Объемное смесеобразование в дизелях

Различают два способа: объемный и пленочный. В зависимости от размеров и конструкции камеры сгорания, один из этих способов может иметь преобладающее значение или только дополнять другой.

Объемное смесеобразование — это получение горючей смеси при испарении капель топлива, впрыскиваемого в объем воздушного заряда. Распределение топлива в объеме камеры сгорания для его быстрого испарения и смешивания с воздухом достигается взаимным согласованием формы и размеров факела топлива и камеры сгорания с движением воздушного заряда внутри камеры.

Для равномерного распределения топлива по всему объему камеры сгорания его впрыскивают через многодырчатые распылители форсунок. Качест­во смесеобразования при этом существенно зависит от наличия организованного вихреобразования потоков заряда в камере сгорания. Вихреобразование обеспечивается благодаря движению поршня и вытеснению заряда из наиболее узких мест надпоршневого пространства. В двухтактных дизелях вихреобразование дополнительно создается благодаря наклонному расположению продувочных окон во втулке цилиндра.

Если топливо распыливается в объеме однополостных (неразделенных) камер сгорания и лишь небольшая часть его попадает в пристеночный слой, то смесеобразование называют объемным. Такие КС имеют малую глубину и большой диаметр, характеризуемый безразмерной величиной – отношением диаметра КС к диаметру цилиндра: d_кс/D = 0,75¸0,85. Такая КС располагается обычно в поршне, причем оси форсунки, КС и цилиндра совпадают (рис. 8б).

Рабочий цикл дизелей с объемным смесеобразованием характеризуется следующими особенностями:

– смесеобразование обеспечивается путем мелкого распыливания топлива при высоких максимальных давлениях впрыскивания (р_впрmах=50¸150 МПа), турбулизация в КС возникает вследствие вытеснения воздуха из зазора между буртом поршня и головкой цилиндра при подходе поршня к ВМТ;

– равномерное распределение топлива в воздухе обеспечивается посредством взаимного согласования формы КС с формой и расположением топливных факелов;

– протекание процесса сгорания на номинальном режиме осуществляется при α = 1,50-1,6 и более, т.к. в результате неравномерного распределения топлива по объему КС при меньшем α не удается обеспечить бездымного сгорания, несмотря на согласование форм камеры и факелов, а также применения высокого давления впрыскивания;

– рабочий цикл характеризуется высокими максимальными давлениями сгорания р_z и большими скоростями нарастания давления Δр/Δφ;

– двигатели с объемным смесеобразованием имеют высокий индикаторный к.п.д. из-за сравнительно быстрого сгорания топлива у ВМТ и меньших потерь теплоты в стенки КС, а также хорошие пусковые качества.

Важное значение имеет поверхность топливных струй, через которую происходит диффузия паров топлива в окружающий воздух. Угол рассеивания топливных струй обычно не превышает 20°. Для обеспечения полного охвата струями всего объема камеры сгорания и использования воздуха число распыливающих отверстий форсунки теоретически должно быть i_c=360/20 = 18.

Величина проходного сечения распыливающих отверстий f_c определяется типом и размерами дизеля, условиями перед впускными органами. Она существенно влияет на продолжительность и давление впрыскивания, ограничена условиями обеспечения хорошего смесеобразования и тепловыделения. Поэтому при большом количестве распыливающих отверстий их диаметр должен быть небольшим. Чем меньше количество распыливающих отверстий, тем более интенсивно приводится во вращательное движение для полного сгорания топлива воздух, т.к. в этом случае заряд за характерный промежуток времени, принимаемый обычно равным продолжительности впрыскивания топлива, должен повернуться на больший угол. Это достигается применением винтового или тангенциального впускного каналов.

Создание вращательного движения заряда при впуске приводит к ухудшению наполнения цилиндров воздухом. Увеличение максимального значения тангенциальной скорости _tmax вызывает уменьшение _v

а) полусферическая типа дизелей ВТЗ; б) типа четырехтактных дизелей ЯМЗ и АМЗ; в) типа ЦНИДИ; г) типа дизелей "МАН"; д) типа "Дойтц"; е) типа дизеля Д-37М; ж) типа "Гессельман"; з) типа дизелей "Даймлер-Бенц"

При пленочном смесеобразовании основная часть топлива (до 95%) подается на поверхность стенки камеры, где и образуется тонкая топливная пленка. Здесь она получает тепло от нагретой поверхности камеры сгорания. Небольшая часть топлива, распыливаемая в объеме камеры сгорания и воспламеняющаяся в первую очередь, служит для поджигания горючей смеси, образующейся над пленкой.