Способы смесеобразования в дизелях: Основные способы смесеобразования в дизельных двигателях

Содержание

Основные способы смесеобразования в дизельных двигателях

Для наиболее равномерного распределения топлива по всему объему камеры сгорания применяют многодырчатые форсунки, создающие не одну, а несколько струй топлива: эти струи образуют общий факел распыливания.

Относительно небольшая поверхность камеры сгорания у двигателей с непосредственным впрыском топлива способствует снижению тепловых потерь и соответственно увеличению количества тепла, превращаемого в полезную работу. Поэтому двигатели с непосредственным впрыском топлива отличаются наибольшей топливной экономичностью и хорошими пусковыми качествами.

К недостаткам дизельных двигателей этого типа относятся более жесткая работа, вызываемая высокими темпами нарастания давления.

Жесткость работы двигателя тем меньше, чем короче период задержки воспламенения топлива. Чтобы ускорить процесс подготовки топлива к самовоспламенению и, следовательно, уменьшить жесткость работы двигателя, факел распыливания поступающего в цилиндр топлива направляют так, чтобы частицы топлива попадали на наиболее нагретые участки камеры. Если камера сгорания расположена в днище поршня, топливо направляют на стенки углубления в днище, имеющие высокую температуру.

Рис. 1. Камера сгорания в поршне дизельного двигателя с непосредственным впрыском топлива:
1 — поршень; 2 — камера сгорания

Компактные камеры сгорания двигателей с непосредственным впрыском топлива позволяют получить быстрое протекание процесса смесеобразования, что необходимо при повышении частоты вращения. С ростом быстроходности дизельных двигателей повышается их литровая мощность, поэтому они получили широкое применение в современных автомобилях.

У предкамерных дизельных двигателей камера сгорания разделена на две части: большая, основная, ее часть 2 находится над поршнем, а меньшая (около 30%) вынесена в предкамеру. Особенность рабочего процесса таких двигателей заключается в том, что топливо впрыскивается ие в основное пространство камеры сгорания, а в предкамеру, соединенную с ним одним или несколькими отверстиями. Частично сгорая в предкамере, оно значительно повышает давление в ней. Под действием этого давления остальное топливо поступает в основную камеру сгорания. При этом оно хорошо распыливается и интенсивно перемешивается с воздухом в надпоршневом пространстве.

Рис. 2. Камера сгорания вихревого типа:
1 — вихревая камера; 2 — горловина; 3 — основная камера в днище поршня

Рис. 3. Камера сгорания дизельного двигателя предкамерного типа:
1 — предкамера; 2 — основная ка. мера в днище поршня

Благодаря высокой температуре в предкамере топливо хорошо подготавливается к сгоранию в основной камере, куда оно выбрасывается с большой силой, способствующей эффективному внутреннему смесеобразованию и наиболее полному сгоранию.

При этом давление в цилиндре нарастает равномерно, и пред-камерный дизельный двигатель работает более мягко, чем двигатели с непосредственным впрыском топлива.

Дизельные двигатели предкамерного типа обеспечивают устойчивую работу без дымления в широком диапазоне частоты вращения, допускают меньшее давление впрыска топлива и весьма нетребовательны к сорту применяемого топлива.

К недостаткам описываемых двигателей относятся затрудненный их пуск в холодном состоянии и повышенный расход топлива.

В двигателях с вихревыми камерами сгорания предусматривается наибольшее завихрение воздуха в процессе сжатия. Вихревая камера чаще всего представляет собой тело вращения. Она соединяется с надпоршневой полостью горловиной, направленной тангенциально по отношению к днищу поршня. Во время такта сжатия воздух, протекающий из надпоршневого пространства в камеру сгорания, сильно завихряется. Форсунку надо располагать так, чтобы струи впрыскиваемого топлива попадали в поток протекающего в камеру воздуха и интенсивно перемешивались с ним.

Вихревая камера занимает от 50 до 70% всего объема камеры сгорания. Топливо, попадая в вихревую камеру, частично сгорает в ней, а остальная часть под действием высокого давления выбрасывается в надпоршневое пространство, где полностью сгорает.

Повышение скорости перетекания воздуха улучшает смесеобразование, что позволяет увеличить быстроходность и повышает эффективность работы двигателя при любой частоте вращения вала.

Поскольку внутреннее смесеобразование осуществляется в основном в результате интенсивного завихрения воздуха, уменьшаются требования к тонкости распыливания топлива форсункой и равномерному распределению его по всему объему камеры. Благодаря этому на двигателях с вихревыми камерами можно устанавливать форсунки с одним отверстием в распылителе. Допускается также меньшее давление впрыска топлива. Для лучшего смесеобразования в надпоршневом пространстве на днище поршня под выходным отверстием соединительной горловины делают выемку.

В отличие от предкамерных дизельных двигателей двигатели с вихревыми камерами обладают лучшими пусковыми качествами.

Однако, как и у других двигателей с разделенной камерой, у них бывают дополнительные тепловые и газодинамические потери, вызываемые увеличенной поверхностью камеры сгорания и сопротивлением перетеканию воздуха и газов через горловину с относительно небольшим поперечным сечением. Поэтому полезная отдача у них ниже, чем у двигателей с неразделенной камерой.

В нашей стране двигатели с разделенными камерами сгорания преимущественно применяют на тракторах.

Способы смесеобразования в дизелях — Энциклопедия по машиностроению XXL

Способы смесеобразования в дизелях  [c.424]

Параметры скорости процесса сгорания представляют собой константы, величины которых зависят от конкретных физико-химических условий осуществления процесса сгорания в двигателе. Поскольку параметрами скорости сгорания учитывается суммарное влияние этих физико-химических условий, они имеют сложную природу. Поэтому одной из ближайших задач должно явиться экспериментальное исследование рабочих циклов двигателей внутреннего сгорания при самых разных условиях с целью выявления влияния отдельных физико-химических, а также конструктивных факторов на величину параметров скорости процесса сгорания. В первую очередь следует накапливать опытные данные по влиянию на кинетические константы таких факторов, как степень сжатия, наддув, число оборотов двигателя, нагрузка, впрыск воды, род и сорт топлива, коэффициент избытка воздуха, угол опережения воспламенения (впрыскивания), род зажигания, расположение и число свечей, форма камеры сгорания, способ смесеобразования в дизелях (давление распыливания, форма струи, степень и характер завихрений воздуха, предварительный кратковременный впрыск и др.) и т. д. Когда в этом направлении будет накоплен достаточный опытный материал, можно будет направленно воздействовать на процесс сгорания в нужную сторону.  

[c.86]


Ориентировочные значения параметров сгорания в зависимости от способа смесеобразования в дизелях  [c.121]

Способы смесеобразования в дизелях. По способу образования горючей смеси (смесеобразования) дизели, делятся на однокамерные — со струйным распыливанием (рис. 8, а) и двухкамерные, которые подразделяются на вихрекамерные с выносной камерой в крышка (рис. 8, б), предкамерные (рис. 8, е) и с камерой в поршне (рис. 8, г).  [c.46]

Выбор степени сжатия для дизелей прежде всего определяется формой камеры сгорания и способом смесеобразования. В зависимости от этих параметров значения степени сжатия е дизелей находятся в пределах  [c.75]

Наибольшее давление сгорания в дизелях выше, чем в карбюраторных двигателях, и в значительной мере оно определяется задержкой воспламенения и принятым в данном двигателе способом смесеобразования. В подавляющем большинстве случаев наибольшие давления сгорания наблюдаются в дизелях с неразделенными камерами сгорания, в которых жесткость выше, чем в других типах дизелей.  [c.133]

В двигателях внутреннего сгорания с внутренним смесеобразованием В среду сильно сжатого и нагретого до 500…600 °С воздуха через форсунку 3 впрыскивается жидкое топливо, которое самовоспламеняется и постепенно сгорает. Распыление жидкого топлива в форсунке может осуществляться воздухом, сжатым в специальном компрессоре (компрессорные дизели), или механическим способом с помощью топливного насоса (бескомпрессорные дизели).  

[c.110]

Цетановые числа дизельных топлив лежат в пределах 35ч-60. Необходимым условием для лучшего сгорания топлива в двигателе дизеля является хорошее перемешивание распыленного топлива с воздухом смесь топлива и воздуха должна быть по возможности однородной. В дизеле процесс получения рабочей смеси сложнее, чем в карбюраторном двигателе, так как он происходит непосредственно в камере сгорания двигателя, а время, отводимое на процессы смесеобразования, значительно меньше. При плохом распределении топлива по объему камеры сгорания смесь по составу будет неоднородной. Неудовлетворительное распыление топлива ухудшает качество рабочей смеси. В дизеле, где смесь обычно неоднородна по составу и неравномерно распределена по камере сгорания, воздуха для сгорания требуется больше, чем это теоретически необходимо. Расход воздуха у дизелей составляет примерно 20 -f- 25 кг на I кг топлива, т. е. в 1,5-н 2 раза больше, чем в карбюраторных двигателях. Качество рабочей смеси зависит от способов смесеобразования, которые могут быть разделены на три группы.  

