Mieszanie wewnętrzne. Mieszanie w silnikach wysokoprężnych (mieszanie wewnętrzne)

Silniki benzynowe -
jeden z rodzajów ICE
(silniki wewnętrzne
spalanie), w którym doszło do zapłonu
mieszanki paliwowo-powietrzne,
przeprowadzone w
cylindry, przez
iskry ze świec zapłonowych.
Rola regulatora mocy
wykonuje przepustnicę
zawór regulujący
napływ dopływu
powietrze.

Ze względu na sposób realizacji cyklu pracy silniki dzielimy na
dwusuwowy i czterosuwowy.
Silniki dwusuwowe mają większą moc na jednostkę
objętość, ale tracą na wydajności. Znaleźli więc swoją drogę
gdzie ważna jest zwartość, a nie wydajność (motocykle, motor
łodzie, piły łańcuchowe i inne narzędzia silnikowe).
Resztę dominują silniki czterosuwowe
ruch.

Układ paliwowo-powietrzny
Główne zadanie układu paliwowo-powietrznego jest nieprzerwane
dostarczanie mieszanki paliwowo-powietrznej do silnika. Układ zasilania paliwem
zwany także układem paliwowym lub układem zasilania paliwem.
Taki układ ma za zadanie zasilać silnik, przechowywać i czyścić
paliwo.
Struktura strukturalna
zbiornik paliwa
pompa paliwowa
Filtr paliwa
układ wtryskowy
przewody paliwowe

Zasada działania układu paliwowo-powietrznego

Cały schemat układu zasilania paliwem jest następujący
sposób:
Kierowca włącza zapłon;
Pompa paliwowa pompuje paliwo do układu i tworzy układ roboczy
ciśnienie;
Paliwo dostaje się do układu wtryskowego;
Rozpylanie i powstawanie paliwa-powietrza
mieszanki;

tworzenie mieszanki

Pod pojęciem tworzenia się mieszanki rozumie się silniki z zapłonem iskrowym
zespół powiązanych ze sobą procesów towarzyszących dawkowaniu
paliwa i powietrza, atomizacji i odparowania paliwa oraz jego mieszania
z powietrzem. Warunkiem wstępnym jest wysokiej jakości mieszanie
uzyskanie dużej mocy, ekonomiczne i środowiskowe
wydajność silnika.

Tworzenie mieszanki wtryskowej silnika spalinowego

Zapewnia przechowywanie
potrzebne paliwo
do zasilania silnika
samochody. Określony
zbiornik w samochodach
często znajduje się w
z powrotem i naprawiony
na spodzie ciała.
Odpowiedzialny za sprzątanie
paliwo.
Odpowiada za dostarczanie paliwa do układu wtryskowego i
utrzymuje wymagane ciśnienie robocze w
system paliwowy.

Zasada działania wtryskiwacza polega na tym, że ECU
(elektroniczna jednostka sterująca) dostarcza go
impuls elektryczny. Pod wpływem impulsu
wtryskiwacz otwiera się i wtryskuje benzynę
kolektor dolotowy. Otrzymane paliwo lotnicze
mieszanka jest zasysana przez zawory dolotowe przez tłok
na skoku ssania. Punkt w czasie i czas trwania
Wtrysk do wtryskiwacza jest określany przez ECU.

Tworzenie mieszanki w silniku spalinowym z gaźnikiem

Tworzenie mieszaniny benzyny z
powietrze odbywa się w
gaźnik gdzie benzyna
mieszany ze ssaniem
powietrze do silnika
odpowiednia ilość,
opryskiwane i częściowo
odparowuje. Dalej
odparowanie i mieszanie
odbywać się w odbiorze
rurociągu i w sobie
cylindry silnika.

10.

Sposób tworzenia palnej mieszaniny w najprostszy
gaźnik (Rys. 71)
Paliwo ze zbiornika pod ciśnieniem dostaje się przez kanał,
zamknięty zaworem iglicowym 4 do komory pływakowej
2. Pływak 3 mierzy poziom paliwa w pływaku
komory, a co za tym idzie ciśnienie paliwa jest utrzymywane
prawie stały, więc poziom ten jest nieco
poniżej otworu dyszy 7; czyli kiedy
Gdy silnik nie pracuje, nie ma wycieku paliwa. Na
suwu ssania tłoka 10, tj. podczas przesuwania go w dół
powietrze przechodzi przez rurkę 8 dyfuzora 6, w której się znajduje
prędkość znacznie wzrasta, a co za tym idzie ciśnienie
idzie w dół. Ze względu na rozrzedzenie paliwo z pływaka
komorę przez skalibrowany otwór przelotowy 1,
nazywana strumieniem, a dysza 7 wpada do środka
dyfuzor, rozbijający się na drobne kropelki,
parowanie w strumieniu powietrza. Ilość mieszanki
zasysany przez zawór wlotowy 9, jest regulowany przez zawór dławiący 5.

Tworzenie się mieszanki w silnikach o zapłonie samoczynnym zachodzi wewnątrz cylindra i pokrywa się w czasie z wprowadzeniem paliwa do cylindra oraz częściowo z procesem spalania.

