Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Камеры сгорания дизельных двигателей

02.10.2014


Основные требования и классификация. Хорошее смесеобразование еще не достигается при тонком и однородном распиливании и достаточной дальнобойности струи. Одновременно необходимо сочетать распыливание топлива с организованным движением воздуха в камере сгорания. Это позволяет улучшить распределение топлива в камере и осуществить процесс сгорания при наименьшем количестве воздуха. Форма и размер камеры сгорания оказывают значительное влияние на организацию и протекание рабочего процесса. Кроме хорошего смесеобразования, камера сгорания должна обеспечивать высокий коэффициент полезного действия и хорошие пусковые свойства.
Основные требования, предъявляемые к камерам сгорания, следующие. Форма камеры сгорания должна соответствовать направлению и дальнобойности струи впрыскиваемого топлива, обеспечить организованное движение потока воздуха, интенсивное перемешивание топлива и воздуха, полное сгорание топлива при наименьшем количестве воздуха, плавное нарастание давления в цилиндре, умеренное максимальное давление при сгорании, минимальные тепловые потери.
По способу смесеобразования и конструктивному выполнению камеры сгорания разделяются на две основные группы (см. рис. 11.1): неразделенные и разделенные. Неразделенные камеры сгорания имеют простую форму и выполняются в виде единого»объема. Такие камеры обеспечивают объемное, пленочное и объемно-пленочное смесеобразование. Разделенные камеры состоят из двух отдельных объемов. На современных дизелях в основном применяется только одна разделенная камера, обеспечивающая вихрекамерное смесеобразование.
Камеры сгорания дизельных двигателей

Камера сгорания с непосредственным впрыск о м. В дизельных двигателях с такими камерами форсунка впрыскивает топливо непосредственно в камеру сгорания. Качество смесеобразования в этих камерах достигается согласованием формы камеры сгорания с формой и количеством топливных факелов. Для обеспечения тонкого распыливания топлива, необходимой дальнобойности струи и равномерного распределения топлива по объему камеры сгорания применяются форсунки с рабочим давлением 15...20 МПа и многодырчатыми распылителями (5...7 отверстий) при малых диаметрах сопловых каналов (0,15...0,32 мм). Камера сгорания с непосредственным впрыском, представленная на рис. 11.1а, обеспечивает объемное смесеобразование.
Основные достоинства камер сгорания с непосредственным впрыском по сравнению с камерами других разновидностей: простая и компактная форма камеры сгорания обеспечивает меньшие тепловые потери в процессе сгорания и более высокий эффективный КПД; удельный расход топлива составляет 225...260 г/кВт*ч; вследствие меньших тепловых потерь и более высокого КПД среднее эффективное давление повышается; меньшие тепловые потери создают условия для облегчения пуска; конструкция головки цилиндра упрощается.
Недостатки камер сгорания с непосредственным впрыском: смесеобразование происходит при больших давлениях впрыска, что повышает требования к топливоподающей аппаратуре; процесс сгорания характеризуется значительным давлением (р2 до 10,0 МПа), скорость нарастания давления при этом dp/dα = 0,1...0,8 МПа (на 1 градус поворота коленчатого вала); малые сопловые отверстия распылителя форсунки (0,10...0,25 мм) требуют точного исполнения и при недостаточной очистке топлива могут засоряться.
Камера сгорания для пленочного смесеобразования. Значительные шаги в совершенствовании камер сгорания с непосредственным впрыском — применение пленочного смесеобразования или М-процесс. При таком способе смесеобразования улучшается топливная экономичность и пусковые свойства, снижается жесткость работы и шум, повышается среднее эффективное давление при бездымности отработанных газов и имеется возможность использования различных сортов моторного топлива от тяжелых дизельных до легких.