[c.283]


По конструкции их разделяют на поршневые и роторные. В поршневых двигателях расширяющиеся при сгорании топлива газы перемещают поршень, возвратно-поступательное движение которого преобразуется во вращательное движение коленчатого вала. В зависимости от способов смесеобразования и воспламенения поршневые двигатели делятся на две основные группы. К первой относятся двигатели с внешним смесеобразованием и принудительным воспламенением. Самыми распространенными двигателями первой группы являются карбюраторные, в которых смесь образуется вне цилиндров в специальном приборе — карбюраторе, а воспламеняется в цилиндре электрической искрой. Ко второй группе относятся дизели — двигатели с внутренним смесеобразованием и воспламенением от сжатия. В дизелях смесь образуется в процессе впрыскивания топлива в цилиндр, а затем самовоспламеняется под воздействием высокой температуры.  
[c.12]

В зависимости от устройства камеры сгорания, определяющего способ смесеобразования, различают два основных типа дизелей дизели с неразделенными камерами сгорания, называемые также дизелями с непосредственным впрыском топлива, и дизели с разделенными камерами сгорания.  [c.56]

Преимущества и недостатки дизелей с различными способами смесеобразования заключаются в следующем.  [c.57]

Степени сжатия е автомобильных и тракторных дизелей в основном определяются способом смесеобразования и оборотностью и изменяются в следующих пределах  

[c.14]

По способу смесеобразования и воспламенения топлива поршневые двигатели внутреннего сгорания разделяются на две группы а) с внешним смесеобразованием и принудительным зажиганием от электрической искры (карбюраторные и газовые) и б) с внутренним смесеобразованием и воспламенением от соприкосновения с воздухом, сильно нагретым в цилиндре путем высокого сжатия (двигатели с воспламенением от сжатия или дизели).  [c.8]

По способу смесеобразования с внутренним смесеобразованием, в которых рабочая смесь образуется внутри рабочего цилиндра в результате распыливания топлива, впрыскиваемого в цилиндр насосом под высоким давлением,— дизели, двигатели калоризаторные, а также легкого топлива, имеющие непосредственный впрыск топлива в цилиндр  [c.6]

Величина степени повышения давления для дизелей устанавливается по опытным данным в основном в зависимости от количества топлива, подаваемого в цилиндр, формы камеры сгорания и способа смесеобразования. Кроме того, на величину Я, оказывает влияние период задержки воспламенения топлива, с увеличением которого степень повышения давления растет  [c.53]

Пусковые качества дизелей зависят от способа смесеобразования. Лучшими пусковыми качествами обладают дизели с непосредственным впрыском благодаря меньшей теплоотдаче в стенки камеры сгорания, которая вследствие компактности имеет относительно малую величину поверхности охлаждения. В двигателях с разделенными камерами сгорания, поверхность охлаждения которых сильно развита, тепловые потери имеют большую величину. Поэтому эти двигатели для получения необходимой темпе-  [c.417]

Как будет показано ниже, в дизелях значения параметра колеблются в зависимости от способов осуществления процессов смесеобразования и сгорания в пределах от О до 0,2, а в будущем, по мере совершенствования этих процессов, можно ожидать значений т =0,4. Вычисленные значения х показывают, что для т, >0,15 приближенный закон сгорания (5) становится неверным. А для значений т , близких к нулю, как было выяснено выше, максимальная скорость сгорания становится слишком большой. Только для значений 0,10,15 отпадают отмеченные про-  [c.15]

Сопоставим часть характеристик выгорания рассмотренных выше дизелей, отличающихся различными способами смесеобразования и разными условиями работы. На фиг. 18 приведены логарифмические анаморфозы соответствующих характеристик выгорания. Анаморфоза характеристики выгорания, полученная для тракторного газогенераторного двигателя ХТЗ Д2Г, сопоставлена с анаморфозами характеристик выгорания дизелей, потому что, как показало исследование (см. стр. 72), процесс сгорания в газогенераторном двигателе по характеру сгорания, определяемого показателем /тг, подобен процессам сгорания в дизелях.  [c.64]


Расчет показателей цикла для разных 6 выполняется при неизменной продолжительности сгорания и постоянном показателе сгорания т. Принятые условия могут быть обоснованы сле-дуюш,им образом. Величина параметра сгорания или величина средней скорости сгорания для данного дизеля в основном определяется степенью турбулизации (завихренности) рабочего тела, которая, в свою очередь, зависит от числа оборотов двигателя. Так как расчет ведется для одного скоростного режима и затухание вихрей не может сколько-нибудь заметно проявиться при сдвиге момента воспламенения на 20—30°, естественно предположить при неизменном скоростном режиме, что практически постоянно. Опыты, правда, в небольшом числе, подтверждают данное предположение. Что касается показателя т, то он зависит в первую очередь от способа смесеобразования следовательно, изменение 6 не должно влиять на величину показателя т.  [c.145]

Тип и параметры форсунки для конкретного дизеля выбирают исходя из особенностей распыливания в соответствии с принятым для дизеля способом смесеобразования.  [c.319]

В зависимости от способа смесеобразования камеры сгорания дизелей разделяются на два основных типа 1) неразделенные камеры сгорания, или камеры сгорания непосредственного впрыска, и 2) разделенные камеры, к числу которых относятся вихревая камера, предкамера и другие камеры.  [c.122]

В дизелях описанный выше способ повышения мощности уже использован этим способом можно повысить литровую мощность лишь в двигателях с меньшими степенями сжатия, г. е. в карбюраторных двигателях. При внешнем смесеобразовании, однако, степень сжатия ограничивается качеством применяемого бензина. При несоответствии качества бензина степени сжатия двигателя в нем возникает детонационное горение. Применение высокооктановых топлив дает возможность повысить степень сжатия у двигателей с принудительным зажиганием до 10—11. При даль-  [c.48]

Поршень подвергается воздействию значительных механических и термических нагрузок от действия газовых и инерционных сил. Он надежно уплотняет камеру сгорания, препятствует попаданию в нее лишнего количества масла и передает действующие на него силы шатуну и коленчатому валу. Обеспечение надежной работы поршня при форсировании дизеля является одной из наиболее трудных задач. Повышение температуры поршня сверх допустимых пределов приводит к прогарам днища и загоранию поршневых колец. Материал поршня должен обладать малой плотностью, хорошей износоустойчивостью и прочностью при работе в условиях повышенных температур, а также невысоким коэффициентом линейного расширения. Форма днища поршня зависит от способа смесеобразования. На двигателях с непосредственным впрыском применяется камера сгорания с кольцевым углублением по периферии поршня, обеспечивающим отвод тепла от днища и предохраняющим зоны поршневых колец от перегрева.  [c.48]

В зависимости от принципа смесеобразования и способа регулирования в состав этих систем входят различные устройства. Поскольку на современных тракторах отечественного производства применяются двигатели исключительно с внутренним смесеобразованием и качественным регулированием (дизели), а двигатели с внешним смесеобразованием и количественным регулированием (карбюраторные двигатели) используются только как пусковые устройства, основное внимание при рассмотрении вопросов смесеобразования, систем питания и их элементов будет уделено дизелям. Питание карбюраторных двигателей будет рассмотрено только применительно к пусковым д. в. с.  [c.70]

По способу смесеобразования бескомпрессорные дизели делятся на двигатели со струйным смесеобразованием (рис. 74, а), двигатели с предкамерой (рис. 74,6) и Гс вихревой камерой (рис. 74, б). В двигателях со струйным смесеобразованием топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания. В этих двигателях скорость движения воздуха в камере сжатия мала, поэтому для хорошего перемешивания топлива с воздухом впрыск его производится под большим давлением (300—400 бар, а в отдельных случаях до 1400 бар). Для улучшения смесеобразования днища поршней этих двигателей изготовляют фигурными, приспособленными к форме струи топлива, выбрасываемой форсункой. Для улучшения распыливания топлива форсунка имеет несколько отверстий (3—9). Чем больше отверстий, тем лучше распространяется топливо по камере сгорания. При данном способе смесеобразования стремятся к тому, чтобы впрыснутое топливо не попадало на стенки камеры сгорания, так как попадание топлива на стенки, температура которых ниже 200 или 400° С, затрудняет смесеобразование, ведет к повышенному нагарообра-зованию и ухудшает показатели работы дизеля. Компактность неразделенных камер сгорания и малые удельные поверхности теплоотдачи обусловливают минимальные тепловые потери, поэтому преимуш,еством дизелей с неразделенной камерой сгорания являются высокие экономические показатели и более легкий пуск, чем у дизеля с разделенными камерами.  [c.171]

