Смесеобразование в дизелях

В отличие от бензиновых двигателей, где горючая смесь готовится сначала в карбюраторе, а затем во время процессов впуска и сжатия, в камеры сгорания дизелей топливо подается в конце такта сжатия за 10—20°угла поворота коленчатого вала до ВМТ и за 0,002—0,01 с (в пять—десять раз меньше, чем у карбюраторного двигателя) должно перемешаться с воздухом и сгореть. Несмотря на такую быстротечность сгорания, его условно разделяют на четыре фазы, первая из которых называется периодом задержки воспламенения (0,001—0,003 с). В это время происходит распад впрыскиваемого топлива на капли, их продвижение по камере сгорания, испарение, смешивание с воздухом и саморазгон 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 повышением уровня шума. Поэтому длительный период задержки самовоспламенения не желателен. Он зависит от температурных условий, сорта топлива, нагрузки двигателя и других факторов. Однако внутреннее смесеобразование в дизелях всегда определяет их 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, коэффициент избытка воздуха 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 по времени, полное использование всего воздуха в камере сгорания при минимально возможном значении а, а также максимально мягкую работу дизеля.

Большинство поставленных задач во многом рашаются путем выбора формы камеры сгорания. Различают неразделенные камеры сгорания (однополостные) (рис. 9.2, я, б) и разделенные (рис. 9.2, в).

Неразделенные камеры сгорания представляют собой камеру, образованную днищем поршня, когда он находится в ВМТ, и плоскостью головки блока цилиндров.

Разделенные камеры сгорания имеют основную и вспомогательную по­лости, соединенные каналом 11. Вспомогательная камера может быть не только сферической, как показано на рис. 9.2, #, но и цилиндрической. В первом случае она называется вихревой, во втором — предкамерой.

Рис. 9.2. Камеры сгорания дизелей: а, б — неразделенные; в — разделенная; / — форсунка; 2, 4— головка блока цилиндров; 3, 5, 12 — камеры сгорания в поршнях; 6 — поршень; 7— объ­емная струя топлива; 8 — пристеночная струя; 9 — распылитель форсунки; 10 — дополнитель­ная камера; 11 — канал

Разделенные камеры сгорания 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.

На качество смесеобразования также оказывает существенное 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.

При объемном смесеобразовании топливо впрыскивается непосредственно в толщу горячего 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, подаваемой форсункой 1.

Пленочное смесеобразование 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 смесеобразованиями 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.

Объемно-пленочное смесеобразование сочетает в себе процессы объемного и пленочного смесеобразования. Такой способ смесеобразования используется на отечественных двигателях ЗИЛ-645, где объемная камера сгорания располагается в поршне. Топливо впрыскивается из двухдырчатого распылителя форсунки, расположенной в головке цилиндра. Пристеночная струя направляется вдоль образующей камеры сгорания, создавая на ней пленку. Объемная струя располагается ближе к центру камеры сгорания. Такое смесеобразование дает хорошую эко­номичность, обеспечивает более мягкую работу дизеля и приемлемые пусковые качества.