Категория:
Техническое обслуживание автомобилей
Особенности смесеобразования в дизеляхОсобенностью 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 мощ-ностные 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-т-1,7, 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. 8.1, а) представляют собой объем, заключенный между днищем поршня, когда он находится в в. м. т., и плоскостью головки. Такие камеры называют также однополостны-ми 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. Такой принцип смесеобразования используется в дизелях ЯМЗ и КамАЗ.
Рис. 8.1. Камеры сгорания дизелей: а—ЯМЭ-236; б—ЗИЛ-645; в—вихревого типа
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 (рис. 8.1, б), расположенной в поршне 6 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, расположенного в головке цилиндра. Пристеночная струя направлена вдоль образующей камеры сгорания, объемная струя 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 вихревыми и предкамер-ными.
В вихрекамерных дизелях (рис. 8.1, в) объем дополнительной камеры составляет 0,5 — 0,7 общего объема камеры сгорания. Основная и дополнительная камеры соединяются каналом, который располагается тангенциально к образующей дополнительной камере, в результате чего обеспечивается вихревое движение воздуха.
В дизелях с предкамер-ным 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 вихре- и 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.
Читать далее: Общее устройство системы питания дизелей
Категория: - Техническое обслуживание автомобилей
stroy-technics.ru
| АрхеологияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБотаникаБухгалтерский учётВойное делоГенетикаГеографияГеологияДизайнИскусствоИсторияКиноКулинарияКультураЛитератураМатематикаМедицинаМеталлургияМифологияМузыкаПсихологияРелигияСпортСтроительствоТехникаТранспортТуризмУсадьбаФизикаФотографияХимияЭкологияЭлектричествоЭлектроникаЭнергетика | 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 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. 4, 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.
|
studopedya.ru
Объемное смесеобразование. Топливо впрыскивается непосредственно в объем камеры сгорания, заключенный между поршнем, крышкойи стенками втулки цилиндра. Для равномерного распределения топлива по всему объему камеры сгорания его впрыскивают через многодырчатые распылители форсунок. Качество смесеобразования при этом существенно зависит от наличия организованного вихреобразования потоков заряда в камере сгорания. Вихреобразование обеспечивается благодаря движению поршня и вытеснению заряда из наиболее узких мест надпоршневого пространства. В двухтактных дизелях вихреобразование дополнительно создается благодаря наклонному расположению продувочных окон во втулке цилиндра.
Объемно-пленочное смесеобразование. Это один из наиболее совершенных способов смесеобразования для высокооборотных дизелей с небольшими диаметрами цилиндров. Основная часть объема камеры сгорания размещена в поршне.
Топливо впрыскивается через многодырчатую форсунку в центре крышки цилиндра. Топливные струи под углом направляются на кромку горловины поршня. Топливо, попадая под острым углом на внутреннюю поверхность горловины и на торцовую поверхность поршня, растекается по поверхности тонким слоем и относительно быстро испаряется, не образуя нагара. Пары топлива хорошо перемешиваются с воздухом благодаря интенсивному вихревому движению последнего в объеме камеры сгорания. Вихреобразование создается вследствие вытеснения заряда из надпоршневого пространства при подходе поршня к ВМТ. Часть капель факела топлива успевает испариться в объеме камеры сгорания, не соприкасаясь со стенками поршня.
Пристеночное. Сгорания почти все топливо направляется в пристеноч-ную зону, т. е. имеет место пристеночное смесеобразование. При таком смесеобразовании камера сгорания может быть расположена соосно с цилиндром, а форсунка смещена к ее периферии. Одна или две струи топлива направляются либо под острым углом на стенку камеры сгорания, имеющей сферическую форму (см. рис. 7.1, г), либо вблизи и вдоль стенки камеры сгорания (см. рис. 7.1, д). В обоих случаях заряд приводится в достаточно интенсивное вращательное движение , способствующее распространению топливных капель вдоль стенки камеры сгорания.
16. Назначение, принцип действия, конструкция ТННД и ТНВД. Топливоподкачивающий насос низкого давления предназначен для подачи топлива из топливного бака к впускной полости насоса высокого давления через фильтры грубой и тонкой очистки.. Топливоподкачивающий насос поршневого типа приводится в действие от эксцентрика кулачкового вала насоса высокого давления. Насос установлен на задней крышке регулятора и приводится от эксцентрика кулачкового вала топливного насоса высокого давления.
Насос низкого давления работает следующим образом. При опускании толкателя 1 поршень 2 под действием пружины 3 движется вниз. При этом в полости А создается разрежение и впускной клапан 4, сжимая пружину, перепускает топливо в эту полость по топливопроводу от фильтра грубой очистки. Одновременно топливо, находящееся в нагнетательной полости Б, вытесняется к топливному насосу высокого давления (ТНВД).
При движении поршня 2 вверх под давлением предварительно поступившего топлива закрывается впускной клапан 4 и открывается выпускной клапан 6. В этом случае топливо из полости А через перепускной канал поступает в полость Б и при последующем перемещении поршня 2 вниз вышеописанный цикл работы насоса повторяется.
При различных режимах работы дизеля постоянное давление в перепускном канале достигается переменным ходом поршня 2, обеспечиваемым специально подобранной пружиной 3. На режимах частичных нагрузок дизеля при малых расходах топлива в полости Б возникает давление и поршень 3 не совершает своего полного хода, поэтому шток толкателя частично перемещается вхолостую, вследствие чего подача топлива уменьшается.
К фланцу насоса низкого давления крепится насос 5 ручной подкачки топлива, который служит для заполнения системы питания топливом и удаления из нее воздуха после проведения ремонтно-профилактических работ или длительной стоянки автомобиля. В системе питания дизелей КамАЗ установлен второй насос ручной подкачки топлива аналогичного типа, который крепится через кронштейн к картеру сцепления. Этот насос позволяет подкачивать топливо без опрокидывания кабины, что создает значительные удобства при пуске двигателя в условиях эксплуатации автомобилей.
Топливный насос высокого давления служит для подачи через форсунки в цилиндры двигателя под большим давлением , требуемых порций топлива в определенные моменты времени. Насос состоит из одинаковых по конструкции секций, число которых равно числу цилиндров двигателя. Каждая секция насоса соединена топливопроводом 13 (рис. 2) с форсункой 16.
Плунжер 6 и гильза 5 секций насоса изготовлены с высокой точностью и чистотой поверхности. Зазор между ними не превышает двух микрон. На плунжере имеются вертикальный паз 9, скошенная кромка 11 и кольцевая проточка 7. Шестерня 2, закрепленная на плунжере, находится в зацеплении с зубчатой рейкой 3, перемещением которой поворачивается плунжер в гильзе. Пружина 4 прижимает плунжер к эксцентрику 1 кулачкового вала насоса, который приводится во вращение от коленчатого вала. В гильзе имеются впускное 8 и выпускное 10 отверстия, а в верхней ее части установлен нагнетательный клапан 12. Пружина 14 прижимает иглу 15 форсунки к соплу 18 и закрывает полость 77, которая заполнена топливом. При нижнем положении плунжера 6 отверстия 8 и 10 открыты, и через них над плунжером циркулирует топливо. Нагнетательный клапан 12 в этом случае закрыт, и в полости 17 форсунки поддерживается избыточное давление топлива.
При движении плунжера вверх при вращении кулачка перекрывается выпускное отверстие 10, а затем впускное отверстие 8. Под давлением топлива открывается клапан 12, и в полости 17 форсунки создается высокое давление. При этом игла 15 форсунки преодолевает сопротивление пружины 14, поднимается вверх, и через открывшееся сопло 18 топливо впрыскивается в цилиндр двигателя.
Впрыск топлива заканчивается, когда кромка 11 открывает выпускное отверстие 10. При этом давление топлива уменьшается, игла 15 опускается вниз и закрывает сопло 18. Одновременно закрывается клапан 12, и в полости 17 форсунки топливо остается под избыточным давлением.
