В случае объемного и объемно-пленочного смесеобразования в дизеле струя топлива, выходящего из распылителя, должна дробиться на мелкие капли. Размеры капель, обеспечивающие быстрое сгорание в дизеле, находятся в пределах 540 мкм. Более крупные капли, образующиеся обычно в конце впрыска, могут затянуть процесс сгорания и способствовать выделению сажи. Слишком мелкие капли (размером до 10 мкм) испаряются вблизи распылителя форсунки, что затрудняет использование воздуха в отдаленных точках камеры сгорания.
Распыливание топлива происходит под действием начальных возмущений, возникающих при движении топлива в каналах распылителя, и сил аэродинамического сопротивления газовой среды, в которую впрыскивается топливо.
I.
При больших скоростях истечения процесс распада струи, который в этом случае называют распыливанием, протекает более интенсивно непосредственно у среза сопла с образованием большего числа мелких капель.
Дробление капель продолжается до тех пор, пока силы поверхностного натяжения не станут больше суммарных сил, вызывающих распад струи. На рис. 200 представлена фотография капли, деформирующейся и распадающейся под действием азродинамических сил.
Скорости движения частиц топлива по сечению струи и в отдельные моменты впрыска разные. Различны также и условия движения капель в камере, что приводит к неоднородному дроблению струи. В результате этого образуются капли, диаметр которых изменяется в широком диапазоне.
При прочих равных условиях скорости прогрева и испарения капель зависят от общей поверхности топлива и массы (объема) каждой частички, т. е. от диаметра капель. Поэтому качество рас-пыливания характеризуется диаметром капель. При дроблении струи, как указывалось выше, образуются капли различных диаметров, что затрудняет оценку распыливания по их истинным размерам.
Качество распыливания оценивают средними диаметрами капель. Для их подсчета совокупность капель, полученную в результате дробления струи, заменяют каплями, имеющими одинаковый (средний) диаметр.
. Средний объемный диаметр капель определяют из условия равенства числа и суммарного объема капель истинных и средних размеров. Его используют для оценки качества распыливания, массы капли среднего размера и истинного числа капель.
Средний диаметр капель по Заутеру подсчитывают из условия равенства поверхностей и объемов (масс) капель истинных и средних
размеров. Он позволяет оценить общую поверхность распыленного топлива. Уменьшение средних диаметров капель указывает на улучшение мелкости распыливания. топлива.
Средние диаметры капель не могут характеризовать однородность размеров капель, полученных при распыливашш. Для оценки однородности и одновременно мелкости распыливания пользуются графическими зависимостями между диаметрами капель и их относительным содержанием. Такие зависимости называются характеристиками распиливания.
(где
суммарные объем и масса всех капель). Чем круче и ближе расположена к оси ординат суммарная характеристика распыливания (кривая 1, рис. 201), тем более мелко и однородно распылено топливо.
Характеристики распыливания можно строить и в виде кривых частот 2 (полигонов распределения) отдельных объемов (масс) капель. Они получаются дифференцированием суммарных характеристик распыливания или из гистограмм распределения, определяемых экспериментально. Чем меньше максимальные диаметры капель и ближе к оси ординат располагается максимум кривой частот, или полигона распределения, а также чем выше этот максимум, тем однороднее и мельче распылено топливо.
Характеристики распыливания при различной мелкости и однородности распыливания топлива даны на рис. 202. Мелкому и однородному распыливанию соответствуют кривые 1 ж 4, которые рас314
капель для этого случая распыливания равен 24,2 мкм. Кривые 3 и 6 соответствуют неоднородному и грубому распыливанию. Средний объемный диаметр капель в данном случае равен 105,5 мкм, т. е. существенно ухудшается мелкость распыливания.
Качество процесса распыливания зависит от скорости движения частиц топлива, физических свойств газовой среды, физических свойств топлива, конструктивных особенностей распылителя.
Мелкость и однородность распыливания улучшаются при увеличении скорости движения частиц топлива, т. е. скорости истечения топлива из сопловых отверстий распылителя. Эта скорость определяется давлением впрыска и меняется в процессе впрыска в соответствии с характеристикой впрыска.
Из рис. 203 видно, что средние диаметры капель находятся в обратной зависимости от скорости истечения топлива из распылителя и изменяются по мере подачи топлива.
С увеличением скоростного режима и цикловой подачи топлива повышается давление впрыска и, следовательно, скорости истечения топлива из сопловых отверстий и улучшается мелкость распыливания.
Повышение плотности среды, в которую осуществляется впрыск, увеличивает сопротивление движению капель и способствует их дроблению. Однако при повышении плотности среды быстрее уменьшается скорость капель, и они не успевают достичь неустойчивой формы. Такие капли дробиться не будут. Опыты показывают, что с повышением плотности газовой среды мелкость распыливания изменяется незначительно.
Большое влияние на дробление струи и размеры капель оказывают физические свойства топлива. Силы внутреннего трения уменьшают возмущения в потоке при его движении в распылителе, в результате с ростом вязкости мелкость и однородность распыливания топлива ухудшаются. Силы поверхностного натяжения стабилизируют струи и капли, но способствуют дроблению пленок и нитей. С ростом сил поверхностного натяжения мелкость распыливания