Смесеобразование в ДВС. Применяемые топлива

Классификация камер сгорания 2. Смесеобразование начинается в момент начала впрыска топлива и заканчивается одновременно с окончанием сгорания. Развитие смесеобразования и получение оптимальных результатов в дизеле зависит от следующих факторов: способа смесеобразования; формы камеры сгорания; размеров камеры сгорания; температуры поверхностей камеры сгорания; взаимных направлений движения топливных струй и воздушного заряда. При этом степень их влияния зависит от типа камеры сгорания.

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск

Лекция 9

СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕ В ДИЗЕЛЕ

2. Способы смесеобразования

3. Распыление топлива

В дизелях смесеобразование происходит внутри цилиндров. Система смесеобразования обеспечивает:

Распыливание топлива;

Развитие топливного факела;

Прогрев, испарение и перегрев топливных паров;

Смешивание паров с воздухом.

Смесеобразование начинается в момент начала впрыска топлива и заканчивается одновременно с окончанием сгорания. В этом случае время на смесеобразование отводится в 5—10 раз меньше, чем в карбюраторном двигателе. И по всему объему образуется неоднородная смесь (есть участки очень обедненного состава, а есть участки сильно обогащенного состава). Поэтому горение протекает при больших суммарных значениях коэффициента избытка воздуха (1,4-2,2).

Развитие смесеобразования и получение оптимальных результатов в дизеле зависит от следующих факторов:

Способа смесеобразования;

Формы камеры сгорания;

Размеров камеры сгорания;

Температуры поверхностей камеры сгорания;

Взаимных направлений движения топливных струй и воздушного заряда.

При этом степень их влияния зависит от типа камеры сгорания.

1. Классификация камер сгорания

Наряду с обеспечением оптимального смесеобразования камеры сгорания должны способствовать получению высоких экономических показателей и хороших пусковых качеств двигателей.

В зависимости от конструкции и используемого способа смесеобразования камеры сгорания дизелей делятся на две группы:

Неразделенные и разделенные.

Неразделенные камеры сгорания представляют собой единый объем и имеют обычно простую форму, которая, как правило, согласуется с направлением, размерами и числом топливных факелов при впрыске. Эти камеры компактны, имеют относительно малую поверхность охлаждения, благодаря чему снижаются потери теплоты. Двигатели с такими камерами сгорания имеют приличные экономические показатели и хорошие пусковые качества.

Неразделенные камеры сгорания отличаются большим разнообразием форм. Чаще всего они выполняются в днище поршней, иногда частично в днище поршня и частично в головке блока цилиндров, реже — в головке.

На рис. 1 показаны некоторые конструкции камер сгорания неразделенного типа.

В камерах сгорания, приведенных на рис. 1, а—д качество смесеобразования достигается исключительно путем распыления топлива и согласования формы камер с формой факелов впрыска топлива. В этих камерах чаще всего применяются форсунки с многодырчатыми распылителями и используются высокие давления впрыска. Такие камеры имеют минимальные поверхности охлаждения. Для них характерна низкая степень сжатия.

Рис. 1. Камеры сгорания дизелей неразделенного типа:
а — тороидальная в поршне; б — полусферическая в поршне и головке цилиндра; в — полусферическая в поршне; г — цилиндрическая в поршне;
д — цилиндрическая в поршне с боковым размещением;
е — овальная в поршне; ж — шаровая в поршне;
з — тороидальная в поршне с горловиной;
и — цилиндрическая, образованная днищами поршней и стенками цилиндра;
к — вихревая в поршне; л — трапецеидальная в поршне;
м — цилиндрическая в головке под выпускным клапаном

е—з , имеют более развитую теплопередающую поверхность, что несколько ухудшает пусковые свойства двигателя. Однако путем вытеснения воздуха из надпоршневого пространства в объем камеры в процессе сжатия удается создать интенсивные вихревые потоки заряда, которые способствуют хорошему перемешиванию топлива с воздухом. При этом обеспечивается высокое качество смесеобразования.

Камеры сгорания, показанные на рис. 1, к—м , находят применение в многотопливных двигателях. Для них характерно наличие строго направленных потоков заряда, обеспечивающих испарение топлива и его введение в зону сгорания в определенной последовательности. Для улучшения рабочего процесса в цилиндрической камере сгорания в головке под выпускным клапаном (рис. 1, м ) используется высокая температура выпускного клапана, который является одной из стенок камеры.

Разделенные камеры сгорания (рис. 2) состоят из двух отдельных объемов, соединяющихся между собой одним или несколькими каналами. Поверхность охлаждения таких камер значительно больше, чем у камер неразделенного типа. Поэтому в связи с большими тепловыми потерями двигатели с разделенными камерами сгорания имеют обычно худшие экономические и пусковые качества и, как правило, более высокие степени сжатия.

Рис. 2. Камеры сгорания дизелей разделенного типа:
а — предкамера; б — вихревая камера в головке; в — вихревая камера в блоке

Однако при разделенных камерах сгорания за счет использования кинетической энергии газов, перетекающих из одной полости в другую, удается обеспечить качественное приготовление топливно-воздушной смеси, благодаря чему достигается достаточно полное сгорание топлива и устраняется дымление на выпуске.

Кроме того, дросселирующее действие соединительных каналов разделенных камер позволяет значительно уменьшить «жесткость» работы двигателя и снизить максимальные нагрузки на детали кривошипно-шатунного механизма. Некоторое снижение «жесткости» работы двигателей с разделенными камерами сгорания может также обеспечиваться путем повышения температуры отдельных частей камер сгорания.

2. Способы смесеобразования

В зависимости от характера испарения, перемешивания с воздушным зарядом и способа введения в зону горения основной массы впрыскиваемого топлива в дизелях различают объемный, пленочный и объемно-пленочный способы смесеобразования.

2.1. Объемный способ смесеобразования

При объемном способе смесеобразования топливо вводится в мелко распыленном капельно-жидком состоянии непосредственно в воздушный заряд камеры сгорания, где затем оно испаряется и перемешивается с воздухом, образуя топливно-воздушную смесь.

При объемном смесеобразовании используют, как правило, неразделенные камеры сгорания (так называемый непосредственный впрыск) . Качество смесеобразования в этом случае достигается в основном путем согласования формы камеры сгорания с формой и числом топливных факелов. При этом важное значение имеет распыление топлива при впрыске. Коэффициент избытка воздуха для таких двигателей ограничивается значениями 1,5—1,6 и выше.

Рабочий цикл при таком смесеобразовании характеризуется высоким максимальным давлением сгорания р, и большими скоростями нарастания давления w p = dp / dφ («жесткостью» работы).