Процесс работы четырехтактного дизеля отличается от работы карбюраторного двигателя способом смесеобразования и воспламенения рабочей смеси. Основное отличие работы дизеля заключается в том, что в его цилиндр при такте впуска засасывается атмосферный воздух, который при такте сжатия сильно сжимается (до 3,5—4,0 Мн1м ). В конце такта сжатия в среду сжатого и раскаленного вследствие высокой степени сжатия (е=12—18) воздуха с помощью насоса высокого дав-, Таблица 34-1  [c.418]

Форсунка (рис. 77, а) предназначена для впрыскивания, распределения по камере сгорания и распыливания топлива, подаваемого топливным насосом. Топливо по трубопроводу высокого давления 1 поступает в щелевой фильтр 2 и из него по сверлениям 3 и 4 в корпусе форсунки 5 попадает в наконечник форсунки 6. По сверлению в наконечнике топливо попадает к игле форсунки 7 и воздействует на ее конус 10 (рис. 77, б). Игла поднимается, сжимает пружину 9, и топливо через центральный канал и рас-пыливающие отверстия сопла 8 впрыскивается в камеру сгорания дизеля. После прекращения подачи топлива насосом высокого давления игла форсунки под воздействием пружины садится на седло. Форсунки, в зависимости от способа смесеобразования, имеют различную конструкцию распыливающей части. На дизелях со струйным смесеобразованием обычно применяют многодырчатые, распылители, на вихрекамерных и предкамерных дизелях — однодырочные распылители со штифтом на конце иглы, который входит внутрь распыливающего отверстия и образует кольцевое проходное сечение (рис. 77, в).  [c.175]


В вихревых камерах (фиг. 120) смесеобразование осуществляется при помощи сильных вихревых движений воздуха, получаемых в результате придания камере специальной формы. При этом способе смесеобразования камера сгорания делится на две части первая, составляющая от 50 до 80% от всего объема камеры, расположена в крышке цилиндра, а вторая —в цилиндре двигателя. Обе части.соединены между собой широким каналом. Процесс вихреобразования в этих камерах закономерен и достаточно устойчив. При интенсивном вихревом движении сокращается период задержки воспламенения. Давление распылива-ния топлива у вихрекамерных дизелей невелико (100-ь 120 ата).  [c.284]

Предназначен в основном для установки на шасси грузовых автомобилей большой грузоподъемности, самосвалов, тягачей, автокранов, насосных станций, буровых установок и др. Дизели отличаются высокой экономичностью ( ет1п = 175 г Л. с. -ч) (65,6 гШдж), способ смесеобразования — непосредственный впрыск топлива в однополостную камеру сгорания, расположенную в поршне.  [c.73]

В зависймости от способа смесеобразования камеры сгорания дизелей разделяются на два основных типа  [c.110]

На рис. 276 и 277 соответственно представлены поперечный и продольный разрезы четырехцилиндрового четырехтактного тракторного дизеля с воздушным охлаждением Д-37Е мощностью Ng per = 50 л. с. (35,7 квт) при Ле рег =1800 об мин и удельном расходе топлива per = = 190 г/(л.с. -ч) (71,8 г Мдж). Рабочий объем цилиндров дизеля Vk = 4,15 л диаметр D = 105 мм цилиндра, ход S = 120 мм поршня степень сжатия е = 16,5 способ смесеобразования — непосредственный впрыск. Топливо в камеру сгорания неразделенного типа, расположенную в поршне, подается при давлении начала распыла 170 кПсм (16,7 Мн1м ) через бес-штифтовую форсунку закрытого типа с тремя сопловыми отверстиями. Оребренные головки цилиндров отлиты из алюминиевого сплава, оребренные цилиндры и картер — из чугуна. Цилиндр, вставляемый обработанной поверхностью в отверстие картера, и головка цилиндра соединяются с картером четырьмя силовыми шпильками. Между картером и каждым цилиндром устанавливают для обеспечения уплотнения медные прокладки.  [c.389]

В ряде случаев может оказаться целесообразным перевод двигателей с жидкого топлива на газообразное. Наиболее просто это может быть осуществлено в карбюраторных двигателях, рабочий процесс которых сходен с рабочим процессом газовых двигателей. Перевод дизелей на газообразное топливо Аюжет быть осуществлен двумя способами переоборудованием дизелей в газовый двигатель с внешним смесеобразованием переоборудованием дизелей в газожидкостный двигатель. Первый способ требует коре 1ных изменений в двигателе. Второй способ является более простым — добавляется смесительное устройство и несколько изменяется регулирование.  [c.248]

По способу смесеобразования — двигатели с внешним и внутренним смесеобразованием. К первым относятся карбюраторные двигатели, подавляющее большинство четырехтактных газовых двигателей и газожидкостные двигатели. К двигателям с внутренним смесеобразованием относятся дизели, двигатели с непосредственным впрыском топлива в цилиндр и двухтактные газовые двигатели. Дизели, в свою очередь, делятся на компрессорные и бескомпрессорные. Последние делятся на однокамерные и с разделенной камерой сгорания, к которым относятся предкамерные, вихрекамерные и воздушнокамерные дизели.  [c.259]

У дизелей максимально допустимая степень сжатия на газе с присадкой жидкого запального топлива зависит от способа смесеобразования. Например, в предка-мериых двигателях повышенного сжатия в случае их перевода на газожидкостный процесс требуется снижение степени сжатия. Действительно, при уменьшенной степени сжатия увеличивается объем камеры сжатия на величину т, равную разности объемов — с где — объем камеры сжатия прп сниженной степени сжатия е. Если выразить объем камер сжатия через стенень сжатия и рабочий объем описываемый поршнем, то получим  [c.568]

При объемном смесеобразовании, характерном для двигателей с неразделенными камерами сгорания, испарение топлива происходит из факелов мелкораспыленного топлива в объеме камеры сгорания. В случае пленочного смесеобразования, применяемого в дизелях с полу-разделенными камерами сгорания, топливо испаряется с поверхности пленки, образующейся на поверхностях камеры сгорания прн впрыске топлива. При сме1ианном смесеобразовании, которое применяется в дизелях с разделенными камерами сгорания, сочетается пленочное и объемное смесеобразование. От способа смесеобразования зависят требования к организации впрыска топлива. Они касаются компоновки и конструкции камер сгорания и топливоподающси аппаратуры, используемой при различных способах смесеобразования, а также органов газораспределения.  [c.141]

Двигатели с внутренним смесеобразованием и самовоспламенением топлива. В этих двигателях используется трудноиспаряемое топливо (дизельное топливо, соляровые масла и их смеси), и горючая смесь образуется в камерах сгорания двигателей. Поэтому конструкция камер сгорания дизелей оказывает непосредственное влияние на способ смесеобразования и воспламенения горючей смеси. В современных дизелях в зависимости от конструкции камер сгорания и способа подачи топлива используют неразделенные камеры с объемным или  [c.343]

Что касается практических способов воздействия на процесс сгорания с целью получения оптимального значения т, то это особый вопрос, который будет решен в результате широкого и целеустремленного экспериментирования. Здесь можно лишь указать, что в дизелях на значение т в первую очередь влияют способы впрыскивания, смесеобразования и воспламенения топлива, наддув и род топлива, а такж присадки к нему. Осуществление соответствующих характеристик впрыскивания, применение М-процесса, а также наддува намечает хорошие перспективы повышения показателя характера сгорания т.  [c.207]

Прп незначительном вихревом двпженпи воздуха в камере сгорания увеличивают давление распыливаемого топлива до 500— 1000 кгс1см , а иногда п выше п впрыскгшают его через форсунку с большим числом (4—6) отверстий малого диаметра (0,10— 0,25 мм). Этот способ смесеобразования обычно используют в дизелях с неразделенными пли однополостными камерами сгорания.  [c.121]

Уровень шума дизеля определяется характерным протекание ,г процесса сгоранпя и колебательными свойствами элементов его конструкции. Интенсивность его звукового излучения в значительной мере зависит от принятых способов смесеобразования и сгорания. Наименьшим излучением обладают дизели с пленочным (М-процесс) и послойным смесеобразованием, а также дизели с разделенными камерами сгорания. За последнее время наметилась тенденция уменьшения шума при работе дпзеля применением соответствующей конструкции корпусных деталей.  [c.207]

Конструкция головки цилиндра дизелей зависит от способа смесеобразования и типа камеры сгорания. В двигателях с непосредственным впрыскиванием Д-240, А-41, А-01, СМД-бО, всех дизелей ЯМЗ и КамАЗ двухклапанные головки цилиндров с верхним расположением клапанов имеют сравнительно простую форму неразделенные V и VI (рис. 2.7, б) камеры сгорания размещают обычно в поршне, форсунку располагают вертикально или наклонно с незначительным смещением от оси цилиндра. При этом впускные и выпускные клапаны легко  [c.21]



Смесеобразование в ДВС — Энциклопедия по машиностроению XXL

СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕ В ДВС. ПРИМЕНЯЕМЫЕ ТОПЛИВА  [c.179]

Солнечное отопление 196 Смесеобразование в ДВС 179 Сопло Лаваля 49  [c.222]

