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, продуктами неповного згорання і відпрацьованими газами (в наступні періоди).

Індикаторні та ефективні показники роботи дизеля в значній мірі залежать 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 одночасно. Нагрівання та випаровування палива здійснюється за рахунок теплової енергії газового заряду. Після початку видного згорання температура і тиск в камері зростають, що різко прискорює процеси нагрівання і випаровування 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 розміщується 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: простота конструкції, можливість забезпечення найвищої паливної економічності 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 узгодження характеристик вприскування і направленого руху повітряного заряду; високою жорсткістю роботи дизеля; підвищеними вимогами до паливної 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 (однопорожнинних) неглибоких, значного діаметра (dк.з./D =0,75...0,85) камерах згорання, наприклад, типу «Гесельман» (рис. 1.1 а). При цьому способі основна частина палива вприскується і розміщується в об’ємі над поршнем. Значна доля енергії, яка витрачається на сумішоутворення, складається із кінетичної енергії 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 розподілення 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 апаратури ускладнюють її конструкцію і знижують надійність в експлуатації.

Для забезпечення ефективного сумішоутворення в циліндрах цих дизелів організується направлений рух повітряного заряду, узгоджений за інтенсивністю 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 (перезавихрювання), так і недостатня (недовихрювання) інтенсивність руху заряду. Утворення направленого руху заряду необхідної інтенсивності досягається різними конструктивними засобами.

Теплообмін між повітряним зарядом і паливом, який забезпечує випаровування останнього, відбувається переважно в об’ємі факела розпиленого палива. Тому, деформація факелів, що рухаються, збільшує об’єм і прискорює сумішоутворення. Змішування пари палива з повітрям відбувається завдяки дифузії: пара палива дифундує в напрямку поверхні факела, де концентрація 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 забезпечується максимальна економічність дизеля. Однак це досягається завдяки 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.