Interne Mischung. Mischbildung. Gemischbildung bei Dieselmotoren
1. Der Vorgang der Gemischbildung bei Ottomotoren.
Der Komplex miteinander verbundener Prozesse der Dosierung von Kraftstoff und Luft, der Zerstäubung und Verdampfung von Kraftstoff sowie der Vermischung von Kraftstoff mit Luft wird als Gemischbildung bezeichnet. Die Effizienz des Verbrennungsprozesses hängt von der Zusammensetzung und Qualität des bei der Gemischbildung entstehenden Luft-Kraftstoff-Gemisches ab.
Bei Viertaktmotoren ist es normalerweise organisiert externes Mischen Das beginnt mit der Dosierung von Kraftstoff und Luft im Injektor, Vergaser oder Mischer (Gasmotor), setzt sich im Ansaugtrakt fort und endet im Motorzylinder.
Es gibt zwei Arten Kraftstoffeinspritzung: zentral – Kraftstoffeinspritzung in den Ansaugkrümmer und verteilt – Einspritzung in die Einlasskanäle des Zylinderkopfes.
Kraftstoffzerstäubung Bei der Zentraleinspritzung und bei Vergasern beginnt es in der Zeit, in der der Kraftstoffstrom nach dem Austritt aus der Düse oder dem Zerstäuberloch unter dem Einfluss aerodynamischer Widerstandskräfte und aufgrund der hohen kinetischen Energie der Luft in Filme und Tropfen zerfällt mit verschiedenen Durchmessern. Während sie sich bewegen, zerfallen die Tröpfchen in kleinere. Mit zunehmender Zerstäubungsfeinheit vergrößert sich die Gesamtoberfläche der Tröpfchen, was zu einer schnelleren Umwandlung von Kraftstoff in Dampf führt.
Mit zunehmender Luftgeschwindigkeit verbessern sich Feinheit und Gleichmäßigkeit der Zerstäubung, mit hoher Viskosität und Oberflächenspannung des Kraftstoffs verschlechtern sie sich jedoch. Somit kommt es beim Starten eines Vergasermotors praktisch zu keiner Kraftstoffzerstäubung.
Beim Einspritzen von Benzin hängt die Qualität der Zerstäubung vom Einspritzdruck, der Form der Spritzlöcher des Injektors und der Geschwindigkeit des Kraftstoffdurchflusses durch diese ab.
In Einspritzsystemen werden am häufigsten elektromagnetische Injektoren verwendet, denen Kraftstoff unter einem Druck von 0,15...0,4 MPa zugeführt wird, um Tröpfchen der erforderlichen Größe zu erhalten.
Das Versprühen von Film- und Kraftstofftröpfchen setzt sich fort, während sich das Luft-Kraftstoff-Gemisch durch die Abschnitte zwischen dem Einlassventil und seinem Sitz und bei Teillasten durch den durch die Abdeckung gebildeten Spalt bewegt Drosselklappe.
In den Kanälen und Rohrleitungen des Ansaugsystems kommt es zur Bildung und Bewegung eines Kraftstofffilms. Während sich der Kraftstoff aufgrund der Wechselwirkung mit dem Luftstrom und der Schwerkraft bewegt, setzt er sich teilweise an den Wänden des Ansaugrohrs ab und bildet einen Kraftstofffilm. Aufgrund der Einwirkung von Oberflächenspannungskräften, Wandhaftung, Schwerkraft und anderen Kräften ist die Bewegungsgeschwindigkeit des Kraftstofffilms um ein Vielfaches geringer als die Geschwindigkeit des Gemischstroms. Durch den Luftstrom können Kraftstofftröpfchen von der Folie weggeblasen werden (sekundäre Zerstäubung).
Beim Einspritzen von Benzin gelangen üblicherweise 60...80 % des Kraftstoffs in den Film. Ihre Menge hängt vom Einbauort der Düse, der Strahlweite, der Feinheit des Sprays und bei verteilter Einspritzung in jeden Zylinder auch vom Zeitpunkt des Beginns ab.
Bei Vergasermotoren landen bei Volllast und niedriger Drehzahl bis zu 25 % des gesamten Kraftstoffverbrauchs in einem Film am Auslass des Ansaugkrümmers. Dies ist auf den geringen Luftdurchsatz und die unzureichende Feinheit der Kraftstoffzerstäubung zurückzuführen. Beim Schließen der Drosselklappe ist die Filmmenge im Ansaugkrümmer aufgrund der sekundären Zerstäubung des Kraftstoffs in der Nähe der Drosselklappe geringer.
Kraftstoffverdunstung notwendig, um ein homogenes Gemisch aus Kraftstoff und Luft zu erhalten und einen effizienten Verbrennungsprozess zu organisieren. Im Ansaugkanal ist das Gemisch vor Eintritt in den Zylinder zweiphasig. Der Kraftstoff im Gemisch liegt in der Gas- und Flüssigphase vor.
Bei zentraler Einspritzung und Vergaserung wird der Ansaugkrümmer speziell mit Flüssigkeit aus dem Kühlsystem oder Abgasen erhitzt, um den Film zu verdampfen. Abhängig von der Gestaltung des Ansaugtrakts und der Betriebsart am Auslass des Ansaugrohrs brennbares Gemisch 60...95 % des Kraftstoffs liegen in Form von Dampf vor.
Der Prozess der Kraftstoffverdampfung setzt sich im Zylinder während des Ansaug- und Verdichtungshubs fort, und zu Beginn der Verbrennung ist der Kraftstoff fast vollständig verdampft.
Bei verteilter Kraftstoffeinspritzung auf die Einlassventilplatte und Motorbetrieb unter Volllast verdampfen 30...50 % der zyklischen Kraftstoffdosis, bevor sie in den Zylinder gelangen. Beim Einspritzen von Kraftstoff an die Wände des Ansaugkanals erhöht sich der Anteil des verdampften Kraftstoffs aufgrund der Verlängerung der Verdampfungszeit auf 50...70 %. In diesem Fall ist eine Beheizung des Ansaugrohres nicht erforderlich.
Die Bedingungen für die Verdampfung von Benzin verschlechtern sich bei Kaltstartbedingungen, und der Anteil des verdampften Kraftstoffs vor Eintritt in den Zylinder beträgt nur noch 5...10 %.
Ungleichmäßige Zusammensetzung der Mischung, der während der zentralen Einspritzung und Vergasung in verschiedene Zylinder des Motors gelangt, wird durch die unterschiedliche Geometrie und Länge der Kanäle (ungleicher Widerstand der Zweige des Ansaugtrakts), den Unterschied in der Bewegungsgeschwindigkeit von Luft und Dämpfen sowie Tröpfchen bestimmt und vor allem der Kraftstofffilm.
Wenn die Gestaltung des Ansaugtrakts nicht gelingt, kann der Grad der Gleichmäßigkeit der Gemischzusammensetzung ±20 % erreichen, was den Wirkungsgrad und die Leistung des Motors erheblich verringert.
Die Ungleichmäßigkeit der Gemischzusammensetzung hängt auch von der Motorbetriebsart ab. Bei der Zentraleinspritzung und beim Vergasermotor verbessert sich mit zunehmender Drehzahl die Zerstäubung und Verdampfung des Kraftstoffs, wodurch die Ungleichmäßigkeit der Gemischzusammensetzung verringert wird. Mit abnehmender Motorlast verbessert sich die Gemischbildung.
