teplotekhnika (852911), страница 86
Текст из файла (страница 86)
Процесс смесеобразования в дизелях начинается с момента подачи топлива в цилиндр топливным насосом черезфорсунку. Продолжительность его подачи занимает 20-40° поворота коленчатого вала. За этот период происходит не только смесеобразование,но и сгорание основной части топлива.Кратковременность процесса смесеобразования и применение тяжелых топлив в дизелях приводят к получению неоднородной топливновоздушной смеси.В зависимости от способа смесеобразования дизели бывают с неразделенными и разделенными камерами сгорания. Неразделенная камерасгорания представляет объем, ограниченный днищем поршня и крышкой цилиндра.
Форма камеры сгорания обычно образуется различнойконфигурацией головки поршня (рис. 15.72, І, ІІ). В таких камерах сгорания вихревые токи, возникающие в цилиндре, не обеспечивают хорошего перемешивания топлива с воздухом. Оно достигается за счет тонкости распыливания и достаточной дальности проникновения струй топ-лива. Для этого применяют многодырчатые форсунки 1 с отверстиямималого диаметра (0,15-0,4 мм) и большим давлением впрыска, достигающим 100 МПа. При движении струи топлива с большими скоростями(150-400 м/с), вследствие трения о воздух происходит ее разрушение накапельки размером 2-3 мк.ІІІ_"71'ІІ/ІІІІІ/І/І/ІІ/І_'ІІ/ш `:т:ь-..40/1/1/0”////Г__/_///_г_.-д ////////7</г/_/І//л___1Й/ЖЖ/І.///й\\Рис. 15.72.
Формы неразделенных камер сгорания449Полученная таким образом топливно-воздушная смесь будет сгоратьдостаточно полно, если частички топлива равномерно распределены повсему объему камеры сгорания. Однако из-за кратковременности периода смесеобразования добиться указанного трудно. Поэтому сгораниетоплива должно протекать при больших коэффициентах избытка воздуха ос = 1,6 + 2, при которых только можно обеспечить полное сгораниетоплива.Преимуществом дизелей с неразделенными камерами является относительно небольшой удельный расход топлива 0,220-0,260 кг/(кВт-ч).Это объясняется уменьшением потери тепла в охлаждающую среду черезстенки камеры сгорания из-за ее компактности. Сравнительно невысокие степени сжатия и уменьшение потери тепла в охлаждающую средуобеспечивают более легкий пуск двигателя.К недостаткам двигателей с неразделенными камерами сгорания относятся:необходимость использования топливных насосов высокого давленияр = 25 + 50 МПа;применение многодырчатых форсунок с малым диаметром отверстий((1= 0,12 + 0,25 мм), требующих большой точности изготовления топливной аппаратуры;резкое нарастание давления в цилиндре в период сгорания топлива,обусловливающее жесткую работу двигателя.
Этого можно избежать, если применить объемно-пленочное смесеобразование. В последнем случае камера сгорания 2 размешается в поршне (рис. 15.72, І) и имеет шаровую или трапецеидал ьную форму. Около 90-95% подаваемого форсункой Ітоплива попадает на поверхность камеры сгорания, где образуетсятонкая пленка. Вследствие высокой температуры стенок камеры сгорания топливо постепенно испаряется, его пары перемешиваются с воздухом, бездымно сгорают, обеспечивая мягкую работу двигателя.Неразделенные камеры сгорания обычно применяют вдвигателях до-статочно большой мощности, работающих с устойчивой нагрузкой.
Припеременных нагрузках качество смесеобразования в этих двигателяхухудшается, что снижает их экономичность.В быстроходных дизелях небольшой мощности получили распространение разделённые камеры. Их применение в основном объясняется тем, что в неразделенных камерах сгорания трудно обеспечить качественное распыливание малых порций топлива (нужны высокие давлениявпрыска топлива и диаметры сопел отверстий распылителя менее0,15 мм). Разделенные камеры позволяют использовать более простую,дешевую долговечную топливную аппаратуру, что снижает стоимостьдвигателя. В таких камерах обеспечивается устойчивое качество смесеобразования на переменных режимах работы.
Двигатели с разделеннымикамерами сгорания бывают предкамерные и вихрекамерные.450Предкамерные дизели (рис. 15.73, а), в которых камера сгорания состоит из предкамеры 2 и основной камеры І. Объем предкамеры составляет20-40% общего объема камеры сгорания. Предкамера обычно располагается в крышке цилиндра и соединяется узким каналом 3 с основнойкамерой. В период сжатия воздух из цилиндра перетекает в предкамеру.Впрыснутое через форсунку в предкамеру топливо из-за недостаткавоздуха сгорает частично. В результате этого, давление в предкамере резко возрастает до 7-8 М Па, смесь продуктов сгорания и несгоревшего топлива с большой скоростью (200-400 м/с) перетекает в цилиндр.
Приэтом несгоревшее топливо хорошо перемешивается с воздухом, находящимся в цилиндре, что обеспечивает быстрое и полное его сгорание.Таким образом, в предкамерных дизелях для улучшения смесеобразования используется энергия продуктов сгорания части топлива, сгоревшего в предкамере.