Двигатели с непосредственным впрыском обладают следующими достоинствами:

Высокой экономичностью (g e от 220 до 255 г/(кВт ч));

Хорошими пусковыми качествами;

Сравнительно низкой степенью сжатия (ε от 13 до 16);

Относительной простотой конструкции камеры сгорания и возможностью форсирования наддува.

Основными недостатками этих двигателей являются:

Повышенные значения коэффициента избытка воздуха (1,6—2) на номинальных режимах и как следствие умеренная величина среднего эффективного давления;

Высокая «жесткость» работы (w p до 1 МПа/°);

Сложная топливная аппаратура и тяжелые условия ее работы в связи с высокими давлениями.

При предкамерном объемном способе смесеобразования камеры сгорания делятся на две части: предкамеру и основную камеру.

Предкамера обычно размещается в головке цилиндра (рис. 2, а ), их форма представляет собой тело вращения. Объем предкамеры 20—40 % объема камеры сгорания. С основной камерой предкамера соединяется каналом небольшого сечения.

Смесеобразование осуществляется за счет кинетической энергии газов, протекающих с большими скоростями из основной камеры в предкамеру в процессе сжатия и из предкамеры в основную в процессе сгорания. Поэтому в данном случае не предъявляются высокие требования к качеству распыления и равномерности распространения топлива при впрыске. Это позволяет использовать давление впрыска в 8—15 МПа и форсунки с однодырчатым распылителем.

К достоинствам предкамерного объемного смесеобразования можно отнести:

Невысокое максимальное давление сгорания в полости цилиндра
(p z = 4,5—6,0 МПа) и небольшая «жесткость» работы (w p = 0,25-0,3 МПа/°);

Низкая чувствительность к изменению скоростных режимов и возможность форсирования по частоте вращения коленчатого вала;

Низкие требования к качеству распыления топлива, возможность использования невысокие давления впрыска и форсунки с распылителями с одним отверстием при больших значениях проходных сечениях каналов;

Сгорание топлива происходит при относительно небольшом коэффициенте избытка воздуха (α min = 1,2).

Недостатками предкамерного объемного смесеобразования являются:

Низкие экономические показатели из-за увеличения отвода теплоты при теплопередающей поверхности значительной величины и дополнительных газодинамических потерях при перетекании газа из одной камеры в другую;

Затруднения пуска холодного двигателя из-за больших потерь теплоты при большой поверхности камеры сгорания. Для улучшения пусковых качеств в предкамерных дизелях применяют более высокие степени сжатия
(ε = 20—21), а в предкамерах иногда устанавливают калильные свечи;

Сложные конструкции камеры сгорания и головки двигателя.

Вихрекамерное объемное смесеобразование отличается тем, что камера сгорания состоит из основной и вихревой камер.

Вихревые камеры чаще всего выполняются в головке блока цилиндров (рис. 2, б ) и реже в блоке цилиндров (рис. 2, в ). По форме они представляют собой шар или цилиндр. С основными камерами вихревые камеры сгорания соединяются одним или несколькими тангенциальными каналами круглой или овальной формы при относительно больших проходных сечениях. Объем вихревых камер — 50—80 % общего объема камеры сгорания.

Особенностью вихрекамерных двигателей является сравнительно незначительный перепад давлений между вихревой и основной камерами сгорания и соответственно небольшие скорости перетекания газов из одной части камеры в другую. Поэтому качество смесеобразования обеспечивается в основном путем интенсивного вихревого движения заряда, которое организуется в периодах сжатия и сгорания.

Интенсивным вихревым движением заряда обеспечивается хорошее использование кислорода воздуха и бездымная работа двигателя при малых значениях коэффициента избытка воздуха (α = 1,15). При этом снижаются требования к качеству распыления топлива, появляется возможность использования давления впрыска относительно низких значений
(р впр = 12—15 МПа) в форсунках с одним сопловым отверстием большого диаметра (1—2 мм).

Преимущества вихрекамерного объемного смесеобразования:

Возможность работы при малых значениях коэффициента избытка воздуха, что обеспечивает лучшее по сравнению с другими двигателями использование рабочего объема и получение более высоких значений среднего эффективного давления;

Более низкое, чем у двигателей с непосредственным впрыском максимальное давление сгорания и уменьшение «жесткости» работы;

Возможность форсирования двигателя по частоте вращения коленчатого вала;

Невысокие требования к сорту топлива;

Низкое давление впрыска и возможность использования более простой топливной аппаратуры;

Стабильность работы двигателей при переменных режимах.

Недостатки вихрекамерного объемного смесеобразования те же, что и у предкамерного смесеобразования.

2.2. Пленочный и объемно-пленочный способы смесеобразования

Способ смесеобразования, при котором топливо попадает не в центр воздушного заряда, а на стенку камеры сгорания и растекается по ее поверхности в виде тонкой пленки толщиной 12—14 мкм, называется пленочным. Затем пленка интенсивно испаряется и, перемешиваясь с воздухом, вводится в зону горения.

При объемно-пленочном смесеобразовании топливно-воздушная смесь приготавливается одновременно и объемным и пленочным способами. Этот способ приготовления смеси имеет место практически во всех дизелях и может рассматриваться как общий случай смесеобразования.

Пленочное смесеобразование устраняет два из основных недостатков дизелей: «жесткость» работы и дымность при выпуске отработавших газов.

При пленочном смесеобразовании используется камера сгорания сферической формы (рис. 3), в которой осуществляется интенсивное движение заряда: вращательное вокруг оси цилиндра и радиальное в поперечном направлении.

Рис. 3. Камера сгорания двигателя с пленочным смесеобразованием:
1 — форсунка; 2 — камера сгорания; 3 — топливная пленка

Впрыск топлива осуществляется односопловой форсункой с давлением начала подъема иглы 20 МПа. Впрыскиваемое топливо встречается с поверхностью стенки под острым углом и, почти не отражаясь от нее, растекается и «растягивается» попутными воздушными потоками в тонкую пленку. Имея большую поверхность контакта с нагретыми стенками камеры сгорания, пленка быстро прогревается и начинает интенсивно испаряться, и тем самым последовательно вводится в центр камеры сгорания, где к этому времени образуется очаг горения.

К достоинствам пленочного смесеобразования можно отнести следующие:

«мягкая» работа (w p = 0,25—0,4 МПа/° при максимальном давлении цикла p z = 7,5 МПа);

Высокие экономические показатели на уровне двигателей с объемным смесеобразованием и непосредственным впрыском;

Сравнительно простая конструкция топливной аппаратуры.

Основным недостатком пленочного смесеобразования являются низкие пусковые качества двигателя в холодном состоянии в связи с малым количеством топлива, участвующим в первоначальном сгорании.

Примером объемно-пленочного смесеобразования может служить камера сгорания, показанная на рис. 4.

