3.12. Образование горючей смеси в дизелях

Внутреннее смесеобразование, т.е. образование горючей смеси, характерное для дизелей, бывает объемным и пленочным. В первом случае впрыскиваемое в цилиндр топливо выходит в виде струй, которые распадаются на множество мелких капель. При этом значительно увеличивается поверхность контакта топлива с нагретым воздухом, что ускоряет процесс испарения «легкой» (и легко горящей) части топлива. Очевидно, что чем больше поверхность контакта топлива с воздухом, тем лучше происходит процесс воспламенения и сгорания топлива.

Высокому качеству смесеобразования способствует высокое давление, создаваемое топливными насосами высокого давления (20÷50 МПа, иногда до 100÷150 МПа), малый диаметр (0,2÷1,2 мм) и количество отверстий (от 4 до 10) форсунок, а также тангенциальное расположение продувочных окон и форма камер сгорания.

На рис. 33, а, б, в, г показаны варианты неразделенных камер сгорания, объем которых представляет собой единое пространство. Для повышения однородности воздухо-топливной смеси в камере сгорания, для исключения попадания капель топлива на стенки цилиндра и для равномерного заполнения камеры сгорания горючей смесью, дизелестроительные предприятия производят тщательное согласование формы струй топлива с формой камеры сгорания.

Несмотря на предпринимаемые усилия, добиться рационального использования воздуха в неразделенных камерах сгорания трудно. Поэтому, для полного сгорания топлива, увеличивают количество подаваемого воздуха, что оценивается коэффициентом избытка воздуха α, значение которого показывает, во сколько раз количество подаваемого воздуха превышает теоретически необходимое для сгорания.

Камеры сгорания первых двух типов применяют в четырехтактных ДВС, крышки рабочих цилиндров которых, по технологическим соображениям, делают плоскими, и форма камеры сгорания определяется формой донышка поршня.

Камеры, показанные на рис. 33, в и г применяют в двухтактных двигателях. Форма камеры создается за счет формы днища крышки и головки поршня, что способствует более равномерному заполнению камеры сгорания топливо-воздушной смесью.

Нераздельные камеры сгорания применяются в мало– и среднеоборотных двигателях достаточно большой мощности, имеющих диаметр цилиндра ≈0,15÷1 м),где цикловая подача топлива позволяет обеспечить ее качественное распыливание.

В высокооборотных двигателях небольшой мощности и, соответственно, с малой цикловой подачей, достигающей 0,5 г и меньше, для обеспечения распыливания топлива приходится применять такие малые диаметры отверстий форсунок, при которых работа двигателя становится ненадежной (отверстия диаметром 0,2 мм и менее легко засоряются). Поэтому в таких двигателях применяют разделенные камеры сгорания с объемным или пленочным смесеобразованием.

В разделенных камерах сгорания объем камеры сгорания делится на две части: надпоршневое пространство и отдельную камеру в крышке рабочего цилиндра (например, вихрекамерные двигатели), либо в головке поршня.

В вихрекамерных двигателях (рис. 33, ж) при сжатии воздух, поступая в вихревую камеру, получает вращательное движение, в результате чего впрыскиваемое через форсунку в вихревую камеру топливо хорошо распыливается, т.е. происходит объемное смесеобразование.

Примеры камер объемно-пленочного и пленочного смесеобразования приведены на рис. 33, д и е.

В первом случае при центральном расположении форсунки (как показано на рис. 33, д) топливные струи (от 4 до 6) направляются таким образом, чтобы часть топлива попадала в объем камеры сгорания, а часть – на стенку, растекаясь в виде тонкой пленки. Интенсивное вихревое движение наряду с испарением части топлива с поверхности камеры позволяет обеспечить качественное смесеобразование при достаточно низких коэффициенте избытка воздуха (α = 1,5) и давлении впрыскивания (до 20 МПа).

Во втором случае (рис. 33, е) топливный факел подается на стенку под острым углом, что способствует растеканию пленки по поверхности камеры и ее интенсивному испарению.

Двигатели с разделенными камерами сгорания могут работать на различных сортах топлива, однако из-за повышенных тепловых потерь и потерь на перетекание рабочего тела из одной части камеры сгорания в другую двигатели с такими камерами сгорания по тепловой экономичности хуже по сравнению с двигателями с неразделенными камерами сгорания.