Czas przeznaczony na procesy tworzenia mieszanki i spalania paliwa jest bardzo ograniczony i wynosi od 0,05 do 0,005 sek. W tym zakresie wymagania stawiane procesowi tworzenia mieszanki sprowadzają się przede wszystkim do zapewnienia całkowitego spalania paliwa (bezdymnego).

Proces tworzenia mieszanki w okrętowych silnikach o zapłonie samoczynnym jest szczególnie trudny, ponieważ tryb pracy silnika spalinowego dla śruby napędowej o największej liczbie obrotów, czyli tryb o najkrótszym przedziale czasowym w procesie tworzenia mieszanki, odpowiada najmniejszemu stosunkowi nadmiaru powietrza w mieszanki roboczej (pełne obciążenie silnika).

O jakości procesu tworzenia mieszanki w silniku o zapłonie samoczynnym decyduje stopień rozdrobnienia paliwa dostarczanego do cylindra oraz rozmieszczenie kropel paliwa w przestrzeni spalania.

Dlatego najpierw rozważmy proces atomizacji paliwa. Na strumień paliwa płynący z dyszy wtryskiwacza do przestrzeni sprężania w cylindrze działają: zewnętrzne siły oporu aerodynamicznego sprężonego powietrza, siły napięcia powierzchniowego i spójności paliwa oraz zaburzenia występujące podczas wypływu paliwa.

Siły oporu aerodynamicznego utrudniają ruch strumienia i pod ich wpływem strumień rozbija się na oddzielne krople. Wraz ze wzrostem prędkości wypływu i gęstości ośrodka, do którego następuje wypływ, siły aerodynamiczne rosną. Im większe te siły, tym wcześniej strumień traci swój kształt, rozpadając się na oddzielne krople. Przeciwnie, siły napięcia powierzchniowego i siły spójności paliwa przez swoje działanie mają tendencję do zachowania kształtu strumienia, tj. do wydłużenia ciągłej części strumienia.

Początkowe zaburzenia strumienia powstają na skutek: turbulentnego ruchu paliwa wewnątrz dyszy dyszy, wpływu krawędzi otworu dyszy, chropowatości jego ścian, ściśliwości paliwa itp. Początkowe zaburzenia przyspieszają rozpad strumienia.

Eksperymenty pokazują, że strumień w pewnej odległości od dyszy rozpada się na oddzielne krople, a długość ciągłej części strumienia (ryc. 32) może być różna. W tym przypadku obserwuje się następujące formy rozpadu strumienia: rozpad strumienia bez działania aerodynamicznych sił oporu powietrza (ryc. 32, a) zachodzi przy małych prędkościach wypływu pod działaniem sił napięcia powierzchniowego i początkowych zaburzeń; rozpad strumienia w obecności pewnego wpływu sił aerodynamicznego oporu powietrza (ryc. 32, b); rozpad strumienia, który następuje wraz z dalszym wzrostem prędkości wypływu i pojawieniem się początkowych perturbacji poprzecznych (ryc. 32, c)] rozpad strumienia na osobne krople natychmiast po opuszczeniu przez strumień otworu dyszy .

Ostatnią formą dezintegracji strumieniowej powinno być uzyskanie wysokiej jakości procesu tworzenia mieszaniny. Na rozpad strumienia wpływa głównie prędkość wypływu paliwa oraz gęstość ośrodka, w którym następuje wypływ; mniejszy wpływ turbulencji strumienia paliwa.

Schemat rozpadu strumienia pokazano na ryc. 33. Strumień na wylocie dyszy rozbija się na oddzielne nitki, które z kolei rozpadają się na oddzielne krople. Przekrój strumienia jest warunkowo podzielony na cztery pierścieniowe sekcje; prędkości wypływu w tych odcinkach pierścieniowych wyrażone są rzędnymi 1;2;3 i 4. Zewnętrzny odcinek pierścieniowy ze względu na największy opór powietrza będzie miał najmniejszą prędkość, a wewnętrzny (rdzeń) największą prędkość wypływu .

Ze względu na różnicę prędkości w przekroju poprzecznym strumienia ruch następuje od rdzenia do zewnętrznej powierzchni strumienia. W wyniku rozpadu strugi paliwa powstają krople o różnej średnicy, których wielkość waha się od kilku mikronów do 60-65 mikronów. Według danych eksperymentalnych średnia średnica kropli dla wolnoobrotowych silników wysokoprężnych wynosi 20-25 mikronów, a dla wysokoobrotowych silników wysokoprężnych około 6 mikronów. Na stopień rozdrobnienia rozpylanej cieczy wpływa głównie szybkość wypływu paliwa z dyszy wtryskiwacza, którą w przybliżeniu określa się w następujący sposób:

Aby uzyskać rozpylenie paliwa spełniające wymagania tworzenia mieszanki, prędkość przepływu musi zawierać się w przedziale 250-400 m/s. Współczynnik wypływu φ zależy od stanu powierzchni dyszy; dla cylindrycznych gładkich otworów dyszy z zaokrąglonymi krawędziami wejściowymi (r? 0,1-0,2 mm) wynosi 0,7-0,8.

