Лекция 9
СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕ В ДИЗЕЛЕ
1. Классификация камер сгорания
2. Способы смесеобразования
2.1. Объемный способ смесеобразования
2.2. Пленочный и объемно-пленочный способы смесеобразования
2.3. Сравнительная оценка различных способов смесеобразования
3. Распыление топлива
4. Образование горючей смеси и воспламенение 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.
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
Камеры сгорания, показанные на рис. 1, 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.