Bei der verteilten Einspritzung hängt die Ungleichmäßigkeit der Gemischzusammensetzung über die Zylinder von der identischen Funktion der Einspritzventile ab. Die größten Unebenheiten sind im Leerlaufbetrieb bei niedrigen zyklischen Dosen möglich.
Die Organisation der äußeren Gemischbildung von Gasautomotoren ähnelt der von Vergasermotoren. Kraftstoff wird in gasförmigem Zustand in den Luftstrom eingebracht. Die Qualität des Luft-Kraftstoff-Gemisches bei der äußeren Gemischbildung hängt vom Siedepunkt und dem Gasdiffusionskoeffizienten ab. Dadurch entsteht ein nahezu homogenes Gemisch, dessen Verteilung auf die Zylinder gleichmäßiger ist als bei Vergasermotoren.
MISCHUNG BILDUNG- (bei Verbrennungsmotoren) die Bildung eines brennbaren Gemisches. Die äußere Gemischbildung (außerhalb des Zylinders) erfolgt durch einen Vergaser (bei Vergasermotoren) oder einen Mischer (bei Gasmotoren), die innere Gemischbildung durch eine Düse... ... Großes enzyklopädisches Wörterbuch
Gemischbildung- ICH; Heiraten Der Prozess der Mischungsbildung. Beschleunigte s. C. in Verbrennungsmotoren (Mischen von Kraftstoff mit Luft oder einem anderen Oxidationsmittel für eine möglichst vollständige und schnelle Verbrennung des Kraftstoffs). * * * Gemischbildung (bei Verbrennungsmotoren... ... Enzyklopädisches Wörterbuch
Mischbildung- (bei Verbrennungsmotoren) die Bildung eines brennbaren Gemisches. Die äußere Gemischbildung (außerhalb des Zylinders) erfolgt durch einen Vergaser (bei Vergasermotoren) oder einen Mischer (bei Gasmotoren), die innere Gemischbildung durch eine Düse... ... Automobilwörterbuch
MISCHUNG BILDUNG- der Prozess der Gewinnung eines funktionierenden (brennbaren) Gemisches in Innenmotoren. Verbrennung. Es gibt zwei Hauptmerkmale. Typ S.: extern und intern. Bei externem S. wird der Prozess der Gewinnung einer Arbeitsmischung von Ch. durchgeführt. arr. außerhalb des Arbeitszylinders des Motors. Mit internem S.,... ... Großes enzyklopädisches polytechnisches Wörterbuch
Die Herstellung eines Gemisches aus Kraftstoff und Luft im erforderlichen Verhältnis, um eine möglichst effiziente Verbrennung zu gewährleisten, wird als Gemischbildung bezeichnet. Es gibt Motoren mit äußerer und innerer Gemischbildung.
Zu den Verbrennungsmotoren mit externer Gemischbildung zählen Vergasermotoren und einige Gasmotoren. Bei Ottomotoren erfolgt die Gemischaufbereitung im Vergaser. Der einfachste Vergaser, dessen Schaltplan in Abb. dargestellt ist. 42, besteht aus einem Schwimmer und Mischkammern. In der Schwimmerkammer befindet sich ein Messingschwimmer 1 an einer Achse angelenkt 3, und Nadelventil 2, die einen konstanten Benzinstand aufrechterhalten. In der Mischkammer befindet sich ein Diffusor 6, Jet 4 Spray 5 und Drosselklappe 7 . Der Strahl ist ein Stecker mit kalibriert ein Loch, durch das eine bestimmte Menge Kraftstoff fließen kann.
Reis. 42. Schematische Darstellung der einfachste Vergaser
Wenn sich der Kolben nach unten bewegt und Einlassventil ist geöffnet, entsteht in der Ansaugleitung und der Mischkammer ein Unterdruck und unter dem Einfluss der Druckdifferenz in der Schwimmer- und Mischkammer strömt Benzin aus dem Zerstäuber. Gleichzeitig strömt ein Luftstrom durch die Mischkammer, dessen Geschwindigkeit im verengten Teil des Diffusors (wo das Ende des Zerstäubers austritt) 50-150 m/s erreicht. Benzin wird in einem Luftstrom fein zerstäubt und bildet beim allmählichen Verdampfen ein brennbares Gemisch, das durch das Ansaugrohr in den Zylinder gelangt. Die Qualität des brennbaren Gemisches hängt vom Verhältnis von Benzin und Luft ab. Das brennbare Gemisch kann normal (15 kg Luft pro 1 kg Benzin), mager (mehr als 17 kg/kg) und fett (weniger als 13 kg/kg) sein. Die Menge und Qualität des brennbaren Gemisches und damit die Leistung und Motordrehzahl werden durch eine Drosselklappe und eine Reihe spezieller Vorrichtungen reguliert, die in komplexen Mehrstrahlvergasern vorgesehen sind.
Zu den Verbrennungsmotoren mit innerer Gemischbildung gehören: Dieselmotoren. Den direkt im Zylinder ablaufenden Gemischbildungsvorgängen wird eine kurze Zeit gegeben – von 0,05 bis 0,001 s; Dies ist 20-30-mal kürzer als die Zeit der externen Gemischbildung bei Vergasermotoren. Kraftstoffzufuhr zum Dieselzylinder, anschließende Zerstäubung und teilweise Volumenverteilung Brennkammern werden durch Kraftstoffversorgungsgeräte erzeugt - eine Pumpe und einen Injektor. Moderne Dieselmotoren verfügen über Einspritzdüsen, bei denen die Anzahl der Düsenlöcher mit einem Durchmesser von 0,25–1 mm zehn erreicht.
Dieselmotoren ohne Kompressor verfügen über ungeteilte und geteilte Brennkammern. Durch den hohen Kraftstoffeinspritzdruck (60-100 MPa) werden eine feine Zerstäubung und eine große Reichweite der Brenner in ungeteilten Kammern gewährleistet. In getrennten Brennräumen kommt es zu einer besseren Gemischbildung, was eine deutliche Reduzierung des Kraftstoffeinspritzdrucks (8-13 MPa) sowie den Einsatz günstigerer Kraftstoffarten ermöglichte.
Bei Gasmotoren erfolgt die Zufuhr von gasförmigem Kraftstoff und Luft aus Sicherheitsgründen über getrennte Leitungen. Die weitere Gemischbildung erfolgt entweder in einem speziellen Mischer vor Eintritt in den Zylinder (der Zylinder wird zu Beginn des Kompressionshubs mit der fertigen Mischung gefüllt) oder im Zylinder selbst, wo sie separat zugeführt werden. Im letzteren Fall wird der Zylinder zunächst mit Luft gefüllt und ihm dann beim Komprimieren über ein spezielles Ventil Gas mit einem Druck von 0,2-0,35 MPa zugeführt. Am weitesten verbreitet sind Mischer des zweiten Typs. Die Zündung des Gas-Luft-Gemisches erfolgt durch einen elektrischen Funken oder eine heiße Zündkugel – einen Kalorisator.