Do oceny doskonałości rozpylenia paliwa wykorzystuje się charakterystyki rozpylenia uwzględniające stopień rozdrobnienia i równomierność rozpylenia.

na ryc. 34 przedstawia charakterystykę rozpylania. Oś y pokazuje procent kropli o danej średnicy z całkowitej liczby kropel znajdujących się na określonym obszarze, a odcięta pokazuje średnice kropel w mikronach. Im bliżej wierzchołka krzywej charakterystycznej do osi y, tym większa dokładność atomizacji, a jednorodność atomizacji będzie większa, tym bardziej stromy będzie wzrost i spadek krzywej. na ryc. 34, cecha a ma najdrobniejsze i najbardziej równomierne rozpylenie, cecha b ma najgrubsze, ale jednorodne, a cecha 6 ma średnie rozdrobnienie, ale niejednorodne rozpylenie.

Wielkości kropel określa się empirycznie, jako najbardziej wiarygodne, ponieważ ścieżka teoretyczna nastręcza znaczne trudności. Metoda określania liczby i wielkości kropel może być różna. Najpowszechniej stosowana technika polega na zatrzymywaniu na płytce pokrytej płynem (gliceryna, płynne szkło, mieszanina wody z ekstraktem garbnika) kropli rozpylonego strumienia paliwa. Mikrofotografia wykonana z płytki pozwala zmierzyć średnicę kropel i policzyć ich liczbę.

Wymaganą wartość ciśnienia wtrysku, przy wzroście, przy którym wzrasta wydatek paliwa, ustala się ostatecznie podczas próby regulacyjnej silnika. Zwykle dla wolnoobrotowych silników Diesla jest to około 500 kg / cm2, dla szybkich 600-1000 kg / cm2. Przy zastosowaniu pompowtryskiwacza ciśnienie wtrysku osiąga 2000 kg/cm 2 .

Spośród elementów konstrukcyjnych układu zasilania paliwem największy wpływ na stopień rozdrobnienia rozpylacza ma stopień rozdrobnienia dyszy.

Wraz ze spadkiem średnicy otworu dyszy zwiększa się rozdrobnienie i równomierność oprysku. W silnikach szybkoobrotowych z jednokomorowym tworzeniem mieszanki średnica otworów dysz wynosi zwykle 0,15-0,3 mm2, w silnikach wolnoobrotowych dochodzi do 0,8 mm, w zależności od mocy cylindrów silnika.

Stosunek długości otworu dyszy do średnicy, w granicach stosowanych w silnikach, nie ma prawie żadnego wpływu na jakość rozpylenia paliwa. Gładkie cylindryczne otwarcie dyszy zapewnia najmniejszy opór wypływowi paliwa, a zatem wypływ z takiej dyszy następuje z większą prędkością niż z dysz o innym kształcie. Dlatego gładka cylindryczna dysza zapewnia dokładniejsze rozpylanie. Tak więc, na przykład, spiralnie karbowana dysza ma współczynnik wylotu około 0,37, podczas gdy gładka cylindryczna dysza ma współczynnik wylotu 0,7-0,8.

Zwiększenie liczby obrotów wału silnika, a co za tym idzie liczby obrotów wału pompy paliwa, zwiększa prędkość tłoka pompy paliwa, aw konsekwencji zwiększa ciśnienie tłoczenia i prędkość wypływu paliwa .

Uwzględnienie procesu zaniku wypływającej strugi paliwa pozwala stwierdzić, że lepkość paliwa wpływa również na stopień rozdrobnienia rozpylonej cieczy. Im wyższa lepkość paliwa, tym mniej doskonały będzie proces atomizacji. Z danych doświadczalnych wynika, że ​​im większa lepkość paliwa, tym większe kropelki rozpylonego paliwa.

Strumień paliwa na wylocie z dyszy wtryskiwacza, jak opisano wcześniej, jest rozbijany na oddzielne nitki, które z kolei rozpadają się na oddzielne krople. Cała masa kropel tworzy tzw. pióropusz paliwa. Strumień paliwa rozszerza się w miarę oddalania się od dyszy, aw konsekwencji maleje jego gęstość. Gęstość pochodni w tej samej sekcji również nie jest taka sama.

Kształt strumienia paliwa pokazano na ryc. 35, na którym widać rdzeń pochodni 1 (bardziej gęsty) i skorupę 2 (mniej gęsty). Krzywa 3 przedstawia ilościowy rozkład kropel, a krzywa 4 przedstawia rozkład ich prędkości. Rdzeń palnika ma największą gęstość i prędkość. Ten rozkład kropel można wyjaśnić w następujący sposób. Pierwsze krople, które dostaną się w przestrzeń sprężonego powietrza, szybko tracą swoją energię kinetyczną, ale stwarzają korzystniejsze warunki dla ruchu kolejnych kropel. W rezultacie tylne krople doganiają przednie i popychają je na boki, kontynuując ruch do przodu, dopóki nie zostaną odepchnięte przez poruszające się krople i. itp. Taki proces wypychania jednych kropel przez inne trwa w sposób ciągły, aż do uzyskania równowagi między energią strumienia w odcinku wylotowym dyszy a energią wydatkowaną na pokonanie tarcia między cząsteczkami paliwa, na wypychanie do przodu kropelek strumienia paliwa, pokonywania tarcia strumienia o powietrze, porywania powietrza i tworzenia wirowych ruchów powietrza w cylindrze.

