Дисциплина МДК.01.01. Устройство, техническое обслуживание и ремонт узлов локомотива Гр.№26 Машинист локомотива
Занятие №19
Тема.3. Рабочий процесс двигателей внутреннего сгорания.
Тема занятия: Смесеобразование и сгорание в дизелях.
Цели урока: изучить способы смесеобразования в дизелях
Оборудование урока:
компьютер, проектор.
План урока
I. Организационный момент.
II смесеобразование и сгорание в дизелях
Работа над новым теоретическим материалом
СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕ И СГОРАНИЕ В ДИЗЕЛЯХ
На процессы смесеобразования и сгорания в дизелях отводится 0,05—0,005 с. За это время топливо, впрыскиваемое в цилиндр, должно равномерно смешаться с воздухом в камере сгорания, испариться, пройти необходимые подготовительные реакции для воспламенения, воспламениться и полностью сгореть. В дизеле процессы смесеобразования и сгорания совпадают по времени. От качества смесеобразования зависит протекание процесса горения, а следовательно, экономичность и срок службы дизельного двигателя. Поэтому вопросам смесеобразования и сгорания уделяется особое место как при постройке дизелей, таки в период их эксплуатации.
В дизелях смесеобразование происходит внутри цилиндра (внутреннее смесеобразование), и в отличие от карбюраторных двигателей топливно-воздушная смесь не однородна по своему составу, не обеспечивает быстрого и полного сгорания в цилиндрах.
Размеры частичек в струе распыливаемого топлива не одинаковы, и распределяются они в объеме камеры сгорания неравномерно. Поэтому дизельные двигатели даже при хорошем техническом состоянии часто имеют сероватую окраску отработавших газов.
Качество внутреннего смесеобразования достигается как формой камеры сгорания, так и формой факела распыливаемого топлива при соответствующем законе подачи топлива. Некоторые типы камер сгорания представлены на рис. 1.
При неразделенном (однокамерном) смесеобразовании (рис. 1,а) очень трудно получить равномерное перемешивание топлива с воздухом, даже используя давление распыливания до 500—700 кгс/см2 (50-70 МН/м2) и выше. Поэтому для обеспечения полного сгорания топлива приходится увеличивать объем цилиндров, чтобы ввести воздух в значительно большем количестве, чем потребовалось бы при абсолютно равномерном распределении частичек топлива и воздуха.
Рис. 1. Типы камер сгорания:
а-с непосредственным (однокамерным) смесеобразованием; б-с вихрекамерным смесеобразованием; в-с предкамерным смесеобразованием; г-полуразделенная камера ЦНИДИ
Отношение количества воздуха, действительно необходимого для полного сгорания топлива, к количеству воздуха, теоретически необходимому для полной реакции химического соединения топлива с воздухом, называется коэффициентом избытка воздуха α. При однокамерном смесеобразовании α=1,8-2,2, т. е. в цилиндр необходимо вводить примерно в два раза больше воздуха, чем это требуется теоретически. Меньшее количество воздуха будет приводить к дымному выхлопу, снижению экономичности, нагарообразованию внутри цилиндров, перегреву деталей и снижению срока службы двигателя. Наивыгоднейший коэффициент избытка воздуха определяется опытным путем при доводке двигателя.
Стремление уменьшить коэффициент избытка воздуха и облегчить работу топливной аппаратуры двигателя привело к созданию дизелей с разделенным (двухкамерным) смесеобразованием.
Вихрекамерное смесеобразование (рис. 1,б) осуществляется следующим образом. При движении поршня вверх в вихревую камеру, имеющую внутреннюю шарообразную поверхность, с большой скоростью по тангенциальному каналу перетекает воздух из надпоршневого пространства. В камере создается устойчивый вихрь, в который впрыскивается топливо. Происходит смесеобразование, и топливо начинает гореть. Давление в вихревой камере резко возрастает. Топливо, продолжающее впрыскиваться вместе с продуктами неполного сгорания, устремляется по каналу в основную камеру сгорания, хорошо перемешиваясь с воздухом. Окончательное сгорание топлива происходит в надпоршневом пространстве основной камеры сгорания. Шарообразная вихревая вставка во время работы двигателя сильно нагревается, что ускоряет процесс испарения топлива, т. е. дополнительно улучшает смесеобразование.