Entsprechend den unterschiedlichen Prinzipien der Gemischbildung unterscheiden sich auch die Anforderungen, die Vergasermotoren und Dieselmotoren an die darin verwendeten flüssigen Kraftstoffe stellen. Bei einem Vergasermotor ist es wichtig, dass der Kraftstoff in der Luft, die eine Temperatur hat, gut verdunstet Umfeld. Deshalb verwenden sie Benzin. Das Hauptproblem, das verhindert, dass das Verdichtungsverhältnis bei solchen Motoren über die bereits erreichten Werte hinaus ansteigt, ist die Detonation. Um das Phänomen zu vereinfachen, können wir sagen, dass es sich um eine vorzeitige Selbstentzündung eines brennbaren Gemisches handelt, das während des Kompressionsprozesses erhitzt wird. In diesem Fall nimmt die Verbrennung den Charakter einer Detonationswelle (Schock, die etwas an eine Welle einer Bombenexplosion erinnert) an, die den Betrieb des Motors stark beeinträchtigt und zu dessen schnellem Verschleiß und sogar zum Ausfall führt. Um dies zu verhindern, wählen Sie Kraftstoffe mit ausreichend hoher Zündtemperatur oder fügen Sie dem Kraftstoff Antiklopfmittel hinzu – Substanzen, deren Dämpfe die Reaktionsgeschwindigkeit verringern. Das gebräuchlichste Antiklopfmittel ist Tetraethylblei Pb (C 2 H 5) 4 – ein starkes Gift, das das menschliche Gehirn angreift, daher ist beim Umgang mit bleihaltigem Benzin äußerste Vorsicht geboten. Bleihaltige Verbindungen werden mit Verbrennungsprodukten in die Atmosphäre abgegeben und belasten diese und die Umwelt (bei Rasengras kann Blei in die Nahrung von Nutztieren, von dort in die Milch usw. gelangen). Daher sollte der Verbrauch dieses umweltgefährdenden Klopfschutzmittels begrenzt werden. In einigen Städten werden diesbezügliche Maßnahmen ergriffen.
Um die Detonationsneigung eines bestimmten Kraftstoffs zu bestimmen, wird ein Modus festgelegt, in dem er (natürlich gemischt mit Luft) in einem speziellen Motor mit genau festgelegten Parametern zu detonieren beginnt. Anschließend wird im gleichen Modus die Zusammensetzung der Mischung ausgewählt iso-Oktan C 3 H 18 (Hard-Knock-Kraftstoff) mit N-Heptan C 7 H 16 (leicht detonierender Kraftstoff), der ebenfalls zur Detonation führt. Der prozentuale Anteil an Isooctan in dieser Mischung wird als Oktanzahl dieses Kraftstoffs bezeichnet und beträgt das wichtigste Merkmal Kraftstoffe für Vergasermotoren.
Autobenzine gekennzeichnet durch die Oktanzahl (AI-93, A-76 usw.). Der Buchstabe A bedeutet, dass es sich um Benzin für Kraftfahrzeuge handelt, I ist die durch spezielle Tests ermittelte Oktanzahl und die Zahl nach den Buchstaben ist die Oktanzahl selbst. Je höher sie ist, desto weniger neigt Benzin zur Detonation und desto höher ist das zulässige Verdichtungsverhältnis und damit der Wirkungsgrad des Motors.
U Flugzeugmotoren Das Verdichtungsverhältnis ist höher, daher muss die Oktanzahl von Flugbenzin mindestens 98,6 betragen. Darüber hinaus sollten Flugbenzine leichter verdampfen (einen niedrigen Siedepunkt haben). niedrige Temperaturen in großen Höhen. Bei Dieselmotoren verdampft flüssiger Kraftstoff bei der Verbrennung bei hohen Temperaturen, daher spielt die Flüchtigkeit bei ihnen keine Rolle. Wann jedoch Betriebstemperatur(Umgebungstemperatur) muss der Kraftstoff ausreichend flüssig sein, also eine ausreichend niedrige Viskosität aufweisen. Davon hängt die einwandfreie Versorgung der Pumpe mit Kraftstoff und die Qualität seiner Zerstäubung durch die Düse ab. Daher ist bei Dieselkraftstoff vor allem die Viskosität sowie der Schwefelgehalt (dies hängt mit der Umwelt zusammen) wichtig. Bei der Kennzeichnung von Dieselkraftstoff JA, DZ, DL und DS bedeutet der Buchstabe D Dieselkraftstoff, der nächste Buchstabe A- Arktis (Umgebungstemperatur, bei der dieser Kraftstoff verwendet wird). Zu= -30 °C), Z- Winter ( t 0= 0 ÷ -30 °С), L- Sommer ( Zu> 0°C) und MIT- speziell, gewonnen aus schwefelarmen Ölen ( t 0>0 °C).
Fragen zum Selbsttest
1. Was ist ein Kolben-Verbrennungsmotor (ICE)?
2. Erklären Sie das Funktionsprinzip Kolbenmotor Verbrennungsmotor?
3. Das Funktionsprinzip eines einfachen Vergasers?
Einteilung der Brennräume 2. Die Gemischbildung beginnt mit Beginn der Kraftstoffeinspritzung und endet gleichzeitig mit dem Ende der Verbrennung. Die Entwicklung der Gemischbildung und die Erzielung optimaler Ergebnisse bei einem Dieselmotor hängen von folgenden Faktoren ab: der Art der Gemischbildung; Brennkammerformen; Abmessungen der Brennkammer; Oberflächentemperaturen der Brennkammer; gegenseitige Bewegungsrichtungen von Kraftstoffstrahlen und Luftladung. Darüber hinaus hängt das Ausmaß ihres Einflusses von der Art der Brennkammer ab.
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Vorlesung 9
GEMISCHBILDUNG IM DIESEL
2. Methoden der Gemischbildung
3. Kraftstoffzerstäubung
Bei Dieselmotoren findet die Gemischbildung innerhalb der Zylinder statt.Das Gemischbildungssystem bietet:
Kraftstoffzerstäubung;
Entwicklung der Treibstofffackel;
Erwärmung, Verdampfung und Überhitzung von Kraftstoffdämpfen;
Dämpfe mit Luft mischen.
Die Gemischbildung beginnt mit Beginn der Kraftstoffeinspritzung und endet gleichzeitig mit dem Ende der Verbrennung. In diesem Fall ist die für die Gemischbildung aufgewendete Zeit 5 x 10 Mal kürzer als in Vergasermotor. Und im gesamten Volumen bildet sich eine heterogene Mischung (es gibt Bereiche mit sehr erschöpfter Zusammensetzung und Bereiche mit stark angereicherter Zusammensetzung). Daher erfolgt die Verbrennung bei großen Gesamtwerten des Luftüberschusskoeffizienten (1,4-2,2).
Die Entwicklung der Gemischbildung und die Erzielung optimaler Ergebnisse bei einem Dieselmotor hängen von folgenden Faktoren ab:
Methode der Gemischbildung;
Brennkammerformen;
Abmessungen der Brennkammer;
Oberflächentemperaturen der Brennkammer;
Gegenseitige Bewegungsrichtungen von Treibstoffstrahlen und Luftladung.
Darüber hinaus hängt das Ausmaß ihres Einflusses von der Art der Brennkammer ab.
