137. Сумішоутворення в дизелі

Сумішоутворення в дизелі здійснюється в кінці ходу стиску і початку ходу розширення і займає короткий проміжок часу, що відповідає 20...60º кута повороту колінчастого валу. Паливо-повітряна суміш утворюється за рахунок інтенсивного перемішування повітряного потоку заряду з паливом вприснутим у циліндр двигуна (в початковий період), і парами палива, про-дуктами неповного згорання і відпрацьованими газами (в наступні періоди).

Індикаторні та ефективні показники роботи дизеля в значній мірі зале-жать від процесу сумішоутворення. Сумішоутворення в дизелі відбувається в два етапи:1) розподілення крапель в просторі згорання (макросумішоутворення); 2)мікросумішоутворення в результаті випаровування палива і дифузії його парів.Сумішоутворення складається з ряду фізичних процесів: дроблення струменю на краплі (розпилювання), нагрівання та випаровування палива і його розподілення по камері згорання. Більшість з цих процесів протікає од-ночасно. Нагрівання та випаровування палива здійснюється за рахунок теп-лової енергії газового заряду. Після початку видного згорання температура і тиск в камері зростають, що різко прискорює процеси нагрівання і випарову-вання крапель.Паливо по камері згорання розподіляється за рахунок кінетичної енергії струменів палива і рухомого повітряного заряду.У сучасних автотракторних дизелях реалізуються об’ємне, об’ємно-плівкове та плівкове сумішоутворення.При цьому застосовуються два типи камер згорання:1)однопорожнинні нерозділені камери згорання з безпосереднім вприскуванням палива, в яких весь об’єм робочої суміші розмі-щується в одній порожнині;2)розділені камери згорання, весь об’єм яких розділений на дві частини; в надпоршневому просторі і в спеціальній камері, куди вприскується все паливо.

138.Сумішоутворення в нерозділених камерах згоряння.Нерозділені камери згоряння (рис. 1.1) найчастіше використовуються в автомобільних дизелях із значним діаметром циліндра (D100 мм). Головні їх переваги: про-стота конструкції, можливість забезпечення найвищої паливної економічнос-ті дизеля при порівняно невеликих ступенях стиску і непогані пускові якості. Основні недоліки дизелів з нерозділеними камерами пов’язані з гіршою якістю сумішоутворення на нерозрахункових режимах внаслідок порушення уз-годження характеристик вприскування і направленого руху повітряного за-ряду; високою жорсткістю роботи дизеля; підвищеними вимогами до палив-ної апаратури і якості палива. В нерозділених камерах згоряння реалізується об’ємне, плівкове та об’ємно-плівкове сумішоутворення.Якщо паливо розпилюється в об’ємі камери згорання і лише невелика частина його потрапляє в пристіночний шар, то сумішоутворення називають об’ємним.Об'ємне сумішоутворення здійснюється в нерозділених (однопорож-нинних) неглибоких, значного діаметра (dк.з./D =0,75...0,85) камерах згорання, наприклад, типу «Гесельман» (рис. 1.1 а). При цьому способі основна части-на палива вприскується і розміщується в об’ємі над поршнем. Значна доля енергії, яка витрачається на сумішоутворення, складається із кінетичної енер-гії вприскування і розпилювання палива. Тому паливна апаратура повинна забезпечити проникнення факелів розпиленого палива до периферії камери згоряння, максимально заповнити ними і їх парою весь її об’єм, а в середині факелів забезпечити дрібне і однорідне розпилювання і рівномірне розподі-лення капель палива. Ці вимоги жорсткі і суперечні. Вони забезпечуються шляхом узгодження різних параметрів і факторів. Необхідна далекобійність факелів розпиленого палива забезпечується підбором розмірів соплових отворів форсунки (dр=0,15...0,25 мм) і тиску вприскування (рв = 80...100 МПа, а іноді і вище); заповнення об’єму камери згорання факелами розпиленого палива кількістю розпилюючих отворів (nр=6...10); дрібність і однорідність розпилення - застосуванням високого тиску вприскування і розпилюючих отворів форсунок малого діаметра тощо. Перелічені вимоги до паливної апа-ратури ускладнюють її конструкцію і знижують надійність в експлуатації.

Для забезпечення ефективного сумішоутворення в циліндрах цих дизе-лів організується направлений рух повітряного заряду, узгоджений за інтен-сивністю з кількістю паливних факелів. При цьому заряд, який рухається, заповнює дрібними каплями і парою палива міжфакельний простір. Досвід свідчить, що однаково погіршує показники дизеля як надмірна (перезавих-рювання), так і недостатня (недовихрювання) інтенсивність руху заряду.Утворення направленого руху заряду необхідної інтенсивності досяга-ється різними конструктивними засобами.