Рис. 4. Камера сгорания двигателя с объемно-пленочным
смесеобразованием: 1 — форсунка; 2 — камера сгорания

Топливо из отверстий форсунки под острым углом направляется к стенкам камеры сгорания. Однако поток воздуха, перетекающий из надпоршневого пространства в камеру сгорания, направлен навстречу движению топлива, препятствует образованию пленки и способствуя лишь быстрому испарению топлива.

«Жесткость» работы двигателя при этом способе смесеобразования достигает 0,45—0,5 МПа/°, а удельный расход топлива — 106—170 г/(кВт ч).

2.3. Сравнительная оценка различных способов смесеобразования

Каждому из способов смесеобразования присущи свои достоинства и недостатки.

Так, двигатели с непосредственным впрыском обладают хорошими пусковыми качествами, наиболее высокими экономическими показателями и допускают значительное форсирование наддувом.

В то же время для этих дизелей характерны высокие «жесткость» работы, уровень шума, нагрузки на детали и значения коэффициента избытка воздуха, повышенные требования к сорту топлива и ограниченные возможности форсирования по частоте вращения коленчатого вала без специальных изменений в конструкции.

Двигатели с пленочным и объемно-пленочным смесеобразованием при достаточно высоких эффективных показателях, «мягкой» работе и нетребовательности к топливу имеют плохие пусковые качества.

«Мягкая» работа, сравнительно низкие нагрузки на детали, меньшие значения коэффициента избытка воздуха и широкие возможности форсирования по частоте вращения коленчатого вала присущи двигателям с разделенными камерами сгорания, однако имеются значительные ухудшения экономических показателей и плохие пусковые качества.

В табл. 1 приведены некоторые параметры дизелей с различными способами смесеобразования.

Таблица 1. Значения параметров дизелей с различными способами смесеобразования

3. Распыление топлива

На свойство смесеобразования, особенно при объемном смесеобразовании, большое влияние оказывает качество распыления топлива при впрыске.

Критериями оценки качества распыления являются дисперсность распыления и однородность.

Распыление считается тонким, если средний диаметр капель 5—40 мкм.

Тонкость и однородность распыления определяются давлением впрыска, противодавлением среды, частотой вращения вала насоса и конструктивными особенностями распылителя.

Кроме качества распыления большое влияние на процесс смесеобразования в дизелях оказывает глубина проникновения факела распыленного топлива в воздушный заряд (так называемая «дальнобойность» факела). При объемном смесеобразовании она должна быть такой, чтобы топливо «пробивало» весь воздушный заряд, не осаждаясь при этом на стенках камеры сгорания.

Форма факела (рис. 5) характеризуется его длиной l ф , углом конусности β ф и шириной b ф .

Рис. 5. Форма топливного факела и его положение в камере сгорания

Формирование факела происходит постепенно в процессе развития процесса впрыска. Длина l ф факела увеличивается по мере продвижения новых частиц топлива к его вершине. Скорость продвижения вершины факела при увеличении сопротивления среды и уменьшении кинетической энергии частиц уменьшается, а ширина b ф факела увеличивается. Угол β ф конусности при цилиндрической форме соплового отверстия распылителя составляет 12—20°.

Предельная длина факела должна соответствовать линейным размерам камеры сгорания и обеспечивать полный охват пространства камеры сгорания факелами. При малой длине факела горение может протекать вблизи форсунки, т. е. в условиях недостатка воздуха, который не успевает своевременно поступать из периферийных зон камеры в зоны горения. При чрезмерной длине факела топливо оседает на стенках камеры сгорания. Осевшее на стенках камеры топливо в условиях безвихревого процесса сгорает не полностью, причем на самих стенках образуется нагар и сажа.

Топливо, введенное в цилиндр в виде факелов, распределяется в воздушном заряде неравномерно, так как число факелов, определяемое конструкцией распылителя, ограничено.

Другой причиной неравномерного распределения топлива в камере сгорания является неравномерная структура самих факелов.

Обычно в факеле различают три зоны (рис. 6): сердцевину, среднюю часть и оболочку. Сердцевина состоит из крупных частиц топлива, которые в процессе формирования факела имеют наибольшую скорость движения. Кинетическая энергия частиц передней части факела передается воздуху, в результате чего воздух перемещается в направлении оси факела.

Рис. 6. Топливный факел:
1 — сердцевина; 2 — средняя часть; 3 — оболочка

Средняя часть факела содержит большое количество мелких частиц, образовавшихся при дроблении передних частиц сердцевины силами аэродинамического сопротивления. Распыленные и утратившие кинетическую энергию частицы оттесняются и продолжают движение лишь под действием потока воздуха, увлекаемого по оси факела. В оболочке находятся наиболее мелкие частицы, имеющие минимальную скорость движения.

На распыление топлива оказывают влияние следующие факторы:

Конструкция распылителя;

Давление впрыска;

Состояние среды, в которую впрыскивается топливо;

Свойства топлива.

Несмотря на то, что конструкция распылителей отличается большим разнообразием, наибольшее распространение получили распылители с цилиндрическими сопловыми отверстиями (рис. 7, а ) и штифтовые распылители (рис. 7, б ). Реже используются распылители со встречными струями (рис. 7, в ) и с винтовыми завихрителями (рис. 7, г ).

Рис. 7. Распылители форсунок:
а — с цилиндрическим сопловым отверстием; б — штифтовой;
в — со встречными струями; г — с винтовыми завихрителями

Распылители с цилиндрическими сопловыми отверстиями могут быть многодырчатыми и однодырчатыми, открытыми и закрытыми (с запорной иглой). Штифтовые распылители выполняются только однодырчатыми закрытого типа; распылители со встречными струями и с винтовыми завихрителями могут быть только открытыми.

Цилиндрические сопловые отверстия обеспечивают получение сравнительно компактных факелов с малыми конусами расширения и большой пробивной способностью.

С увеличением диаметра отверстия сопла глубина проникновения факела возрастает. Распылитель открытого типа обеспечивает меньшее качество распыления, чем закрытый. Наиболее низкое качество распыления отмечается при использовании сопел открытого типа в начале и конце впрыска топлива, когда истечение топлива в цилиндр происходит при малых перепадах давления.

Штифтовые распылители имеют иглу с цилиндрическим или коническим штифтом на конце. Между штифтом и внутренней поверхностью соплового отверстия имеется кольцевая щель, отчего факел распыляемого топлива обретает форму полого конуса. Такие факелы хорошо распределяются в среде воздушного заряда, но имеют малую пробивную способность. Подобные распылители используются в разделенных камерах сгорания с небольшими размерами.

Чем выше давление впрыска, тем больше пробивная способность и длина топливного факела, тем тоньше и равномернее распыление топлива.