1. Klassifizierung der Brennkammern
Neben der Gewährleistung einer optimalen Gemischbildung sollen Brennräume dazu beitragen, eine hohe Wirtschaftlichkeit und gute Starteigenschaften der Motoren zu erreichen.
Abhängig von der Bauart und der verwendeten Gemischbildungsmethode werden Dieselbrennkammern in zwei Gruppen eingeteilt:
Ungeteilt und getrennt.
Ungeteilte Brennkammernstellen ein einzelnes Volumen dar und haben meist eine einfache Form, die in der Regel mit der Richtung, Größe und Anzahl der Kraftstoffstrahlen bei der Einspritzung übereinstimmt. Diese Kammern sind kompakt und verfügen über eine relativ kleine Kühlfläche, was den Wärmeverlust reduziert. Motoren mit solchen Brennräumen haben eine ordentliche Wirtschaftlichkeit und gute Starteigenschaften.
Ungeteilte Brennkammern gibt es in den unterschiedlichsten Formen. Am häufigsten werden sie im Kolbenboden durchgeführt, manchmal teilweise im Kolbenboden und teilweise im Zylinderkopf, seltener im Kopf.
In Abb. In Abb. 1 sind einige Ausführungen ungeteilter Brennkammern dargestellt.
In den in Abb. 1, Anzeige Die Qualität der Gemischbildung wird ausschließlich durch die Zerstäubung des Kraftstoffs und die Abstimmung der Form der Kammern auf die Form der Kraftstoffeinspritzbrenner erreicht. In diesen Kammern kommen meist Mehrlochinjektoren zum Einsatz und hohe Einspritzdrücke. Solche Kammern verfügen über minimale Kühlflächen. Sie zeichnen sich durch ein niedriges Kompressionsverhältnis aus.
Reis. 1. Ungeteilte Dieselbrennkammern:
A Ringkern im Kolben; B halbkugelförmig im Kolben und Zylinderkopf; V halbkugelförmig im Kolben; G zylindrisch im Kolben;
D zylindrisch im Kolben mit seitlicher Platzierung;
e oval im Kolben; Und Kugel im Kolben;
H Ringkern in einem Kolben mit Hals;
Und zylindrisch, gebildet durch Kolbenköpfe und Zylinderwände;
Zu Wirbel im Kolben; l trapezförmig im Kolben;
M zylindrisch im Kopf unter dem Auslassventil
ez , haben eine stärker entwickelte Wärmeübertragungsfläche, was die Starteigenschaften des Motors etwas verschlechtert. Durch die Verdrängung von Luft aus dem Raum oberhalb des Kolbens in das Kammervolumen während des Kompressionsvorgangs ist es jedoch möglich, intensive Wirbelladungsströmungen zu erzeugen, die zu einer guten Vermischung von Kraftstoff und Luft beitragen. Dies gewährleistet eine hohe Qualität der Gemischbildung.
Die in Abb. dargestellten Brennkammern 1, kmm , werden in Mehrstoffmotoren eingesetzt. Sie zeichnen sich durch das Vorhandensein streng gerichteter Ladungsströme aus, die die Verdampfung des Kraftstoffs und seine Einführung in die Verbrennungszone in einer bestimmten Reihenfolge gewährleisten. Um den Arbeitsprozess in der zylindrischen Brennkammer im Kopf unter dem Auslassventil zu verbessern (Abb. 1, M ) nutzt die hohe Temperatur des Auslassventils, das eine der Wände der Kammer darstellt.
Geteilte Brennkammern (Reis. 2) bestehen aus zwei separaten Volumina, die über einen oder mehrere Kanäle miteinander verbunden sind. Die Kühlfläche solcher Kammern ist viel größer als die von ungeteilten Kammern. Daher haben Motoren mit geteilten Brennräumen aufgrund großer Wärmeverluste meist schlechtere Wirtschaftlichkeits- und Starteigenschaften und in der Regel höhere Verdichtungsverhältnisse.
Reis. 2. Brennkammern von Split-Dieselmotoren:
eine Vorkammer; B Wirbelkammer im Kopf; V Wirbelkammer im Block
Bei getrennten Brennkammern ist es jedoch möglich, durch die Nutzung der kinetischen Energie der von einem Hohlraum zum anderen strömenden Gase eine qualitativ hochwertige Aufbereitung des Kraftstoff-Luft-Gemisches zu gewährleisten, wodurch eine weitgehend vollständige Verbrennung des Kraftstoffs erreicht und gleichzeitig Rauch vermieden wird Steckdose.
Darüber hinaus kann die Drosselwirkung der Verbindungskanäle der getrennten Kammern die „Steifigkeit“ des Motorbetriebs erheblich verringern und verringern maximale Belastungen an Teilen des Kurbeltriebs. Eine gewisse Reduzierung der „Härte“ des Betriebs von Motoren mit geteilten Brennkammern kann auch durch eine Erhöhung der Temperatur einzelner Teile der Brennkammern erreicht werden.
2. Methoden der Gemischbildung
Abhängig von der Art der Verdampfung, der Vermischung mit einer Luftladung und der Art und Weise, wie der Großteil des eingespritzten Kraftstoffs in die Verbrennungszone bei Dieselmotoren eingebracht wird, werden volumetrische, Film- und volumetrische Filmverfahren der Gemischbildung unterschieden.
2.1. Volumetrische Methode der Gemischbildung
Bei der volumetrischen Methode der Gemischbildung wird Kraftstoff in fein zerstäubtem Tröpfchen-Flüssigkeits-Zustand direkt in die Luftfüllung des Brennraums eingebracht, verdampft dort und vermischt sich mit Luft zu einem Kraftstoff-Luft-Gemisch.
Zum volumetrischen Mischen verwenden sie in der Regelungeteilte Brennräume (sog. Direkteinspritzung). Die Qualität der Gemischbildung wird in diesem Fall hauptsächlich durch die Abstimmung der Form der Brennkammer auf die Form und Anzahl der Brennstofffackeln erreicht. In diesem Fall ist die Kraftstoffzerstäubung während der Einspritzung wichtig. Der Luftüberschusskoeffizient ist bei solchen Motoren auf Werte von 1,5 x 1,6 und höher begrenzt.
Der Betriebszyklus mit einer solchen Gemischbildung ist durch einen hohen maximalen Verbrennungsdruck p und hohe Druckanstiegsgeschwindigkeiten gekennzeichnet w p = dp / dφ („Starrheit“ der Arbeit).
Motoren mit Direkteinspritzung haben folgende Vorteile:
Hohe Effizienz ( g e von 220 bis 255 g/(kWh));
Gute Starteigenschaften;
Relativ niedriges Kompressionsverhältnis (ε von 13 bis 16);
Die relative Einfachheit des Brennkammerdesigns und die Möglichkeit des Boost-Boosts.
Die Hauptnachteile dieser Motoren sind:
Erhöhte Werte des Luftüberschusskoeffizienten (1,62) bei Nennmodi und infolgedessen ein moderater Wert des durchschnittlichen effektiven Drucks;
Hohe „Steifigkeit“ der Arbeit ( w p bis 1 MPa/°);
Komplexe Kraftstoffausrüstung und schwierige Betriebsbedingungen aufgrund hoher Drücke.
Bei Volumetrische Vorkammermethode zur GemischbildungBrennkammern sind in zwei Teile unterteilt: die Vorkammer und die Hauptkammer.
