2.Смесеобразование и камеры сгорания.

Особенностью дизелей является внутреннее смесеобразование, т. е. образование горючей смеси из воздуха и топлива внутри цилиндра. Смесеобразование бывает объемным и пленочным. В судовых дизелях применяют обычно объемное смесеобразование, при котором горючая смесь получается при впрыскивании топ­лива в объем воздушного заряда. Топливо впрыскивается в ка­меру сгорания через сопловые отверстия форсунки под высоким давлением, создаваемым топливным насосом. Топливо, вытекая из отверстий форсунки, распыливается на капли и образует тоц-ливный факел. Факел топлива должен хорошо заполнять камеру сгорания, но не должен попадать на относительно холодные стенки цилиндра и поршня, так как это вызывает неполное сго­рание и образование нагара. При хорошем распыливании диа­метр капель топлива должен быть 20-25мкм-

Рис. 31. Камеры сгорания

Камеры сгорания бывают неразделенными и разделенными. В судовых дизелях чаще всего применяют объемное смесеобразование с неразделенной камерой. В этом случае топливо распиливается при давлении 20—50 МПа (в отдельных типах двига­телей 100—150 МПа). Сопловые отверстия форсунки имеют диаметр 0,2—0,6 мм. Топливо вытекает из отверстий со скоростью порядка 200 м/с, которая обеспечивает достаточную дальнобойность топливного факела.

Для того чтобы частицы воздуха лучше перемешивались, необходимо создавать завихрение воздуха в камере сгорания. Как отмечалось, тангенциальное расположение продувочных окон в двухтактных двигателях способствует завихрению воздуха в цилиндре и улучшает смесеобразо­вание.

Для лучшего перемешивания частиц топлива с воздухом большое значение имеет форма камеры сгорания. Очень хорошее смесеобразование достигается в камере сгорания (рис. 31, а),, впервые предложенной Гессельманом. Камера такой формы широко распространена в четырех- и двухтактных двигателях. Благодаря бортику у краев поршня частицы топлива не попадают на охлаждаемые стенки рабочей втулки цилиндра.

Двигатели большой мощности обычно имеют поршни с вогнутым днищем. В камере сгорания (рис. 31, б) такого поршня также достигается достаточно хорошее смесеобразование.

Для хорошей продувки днище поршня двухтактных двигателей иногда делают выпуклым. В этом случае, чтобы придать камере сгорания форму, соответствующую форме факела горящего топлива, внутреннюю поверхность крышки цилиндра делают вогнутой.

При объемном смесеобразовании с неразделенной камерой сгорания таковая имеет достаточно простую форму и относительно малую поверхность охлаждения. Поэтому такие двигатели отличаются высокой экономичностью и обеспечивают легкий пуск в ход. Неразделенные камеры сгорания применяют в мало- и среднеоборотных двигателях.

В высокооборотных двигателях небольшой мощности цикловая подача топлива составляет всего 0,1—0,5 г, и при неразделенных камерах приходится применять столь малые диаметры отверстий форсунок (0,1—0,2 мм), при которых работа двигателя из-за легкости засорения отверстий становится ненадежной. Поэтому в высокооборотных двигателях применяют разделенные камеры сгорания с объемным или пленочным смесеобразованием.

Примером двигателей с разделенными камерами сгорания.и объемным смесеобразованием являются вихрекамерные двигатели. Вихревая камера чаще всего расположена в крышке цилиндра (рис. 32). Объем вихревой камеры достигает 70—80% объема камеры сжатия. При сжатии воздух, поступая через соединительную горловину 3 в вихревую камеру сферической формы, получает вращательное движение. Топливо подается форсункой 1 в вихревую камеру под давлением 10—12 МПа. Диаметр отверстий сопла форсунки не должен быть слишком малым.

Применение вихревой камеры обеспечивает хорошее распыливание топлива и достаточно полное его сгорание в высокооборотных двигателях. Однако вихрекамерные двигатели имеют повышенный удельный расход топлива из-за потерь при перетекании газов через горловину вихревой камеры и увеличенной поверхности охлаждения. Последнее обстоятельство вызывает также сильное охлаждение воздуха при его сжатии во время пуска двигателя в ход, что затрудняет достижение температуры, необходимой для самовоспламенения топлива.

Рис. 32. Крышка цилиндра вихрекамерного двигателя

Рис. 33. Камера сгорания двигателя

с пленочным смесеобразованием

Для облегчения пуска в ход вихрекамерных двигателей, пользуются электрической запальной свечой 2, расположенной рядом с форсункой. Для этой же цели применяют повышенную степень сжатия, достигающую 16—18. Устройство разделенной камеры сгорания при пленочном смесеобразовании представлено на рис. 33. Одна часть камеры находится в поршне, а другая - между поршнем и крышкой. Топливо подается на поверхность той части камеры, которая находится в поршне. Топливная пленка испаряется за счет теплоты стенок камеры, и пары топлива хорошо перемешиваются с воздухом. Топливо распыливаемое в камере сгорания, воспламеняется в первую очередь и обеспечивает воспламенение остального топлива. Интенсивное перемешивание паров топлива с воздухом возникает при перетекании воздуха из надпоршневого пространства в камеру. Пленочное смесеобразование применяют в высокооборотных двигателях при малых диаметрах цилиндров, Характер перемешивания топлива с воздухом и степень полноты сгорания зависят от начала и продолжительности поступления топлива в цилиндр. Начало впрыска топлива определяется моментом поступления первых его порций в цилиндр и выражается в углах поворотов мотыля до в. м.т. - так называемых углах опережения впрыска топлива.

Величина угла опережения впрыска должна быть выбрана с учетом химического состава топлива, способа смесеобразования и частоты вращения двигателя. Угол начала впрыска в малооборотных двигателях составляет 8—10° до в.м.т., а в высокооборотных эта цифра достигает 15—20°. В двигателях, работающих с переменной частотой вращения (судовые), иногда предусматривают изменение угла опережения впрыска при изменении частоты вращения. Продолжительность периода полного ,впрыска топлива, составляет 20—30° поворота мотыля. В некоторых высокооборотных двигателях впрыск топлива заканчивается в мертвой точке.