Рис. 2. Схема работы топливного насоса высокого давления:
1 — эксцентрик; 2 — шестерня; 3 — рейка; 4, 14 — пружины; 5 — гильза; 6 — плунжер; 7 — проточка; 8, 10 — отверстия; 9 — паз; 11 — кромка; 12 — клапан; 13 — топливопровод; 15 — игла; 16 — форсунка; 17 — полость; 18 — сопло.
Поворотом плунжера 6 в гильзе 5 изменяют конец подачи топлива и его количество, впрыскиваемое за один ход плунжера. Подача топлива прекращается при совмещении вертикального паза 9 с выпускным отверстием 10, и двигатель останавливается.
С топливным насосом высокого давления соединены муфта опережения впрыска топлива, всережимный регулятор частоты вращения коленчатого вала двигателя и топливоподкачивающий насос с насосом ручной подкачки топлива.
18.
studfiles.net
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 |
zelentsovsa.ru
Объемное смесеобразование – это смесеобразование, при котором 90 – 95% впрыскивается в объем камеры сгорания и только 5 – 10% достигают стенок камеры сгорания. Конструктивно этот тип смесеобразования может оформляться как смесеобразование в неразделенных камерах сгорания и в вихревых камерах.
|
Рис. 23. Камера сгорания типа «Гессельмана». |
Несмотря на большое число факелов топлива, при отсутствии вращательного движения заряда в камере сгорания воздух между факелами используется не полностью. Смесеобразование улучшается путем создания тангенциального вращательного движения воздуха в камере сгорания. Однако должен существовать оптимум направленной скорости движения заряда. При чрезмерном ее значении мелкие капли и пары топлива из объема одной струи могут движением заряда переноситься в объем другой струи, приводя к ухудшению смесеобразования. Данный вид объемного смесеобразования характерен для тихоходных дизелей (Д-12).
На быстроходных дизелях используют разделенные вихревые камеры сгорания, состоящие из основной и вихревой камер сгорания. Объем вихревой камеры составляет (0,4…0,6) Vс. Вихревые камеры размещаются в головке блока и выполняются в виде сферы, соединенной с напоршневым пространством серповидным каналом. При этом ось канала направлена по касательной к внутренней поверхности вихревой камеры. По этой причине в последней создается направленное вихревое движение заряда со скоростью 100-200 м/с.
|
Рис.24. Вихревая камера |
Этот тип обеспечивает легкую работу двигателя, но имеет малую экономичность из-за тепловых потерь в вихревой камере и потерь при перетекании заряда из вихревой в основную камеру.
Плёночное смесеобразование.
Плёночное смесеобразование обеспечивается подачей 95% топлива на стенки камеры сгорания и только небольшой части в объём камеры сгорания. Эта часть топлива получила название запальной. В последнее время всё большее распространение получило плёночное смесеобразование, осуществляемое по M-процессу. Осуществляется в камерах типа MAN или «Дойтц».
Рис. 25. Камера сгорания типа «Дойтц» и MAN
Сущность M-процесса сводится к тому, что топливо впрыскивается форсункой с одним или двумя сопловыми отверстиями под углом 15 градусов к стенке камеры сгорания сферической формы, в которой создаётся интенсивное вращательное движение воздушного заряда. При этом направление движения струи топлива совпадает с направлением движения воздушного потока, что способствует равномерному растеканию топлива по стенкам камеры сгорания и образование пленки. Начальный очаг воспламенения возникает в объеме камеры сгорания за счет попадания в него 5% топлива, отражающегося от стенок камеры сгорания. В связи с тем, что количество топлива, испаряющегося в объеме камеры сгорания, невелико, соответственно и мало понижение температуры в начальных очагах смесеобразования, чем достигается сокращение периода задержки самовоспламенения. Топливо, попавшее на стенки, прогревается и испаряется и, перемешиваясь с воздухом в объеме камеры сгорания начинает принимать участие в процессе сгорания.
