеры сгорания. Основная 12 и дополнительная 10 камеры соединяются каналом 11, который располагается тангенциаль­но к образующей дополнительной камере, в результате чего обеспе­чивается вихревое движение воздуха.

В дизелях с предкамерным смесеобразованием предкамера имеет цилиндрическую форму и соединяется прямым кана­лом с основной камерой, расположен­ной в днище поршня. В результате частичного воспламенения топлива в момент его впрыскивания в предкамере создается высокая тем­пература и давление, способствую­щие более эффективному смесеоб­разованию и сгоранию топлива в основной камере.

Современные быстроходные вихреи предкамерные дизели имеют достаточно высокие мощностные по­казатели при сравнительно высокой степени сжатия. К их основным не­достаткам следует отнести увеличен­ный расход топлива по сравнению с дизелями с неразделенными камера­ми и затрудненный пуск двигателя, что вызывает применение специаль­ных пусковых устройств.

Дизель начинается со смесеобразования

На дизелях ММЗ Д-260.1, Д-260.2, Д-260.4 и дизелях Д-260.7С и Д-262.2S2 применяются неразделенные камеры сгорания.

Смесеобразование в них протекает подобно, НО ФОРМЫ КАМЕР СГОРАНИЯ В ПОРШНЯХ – РАЗЛИЧНЫ (см. фото). Для осуществления качественного смесеобразования и полного сгорания топлива ОТВЕРСТИЯ РАСПЫЛИТЕЛЕЙ У НИХ ВЫПОЛНЕНЫ ПО-РАЗНОМУ.

Дизели ММЗ Д-260.1 (комбайн «Нива»), Д-260.2 (трактор МТЗ), а также Д-260.4 (трактор переоборудован «Автодвором»), изготовлены в соответствии с требованиями Stage-0 (Евро-0). В их поршнях выполнена неразделенная закрытая камера сгорания типа ЦНИДИ.

ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВЕННОГО СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ НА УКАЗАННЫЕ ДВИГАТЕЛИ Д-260.1, Д-260.2, Д-260.4 УСТАНАВЛИВАЕТСЯ ФОРСУНКА С РАСПЫЛИТЕЛЕМ 174.1112110-01.

На дизелях ММЗ Д-260.7С, изготовленном в соответствии с требованиями Stage-1 (Евро-1), Д-260.4С2, Д-262.2S2, изготовленных в соответствии с требованиями Stage-2 (Евро-2) используется неразделенная открытая камера сгорания.

Поршни Д-260.1, Д-260.2, Д-260.4

Поршни Д-260.4C2, Д-260.7C, Д-262.2S2

Изменение формы камеры сгорания (она выполнена меньшей глубины и с большей горловиной) потребовало применения других распылителей, отличающихся от предыдущего расположением отверстий и, соответственно, другим углом их распыла.

НА ДАННЫХ ДИЗЕЛЯХ МОЩНОСТЬЮ ДО 210 л.с. – Д-260.4С2 И НА ДИЗЕЛЯХ МОЩНОСТЬЮ 250 л.с. – Д-260.7С И Д-262.2S2 ПРИМЕНЯЕТСЯ РАСПЫЛИТЕЛЬ 172.1112110-02.

УКАЗАННЫЕ РАСПЫЛИТЕЛИ ИМЕЮТ СУЩЕСТВЕННЫЕ ОТЛИЧИЯ И НЕ ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМЫ.

ПРИ ОШИБОЧНОЙ УСТАНОВКЕ распылителя 172.1112110-02, вместо необходимого 174.1112110-01, на дизель ММЗ Д-260.4 (трактор переоборудован «Автодвором»), не обеспечится оптимальное смесеобразование и полное сгорание топлива, вследствие чего:

— мощность его существенно снизится;
— будет наблюдаться дымный выхлоп (черный дым);
— будет происходить интенсивное нагарообразование;
— расход топлива при этом возрастет на 15-20% и более;
— двигатель будет перегреваться.

Будьте внимательны при обслуживании и ремонте, и минский двигатель ответит Вам надежной экономичной работой на протяжении длительного периода эксплуатации. А если возникнут неисправности, специалисты СЕРВИСНОГО ЦЕНТРА «АВТОДВОРА» окажут квалифицированную консультацию и при необходимости произведут качественный ремонт дизеля.

Подробнее о процессе смесеобразования в дизельных двигателях

Сгорание топлива и преобразование выделившейся тепловой энергии в механическую являются основной частью рабочего процесса двигателя, от которой в значительной степени зависят показатели ого работы. Именно в этих процессах осуществляется превращение химической энергии топлива сначала в тепловую энергию, а затем в механическую работу. Чтобы добиться наибольшей мощности и экономичности двигателя, необходимо обеспечить полное, достаточно быстрое и своевременное сгорание топлива.