По способу смесеобразования ДВС подразделяются на двигатели с внешним и внутренним смесеобразованием. В двигателях с внешним смесеобразованием топливо и воздух в определенном соотношении хорошо перемешиваются вне цилиндра двигателя и образуют горючую смесь, которая затем поступает в цилиндр на такте впуска.  [c.259]


В ДВС с внутренним смесеобразованием образование рабочей смеси происходит внутри цилиндра. Первоначально цилиндр заполняется чистым воздухом после чего производится сжатие воздуха до 3—4 МПа, что вызывает повышение температуры до 500—600° С. Топливо в цилиндр впрыскивается в конце процесса сжатия и самовоспламеняется. Двигатели внутреннего сгорания, у которых рабочая смесь воспламеняется при высоком сжатии, называются двигателями высокого сжатия. Могут быть и такие двигатели, у которых смесеобразование внутреннее, а зажигание рабочей смеси принудительное, так как давление в конце процесса сжатия не доводится до уровня, вызывающего самовоспламенение рабочей смеси. Продукты сгорания топлива расширяются (перемещая поршень), а затем выбрасываются из цилиндра. После удаления продуктов сгорания цилиндр заряжается новой порцией рабочей смеси. Рабочий цикл ДВС может быть совершен за четыре хода (такта) поршня или за два хода (такта). ДВС бывают четырехтактными и двухтактными.  [c.180]

Карбюраторный двигатель — ДВС, в котором горючая смесь приготовляется карбюратором вне камеры сгорания (внешнее смесеобразование с принудительным зажиганием).  [c.226]

Применение в качестве топлива ДВе более тяжелых фракций, а также изменение фракционного состава свет.лых моторных топлив приведут к определенным трудностям в организации смесеобразования и хранения топлива. Ведутся работы по расширению использования в качестве топлива ДВС природного и попутного газов. Запасы газа так же, как и нефти, не возобновляются, поэтому наибольший интерес представляют такие, возобновляемые источники топлив, как спирты (Метанол, этанол) и продукты их переработки.  [c.250]

В чем отличие принципа работы ДВС с внешним и внутренним смесеобразованием  [c.284]

В двигателях с внутренним смесеобразованием цилиндр на такте впуска заполняется не горючей смесью, а воздухом, который и подвергается сжатию. В результате в таких двигателях допускается высокая степень сжатия и обеспечивается более высокий КПД. Процесс смесеобразования происходит внутри цилиндра после впрыска под большим давлением топлива в конце такта сжатия. Смесь воспламеняется в результате высокого сжатия воздуха до температуры самовоспламенения смеси, поэтому такие ДВС называют также двигателями с воспламенением от сжатия, или дизелями. Топливовоздушная смесь, образующаяся в цилиндре за короткий промежуток времени, получается неоднородной и ее эффективное сгорание возможно лишь при сравнительно высоком коэффициенте избытка воздуха а = 1,3 1,5.  [c.260]


По своим свойствам моторное топливо из природного газа превосходит нефтяные топлива. При применении его в транспортных двигателях обеспечиваются высокие технико-экономи-ческие показатели таких машин, так как природный газ имеет хорошие антидетонационные качества, благоприятные условия смесеобразования и широкие пределы воспламенения в смеси с воздухом. По-видимому, по этой причине первые ДВС делали для работы именно на газе.  [c.3]

По способу приготовления рабочей смеси все ДВС можно разделить на двигатели с внутренним и внешним смесеобразованием. В двигателях с внешним смесеобразованием топливо смешивается с воздухом до поступления в цилиндр. Двигатели, ра-ботающие на лeпкo м жидком топливе, называются карбюраторными, а двигатели, работающие на газообразном топливе, — га-  [c.256]

Принцип работы ДВС основан на превращении химической энергии различного топлива органического происхождения в тепловую энергию и далее в механическую в рабочей полости двигателя. В настоящее время для питания ДВС наиболее широко используют жидкое и газообразное топливо, основными составляюпщми которых являются углеводороды. При окислении их кислородом воздуха, поступающего в двигатель, образуются нетоксичные (водяной пар, углекислый газ) и токсичные вещества. Последние являются продуктами неполного сгорания топлива или побочных реакций, протекающих при высоких температурах. Кроме того, некоторые вредные вещества содержатся в топливе и при работе двигателя выбра-сываются в окружающую среду. Так как применяемый в ДВС способ смесеобразования и воспламенения топливовоздушной смеси значительно влияет на количество и состав вредных выбросов, целесообразно раздельно рассмотреть вредные вещества, выбрасываемые различными типами ДВС.  [c.546]

Такие идеальные циклы показаны на рис. 6.17. Цикл с подводом тепла при постоянном объеме (рис. 6.17,а) я1вляется идеальным циклом ДВС с внешним смесеобразованием, цикл с подводом тепла ири постоянном давлении (рпс. 6.17, б)— компрессорного дизеля, а цикл со смешанным подводом тепла при постоянном объеме п ПО1СТ0ЯНН0М давлении (рис. 6.17,в) — бескомпрессорного дизеля.  [c.262]


Особенности смесеобразования в дизелях | cnitomis.ru

10 июня, 2013

В цилиндрах дизельных двигателей смесь топлива и воздуха образуется в условиях высокого давления, причем период смесеобразования ограничен очень малым промежутком времени от начала впрыска в камеру сгорания топлива до начала его воспламенения (0,003—0,005 сек.).

У предкамерных дизелей (рис. 20,6) камера сгорания состоит из камеры основной 4, расположенной непосредственно над поршнем, и предкамеры 3, сообщенной с основной камерой каналом небольшого сечения. Объем предкамеры составляет 25—40% всей камеры сгорания.

Рис. 20. Камеры сгорания дизелей: А — с впрыском топлива непосредственным; б — предка мерного; в — вихре-камерного; 1 — неразделенная камера сгорания; 2 — форсунка; 3 — предкамера; 4 — камера сгорания основная; 5 — вихревая камера.

В конце такта сжатия через форсунку 2 в полость предкамеры впрыскивается топливо, которое начинает гореть. Из-за недостатка воздуха к предкамере сгорает только 20—30% топлива. При этом давление в предкамере повышается, газы вместе с частицами еще не сгоревшего топлива перетекают из нее в основную камеру, где смешиваются с заполняющим ее воздухом и догорают.

Хорошее распиливание и перемешивание топлива с воздухом достигается в предкамерных дизелях главным образом за счет перетекания газов с большой скоростью через канал, соединяющий предкамеру с основной камерой сгорания.

У вихрекамерных дизелей (рис. 20, в) камера сгорания так же, как и у предкамерных, состоит из камеры основной и вихревой камеры 5, соединенной с камерой основной довольно широким каналом, расположенным тангенциально относительно полости вихревой камеры. Объем вихревой камеры достигает 70% общего объема камеры сгорания цилиндра.

У этих дизелей интенсивное перемешивание впрыскиваемого в вихревую камеру топлива с воздухом достигается за счет вращательного (вихревого) движения воздуха, которое создается в вихревой камере во время такта сжатия при перетекании в нее воздуха из основной камеры сгорания 4. После того как топливо начинает гореть в вихревой камере, газообразные продукты сгорания и частицы несгоревшего топлива перетекают в основную камеру, где и происходит догорание топлива.

Преимущества и недостатки дизелей с различными способами смесеобразования заключаются в следующем.

Преимуществами дизелей с разделенными камерами сгорания являются мягкая работа, что обусловлено более плавным нарастанием давления в цилиндрах при сгорании топлива, чем у дизелей с непосредственным впрыском, и возможность несколько снизить требования к топливной аппаратуре, поскольку хорошее перемешивание топлива с воздухом в разделенных камерах сгорания позволяет производить впрыск топлива при меньшем давлении (75—130 кг/см2).

В то же время дизелям с разделенными камерами сгорания свойственны недостатки: меньшие, чем у дизелей с непосредственным впрыском, коэффициент полезного действия и мощность, более трудный пуск.

Дизели с разделенными камерами сгорания широко применяются для тракторов и значительно реже для автомобилей. В качестве примера можно указать на эксплуатируемые в Советском Союзе венгерские автобусы «Икарус» и строительные самосвалы-думперы «Чепель», на которых установлены предкамерные дизели.

Рубрики: Дизельные автомобили |

Система питания дизеля



Система питания дизеля

2. Смесеобразование в дизелях, особенности процесса

Смесеобразование в дизелях происходит непосредственно в камере сгорания за короткое время. Скорость истечения топлива достигает 400 м/с. Вследствие трения о воздух струя топлива распадается на мелкие (диаметром 0,002…0,003мм) капли, образующие топливный факел конусообразной формы. Таким образом многократно увеличивается поверхность испарения, обеспечивается быстрое протекание процессов тепло и массообмена между топливом и воздухом в камере сгорания, имеющим высокую температуру. Процесс смесеобразования состоит из: распыливания топлива, развития топливного факела, прогрева, испарения, перегрева топливных паров, смесеобразования паров с воздухом. Смесеобразование начинается практически с момента впрыскивания и заканчивается одновременно с окончанием сгорания.