Głębokość penetracji strugi paliwa, czyli jej zasięg, odgrywa bardzo istotną rolę w procesie powstawania mieszanki. Pod głębokością penetracji płomienia paliwowego rozumie się głębokość penetracji górnej części płomienia przez określony czas. Głębokość wnikania płomienia musi odpowiadać kształtowi i wymiarom przestrzeni spalania w cylindrze silnika. Przy krótkim zasięgu palnika powietrze znajdujące się przy ściankach cylindra nie będzie uczestniczyć w procesie spalania, a co za tym idzie warunki spalania paliwa ulegną pogorszeniu. Przy dużym zasięgu cząstki paliwa spadające na ścianki cylindra lub tłoka tworzą osady węgla z powodu niepełnego spalania. Właściwe wyznaczenie zakresu pochodni ma zatem decydujące znaczenie w kształtowaniu procesu powstawania mieszaniny.

Niestety rozwiązanie tego problemu teoretycznie napotyka ogromne trudności, które polegają na uwzględnieniu wpływu na zasięg efektu ułatwienia ruchu jednych kropel przez inne oraz ruchu powietrza w kierunku strumienia.

Wszystkie otrzymane wzory na określenie zasięgu palnika L f nie uwzględniają tych czynników i zasadniczo obowiązują dla poszczególnych zrzutów. Poniżej znajduje się wzór na wyznaczenie bf, który otrzymujemy ze wzoru empirycznego:

Tutaj? - prędkość strumienia paliwa;

0 - prędkość ruchu w kanale dyszy wtryskiwacza;

k jest współczynnikiem zależnym od ciśnienia wtrysku, przeciwciśnienia, średnicy dyszy, rodzaju paliwa itp.;

T - czas zasięgu.

Wyprowadzając wzór (26) przyjęto, że k = const, a więc nie odzwierciedla rzeczywistości, a ponadto nie uwzględnia wpływu wcześniej wskazanych czynników. Ten wzór jest raczej ważny do określania lotu pojedynczej kropli, a nie do odrzutowca jako całości.

Bardziej wiarygodne są wyniki eksperymentów określających zasięg. na ryc. 36 przedstawia wyniki eksperymentów określających zasięg Lf, maksymalną szerokość palnika Bf oraz prędkość ruchu wierzchołka palnika? w zależności od kąta obrotu rolki pompy paliwa? przy różnych przeciwciśnieniach w bombie p b.

Średnica dyszy 0,6 mm. Ciśnienie wtrysku pf = 150kg/cm2 ; ilość wtryskiwanego paliwa V = 75 mm 3 za ruch. Prędkość obrotowa wału pompy 1000 obr./min. Zasięg palnika na str b \u003d 26 kg / cm 2 osiąga L f \u003d 120 cm, a prędkość wynosi około 125 m / s i szybko spada do 25 m / s.

Krzywe? = f(?) i Lf = f(?) pokazują, że wraz ze wzrostem przeciwciśnienia zmniejsza się zasięg i prędkość wypływu płomienia. Szerokość płomienia Vf zmienia się od 12 cm przy 5° do 25 cm przy 25° obrotu wału pompy.

Skrócenie czasu podawania paliwa, zwiększenie prędkości wydechu przyczynia się do zwiększenia prędkości początkowej czoła płomienia i głębokości jego wnikania. Jednak ze względu na drobniejszy wzór natrysku prędkość natrysku spada szybciej. Wraz ze wzrostem średnicy dyszy, przy zachowaniu stałego natężenia przepływu, zwiększa się zasięg palnika. Dzieje się tak dzięki zwiększeniu gęstości rdzenia palnika.

Wraz ze spadkiem średnicy dyszy, przy stałej powierzchni całkowitej dysz, zwiększa się kąt stożka palnika, a co za tym idzie zwiększa się również opór czołowy, natomiast zasięg palnika maleje. Wraz ze wzrostem całkowitej powierzchni otworów dyszy wtryskiwacza ciśnienie rozpylania maleje, prędkość wypływu maleje, a zasięg strumienia paliwa maleje.

Eksperymenty VF Ermakova pokazują, że wstępne podgrzanie paliwa przed jego wtryskiem do cylindra znacząco wpływa na wymiary palnika i stopień rozdrobnienia rozpylanej cieczy.

na ryc. 37 przedstawia zależność długości płomienia Lf od temperatury wtryskiwanego paliwa.

Zależność długości płomienia od temperatury paliwa po 0,008 s od rozpoczęcia wtrysku przedstawiono na rys. 38. Jednocześnie stwierdzono, że wraz ze wzrostem temperatury szerokość pochodni zwiększa się, a długość maleje.

Wskazana zmiana kształtu płomienia wraz ze wzrostem temperatury paliwa wskazuje na drobniejsze i bardziej równomierne rozpylanie paliwa. Wraz ze wzrostem temperatury paliwa z 50 do 200°C długość płomienia zmniejszyła się o 22%. Średnia średnica kropli zmniejszyła się z 44,5 mikrona przy temperaturze paliwa 35 C do 22,6 mikrona przy temperaturze paliwa 200 C. Wskazane wyniki eksperymentalne pozwalają stwierdzić, że podgrzanie paliwa przed wtryskiem do cylindra znacząco poprawia skład mieszanki proces powstawania w silniku Diesla.