Условия смесеобразования в дизельных двигателях чрезвычайно сложны, так как этот процесс протекает очень короткое время – 0,003-0,005 секунды (25-30°поворота коленчатого вала). За это время топливо, впрыскиваемое в цилиндр, должно равномерно смешаться с воздухом в камере сгорания, испариться, пройти необходимые подготовительные реакции для воспламенения, воспламениться и полностью сгореть. В дизеле процессы смесеобразования и сгорания совпадают по времени. От качества смесеобразования зависит протекание процесса горения, а, следовательно, экономичность и срок службы дизельного двигателя.

Поэтому вопросам смесеобразования и сгорания уделяется особое место, как при постройке дизелей, так и в период их эксплуатации.

Совершенство смесеобразования в дизельном двигателе определяется устройством камеры сгорания, характером движения воздуха при впуске и качеством подачи топлива в цилиндры двигателя. Протекание процесса сгорания зависит главным образом от того, как подготовлена горючая смесь. Смесеобразование, которое у дизельных двигателей происходит внутри цилиндра, заключается в механическом распыливании струи топлива на капельки диаметром от 0,005 до 0,1 мм и в распределении этих капелек в массе сжатого воздуха. При этом не допускается образование слишком мелких или крупных капель, так как струя должна быть однородной.

Сгорание может произойти полно и достаточно быстро только в том случае, если горючая смесь имеет требуемый состав и частицы топлива достаточно мелко распылены и равномерно перемешаны с воздухом.

От начала впрыска топлива до начала самовоспламенения проходит некоторый промежуток времени (0,001-0,002 секунды), который называется периодом задержки воспламенения. Если задержка воспламенения является продолжительной, то в камере сгорания скапливается много топлива, что вызывает резкое нарастание давления при вспышке. Детали кривошипно-шатунного механизма подвергаются при этом ударной нагрузке, и двигатель стучит. Такая работа называется жесткой.

Однако задержка воспламенения не должна быть слишком короткой, так как при этом необходимо будет начинать впрыск топлива при положении поршня, более близком к ВМТ. В результате большое количество топлива будет сгорать после ВМТ при возрастающем объеме, а это увеличит потери тепла через стенки камеры в охлаждающую жидкость. Двигатель будет перегреваться а его экономичность ухудшится.

Способ смесеобразования определяет устройство камеры сгорания дизельного двигателя. В зависимости от устройства камеры сгорания существует несколько типов быстроходных дизельных двигателей, которые делятся на двигатели с неразделенными камерами сгорания, получившими название двигателей с непосредственным впрыском топлива, и двигатели с разделенными камерами предкамерного и вихревого типов.

Наибольшее распространение получили дизели с неразделенными камерами сгорания как у минских двигателей. Для повышения качества смесеобразования в таких двигателях воздух в цилиндры подводится через впускные каналы, имеющие тангенциальное расположение относительно камер сгорания.

Схема неразделённой камеры сгорания дизелей ММЗ Д-260.1, Д-260.4, Д-260.7С, Д-262.2S2

Этим достигается дополнительное завихрение воздуха в процессе впуска. Оно сохраняется также и при сжатии воздуха, благодаря чему после впрыска топлива происходит его быстрое перемешивание с воздухом.

Качество внутреннего смесеобразования достигается как формой камеры сгорания, так и формой факела распыляемого топлива при соответствующем законе подачи топлива.

У двигателей с непосредственным впрыском топлива весь объем камеры сгорания сосредоточен в надпоршневом пространстве, причем камеру сгорания часто располагают в днище поршня. В этом случае конфигурация камеры сгорания способствует лучшему смесеобразованию. Основной объем камеры сгорания находится в выемке, расположенной в средней части днища поршня. При движении поршня вверх воздух из надпоршневого пространства вытесняется в камеру, расположенную в поршне. Это создает устойчивые вихри внутри камеры. Для наиболее равномерного распределения топлива по всему объему камеры сгорания применяют многодырчатые форсунки, создающие не одну, а несколько струй топлива: эти струи образуют общий факел распыла.

Число и диаметр отверстий распылителя подбирают из соображений наиболее полного использования воздушного заряда в цилиндре двигателя. Основная масса впрыскиваемого форсункой топлива попадает на стенки камеры и покрывает их тонкой пленкой. Вследствие высокой температуры стенок и вихревого движения горячего воздуха топливо испаряется и проходит все реакции, подготавливающие его к воспламенению. Остальная часть топлива, распыливаемая в камере сгорания, воспламеняется в среде воздуха, имеющего высокую температуру, и поджигает горючую смесь, образующуюся над пленкой. Такой способ смесеобразования, называемый объемно-пленочным позволяет получить высокую экономичность дизеля при пониженной жесткости сгорания, делает процесс сгорания менее чувствительным к качеству топлива, тонкости распыливания и к скоростному режиму работы двигателя.

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.

С ростом быстроходности дизельных двигателей повышается их литровая мощность, поэтому неразделенные камеры сгорания получили широкое применение в современных двигателях. Развитие процесса сгорания в дизельном двигателе зависит от характеристики впрыска топлива, длительности периода задержки его воспламенения и интенсивности движения воздуха в камере сгорания.

