Информационно-образовательная среда

Домашнее задание по ПМ 01 МДК 01.01 Тема 1.6 Энергетические установки вагонов для группы Т-45В от 31.01.26.

                                                                                        Смесеобразование

Смесеобразованием называют процесс приготовления рабочей топливовоздушной смеси в цилиндре двигателя с целью подготовки топлива к сгоранию. На смесеобразование в дизелях отводится незначительная часть времени рабочего цикла, соответ­ствующая всего 15—40° поворота коленчатого вала. Практически за несколько тысячных долей секунды топливо в виде мелких ка­пель должно равномерно распространиться по объему камеры сго­рания, прогреться, частично испариться и хорошо перемешаться с воздушным зарядом. От совершенства топливной аппаратуры и ка­чества образования горючей топливовоздушной смеси зависят свое­временность и полнота сгорания смеси и, следовательно, эффектив­ные и экономические показатели дизеля.

Различают следующие основные способы смесеобразования: объемное, пленочное и объемно-пленочное. Под объемным смесе­образованием понимают получение горючей смеси при испарении капель топлива, подаваемого в воздушный заряд камеры сгорания. Топливо впрыскивается форсункой за 10—30° до прихода поршня в ВМТ под давлением 10—200 МПа.

При пленочном смесеобразовании основная доля топлива впрыс­кивается на горячие (200—400 °С) стенки камеры сгорания, обра­зуя на них тонкую пленку. Испарение топлива происходит с повер­хности пленки, омываемой воздушным зарядом. Меньшая часть топлива, распыливаемая в объеме камеры сгорания, воспламеня­ется в первую очередь и зажигает горючую смесь над пленкой. Дав­ление впрыска составляет 15—20 МПа.

Объемно-пленочное смесеобразование представляет сочетание обоих способов и практически реализуется во всех дизелях.Быстротечность процесса смесеобразования и сравнительно низкая испаряемость дизельного топлива приводят к тому, что при всех способах смесеобразования частицы топлива распределяются в объеме камеры сгорания неравномерно. Разная концентрация топлива, т.е. различный состав смеси в отдельных зонах камеры сгорания, обусловливает обязательность подачи в цилиндр дизеля воздуха в большем количестве, чем это теоретически необходимо для полного сгорания топлива, поэтому дизели работают со зна­чительным избытком воздуха (а = 1,3—1,8 и более). Для уменьше­ния коэффициента избытка воздуха, т.е. для лучшего использова

В зависимости от конструкции и способа смесеобразования ка­меры сгорания дизелей могут быть неразделенные и разделенные.

Неразделенные камеры выполняют в виде единого объема. Они компактны и имеют малые потери тепла, что обеспечивает хоро­шие пусковые и экономические показатели дизелей. Конструкция неразделенных камер разнообразна. Обычно их выполняют в дни­ще поршня, иногда одновременно и в днище поршня и в головке блока, еще реже — в головке блока цилиндров. В этих камерах ис­пользуют форсунки с много дырчатыми распылителями (5—7 и бо­лее отверстий диаметром 0,15—0,55 мм) и высокое давление впрыс­ка. В неразделенных камерах сгорания при диаметрах цилиндра до 160—180 мм применяют как объемное, так и пленочное смесе­образование. С увеличением диаметра цилиндра предпочтение отдается объемному смесеобразованию. Для его осуществления камере придают форму, соответствующую форме и размерам фа­кела впрыскиваемого топлива. Недостатками неразделенных ка­мер сгорания являются высокий коэффициент избытка воздуха (а = 1,6—2,0), необходимый для получения бездымного сгорания, большая скорость нарастания давления по углу поворота коленча­того вала, высокие требования к качеству топлива и регулировке топливной аппаратуры. Следовательно, смесеобразование в них ухудшается при работе дизеля на переменных режимах и при изно­се сопряженных деталей топливной аппаратуры.

В неразделенных камерах с объемным смесеобразованием необ­ходимо все топливо равномерно распределить в воздушном заряде камеры, которая должна иметь такую конфигурацию, чтобы каж­дая частица топлива успела загореться раньше, чем достигнет сте­нок цилиндра. На некоторых дизелях для более полного перемеши­вания топлива используют принудительное завихрение воздуха. В четырехтактных дизелях применяют впускные клапаны со специ­альным козырьком для завихрения, а в двухтактных — тангенци­ально-направленные продувочные окна. Наиболее часто использу­ют форму камеры, показанную на рис. 2.18, я, которая напоминает горящие факелы топлива, а реже — полусферическую (рис. 2.18, б) форму. Преимуществами объемного смесеобразования являются простая и симметричная форма камеры, небольшие тепловые поте­ри и хорошие пусковые качества. Неразделенная камера с пленочным смесеобразованием имеет шарообразную форму и располага­ется в поршне. Форсунка установлена под очень малым углом к внут­ренней сферической поверхности камеры, и примерно 95 % топлива под давлением около 15 МПа подается в виде тонкой пленки на эту поверхность. Поджигание топлива, испарившегося с поверхности камеры, осуществляется вследствие воспламенения 5 % топлива, на­правленного в центральную часть воздушного заряда. Дизели с пле­ночным смесеобразованием являются многотопливными, т.е. могут работать на дизельном топливе, газойле и др.

В них количество топлива, направляемого на стенки, зависит от формы камеры сгорания, расположения форсунок и др. Камеры с объемно-пленочным смесеобразованием характеризуются невы­соким давлением сгорания, плавной и мягкой работой.

Разделенные камеры состоят из двух сообщающихся объемов. Воздушный заряд при этом размещается в надпоршневом простран­стве и полости, расположенной обычно в головке (крышке) цилин­дра, соединенной с надпоршневым пространством каналом отно­сительно малого диаметра.

Различают два типа дизелей с разделенными камерами сгора­ния: предкамерные и вихрекамерные. Они имеют хорошее смесе­образование, которое обеспечивается перетеканием заряда и ра­бочей смеси из одной полости в другую при сжатии и расширении в цилиндре. Этот дает возможность снизить требования к мелко­сти и равномерности распыливания топлива, применить понижен­ное давление впрыска                 10—17 МПа и удешевить стоимость фор­сунки. Дросселирующее действие каналов между полостями сни­жает жесткость работы двигателя и связанные с ней перегрузки деталей КШМ. Преимуществом разделенных камер является пол ное сгорание топлива при сравнительно малых коэффициентах избытка воздуха (а = 1,2—1,4), а также более высокое среднее эф­фективное давление и литровая мощность, чем в дизелях с нераз­деленными камерами и без наддува. Дизели с разделенными ка­мерами сгорания менее чувствительны к изменению скоростного режима, нарушениям процесса впрыска и качеству топлива. Од­нако из-за увеличения поверхности теплоотдачи в этих камерах теряется больше тепла, чем в неразделенных. Поэтому дизели с разделенными камерами сгорания трудно запускаются и менее экономичны. Для облегчения пуска применяют повышенные сте­пени сжатия и подогрев воздуха во впускном трубопроводе или в камере сгорания.

Предкамерные дизели имеют разделенную камеру сгорания, со­стоящую из основной камеры и предкамеры  сооб­щающейся с основной камерой одним или несколькими канала­ми. Предкамера чаще всего бывает цилиндрической формы, а форсунка  располагается по оси камеры.

Процесс смесеобразования происходит следующим образом.

При сжатии давление в цилиндре возрастает, и воздух с боль­шой скоростью через соединительные каналы входит в предкаме­ру, где происходит интенсивное вихреобразование. Благодаря это­му топливо, впрыскиваемое за 10—20° до ВМТ в предкамеру, хо­рошо перемешивается с воздухом и самовоспламеняется.

В предкамере топливо сгорает частично из-за недостатка воздуха. Остальная часть топлива в связи с резким повышением давления при сгорании выбрасывается с боль­шой скоростью через соединитель­ные каналы в главную камеру. При этом основная часть топлива так­же распыливается, перемешивает­ся с воздухом, находящимся в глав­ной камере, и догорает.

Преимущества предкамерных дизелей — это хорошее распылива-ние топлива струей газов, примене­ние форсунок с низким давлением впрыскивания (8—12 МПа), несложная конструкция топливного насо­са, а также возможность использования тяжелых сортов топлива без особенно тщательной очистки. Основным их недостатком является трудный запуск.

Контрольные вопросы:

1.              Какой процесс называют смесеобразованием?

2.              Что такое объемное смесеобразование?

3.              Что такое пленочное смесеобразование?

4.              Что такое объемно-пленочное  смесеобразование?

5.              Какие ка­меры сгорания дизелей могут быть разделенные?

6.              Какие ка­меры сгорания дизелей называются неразделенные?