Смесеобразование в дизеле

Смесеобразование в дизеле осуществляется в конце хода сжатия и в начале хода расширения и занимает весьма короткий промежуток вре­мени, соответствующий 20—40° угла поворота коленчатого вала. Обра­зование топливо воздушной смеси происходит одновременно с протека­нием процесса сгорания в период задержки воспламенения и в период видимого сгорания.

Следует учитывать некоторую противоречивость требований к смесе­образованию в различные фазы процесса сгорания. В первой фазе рав­номерное распределение топлива в объеме воздуха не является необхо­димым. Более того, однородные смеси обладают большими задержками воспламенения, чем неоднородные. Вследствие неравномерного распре­деления топлива по объему камеры сгорания в дизеле возможно воспла­менение смесей с суммарным коэффициентом избытка воздуха, боль­шим чем при работе двигателя на холостом ходу (а> 6). Во второй и последующих фазах сгорания необходимо стремиться к выравниванию состава рабочей смеси в камере сгорания. В соответствии с этим при­меняются различные методы смесеобразования: объемное, объемно-пле­ночное и пленочное.

В ряде случаев конструктивные особенности камеры определяют тип и развитие процесса смесеобразования в дизеле, поэтому в дальнейшем рассматриваются конструкции основных камер сгорания дизелей и ме­тоды смесеобразования в них. В случае объемного и объемно-пленочного смесеобразования в ди­зеле струя топлива, выходящая из распылителя, должна дробиться на мелкие капли. Размеры капель, обеспечивающие быстрое сгорание в дизеле, находятся в пределах 5—40 мкм. Более крупные капли, обра­зующиеся обычно в конце впрыска, могут вызвать затягивание процесса сгорания и выделение сажи. Слишком мелкие калли (размером до 10 мкм) испаряются вблизи распылителя форсунки, что затрудняет использование воздуха в отдаленных точках камеры сгорания. Давление в камере в начале впрыска 2,5—3,0 Мн/м² (25—30 кГ/см²}, температура 750—900^. Плот­ность воздуха в камере сгорания дизеля превышает плотность окружаю­щей среды в 12—14 раз. После начала видимого сгорания температура и давление в камере резко возрастают, что может повлиять па после­дующее распыливание топлива, движение и испарение капель.

Физические свойства топлива характеризуются коэффициентами поверхностного натяжения, вязкости и сжимаемости. При больших скоростях истечения дробление струи топлива начи­нается сразу при выходе из сопловых отверстий распылителя. При этом струя разрывается на отдельные частицы, связанные между собой тон­кими нитями. Частицы, двигаясь в газовой среде, деформируются под влиянием аэродинамических сил и сил поверхностного натяжения. Ча­стицы топлива и нити распадаются на мелкие капли. Дробление капель продолжается до тех пор, пока величина сил поверхностного натяже­ния не станет больше суммарной величины сил, вызывающих распад струи,

Скорости движения частиц топлива по сечению струи и в отдельные моменты впрыска различны.

Качество распыливания (тон­кость распыливания) характеризуется диаметром капель. При дробле­нии струи, как указывалось выше, образуются капли различных диамет­ров, что затрудняет оценку тонкости распыливания по их истинным размера диффузионного смешения топлива и окислителя, так как химические реак­ции горения протекают со значительно большими скоростями, чем про­цессы смешения. Вследствие этого такое горение называется диффу­зионным.

Скорость горения капель жидкого топлива в основном определяется скоростью их испарения (пары топлива, образующиеся на поверхности капли, диффундируют в окружающую каплю воздух, образуя на неко­тором расстоянии от нее горючую смесь, причем этот процесс протекает быстрее, чем испарение топлива).

В неоднородных смесях всегда образуются зоны с местными значениями коэффициента избытка воздуха а=0,85—0,9, отвечающими наибольшим скоростям реакции и температурам продуктов сгорания. Такие зоны служат цен­трами воспламенения окружающей более обедненной смеси. Именно этим объясняется возможность использования в дизелях на малых на­грузках крайне бедных смесей (а>4).

По тем же причинам горение неоднородных смесей при низком об­щем коэффициенте избытка воздуха (а < 1.4 — 1,5), как правило, приводит к образованию дыма и сажи, так как при этом существуют зоны со значительными местными переобогащениями смеси (а<0,3— '0,4), в которых происходит крекинг углеводородных молекул без достаточного доступа воздуха и оказывается невозможным сгорание углерода даже в СО. Именно в этом заключается основная причина дымления дизелей при работе с полной нагрузкой при, больших цикло­вых подачах топлива.

Показатели рабочего цикла