Подача топлива в предкамеру под небольшим давлением 8-12 МПа упрошает устройство топливной аппаратуры.Вихрекамерные дизе/ш (рис. 15.73, б) имеют вихревую камеру 2 цилиндрической или шаровой формы, которая располагается в цилиндровойкрышке. Ее нижняя часть выполняется в виде вставки І из жароупорнойстали. Объем вихревой камеры составляет 50-80% обшего объема камеры сгорания. С цилиндром камера сгорания соединена тангенциальнорасположенным широким каналом 3. Благодаря этому в период сжатияобеспечивается врашательное движение воздуха, поступающего из цилиндра в камеру, как в камере, так и на выходе из нее, что позволяет добиться хорошего смесеобразования.
В вихревой камере сгорает значительная часть топлива, остальное вместе с продуктами сгорания перетекает в цилиндр, где и догорает. Широкий канал между камерой и цилин-дром позволяет по сравнению с предкамерным смесеобразованием значительно уменьшить потери на дросселирование.Организованный характер вихревого движения воздуха в двигателях сразделенными камерами сгорания обеспечивает хорош ее смесеобразование и полное сгорание топлива при оп = 1,3-1,5.
Качество смесеобразования в этих двигателях мало зависит от нагрузки двигателя.аб\\ё\\\\\\\\\іиі`\\\\А\\\\\\\\\`А,\\\\±\\І\\\\`\Рис. 15.73. Формы разделенных камер сгорания1 -;;у,,//,7///`/}і^3\\Ш\\.\ Ъ.\ ч`ъ_`\._-\` _`451Основными достоинствами разделенных камер сгорания являются:применение более простой топливной аппаратуры (однодырчатые форсунки, насосы с небольшим давлением впрыска), снижение требованийк качеству топлива и его очистке, хорошая приспособляемость двигателя к различным режимам работы, менее жесткая их работа.К недостаткам двигателей с разделенными камерами относятся: гидравлические потери, связанные с перетеканием газов с большими скоростями из камеры в Цилиндр, повышенные тепловые потери из-за большей поверхности охлаждения камеры сгорания, трудность очистки цилиндра от остаточных газов.
Все это приводит к снижению КПД двигателя и увеличению удельного расхода топлива до О,260-0,295 кг/(кВт-ч).Удельный расход топлива у двигателей с вихрекамерным смесеобразованием меньше, чем у предкамерных.Пуск холодного двигателя с разделенными камерами сгорания в связи с большей поверхностью их охлаждения затруднен. Для облегченияпуска двигателя применяют повышенную степень сжатия (є = 16 + 18).Мощность двигателя.
Как известно, работа, совершаемая газами в цилиндре двигателя за один цикл, пропорциональна площади индикаторной диаграммы:ті2Ьі =РіТЅ›(15.103)где рі - среднее индикаторное давление (рис. 15.74), представляющее условное постоянное давление газов в цилиндре, которое, действуя на поршень, совершает за один его ход работу, равную работе газов в цилиндреза один цикл, Па.Индикаторную работу, равную площади диаграммы, можно представить какдБА-'Й(15.104)где У” - рабочий объем цилиндра, м3.Давление рі находят по индикаторной диаграмме.
Графически онапредставляет высоту прямоугольника с основанием І/ , площадь которого равна площади индикаторной диаграммыр,=Ь,-/У,(15.105)Чем больше среднее индикаторное давление, тем больше удельнаяработа, отнесенная к единице рабочего объема цилиндра.В двухтактных двигателях среднее индикаторное давление относят кполезному ходу поршня.Для различных типов двигателей рі имеет следующие значения, М Па:452Рис.
15.74. Действительная индикаторная диаграмма двигателяЧетырехтактн ые карбюраторные двигатели ........... 0,7-1,0››дизели без наддува .................до 2,2››с наддувом ..................0,6-0,9››Двухтактные ›› с отдельным продувочным насосом . . . .0,5-І,0Зная индикаторную работу, определим индикаторную мощность двигателяМ, = Ь,/т,(15.106)Где Т _ ВрСМЯ, ЗЗТРЗЧИВЗЄМОЄ На СОВЄРШЄНИЄ ОДНОГО ЦИКЛат = во/(пк),(15,107)где п - частота вращения, мин-І; Іс - коэффициент тактности; для четырехтактных двигателей Іс = 0,5; для двухтактных Іс = 1,0.Индикаторная мощность всего двигателя с числом Цилиндров і2.р-пВ Ѕп/аі= 'МО.п/а= р~\/'62) .(15.108)Мощность Не, развиваемая на валу двигателя, называется эффективной.Она меньше индикаторной на величину мощности, расходуемой на преодоление сил трения, привод навешенных на двигатель механизмов и на насосные потери.
Перечисленные потери Мп) учитываются механическим КПДММ(15.109)Механический КПД зависит от типа и конструкции двигателя, частоты его вращения, качества смазочного материала, температурного режима, количества навешенных механизмов. У современных двигателейцм = 0,7 + 0,85.453Эффективная мощность двигателя_Ме _-пмМі-_Ё)_ріпума/(і(15.110)В (15.110) произведение ріпм принято называть средним эффективным давлением ре, представляющим собой условное постоянное давление на поршень, которое производит работу, равную эффективной работе на валу двигателя.Выражая Не через среднее эффективное давление, получаем~,=Ш.60(15.111)Для сравнения степени использования рабочего объема цилиндровдвигателей различных типов пользуются понятием литровая мощность,представляющим собой отношение эффективной мощности к рабочемуобъему всех цилиндров двигателя, выраженному в литрах [см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
