Смесеобразование в дизелях. Подача и распыление топлива.

Для осуществления действительного цикла дизеля в конце процесса сжатия, с некоторым опережением, топливной системой в камеру сгорания начинает подаваться топливо. Эффективное протекание рабочего процесса в цилиндре дизеля на всех режимах его работы достигается правильным дозированием – своевременной подачей топлива топливным насосом высокого давления (ТНВД) при хорошем качестве распыления и необходимом распределении топлива по камере сгорания.

Для эффективного протекания последующих процессов рабочего цикла подача топлива в дизеле должна удовлетворять следующим требованиям:

1.Необходимо осуществлять впрыскивание топлива в строго опре­деленные фазы цикла. Начало подачи, характеризуемое углом опере­жения впрыскивания, и конец подачи, зависящий от продолжительнос­ти впрыскивания, должны обеспечивать наиболее полное использова­ние теплоты топлива. Для автотракторных дизелей и дизелей дорож­ных машин на полных нагрузках углы опережения впрыскивания 5 – 30°, а продолжительность подачи топлива 20 – 45° п. к. в. Отклонения начала или конца подачи топлива от требуемого вызывает нарушение процесса сгорания, снижение мощности N_е и ухудшение экономических и экологических показателей работы двигателей.

2.При впрыскивании должны обеспечиваться требуемые качество распыливания и распределение топлива в камере сгорания. Это обус­ловлено тем, что после попадания в камеру сгорания топлива необходи­мо быстрое протекание последующих физических и химических про­цессов: нагревания, испарения, смешения, окисления и др.

3.Цикловая подача должна соответствовать нагрузочному и ско­ростному режимам двигателя, при этом необходимо обеспечивать иден­тичность протекания процесса подачи топлива во всех циклах и во все цилиндры дизеля.

Рис. 21. Дифференциальная (1) и интег­ральная (2) характеристики впрыскивания

Параметры топливоподачи оценивают с помощью дифференциальной и интегральной характеристик впрыскивания. Дифференциальная характеристика (1) показывает зависимость объемной (или массовой) скорости подачи топлива из распылителя форсунки от времени или угла поворота кулачкового вала ТНВД. При анализе цикла дизеля дифференциальную характеристику впрыскивания строят в зависимости от угла поворота коленчатого вала двигателя. С помощью этой характеристики подбирают наиболее приемлемые закономерности топливоподачи с учетом заданных фаз и общей продолжитель ности впрыска (Θ_вп). По оси абсцисс отложены углы поворота коленчатого вала φ, φ_{н вп}, φ_{к вп} – моменты начала и конца впрыскивания, Θ_вп – продолжительность впрыскивания, Θ_{о вп} – угол опережения впрыскивания топлива; по оси ординат – величина объемной подачи топлива на градус угла поворота коленчатого вала . Интегральная характеристика (2) показывает количество подаваемого топливаV_вп от начала подачи до любого её момента. Графически величина V_вп представляет собой заштрихованную площадь. По этой характеристике определяют количество топлива, которое подается в цилиндр ДВС за один впрыск – цикловая подача.

Процесс распыления заключается в дроблении струи топлива на капли под действием давления и аэродинамического сопротивления сжатого воздуха, а также возмущений в потоке струи, возникающих при истечении топлива из сопла распылителя. Для обеспечения нормального сгорания топливо должно быть распылено на капли определенных размеров. При слишком мелких каплях испарение топлива может завершиться в непосредственной близости от сопла распылителя, и оно не будет проникать в отдаленные точки камеры сгорания, а при слишком крупных будет затруднено испарение. Современные топливные системы обеспечивают получение капли 10…30 мкм и менее.

Рис.22. Схема струи распыленного топли­ва: 1 – кривая распределения топлива; 2 – скорость движения частиц; 3 – внешний слой струи; 4 – внутренний слой струи.

Струя топлива, впрыскиваемая в камеру сгорания, принимает форму факела, внешняя зона которого состоит из капель диаметром 10…30мкм, а внутренняя – из более крупных капель (200 мкм). Факел характеризуется длинной L_ст, шириной В_ст и углом конуса _ст. Развитие факела оценивается скоростью движения его переднего фронта, где происходит наиболее быстрое торможение капель в связи с аэродинамическим сопротивлением среды. При этом заторможенные капли оттесняются к периферии и заменяются новыми. Кинетическая энергия капель передается окружающему заряду, происходит его частичное подсасывание внутрь факела, возникает попутный турбулентный поток, разрушающий сердцевину 4. Возникающие на поверхности факела вихри срывают с него мелкие капли и распределяют по всему объему камеры сгорания. Общее число капель, образующихся при распылении 5 – 20 млн.