Die Vorkammer befindet sich üblicherweise im Zylinderkopf (Abb. 2, A ), ihre Form ist ein Körper der Revolution. Das Volumen der Vorkammer beträgt 20 x 40 % des Brennkammervolumens. Die Vorkammer ist durch einen Kanal mit kleinem Querschnitt mit der Hauptkammer verbunden.
Die Gemischbildung erfolgt durch die kinetische Energie von Gasen, die während des Kompressionsprozesses mit hoher Geschwindigkeit von der Hauptkammer in die Vorkammer und während des Verbrennungsprozesses von der Vorkammer in die Hauptkammer strömen. Daher werden in diesem Fall keine hohen Anforderungen an die Qualität der Zerstäubung und die Gleichmäßigkeit der Kraftstoffverteilung während der Einspritzung gestellt. Dies ermöglicht den Einsatz eines Einspritzdrucks von 8 x 15 MPa und Düsen mit Einlochzerstäuber.
Zu den Vorteilen der Vorkammer Die volumetrische Gemischbildung kann zurückgeführt werden auf:
Niedriger maximaler Verbrennungsdruck im Zylinderhohlraum
( p z = 4,5 x 6,0 MPa) und leichte „Steifigkeit“ der Arbeit ( wp = 0,25-0,3 MPa/°);
Geringe Empfindlichkeit gegenüber Änderungen der Geschwindigkeitsmodi und die Möglichkeit, die Geschwindigkeit zu erhöhen Kurbelwelle;
Geringe Anforderungen an die Qualität der Kraftstoffzerstäubung, Möglichkeit des Einsatzes niedriger Einspritzdrücke und Injektoren mit Einlochzerstäuber bei großen Kanalquerschnitten;
Die Kraftstoffverbrennung erfolgt mit einem relativ kleinen Luftüberschussverhältnis (αmin = 1,2).
Die Nachteile der volumetrischen Gemischbildung vor der Kammer sind:
Niedrige Wirtschaftsindikatoren aufgrund erhöhter Wärmeabfuhr bei einer erheblichen Wärmeübertragungsfläche und zusätzlichen gasdynamischen Verlusten beim Gasfluss von einer Kammer zur anderen;
Schwierigkeiten beim Starten eines kalten Motors aufgrund großer Wärmeverluste bei großer Brennraumoberfläche. Um die Starteigenschaften zu verbessern, verwenden Vorkammer-Dieselmotoren höhere Verdichtungsverhältnisse
(ε = 2021), und in den Vorräumen sind manchmal Glühkerzen installiert;
Komplexe Konstruktionen von Brennraum und Motorkopf.
Bildung eines volumetrischen Gemisches in der Wirbelkammerunterscheidet sich dadurch, dass die Brennkammer aus Haupt- und Wirbelkammer besteht.
Wirbelkammern werden am häufigsten im Zylinderkopf angebracht (Abb. 2, B ) und seltener im Zylinderblock (Abb. 2, V ). Sie haben die Form einer Kugel oder eines Zylinders. Die Wirbelbrennkammern sind durch einen oder mehrere tangentiale Kanäle runder oder ovaler Form mit relativ großen Strömungsquerschnitten mit den Hauptkammern verbunden. Das Volumen der Wirbelkammern beträgt 50 x 80 % des Gesamtvolumens der Brennkammer.
Ein Merkmal von Wirbelkammermotoren ist ein relativ unbedeutender Druckabfall zwischen Wirbel- und Hauptbrennkammer und dementsprechend geringe Gasströmungsraten von einem Teil der Kammer zum anderen. Daher wird die Qualität der Gemischbildung hauptsächlich durch die intensive Wirbelbewegung der Ladung sichergestellt, die während der Kompressions- und Verbrennungsperioden organisiert wird.
Die intensive Wirbelbewegung der Ladung gewährleistet eine gute Nutzung des Luftsauerstoffs und einen rauchfreien Betrieb des Motors bei niedrigen Werten des Luftüberschusskoeffizienten (α = 1,15). Gleichzeitig sinken die Anforderungen an die Qualität der Kraftstoffzerstäubung und es wird möglich, relativ niedrige Einspritzdrücke zu verwenden
( p vpr = 12 x 15 MPa) in Düsen mit einem Düsenloch mit großem Durchmesser (1 x 2 mm).
Vorteile der volumetrischen Gemischbildung in der Wirbelkammer:
Möglichkeit des Betriebs bei niedrigen Werten des Luftüberschusskoeffizienten, was eine bessere Nutzung des Arbeitsvolumens im Vergleich zu anderen Motoren gewährleistet und höhere Werte des durchschnittlichen effektiven Drucks erzielt;
Niedrigerer maximaler Verbrennungsdruck als Motoren mit Direkteinspritzung und geringerer „Betriebshärte“;
Möglichkeit zur Erhöhung der Motordrehzahl;
Geringe Anforderungen an die Kraftstoffqualität;
Niedriger Einspritzdruck und die Möglichkeit, einfachere Kraftstoffgeräte zu verwenden;
Stabilität des Motorbetriebs unter wechselnden Bedingungen.
Die Nachteile der volumetrischen Gemischbildung in der Wirbelkammer sind dieselben wie die der Vorkammer-Gemischbildung.
2.2. Film- und Massenfilmmethoden zur Mischungsbildung
Die Methode der Gemischbildung, bei der der Kraftstoff nicht in die Mitte der Luftladung, sondern auf die Wand der Brennkammer fällt und sich in Form eines dünnen Films von 12 x 14 Mikrometern über deren Oberfläche ausbreitet, wird als Film bezeichnet . Anschließend verdampft der Film intensiv und wird mit Luft vermischt in die Verbrennungszone eingeleitet.
Bei der volumetrischen Filmgemischbildung wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch gleichzeitig durch volumetrische und Filmverfahren hergestellt. Diese Art der Gemischaufbereitung kommt bei nahezu allen Dieselmotoren vor und kann als allgemeiner Fall der Gemischbildung angesehen werden.
Die Bildung eines Filmgemisches beseitigt zwei der Hauptnachteile von Dieselmotoren: „Härte“ im Betrieb und Rauchentwicklung bei den Abgasen.
Bei der Filmgemischbildung kommt eine kugelförmige Brennkammer zum Einsatz (Abb. 3), in der eine intensive Ladungsbewegung stattfindet: rotierend um die Zylinderachse und radial in Querrichtung.
Reis. 3. Brennraum eines Motors mit Filmgemischbildung:
1 Düse; 2 Brennkammer; 3
Kraftstofffilm
Die Kraftstoffeinspritzung erfolgt durch einen Eindüseninjektor mit einem Nadelhubdruck von 20 MPa. Der eingespritzte Kraftstoff trifft in einem spitzen Winkel auf die Wandoberfläche und breitet sich nahezu ohne Reflexion an dieser aus und wird durch die damit verbundenen Luftströme zu einem dünnen Film „gedehnt“. Durch die große Kontaktfläche mit den beheizten Wänden der Brennkammer erwärmt sich der Film schnell, beginnt intensiv zu verdampfen und wird dadurch sukzessive in die Mitte der Brennkammer eingeleitet, wo sich zu diesem Zeitpunkt ein Verbrennungszentrum bildet.
