66. Способы смесеобразования

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

Объемный способ смесеобразования

При объемном способе смесеобразования топливо вводится в мелко распыленном капельно-жидком состоянии непосредственно в воздушный заряд камеры сгорания, где затем оно испаряется и переме­шивается с воздухом, образуя топливно-воздушную смесь.

При объемном смесеобразовании используют, как правило, неразделенные камеры сгорания (так называемый непосредственный впрыск). Качество смесеобразования в этом случае достигается в основном путем согласования формы камеры сгорания с формой и числом топливных факелов. Коэффициент избытка воздуха для таких двигателей ограничивается значениями 1,5—1,6 и выше. Рабочий цикл при таком смесеобразовании характеризуется высоким максимальным давлением сгорания р, и большими скоростя­ми нарастания давления w_p = dp/dφ («жесткостью» работы). Двигатели с непосредственным впрыском обладают следующи­ми достоинствами:

• высокой экономичностью

• хорошими пусковыми качествами;

• сравнительно низкой степенью сжатия

• относительной простотой конструкции камеры сгорания и возможностью форсирования наддува.

Основными недостатками этих двигателей являются:

• повышенные значения коэффициента избытка воздуха (1,6—2) на номинальных режимах и как следствие умеренная величина среднего эффективного давления;

• высокая «жесткость» работы (w_p до 1 МПа/°);

• сложная топливная аппаратура и тяжелые условия ее работы в связи с высокими давлениями.

При предкамерном объемном способе смесеобразования камеры сгорания делятся на две части: предкамеру и основную камеру. Предкамера обычно размещается в головке цилиндра, их форма представляет собой тело вращения. Объем предкамеры 20—40 % объема камеры сгорания. С основной камерой предкамера соединяется каналом небольшого сечения. Смесеобразование осуществляется за счет кинетической энер­гии газов, протекающих с большими скоростями из основной ка­меры в предкамеру в процессе сжатия и из предкамеры в основную в процессе сгорания. Поэтому в данном случае не предъявляются высокие требования к качеству распыления и равномерности рас­пространения топлива при впрыске. Это позволяет использовать давление впрыска в 8—15 МПа и форсунки с однодырчатым распы­лителем.К достоинствам предкамерного объемного смесеобразования можно отнести: • невысокое максимальное давление сгорания в полости ци­линдра (p_z = 4,5—6,0 МПа) и небольшая «жесткость» работы (w_p = 0,25-0,3 МПа/°);

• низкая чувствительность к изменению скоростных режимов и возможность форсирования по частоте вращения коленчатого вала;

• низкие требования к качеству распыления топлива, возмож­ность использования невысокие давления впрыска и форсун­ки с распылителями с одним отверстием при больших значе­ниях проходных сечениях каналов;

• сгорание топлива происходит при относительно небольшом коэффициенте избытка воздуха (α_min = 1,2).

Недостатками предкамерного объемного смесеобразования яв­ляются:

• низкие экономические показатели из-за увеличения отвода теплоты при теплопередающей поверхности значительной ве­личины и дополнительных газодинамических потерях.

• затруднения пуска холодного двигателя из-за больших потерь теплоты при большой поверхности камеры сгорания. Для улучшения пусковых качеств в предкамерных дизелях приме­няют более высокие степени сжатия (ε = 20—21), а в предка­мерах иногда устанавливают калильные свечи;

• сложные конструкции камеры сгорания и головки двигателя.

Вихрекамерное объемное смесеобразование отличается тем, что камера сгорания состоит из основной и вихревой камер. Вихревые камеры чаще всего выполняются в головке блока ци­линдров и реже в блоке цилиндров. По форме они представляют собой шар или цилиндр. Объем вихревых камер — 50—80 % общего объема камеры сгорания.

Особенностью вихрекамерных двигателей является сравнитель­но незначительный перепад давлений между вихревой и основной камерами сгорания и соответственно небольшие скорости перетека­ния газов из одной части камеры в другую. Интенсивным вихревым движением заряда обеспечивается хо­рошее использование кислорода воздуха и бездымная работа двига­теля при малых значениях коэффициента избытка воздуха (α = 1,15).

Преимущества вихрекамерного объемного смесеобразования:

• возможность работы при малых значениях коэффициента из­бытка воздуха, что обеспечивает лучшее по сравнению с дру­гими двигателями использование рабочего объема и получе­ние более высоких значений среднего эффективного дав­ления;

• более низкое, чем у двигателей с непосредственным впры­ском максимальное давление сгорания и уменьшение «жест­кости» работы;

• возможность форсирования двигателя по частоте вращения коленчатого вала;

• невысокие требования к сорту топлива;

• низкое давление впрыска и возможность использования бо­лее простой топливной аппаратуры;

• стабильность работы двигателей при переменных режимах.

Недостатки вихрекамерного объемного смесеобразования те же, что и у предкамерного смесеобразования.