Liczne badania wskazują, że proces samozapłonu paliwa poprzedzony jest jego odparowaniem. W tym przypadku ilość odparowującego paliwa do momentu samozapłonu zależy od wielkości kropel, ciśnienia i temperatury powietrza w cylindrze oraz właściwości fizykochemicznych samego paliwa. Zwiększenie lotności paliwa poprawia jakość procesu tworzenia mieszanki. Metoda obliczania procesu lotności płomienia paliwa, opracowana przez prof. D. N. Vyrubov, umożliwia ocenę wpływu różnych czynników na przebieg tego procesu, a szczególnie istotna jest ilościowa ocena pól stężeń par paliw w mieszaninie z powietrzem.

Zakładając, że ośrodek otaczający kroplę w odpowiedniej odległości od niej ma wszędzie taką samą temperaturę i ciśnienie, przy czym stężenie jest takie samo.

Wyprowadzając wzór (27) przyjęto, że kropla ma kształt kulisty i jest nieruchoma względem otoczenia. pary równe zeru (jednocześnie ośrodek bezpośrednio przy powierzchni kropli jest nasycony parami, których ciśnienie cząstkowe odpowiada temperaturze kropli), można otrzymać wzór określający czas całkowitego odparowania kropli:

Największy wpływ na szybkość parowania paliwa ma temperatura powietrza w cylindrze. Wraz ze wzrostem stopnia kompresji szybkość parowania kropel wzrasta z powodu wzrostu temperatury powietrza. Wzrost ciśnienia nieco spowalnia szybkość parowania.

O równomiernym rozmieszczeniu cząstek paliwa w przestrzeni spalania decyduje przede wszystkim kształt komory spalania. W okrętowych silnikach wysokoprężnych zastosowano komory niepodzielne (tworzenie mieszanki w tym przypadku nazywane jest jednokomorową) oraz komory podzielone (z komorą wstępną, komorą wirową i komorą powietrzną). Największe zastosowanie ma tworzenie mieszanin jednokomorowych.

Mieszanie jednokomorowe charakteryzuje się tym, że objętość przestrzeni sprężania jest ograniczona dnem głowicy cylindrów, ściankami cylindra i dnem tłoka. Paliwo wtryskiwane jest bezpośrednio do tej przestrzeni, dlatego strumień rozpylonej cieczy powinien w miarę możliwości zapewniać równomierne rozprowadzenie cząstek paliwa w przestrzeni spalania. Osiąga się to poprzez skoordynowanie kształtów komory spalania i strumienia rozpylonego paliwa, przy jednoczesnym przestrzeganiu wymagań dotyczących zasięgu i precyzji rozpylenia strumienia paliwa.

na ryc. 39 przedstawia schematy różnych niepodzielonych komór spalania. Wszystkie te komory spalania mają prostą konfigurację, nie wymagają skomplikowanej konstrukcji pokrywy cylindra i mają niewielką względną powierzchnię chłodzącą Fcool / V c . Posiadają jednak poważne wady, do których należą: nierównomierny rozkład paliwa w przestrzeni komory spalania, w wyniku czego do całkowitego spalenia paliwa niezbędny jest znaczny współczynnik nadmiaru powietrza (α = 1,8– 2.1); Wymagany stopień rozdrobnienia uzyskuje się przez wysokie ciśnienie tłoczenia paliwa, w związku z czym rosną wymagania dotyczące wyposażenia paliwowego, a proces tworzenia mieszanki będzie wrażliwy na rodzaj paliwa i zmiany trybu pracy silnika.

Komory spalania można podzielić na następujące grupy: komory w tłoku (schematy 1-5); komory w pokrywie cylindra (schematy 6-8); między tłokiem a pokrywą (schematy 11-15); między dwoma tłokami w silnikach z PDP (schematy 9-10).

Spośród komór w tłoku w średnio- i wysokoobrotowych silnikach wysokoprężnych najczęściej stosowana jest komora o kształcie 2, w której wgłębienia w tłoku odtwarzają kształt strumieni rozpylonych, a tym samym zwiększenie jednorodności rozkładu cząstek paliwa. W celu usprawnienia tworzenia się mieszaniny w niepodzielonych komorach, ładunek powietrza w cylindrze jest wprawiany w ruch wirowy.

W czterosuwowych silnikach wysokoprężnych ruch wirowy uzyskuje się poprzez umieszczenie sit na zaworach dolotowych lub poprzez odpowiednie ukierunkowanie kanałów dolotowych w pokrywie cylindrów (Rys. 40). Obecność ekranów na zaworze wlotowym zmniejsza obszar przepływu zaworu, w wyniku czego wzrasta opór hydrauliczny, dlatego bardziej celowe jest wykorzystanie krzywizny kanałów wlotowych do utworzenia wirowego ruchu powietrza. W dwusuwowych silnikach wysokoprężnych zawirowania powietrza uzyskuje się dzięki stycznemu rozmieszczeniu okienek oczyszczających. Bardzo jednorodne tworzenie mieszanki uzyskuje się w komorach, z których większość znajduje się w tłoku (patrz rys. 39, schematy 4 i 5). W nich podczas napływu powietrza z przestrzeni podtłokowej (podczas suwu sprężania) do komory w tłoku powstają promieniowo skierowane wiry, które przyczyniają się do lepszego tworzenia mieszanki. Komory tego typu nazywane są również „semi-split”.