Среда, в которую впрыскивается топливо, влияет на качество распыления посредством давления, температуры и завихрения. С повышением давления среды увеличивается сопротивление продвижению факела, что приводит к уменьшению его длины. При этом качество распыления изменяется незначительно.

Возрастание температуры воздуха приводит к снижению длины факела вследствие более интенсивного испарения частиц топлива.

Чем интенсивнее движение среды в цилиндре, тем равномернее распределяется топливо в объеме камеры сгорания.

Повышение температуры топлива приводит к уменьшению длины факела и более тонкому распылению, так как при нагреве топлива уменьшается его вязкость. Топлива, имеющие большую вязкость, распыляются хуже.

4. Образование горючей смеси и воспламенение топлива

Распыленное топливо, попадая в слои горячего воздуха, нагревается и испаряется. При этом в первую очередь испаряются частицы топлива диаметром 10—20 мкм, а более крупные частицы испаряются уже в ходе процесса сгорания, постепенно вовлекаясь в него. Пары топлива, перемешиваясь с воздухом, образуют горючую смесь неоднородную по составу. Чем ближе к поверхности еще не испарившихся частиц топлива, тем смесь богаче и наоборот. При этом значения коэффициента избытка воздуха по всему объему камеры сгорания меняются в очень широких пределах. Продвижение частиц топлива в слоях воздуха способствует некоторому выравниванию состава смеси по объему камеры сгорания, так как при этом происходит рассеивание паров по траектории движения топлива.

Так как в оболочке факела размеры частиц топлива минимальны, а температура по сравнению со всей структурой факела здесь наибольшая, то и процесс смесеобразования в оболочке происходит наиболее интенсивно. В результате вся оболочка факела испаряется еще до начала горения. Тем не менее, какое-то количество воздуха успевает попасть и в среднюю часть факела, а также в сердцевину. Однако в силу значительной концентрации топлива в этой зоне процесс испарения замедлен.

После воспламенения процесс смесеобразования ускоряется, так как резко возрастает температура и скорость перемешивания топлива с воздухом. Большее влияние на работу двигателя оказывает смесеобразование, прошедшее до начала сгорания.

До начала сгорания испарившееся топливо проходит стадию химической подготовки. При этом в отдельных зонах смеси возникают критические концентрации промежуточных продуктов окисления, что приводит к тепловому взрыву и появлению в нескольких местах первичных очагов пламени. Зоны с коэффициентом избытка воздуха 0,8—0,9 наиболее благоприятны для появления таких очагов. Эти зоны наиболее вероятны на периферии факела, так как химические и физические процессы подготовки топлива к сгоранию здесь заканчиваются раньше.

Таким образом, воспламенение в дизеле возможно при любом суммарном коэффициенте избытка воздуха. Следовательно, в дизеле коэффициент избытка воздуха не характеризует условия воспламенения смеси, как это имеет место в карбюраторном двигателе (пределы воспламенения).

Контрольные вопросы

1. При каких значениях происходит сгорание смеси в дизелях?

2. Чем определяется совершенство процесса сгорания в дизелях?

3. Чем отличаются разделенные камеры сгорания от неразделенных?

4. Назовите известные вам формы неразделенных камер сгорания.

5. Преимущества и недостатки разделенных камер сгорания.

6. Какие способы смесеобразования Вы знаете?

7. Преимущества и недостатки непосредственного впрыска.

8. Расскажите о пленочном и объемно-пленочном способах смесеобразования.

9. Достоинства и недостатки пленочного смесеобразования.

10. Какими критериями оценивается качество распыления смеси?

11. Какие факторы оказывают влияние на распыление топлива?

12. Какие типы распылителей топлива получили наибольшее распространение?

13. Почему в дизеле коэффициент избытка воздуха не характеризует условия воспламенения смеси (по пределам)?

PAGE \* MERGEFORMAT 1

Как известно, для того, чтобы топливо сгорело и выделило теплоту, необходим кислород, поскольку горение - это процесс окисления топлива (горючего вещества), т. е. соединения его с кислородом. И если кислорода будет недостаточно, то даже самое пожаро- и взрывоопасное горючее вещество гореть не будет.
Вся эта философия в полной мере относится и к тепловым двигателям. Чтобы топливо в камере сгорания начало гореть, необходим кислород, который в нашем случае подается в цилиндры с атмосферным воздухом.
Но и это еще не все. Топливо в цилиндрах должно сгорать очень быстро, иначе то, что не успело сгореть «вылетит в трубу» в буквальном смысле этого слова.
Скорость горения напрямую зависит от того, насколько быстро и качественно мы перемешаем воздух с топливом в цилиндре перед воспламенением.
Процесс перемешивания топлива с воздухом перед сгоранием этой смеси называется смесеобразованием . Качественное смесеобразование - залог эффективной и экономичной работы любого теплового двигателя.

В карбюраторных двигателях бензин перемешивается с воздухом сначала в карбюраторе, затем во время перемещения по впускному коллектору мимо впускного клапана в цилиндр, а также в течение тактов впуска и сжатия. В дизелях этому важнейшему процессу отводится чрезвычайно короткий миг - в камеру сгорания дизельных двигателей топливо подается в конце такта сжатия за 10…20 ˚ угла поворота коленчатого вала до верхней мертвой точки (ВМТ). При этом оно подается в цилиндр не в смеси с воздухом, как в карбюраторном двигателе, а впрыскивается в «чистом виде», и лишь в цилиндрах оно получает возможность «встретиться» с кислородом воздуха, чтобы быстро перемешаться, сгореть и выделить тепло.

Время, отводимое на смесеобразование и сгорание смеси в дизелях примерно в пять-десять раз меньше, чем в карбюраторных двигателях и составляет не более 0,002…0, 01 секунды.
Поскольку сгорание происходит достаточно быстро, дизель работает «жестко» - в два-три раза жестче бензинового двигателя.
Следует отметить, что жесткость работы двигателя - измеряемый параметр (Ж = dp/dφ ) – это скорость нарастания давления (dp ) по углу поворота (dφ ) коленчатого вала, поэтому ее можно рассчитать.

Несмотря на быстротечность сгорания в дизелях, его условно разделяют на четыре фазы, первая из которых называется периодом задержки воспламенения (0,001…0,003 сек ). В это время происходит распад впрыскиваемого топлива на мельчайшие капли, которые, продвигаясь по камере сгорания, испаряются и смешиваются с воздухом, а также разгон химических реакций самовоспламенения. Следующие три фазы – фазы горения топливовоздушной смеси.