Предкамерный способ смесеобразования (рис. 1,в) предусматривает наличие стального стакана (предкамеры) с отверстиями диаметром 2—3 мм. Через них так же, как и при вихрекамерном смесеобразовании, поступает воздух за счет давления основной камере сгорания, создаваемого движущимся поршнем. В предкамеру впрыскивается топливо и перемешивается воздухом, поступающим через отверстия с большой скоростью. Оно воспламеняется и частично сгорает в предкамере. За счет повышения давления в предкамере продукты сгорания выбрасываются через отверстия в основную камеру сгорания, чем и достигается удовлетворительное качество смесеобразования.
Величина коэффициента избытка воздуха при разделенных камерах сгорания снижается до значений α= 1,3-1,6. За счет этого повышается калорийность рабочей смеси и увеличивается работа в цилиндре. Давление, при котором распиливается топливо, значительно меньше, чем при однокамерном способе смесеобразования. Оно лежит в пределах 100—150 кгс/см2 (10-15 МН/м2). Это увеличивает срок службы деталей топливной аппаратуры. Однако наличие больших охлаждаемых поверхностей дополнительных камер (объем вихревых камер составляет 40—60% общего объема камеры сгорания, а для предкамер 25—50%) приводит к повышенным тепловым потерям.
Необходимость перетекания воздуха и продуктов сгорания вместе с парами топлива из основной камеры сгорания в дополнительную и обратно связана с потерей части энергии в цилиндре. Поэтому такие двигатели имеют повышенные удельные расходы топлива, доходящие до 200—220 г/э.л.с.*ч (270-300 г/кВт*ч) по сравнению с однокамерным смесеобразованием, где удельные расходы, как правило, не превышают 185 г/э.л.с.*ч (250 г/кВт*ч). Из-за наличия больших поверхностей охлаждения такие двигатели трудно пускаются. Чтобы обеспечить воспламенение первых порций топлива, приходится устанавливать специальные источники тепла (свечи накаливания или запальники), прогревать двигатели перед пуском, повышать степень сжатия до ε= 15-18. По этим причинам в практике отечественного дизелестроения двигатели с разделенными камерами сгорания выполняются в основном с небольшой цилиндровой мощностью и диаметром цилиндров до 130 мм.
В последнее время получают большое распространение так называемые полуразделенные камеры сгорания, или камеры в поршне. На рис. 1,г показана такая камера, сконструированная в Центральном научно-исследовательском дизельном институте (ЦНИДИ). Смесеобразование в этой камере происходит следующим образом. При движении поршня вверх воздух из надпоршневого пространства выжимается в камеру, расположенную в поршне. Это создает устойчивые вихри внутри камеры, направленные, как показано стрелками. Основная масса впрыскиваемого топлива (до 95%) попадает на стенки камеры и покрывает их тонкой пленкой. Вследствие высокой температуры стенок и вихревого движения горячего воздуха топливо испаряется и проходит все реакции, подготавливающие его к воспламенению. Остальная часть топлива, распыливающаяся в камере сгорания, воспламеняется в среде воздуха, имеющего высокую температуру, и поджигает горючую смесь, образующуюся над пленкой. Такой способ смесеобразования называется объемно-пленочным. Он позволяет получить высокую экономичность дизеля при пониженной жесткости сгорания, делает процесс сгорания менее чувствительным к качеству топлива, тонкости распыливания и к скоростному режиму работы двигателя. На тепловозных дизелях применяется однокамерное смесеобразованием со струйным распыливанием
Вопросы для самопроверки:
1.Какие виды смесеобразования применяются в дизелях?
2. Какой способ смесеобразования применяется в тепловозных дизелях?
3. На что влияет качество смесеобразования?
IV. Домашнее задание:
Проработать текст. Ответить на вопросы для самопроверки. Фото ответов самопроверки и конспект определений выложить в группу в контакте https://vk.com/club194179937 (Гр.26 ЯЦПТО. Дистанционное обучение) или отправить на электронный адрес vvovk1964@gmail.com или выложить сообщением в здесь в группе
Источники и литература:
1.С.П.ФилоновТепловоз 2ТЭ116, М.Транспорт,1985. 328с.
2.А. Пойда Тепловозы. Механическое оборудование, устройство и ремонт, М.,
Транспорт, Г 1988