체적 혼합물 형성은 90-95%가 연소실의 체적에 주입되고 5-10%만이 연소실의 벽에 도달하는 혼합물 형성입니다. 구조적으로, 이러한 유형의 혼합물 형성은 분할되지 않은 연소실 및 와류 챔버에서 혼합물 형성으로 형성될 수 있습니다.

많은 수의 연료 플레어에도 불구하고 연소실에서 충전물의 회전 운동이 없으면 플레어 사이의 공기가 완전히 활용되지 않습니다. 연소실에서 공기의 접선 회전 운동을 생성하여 혼합이 향상됩니다. 그러나 전하 이동의 최적 방향 속도가 있어야 합니다. 값이 과도하면 한 제트의 부피에서 작은 액적과 연료 증기가 전하의 이동에 의해 다른 제트의 부피로 옮겨져 혼합물 형성이 악화될 수 있습니다. 이러한 유형의 체적 혼합물 형성은 저속 디젤 엔진(D-12)에 일반적입니다.

고속 디젤 엔진에서는 주 연소실과 와류 연소실로 구성된 분리된 와류 연소실이 사용됩니다. 소용돌이 챔버의 부피는 (0.4 ... 0.6) V s입니다. 와류 챔버는 블록 헤드에 위치하며 낫 모양의 채널로 피스톤 공간에 연결된 구 형태로 만들어집니다. 이 경우 채널 축은 와류 챔버의 내부 표면에 접선 방향으로 향하게 됩니다. 이러한 이유로 후자는 100-200m / s의 속도로 전하의 유도 소용돌이 운동을 생성합니다.

이 유형은 엔진의 작동이 용이하지만 와류 챔버의 열 손실과 와류에서 메인 챔버로 전하가 흐를 때 손실로 인해 효율이 낮습니다.

필름 혼합.

필름 혼합은 연소실 벽에 연료의 95%를 공급하고 연소실 체적에는 소량만 공급함으로써 보장됩니다. 연료의 이 부분을 점화라고 합니다. 최근에는 M-프로세스에 의해 수행되는 필름 혼합이 보다 널리 보급되었습니다. MAN 또는 Deutz 유형의 챔버에서 수행됩니다.

쌀. 25. 연소실 유형 "Deutz" 및 MAN

M-공정의 본질은 연료가 구형 연소실의 벽에 15도 각도로 하나 또는 두 개의 노즐 구멍이 있는 노즐에 의해 분사되어 공기 충전의 강렬한 회전 운동이 생성된다는 것입니다. 이 경우 연료 제트의 이동 방향은 공기 흐름의 이동 방향과 일치하여 연소실 벽을 따라 연료가 균일하게 퍼지고 필름이 형성됩니다. 초기 점화 시트는 연소실 벽에서 반사된 연료의 5%가 연소실 내부로 유입되어 연소실 체적에서 발생합니다. 연소실의 체적에서 증발하는 연료의 양이 각각 적기 때문에 혼합물 형성의 초기 초점에서 온도 감소가 거의 없기 때문에 자동 점화 지연 기간이 단축됩니다. 벽에 닿는 연료는 가열되어 증발하고 연소실 부피의 공기와 혼합되어 연소 과정에 참여하기 시작합니다.

M-프로세스가 있는 디젤 엔진의 연소는 내연 기관의 작동과 비교하여 완만하게 진행됩니다.  = 1.15..1.2에서도 무연 연소.

단점은 다음과 같습니다.