При постоянной частоте вращения коленчатого вала количество воздуха, подаваемого в дизельный двигатель неизменно. Поэтому мощность двигателя можно регулировать только изменением количества топлива. Для полного сгорания топлива приходится подавать воздух значительно больше теоретически необходимого количества. Для полного использования теплоты сгоревшего топлива, необходимо чтобы сгорание происходило при возможно  меньшем значении коэффициенте избытка воздуха. Минимальное значение α =1,6…1,7 – при неразделенных и α =1,3…1,4 при разделенных камерах сгорания.

Количество воздуха поступающего в цилиндр практически не зависит от нагрузки. Поэтому при малой нагрузке (малая подача топлива) топливо сгорает полностью, при большой – уменьшается α и  процесс сгорания ухудшается. Развитие и совершенство процесса смесеобразования зависит: от характера впрыска и распыливания топлива, скорости движения зарядов в камере сгорания, свойств топлива, формы, размеров и температуры поверхности камеры сгорания, направления движения струй топлива и воздуха.

Объемное смесеобразование. Осуществляется в неразделенных (однополостных) камерах сгорания. Отношение диаметра камеры сгорания к диаметру цилиндра составляет 0,75…0,85. В этом случае топливо распыливается в объеме камеры сгорания, в пристеночный слой попадает лишь небольшая часть. Большое значение для процесса имеют: характер распределения топлива, в объеме свежего заряда, форма поверхности топливной струи, из которой и происходит диффузия паров в воздух.   Угол рассеивания топливной струи обычно не превышает 20˚, поэтому для полного охвата всего объема камеры сгорания их должно быть 18 (360˚/20˚=18). Однако из-за сложности эксплуатации двигателя с распылителями малого диаметра целесообразно применение меньшего количества отверстий большего диаметра. Для полного сгорания воздух приводится во вращательное движение за счет специальной конструкции впускного канала и формы камеры сгорания.

Пристеночное смесеобразование. Все топливо направленное в пристеночную зону. Камера сгорания сосна с цилиндром, а форсунка смещена к его периферии. Одна или две струи топлива направлены под острым углом на стенку камеры сгорания, воздух совершает вращательное движение со скоростью 50…60 м/с, обеспечивая концентрацию капель топлива около поверхности камеры и перемещение воздуха из центральной части камеры к периферии, где сконцентрировано топливо. При таком способе смесеобразования происходит постепенная подготовка смеси, уменьшается количество смеси одновременно готовой к сгоранию, процесс сгорания сопровождается малой скоростью нарастания давления в цилиндре. При таком способе смесеобразования двигатель в большей степени приспособлен к работе на топливах различного фракционного состава. При впрыскивании топлива в пристеночный слой попадает 5…10% массы топлива, основная часть топлива сосредоточена в удалении от нагретых стенок камеры сгорания, и лишь затем, по мере испарения и смешивания с воздухом, горение распространяется на остальную часть топлива, перемещающегося к стенкам камеры.

Впрыскивание топлива на стенку и в пристеночный слой затрудняет пуск двигателя из-за низкой температуры стенок камеры сгорания холодного двигателя, существенное улучшение воспламеняемости топлива обеспечивается увеличением степени сжатия  до 26.

Комбинация объемного и пристеночного смесеобразования. Получается при небольшом диаметре камеры сгорания, когда основная часть топлива располагается в пристеночном слое. В результате интенсивного испарения снижается скорость тепловыделения в начале сгорания, однако процесс не затягивается при температуре стенки камеры сгорания в пределах 200…300˚С. Важное значение при таком способе смесеобразования имеют радиальные составляющие скорости перетекания заряда, преобразующиеся в осевые (направленные вдоль цилиндра), захватывающие пары и капли топлива, продукты сгорания и переносящие их в глубь цилиндра.

Смесеобразование в разделенных камерах сгорания. Разделенные камеры сгорания состоят из вспомогательных и основных полостей, соединенных горловиной. В настоящее время применяют в основном вспомогательные вихревые камеры сгорания (рис. 3, а, б). Ось соединительной горловины направлена по касательной к внутренней поверхности сферической или цилиндрической основной камеры сгорания. Поэтому в основной камере создается направленное вихревое движение заряда. Скорость движения заряда сост. 100…200м/с. Топливо впрыскивается распылителем. Движущимся зарядом топливо отжимается к стенке вихревой камеры – т.е. имеет место элемент пристеночного смесеобразования. Нижняя часть вихревой камеры имеет высокую температуру. Воздух, протекая через горловину, дополнительно нагревается (температура горловины 600…650˚), так же как и топливо. Все это способствует интенсивному смесеобразованию. В вихревую камеру подается вся порция топлива и здесь создается обогащенная смесь, полное сгорание топлива невозможно. В результате повышения давления в вихревой камере горящий заряд перетекает в основную камеру, где сосредоточена основная часть воздуха. Здесь происходит быстрое и полное догорание топлива, даже при малых значениях α = 1,15…1,2.

В отличие от вихревой камеры, предкамера (вспомогательная камера) имеет относительно меньшие объем и сечение горловины (рис. 3, в, г). Это вызывает повышенные потери при перетекании. Направление осей отверстий, соединяющих цилиндр с предкамерой, обеспечивает беспорядочное движение заряда в последней во время такта сжатия, скорости перетекания достигают 300 м/с. Впрыскивание топлива осуществляется навстречу движению заряда, поступающего из цилиндра. В предкамере наступает быстрое, но неполное сгорание обогащенной смеси, давление в ней быстро возрастает, начинается перетекание горящего заряда в основную полость, где благодаря интенсивному перемешиванию топливо быстро и полностью сгорает. 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3. Разделенные камеры сгорания: а, б — вихревые камеры; в, г — предкамеры

       

Лекция 19. Смесеобразование в дизельных двигателях

Лекция 19. Смесеобразование в дизельных двигателях

1. 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.

В дизелях топливо поступает от насоса высокого давления и посред­ством форсунки впрыскивается в ци­линдры под давлением, в несколько раз превышающим давление воздуха в конце такта сжатия. Смесеобра­зование начинается с момента пос­тупления топлива в цилиндр. При этом в результате трения о воздух струя топлива распыливается на мельчайшие частицы, которые обра­зуют топливный факел конусообраз­ной формы. Чем мельче распылено топливо и чем равномернее распреде­лено оно в воздухе, тем полнее сго­рают его частицы.

Испарение и воспламенение топли­ва осуществляются за счет высокой температуры и давления сжатого воздуха (к концу такта сжатия тем­пература воздуха составляет 550-700°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 распыленного 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 опережения 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 насоса к форсунке.

Угол, на который кривошип колен­чатого вала не доходит до в. м. т. в момент начала подачи топлива из топливного насоса, называют у г-лом опережения подачи топлива.

В цилиндры дизеля фактически поступает одно и то же количество воздуха независимо от его нагрузки. При малой нагрузке в цилиндрах практически всегда имеется доста­точное количество воздуха для полного сгорания топлива. В этом слу­чае коэффициент избытка воздуха имеет большую величину. С увели­чением нагрузки возрастает только подача топлива, но при этом значе­ние коэффициента избытка воздуха уменьшается, вследствие чего ухуд­шается процесс сгорания топлива. Поэтому минимальное значение коэффициента избытка воз­духа для различных типов дизе­лей, соответствующее их бездымной работе, устанавливают в пределах а= 1,3-М,7, что обусловливает так­же высокую экономичность дизелей по сравнению с карбюраторными двигателями.

Существенное влияние на улучше­ние смесеобразования и процесса сгорания оказывают способы приго­товления рабочей смеси и принятая форма камеры сгорания. По способу приготовления рабочей смеси разли­чают объемное, объемно-пленочное и пленочное смесеобразования. Каж­дому из этих способов присущи свои характерные особенности, для реали­зации которых требуются камеры сгорания с соответствующими кон­структивными решениями. Сущест­вующие камеры сгорания дизелей по общности основных признаков их конструкции объединяют в две боль­шие группы: неразделенные (одно-полостные) и разделенные (двух-полостные).

Неразделенные камеры сгорания (рис.1,а) представляют собой объем 3, заключенный между днищем поршня, когда он находится в ВМТ., и плоскостью головки 2. Такие каме­ры называют также однополостными с объемным смесеобра­зованием, так как процесс сме­сеобразования основан на впрыс­кивании топлива непосредственно в толщу горячего воздуха, находяще­гося в объеме камеры сгорания ди­зеля. При этом для лучшего пере­мешивания частиц распыленного топлива с воздухом его свежему за­ряду сообщают при впуске враща­тельное движение с помощью завихрителей или винтовых впускных ка­налов, а форму камеры сгорания стремятся согласовать с формой струи топлива, подаваемой форсун­кой 1. Такой принцип смесеобразова­ния используется в дизелях ЯМЗ и КамАЗ.