Сгорание в дизелях с М-процессом протекает мягко, сопоставляя с работой ДВС. Сгорание бездымное даже при = 1,15..1,2.
К недостаткам можно отнести следующие:
Затрудненный пуск двигателя в холодное время, т.к. топливо, попавшее на стенки камеры сгорания, испаряется с трудом => необходим сильный подогрев поступающего воздуха
Наличие при работе ДВС неприятного запаха
studfiles.net
Дизели относятся к двигателям с внутренним смесеобразованием и с воспламенением от сжатия. Воздух в цилиндре при сжатии нагревается до 500—700°, и впрыскиваемое топливо быстро самовоспламеняется. Смесеобразование в этих двигателях совпадает по времени с вводом топлива в цилиндр и частично с процессом сгорания; на эту операцию отводится весьма малый промежуток времени (1/100 -1/200 сек). Для того чтобы топливо полностью сгорело, использовав весь наличный кислород заряда воздуха, нужно:
а) распыливать впрыскиваемое жидкое топливо на мельчайшие капли; тонкость распыливания характеризуется диаметром и числом капель, получающихся при распаде струи топлива;
б) равномерно распределить распыленное топливо по всей массе заряда воздуха;
в) чтобы капли топлива не попадали на относительно холодные стенки цилиндра и днища поршня, так как в этом случае они не будут гореть.
Распыливание впрыскиваемого жидкого топлива в дизелях можно осуществлять с помощью распыливающего воздуха, предварительно сжатого в специальном компрессоре (пневматическое распыливание), и без помощи воздуха, путем механического распыливания топлива, проталкиваемого топливным насосом через отверстия малого сечения. Первый метод распыливания называют компрессорным, а второй — бескомпрессорным.
Компрессорный метод смесеобразования, воплощенный в компрессорных дизелях, с самого появления завоевал широкое применение; это объясняется тем, что дизели были самыми экономичными по сравнению с другими двигателями того времени. Однако пневматический распыл связан с необходимостью иметь компрессор высокого давления, на приведение в действие которого расходуется от 5 до 10% индикаторной мощности двигателя. Наличие компрессора усложняет конструкцию и эксплуатацию двигателя, увеличивает его габариты и стоимость. По этим причинам компрессорные дизели в настоящее время не выпускаются.
Бескомпрессорное распыливание топлива осуществляется в бескомпрессорных дизелях. Все современные дизели являются бескомпрессорными. В них топливо под значительным давлением, создаваемым насосом, подается по трубопроводу к форсунке, которая и осуществляет нужный распыл топлива в камере сгорания. Тонкость распыла определяется рядом факторов, в первую очередь — скоростью истечения топлива, зависящей от давления впрыска и противодавления в цилиндре, величиной диаметра распыл ива ющих отверстий форсунки, вязкостью топлива и др.
Бескомпрессорные дизели в зависимости от способа смесеобразования делятся на двигатели со струйным распылом топлива, предкамерные двигатели, двигатели с вихревыми камерами и двигатели с воздушными камерами.
Наибольшее распространение в стационарных установках имеют дизели со струйным распыливанием и предкамерные дизели.
- Дизели со струйным распыливанием
- Предкамерные дизели
- Вихрекамерные дизели
- Воздушнокамерные дизели
vdvizhke.ru
В отличие от бензиновых двигателей, где горючая 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°угла поворота коленчатого вала до ВМТ и за 0,002—0,01 с (в пять—десять раз меньше, чем у карбюраторного двигателя) должно перемешаться с воздухом и сгореть. Несмотря на такую быстротечность сгорания, его условно разделяют на четыре фазы, первая из которых называется периодом задержки воспламенения (0,001—0,003 с). В это время происходит распад впрыскиваемого топлива на капли, их продвижение по камере сгорания, испарение, смешивание с воздухом и саморазгон химических реакций самовоспламенения. Следующие три фазы — фазы горения топливовоздушной смеси.
