Процесс смесеобразования и сгорания в дизелях

Для эффективного протекания последующих рабочих процессов подача топлива в дизеле должна удовлетворять следующим требованиям.

Необходимо осуществлять впрыскивание топлива в течение строго определенной фазы цикла. Начало подачи, характеризуемое углом опережения впрыскивания, и конец подачи, зависящий от продолжительности впрыскивания, должны обеспечивать наиболее полное использование теплоты топлива. Для автотракторных дизелей на полных нагрузках углы опережения впрыскивания 5...30°, а продолжительность подачи топлива 20...45 град ПКВ.

Для оценки параметров процесса впрыскивания и определения количества топлива, поступившего из распылителя, пользуются дифференциальной и интегральной характеристиками впрыскивания.

Дифференциальная характеристика впрыскивания представляет собой зависимость объемной (или массовой) скорости подачи I топлива из распылителя форсунки от времени или угла поворота I кулачкового вала топливного насоса высокого давления. При I анализе рабочих процессов двигателя дифференциальную характеристику впрыскивания строят в зависимости от угла поворота I коленчатого вала двигателя (рис.30, кривая 1). По оси абсцисс отложены углы поворота коленчатого вала, по оси ординат - величина объемной подачи топлива на градус угла поворот коленчатого вала —моменты начала, конца, продолжительности и угла опережения впрыскивания топлива.

И нтегральная характеристика впрыскивания определяет количество топлива, поступившего из распылителя форсунки с начала до любого момента подачи.

Возможно также основную подачу осуществлять в виде отдельных следующих друг за другом порций топлива. Получение нескольких или ряда раздельных впрыскиваний и управление моментами их подачи осуществимо только при применении аккумуляторных ТС с электронным управлением.

Рис. 27.

Дифференциальная (1) и интегральная (2) характеристики впрыскивания.

Под действием начальных возмущений и сил аэродинамического сопротивления струя разрывается на отдельные частицы, нити, крупные и мелкие капли. Частицы, двигаясь далее в газовой среде, деформируются под действием аэродинамических сил и сил поверхностного натяжения. Последние способствуют разрыву пленок и нитей топлива и образованию капель. Крупные капли, двигаясь с большими скоростями в плотной газовой среде, также начинают деформироваться и под действием сил аэродинамического сопротивления могут дробиться на более мелкие. Деформации и распаду капель препятствуют силы поверхностного натяжения и вязкость, поэтому процесс дробления продолжается до тех пор, пока силы, стабилизирующие каплю, не станут больше сил, вызывающих ее распад.

Для одновременной оценки мелкости и однородности распыливания пользуются графическими зависимостями между диаметрами капель и их относительным содержанием. Такие зависимости называют характеристиками распыливания. При построении суммарных характеристик распыливания по оси абсцисс откладывают диаметры капель, а по оси ординат — отношение объема капель, имеющих диаметры от минимального до данного, к объему всех капель. Это отношение обозначим Ω, следовательно, для максимального диаметра капель суммарный относительный объем капель равен единице. Зависимость Ω=f(d_k) на рис. 31 соответствует кривой 1. Чем круче и ближе к оси ординат располагается суммарная характеристика распыливания, тем мельче и однороднее распылено топливо. Вместо объемов по оси ординат можно откладывать относительную массу капель.

Характеристики распыливания строят и в виде кривых частот относительных объемов (масс.) капель в зависимости от их диаметров (кривая 2 на рис. 28)Они получаются дифференцированием суммарных характеристик распыливания. Улучшение мелкости и однородности распыливания соответствует смещению максимума кривой частот в направлении оси ординат и увеличению относительных объемов более мелких капель.

Рис. 28. Суммарная кривая распыливания и кривая частот

Влияние различных факторов на мелкость распиливания, развитие и структуру струи

Средние диаметры капель находятся в обратной зависимости от скорости истечения топлива. Следовательно, на мелкость и однородность распыливания существенно влияет давление впрыскивания.

Один из основных факторов, определяющих длину струи,— кинетическая энергия топлива, вытекающего из распылителя. Она зависит от массы топлива и скорости истечения, которые определяются формой характеристики впрыскивания (или давлением рас­пыливания) и проходным сечением распыливающего отверстия, поэтому характеристика впрыскивания существенно влияет на развитие и длину струи топлива. Чем резче нарастает скорость подачи в начале впрыскивания, тем больший путь будет проходить струя на этом участке.

Из физических свойств топлива наибольшее влияние на мелкость и однородность распиливания оказывает вязкость. Вязкость уменьшает возмущения в потоке при его движении в распылителе, с увеличением вязкости мелкость и однородность распиливания ухудшаются. Силы поверхностного натяжения препятствуют распаду струй и капель, но способствуют дроблению пленок и нитей, поэтому влияние этих сил менее значительно.

Повышение плотности газовой среды, в которую впрыскивают топливо, увеличивает аэродинамическое сопротивление движению капель, что способствует распаду струи и дроблению крупных капель.