Komory znajdujące się w pokrywie cylindra (patrz rys. 39, schemat 6-8) stosowane są w silnikach dwusuwowych. Komory między tłokiem a pokrywą cylindra (rys. 39, schematy 11-15) uzyskuje się w najkorzystniejszej postaci bez dużych wgłębień w tłoku lub w pokrywie cylindra. Takie komory stosowane są głównie w dwusuwowych silnikach wysokoprężnych.

W komorach spalania między dwoma tłokami (patrz rys. 39, schematy 9 i 10) oś dysz jest skierowana prostopadle do osi cylindra, przy czym otwory dysz znajdują się w tej samej płaszczyźnie. W tym przypadku wtryskiwacze mają diametralnie przeciwstawny układ, co zapewnia równomierne rozprowadzenie cząstek paliwa w przestrzeni komory spalania.

W silnikach gaźnikowych palną mieszankę przygotowuje się w specjalnym urządzeniu tzw gaźnik.

Schemat podstawowego gaźnika ze spadającym przepływem pokazano na ryc. 16,9.

w komorze pływakowej 2 za pomocą pływaka 4 i zawór iglicowy 3 utrzymuje stały poziom paliwa.

Gdy silnik pracuje z powodu zasysania tłoka w dyfuzorze 6 powstaje próżnia. Paliwo z komory pływakowej 2 przez kalibrowany otwór 1, zwany i odrzutowiec, jest zasysany do atomizera 5, który go rozpyla.

Aby zapobiec wyciekaniu paliwa z rozpylacza 5, gdy silnik nie pracuje, jego górna krawędź znajduje się 2-3 mm powyżej poziomu paliwa w komorze pływakowej 2. To drugie się zdarza zrównoważony I niezrównoważony. W pierwszym przypadku komora pływakowa komunikuje się z

Ryż. 16,9.

1 - strumień; 2 - komora lewitująca; 3 - zawór iglicowy; 4 - platforma; 5 - rozpylacz; 6 - dyfuzor; 7 - zawór dławiący; 8 - rurociąg z powietrzem atmosferycznym przez filtr powietrza, w drugim - bezpośrednio z powietrzem atmosferycznym, jak pokazano na rys. 16,9.

Do zalet zrównoważonych komór pływakowych należy zaliczyć fakt, że w nich niezależnie od oporu filtra powietrza przepływ powietrza i benzyny jest lepiej zrównoważony, a komora mniej zanieczyszczona.

Uformowany w dyfuzorze 6 palna mieszanka w kolektorze dolotowym 8 przez zawory dolotowe jest kierowany do cylindrów silnika. Parowanie paliwa i tworzenie mieszanki rozpoczyna się w dyfuzorze 6 gaźnika, kontynuuje się, gdy palna mieszanka przechodzi przez rurę ssącą 8 i kończy się, gdy zostanie ściśnięty w cylindrze. W silnikach czterosuwowych proces ten zachodzi podczas dwóch suwów tłoka, co odpowiada 330-340° obrotu wału korbowego. Podczas ssania i sprężania powstają turbulencje, w wyniku których odparowane paliwo dobrze miesza się z powietrzem.

W celu lepszego odparowania paliwa podczas tworzenia mieszanki, palna mieszanka jest czasami podgrzewana w przewodzie ssącym, co zapewnia ekonomiczne spalanie paliwa przy niskim współczynniku nadmiaru powietrza i dużej prędkości obrotowej wału korbowego.

Ilość palnej mieszanki wchodzącej do silnika, a co za tym idzie jego moc, jest regulowana przez przepustnicę 7. Przy większym otworze zwiększa się prędkość powietrza w dyfuzorze 6, wzrasta rozrzedzenie i intensywność wypływu paliwa z rozpylacza 5, a także ilość palnej mieszanki wchodzącej do cylindra.

W zależności od konstrukcji silnika i jego obciążenia prędkość powietrza w dyfuzorze wynosi od 50 do 150 m/s. Skład mieszanki palnej przygotowanej w gaźniku charakteryzuje się współczynnikiem nadmiaru powietrza a. Nazywa się palną mieszaninę przy a = 1 normalna, przy a = 1-=-1,15 - wyczerpany, gdy a > 1,15 - słaby. Praca silnika od średniego do pełnego obciążenia na ubogiej mieszance zapewnia najniższe jednostkowe zużycie paliwa. Gdy a > 1,3, palna mieszanka nie zapala się z powodu braku paliwa. Nazywa się palną mieszankę z nadmiarem paliwa przy a = 1,00-ID 5 wzbogacony, będąc bogatym. Kiedy

Podczas pracy na wzbogaconej mieszance największą moc silnika uzyskuje się dzięki wzrostowi ciepła spalania wsadu i większej prędkości rozprzestrzeniania się płomienia. Jednak podczas pracy na tej mieszance paliwo nie spala się całkowicie, co prowadzi do jego zwiększonego jednostkowego zużycia.