В современных дизелях использу­ется также пленочное смесе­образование, которое 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 способами смесеобразования заключается в том, что в первом случае частицы распыленного топлива непосредст­венно смешиваются с воздухом, а во втором основная часть топлива сначала испаряется и в парообразном состоянии перемешивается с воз­духом при интенсивном вихревом движении его в камере.

Разновидностью указанных спо­собов смесеобразования является объемно-пленочное смесе­образование, которое обладает свойствами как объемного, так и пленочного смесеобразования. Су­щественным преимуществом этого процесса является возможность соз­дания многотопливных дизелей, поз­воляющих использовать наряду с ди­зельным топливом высокооктановые бензины и спиртовые (метоноловые) смеси. В отечественном автомобиле­строении к таким двигателям можно отнести дизель ЗИЛ-645, у которого процесс смесеобразования происхо­дит в объемной камере сгорания 5 (рис. 8.1, б), расположенной в пор­шне б в виде наклонной цилиндри­ческой выемки со сферическим дном. Вращение воздушного заряда в каме­ре обеспечивается при помощи вих-реобразующего канала, создающего кольцевой вихрь, направления вра­щения которого показано стрелкой. Топливо в камеру сгорания впрыс­кивается из двухдырочного распы­лителя форсунки 9, расположенного в головке цилиндра 4. Пристеночная струя 8 направлена вдоль обра­зующей камеры сгорания, объемная струя 7 пересекает внутренний объем камеры ближе к ее центру. Из-за пристеночной струи такой процесс часто называют объемным присте­ночно-пленочным смесеобразовани­ем. Этот процесс по сравнению с дру­гими способами смесеобразования дает хорошую экономичность и обес­печивает более мягкую работу дизе­ля с плавным нарастанием давления в его цилиндрах, а также улучшает пусковые качества дизеля, снижая его дымность и токсичность от­работавших газов.

Разделенные камеры сгорания сос­тоят из двух объемов, соединенных между собой каналами: основного объема, заключенного в полости над днищем поршня, и дополнительного, расположенного чаще всего в головке блока. Применяются в основном две группы разделенных, или двухполостных, камер: предка­меры и вихревые камеры. Дизели с такими камерами называют соот­ветственно предкамерными и вихре­выми.

В в их рекамерных дизе­лях (рис. 1, в) объем дополни­тельной камеры 10 составляет 0,5— 0,7 общего объема камеры сгорания. Основная 12 и дополнительная 10 камеры соединяются каналом 11, который располагается тангенциаль­но к образующей дополнительной камере, в результате чего обеспе­чивается вихревое движение воздуха.

В дизелях с предкамерным смесеобразованием предкамера имеет цилиндрическую форму и соединяется прямым кана­лом с основной камерой, расположен­ной в днище поршня. В результате частичного воспламенения топлива в момент его впрыскивания в предкамере создается высокая тем­пература и давление, способствую­щие более эффективному смесеоб­разованию и сгоранию топлива в основной камере.

Современные быстроходные вихреи предкамерные дизели имеют достаточно высокие мощностные по­казатели при сравнительно высокой степени сжатия. К их основным не­достаткам следует отнести увеличен­ный расход топлива по сравнению с дизелями с неразделенными камера­ми и затрудненный пуск двигателя, что вызывает применение специаль­ных пусковых устройств.

4

Процессы смесеобразования и сгорания в дизельных двигателях

«ОСНОВЫ ТЕОРИИ АВТОМОБИЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ»

Тема занятия «Действительные циклы ДВС»

         Контрольные вопросы по теме занятия:

Смесеобразование в дизелях

Классификация камер сгорания

Способы смесеобразования

Распыл топлива

Процесс сгорания топлива в дизелях (фазы сгорания)

Факторы, влияющие на процесс сгорания (перечислить)

КОНСПЕКТ

СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕ В ДИЗЕЛЯХ.

В дизелях смесеобразование происходит внутри цилиндров. Систе­ма смесеобразования обеспечивает:

распыливание топлива;

развитие топливного факела;

прогрев, испарение и перегрев топливных паров,

смешивание паров с воздухом.

Смесеобразование начинается в момент начала впрыска топлива и заканчивается одновременно с окончанием сгорания. В этом слу­чае время на смесеобразование отводится в 5—10 раз меньше, чем и карбюраторном двигателе. И по всему объёму образуется неодно­родная смесь (есть участки очень обеднённого состава, а есть участ­ки сильно обогащённого состава). Поэтому горение протекает при больших суммарных значениях коэффициента избытка воздуха (1,4-2,2).

Развитие смесеобразования и получение оптимальных результа­тов в дизеле зависит от следующих факторов:

формы камеры сгорания;

способа смесеобразования;

размеров камеры сгорания;

температуры поверхностей камеры сгорания;

взаимных направлений движения топливных струй и воздуш­ного заряда.

КЛАССИФИКАЦИЯ КАМЕР СГОРАНИЯ

Наряду с обеспечением оптимального смесеобразования камеры сгорания должны способствовать получению высоких экономиче­ских показателей и хороших пусковых качеств двигателей.

В зависимости от конструкции и используемого способа смесе­образования камеры сгорания дизелей делятся на две группы: неразделённые и разделённые.

Неразделённые камеры сгорания представляют собой единый объем и имеют обычно простую форму, которая, как правило, со­гласуется с направлением, размерами и числом топливных факелов при впрыске. Эти камеры компактны, имеют относительно малую поверхность охлаждения, благодаря чему снижаются потери тепло­ты. Двигатели с такими камерами сгорания имеют приличные экономические показатели и хорошие пусковые качества.

Неразделённые камеры сгорания отличаются большим разнооб­разием форм. Чаще всего они выполняются в днище поршней, ино­гда частично в днище поршня и частично в головке блока цилинд­ров, реже — в головке.

Разделённые камеры сгорания состоят из двух отдель­ных объёмов, соединяющихся между собой одним или несколькими каналами. Поверхность охлаждения таких камер значительно боль­ше, чем у камер неразделённого типа. Поэтому в связи с большими тепловыми потерями двигатели с разделёнными камерами сгорания имеют обычно худшие экономические и пусковые качества и, как правило, более высокие степени сжатия.

Однако при разделённых камерах сгорания за счёт использова­ния кинетической энергии газов, перетекающих из одной полости в другую, удаётся обеспечить качественное приготовление топлив­но-воздушной смеси, благодаря чему достигается достаточно полное сгорание топлива и устраняется дымление на выпуске.

Кроме того, дросселирующее действие соединительных каналов разделённых камер позволяет значительно уменьшить «жёсткость» работы двигателя и снизить максимальные нагрузки на детали кри­вошипно-шатунного механизма. Некоторое снижение «жёсткости» работы двигателей с разделёнными камерами сгорания может также обеспечиваться путём повышения температуры отдельных частей камер сгорания

Рисунок – Неразделённые камеры сгорания

а полусферическая; б тороидальная в по­ршне; в камера ЦНИДИ;

г вихревая в поршне; д шаровая в поршне; е камера Гесельмана; ж цилиндрическая.

Рисунок – Камеры сгорания дизелей разделённого типа:

а — предкамера; б — вих­ревая камера в головке;

СПОСОБЫ СМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ

В зависимости от характера испарения, перемешивания с воздуш­ным зарядом и способа введения в зону горения основной массы впрыскиваемого топлива в дизелях различают объёмный, плёночный и объёмно-плёночный способы смесеобразования.

Объёмный способ смесеобразования. При объёмном способе смесеобразования топливо вводится в мелко распылённом капельножидком состоянии непосредственно в воз­душный заряд камеры сгорания, где затем оно испаряется и переме­шивается с воздухом, образуя топливно-воздушную смесь.

При объёмном смесеобразовании используют, как правило, неразделённые камеры сгорания (так называемый непосредственный впрыск). Качество смесеобразования в этом случае достигается в основном путём согласования формы камеры сгорания с формой и числом топливных факелов. При этом важное значение имеет рас­пыление топлива при впрыске. Коэффициент избытка воздуха для таких двигателей ограничивается значениями 1,5—1,6 и выше.

Плёночный и объёмно-плёночный способы смесеобразования. Способ смесеобразования, при котором топливо попадает не в центр воздушного заряда, а на стенку камеры сгорания и растекается по её поверхности в виде тонкой плёнки толщиной 12—14 мкм, называется плёночным. Затем плёнка интенсивно испаряется и перемешиваясь с воздухом, вводится в зону горения.

При объёмно-плёночном смесеобразовании топливно-воздушная смесь приготавливается одновременно и объёмным и плёночным способами. Этот способ приготовления смеси имеет место практически во всех дизелях и может рассматриваться как общий случай смесеобразования.

Плёночное смесеобразование устраняет два из основных недостатков дизелей: «жёсткость» работы и дымность при выпуске отработавших газов.