Если период задержки воспламенения оказывается продолжительным, то значительная часть топлива успевает испариться и смешаться с воздухом. В результате одновременного воспламенения этой части по всему объему возникает резкое повышение давления в камере сгорания (жесткая работа) с ростом динамических нагрузок на детали и повышение уровня шума.
Поэтому длительный период задержки самовоспламенения не желателен. Он зависит от температурных условий, сорта топлива, нагрузки на двигатель и других факторов. Однако внутреннее смесеобразование в дизелях всегда определяет более жесткую работу по сравнению с карбюраторными двигателями.

Так как время на смесеобразование в дизеле очень мало, то для более полного сгорания топлива в его цилиндры воздуха вводят больше, чем в бензиновых двигателях (кроме инжекторных двигателей использующих непосредственный впрыск, где воздуха тоже впускают чуть больше нормы). Коэффициент избытка воздуха α в дизельных двигателях составляет от 1,4 до 2,2 .

Таким образом, к смесеобразованию дизелей предъявляются высокие требования. Оно должно обеспечить равномерное перемешивание топлива с воздухом, постепенное сгорание топлива во времени, полное использование всего воздуха в камере сгорания при минимально возможном значении α , а также максимально мягкую работу дизеля.

Способы улучшения смесеобразования

Большинство задач повышения качества смесеобразования в дизельных двигателях во многом решаются путем выбора формы камеры сгорания.
Различают неразделенные камеры сгорания (однополостные) (рис. 1а, б ) и разделенные (рис. 1,в ).

Неразделенные камеры сгорания представляют собой камеру, образованную днищем поршня, когда он находится в ВМТ, и плоскостью головки цилиндров. Неразделенные камеры сгорания применяют в основном в дизелях тракторов и грузовых автомобилей. Они позволяют повысить экономичность двигателя и его пусковые качества (особенно холодного двигателя).

Разделенные камеры сгорания имеют основную и вспомогательную полости, соединенные каналом 11 . Вспомогательная камера может быть не только сферической, как показано на рис. 1, в , но и цилиндрической.
В первом случае она называется вихревой (дизели Д-50, СМД-114), во втором – предкамерой или, как ее чаще называют - форкамерной (КДМ-100).

Вихревая камера работает следующим образом. В головке цилиндров имеется шаровая полость – вихревая камера, соединенная каналом с основной камерой сгорания над поршнем. При движении поршня вверх во время сжатия воздух с большой скоростью входит в вихревую камеру по касательной к ее стенкам.
В результате этого поток воздуха закручивается со скоростью до 200 м/с . В этот раскаленный (700…900 К ) воздушный вихрь форсунка впрыскивает топливо, которое воспламеняется и давление в камере резко возрастает.
Газы с недогоревшим топливом по каналу выбрасываются в основную камеру, где происходит догорание оставшегося топлива. Объем вихревой камеры составляет 40…60% общего объема камеры сгорания, т. е. примерно половину объема.

Предкамерные (форкамерные) двигатели имеют камеру из двух частей. Топливо впрыскивается в цилиндрическую предкамеру (форкамеру), и часть его (до 60% ) воспламеняется. Процесс горения топлива протекает так же, как и в вихревой камере.

Разделенные камеры сгорания менее чувствительны к составу топлива, работают в широком диапазоне частот вращения коленчатого вала, обеспечивают более качественное смесеобразование и менее жесткую работу путем сокращения периода задержки воспламенения.
Однако их основным недостатком является затруднительный пуск двигателя и увеличенный расход топлива по сравнению с неразделенными камерами сгорания.

Иногда выделяют полуразделенные камеры сгорания (см. рис. 2 ), к которым относят камеры, образованные глубокими полостями в головке поршня. Процессы горения топливовоздушной смеси в таких камерах сходны с процессами горения в разделенных камерах, при этом впрыск топлива в полость поршня благотворно влияет на его охлаждение во время работы.

На качество смесеобразования также оказывает значительное влияние взаимное направление и интенсивность движения топливных струй и заряда воздуха в камере сгорания. В связи с этим различают объемное смесеобразование, пленочное и объемно-пленочное .

Объемное смесеобразование отличается тем, что топливо впрыскивается непосредственно в толщу раскаленного воздуха, находящегося в объеме камеры сгорания. При этом для лучшего перемешивания частиц распыленного топлива с воздухом его свежему заряду сообщают вращательное движение с помощью завихрителей или винтовых впускных каналов, а форму камеры сгорания стремятся согласовать с формой струи топлива, впрыскиваемой форсункой.
Для нормальной работы дизеля с объемным смесеобразованием требуется очень высокое давление топлива на впрыске – до 100 МПа и более. Двигатели с таким смесеобразованием достаточно экономичны, но работают жестко (Ж = 0,6…1,0 МПа/град ).

Пленочное смесеобразование характеризуется тем, что большая часть впрыскиваемого топлива подается на горячие стенки шарообразной камеры сгорания, на которых образует пленку, а затем испаряется отнимая часть тепла от стенок.
Принципиальная разница между объемным и пленочным образованием заключается в том, что в первом случае частицы распыленного топлива непосредственно смешиваются с воздухом, а во втором основная часть топлива сначала испаряется, и уже в парообразном состоянии перемешивается с воздухом.
Пленочное смесеобразование используют двигатели фирмы MAN, некоторые двигатели семейства Д-120 и Д144. Этот способ обеспечивает приемлемую жесткость работы дизеля (Ж = 0,2…0,3 МПа/град ) и неплохую экономичность, но требует поддержания температуры поршня в заданных пределах, обеспечивающих интенсивное испарение топливной пленки.

Объемно-пленочное смесеобразование сочетает в себе процессы объемного и пленочного смесеобразования. Такой способ смесеобразования используется, например, на отечественных двигателях ЗИЛ-645, где объемная камера сгорания располагается в поршне.
Форсунка, расположенная в головке блока, впрыскивает топливо через распылитель, имеющий два отверстия, в виде двух пылеобразных струй. Пристеночная струя направляется вдоль образующей камеры сгорания, создавая на ней тонкую пленку. Объемная струя направлена ближе к центру камеры сгорания.

Объемно-пленочное смесеобразование обеспечивает более мягкую работу дизельного двигателя (Ж = 0,25…0,4 ), приемлемые пусковые качества при хорошей экономичности, и применяется на большинстве современных дизелей. Выемки в поршне образуют форму камеры в виде тора (СМД, КамАЗ, ЯМЗ А-41, А-01) или усеченного конуса – дельтавидная камера (Д-243, Д-245).

Качество смесеобразования в дизельных двигателях можно повысить не только конструкцией и формой камеры сгорания. Большую роль играет технология самого процесса впрыска топлива форсункой.
Здесь конструкторы решают вопросы улучшения смесеобразования несколькими способами:

• повышением давления впрыска, благодаря чему улучшается качество распыла топливной струи (один из путей достижения данной цели – применение насос-форсунок);
• применением поэтапного (разделенного) впрыска, когда топливо в камеру сгорания подается в несколько приемов (поэтапный впрыск легко осуществить в системах питания, управляемых микроЭВМ);
• подбором распылителей для форсунок, обеспечивающих оптимальную форму распыленной струи, количество струй и их направление.

Построение ВСХ.

Эффективный крутящий момент:

с предкамерные

вихревое

дизель
. Часовой расход топлива:

5. Ускорение поршня.
,

с наддувом, без наддува

по числу цилиндров

по системе зажигания

по системе питания

Скорость поршня.

,

8 Перемещение поршня

м, а при = м

9 Наддув. , то

10. Процесс выпуска

11. система охлаждения

14 .Расчёт масляных насосов.

Процесс сгорания.

Основной процесс рабочего цикла двигателя, в течение которого теплота идет на повышение внутренней энергии рабочего тела и на совершение механической работы.

Согласно первому закону термодинамики можно записать уравнение:

Для дизелей:

Для бензиновых:

Коэффициент выражает количество долей низшей теплоты сгорания, используемой на повышение внутренней энергии и на совершение работы. Для инжекторных двигателей: , карбюраторные: , дизели: .

Коэффициент использования зависит от режима работы двигателя, от конструкции, от частоты вращения, от системы охлаждения, от способа смесеобразования.

Тепловой баланс на участке можно записать в более краткой форме:

Расчетные уравнения сгорания: -для бензиновых двигателей: T z – температура конца сгорания, при подводе тепла при изохоре (V=const), следует:

Для дизелей: при V=const и р= const:

Где - степень повышения давления.

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания:

После подстановки всех известных параметров и последующих преобразований решают уравнение второго порядка:

Откуда:

Давление сгорания для бензиновых двигателей:

Степень повышения давления:

Давление сгорания для дизелей:

Степень предварительного расширения:

Процесс сжатия.

В период процесса сжатия в цилиндре двигателя повышаются температура и давление рабочего тела, что обеспечивает надежное воспламенение и эффективное сгорание топлива.

Расчет процесса сжатия сводится к определению среднего показателя политропы сжатия , параметров конца сжатия и теплоемкости рабочего тела в конце сжатия .

Для бензиновых двигателей: давление и температура в конце сжатия.

Средняя мольная теплоемкость рабочей смеси:

Классификация ДВС.

ДВС подразделяются: карбюраторные, дизельные, инжекторные.

По методу осущ. газообмена: двухтактные, четырехтактные, без наддува

По способу воспламенения: с воспламенением от сжатия, с принудительным зажиганием.

По способу смесеобразования: с внешним (карбюраторные и газовые), с внутренним (дизельные и бензиновые с впрыском топлива в цилиндр).

По роду применения: легкое, тяжелое, газообразное, смешанное.

По системе охлаждения: жидкостное, воздушное.

ДВС дизель: с наддувом, без наддува.

По расположению цилиндров: однорядные, двухрядные, V-образные, оппозитные, рядные.

Масляной радиатор, расчет.

Масляный радиатор представляет собой теплообменный аппарат для охлаждения масла, циркулирующего в системе двигателя.

Количество теплоты, отводимой водой от радиатора:

Коэффициент теплоотдачи от масла к воде, Вт\м 2 *К

Поверхность охлаждения водомасляного радиатора, м 2 ;

Средняя температура масла в радиатора,К;

Средняя температура воды в радиаторе,К.

Коэффициент теплоотдачи от масла к воде, (Вт\(м 2 *К))

α1-коэффициент теплоотдачи от масла к стенкам радиатора, Вт/м 2 *К

δ-толщина стенки радиатора,м;

λтеп-коэффициент теплопроводности стенки, Вт/(м*К).

α2-коэффициент теплоотдачи от стенок радиатора к воде, Вт/м 2 *К

Количество тепла (Дж\с), отводимого маслом от двигателя:

Средняя теплоемкость масла, кДЖ/(кг*К),

Плотность масла, кг/м 3 ,

Циркуляционный расход масла, м 3 /с

И -температура масла на входе в радиатор и на выходе из него,К.

Поверхность охлаждения масляного радиатора, омываемая водой:

Форсунка, расчет.

Форсунка служит для распыливания и равномерного распределения топлива по объему камеры сгорания дизеля и выполняются открытыми или закрытыми. В закрытых форсунках распыливающиеотверстие сообщаются с трубопроводом высокого давления только в период передачи топлива. В открытых форсунках эта связь постоянна. Расчет форсунки – опр. Диаметра сопловых отверстий.

Объем топлива (мм3/цикл), впрыскиваемого форсункой за один рабочий ход четырехтактного дизеля (цикловая подача):

Время истечения топлива (с):

Угол поворота коленчатого вала, град

Средняя скорость истечения топлива (м\с) через сопловые отверстия распылителя:

Среднее давление впрыска топлива, Па;

-среднее давление газа в цилиндре в период впрыска, Па;

Давление в конце сжатия и сгорания,

Суммарная площадь сопловых отверстий форсунки:

- коэффициент расхода топлива, 0,65-0,85

Диаметр сопловых отверстий форсунки:

12. В бензиновых двигателях нашли наибольшее распространение:

1. Смещенная (Г-образная) (рис.1);

2. Полусферическая (рис.2);

3. Полуклиновая (рис.3) камеры сгорания

В дизелях форма и размещение камеры сгорания определяют способ смесеобразования.

Применяют два вида камер сгорания: неразделенные и разделенные.

Неразделенные камеры сгорания (рис.4) образованы

Построение ВСХ.

Эффективный крутящий момент:

Эффективная мощность бензинового двигателя:

Эффективная мощность дизельного (с неразделенной камерой сгорания) двигателя:

с предкамерные

вихревое

Удельный эффективный расход топлива: бензин

дизель
. Часовой расход топлива:

5. Ускорение поршня.
,

Двигатели внешнего и внутреннего смесеобразования.

по типу: карбюраторные, инжекторные, дизельные

по смесеобразованию: внешние, внутренние

по топливу: бензиновый, дизельный, газообразный

по системе охлаждения: воздушное, водяное

с наддувом, без наддува

по числу цилиндров

по расположению цилиндров: V,W,Х – образные

по системе зажигания

по системе питания

по конструкторским особенностям

Скорость поршня.