Silnik powinien pracować na bogatej mieszance podczas rozruchu, na biegu jałowym iz maksymalną mocą.

Gdy silnik pracuje z gaźnikiem elementarnym w okresie rozruchu, ze względu na niewielkie podciśnienie w dyfuzorze i położenie poziomu paliwa w rozpylaczu 2-3 mm poniżej jego wylotu, nie dochodzi do wypływu paliwa z rozpylacz, a do silnika dostaje się czyste powietrze (a -? ° °) . Dlatego uruchomienie silnika z podstawowym gaźnikiem jest niemożliwe.

Elementarny gaźnik nie może zapewnić rozruchu silnika i stabilnej pracy na biegu jałowym, a także wymaganego składu mieszanki podczas przełączania z jednego trybu pracy na inny. Dlatego jest wyposażony w urządzenia, które zapewniają najkorzystniejszy skład mieszanki dla różnych trybów pracy silnika. Do takich urządzeń należą dysze kompensacyjne, ekonomizery, pompy przyspieszające itp.

tworzenie mieszanki jest przygotowanie roboczej mieszanki paliwowo-powietrznej do spalania w cylindrach silnika. Proces tworzenia mieszanki zachodzi niemal natychmiast: od 0,03 do 0,06 s w wolnoobrotowych silnikach spalinowych i od 0,003 do 0,006 s w wysokoobrotowych. Aby osiągnąć całkowite spalanie paliwa w cylindrach, należy zapewnić uzyskanie mieszanki roboczej o wymaganym składzie i jakości. Przy niezadowalającym tworzeniu mieszanki (z powodu złego wymieszania paliwa z powietrzem), przy braku tlenu w mieszance roboczej, dochodzi do niecałkowitego spalania, co prowadzi do spadku sprawności silnika spalinowego. Ekonomiczną pracę silnika uzyskuje się przede wszystkim poprzez zapewnienie najpełniejszego i najszybszego spalania paliwa w cylindrach w okolicach ok. m. t. W tym przypadku bardzo ważne jest rozpylenie paliwa do możliwie najmniejszych jednorodnych cząstek i ich równomierne rozprowadzenie w całej objętości komory spalania.
Obecnie w okrętowych silnikach spalinowych stosuje się głównie metody mieszania jednokomorowego, wstępnego i wirowego.
Na mieszanie jednokomorowe paliwo w stanie drobno rozproszonym pod wysokim ciśnieniem wtryskiwane jest bezpośrednio do komory spalania utworzonej przez denki, dekielki i ścianki cylindrów. Przy wtrysku bezpośrednim pompa paliwa wytwarza ciśnienie 20-50 MPa, aw niektórych typach silników 100-150 MPa. Jakość tworzenia mieszanki zależy głównie od dopasowania konfiguracji komory spalania do kształtu i rozmieszczenia palników spalania paliwa. Do tego dysze mają; 5-10 otworów o średnicy 0,15-1 mm. Paliwo podczas wtrysku, przechodząc przez małe otwory w dyszy, nabiera prędkości ponad 200 m/s, co zapewnia jego głęboką penetrację w powietrze sprężone w komorze spalania.
Komora spalania typu Hesselmanna:

Jakość wymieszania cząstek paliwa z powietrzem zależy przede wszystkim od kształtu komory spalania. Bardzo dobre tworzenie mieszaniny uzyskuje się w komorze pokazanej na powyższym rysunku i zaproponowanej po raz pierwszy przez Hesselmanna. Jest szeroko stosowany w cztero- i dwusuwowych silnikach spalinowych. Granice 1 na krawędziach tłoka zapobiegają przedostawaniu się cząstek paliwa na ścianki tulei 2 cylindra w stosunkowo niskiej temperaturze.
Silniki spalinowe dużej mocy często mają tłoki z wklęsłym dnem. Komora spalania utworzona przez pokrywę cylindra i tłok o tej konstrukcji pozwala uzyskać dobre tworzenie mieszanki.
W formowaniu mieszanki z bezpośrednim wtryskiem paliwa do niepodzielnej komory ta ostatnia może mieć prosty kształt ze stosunkowo małą powierzchnią chłodzącą. Dlatego silniki spalinowe z jednokomorową metodą tworzenia mieszanki są proste w konstrukcji i najbardziej ekonomiczne.
Wady jednokomorowej metody mieszania to: konieczność stosowania zwiększonych współczynników nadmiaru powietrza w celu zapewnienia wysokiej jakości spalania paliwa; wrażliwość na zmianę trybu prędkości (z powodu pogorszenia jakości atomizacji wraz ze spadkiem prędkości obrotowej silnika); bardzo wysokie ciśnienie wtryskiwanego paliwa, co komplikuje i zwiększa koszt wyposażenia paliwowego. Dodatkowo, ze względu na małe otwory dysz wtryskiwaczy, należy stosować starannie rafinowane paliwo. Z tego samego powodu bardzo trudno jest przeprowadzić mieszanie jednokomorowe w szybkich silnikach spalinowych o małej mocy, ponieważ przy niskim zużyciu paliwa średnice otworów dysz wtryskiwaczy muszą być znacznie zmniejszone. Bardzo trudno jest wykonać dysze wielootworowe o bardzo małej średnicy otworów dyszy, ponadto takie otwory szybko się zatykają podczas pracy i dysza ulega awarii. Dlatego w szybkoobrotowych silnikach spalinowych małej mocy bardziej wydajne jest mieszanie z oddzielnymi komorami spalania (komora wstępna i komora wirowa), realizowane za pomocą dyszy jednootworowej.