Принцип работы заключается в следующем: в центральную часть камеры, находящуюся в поршне, в среду сжатого воздуха форсункой впрыскивается около 5% цикловой подачи топлива. Остальная часть топлива, около 95%, впрыскивается и распределяется форсункой на поверхности камеры сгорания в виде тонкой пленки (10...15 мкм), испаряется и постепенно в парообразном состоянии, с помощью интенсивного воздушного вихря, включается в очаги горения. Скорость смесеобразования в этом случае определяется, с одной стороны, температурой поверхности камеры, а с другой — скоростью движения воздушного заряда и его турбулентностью. При пленочном смесеобразовании в первую очередь самовоспламеняется топливо, впрыснутое в центральную часть камеры. Остальное топливо после постепенного испарения и перемешивания с воздухом воспламеняется от раскаленных частиц углерода, образовавшихся при воспламенении распыленной в камере небольшой части топлива. Испаряется топливо с поверхности камеры при умеренной температуре (570...620°К), что достигается охлаждением днища поршня струей масла, поступающего, например, через сверление в верхней головке. Такая температура достаточна для испарения топлива и не вызывает термического расщепления молекул, сопровождающихся нагаро- и смоловыделением.
Для уменьшения количества топлива, проходящего предпламенную физико-химическую подготовку в течение первого периода задержки воспламенения, форсунка размещается ближе к стенке камеры сгорания и устанавливается таким образом, чтобы впрыскиваемое топливо встречалось с поверхностью стенки под острым углом, а направление струи топлива совпадало с направлением радиального воздушного потока.
При пленочном смесеобразовании количество участвующего в самовоспламенении топлива незначительно. Поэтому применение таких сортов топлива не вызывает резкого повышения давления при самовоспламенении. Следовательно, при пленочном смесеобразовании возможно использование сортов топлива с более низкой воспламеняемостью, чем дизельное. Необходимо учесть, что использование бензина или керосина для дизельного двигателя с обычным смесеобразованием сопровождается недопустимой жесткостью сгорания. Двигатели с пленочным смесеобразованием имеют форсунки с одним, двумя или тремя сопловыми отверстиями. Давление начала подачи топлива форсункой 17...20 МПа. Они работают бездымно и мягко. Скорость нарастания давления dp/dα = 0,2...0,4 МПа на 1 градус поворота коленчатого вала при максимальном давлении цикла 7,0...7,5 МПа. Среднее эффективное давление выше, чем у двигателей с обычным способом смесеобразования. Минимальный удельный расход топлива 215...250 г/кВт*ч.
Пленочное смесеобразование по сравнению с объемным обеспечивает лучшие показатели работы двигателей, упрощает конструкцию топливной аппаратуры. К недостаткам можно отнести плохие пусковые свойства двигателей.
Объемное и пленочное смесеобразование можно назвать двумя крайними способами, в первом из которых в основном топливо распределяется в воздушном заряде, а при втором способе почти все топливо превращается в пленку и наносится на поверхность камеры сгорания.
В Центральном научно-исследовательском дизельном институте (ЦНИДИ) разработан промежуточный способ смесеобразования, который называется объемно-пленочным смесеобразованием.
Камера сгорания для объемно-пленочного смесеобразования. Камера сгорания для объемно-пленочного смесеобразования (камера сгорания ЦНИДИ) размещается в днище поршня и имеет форму усеченного конуса (см. рис. 11.1в) с основанием меньшего диаметра у входной горловины и со скругленными стенками у нижнего основания. Топливо впрыскивается форсункой с многодырчатым распылителем, которая размещается под небольшим углом к оси цилиндра. Расположение отверстия распылителя обеспечивает попадание топлива при впрыске на боковые стенки камеры вблизи от кромки ее горловины. На коническую поверхность камеры, омываемую воздушным вихрем, попадает около 50% топлива, а остальная часть топлива распыливается в воздушном потоке, который возникает в результате вытеснения части воздушного заряда из надпоршневого зазора. При этом радиальное движение в зазоре переходит во вращательное движение тороидального вихря в камере, расположенной в поршне. Пленка топлива образуется под воздействием высокой скорости распыляемого топлива и направления струи под острым углом к поверхности стенки.