Теплообмін між повітряним зарядом і паливом, який забезпечує випа-ровування останнього, відбувається переважно в об’ємі факела розпиленого палива. Тому, деформація факелів, що рухаються, збільшує об’єм і приско-рює сумішоутворення. Змішування пари палива з повітрям відбувається за-вдяки дифузії: пара палива дифундує в напрямку поверхні факела, де концен-трація палива значно менша, ніж у ядрі. Досліди свідчать, що значний вплив на якість сумішоутворення має теплообмін у верхівках паливних факелів.При оптимальній організації об’ємного способу сумішоутворення за-безпечується максимальна економічність дизеля. Однак це досягається завдя-ки підвищенню жорсткості його роботи і ускладненню конструкції системи живлення паливом, що знижує експлуатаційну надійність і довговічність її двигуна. Бажання позбутися цих недоліків і при цьому зберегти досягнуту економічність привело до розробки дизелів з напіврозділеними камерами згоряння, виконаними у поршні.

139.Сумішоутворення в розділених камерах згорання. а - вихрова; б - передкамера; в - передкамера з виступом-витискувачем; 1 - допоміжна камера; 2 - основна камера; 3 – го-рловина; 4 - виступ-витискувачМета Розділені камери згоряння складаються з основної і допоміжної порожнини, які з’єднуються горловиною … розділення полягає у підвищенні енергії повітряного заряду, який рухається в камері згоряння, для покращення сумішоутворення. Тому основні перевага дизелів з цими камерами згоряння такі: висока якість згоряння без димлення при порівняно малих значеннях коефіцієнта надлишку повітря (=1,20...1,25); порівняно невисока токсичність відпрацьованих газів, завдяки якісному згорянню; відносно низькі вимоги до паливної апаратури, тому що функції сумішоутворення виконує головним чином повітряний заряд якому надається направлений рух, мала чутливість до сорту палива і якості його розпилювання, невисокі значення максимального тиску газів у надпор-шневому просторі і ступінь зростання тиску при згоранні (м’яка робота дизе-ля), стабільність показників робочого процесу із зміною швидкісного і наван-тажувального режимів роботи. До недоліків розділених камер згорання можливо віднести: складність пуску за рахунок того, що поверхня тепловіддачі велика (поверхня камери згорання); підвищена питома витрата палива – внаслідок значних втрат на перетікання з одної порожнини камери в іншу.Вихрова камера (рис. 1.2 а) складається з основної 2 і допоміжної 1 (у головці блоку) з’єднаних горловиною 3, вісь якої спрямована по дотичній до внутрішньої поверхні сфери, що сприяє створенню направленого вихрового руху заряду. Швидкість перетікання заряду через горловину і швидкість руху заряду у вихровій камері сягають 100...200 м/с в залежності від відносної ве-личини об’єму вихрової камери згорання (Vв.к./Vc) і відносної величини прохі-дного перерізу горловини (fг/Fп, Fп – площа поршня).При перетіканні повітря у вихрову камеру кінетична енергія вихору пе-ретворюється у теплову. Тому середня температура повітря у вихровій камері вище температури повітря у циліндрі, а це при інших умовах сприяє запаленню палива у вихровій камері.Струмені палива, що надходять з форсунки, рухаються зарядом (пото-ком повітря) викривляються. Дрібні частки утворюють об’ємну суміш, а кру-пні розмазуються по поверхні камери у вигляді плівки. Потім це паливо ви-паровується, утворюючи на периферії камери згорання перезбагачену робочу суміш. Таким чином, тут мають місце елементи плівкового сумішоутворення.Нижню частину вихрової камери нерідко виконують з’ємною, теплоі-зольованою. Температура горловини вихрової камери може сягати 600...650ºС. Повітря, перетікаючи через неї додатково нагрівається, що спри-яє інтенсивному сумішоутворенню.Об’єм вихрової камери складає 50...60% об’єму камери згорання. В цей об’єм подається вся порція палива, створюється збагачена суміш, яка запалюється. Тиск у вихровій камері перевищує тиск у циліндрі двигуна і за рахунок цього паливо-повітряна суміш, що горить, перетікає в основну камеру, де є значна частина ще не використаного для горіння повітря.У передкамерному дизелі (рис. 1.2 б) відносний об’єм додаткової поро-жнини і переріз горловини виконуються меншими, ніж у вихрокамерних ди-зелів (Vп.к. 20...40% Vк.з). Цим забезпечується значне підвищення швидкості перетікання заряду (до 300...320 м/с) через горловину, що, в деякій мірі, ком-пенсує відсутність його направленого вихрового руху в камері. Паливо впри-скується назустріч потоку повітря. Виникає інтенсивна турбулізація, яка сприяє якісному сумішоутворенню. Після самозаймання перенасичена суміш, що горить, перетікає з високою швидкістю в основну камеру згоряння і, тим самим, забезпечує швидке і достатньо повне догорання палива навіть при невеликому значенні коефіцієнта надлишку повітря. Передкамерні дизелі менш чутливі до сорту палива і умов роботи, ніж вихрокамерні. Однак вони мають більші втрати енергії на перетікання з камери в камеру, а також в сис-тему охолодження, і тому менш економічні.В останні роки увагу автомобілебудівників привертають передкамерні дизелі з виступом-витискувачем на поршні (рис. 1.2 в). Цей виступ переміщу-ється у горловині передкамери і підвищує інтенсивність турбулізації заряду. Завдяки цьому забезпечуються якісні сумішоутворення і згоряння, а в ре-зультаті підвищується економічність і знижується токсичність відпрацьова-них газів. Недоліки: складність пуску двигуна, підвищена питома витрата повітря.