,

8 Перемещение поршня в зависимости от угла поворота кривошипа для двигателя с центральным кривошипно-шатунным механизмом

Для рачётов удобнее использовать выражение в котром перемещение поршня является функцией одного угла используют значение только первых двух членов, вследствии малой величины с выше второго порядка из уравнения следует что при м, а при = м

Заполняют таблицу, и строят кривую. При повороте кривошипа от в.м.т до н.м.т движение поршня происходит под влиянием перемещения шатуна вдоль оси цилиндра и отклонения его от этой оси.В следствии совпадения направлений перемещений шатуна при движении кривошипа по первой четверти окружности (0-90) поршени проходит больше половины своего пути. При прохождении второй четверти (90-180) проходит меньшее расстояние чем за первую. При граф построении указанную закономерность учитывают введением поправки Брикса

Перемещение поршня в смещнном кривошипно шатунном механизме

9 Наддув. Анализ формулы эффективной мощности двигателя, показывает, что если принять неизменными рабочий объём цилиндров и состав смеси, то величина Ne при n=const будет определяться отношением 𝝶е/α, значением 𝝶v и параметрами воздуха, поступающего в двигатель. Т.к массовый заряд воздуха Gв(кг), остающегося в цйилндрах двигателя , то из уравнений следует, что при увеличении плотности воздуха(наддува), поступившего в двигатель, эффективная мощность Ne значительно повышается.

А) наиболее распространённая схема с механическим приводом нагнетателя, от коленвала.центробежные, поршневые или роторно-шестёрёнчатые нагнетатели.

Б)объединение газовой турбины и компрессора-наиболее распространн в автомобилях и тракторах

В)комбинированный наддув-1 ступень комрессор не связан механически с двигателем, вторая ступень компрессора приводится в движение от коленвала.

Г)валу турбокомпрессора связан с коленвалом - такая компоновка позволяет при избытке мощности газовой турбины отдавать её на коленвал, а принедостатке отбирать от двигателя.

10. Процесс выпуска . За период выпуска из цилиндра двигателя удаляются отработавшие газы. Открытие выпускного клапана до прихода поршня в н.м.т, снижая полезную работу расширения (площадь b"bb’’b"), способствует качественной очистке цилиндра от продуктов сгорания и уменьшает работу, необходимую для выталкивания отработавших газов. В современных двигателях открытие Впускного клапана происходит за 40 - 80 до н.м.т (точка b’)и с этого момента начинается истечение отработавших газов с критческой скоростью 600

700 м/с. За этот период, заканчивающийся вблизи н.м.т в двигателях без наддува и несколько позже при наддуве, удаляется 60 -70% отработавших газов. При дальнейшем движении поршня к в.м.т. истечение газов происходит со скоростью 200 - 250 м/с и к концу вьшуска не превышает 60 - 100 м/с. Средняя скорость истечения газов за период выпуска на номинальном режиме находится в пределах 60 - 150 м/с.

Закрытие выпускного клапана происходит через 10- 50 После в.м.т, что повышает качество очистки цилиндра за счет эжекционного свойства потока газа, выходящего из цилиндра с большой скоростью.

Снижение токсичности при эксплуатации: 1. Повышение требований к качеству регулировки топливо подающей аппаратуры, систем и устройств смесеобразования и сгорания; 2.более широким применением газовых топлив, продукты сгорания которых мение токсичны, а также переводом бензиновых двигателей на газообразное топливо.При проектировании: 1 установка доп обор,(катализаторы, дожигатели, нейтра-лизаторы); 2 разработка принципиально новых двигателей(электрические, инерционные, аккамуляторные)

11. система охлаждения . Охлаждение двигателя применяется в целях принудительного отвода теплоты от нагретых деталей для обеспечения оптимального теплового состояния двигателя и его нормальной работы. Большая часть отводимой теплоты воспринимается системой охлаждения, меньшая - системой смазки и непосредственно окружающей средой. В зависимости от рода используемого теплоносителя в автомобильных и тракторных двигателях применяют систему жидкостного или воздушного охлаждения. В качестве жидкого охлаждающего

вещества Используют воду и некоторые другие высококипящие жидкости, а в системе воздушного охлаждения - воздух.

К преимутцествам жидкостного охлаждения следует отнести:

А) более эффективный отвод теплоты от нагретых деталей двигателя при любой тепловой нагрузке;

б) быстрый и равномерный прогрев двигателя при пуске; в) допустимость применения блочных конструкций цилиндров двигателя; г) меньшая склонность к детонации в бензиновых двигателях; д) более стабильное тепловое состояние двигателя при изменении режима его работы; е) меньшие затраты моащости на охлаждение и возможность использования тепловой энергии, отводимой в систему охлаждения.

Недостатки системы жидкостного охлаждения: а) большие затраты на обслуживание и ремонт в эксплуатации; б) пониженная надежность работы двигателя при отрицательных температурах окружающей среды и большая чувствительностьк ее изменению.

Расчет основных конструктивных элементов системы охлаждения производится исходя из количества теплоты, отводимой от двигателя в единицу времени.

При жидкостном охлаждении количество отводимой теплоты (Дж/с)

где ( - количество жидкости, циркулирующей в системе, кг/с;

4187 - теплоёмкость жидкости, Дж/(кг К); - температура выходящей из двигателя жидкости и входящей в него, К. расчёт системы сводится к определению размеров жидкосного насоса, поверхности радиатора, и подбору вентилятора.

14 .Расчёт масляных насосов. Одним из основных элементов смазочной системы является масляный насос, который служит для подачи маслакх трущимся поверхностям движущихся частей двигателя. По конструктивному исполнению масляные насосы бывают шстерёнчатые и винтовые. Шестеренчатые насосы отличаются простотой устройства, компакт-ностью, надежностью в работе и являются наиболее распространенными в автомобильных и тракторных двигателях. Расчет масляного насоса заключается в определении размеров его шестерен. Этому расчету предшествует определение циркуляционного расхода масла в системе.

Циркуляционный расход масла зависит от количества отводимой им от двигателя теплоты. В соответствии с данными теплового баланса величина ‚ (кДж/с) для современных автомобильных и тракторных двигателей составляет 1,5 - 3,0% от общего количества теплоты, введенной в двигатель с топливом: Qм= (0,015 0,030)Q0

Количество теплоты, выделяемой топливом в течение 1 с: Q0= НuGт/3б00, где Нu выражено в кДж/кг; Gт - в кг/ч.

Циркуляционньтй расход масла (м3/с) при заданной величине ‚ Vд=Qм/(рмсм ) (19.2)

Топливо, используемое в двигателях с искровым зажиганием, является более летучим, чем дизельное топливо, к тому же его смешивание с воздухом до попадания в камеру сгорания занимает больше времени, чем в дизеле. В результате двигатели с искровым зажиганием работают на более однородных смесях, которые, кроме того, очень близки к стехиометрическим (λ = 1). Дизели всегда работают на обедненных смесях (λ > 1). Если коэффициент избытка воздуха топливо-воздушной смеси недостаточно велик (λ < 1), это приводит к повышенным выбросам сажи, CO и CH.