Объемно-пленочный способ смесеобразования с камерой ЦНИДИ обеспечивает среднюю жесткость работы двигателя (скорость нарастания давления dp/dα = 0,4...0,5 МПа/град) и невысокое максимальное давление сгорания (6,0...6,5 МПа) при минимальном удельном расходе топлива 220...260 г/кВт*ч.
Вихревая камера сгорания. Вихревая камера сгорания (см. рис. 11.1г) имеет камеру, разделенную на две части, одна из которых называется основной, а вторая — вихревой. Основная камера расположена непосредственно над поршнем. Вихревая камера выполнена в головке цилиндра, имеет обтекаемую форму (форму шара или сплющенного шара) и охлаждается водой. Ее объем составляет от 50 до 75% всего объема камеры сгорания, что позволяет вовлечь в вихревое движение большое количество воздуха. Вихревая камера сообщается с основной при помощи горловины. Для улучшения дожигания в основной камере и повышения надежности поршня в его днище делают углубление.
В период сжатия воздух вытесняется из основной в вихревую камеру. Взаиморасположение камер способствует смесеобразованию. Воздух поступает в вихревую камеру тангенциально ее поверхности, при этом создаются вихревые потоки, которые подхватывают впрыскиваемое форсункой топливо. Струя топлива увлекается воздушным потоком, интенсивно перемешивается с ним, самовоспламеняется и частично сгорает. В период сгорания в вихревой камере резко повышается давление. При этом продукты сгорания и несгоревшая часть топлива устремляются в основную камеру. Здесь процесс сгорания продолжается, заканчиваясь при расширении. Интенсивным движением заряда в камере сгорания при таком способе смесеобразования достигается хорошее перемешивание кислорода воздуха с топливом, что обеспечивает бездымную работу двигателя при малых значениях коэффициента избытка воздуха. Хорошее перемешивание смеси снижает требования к качеству распыливания топлива и допускает низкое рабочее давление форсунок (12,0...15,0 МПа). Форсунки имеют распылители с одним отверстием.
Интенсивность вихрей определяется скоростью движения воздушного заряда и возрастает с увеличением частоты вращения коленчатого вала двигателя. Поэтому двигатели с вихрекамерным способом смесеобразования удовлетворительно работают в широком скоростном диапазоне и считаются довольно быстроходными двигателями тракторного типа.
Скорость нарастания давления при этом способе dp/dα = 0,25...0,35 МПа/град; невысокое максимальное давление цикла 4,5-5,5 мПа при расходе топлива 255-275 г/кВт*ч.
Сравнение неразделенных и разделенных камер. Основные преимущества разделенных камер по сравнению с неразделенными заключаются в следующем:
• смесеобразование происходит при меньших давлениях впрыска (до 12,5 МПа), что несколько уменьшает требования к топливной аппаратуре;
• процесс сгорания характеризуется сравнительно замедленным нарастанием давления, максимальное давление сгорания меньше, работа мягче;
• сравнительно большие размеры сопловых отверстий распылителя (0,5...1,5 мм) упрощают производство форсунок и повышают их долговечность;
• работа двигателя при переменных режимах стабильнее.
Основные недостатки разделенных камер:
• усложненная форма камеры сгорания вызывает увеличение тепловых потерь и снижает эффективный КПД, экономичность понижена, удельный расход топлива составляет 255...275 г/кВт*ч;
• вследствие увеличения тепловых потерь и снижения эффективного КПД среднее эффективное давление, а следовательно, и литровая мощность несколько понижается;
• производство разделенных камер сложнее;
• низкие пусковые свойства из-за интенсивного отвода тепла развитой теплоподающей поверхностью.
Из числа двигателей с разделенными камерами двигатели с вихревыми камерами обладают несколько лучшей топливной экономичностью и пусковыми свойствами.
В мировом двигателестроении преобладает производство двигателей с неразделенными камерами сгорания.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: