Первый слайд презентации: Смесеобразования в дизелях
Слайд 5: Основной функциональной задачей систем питания двигателей обоих типов является подача точного количества топлива в соответствующий цилиндр и в точно определенное время
Слайд 6: В высокооборотных дизелях легковых автомобилей процесс впрыска занимает всего тысячную долю секунды, и при этом впрыскивается только небольшая доза топлива
Слайд 7: Особенностью двигателей с самовоспламенением от сжатия, или, как их принято называть, дизелей (по имени изобретателя Дизеля), является приготовление горючей смеси топлива с воздухом внутри цилиндров
Слайд 8: В дизелях смесеобразование происходит внутри цилиндра. Оно начинается в момент начала впрыскивания топлива и заканчивается в конце его сгорания
Слайд 9: В дизелях топливо поступает от насоса высокого давления и впрыскивается форсунками в цилиндры под давлением, в несколько раз превышающим давление воздуха в конце такта сжатия
Слайд 10: Смесеобразование начинается с момента поступления топлива в цилиндр. При этом в результате трения о воздух струя топлива распыляется на мельчайшие частицы, которые образуют топливный факел конусообразной формы. Чем мельче распылено топливо и чем равномернее распределено оно в воздухе, тем полнее сгорают его частицы
Слайд 11: Испарение и воспламенение топлива осуществляются за счет высокой температуры и давления сжатого воздуха (к концу такта сжатия температура воздуха составляет 550...700 "С, а давление — 3,5... 5,5 МПа)
Слайд 12: Следует отметить, что после начала горения смеси температура, и давление в камере сгорания резко возрастают, что ускоряет процессы испарения и воспламенения остальных частиц распыленного факела топлива
Слайд 13: Чтобы обеспечить наилучшие мощностные и экономические показатели работы дизеля, необходимо впрыскивать топливо в его цилиндры до прихода поршня в ВМТ. Угол, на который кривошип коленчатого вала не доходит до ВМТ в момент начала впрыскивания топлива, называют углом опережения впрыскивания топлива
Слайд 14: Для того чтобы форсунка впрыскивала топливо с требуемым опережением, топливный насос должен начинать подавать топливо еще раньше. Это вызвано необходимостью иметь некоторое время на нагнетание топлива от насоса к форсунке
Слайд 15: Угол по кривошипу коленчатого вала, на который поршень не доходит до ВМТ в момент начала подачи топлива из топливного насоса, называют углом опережения подачи топлива
Слайд 16: Существенное влияние на улучшение смесеобразования и процесса сгорания оказывают способы приготовления рабочей смеси и принятая форма камеры сгорания
Слайд 17: Качество смесеобразования определяется характеристиками впрыскивания распыливания, свойствами топлива и заряда, формой, размерами и температурами поверхностей камеры сгорания, взаимным направлением и интенсивностью движения топливных струй и заряда в камере сгорания
Слайд 18: По способу приготовления рабочей смеси различают объемное, объемно-пленочное и пленочное смесеобразования. Каждому из этих способов присуши свои характерные особенности, для реализации которых требуются камеры сгорания с соответствующими конструктивными решениями
Слайд 19: Существующие камеры сгорания дизелей по общности основных признаков их конструкции объединяют в две группы: неразделенные(однополостные) и разделенные (двухполостные)
Слайд 20: Неразделенные камеры сгорания представляют собой объем заключенный между днищем поршня, когда он находится в ВМТ, и плоскостью головки. Такие камеры называют также однополостными с объемным смесеобразованием, так как процесс смесеобразования основан на впрыскивании топлива непосредственно в толщу горячего воздуха, находящегося в камере сгорания дизеля
Слайд 21: При этом для лучшего перемешивания частиц распыленного топлива с воздухом свежему заряду сообщают при впуске вращательное движение с помощью завихрителей или винтовых опускных каналов, а форму камеры сгорания стремятся согласовать с формой струи топлива, подаваемой форсункой
Слайд 22: Объемное смесеобразование предполагает распыливание большей части топлива в объеме камеры сгорания и лишь небольшая его часть попадает в ее пристеночный слой. Оно реализуется в однополостной (неразделенной) камере сгорания, которая располагается в поршне;
Слайд 23: Камера сгорания поршня, объемного смесеобразования, ее ось и ось форсунки совпадают. Камера сгорания имеет малую глубину и большой диаметр, отношение ее диаметра к диа- метру цилиндра составляет dKC/D = 0,8...0,83. Прогрев и испарение топлива в этой камере происходят в основном от сжатого и нагретого заряда воздуха
Слайд 24: Угол рассеивания струй топлива обычно не превышает 20°, потому для полного охвата струями всего объема камеры сгорания и полного использования заряда воздуха в форсунке необходимо иметь не менее 18 расспыливающих отверстий небольшого диаметра, что достаточно сложно для изготовления
Слайд 25: Для полного сгорания впрыснутого топлива воздух приводится во вращательное движение тем более интенсивно, чем меньшее количество распыливающих отверстий. Это достигается применением винтового или тангенциального впускного каналов, а также экранированием впускного клапана или его седла
Слайд 26: Однако повышение интенсивности вращательного движения заряда при впуске приводит к снижению коэффициента наполнения. Поэтому при объемном смесеобразовании используют 6... 10 распыливающих отверстий при небольшом значении скорости движения заряда (12... 15 м/с), чтобы избежать значительного падения наполнения свежим зарядом
Слайд 27: Развеивание струй топлива вращающимся зарядом существенно влияет на объем и поверхность струи и их изменение во времени
Теплообмен между зарядом и топливом происходит преимущественно в объеме факела и пары топлива перемещаются в направлении поверхности струй. Движение заряда сносит продукты сгорания с поверхности крупных капель и обеспечивает подвод к ним кислорода воздуха. При чрезмерной скорости движения заряда мелкие капли, пара топлива и продукты сгорания из одной струи могут движением заряда переноситься в объем соседней струи, что приведет к ухудшению смеобразования. Такое явление называют перезавихриванием. Поэтому в дизелях с объемным смесеобразованием частота вращения ограничена и не превышает 3000 мин"1
Слайд 28: При этом виде смесеобразования для проникновения капель топлива на периферию камеры сгорания, где сосредоточена наибольшая часть воздуха, необходимо повышать давление впрыскивания, иногда до 200 МПа
Такое давление могут создавать насос-форсунки. Однако их применение связано с усложнением конструкции и необходимостью в эксплуатации обеспечивать равномерную подачу топлива по отдельным цилиндрам. При использовании; разделенных систем подачи топлива давление впрыскивания обычно не превышает 100 МПа, что связано с повышением сил, действующих на детали топливной аппаратуры, искажением объемов топлива в системе, а также с впрыскиваниями топлива из-за колебательных процессов в топливопроводах высокого давления
Слайд 29: В современных дизелях используется также пленочное смесеобразование, которое характеризуется тем, что большая часть впрыскиваемого топлива подается на горячие стенки шарообразной камеры сгорания, на которых оно образует сначала пленку, а затем испаряется, отнимая часть тепла от стенок
Слайд 30: Принципиальная разница между объемным и пленочным способами смесеобразования заключается в том, что в первом случае частицы распыленного топлива непосредственно смешиваются с воздухом, а во втором основная часть топлива сначала испаряется и затем в парообразном состоянии перемешивается с воздухом при интенсивном вихревом движении его в камере
Слайд 31: О бъемно пристеночно-пленочное смесеобразование. Из-за пристеночной струи такой процесс часто называют объемным пристеночно-пленочным смесеобразованием. Этот процесс по сравнению с другими способами смесеобразования экономичен и обеспечивает более мягкую работу дизеля с плавным нарастанием давления в его цилиндрах, а также улучшает пусковые качества дизеля
Топливо в камеру сгорания впрыскивается из двухдырочного распылителя форсунки, расположенного в головке цилиндра. Пристеночная струя топлива направлена вдоль образующей камеры сгорания, объемная струя пересекает внутренний объем камеры сгорания ближе к ее центру.
Слайд 32: Разновидностью указанных способов смесеобразования является объемно-пленочное смесеобразование, которое обладает свойствами как объемного, так и пленочного смесеобразования
Слайд 33: Комбинация объемного и пристеночного смесеобразования
Комбинация объемного и пристеночного смесеобразования заключается в том, что часть топлива подается на стенку камеры сгорания и концентрируется в пристеночном слое, а другая часть капель топлива располагается в пограничном слое заряда. Низкая температура стенок камеры сгорания (200...300 °С) и малая турбулентность заряда в этой зоне уменьшают скорости испарения топлива и смешения его паров с воздухом. В итоге снижается скорость тепловыделения в начале сгорания. После появления пламени скорости испарения и смешения резко возрастают.
Слайд 34: При объемном и пристеночном смесеобразовани относительный диаметр камеры сгорания несколько меньше (dKC/D =-- 0,5...0,6), а ее глубина больше
Тангенциальная составляющая скорость движения заряда воздуха достигает 25...30 м/с. Интенсивное смщение заряда при его перетекании в камеру сгорания позволяет применять 3... 5 распыливающих отверстий большего диаметра. Снижаются требования к топливоподающей аппаратуре, которая должна обеспечить давление впрыскивания не более 80 МПа. При этом существенно снижаются нагрузки в топливной аппаратуре, повышаются ее износостойкость ц надежность.
Слайд 35: Пристеночное смесеобразование предусматривает подачу почти в сего топлива в пристеночную зону камеры сгорания. Она обычно расположена соосно с цилиндром, а форсунка смещена к ее периферии
Слайд 36: Пристеночное смесеобразование. Распылитель форсунки направляет одну-две струи топлива под острым углом на стенку камеры сгорания сферической формы, или вблизи и вдоль стенки камеры сгорания
При этом интенсивное вращательное движение заряда, скорость которого достигает 50...60 м/с, распределяет топливные капли вдоль стенки камеры сгорания. В объем горячего заряда в центральной части камеры сгорания попадает 5 -10 % топлива, которое воспламеняете в первую очередь. По мере испарения и смешения топлива с воздухом сгорание распространяется на основную часть топлива в пристеночном слое.
Слайд 37: Разделенные камеры сгорания состоят из двух объемов, соединенных между собой каналами: основного объема, заключенного в полости над днищем поршня, и дополнительного, расположенного чаше всего в головке блока
Слайд 38: Применяются в основном две группы разделенных камер: предкамеры и вихревые камеры. Дизели с такими камерами называют соответственно предкамерными и вихревыми
Слайд 39: В дизелях вихревого типа объем дополнительной камеры составляет 0,5...0,7 общего объема камеры сгорания
Слайд 40: Основная и дополнительная камеры соединяются каналом, который располагается тангенциально к образующей дополнительной камере, в результате чего обеспечивается вихревое движение воздуха
Слайд 41: В дизелях предкамерного типа предкамера имеет цилиндричес кую форму и соединяется прямым каналом с основной камерой, расположенной в днище поршня
Слайд 42: В результате начального воспламенения и сгорания свежего заряда в предкамере создается высокая температура и давление, способствующие более эффективному смесеобразованию и сгоранию топлива в основной камере
Слайд 43: Современные быстроходные вихре- и предкамерные дизели имеют достаточно высокие мощностные показатели при сравнительно высокой степени сжатия. Но у них есть недостаток — затрудненный пуск дизеля, для устранения которого применяют специальные пусковые устройства
Слайд 44: Смесеобразование при наддуве предполагает увеличение цик ловой подачи топлива практически за то же время, что и в дизеле без наддува. Ее можно повысить путем увеличения эффективного проходного сечения распыливающих отверстий или увеличением давлений впрыскивания
Слайд 45: При наддуве плотность заряда в цилиндре увеличивается. Поэтому, чтобы обеспечить требуемое проникновение топливных струй за период задержки воспламенения, необходимо более рез- ко повысить давление впрыскивания с увеличением частоты вращения и нагрузки, чем в дизеле без наддува
Слайд 46: При высоких степенях наддува применяют насос-форсунки или топливные системы аккумуляторного типа
Слайд 49: Хорошие показатели работы дизеля на номинальном режиме достигаются при тепловыделении, начинающемся в положении поршня за 5... 13° до ВМТ и завершающемся на 45..50° после ВМТ
Слайд 51: Первая фаза — период задержки воспламенения — начинается с момента начала впрыскивания топлива и заканчивается в момент, когда давление в цилиндре в результате выделения теплоты становится выше давления при сжатии воздуха без впрыскивания топлива. Длительность фазы определяют как интервал времени или угол поворота коленчатого вала
Слайд 52: Фаза включает процессы распада струй на капли, продвижения капель по объему камеры сгорания, прогрева, частичного их испа- рения и смешения с воздухом, а также время саморазгона химических реакций
Слайд 53: Неоднородность смеси по объему камеры сгорания положительно влияет на развитие воспламенения. В некоторых локальных зонах камеры сгорания существуют благоприятные условия для воспламенения даже бедной по составу смеси
Слайд 54: На длительность, задержки воспламенения влияет воспламеняемость топлива улучшается при увеличении цетанового числа топлива;
Слайд 55: У величение давления и температуры заряда в начале впрыскивания топлива сокращает время задержки воспламенения
Слайд 56: Применение наддува также уменьшает длительность, задержки воспламенения
Слайд 57: На длительность, задержки воспламенения влияет увеличение утечек заряда через кольца давление и температура заряда в конце сжатия могут снижаться, а это и приведет к увеличению задержки воспламенения
Слайд 59: На длительность, задержки воспламенения влияет различия в распределении топлива по объему заряда и в пристеночной зоне, а также в температура стенок камеры сгорания
Слайд 60: Увеличение интенсивности направленного движения заряда несколько сокращает длительность задержки воспламенения
Слайд 61: Увеличение частоты вращения способствует лучшему распыливанию топлива, повышению давления и температуры заряда и момент начала впрыскивания топлива, что сокращает длительность, задержки воспламенения
Слайд 62: Вторая фаза — фаза быстрого сгорания — начинается с мо- мента отрыва кривой сгорания от линии сжатия и завершается при достижение максимума давления
Слайд 63: В этой фазе вначале сгорает часть смеси, подготовленной к воспламенению за предыдущую фазу а затем процесс сгорания определяется смешением воздуха и топлива, подаваемого в данной фазе
Слайд 64: Развитие и длительность второй фазы сгорания определяют следующие факторы:
количество и состояние топлива, поданного в цилиндр за время задержки воспламенения, количество и состояние топлива, поданного в цилиндр в течение второй фазы сгорания; с увеличением мелкости распыливания первых порций впрыскиваемого топлива растут скорости тепловыделения и нарастания давления
Слайд 65: С корость движения заряда интенсифицирует тепловыделения в фазе быстрого сгорания, однако при сильной турбулизации количество выделяемой теплоты уменьшается, что увеличивает длительность второй фазы сгорания
Слайд 66: Развитие и длительность второй фазы сгорания определяют тип камеры и количество топлива попадающее в пристеночную зону и чем его больше, тем меньше скорости тепловыделения и нарастания давления;
Слайд 67: Развитие и длительность второй фазы сгорания определяют следующие факторы:
Слайд 68: К оличества впрыскиваемой порции топлива, и длительности подачи приводит к большей продолжительности второй фазы сгорания
Слайд 69: Повышение частоты вращения приводит к улучшению распыливания топлива, уменьшению продолжительности впрыскивания по времени, увеличению интенсивности движения заряда, повышению температуры и давления и ускорению химических реакций
Слайд 70: Третья фаза — фаза быстрого диффузионного сгорания — начинается в момент достижения максимума давления и завершается в момент достижения максимума температуры
Слайд 71: В этот период происходит быстрое смешение воздуха с топливом, подаваемым в пламя, а также интенсивное тепловыделение. В зонах с повышенным содержанием топлива происходит активное образование сажи
Слайд 72: На продолжительность третьей фазы сгорания влияют следующие факторы: количество топлива, впрыскиваемого после начала сгорания и качество распыливания
Слайд 73: На продолжительность третьей фазы сгорания влияют следующие факторы
увеличение скорости движения воздушного заряда до определенного, оптимального значения повышает тепловыделение в третьей фазе. Дальнейшее ее повышение создает ≪перезавихривание≫ заряда, тепловыделение снижается, что связано с ухудшением распределения топлива в объеме заряда. При этрм происходит перенос продуктов сгорания из зоны одного факела в зону другого. Это увеличивает неполноту сгорания и приводит к дымлению дизеля;