Zu den Vorteilen der Filmmischungsbildung gehören:
„sanfte“ Arbeit ( w p = 0,250,4 MPa/° bei maximalem Zyklusdruck p z = 7,5 MPa);
Hohe Wirtschaftlichkeit auf dem Niveau von Motoren mit volumetrischer Gemischaufbereitung und Direkteinspritzung;
Relativ einfaches Design Kraftstoffausrüstung.
Der Hauptnachteil der Filmgemischbildung ist die schlechte Startqualität des Motors im kalten Zustand aufgrund der geringen Kraftstoffmenge bei der anfänglichen Verbrennung.
Ein Beispiel für die Bildung eines Volumenfilmgemisches ist die in Abb. 4.
Reis. 4. Motorbrennkammer mit volumetrischem Film
Gemischbildung: 1 Düse; 2 Brennkammer
Der Kraftstoff wird von den Düsenlöchern in einem spitzen Winkel auf die Wände der Brennkammer gerichtet. Der aus dem Raum oberhalb des Kolbens in den Brennraum strömende Luftstrom ist jedoch auf die Bewegung des Kraftstoffs gerichtet, wodurch eine Filmbildung verhindert und nur eine schnelle Verdampfung des Kraftstoffs begünstigt wird.
Die „Härte“ des Motorbetriebs erreicht bei dieser Art der Gemischbildung 0,45 x 0,5 MPa/° und der spezifische Kraftstoffverbrauch beträgt 106 x 170 g/(kWh).
2.3. Vergleichende Bewertung verschiedener Methoden der Gemischbildung
Jede Methode der Gemischbildung hat ihre eigenen Vor- und Nachteile.
So verfügen Motoren mit Direkteinspritzung über gute Starteigenschaften, höchste Wirtschaftlichkeit und können durch Aufladung deutlich gesteigert werden.
Gleichzeitig zeichnen sich diese Dieselmotoren durch eine hohe „Härte“ im Betrieb, Geräuschpegel, Teilebelastung und Luftüberschusswerte, erhöhte Anforderungen an die Kraftstoffqualität usw. aus begrenzte Möglichkeiten Erhöhung der Kurbelwellendrehzahl ohne besondere konstruktive Änderungen.
Motoren mit Film- und Volumenfilm-Gemischbildung, mit relativ hohen Effizienzindikatoren, „weichem“ Betrieb und anspruchslosem Kraftstoff haben schlechte Starteigenschaften.
„Sanfter“ Betrieb, relativ geringe Teilebelastung, niedrigere Werte des Luftüberschusskoeffizienten und reichlich Möglichkeiten Bei Motoren mit geteilten Brennräumen sind Kurbelwellendrehzahlsteigerungen typisch, allerdings kommt es zu einer deutlichen Verschlechterung der Wirtschaftlichkeit und schlechten Starteigenschaften.
In der Tabelle 1 zeigt einige Parameter von Dieselmotoren mit auf verschiedene Weise Gemischbildung.
Tabelle 1. Parameterwerte für Dieselmotoren mit unterschiedlichen Gemischbildungsverfahren
|
Mischmethode |
Brennkammer |
Durchschnittlich effektiv |
Spezifische Effizienz |
Geschwindigkeit begrenzen |
Maximal |
„Härte“ der Arbeit, MPa/° |
|
Direkt |
Nicht trennend |
0,7-0,8 |
220-255 |
3000 |
7-10 |
0,4-1,5 |
|
Volumetrisch |
Dasselbe |
0,7-0,8 |
220-255 |
3000 |
0,4-0,5 |
|
|
Film |
Dasselbe |
0,7-0,8 |
220-240 |
3000 |
0,25-0,4 |
|
|
Vorkammer |
Geteilt |
0,65-0,75 |
260-300 |
4000 |
0,2-0,35 |
|
|
Wirbelkammer |
Dasselbe |
0,7-0,85 |
245-300 |
4000 |
0,25-0,4 |
3. Kraftstoffzerstäubung
Die Eigenschaft der Gemischbildung, insbesondere bei der volumetrischen Gemischbildung, wird maßgeblich von der Qualität der Kraftstoffzerstäubung beim Einspritzen beeinflusst.
Die Kriterien zur Beurteilung der Sprühqualität sind Sprühverteilung und Gleichmäßigkeit.
Der Sprühnebel gilt als fein, wenn der durchschnittliche Tropfendurchmesser 5 x 40 µm beträgt.
Die Feinheit und Gleichmäßigkeit des Sprays wird durch den Einspritzdruck, den Gegendruck des Mediums, die Drehzahl der Pumpenwelle usw. bestimmt Designmerkmale Sprühgerät.
Neben der Qualität der Zerstäubung hat auch die Eindringtiefe des zerstäubten Kraftstoffstrahls in die Luftladung (die sogenannte „Reichweite“ der Flamme) großen Einfluss auf den Gemischbildungsprozess bei Dieselmotoren. Bei der volumetrischen Gemischbildung muss es so sein, dass der Kraftstoff die gesamte Luftladung „durchdringt“, ohne sich an den Wänden der Brennkammer abzulagern.
Die Form der Fackel (Abb. 5) wird durch ihre Länge charakterisiert l f , Kegelwinkel β f und Breite b f.
Reis. 5. Form des Brennstoffbrenners und seine Position in der Brennkammer
Die Bildung des Brenners erfolgt schrittweise im Verlauf des Einspritzvorgangs. Länge l f Die Wolke nimmt zu, wenn sich neue Kraftstoffpartikel zu ihrer Spitze bewegen. Die Vorschubgeschwindigkeit der Brennerspitze nimmt mit zunehmendem Widerstand des Mediums und abnehmender kinetischer Energie der Partikel ab und die Breite b f Die Fackel erhöht sich. Winkel β F Die Verjüngung für die zylindrische Form der Düsenöffnung des Zerstäubers beträgt 1220°.
Die maximale Flammenlänge muss den linearen Abmessungen der Brennkammer entsprechen und eine vollständige Abdeckung des Brennkammerraums mit Fackeln gewährleisten. Bei einer kurzen Flammenlänge kann es zu einer Verbrennung in der Nähe der Düse kommen, d. h. bei Luftmangel, der keine Zeit hat, rechtzeitig aus den Randzonen der Kammer in die Verbrennungszonen zu strömen. Bei zu großer Flammenlänge setzt sich der Brennstoff an den Wänden der Brennkammer ab. Der an den Wänden der Kammer abgelagerte Kraftstoff verbrennt unter Bedingungen eines rotationsfreien Prozesses nicht vollständig und an den Wänden selbst bilden sich Kohlenstoffablagerungen und Ruß.
Der in Form von Fackeln in den Zylinder eingebrachte Kraftstoff verteilt sich ungleichmäßig in der Luftladung, da die Anzahl der Fackeln, bedingt durch die Konstruktion des Zerstäubers, begrenzt ist.
Ein weiterer Grund für die ungleichmäßige Verteilung des Brennstoffs in der Brennkammer ist die ungleichmäßige Struktur der Brenner selbst.
Typischerweise werden bei einem Brenner drei Zonen unterschieden (Abb. 6): Kern, Mittelteil und Schale. Der Kern besteht aus großen Brennstoffpartikeln, die bei der Entstehung des Brenners die höchste Bewegungsgeschwindigkeit aufweisen. Die kinetische Energie der Partikel im vorderen Teil des Brenners wird auf die Luft übertragen, wodurch sich die Luft in Richtung der Brennerachse bewegt.
