4 Процессы смесеобразования в бензиновых и дизельных двигателях
Смесеобразование в бензиновых двигателях Смесеобразование – это процесс приготовления смеси топлива с воздухом для сжигания ее в цилиндрах двигателя. В современных двигателях впускной коллектор, и камера сгорания сконструированы таким образом, чтобы заставить топливно-воздушную смесь, поступающую в камеру сгорания, закручиваться вихрем.
При смесеобразовании в бензиновых двигателях имеют место следующие процессы: Распыление топлива - начинается после выхода струи топлива из распылителя карбюратора (рис. а) или соплового отверстия форсунки (рис. б) Образование топливной пленки - происходит при соприкосновении капель топлива со стенками впускных каналов. Испарение топлива - при сравнительно небольших температурах топливо испарятся с поверхности капель и пленки в результате интенсивного обдува потоком воздуха. Неравномерность состава смеси - поступающей в отдельные цилиндры объясняется разным гидравлическим сопротивлением впускных каналов и неравномерным распределением капель топлива в топливной пленке.
Конструкция камер сгорания бензинового двигателя а – смещенная (с нижним расположением клапанов); б – шатровая; в – полусферическая(АЗЛК) ; г – плоскоовальная (ЗМЗ); д - полуклиновая (ЗИЛ); клиновая (ВАЗ).
Одним из способов улучшения топливной экономичности двигателя и уменьшения содержания вредных веществ в отработавших газах является смесеобразование с расслоением рабочего заряда так, чтобы в зоне свечи зажигания концентрировалась богатая смесь, а по мере удаления от свечи обеднялась. К этому способу можно отнести форкамерное смесеобразование. В форкамеру небольшого объема, 10 -20% объема основной камеры сгорания, подается обогащенная смесь (α 2 , а в основную камеру подается обедненная смесь(α 1 Обедненная смесь хорошо воспламеняется и сгорает от факелов пламени выбрасываемых из сопловых каналов.
Распределение топливовоздушной смеси по объему камеры сгорания а – образование гомогенной топливовоздушной смеси; Б – образование послойного заряда.
а б Виды непосредственного впрыска топлива: а – мощностной факел; б – компактный факел. Форма днища поршня двигателя с непосредственным впрыском
Схема образования и перемещения облака смеси по камере сгорания при расслоении заряда а – впрыскивание бензина; б – испарение и диффузия паров; в – поджигание горючей смеси: 1 – горючая часть заряда; 2 – негорючая часть заряда; 3 – камера сгорания.
Смесеобразование дизелей включает следущие процессы: Впрыск топлива - осуществляется через форсунку в конце такта сжатия за 15… 300 до прихода поршня в ВМТ, а продолжительность подачи составляет 20… 450 ПКВ. Впрыск сопровождается распылением топлива. Распыление топлива позволяет резко увеличить площадь теплообмена между каплями топлива и воздухом, что приводит к быстрому испарению топлива. На тонкость и однородность распыла оказывают влияние конструкция распылителя, давление впрыска и скорость движения заряда. Наибольшее распространение получили многосопловые (а) и односопловые штифтовые (б) распылители закрытого типа. Реже используются распылители со встречными струями (в) и с винтовыми завихрителями (г) открытого типа.
Развитие топливных струй в камере сгорания а) – в неподвижном заряде воздуха; б) – в движущимся со скоростью 15 м/с; в) – в движущимся со скоростью 35 м/с.
Формирование топливного факела происходит в процессе впрыска. Длина факела Ɩф и его ширина bф ( рис. а) должны обеспечивать полный охват пространства камеры сгорания топливом. Угол βф конусности факела 12… 200. В факеле различают три зоны ( рис. б): сердцевину 1 из крупных частиц топлива, среднюю часть 2 и оболочку 3 из наиболее мелких капель топлива. Испарение - в первую очередь, еще до начала горения, испаряется оболочка факела. После воспламенения возрастает температура и резко ускоряется процесс прогрева и испарения средних и крупных капель топливного факела, перемешивания их с воздухом и сгорание. В зависимости от конструкции камеры сгорания дизелей делятся на две большие группы: неразделенные и разделенные.
Распределение топливных факелов по камере сгорания
Конструкции неразделеных камер сгорания дизелей Объемное смесеобразование - характерно для двухтактных дизелей. Практически всё впрыскиваемое топливо (85… 95%) распределяется в объеме камеры сгорания. Камера сгорания имеет малую глубину и большой диаметр (рис. а). Скорость движения воздушного заряда не превышает 12… 15 м/с. Объемно-пристеночное смесеобразование - заключается в том, что часть топлива (20… 40%) концентрируется в пристеночном слое, а остальная часть распределяется по объёму камеры сгорания. При таком смесеобразовании диаметр камеры сгорания уменьшается, а глубина увеличивается (рис. б, в, г, д). Скорости движения воздушного заряда составляет 25… 35 м/с.
Смесеобразование в дельтовидной (г) и тороидальной (в) камерах сгорания г) в) Пристеночное смесеобразование - заключается в том, что практически всё топливо ( 90… 95% ) подаётся в пристеночную зону. Впрыскивание осуществляется через одно-сопловую форсунку под острым углом к стенкам глубокой камеры сгорания сферической формы (рис. е, ж, з). Вращательное движение воздушного заряда вокруг оси цилиндра со скоростью 50… 60 м/с распределяет топливные капли вдоль стенки камеры сгорания и они растекаются по ее поверхности в виде тонкой пленки. Теплота, для быстрого испарения топлива, подводится от стенок камеры сгорания, температура которых поддерживается в пределах 4000 С. Пристеночное смесеобразование обеспечивает: плавное и бесшумное сгорание топлива; высокую топливную экономичность и позволяет работать на топливах различного фракционного состава.
Смесеобразование в разделенных камерах сгорания С учетом характера движения воздушного заряда в вспомогательной камере различают вихрекамерное (рис. а) и предкамерное смесеобразование (рис. б). а) б) в) Вихревая камера - в форме сферы выполнена в головке цилиндра. Ось соединительной горловины направлена по касательной к поверхности вихревой камеры. Поэтому, при сжатии, в ней создаётся направленное вихревое движение воздушного заряда со скоростью 100… 200 м/с. Предкамера - имеет меньший объем, чем вихревая камера, 20… 40% от общего объема камеры сгорания, и соединяется с основной камерой узким каналом. При сжатии происходит беспорядочное перетекание воздушного заряда в предкамеру и его турбулизация при скоростях 300 м/с и более.
Для улучшения пусковых качеств и прогрева дизельного двигателя в камерах сгорания устанавливают свечи накаливания. Для эксплуатации автомобля при особо низких температурах во впускную систему устанавливаются элетро – факельные устройства ( ЭФУ ). Способы установки свечей накаливания: а) – в предкамере; б) – в вихревой камере; в) – в неразделенной камере. Свечи накаливания: а) – открытого типа; б) – закрытого типа с спиралью; в) - с нагревательным элементом.
Сравнение различных типов камер сгорания • 1. 2. 3. 10. 02. 2018 Преимущества неразделенных камер: Хороший пуск Высокая экономичность Простота конструкции Недостатки неразделенных камер: Малая турбулентность движения воздуха Высокое давление впрыска Жесткость работы (объемное распыление) • 1. 2. 3. Преимущества разделенных камер: Высокая турбулентность движения воздуха Низкое давление впрыска Мягкость работы Недостатки разделенных камер: Затрудненный пуск Низкая экономичность Сложность конструкции 17
Скачать презентацию 4 Процессы смесеобразования в бензиновых и дизельных двигателях
Лекция 4.pptx