추운 날씨에 엔진 시동이 어렵기 때문에 연소실의 벽에 붙은 연료는 쉽게 증발합니다 => 유입되는 공기의 강한 가열이 필요합니다

내연 기관 작동 중 불쾌한 냄새의 존재

아시다시피, 연료가 연소되고 열을 방출하려면 연소가 연료(가연성 물질)를 산화시키는 과정, 즉 산소와 결합하는 과정이기 때문에 산소가 필요합니다. 그리고 산소가 충분하지 않으면 가장 가연성 및 폭발성 가연성 물질조차도 타지 않습니다.
이 모든 철학은 열 엔진에 완전히 적용됩니다. 연소실의 연료가 연소를 시작하려면 산소가 필요하며 우리의 경우 대기와 함께 실린더에 공급됩니다.
하지만 그게 다가 아닙니다. 실린더의 연료는 매우 빨리 연소되어야 합니다. 그렇지 않으면 연소할 시간이 없었던 것은 문자 그대로 "파이프 속으로 날아가"게 될 것입니다.
연소 속도는 점화 전에 실린더의 연료와 공기를 얼마나 빠르고 효율적으로 혼합하는지에 직접적으로 의존합니다.
이 혼합물을 연소시키기 전에 연료와 공기를 혼합하는 과정을 혼합물 형성... 고품질 혼합물 형성은 모든 열 기관의 효율적이고 경제적인 작동의 핵심입니다.

기화기 엔진에서 가솔린은 먼저 기화기에서 공기와 혼합된 다음 흡기 매니폴드를 따라 흡기 밸브를 지나 실린더로 이동하는 동안 뿐만 아니라 흡기 및 압축 행정 중에도 혼합됩니다. 디젤 엔진에서이 가장 중요한 프로세스는 매우 짧은 순간이 주어집니다. 연료는 상사점에 대한 크랭크 샤프트 회전 각도의 10 ... 20 ˚ 동안 압축 행정이 끝날 때 디젤 엔진의 연소실로 공급됩니다. TDC). 동시에 기화기 엔진과 같이 공기와의 혼합물이 아닌 실린더에 공급되지만 "순수한 형태"로 주입되며 실린더에서만 공기의 산소를 "만날" 수 있습니다. 빠르게 섞고, 태우고, 열을 발생시키기 위해.

디젤 엔진에서 혼합물 형성 및 혼합물 연소에 할당된 시간은 기화기 엔진보다 약 5~10배 짧고 0,002…0, 01 초.
연소가 충분히 빠르기 때문에 디젤은 가솔린 엔진보다 2~3배 더 세게 달리게 됩니다.
엔진의 강성은 측정된 매개변수( W = dp / dφ) 압력 상승률( DP) 회전 각도( dφ) 크랭크축의 값이므로 계산할 수 있습니다.

디젤 엔진의 연소 속도는 빠르지만 일반적으로 4단계로 구분되며 그 중 첫 번째 단계를 점화 지연 기간( 0.001 ... 0.003초). 이때 분사된 연료는 작은 방울로 분해되어 연소실을 통해 이동하면서 증발하고 공기와 혼합되며 화학적 자체 점화 반응이 가속화됩니다. 다음 세 단계는 공기-연료 혼합물의 연소 단계입니다.

점화 지연 시간이 길면 연료의 상당 부분이 증발하여 공기와 섞일 시간이 있습니다. 전체 볼륨에 걸쳐이 부분이 동시에 점화되면 부품의 동적 부하가 증가하고 소음 수준이 증가하여 연소실 압력이 급격히 증가합니다 (열심히 작업).
따라서 장기간의 자가점화 지연은 바람직하지 않습니다. 온도 조건, 연료 등급, 엔진 부하 및 기타 요인에 따라 다릅니다. 그러나 디젤 엔진의 내부 혼합물 형성은 항상 기화기 엔진에 비해 더 힘든 작업을 결정합니다.

디젤 엔진에서 혼합물이 형성되는 시간은 매우 짧기 때문에 연료의 완전한 연소를 위해서는 실린더보다 실린더에 더 많은 공기가 유입됩니다. 가솔린 엔진(직접 분사를 사용하는 분사 엔진 제외, 공기도 표준보다 약간 더 많이 허용됨). 디젤 엔진의 공기 초과 비율 α 범위는 다음과 같습니다. 1,4 ~ 전에 2,2 .