Reis. 6. Brennstoffbrenner:
1 Kern; 2 Mittelteil; 3 Schale
Der mittlere Teil des Brenners enthält eine große Anzahl kleiner Partikel, die entstehen, wenn die vorderen Partikel des Kerns durch aerodynamische Widerstandskräfte zerkleinert werden. Zerstäubte Partikel, die ihre kinetische Energie verloren haben, werden zurückgedrängt und bewegen sich nur unter dem Einfluss des entlang der Brennerachse mitgerissenen Luftstroms weiter. Die Schale enthält die kleinsten Partikel mit der minimalen Bewegungsgeschwindigkeit.
Folgende Faktoren beeinflussen die Kraftstoffzerstäubung:
Sprühdesign;
Einspritzdruck;
Der Zustand der Umgebung, in die der Kraftstoff eingespritzt wird;
Kraftstoffeigenschaften.
Obwohl die Gestaltung von Düsen sehr vielfältig ist, sind Düsen mit zylindrischen Düsenlöchern am weitesten verbreitet (Abb. 7, A ) und Nadeldüsen (Abb. 7, B ). Sprühgeräte mit Gegenstrahl werden seltener eingesetzt (Abb. 7, V ) und mit Schneckenverwirblern (Abb. 7, G ).
Reis. 7. Einspritzdüsen:
A mit zylindrischem Düsenloch; b-Stift;
V mit Gegendüsen; G mit Schneckenverwirblern
Sprühgeräte mit zylindrischen Düsenlöchern können mehrlochig oder einlochig, offen oder geschlossen (mit Verschlussnadel) sein. Stiftdüsen sind nur geschlossene Einlochdüsen; Sprühgeräte mit Gegenstrahl und mit Schneckenverwirbler können nur geöffnet sein.
Zylindrische Düsenlöcher sorgen für relativ kompakte Brenner mit kleinen Expansionskegeln und hoher Durchdringungskapazität.
Mit zunehmendem Durchmesser der Düsenöffnung nimmt die Eindringtiefe des Brenners zu. Spray offener Typ bietet eine geringere Zerstäubungsqualität als eine geschlossene. Die geringste Zerstäubungsqualität wird bei Verwendung offener Düsen zu Beginn und am Ende der Kraftstoffeinspritzung beobachtet, wenn Kraftstoff mit geringem Druckabfall in den Zylinder fließt.
Pin-Zerstäuber haben eine Nadel mit einem zylindrischen oder konischen Stift am Ende. Zwischen dem Stift und der Innenfläche des Düsenlochs befindet sich ein ringförmiger Schlitz, wodurch der Kraftstoffstrahl die Form eines Hohlkegels annimmt. Solche Fackeln verteilen sich gut in der Luftladungsumgebung, haben aber eine geringe Durchschlagskraft. Solche Zerstäuber werden in geteilten Brennkammern mit kleinen Abmessungen eingesetzt.
Je höher der Einspritzdruck, desto größer das Durchdringungsvermögen und die Länge des Brennstoffbrenners, desto feiner und gleichmäßiger ist die Brennstoffzerstäubung.
Die Umgebung, in die der Kraftstoff eingespritzt wird, beeinflusst durch Druck, Temperatur und Wirbel die Zerstäubungsqualität. Mit zunehmendem Druck des Mediums nimmt der Widerstand gegen den Vorschub des Brenners zu, was zu einer Verkürzung seiner Länge führt. In diesem Fall ändert sich die Qualität der Zerstäubung geringfügig.
Eine Erhöhung der Lufttemperatur führt zu einer Verkürzung der Flammenlänge aufgrund einer stärkeren Verdampfung der Kraftstoffpartikel.
Je intensiver die Bewegung des Mediums im Zylinder ist, desto gleichmäßiger verteilt sich der Kraftstoff im Brennraum.
Eine Erhöhung der Kraftstofftemperatur führt zu einer Verkürzung der Brennerlänge und einer feineren Zerstäubung, da beim Erhitzen des Kraftstoffs seine Viskosität abnimmt. Kraftstoffe mit höherer Viskosität zerstäuben schlechter.
4. Bildung eines brennbaren Gemisches und Entzündung des Kraftstoffs
Der zerstäubte Kraftstoff fällt in heiße Luftschichten, erwärmt sich und verdampft. In diesem Fall verdampfen zunächst Kraftstoffpartikel mit einem Durchmesser von 10 x 20 Mikrometern, größere Partikel verdampfen während des Verbrennungsprozesses und werden nach und nach hineingezogen. Kraftstoffdämpfe bilden beim Mischen mit Luft ein brennbares Gemisch heterogener Zusammensetzung. Je näher die noch nicht verdampften Kraftstoffpartikel an der Oberfläche sind, desto fetter ist das Gemisch und umgekehrt. Dabei schwanken die Werte des Luftüberschusskoeffizienten über das gesamte Volumen der Brennkammer in sehr weiten Grenzen. Die Bewegung von Kraftstoffpartikeln in Luftschichten trägt zu einem gewissen Ausgleich der Zusammensetzung des Gemisches im gesamten Volumen der Brennkammer bei, da in diesem Fall Dämpfe entlang der Flugbahn des Kraftstoffs abgeführt werden.
Da im Brennergehäuse die Größe der Brennstoffpartikel minimal ist und die Temperatur hier im Vergleich zum gesamten Aufbau des Brenners am höchsten ist, findet der Prozess der Gemischbildung im Gehäuse am intensivsten statt. Dadurch verdampft der gesamte Brennermantel, bevor die Verbrennung beginnt. Allerdings gelangt etwas Luft in den mittleren Teil des Brenners sowie in den Kern. Aufgrund der erheblichen Kraftstoffkonzentration in dieser Zone wird der Verdampfungsprozess jedoch verlangsamt.
Nach der Zündung beschleunigt sich der Prozess der Gemischbildung, da die Temperatur und die Geschwindigkeit der Mischung von Kraftstoff und Luft stark ansteigen. Einen größeren Einfluss auf den Motorbetrieb hat die Gemischbildung, die vor Beginn der Verbrennung stattgefunden hat.
Bevor die Verbrennung beginnt, durchläuft der verdampfte Kraftstoff eine chemische Aufbereitungsstufe. Dabei entstehen in bestimmten Zonen des Gemisches kritische Konzentrationen an Zwischenoxidationsprodukten, die zu einer thermischen Explosion und an mehreren Stellen zur Entstehung von Primärflammen führen. Zonen mit einem Luftüberschusskoeffizienten von 0,8 x 0,9 sind für das Auftreten solcher Ausbrüche am günstigsten. Diese Zonen liegen höchstwahrscheinlich am Rand des Brenners, da hier die chemischen und physikalischen Prozesse der Brennstoffvorbereitung für die Verbrennung früher enden.
Somit ist die Zündung in einem Dieselmotor bei jedem Gesamtluftüberschussverhältnis möglich. Folglich charakterisiert der Luftüberschusskoeffizient bei einem Dieselmotor nicht die Zündbedingungen des Gemisches, wie dies bei einem Vergasermotor der Fall ist (Zündgrenzen).