При плёночном смесеобразовании используется камера сгора­ния сферической формы, в которой осуществляется ин­тенсивное движение заряда: вращательное вокруг оси цилиндра и радиальное в поперечном направлении. Впрыск топлива осуществляется односопловой форсункой с давлением начала подъёма иглы 20 МПа. Впрыскиваемое топливо встречается с поверхностью стенки под острым углом и, почти не отражаясь от неё, растекается и «растягивается» попутными воздуш­ными потоками в тонкую плёнку. Имея большую поверхность контакта с нагретыми стенками камеры сго­рания, плёнка быстро прогревается и на­чинает интенсивно испаряться, и тем самым последовательно вводится в центр камеры сгорания, где к этому вре­мени образуется очаг горения.

Камера сгорания двигателя с плёночным сме­сеобразованием:

1 — фор­сунка; 2 — камера сгорания;

3 — топливная плёнка

Камера сгора­ния двигателя с объём­но-плёночным смесеоб­разованием:

1 — форсун­ка; 2 — камера сгорания

Основным недостатком плёночного смесеобразования являются низкие пуско­вые качества двигателя в холодном состоя­нии в связи с малым количеством топлива, участвующим в первоначальном сгорании.

РАСПЫЛИВАНИЕ ТОПЛИВА

Впрыск топлива в цилиндры двигателя обеспечивается топливоподающей аппаратурой, которая в конечном итоге образует капельки топлива соответствующих размеров. При этом не допускается образование слишком мелких или крупных капель, так как струя должна быть однородной. Качество распиливания топлива особенно важно для двигателей с неразделёнными камерами сгорания. Оно зависит от конструкции топливоподающей аппаратуры, частоты вращения коленчатого вала двигателя и количества топлива, подаваемого за один цикл (цикловой подачи). При повышении частоты вращения коленчатого вала и цикловой подачи возрастают давление впрыска и тонкость распыливания. В течение единичного впрыска топлива в цилиндр двигателя изменяются давление впрыска и условия перемешивания частиц топлива с воздухом, В начале и конце впрыска струя топлива дробится на сравнительно крупные капли, а в середине впрыска происходит самое мелкое распиливание. Отсюда можно заключить, что скорость истечения топлива через отверстия распылителя форсунки изменяется неравномерно за весь период впрыска. Заметное влияние на скорость истечения начальных и конечных порций топлива оказывает степень упругости пружины запорной иглы форсунки. При увеличении сжатия пружины размеры капель топлива в начале и в конце подачи уменьшаются. Это вызывает среднее увеличение давления, развиваемого в системе питания, что ухудшает работу двигателя при малой частоте вращения коленчатого вала и малой цикловой подаче. Уменьшение сжатия пружины форсунки оказывает отрицательное влияние на процессы сгорания и выражается в увеличении расхода топлива и повышении дымления. Оптимальное усилие сжатия пружины форсунки рекомендуется заводом-изготовителем и регулируется в процессе эксплуатации на стендах.

Процессы впрыска топлива в значительной степени определяются также техническим состоянием распылителя: диаметром его отверстий и герметичностью запорной иглы. Увеличение диаметра сопловых отверстий снижает давление впрыска и изменяет строение факела распыливания топлива (рис. 58). Факел содержит сердцевину 1, состоящую из крупных капель и целых струек топлива; среднюю зону 2, состоящую из большого количества крупных капель; внешнюю зону 3, состоящую из мелко распылённых капель.

Рис.. Факел распыливания топлива:

1 — сердцевина, 2—средняя зона, 3 — внешняя зона,

l— длина факела, g — угол конуса факела.

Образование факела и его дальнобойность зависят от давления впрыска, диаметра соплового отверстия, плотности и подвижности воздуха. Чем больше давление впрыска и диаметр соплового отверстия, тем сильнее проникает факел в глубь камеры сгорания. Потоки воздуха в камере сгорания отклоняют факел впрыскиваемого топлива по направлению своего движения.

При эксплуатации форсунок следует учитывать, что засорение или закоксование хотя бы одного отверстия у многосоплового распылителя приводит к нарушению факелов распыливания топлива, а в итоге — к нарушению смесеобразования и процессов сгорания.

Условием нормального протекания рабочего цикла двигателя является умеренная скорость подачи топлива в начале впрыска, чтобы за период задержки воспламенения не накапливалось слишком много топлива в цилиндре. Тогда нарастание давления при воспламенении происходит плавно и двигатель работает мягко. Основная масса впрыскиваемого топлива должна подаваться с возрастающей скоростью, обеспечивающей лучшее проникновение капель топлива в удаленные точки камеры сгорания с целью полного использования находящегося там воздуха. Впрыск в заключительной стадии должен оканчиваться резко, так как при растянутом окончании топливо будет поступать с меньшей скоростью, и концентрироваться вблизи распылителя. В этом случае будет наблюдаться неполное сгорание и повышенное дымление.

Впрыск характеризуется количеством и скоростью истечения топлива за время цикловой подачи. Такая зависимость может быть изображена графически в виде характеристики впрыска, выбираемой заводом-изготовителем для каждого типа дизельного двигателя. Развитие процесса сгорания в дизельном двигателе зависит от характеристики впрыска топлива, длительности периода задержки его воспламенения и интенсивности движения воздуха в камере сгорания. Интервал времени между началом впрыска и воспламенением топлива составляет период задержки воспламенения. Он влияет на характер работы двигателя и зависит главным образом от свойств самого топлива, температуры в камере сгорания и угла опережения впрыска. При стандартном качестве топлива, если температура в камере сгорания возрастает, период задержки воспламенения уменьшается. Это снижает жесткость работы двигателя. Слишком большое опережение впрыска ведет к увеличению периода задержки воспламенения и жесткой работе двигателя, так как начало впрыска происходит в этом случае при сравнительно низких температурах в цилиндре.

СГОРАНИЕ СМЕСИ ДИЗЕЛЬНЫХ ТОПЛИВ

Для осуществления действительного цикла в дизелях в воздушный заряд, сжатый в цилиндре до 3 – 7 МПа и нагретый за счёт высокого давления до 500 – 800 0С, под высоким давлением (до 150 МПа) через форсунку впрыскивается топливо. Сложные процессы смесеобразования и сгорания осуществляются за очень небольшой промежуток времени, соответствующий 20 – 250 поворота коленчатого вала (в 10 – 15 раз меньше чем в карбюраторных двигателях).

Рассмотрим индикаторную диаграмму дизельного двигателя (рис. 1).

Рисунок Развёрнутая индикаторная диаграмма дизельного двигателя

точка 1 – впрыск топлива; точка 2 – начало горения;

Если учесть характер и интенсивность тепловыделения, изменение температуры и давления в цилиндре в разные моменты времени, то весь процесс горения можно условно разделить на четыре фазы:

Первая фаза горения (θ1) — задержка воспламенения, начинается с момента поступления топлива (точка 1) и заканчивается в момент отрыва кривой сгорания от линии сжатия (точка 2). Впрыск топлива происходит до прихода поршня в ВМТ.

Угол опережения впрыска топлива находится в пределах 20—35° поворота коленчатого вала.

Во время впрыска струя топлива, выходящая из форсунки под большим давлением, разбивается о плотные слои воздуха на мельчайшие капли, образуя факел распыления.

Концентрация топлива в таком факеле изменяется по поперечному сечению и длине. В ядре факела находятся наиболее крупные, а на периферии — наиболее мелкие капли, находящиеся друг от друга на значительных расстояниях. Следовательно, структура рабочей смеси в дизелях крайне неоднородна, поэтому здесь коэффициент избытка воздуха обычного смысла лишён, так как он не даёт представления о действительном составе смеси.

Локальные значения коэффициента избытка воздуха по различным зонам камеры сгорания могут меняться от 0 (жидкие капли) до ∞ (воздух). Именно наличие всей гаммы составов смеси и температур определяет возможность воспламенения в среднем очень бедной смеси, например, при α = 6 и более.

Таким образом, период задержки воспламенения включает в себя время, необходимое для распада струй на капли, некоторого продвижения капель по объёму камеры сгорания, прогрева, частичного испарения и смешения топливных паров с воздухом, а также время саморазгона химических реакций.

Если период задержки воспламенения больше продолжительности впрыска, то все топливо оказывается поданым в цилиндр до начала воспламенения. При этом большая часть его успевает испариться и смешаться с воздухом. В результате объёмного воспламенения этой части топлива в цилиндре развивается резкое повышение давления с высокими динамическими нагрузками на детали и повышенным уровнем шума. Поэтому длительный период задержки воспламенения нежелателен.

Продолжительность первой фазы сгорания составляет 1—3 мс, что соответствует 12—25° поворота коленчатого вала.

На продолжительность первой фазы сгорания влияют следующие факторы:

1. Воспламеняемость топлива, которая оценивается цетановым числом. Чем выше цетановое число, тем лучше воспламеняемость.

2. Давление и температура воздушного заряда в начале впрыска топлива. При увеличении давления и температуры период задержки воспламенения сокращается.