따라서 디젤 엔진의 혼합물 형성에 대한 높은 요구 사항이 부과됩니다. 그것은 공기와 연료의 균일한 혼합, 적시에 연료의 점진적 연소, 가능한 가장 낮은 α 값에서 연소실의 모든 공기를 완전히 사용하고 디젤 엔진의 가장 부드러운 작동을 보장해야 합니다.

혼합물 형성을 개선하는 방법

디젤 엔진에서 혼합물 형성의 품질을 향상시키는 대부분의 문제는 연소실의 모양을 선택함으로써 대부분 해결됩니다.
구별하다 분할되지 않은 연소실(단일 시트) (그림 1a, b) 및 로 나눈(그림 1, c).

분리되지 않은 연소실피스톤 크라운이 TDC에 있을 때 실린더 헤드의 평면에 의해 형성된 챔버입니다. 비분리 연소실은 주로 트랙터 및 트럭의 디젤 엔진에 사용됩니다. 그들은 엔진의 효율성과 시동 품질(특히 냉각 엔진)을 향상시킵니다.

분할 연소실채널로 연결된 메인 및 보조 캐비티가 있습니다. 11 ... 보조 챔버는 그림 1과 같이 구형일 뿐만 아니라 1, c뿐만 아니라 원통형.
첫 번째 경우라고 합니다. 와동(디젤 엔진 D-50, SMD-114), 두 번째 - 사전 챔버또는 더 자주 - 프리챔버(KDM-100).

소용돌이 챔버는 다음과 같이 작동합니다. 실린더 헤드에는 피스톤 위의 주 연소실에 채널로 연결된 와류실인 구형 공동이 있습니다. 압축하는 동안 피스톤이 위쪽으로 이동하면 고속의 공기가 벽에 접하는 방향으로 와류 챔버로 들어갑니다.
결과적으로 공기 흐름은 최대 200m/s... 이 뜨거운( 700 ... 900K) 공기 소용돌이 노즐이 연료를 분사하여 점화되고 챔버의 압력이 급격히 상승합니다.
연소되지 않은 연료가 포함된 가스는 채널을 통해 메인 챔버로 배출되어 나머지 연료가 연소됩니다. 와류 챔버 부피는 40…60% 연소실의 총 부피, 즉 부피의 약 절반.

프리챔버(프리챔버) 엔진투피스 챔버가 있습니다. 연료는 원통형 프리챔버(프리챔버)에 주입되고 그 일부(최대 60% ) 가연성입니다. 연료의 연소 과정은 와류실에서와 같은 방식으로 진행됩니다.

분할 연소실은 연료 구성에 덜 민감하고 광범위한 크랭크축 속도에서 작동하며 점화 지연 시간을 줄여 더 나은 혼합물 형성 및 덜 거친 작동을 제공합니다.
그러나 그들의 주요 단점은 엔진의 시동이 어렵고 분할되지 않은 연소실에 비해 연료 소비가 증가한다는 것입니다.

때때로 고립 반분할 연소실(그림 2 참조), 피스톤 헤드의 깊은 공동에 의해 형성된 챔버를 포함합니다. 이러한 챔버에서 공기-연료 혼합물의 연소 과정은 별도의 챔버에서의 연소 과정과 유사하지만 피스톤 캐비티로의 연료 분사는 작동 중 냉각에 유익한 영향을 미칩니다.

혼합물 형성의 품질은 또한 연료 제트의 상호 방향 및 이동 강도 및 연소실의 공기 충전량에 의해 크게 영향을 받습니다. 이와 관련하여 구별 체적 혼합, 필름 및 체적 필름.

체적 혼합연료가 연소실 체적의 뜨거운 공기 두께에 직접 분사된다는 점에서 다릅니다. 동시에 분무된 연료의 입자와 공기의 더 나은 혼합을 위해 스월러 또는 스크류 입구 채널을 사용하여 회전 운동으로 신선한 충전물을 부여하고 연소실의 모양이 연료의 모양과 일치하도록 모색됩니다. 노즐에 의해 분사되는 제트.
체적 혼합기가 있는 디젤 엔진의 정상적인 작동을 위해서는 분사 시 매우 높은 연료 압력이 필요합니다. 100MPa그리고 더. 이러한 혼합물 형성을 가진 엔진은 매우 경제적이지만 열심히 일합니다 ( W = 0.6 ... 1.0 MPa / deg).

