Смесеобразование в дизелях

Процесс смесеобразования в дизелях начинается с момента подачи топлива в цилиндр топливным насосом через форсунку. Продолжительность его подачи занимает 20—40° поворота коленчатого вала. За этот период происходит не только смесеобразование, но и сгорание основной части топлива.

Кратковременность процесса смесеобразования и применение тяжелых топлив в дизелях приводят к получению неоднородной топливно-воздушной смеси.

В зависимости от способа смесеобразования дизели бывают с неразделенными и разделенными камерами сгорания.

Неразделенная камера сгорания представляет собой объем, ограниченный днищем поршня и крышкой цилиндра. Форма камеры сгорания обычно образуется конфигурацией головки поршня (рис. 16.10, а, б). В таких камерах сгорания вихревые токи, возникающие в цилиндре, не обеспечивают хорошего перемешивания топлива с воздухом.

Рис. 16.10. Формы неразделенных камер сгорания.

Хорошее перемешивание топлива с воздухом достигается за счет тонкости распыливания и достаточной дальности проникновения струй топлива. Для этого применяют многодырчатые форсунки с отверстиями малого диаметра (0,15—0,4 мм) и большим давлением впрыска, достигающим 100 МПа. При движении струи топлива с большими скоростями (150—400 м/с), вследствие трения о воздух, происходит ее разрушение на капельки размером 2—3 мк.

Полученная таким образом горючая смесь будет сгорать достаточно полно, если частички топлива равномерно распределены по всему объему камеры сгорания. Однако из-за кратковременности периода смесеобразования добиться указанного трудно. Поэтому сгорание топлива должно протекать при больших коэффициентах избытка воздуха (а = 1,6^-2): только при таких значениях а можно обеспечить полное сгорание топлива.

Неразделенные камеры сгорания обычно применяют в двигателях достаточно большой мощности, работающих с устойчивой нагрузкой. При переменных нагрузках качество смесеобразования в этих двигателях ухудшается, что снижает их экономичность.

В быстроходных дизелях небольшой мощности получили распространение разделенные камеры. В неразделенных камерах сгорания трудно обеспечить качественное распыливание малых порций топлива (нужны высокие давления впрыска топлива и диаметр сопел отверстий распылителя менее 0,15 мм). Разделенные камеры позволяют использовать более простую, дешевую и долговечную топливную аппаратуру, что снижает стоимость двигателя. При таких камерах обеспечивается устойчивое качество смесеобразования на переменных режимах работы. Двигатели с разделенными камерами сгорания бывают предкамерные и вихрекамерные.

Камера сгорания такого дизеля (рис. 16.11, а) состоит из предкамеры 2 и основной камеры 4. Объем предкамеры составляет 20—40% общего объема камеры сгорания. Предкамера 2 обычно располагается в крышке цилиндра и соединяется узким каналом 3 с основной камерой 4. В период сжатия воздух из цилиндра перетекает в предкамеру 2.

Впрыснутое через форсунку 1 в предкамеру топливо из-за недостатка воздуха сгорает частично. В результате этого давление в предкамере резко возрастает до 7—8 МПа, смесь продуктов сгорания и несгоревшего топлива с большой скоростью (200—400 м/с) перетекает в цилиндр. При этом несгоревшее топливо хорошо перемешивается с воздухом, находящимся в цилиндре, что обеспечивает быстрое и полное его сгорание.

Рис. 16.11. Формы разделенных камер сгорания:

а — предкамерного дизеля: 1 — форсунка; 2 — предкамера; 3 — канал; 4 — основная камера; б — вихрекамерного дизеля: 1 — форсунка; 2 — вихревая камера; 3 — канал; 4 — вставка из жароупорной стали.

Вихрекамерные дизели (рис. 16.11, б) имеют вихревую камеру 2 цилиндрической или шаровой формы, которая располагается в цилиндровой крышке. Нижняя часть камеры 2 выполняется в виде вставки 4 из жароупорной стали. Объем вихревой камеры составляет 50—80% общего объема камеры сгорания.

С цилиндром камера сгорания соединена тангенциально расположенным широким каналом 3. Благодаря этому в период сжатия обеспечивается вращательное движение воздуха, поступающего из цилиндра в камеру, как в камере, так и на выходе из нее, что позволяет добиться хорошего смесеобразования. В вихревой камере сгорает значительная часть топлива, остальное вместе с продуктами сгорания перетекает в цилиндр, где и догорает. Широкий канал между камерой и цилиндром позволяет по сравнению с предкамерным смесеобразованием значительно уменьшить потери на дросселирование.

Организованный характер вихревого движения воздуха в двигателях с разделенными камерами сгорания обеспечивает хорошее смесеобразование и полное сгорание топлива при, а = 1,3-М, 5. Качество смесеобразования в этих двигателях мало зависит от нагрузки двигателя.