Интервал времени между началом впрыска и воспламенением топлива составляет период задержки воспламенения. Он влияет на характер работы двигателя и зависит главным образом от свойств самого топлива, температуры в камере сгорания и угла опережения впрыска. При стандартном качестве топлива, если температура в камере сгорания возрастает, период задержки воспламенения уменьшается. Это снижает жесткость работы двигателя.

Для каждого двигателя в соответствии с условиями смесеобразования находят оптимальный период задержки, обеспечивающий сравнительно мягкую работу при достаточно высокой экономичности. Продолжительность периода задержки воспламенения зависит от нескольких факторов. От степени сжатия двигателя. Чем выше степень сжатия, тем выше температура сжатого воздуха и меньше время прогрева топлива. От формы камеры сгорания. Чем лучше она обеспечивает завихрение смеси и перемешивание топлива с воздухом, тем скорее завершается прогрев.От числа оборотов коленчатого вала. Увеличение числа оборотов до определенных пределов способствует сокращению задержки воспламенения, так как улучшаются условия смесеобразования: повышается температура сжатого воздуха, усиливается его завихрение. Однако по мере возрастания оборотов сокращается продолжительность впрыска, вследствие чего в камеру одновременно попадает много холодных частиц топлива, что замедляет их прогрев.

У быстроходных дизелей период задержки воспламенения по времени приближается к периоду впрыска, и топливо сгорает почти одновременно с резким нарастанием давления. Это является одной из причин, ограничивающих увеличение числа оборотов у дизельных двигателей. Продолжительность периода задержки зависит также и от эксплуатационных условий.

Топливо будет дольше прогреваться, если оно плохо распылено, если форсунка раньше времени впрыскивает топливо и оно попадает в недостаточно прогретый воздух, если топливо имеет высокую температуру самовоспламенения, если двигатель работает с малой нагрузкой, на холостом ходу и недостаточно прогрет.

На характер протекания процесса сгорания в значительной степени влияет момент впрыска топлива в цилиндр. Положение коленчатого вала, при котором должен начинаться впрыск, характеризуется величиной угла опережения впрыска. Последний зависит от степени сжатия двигателя, сорта применяемого топлива, формы камеры сгорания и некоторых других факторов. Для каждого типа двигателя наивыгоднейший угол опережения впрыска находится при испытании в лабораторных условиях.

При раннем впрыске, когда угол опережения больше наивыгоднейшего, работа становится жесткой. Кроме того, топливо может воспламениться преждевременно, и в этом случае сила давления газов будет действовать некоторое время на- встречу движущемуся поршню, мощность двигателя снизится. Частицы топлива, не успевая загореться в непрогретом воздухе, будут ударяться о стенки камеры, образуя жидкостную пленку, которая полностью не сгорит. Вследствие этого выхлоп получится дымный.

При позднем впрыске, когда угол опережения меньше наивыгоднейшего, горение будет протекать при значительно увеличивающемся объеме, снизится давление газов, увеличится теплоотдача стенкам цилиндра, а следовательно, снизятся мощность и экономичность двигателя.

Чтобы обеспечить нормальное протекание процессов смесеобразования и сгорания топлива в дизельном двигателе, необходимо: периодически проверять и регулировать форсунки и топливный насос, более полно загружать двигатель, избегая работы на холостом ходу, и применять только тот сорт топлива, который предусмотрен для данного двигателя. Качество распыливания 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.

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. Образование факела и его дальнобойность зависят от давления впрыска, диаметра соплового отверстия, плотности и подвижности воздуха. Чем больше давление впрыска и диаметр соплового отверстия, тем сильнее проникает факел вглубь камеры сгорания. Потоки воздуха в камере сгорания отклоняют факел впрыскиваемого топлива по направлению своего движения.

При эксплуатации форсунок следует учитывать, что установка распылителей с иным расположением отверстий, засорение или закоксование хотя бы одного отверстия у многосоплового распылителя приводит к нарушению факелов распыливания топлива, а в итоге — к нарушению смесеобразования и процессов сгорания. Если же распылители зависают и форсунка «льет» то возможно появление стуков, подобных стуку вкладышей коленчатого вала.

Условием нормального протекания рабочего цикла двигателя является умеренная скорость подачи топлива в начале впрыска, чтобы за период задержки воспламенения не накапливалось слишком много топлива в цилиндре. Тогда нарастание давления при воспламенении происходит плавно, а двигатель работает мягко.

Слишком большое опережение впрыска ведет к увеличению периода задержки воспламенения и жесткой работе двигателя, так как начало впрыска происходит в этом случае при сравнительно низких температурах в цилиндре. Малый угол опережения впрыска способствует развитию сгорания топлива в процессе расширения, что ухудшает температурный режим двигателя, вызывая его перегрев. Поэтому для получения лучших показателей работы двигателя завод-изготовитель устанавливает оптимальный угол опережения впрыска, который не допускается изменять при эксплуатации.

• Головний офіс
• адреса: м. Харків, вул. Каштанова, 33