Глава 7 система питания дизелей

7.1. Особенности смесеобразования в дизелях

Особенностью двигателей с самовоспламенением от сжатия, или, как их принято называть, дизелей (по имени изобретателя Р. Дизеля), является приготовление горючей смеси топлива с воз­духом внутри цилиндров.

В дизелях топливо поступает от насоса высокого давления и впрыскивается форсунками в цилиндры под давлением, в несколь­ко раз превышающим давление воздуха в конце такта сжатия. Смесеобразование начинается с момента поступления топлива в цилиндр. При этом в результате трения о воздух струя топлива распыляется на мельчайшие частицы, которые образуют топлив­ный факел конусообразной формы. Чем мельче распылено топли­во и чем равномернее распределено оно в воздухе, тем полнее сгорают его частицы.

Испарение и воспламенение топлива осуществляются за счет высокой температуры и давления сжатого воздуха (к концу такта сжатия температура воздуха составляет 550... 700 *С, а давление — 3,5...5,5 МПа). Следует отметить, что после начала горения смеси температура, и давление в камере сгорания резко возрастают, что ускоряет процессы испарения и воспламенения остальных частиц распыленного факела топлива.

Чтобы обеспечить наилучшие мощностные и экономические показатели работы дизеля» необходимо впрыскивать топливо в его цилиндры до прихода поршня в ВМТ. Угол, на который кривошип коленчатого вала не доходит до ВМТ в момент начала впрыскива­ния топлива, называют углом опережения впрыскивания топлива.

Для того чтобы форсунка впрыскивала топливо с требуемым опережением, топливный насос должен начинать подавать топ­ливо еще раньше. Это вызвано необходимостью иметь некоторое время на нагнетание топлива от насоса к форсунке.

Угол по кривошипу коленчатого вала, на который поршень не доходит до ВМТ в момент начала подачи топлива из топливного насоса, называют углом опережения подачи топлива.

При малой нафузке в цилиндрах дизеля практически всегда имеется достаточное количество воздуха для полного сгорания топ­лива. В этом случае коэффициент избытка воздуха имеет сравни­тельно ббльшую величину, так как с увеличением нагрузки воз­растает только подача топлива, но при этом значение коэффици­ента избытка воздуха уменьшается, вследствие чего ухудшается процесс сгорания топлива. Поэтому среднее значение коэффици­ента избытка воздуха а для различных типов дизелей, обеспечива­ющего их бездымную работу, принимают равным 1,3... 1,5, что обусловливает также высокую экономичность дизелей по сравне­нию с карбюраторными двигателями.

Существенное влияние на улучшение смесеобразования и про­цесса сгорания оказывают способы приготовления рабочей смеси и принятая форма камеры сгорания. По способу приготовления рабочей смеси различают объемное, объемно-пленочное и пленочное смесеобразования. Каждому из этих способов присуши свои харак­терные особенности, для реализации которых требуются камеры сгорания с соответствующими конструктивными решениями. Су­ществующие камеры сгорания дизелей по общности основных при­знаков их конструкции объединяют в две группы: неразделенные (однополостные) и разделенные (двухполостные).

Неразделенные камеры сгорания (рис. 7.1, а) представляют со­бой объем 3, заключенный между днищем поршня, когда он на­ходится в ВМТ, и плоскостью головки 2. Такие камеры называют также однополостными с объемным смесеобразованием, так как процесс смесеобразования основан на впрыскивании топлива непосредственно в толщу горячего воздуха, находящегося в каме­ре сгорания дизеля. При этом для лучшего перемешивания частиц распыленного топлива с воздухом свежему заряду сообщают при впуске вращательное движение с помощью завихрителей или вин­товых впускных каналов, а форму камеры сгорания стремятся согласовать с формой струи топлива, подаваемой форсункой /, Такой принцип смесеобразования используется в дизелях ЯМЗ,

Рис. 7.1. Камеры сгорания дизелей: а- ЯМЭ-236М2; 6— ЗИЛ-645; ш — вихревого типа; /. 7 — форсунки; 2% б — головки цилиндров; 3, 5— камеры сгорания; 4— поршень; 8— пристеночная струя топлива; 9~ объемная струя топлива; 10— основная камера; // — канал;12— дополнительная камера

 

КамАЗ и Д-245.12, последний устанавливается на автомобиле ма­лой массы ЗИЛ-5301 «Бычок».

В современных дизелях используется также пленочное смесеоб­разование, которое характеризуется тем, что большая часть впрыс­киваемого топлива подается на горячие стенки шарообразной ка­меры сгорания, на которых оно образует сначала пленку, а затем испаряется, отнимая часть тепла от стенок.

Принципиальная разница между объемным и пленочным спо­собами смесеобразования заключается в том, что в первом случае частицы распыленного топлива непосредственно смешиваются с воздухом, а во втором основная часть топлива сначала испаряется и затем в парообразном состоянии перемешивается с воздухом при интенсивном вихревом движении его в камере.

Разновидностью указанных способов смесеобразования явля­ется объемно-пленочное смесеобразование, которое обладает свой­ствами как объемного, так и пленочного смесеобразования. Су­щественным преимуществом этого процесса является возможность создания многотопливных дизелей, позволяющих использовать наряду с дизельным топливом высокооктановые бензины и спир­товые (метаноловые) смеси. В отечественном автомобилестроении к таким двигателям можно отнести дизель ЗИЛ-645, у которого процесс смесеобразования происходит в объемной камере сгора­ния 5 (рис. 7.1, 6), расположенной в поршне 4 в виде наклонной цилиндрической выемки с сферическим дном. Вращение воздуш­ного заряда в камере обеспечивается при помощи вихреобразую- щего канала, создающего кольцевой вихрь, направление враще­ния которого показано стрелкой. Топливо в камеру сгорания впрыс­кивается из двухдырочного распылителя форсунки 7, располо­женного в головке цилиндра 6. Пристеночная струя 8топлива на­правлена вдоль образующей камеры сгорания, объемная струя 9 пересекает внутренний объем камеры сгорания ближе к ее центру. Из-за пристеночной струи такой процесс часто называют объем­ным пристеночно-пленочным смесеобразованием. Этот процесс по сравнению с другими способами смесеобразования экономичен и обеспечивает более мягкую работу дизеля с плавным нарастанием давления в его цилиндрах, а также улучшает пусковые качества дизеля.

Разделенные камеры сгорания состоят из двух объемов, соеди­ненных между собой каналами: основного объема, заключенного в полости над днищем поршня, и дополнительного, расположен­ного чаше всего в головке блока. Применяются в основном две группы разделенных камер: предкамеры и вихревые камеры. Дизе­ли с такими камерами называют соответственно предкамерными и вихревыми.

В дизелях вихревого типа (рис. 7.1, в) объем дополнительной ка­меры 12 составляет 0,5...0,7 общего объема камеры сгорания. Ос-

 

новная 10 и дополнительная 12 камеры соединяются каналом //, который располагается тангенциально к образующей дополнитель­ной камере, в результате чего обеспечивается вихревое движение воздуха.

В дизелях предкамермого типа предкамера имеет цилиндричес­кую форму и соединяется прямым каналом с основной камерой, расположенной в дннше поршня. В результате начального воспла­менения и сгорания свежего заряда в предкамере создается высо­кая температура и давление, способствующие более эффективно­му смесеобразованию и сгоранию топлива в основной камере.

Современные быстроходные вихре- и предкамерные дизели имеют достаточно высокие мощностные показатели при сравни­тельно высокой степени сжатия. Но у них есть недостаток — за­трудненный пуск дизеля, для устранения которого применяют специальные пусковые устройства.