Особенности рабочего процесса дизельных двигателей. Часть 2

Особенности рабочего процесса дизельных двигателей. Часть 2

Продолжение. Начало статьи здесь: часть 1

Часть 2. Основные способы смесеобразования в дизельных двигателях

Способ смесеобразования определяет устройство камеры сгорания дизельного двигателя.

В зависимости от устройства камеры сгорания существует несколько типов быстроходных дизельных двигателей, которые делятся на двигатели с неразделенными камерами сгорания, получившими название двигателей с непосредственным впрыском топлива, и двигатели с разделенными камерами предкамерного и вихревого типов.

Камера сгорания в поршне дизельного двигателя с непосредственным впрыском топлива
Рис. 6. Камера сгорания в поршне дизельного двигателя с непосредственным впрыском топлива: 1 - поршень- 2 - камера сгорания

У двигателей с непосредственным впрыском топлива весь объем камеры сгорания сосредоточен в надпоршневом пространстве, причем камеру сгорания 2 (рис. 6) часто располагают в днище поршня 1. В этом случае конфигурация камеры сгорания должна способствовать лучшему смесеобразованию. Основной объем камеры сгорания находится в выемке, расположенной в средней части днища поршня. Между выступающей периферийной частью поршня и головкой цилиндра в конце хода сжатия образуется кольцевой зазор, воздух из которого вытесняется в направлении камеры сгорания. При этом создаются вихревые потоки воздуха, обеспечивающие лучшее распыливание впрыскиваемого топлива и хорошее перемешивание его с воздухом.

Для наиболее равномерного распределения топлива по всему объему камеры сгорания применяют многодырчатые форсунки, создающие не одну, а несколько струй топлива: эти струи образуют общий факел распыливания.

Относительно небольшая поверхность камеры сгорания у двигателей с непосредственным впрыском топлива способствует снижению тепловых потерь и соответственно увеличению количества тепла, превращаемого в полезную работу. Поэтому двигатели с непосредственным впрыском топлива отличаются наибольшей топливной экономичностью и хорошими пусковыми качествами.

К недостаткам дизельных двигателей этого типа относится более жесткая работа, вызываемая высокими темпами нарастания давления.

Жесткость работы двигателя тем меньше, чем короче период задержки воспламенения топлива. Чтобы ускорить процесс подготовки топлива к самовоспламенению и, следовательно, уменьшить жесткость работы двигателя, факел распыливания поступающего в цилиндр топлива направляют так, чтобы частицы топлива попадали на наиболее нагретые участки камеры. Если камера сгорания расположена в днище поршня, топливо направляют на стенки углубления в днище, имеющие высокую температуру.

Компактные камеры сгорания двигателей с непосредственным впрыском топлива позволяют получить быстрое протекание процесса смесеобразования, что необходимо при повышении частоты вращения. С ростом быстроходности дизельных двигателей повышается их литровая мощность, поэтому они получили широкое применение в современных автомобилях.

Камера сгорания дизельного двигателя предкамерного типа
Рис. 7. Камера сгорания дизельного двигателя предкамерного типа: 1 - предкамера- 2 - основная камера в днище поршня
Камера сгорания вихревого типа
Рис. 8. Камера сгорания вихревого типа: 1 - вихревая камера- 2 - горловина- 3 - основная камера в днище поршня

У предкамерных дизельных двигателей камера сгорания разделена на две части (рис. 7): большая, основная, ее часть 2 находится над поршнем, а меньшая (около 30%) вынесена в предкамеру 1. Особенность рабочего процесса таких двигателей заключается в том, что топливо впрыскивается не в основное пространство камеры сгорания, а в предкамеру, соединенную с ним одним или несколькими отверстиями. Частично сгорая в предкамере, оно значительно повышает давление в ней. Под действием этого давления остальное топливо поступает в основную камеру сгорания. При этом оно хорошо распыливается и интенсивно перемешивается с воздухом в надпоршневом пространстве.

Благодаря высокой температуре в предкамере топливо хорошо подготавливается к сгоранию в основной камере, куда оно выбрасывается с большой силой, способствующей эффективному внутреннему смесеобразованию и наиболее полному сгоранию.

При этом давление в цилиндре нарастает равномерно, и предкамерный дизельный двигатель работает более мягко, чем двигатели с непосредственным впрыском топлива.

Дизельные двигатели предкамерного типа обеспечивают устойчивую работу без дымления в широком диапазоне частоты вращения, допускают меньшее давление впрыска топлива и весьма нетребовательны к сорту применяемого топлива.

К недостаткам описываемых двигателей относятся затрудненный их пуск в холодном состоянии и повышенный расход топлива.

В двигателях с вихревыми камерами сгорания (рис. 8) предусматривается наибольшее завихрение воздуха в процессе сжатия. Вихревая камера 1 чаще всего представляет собой тело вращения. Она соединяется с надпоршневой полостью горловиной 2, направленной тангенциально по отношению к днищу поршня. Во время такта сжатия воздух, протекающий из надпоршневого пространства в камеру сгорания 3, сильно завихряется. Форсунку надо располагать так, чтобы струи впрыскиваемого топлива попадали в поток протекающего в камеру воздуха и интенсивно перемешивались с ним.

Вихревая камера занимает от 50 до 70% всего объема камеры сгорания. Топливо, попадая в вихревую камеру, частично сгорает в ней, а остальная часть под действием высокого давления выбрасывается в надпоршневое пространство, где полностью сгорает.

Повышение скорости перетекания воздуха улучшает смесеобразование, что позволяет увеличить быстроходность и повышает эффективность работы двигателя при любой частоте вращения вала.

Поскольку внутреннее смесеобразование осуществляется в основном в результате интенсивного завихрения воздуха, уменьшаются требования к тонкости распыливания топлива форсункой и равномерному распределению его по всему объему камеры. Благодаря этому на двигателях с вихревыми камерами можно устанавливать форсунки с одним отверстием в распылителе. Допускается также меньшее давление впрыска топлива. Для лучшего смесеобразования в надпоршневом пространстве на днище поршня под выходным отверстием соединительной горловины делают выемку.

В отличие от предкамерных дизельных двигателей двигатели с вихревыми камерами обладают лучшими пусковыми качествами.

Однако, как и у других двигателей с разделенной камерой, у них бывают дополнительные тепловые и газодинамические потери, вызываемые увеличенной поверхностью камеры сгорания и сопротивлением перетеканию воздуха и газов через горловину с относительно небольшим поперечным сечением. Поэтому полезная отдача у них ниже, чем у двигателей с неразделенной камерой.

В СССР двигатели с разделенными камерами сгорания преимущественно применяют на тракторах.



Возврат к списку