Особенности смесеобразования в дизелях

Особенностью двигателей с самовоспламенением от сжатия, или, как их принято называть, дизелей (по имени изобретателя Р. Дизеля), является приготовление горючей смеси топлива с воздухом внутри цилиндров.

Испарением и воспламенение топлива осуществляются за счет высокой температуры и давления сжатого воздуха (к концу такта сжатия температура воздуха составляет 550- 700⁰ С, а давление —3,5—5,5 МПа). Следует отметить, что после начала горения смеси температура и давление в камере сгорания резко возрастают, что ускоряет процессы испарения и воспламенения остальных частиц факела топлива. Чтобы обеспечить наилучшие мощностные и экономические показатели работы дизеля, необходимо впрыскивать топливо в его цилиндры до прихода поршня в в.м.т. Угол, на который кривошип коленчатого вала не доходит до в.м.т. в момент начала впрыскивания топлива, называют углом опёрежения впрыскивания топлива. Для того- чтобы форсунка впрыскивала топливо с требуемым опережением, топливный насос должен начинать подавать топливо еще раньше. Это вызвано необходимостью иметь некоторое время на нагнетание топлива от насеа к форсунке. Угол, на который кривошип коленчатого вала не доходит до в. м. т. в момент начала подачи топлива из топливного насоса, называют углом опережения подачи топлива.

Требования к подготовке смеси. В отличие от бензиновых двигателей, где 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° до в.м.т. и за 0,002....0,01 с должно перемещаться с воздухом и сгореть. Это время в 5... 10 раз меньше, чем у карбюраторного двигателя. Сгорание происходит достаточно быстро, дизель работает жестко, в 2.. .3 раза жестче бензинового двигателя. Жесткость работы двигателя это скорость нарастания давления по углу поворота коленчатого вала. Поэтому требования к системе смесеобразования дизелей намного выше.

В связи с очень малым временем смесеобразования в дизелях для более полного сгорания топлива в цилиндры вводят воздуха больше, чем в бензиновых двигателях, — коэффициент избытка воздуха α =1,4...2,2.

Смесеобразование должно обеспечить равномерное перемешивание топлива с воздухом, постепенное сгорание топлива во времени, полное использование всего воздуха в камере сгорания при минимально возможном значении α, а также максимально мягкую работу дизеля.

Перечисленные требования во многом выполняются за счет

выбора формы камеры сгорания. Различают разделенные и неразделенные камеры сгорания.

Разделенные камеры применяют двух типов: с вихревой камерой и предкамерой. Первые широко применяют в дизелях легковых автомобилей, вторые — на грузовых и других тяжелых машинах.

Рассмотрим вихревую камеру. В головке цилиндров выполнена шаровая полость А (рис. 3, а) — вихревая камера, соединенная каналом с основной камерой (полостью Ь) над поршнем. При движении поршня вверх во время сжатия воздух с большой скоростью входит в вихревую камеру по касательной к ее стенкам, в результате чего закручивается со скоростью до 200 м/с. В этот вихрь воздуха температурой 700. .900 К форсунка 3 впрыскивает топливо. Топливо воспламеняется, давление повышается, и газы с недогоревшим топливом по каналу выбрасываются в основную камеру, где происходит догорание оставшегося топлива. Объем вихревой камеры составляет 40.. .60 % общего объема камеры сгорания.

Неразделенные камеры сгорания применяют в основном на дизелях грузовых автомобилей. Выемки в поршне образуют форму камеры в виде тора или усеченного конуса — дельтовидная и тороидальная камеры (рис. 3, б и в). Во время движения поршня вверх при сжатии воздух в углах выемки закручивается с большой скоростью. Форсунки впрыскивают часть топлива (до 60 %) в объем навстречу движению воздуха, остальную часть — на стена поршня. Топливо воспламеняется от высокой температуры воздуха та в объеме и по мере испарения со стенок поршня. Это смесеобразование объемно-пленочное.

Оценка двигателей с различными камерами сгорания. Вихревые камеры (разделенные) менее чувствительны к составу топлива и работают в более широком диапазоне частот вращения по сравнению с неразделенными камерами. Форсунки в них работают при меньшем давлении, а следовательно, не требуют столь высокой точности изготовления и потому дешевле. Однако при использовании неразделенных камер экономичность двигателя выше, его пусковые качества лучше (особенно холодного двигателя). Удельный расход топлива двигателей с неразделенными камерами сгорания составляет 210...240 г/(кВт ·ч), с вихревыми — 250...270 г/ (кВт ·ч).

Существуют двигатели с пленочным смесеобразованием (фирма МАN и др.),. где топливо подается на стенки поршня и по мере испарения сгорает. Работа таких двигателей «мягче», а экономичность выше.

Рис. 3. Камеры сгорания дизелей:

а - вихревая (фирмы Перкинс.); б— дельтовидная (в двигателе Д-245); в — тороидальная (в автомобилях КамАЗ); 1— вставка вихревой камеры; 2-. головка цилиндров; 3— форсунка; А — полость вихревой камеры; Б— полость в поршне

Конструкции камер сгорания дизелей: а-с неразделенной камерой сгорания (с объемным смесеобразованием); б- с неразделенной камерой сгорания (с объемно- пленочным смесеобразованием) в- с разделенной камерой сгорания (вихрекамерная)

1-форсунка; 2, 4-головка блока; 3-неразделенная камера сгорания; ; 5- камера сгорания; 6- поршень; 7- объемная струя; 8- пленочная струя; 9-распылитель форсунки; 10-дополнительная камера; 11- канал; 12-основная камера.