3. Тип камеры сгорания, который оказывает влияние на задержку воспламенения, так как в зависимости от типа камеры по разному будет проходить распространение топлива по объёму воздушного заряда и в пристеночной зоне. Кроме того температура стенок камеры сгорания также будет зависеть от ее типа.

4. Интенсивность направленного движения заряда в камере. Уве­личение интенсивности движения заряда несколько сокращает период задержки воспламенения.

5. Тип распылителя форсунки. Форсунка закрытого типа сокращает период задержки воспламенения.

6. Нагрузка на двигатель. С ростом нагрузки увеличивается давление и температура цикла, что приводит к повышению теплового режима двигателя, а это в свою очередь вызывает сокращение времени задержки воспламенения.

7. Частота вращения коленчатого вала. Увеличение частоты вра­щения коленчатого вала приводит к улучшению распыления, увеличению давления и температуры конца сжатия, что способствует сокращению первой фазы горения, особенно в дизелях с разделенными камерами сгорания. Продолжительность первой фазы горения при этом растет.

Вторая фаза горения (θ2) — самовоспламенение и быстрое горение начинается с момента воспламенения (точка 2) и заканчивается в момент достижения максимального давления в цилиндре (точка 3).

В первую очередь сгорают однородные слои смеси топлива и воздуха хорошо перемешанные между собой. При этом пламя распространяется очень быстро, соответственно быстро растёт Давление, в определённых случаях с образованием ударной волны, распространяющейся со скоростью звука. Но в отличие от карбюраторных двигателей в дизелях эти волны не переходят в детонационные, так как структура смеси по всему объёму камеры сгорания неравномерна. Это позволяет получать более высокую степень сжатия.

После того, как сгорит хорошо подготовленная к воспламенению топливовоздушная смесь, горение продолжается в зонах, где структура смеси более неравномерна. Здесь на индикаторной диаграмме наблюдается некоторый спад роста давления.

В течение второй фазы выделяется 30—45 % всей теплоты. Температура рабочего тела возрастает до 1600—1800 К. Максимальное давление может достичь 6—9 МПа, а при наддуве превысить 10 МПа. Продолжительность второй фазы 0,8—1,5 мс, что соответствует 10—20° поворота коленчатого вала.

На развитие и продолжительность второй фазы влияют следующие факторы:

1. Количество топлива, прошедшего предпламенную подготовку за период задержки воспламенения и сгорающее с большой скоростью. Чем больше подача топлива и мельче распыление, тем интенсивнее тепловыделение и рост давления.

2. Тип камеры сгорания. Влияние конструкции камеры на первую фазу горения приводит к определённому развитию и второй фазы, так как определяет количество топливовоздушной смеси, подготовленной к воспламенению в течение первой фазы.

3. Нагрузка на двигатель. С уменьшением нагрузки продолжительность второй фазы горения сокращается, так как уменьшается величина впрыскиваемой порции топлива и время его подачи.

4. Частота вращения коленчатого вала. При росте частоты вращения коленчатого вала улучшается качество распыления, сокращается продолжительность впрыска, растёт давление и температура заряда. Все это приводит к сокращению второй фазы горения.

Третья фаза горения (θ3) — характеризуется плавным изменением давления. Началом этой фазы считается конец второй фазы (точка 3), а окончанием — момент, соответствующий достижению максимальной средней температуры газов в цилиндре (точка 4).

К началу третьей фазы все несгоревшее топливо, поданное в цилиндр во время первых двух фаз, находится в виде капель или сгустков паров, которые отделены от зон со свободным кислородом фронтом пламени или продуктами горения. В результате происходит термическое разложение капель топлива (крекинг) с образованием частиц углерода в виде сажи, которая, покидая цилиндр вместе с отработавшими газами, вызывает сильное дымление на выпуске. Горение продолжается при увеличивающемся объеме камеры, поэтому давление плавно понижается.

За время третьей фазы выделяется 25—30 % теплоты, поэтому температура продолжает повышаться, достигая в конце фазы 1800—2200 К. Продолжительность третьей фазы — 1—2 мс, что соответствует 15—25° поворота коленчатого вала.

На развитие третьей фазы оказывают влияние следующие факторы:

1. Качество распыления и количество топлива, впрыскиваемого после начала сгорания. Чем меньше подано топлива до начала третьей фазы горения, тем меньше будет выделено теплоты в этой фазе, что характерно для работы дизеля на малых нагрузках.

2. Скорость движения воздушного заряда. Рост скорости движения заряда увеличивает тепловыделение, но это происходит до определённого момента. При чрезмерном завихрении заряда тепловыделение в третьей фазе снижается, так как в этом случае продукты сгорания из зоны одного факела попадают в зону другого, увеличивая неполноту сгорания.

3. Частота вращения коленчатого вала. С ростом частоты вращения коленчатого вала скорость движения заряда увеличивается, а распыление улучшается. Продолжительность третьей фазы сокращается.

Четвертая фаза горения (θ4) — догорание начинается в момент достижения максимальной температуры и продолжается в течение всего времени догорания топлива. В течение этой фазы догорает топливо, не успевшее сгореть в третьей фазе, причем происходит это в условиях недостатка кислорода, так как значительное его количество уже израсходовано. Поэтому догорание протекает медленно.

За время четвертой фазы при полной нагрузке дизеля выделяется 15—25 % теплоты. Таким образом, общее количество тепловыделения к концу четвертой фазы оставляет 90—95 %. Остальные 5—10 % теряются вследствие неполноты сгорания топлива. Продолжительность четвертой фазы 3,5—5 мс, что соответствует 50—60° поворота коленчатого вала.

На развитие четвертой фазы горения оказывают влияние следующие факторы:

1. Турбулентное движение заряда, которое улучшает контакт топлива и воздуха и, следовательно, улучшает догорание.

2. Качество распыления в конце подачи топлива. Чем больше диа­метр капель, тем продолжительнее процесс догорания. Нечёткость отсечки топлива в конце впрыска, как и продолжительное снижение давления в конце впрыска не только снижают тепловыделение, но и вызывают закоксовывание сопел форсунок.

3. Попадание топлива на холодные стенки внутрицилиндрового пространства приводит к увеличению времени догорания, поэтому увеличение нагрузки дизеля до его прогрева нежелательно.

4. Наддув. Используя наддув, увеличивают количество подаваемого топлива, в том числе и путём затяжного впрыска, что приводит к увеличению времени догорания.

Улучшение процессов смешения в дизельных двигателях Людмилы Кнауб :: SSRN

Технологический аудит и производственные резервы, 3(1(59), 16–18, 2021. doi:10.15587/2706-5448.2021.232050

3 страницы Опубликовано: 14 июля 2021 г.

Дата написания: 30 июня 2021 г.

Аннотация

Объектом исследования являются газодинамические вихревые процессы в гетерогенных полидисперсных течениях.Одним из наиболее проблемных вопросов в двигателестроении является полнота сгорания и скорость выгорания топлива в заданных координатах на отведенном часовом интервале в камере сгорания. Эти показатели, в свою очередь, определяют жесткие требования к используемым топливам по теплофизическим параметрам, влияющим на распиловку, испарение и смешивание с окислителем. В ходе исследования использовались методы математического моделирования, основанные на теории подобия. Разработаны способы приготовления горючей смеси для бездетонационного сжигания дешевого альтернативного топлива.Предложен метод оценки качества распыления низкоцетанового топлива. Получена математическая модель для расчета изменения параметров качества распыления и дифференциальных характеристик впрыска топлива. Это необходимо для теоретических исследований газодинамических процессов в системах дополнительного питания дизелей в нестационарном трехмерном потоке с переменными параметрами полидисперсного потока горючей смеси. Доказано, что при уменьшении частоты вращения распределительного вала скорость впрыска будет недостаточной для достижения требуемого качества распыления из-за снижения скорости.Это позволило перепроектировать дополнительную систему с использованием раздельной двойной подачи топлива. Разработаны опытные образцы системы дополнительного питания дизеля ЯМЗ-24 ОН (Ярославский моторный завод, Россия). Проведены сравнительные испытания работы двигателя на стабильном газовом конденсате с основной топливной аппаратурой и дополнительной системой. Были получены и проанализированы осциллограммы испытаний.

Результаты исследований легли в основу использования низкоцетанового дешевого газового конденсата в дизельных двигателях.Это улучшит экономические, энергетические и экологические характеристики двигателей. По сравнению со стандартными цетановыми топливами цена топлива снизится на 40 %, мощность двигателя увеличится на 20 %, а экологические показатели выхлопных газов снизятся на 10–30 %.

Ключевые слова: система дополнительного электроснабжения, топливная аппаратура, альтернативное топливо, качество распыления, индукционный период, полнота сгорания

Рекомендуемое цитирование: Рекомендуемая ссылка

Кнауб, Людмила, Улучшение процессов смешения в дизельных двигателях (30 июня 2021 г.).Технологический аудит и производственные резервы, 3(1(59), 16–18, 2021 г.).