Rysunek przedstawia cylinder silnika spalinowego z mieszanie w komorze wstępnej. Komora spalania składa się z komory wstępnej 2 umieszczone w pokrywie i komorze głównej 1 w przestrzeni nadtłokowej, wzajemnie połączone. Objętość komory wstępnej wynosi 25-40% całkowitej objętości komory spalania. Po sprężeniu powietrze w cylindrze dostaje się z dużą prędkością przez kanały łączące 4 do komory wstępnej, tworząc w niej intensywny wir. Paliwo pod ciśnieniem 8-12 MPa wtryskiwane jest do komory wstępnej za pomocą dyszy jednootworowej 3 , dobrze miesza się z powietrzem, zapala się, ale spala się tylko częściowo z powodu braku powietrza. Pozostała (niespalona) część paliwa wraz z produktami spalania pod ciśnieniem 5-6 MPa jest wrzucana do głównej komory spalania. W tym przypadku paliwo jest intensywnie rozpylane, mieszane z powietrzem i spalane. Zaletą silników spalinowych z mieszanką wstępną jest to, że nie wymagają one urządzeń paliwowych pracujących pod bardzo wysokim ciśnieniem i nie wymagają paliwa o wysokiej czystości.
Główne wady tych silników spalinowych to: bardziej złożona konstrukcja pokryw cylindrów, co stwarza ryzyko pękania z powodu naprężeń termicznych; trudności z uruchomieniem zimnego silnika; zwiększone zużycie paliwa z powodu niedoskonałego wymieszania. Stosunkowo duża powierzchnia ścianek komory wstępnej powoduje silne ochłodzenie sprężonego powietrza podczas rozruchu silnika, co utrudnia uzyskanie temperatury niezbędnej do samozapłonu paliwa. Dlatego w silnikach z komorową metodą tworzenia mieszanki dopuszcza się wyższe sprężanie (stopień sprężania sięga 17-18), stosuje się również elektryczne świece żarowe i podgrzewanie powietrza dolotowego w okresie rozruchu.

Metoda mieszania w komorze wirowej stosowany również w szybkich silnikach spalinowych o małej mocy. W tych silnikach komora spalania również jest podzielona na dwie części. Komora wirowa, mająca kształt kulisty lub cylindryczny, jest umieszczona w głowicy cylindrów lub bloku cylindrów i jest połączona z główną komorą spalania kanałem łączącym skierowanym stycznie do ścianki komory wirowej. Dzięki temu sprężone powietrze wpływa do komory wirowej przez kanał łączący 1 , otrzymuje w nim ruch obrotowy, co przyczynia się do dobrego wymieszania paliwa z powietrzem. Objętość komory wirowej wynosi 50-80% całkowitej objętości komory spalania. Paliwo dostarczane jest do komory wirowej przez jednootworową dyszę 2 pod ciśnieniem 10-12 MPa. Średnica otworu dyszy wynosi 1-4 mm.
Zastosowanie wirowej metody rozpylania paliwa zapewnia wystarczająco całkowite spalanie paliwa w szybkoobrotowych silnikach spalinowych. Wadami takich silników jest zwiększone zużycie paliwa i trudność w uruchomieniu. Aby ułatwić rozruch silnika spalinowego, zastosowano elektryczną świecę żarową. 3 znajduje się obok dyszy.
Właściwe zużycie paliwa dla silników z komorą wstępną i komorą wirową jest o 10-15% wyższe niż dla silników z mieszanką jednokomorową.

Spalanie paliwa może zachodzić tylko w obecności czynnika utleniającego, który jest używany jako tlen w powietrzu. Dlatego do całkowitego spalenia określonej ilości paliwa konieczna jest pewna ilość powietrza, którego stosunek w mieszance jest szacowany na podstawie współczynnika nadmiaru powietrza.

Ponieważ powietrze jest gazem, a paliwa ropopochodne są płynne, w celu całkowitego utlenienia paliwo płynne musi zostać zamienione w gaz, tj. Odparowane. Dlatego oprócz czterech rozważanych procesów, odpowiadających nazwom cykli silnika, zawsze istnieje jeszcze jeden - proces tworzenia mieszanki.

tworzenie mieszanki- jest to proces przygotowania mieszanki paliwa z powietrzem do spalania go w cylindrach silnika.

Zgodnie z metodą tworzenia mieszanki silniki spalinowe dzielą się na:

• silniki z zewnętrznym tworzeniem mieszanki
• silniki z tworzeniem mieszanki wewnętrznej

W silnikach z mieszaniem zewnętrznym przygotowanie mieszanki paliwowo-powietrznej rozpoczyna się poza cylindrem w specjalnym urządzeniu - gaźniku. Takie silniki spalinowe nazywane są gaźnikami. W silnikach z wewnętrznym tworzeniem mieszanki mieszanka jest przygotowywana bezpośrednio w cylindrze. Te ICE obejmują silniki Diesla.