Процес сумішоутворення в дизельних двигунах

Процес сумішоутворення у циліндрі дизельних двигунів триває кілька мілісекунд, що збігається з процесом згоряння палива. Від досконалості процесу утворення горючої суміші залежить своєчасність і повнота її згоряння і, врешті, техніко-економічні показники роботи двигуна.

Відрізок часу (0,001 – 0,005 с) від початку подачі палива до моменту його займання називається періодом затримки спалахування. Тривалість цього періоду залежить від температури повітря, фізико-хімічних властивостей палива, навантаження і частоти обертання колінчастого вала двигуна, кількості залишкових газів у циліндрі та інших факторів. Чим триваліший цей період, тим більше палива зосереджується у камері згоряння. Згоряння значної кількості палива має вибуховий характер, що зумовлює надто швидке зростання тиску у циліндрі, тобто збільшує „жорсткість” роботи двигуна і, як наслідок, зменшує його ресурс.

Період затримки займання (і „жорсткість” роботи двигуна) залежить і від способу сумішоутворення.

Об’ємне сумішоутворення – це використання для одержання горючої суміші всього об’єму камери згоряння. Швидке випаровування палива та змішування з повітрям досягається взаємним погодженням форм та розмірів факела палива й камери згоряння, що зумовлює відповідний рух заряду всередині камери.

При плівковому сумішоутворенні основна частина палива (до 95 %) подається на поверхню камери, де утворюється тонка паливна плівка, що нагрівається від дотику. Невелика частина палива, що розпилюється в об’ємі камери згоряння і згоряє у першу чергу, застосовується для підпалювання горючої суміші.

Залежно від розмірів і конструкції камер згоряння наведені способи можуть доповнюватися іншими.

Неподілена (однопорожнинна) камера згоряння – об’єм, обмежений поверхнями днища поршня, головки й гільзи циліндра. У більшості тракторних двигунів однопорожнинні камери виконані у поршнях.

Компактність таких камер згоряння і невеликі поверхні тепловіддачі зумовлюють мінімальні втрати теплоти, тому двигуни з однопорожнинними камерами згоряння характеризуються надійним пуском і економічністю. До недоліків належать: жорсткість роботи та необхідність впорскування палива під значним (15 – 20 МПа) тиском. Застосування плівкового сумішоутворення у дизелях з неподіленими камерами згоряння пом’якшує їхню роботу.

Поділена (двопорожнинна) камера згоряння – одна порожнина розміщена переважно у головці циліндрів, інша (основна) обмежується поверхнями днища поршня і головки циліндрів. Порожнини між собою з’єднуються вузьким каналом.

Кулеподібна камера у головці циліндрів називається вихровою. Під час такту стиску повітря з основної камери перекачується у вихрову, де завдяки її формі набирає складного руху, що сприяє кращому змішуванню повітря з паливом, швидшому прогріванню і займанню горючої суміші.

Основними перевагами дизелів з поділеними камерами згоряння є „м’якість” роботи і порівняно невисокий тиск впорскування палива (11 – 15 МПа), недоліками – відносно велика питома витрата палива, утруднений пуск при низьких температурах, оскільки через значну поверхню тепловіддачі втрачається багато теплоти.

У кожного двигуна є оптимальний кут випередження подачі палива: при збільшенні його робота стає „жорстокішою”, зменшенні – знижується потужність, двигун перегрівається і погіршується пуск.

Горіння відбувається у газовій фазі. Щоб окислювальні реакції могли розвиватися досить швидко, рідке паливо має перетворитися на пару й змішатися з повітрям. Найшвидше відбуваються процеси згоряння в однорідних сумішах, коли молекули палива рівномірно розміщуються між молекулами кисню.