Заняття № 6: « сумішоутворення в дизельних двигунах»

План заняття

1. Процес розпилення палива

2. Вплив розпилення на процес сумішоутворення.

3. Класифікація камер згоряння і способи сумішоутворення.

4. Процес сумішоутворення у різних типах камер згоряння.

1. Процес розпилення палива

У дизельних двигунах сумішоутворення здійснюється в кінці такту стиснення та на початку розширення і триває протягом дуже короткого проміжку часу, що відповідає 20-40° кута повороту колін­частого вала. Процес утворення паливо-повітряної суміші відбуваєть­ся одночасно з процесом згоряння в періоди затримки займання і видимого згоряння. За таких умов рівномірний розподіл частинок па­лива по всьому об'єму повітряного заряду і швидке випаровування їх, що забезпечує повне і своєчасне згоряння палива, є завданням дуже складним.

Значний вплив якості сумішоутворення на період затримки за­ймання в початковій фазі процесу згоряння обумовлює необхідність високоякісного розпилення палива для «м'якої» роботи двигуна. Сумішоутворення в дизельних двигунах починається з розпилення палива і розподілу його крапель по масі стиснутого повітряного за­ряду. При цьому паливо нагрівається і випаровується, в результаті чого утворюється пальна паливно-повітряна суміш.

Як зазначалося вище, процес сумішоутворення в циліндрі двигу­на відбувається за 20…40° кута повороту колінчастого вала; тому в більшості випадків розпилення закінчується тоді, коли раніше впорскнуте паливо уже зайнялося. За цих умов для своєчасного і повного згоряння палива треба забезпечити високоякісне впорску­вання і розпилення його.

Паливо в циліндр дизеля впорскується під тиском крізь сопловий отвір форсунки. Під впливом ряду факторів — аеродинамічного опо­ру стиснутого повітря, завихрень всередині циліндра тощо — паливна струмина перетворюється на факел. Численними дослідженнями встановлено, що факел розпиленого палива (рис. 1) умовно можна поділити на серцевину 1, яка складається з великих розпилених крапель палива, середню зону 2, утворену великою кількістю крапель розпи­леного палива, що оточують серцевину, і зовнішню зону 3, утворену загальмованими і частково перемішаними з повітрям найдрібнішими краплинами палива.

Рис. 1. Структура факела розпилення палива

Багатьма дослідами встановлено, що розміри крапель у факелах розпиленого палива складають 5-100 мк. Найбільша кількість кра­пель має розмір 10…25 мк. Встановлено, що найбільш швидке зго­ряння в дизельному двигуні забезпечується при розмірі крапель 10…40 мк. Якщо краплі більші, то процес згоряння може уповільнитися, при цьому виділятиметься сажа. Дуже дрібні краплі (менш як 10 мк) випаровуються поблизу розпилювача, що призводить до неповного використання повітря в об’ємі камери згоряння.

Факел характеризується такими параметрами: довжиною факела –L _ф; кутом конусності – β_ф = 12…20^о

Слід зауважити, що процес розпилення і перемішування палива повинен відповідати досить суперечливим вимогам залежно від фаз процесу згоряння. У першій фазі однорідні пальні суміші мають біль­ші періоди затримки займання, ніж неоднорідні. В другій і наступ­них фазах для повнішого і швидшого згоряння треба добиватися ви­рівнювання складу суміші за об’ємом камери згоряння.

До основних факторів, які визначають якість розпилення, нале­жать: тиск впорскування, тиск у камері згоряння, розмір соплового отвору, швидкість витікання і в’язкість палива.

Якщо в карбюраторному двигуні паливо розпилюється внаслідок тертя повітря об паливо, то в дизельному − внаслідок тертя палива об відносно спокійне стиснуте повітря; тому для того, щоб паливо розпилювалося краще, треба подавати його в середовище стиснутого повітря з великою швидкістю, що й досягається за рахунок тиску впорскування.

З підвищенням тиску впорскування зростає швидкість витікання палива, зменшуються розміри крапель палива, тобто підвищується тонкість розпилення. Тиск впорскування палива в двигунах з нерозділеною камерою згоряння дорівнює 20…40 МПа^, у тихохідних потужних двигунах і 70…100 МПа^, - у швидкісних, а при застосу­ванні насос-форсунок 150…180 МПа. У двигунах, які мають розділену камеру згоряння, тиск впорскування становить 10…15 МПа. При таких тисках швидкість витікання палива становить 150-400 м/с, що забезпечує потрібну якість сумішоутворення.