книги из ГПНТБ / Чернышев А.Н. Корабельные двигатели внутреннего сгорания. (Теория рабочих процессов поршневого двигателя) учебное пособие

Г л а в а УШ

СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕ В ДИЗЕЛЯХ

§24. Назначение, особенности и требования

ксмесеобразованию в дизелях

Способы смесеобразования

Необходимым условием возникновения и развития реакции сгорания в двигателе является предварительное смешение реагентов, т .е . мельчайших частиц топлива и кислорода воз­ духа.

Смесь распыленного топлива с воздухом и остаточными газами называется рабочей смесью.

Смесеобразование - это процесс, состоящий из дозиров­ ки, распыливания жидкого топлива, перемешивания мельчай­ ших частиц топлива с воздухом и распределения этой смеси по объему камеры сгорания.

В двигателях внутреннего сгорания образование рабочей смеси может выполняться двумя принципиально отличающимися путями:

1) внешним смесеобразованием, когда смесь приготав­ ливается в карбюраторе;

2) внутренним смесеобразованием, когда все процессы приготовления рабочей смеси, кроме дозировки, осуществляют­ ся в цилиндре двигателя.

Известны различные способы осуществления внутреннего смесеобразования.

I . Струйное распыливание топлива в неразделенные каме-

140

4. Дозировка количества топлива, подаваемого на каж­ дый из цилиндров в зависимости от потребляемой мощности, осуществляется отдельными насосами или, по крайней мере, отдельными секциями блочного насоса, в связи с этим может иметь место неравномерная дозировка топлива по цилиндрам.

Требования к смесеобразованию в дизелях

Для обеспечения требуемого качества смесеобразования необходимо:

1)подать в камеру сгорания требуемую порцию топли­ ва в строго определенный момент, за определенный период времени и по вполне определенному (заданному) закону;

2)обеспечить нужное качество (тонкость и однород­ ность) распыливания топлива;

3)равномерно распределить распыленное топливо по объему камеры сгорания;

4)обеспечить одинаковую дозировку топлива и одина­ ковое качество смесеобразования во всех цилиндрах, причем не только на номинальном, но и на частичных режимах работы.

Выполнение этих требований обеспечивается правильным подбором топливной аппаратуры при конструировании, свое­ временной и тщательной ее регулировкой и поддержанием в требуемом техническом состоянии в процессе эксплуатации

дизеля.

142

§ 25. Принципы струйного распиливания топлива

Процесс дозировки и распиливания топлива осуществля­

кой. Для получения достаточного измельчения топливо впрыс­ кивается в цилиндр под давлением 100*2000 кГ/см^, величи­ на которого зависит от конструктивных особенностей и ре­ жима работы дизеля. Топливо подается на угле поворота ко­ ленчатого вала величиной от нескольких градусов до не­ скольких десятков градусов. Первые частицы впрыскиваемой порции топлива попадает в цилинд до прихода порпня в ВМТ при параметрах р{ -30*90 кГ/см2 и Т4 -700 Ы000°К. По­ следующие частицы подаются в объем камеры сгорания при не­ прерывно нарастающих давлении и температуре среды.

Для получения требуемого качества распиливания необхо­ димо обеспечить достаточно большие скорости истечения топ­

легко установить взаимосвязь скорости истечения и разно­ сти давлений топлива перед форсуночным отверстием (давле­

зависящий от геометрии и состояния сопловых отверстий. На рис. 35 показана графическая зависимость С0Т от рр при неизменных р и /U. .

Итак, для получения качественного распиливания топли­ ва необходимо обеспечить достаточно большие скорости исте­ чения. Поясним это.

Распад струи на мельчайшие частицы является сложным

143

процессом, происходящим под воздействием внеиних и внутрен­ них сил.

I . Начальные возму щения, возникающие при истечении топлива из соп­ ла и вызывающие турбулент­ ный характер движения топ­ ливной струи, приводят к появлению составляющих скорости, направленных перпендикулярно к оси струи, и способствуют ее скорейшему распаду. Оче­ видно, что начальные воз­ мущения относятся к внут­ ренним силам и для вполне определенного соплового отверстия более всего за­ висят от скорости истече­

ния топлива.

2. Внешняя сила аэродинамического сопротивления де ствует на поверхность струи, препятствует ее проникнове­ нию в пространство камеры сгорания и одновременно стремит­ ся отделить от струи капельки топлива. С возрастанием сил аэродинамического сопротивления процесс распада струи уси­ ливается. Величина аэродинамических сил сопротивления за­ висит от плотности газовой среды и относительной скорости движения топлива в этой среде.

Внутренние силы сцепления и поверхностного натяжения наружного слоя противодействуют распаду струи на отдельные нити и капли и обусловливаются физическими свойствами жид­ кого топлива.

Схема образования нитей и капель при истечении струи топлива из форсуночного отверстия показана на рис. 36. Очевидно, что скорость истечения будет большая в центре

144

на периферии. Это обстоятельство способствует ускоренно распада струи и наряду с отмеченными ранее факторами при­ водит к образованию топливного факела, схематичеки изобра­ женного на рис. 37.

Факел содержит частицы топлива различного размера. Яд­ ро или стержень состоит из капель большого диаметра или даже нитей топлива, обладающих значительной энергией и скоростью движения. Оболочка, окружающая ядро, состоит из капелек тем меньшего диаметра, чем ближе они расположены к периферии.

145

2) однородностью распыливания. Критерий - пределы изменения диаметра капель топлива в факеле.

146

Так как каждый из названных параыетров в отдельности не может полностьв характеризовать качество распиливания,

рис. 38 изображены три характеристики распиливания, причем только одна из них (3) отвечает требованиям тонкости и од­ нородности.

Как отмечалось, размеры и число капель в факеле уста­ навливается экспериментально. Например, вместо топлива берется парафин при такой температуре, при которой коэф­ фициенты вязкости и поверхностного натяжения жидкого па­ рафина и топлива одинаковы. Капли распыленного парафина улавливается в спирт, просеивается через сито с ячейками

Как отмечалось в перечне требований к смесеобразова­ ние (§ 24) для получения качественного смесеобразования и последувщего сгорания недостаточно обеспечить тонкое и од­ нородное распиливание топлива. Кроме этого, необходимо обеспечить еще и оптимальный закон подачи топлива, что до­ стигается взаимным подбором и "настройкой" всех элементов топливоподавщей аппаратуры.

На рис. 39 изображено изменение различных параметров, характеризувщих процесс впрыскивания топлива по углу по­ ворота коленчатого вала.

147