Если период задержки воспламенения оказывается продолжительным, то значительная часть топлива успевает испариться и смешаться с воздухом. В результате одновременного воспламенения этой части по всему объему возникает резкое повышение давления в камере сгорания (жесткая работа) с ростом динамических нагрузок на детали и повышением уровня шума. Поэтому длительный период задержки самовоспламенения не желателен. Он зависит от температурных условий, сорта топлива, нагрузки двигателя и других факторов. Однако внутреннее смесеобразование в дизелях всегда определяет их более жесткую работу по сравнению с карбюраторными двигателями.
Так как время на смесеобразование в дизеле очень мало, то для более полного сгорания топлива в его цилиндры воздуха вводят больше, чем в бензиновых двигателях, коэффициент избытка воздуха от 1,4 до 2,2.
Таким образом, к смесеобразованию дизелей предъявляются высокие требования. Оно должно обеспечить равномерное перемешивание топлива с воздухом, постепенное сгорание топлива по времени, полное использование всего воздуха в камере сгорания при минимально возможном значении а, а также максимально мягкую работу дизеля.
Большинство поставленных задач во многом рашаются путем выбора формы камеры сгорания. Различают неразделенные камеры сгорания (однополостные) (рис. 9.2, я, б) и разделенные (рис. 9.2, в).
Неразделенные камеры сгорания представляют собой камеру, образованную днищем поршня, когда он находится в ВМТ, и плоскостью головки блока цилиндров.
Разделенные камеры сгорания имеют основную и вспомогательную полости, соединенные каналом 11. Вспомогательная камера может быть не только сферической, как показано на рис. 9.2, #, но и цилиндрической. В первом случае она называется вихревой, во втором — предкамерой.
Рис. 9.2. Камеры сгорания дизелей: а, б — неразделенные; в — разделенная; / — форсунка; 2, 4— головка блока цилиндров; 3, 5, 12 — камеры сгорания в поршнях; 6 — поршень; 7— объемная струя топлива; 8 — пристеночная струя; 9 — распылитель форсунки; 10 — дополнительная камера; 11 — канал
Разделенные камеры сгорания обеспечивают более качественное смесеобразование и менее жесткую работу путем сокращения периода задержки воспламенения. Однако их основным недостатком является затруднительный пуск двигателя и увеличенный расход топлива по сравнению с неразделенными камерами сгорания.
На качество смесеобразования также оказывает существенное влияние взаимное направление и интенсивность движения топливных струй и заряда воздуха в камере сгорания. В связи с этим различают объемное смесеобразование, пленочное и объемно-пленочное.
При объемном смесеобразовании топливо впрыскивается непосредственно в толщу горячего воздуха, находящегося в объеме камеры сгорания. При этом для лучшего перемешивания частиц распыленного топлива с воздухом его свежему заряду сообщают вращательное движение с помощью завихрителей или винтовых впускных каналов, а форму камеры сгорания стремятся согласовать с формой струи топлива, подаваемой форсункой 1.
Пленочное смесеобразование 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 смесеобразованиями заключается в том, что в первом случае частицы распыленного топлива непосредственно смешиваются с воздухом, а во втором основная часть топлива сначала испаряется и уже в парообразном состоянии перемешивается с воздухом.
Объемно-пленочное смесеобразование сочетает в себе процессы объемного и пленочного смесеобразования. Такой способ смесеобразования используется на отечественных двигателях ЗИЛ-645, где объемная камера сгорания располагается в поршне. Топливо впрыскивается из двухдырчатого распылителя форсунки, расположенной в головке цилиндра. Пристеночная струя направляется вдоль образующей камеры сгорания, создавая на ней пленку. Объемная струя располагается ближе к центру камеры сгорания. Такое смесеобразование дает хорошую экономичность, обеспечивает более мягкую работу дизеля и приемлемые пусковые качества.
megaobuchalka.ru
до 26.
В отличие от вихревой камеры, предкамера (вспомогательная камера) имеет относительно меньшие объем и сечение горловины (рис. 4, 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.