Sicherheitsfragen
1. Bei welchen Werten brennt das Gemisch bei Dieselmotoren?
2. Was bestimmt die Perfektion des Verbrennungsprozesses bei Dieselmotoren?
3. Wie unterscheiden sich geteilte Brennkammern von ungeteilten?
4. Nennen Sie die Ihnen bekannten Formen ungeteilter Brennkammern.
5. Vor- und Nachteile geteilter Brennkammern.
6. Welche Methoden der Gemischbildung kennen Sie?
7. Vor- und Nachteile der Direkteinspritzung.
8. Erzählen Sie uns etwas über die Film- und Massenfilmmethoden zur Mischungsbildung.
9. Vor- und Nachteile der Filmmischungsbildung.
10. Nach welchen Kriterien wird die Qualität des Versprühens der Mischung beurteilt?
11. Welche Faktoren beeinflussen die Kraftstoffzerstäubung?
12. Welche Arten von Kraftstoffzerstäubern sind am weitesten verbreitet?
13. Warum charakterisiert der Luftüberschusskoeffizient bei einem Dieselmotor nicht (innerhalb bestimmter Grenzen) die Zündbedingungen des Gemisches?
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| Unter Gemischbildung versteht man den Vorgang, bei dem Kraftstoff mit Luft vermischt wird und in sehr kurzer Zeit ein brennbares Gemisch entsteht. Je gleichmäßiger die Kraftstoffpartikel im Brennraum verteilt sind, desto perfekter ist der Verbrennungsprozess. Die Homogenisierung des Gemisches wird durch die Verdampfung des Kraftstoffs gewährleistet, für eine gute Verdampfung sollte der flüssige Kraftstoff jedoch vorher zerstäubt werden. Die Kraftstoffzerstäubung hängt auch von der Geschwindigkeit des Luftstroms ab, ihre übermäßige Erhöhung erhöht jedoch den hydrodynamischen Widerstand des Ansaugtrakts, was sich verschlechtert... | |||
Bei der volumetrischen Gemischbildung handelt es sich um eine Gemischbildung, bei der 90–95 % in das Volumen des Brennraums eingespritzt werden und nur 5–10 % die Wände des Brennraums erreichen. Strukturell kann diese Art der Gemischbildung als Gemischbildung in ungeteilten Brennkammern und in Wirbelkammern formalisiert werden.
Im ersten Fall erfolgt die Verbrennung in Einbandbrennkammern mit geringer Tiefe und großem Durchmesser
. Solche Brennkammern befinden sich im Kolben und die Achsen der Düse und der Brennkammer des Zylinders fallen zusammen (Abb. 21). Die Kraftstoffeinspritzung erfolgt über einen stiftlosen Injektor. Einspritzdruck Р f = 20…30 MPa, Anzahl der Düsenlöcher 3…8. Die Düse erzeugt einen Sprühnebel mit einem Tröpfchendurchmesser von bis zu 4 Mikrometern. Dadurch vermischen sich die Tropfen leicht mit Luft und nur ein kleiner Teil davon erreicht die Wände. Trotz der großen Anzahl von Brennstoffbrennern wird die Luft zwischen den Brennern ohne Rotationsbewegung der Ladung in der Brennkammer nicht vollständig genutzt. Die Gemischbildung wird durch die Erzeugung einer tangentialen Rotationsbewegung der Luft im Brennraum verbessert. Es muss jedoch eine optimale Richtungsgeschwindigkeit der Ladungsbewegung vorliegen. Ist der Wert zu hoch, können kleine Tropfen und Kraftstoffdämpfe aus dem Volumen eines Strahls durch die Ladungsbewegung in das Volumen eines anderen Strahls übergehen, was zu einer Verschlechterung der Gemischbildung führt. Diese Art der volumetrischen Gemischbildung ist typisch für langsamlaufende Dieselmotoren (D-12).
Hochtourige Dieselmotoren verwenden getrennte Wirbelbrennkammern, bestehend aus einer Haupt- und Wirbelbrennkammer. Das Volumen der Wirbelkammer beträgt (0,4…0,6) V s. Die Wirbelkammern befinden sich im Blockkopf und sind in Form einer Kugel ausgeführt, die über einen halbmondförmigen Kanal mit dem Kolbenraum verbunden ist. In diesem Fall ist die Kanalachse tangential zur Innenfläche der Wirbelkammer gerichtet. Aus diesem Grund erzeugt dieser eine gerichtete Wirbelbewegung der Ladung mit einer Geschwindigkeit von 100-200 m/s.
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Abb.24. Wirbelkammer |
Dieser Typ gewährleistet einen einfachen Betrieb des Motors, weist jedoch aufgrund von Wärmeverlusten in der Wirbelkammer und Verlusten beim Ladungsfluss von der Wirbelkammer zur Hauptkammer einen geringen Wirkungsgrad auf.
Bildung einer Filmmischung.
Die Filmgemischbildung wird dadurch gewährleistet, dass 95 % des Kraftstoffs an die Wände der Brennkammer und nur ein kleiner Teil in das Volumen der Brennkammer gelangen. Dieser Teil des Kraftstoffs wird Pilot genannt. In letzter Zeit hat sich die Filmmischung, die im M-Verfahren durchgeführt wird, immer weiter verbreitet. Die Durchführung erfolgt in Kammern vom Typ MAN oder Deutz.
Reis. 25. Brennkammer Typ „Deutz“ und MAN
Der Kern des M-Prozesses besteht darin, dass Kraftstoff durch eine Düse mit einem oder zwei Düsenlöchern in einem Winkel von 15 Grad zur Wand einer kugelförmigen Brennkammer eingespritzt wird, in der sich eine intensive Rotationsbewegung der Luftladung befindet erstellt. In diesem Fall stimmt die Bewegungsrichtung des Kraftstoffstrahls mit der Bewegungsrichtung des Luftstroms überein, was eine gleichmäßige Verteilung des Kraftstoffs entlang der Wände der Brennkammer und die Bildung eines Films fördert. Die erste Zündquelle entsteht im Volumen der Brennkammer durch das Eindringen von 5 % des Kraftstoffs, der von den Wänden der Brennkammer reflektiert wird. Aufgrund der Tatsache, dass die Menge des im Brennraumvolumen verdampfenden Kraftstoffs gering ist, ist der Temperaturabfall in den anfänglichen Gemischbildungszentren entsprechend gering, wodurch eine Reduzierung der Selbstzündungsverzögerungszeit erreicht wird. Der an die Wände gelangende Kraftstoff erwärmt sich, verdampft und beginnt, sich mit der Luft im Brennkammervolumen zu vermischen, am Verbrennungsprozess teilzunehmen.
Die Verbrennung in Dieselmotoren mit dem M-Prozess verläuft reibungslos, vergleichbar mit dem Betrieb eines Verbrennungsmotors. Auch bei = 1,15..1,2 ist die Verbrennung rauchfrei.
Zu den Nachteilen zählen folgende:
Schwierigkeiten beim Starten des Motors bei kaltem Wetter, weil Kraftstoff, der an die Wände der Brennkammer gelangt, verdampft nur schwer => starke Erwärmung der einströmenden Luft ist erforderlich
Das Vorhandensein eines unangenehmen Geruchs während des Motorbetriebs
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