Смесеобразование однородной топливной смеси

Для качественного смесеобразования однородной топливо-воздушной смеси топливо в момент зажигания должно полностью испариться, так как только качественная газовая или газо-паровая смесь может достичь состояния однородности.

Если существуют факторы, препятствующие полному испарению топлива и приводящие к ухудшению качества смеси (например, низкая температура при холодном пуске двигателя), то следует подать дополнительную порцию топлива, чтобы обогатить топливовоздушную смесь и сделать ее, таким образом, легко воспламеняемой (обогащение смеси при холодном пуске двигателя).

Система смесеобразования, кроме обеспечения однородности смеси, также отвечает за регулирование нагрузки двигателя (дроссельное регулирование) и сведение до минимума отклонения соотношения воздух/топливо в разных цилиндрах двигателя.

Смесеобразование неоднородной топливной смеси

Целью смесеобразования неоднородной топливо воздушной смеси является обеспечение работы двигателя во всех его режимах без дроссельного регулирования мощности. Внутреннее охлаждение является побочным эффектом от использования непосредственного впрыска топлива и двигатели этого типа могут работать при более высоких значениях степени сжатия. Сочетание этих двух факторов (отсутствие дроссельного регулирования и более высокие степени сжатия) обеспечивает получение более высокого коэффициента полезного действия, чем в случаях применения однородных топливных смесей. Нагрузка двигателя при этом регулируется изменением количества впрыскиваемого топлива.

Разработки систем смесеобразования дает новый импульс к развитию «гибридного» способа смесеобразования или способа «с послойным распределением заряда по составу», возможности применения которых интенсивно исследовались, начиная с 1970 года. Определенный прорыв в этом вопросе произошел с разработкой высокоскоростных топливных систем с электромагнитными форсунками, которые позволили обеспечить гибкость в регулировании момента впрыска топливной смеси и требуемые высокие давления этого впрыска.

GDI – непосредственный впрыск бензина – стал обобщенным термином, используемым для идентификации разрабатываемых во всем мире систем смесеобразования. На смесеобразование основное влияние оказывают расположение свечи зажигания и топливной форсунки, а характер циркуляции этой смеси в камере сгорания является сопутствующим фактором. Вихревое движение смеси (производимое винтовыми и тангенциальными каналами) – это в основном вращение вокруг оси параллельной оси цилиндра двигателя.

Точность размещения свечи зажигания относительно струи топлива, подаваемого форсункой, является определяющим моментом для системы с прямым впрыском топлива.

Свеча зажигания находится в условиях тяжелых нагрузок, так как она подвергается непосредственному воздействию впрыскиваемого топлива. При способе смесеобразования, когда топливо впрыскивается в выемку на днище поршня или в поток завихренного воздуха и направляется на свечу зажигания за счет вращательного движения заряда, - требования к точности расположения свечи и форсунки в этом случае не столь высоки.

Способы смесеобразования неоднородной смеси работают при избытке воздуха (управление без использования дросселя) и поэтому необходима разработка каталитических нейтрализаторов, снижающих выброс оксидов азота в отработавших газах двигателей, работающих на бедных смесях.

Под смесеобразованием в двигателях с искровым зажиганием подразумевают комплекс взаимосвязанных процессов, сопровождающих дозирование топлива и воздуха, распыливание и испарение топлива и перемешивание его с воздухом. Качественное смесеобразование является необходимым условием получения высоких мощностных, экономических и экологических показателей двигателя.

Протекание процессов смесеобразования в значительной степени зависит от физико-химических свойств топлива и способа его подачи. В двигателях с внешним смесеобразованием процесс смесеобразования начинается в карбюраторе (форсунке, смесителе), продолжается во впускном коллекторе и заканчивается в цилиндре.

После выхода струи топлива из распылителя карбюратора или форсунки начинается распад струи под воздействием сил аэродинамического сопротивления (вследствие разности скоростей движения воздуха и топлива). Мелкость и однородность распыливания зависят от скорости воздуха в диффузоре, вязкости и поверхностного натяжения топлива. При пуске карбюраторного двигателя при его относительно низкой температуре распыливания топлива практически нет, и в цилиндры поступает до 90 и более процентов топлива в жидком состоянии. Вследствие этого для обеспечения надежного пуска необходимо существенно увеличивать цикловую подачу топлива (доводить б до значений? 0,1-0,2).

Процесс распыливания жидкой фазы топлива протекает также в проходном сечении впускного клапана, а при не полностью открытой дроссельной заслонке - в образуемой ею щели.

Часть капель топлива, увлекаемая потоком воздуха и паров топлива, продолжает испаряться, а часть - оседает в виде пленки не стенках смесительной камеры, впускного коллектора и канала в головке блока. Под действием касательного усилия от взаимодействия с потоком воздуха пленка движется в сторону цилиндра. Так как скорости движения топливовоздушной смеси и капель топлива отличаются незначительно (на 2-6 м/c), то интенсивность испарения капель низка. Испарение с поверхности пленки протекает более интенсивно. Для ускорения процесса испарения пленки впускной коллектор в двигателях карбюраторных и с центральным впрыскиванием подогревают.

Разное сопротивление ветвей впускного коллектора и неравномерное распределение пленки в этих ветвях приводят к неравномерности состава смеси по цилиндрам. Степень неравномерности состава смеси может достигать 15-17 %.

При испарении топлива протекает процесс его фракционирования. В первую очередь испаряются легкие фракции, а более тяжелые попадают в цилиндр в жидкой фазе. В результате неравномерного распределения жидкой фазы в цилиндрах может оказаться не только смесь с разным соотношением топливо - воздух, но и топливо различного фракционного состава. Следовательно, и октановые числа топлива, находящегося в разных цилиндрах, будут неодинаковыми.

Качество смесеобразования улучшается с ростом частоты вращения n. Особенно заметно негативное влияние пленки на показатели работы двигателя на переходных режимах.

Неравномерность состава смеси в двигателях с распределенным впрыскиванием определяется, главным образом, идентичностью работы форсунок. Степень неравномерности состава смеси составляет ±1,5 % при работе по внешней скоростной характеристике и ±4 % на холостом ходу с минимальной частотой вращения n х.х.min .

При впрыскивании топлива непосредственно в цилиндр возможны два способа смесеобразования:

С получением гомогенной смеси;

С расслоением заряда.

Реализация последнего способа смесеобразования сопряжена с немалыми трудностями.

В газовых двигателях с внешним смесеобразованием топливо вводится в воздушный поток в газообразном состоянии. Низкое значение температуры кипения, высокое значение коэффициента диффузии и существенно меньшее значение теоретически необходимого для сгорания количества воздуха (например для бензина? 58,6, метана - 9,52 (м 3 возд)/(м 3 топл) обеспечивают получение практически гомогенной горючей смеси. Распределение смеси по цилиндрам более равномерное.