필름 블렌딩분사된 연료의 대부분이 구형 연소실의 뜨거운 벽에 공급되어 그 위에 막을 형성한 다음 증발하여 벽에서 열의 일부를 빼앗는 것이 특징입니다.
체적 및 필름 형성의 근본적인 차이점은 첫 번째 경우에는 분무된 연료의 입자가 공기와 직접 혼합되고 두 번째 경우에는 연료의 대부분이 먼저 증발하고 이미 증기 상태에서 혼합된다는 사실에 있습니다. 공기로.
필름 혼합물 형성은 MAN 엔진, D-120 및 D144 제품군의 일부 엔진에서 사용됩니다. 이 방법은 디젤 엔진의 허용 가능한 강성을 제공합니다( W = 0.2 ... 0.3 MPa / deg) 및 우수한 효율성을 제공하지만 피스톤의 온도를 지정된 한계 내로 유지해야 연료막의 집중적인 증발을 제공합니다.

체적 필름 혼합체적 및 필름 혼합 프로세스를 결합합니다. 이 혼합물 형성 방법은 예를 들어 피스톤에 체적 연소실이 있는 가정용 ZIL-645 엔진에 사용됩니다.
블록 헤드에 위치한 노즐은 두 개의 먼지가 많은 제트 형태의 두 개의 구멍이 있는 스프레이를 통해 연료를 분사합니다. 벽 제트는 연소실의 모선을 따라 유도되어 그 위에 박막을 생성합니다. 체적 제트는 연소실의 중심에 더 가깝게 향합니다.

체적 필름 혼합은 디젤 엔진의 부드러운 작동을 제공합니다( W = 0.25 ... 0.4), 양호한 경제성과 허용 가능한 시동 품질, 그리고 대부분의 현대식 디젤 엔진에 사용됩니다. 피스톤의 오목한 부분은 원환체 (SMD, KamAZ, YaMZ A-41, A-01) 또는 잘린 원뿔-델타 모양의 챔버 (D-243, D-245) 형태의 챔버를 형성합니다.

디젤 엔진의 혼합물 형성 품질은 연소실의 디자인과 모양뿐만 아니라 개선될 수 있습니다. 연료 분사 공정 자체의 기술이 중요한 역할을 합니다.
여기에서 설계자는 여러 가지 방법으로 혼합물 형성 개선 문제를 해결합니다.

• 연료 제트의 분무 품질이 향상되어 분사 압력이 증가합니다(이 목표를 달성하는 방법 중 하나는 펌프 노즐을 사용하는 것입니다).
• 연료가 여러 단계로 연소실에 공급될 때 단계적(분할) 분사의 사용(단계적 분사는 마이크로컴퓨터로 제어되는 전력 시스템에서 수행하기 쉽습니다);
• 스프레이 제트의 최적 모양, 제트 수 및 방향을 제공하는 노즐용 노즐 선택.

디젤 엔진의 혼합은 실린더 내부에서 발생하며 실린더에 연료를 주입하고 부분적으로 연소 과정과 일치합니다.

혼합물 형성 및 연료 연소 과정에 할당된 시간은 0.05-0.005초로 매우 제한적입니다. 이와 관련하여 혼합 공정에 대한 요구 사항은 주로 연료의 완전 연소(무연)를 보장하기 위해 축소됩니다.

선박용 디젤 엔진의 혼합물 형성 과정은 특히 가장 어렵습니다. 그 이유는 가장 높은 회전 수를 가진 프로펠러에서 디젤 엔진의 작동 모드, 즉 혼합물 형성 과정에서 가장 짧은 시간 간격을 갖는 모드가 다음과 일치하기 때문입니다. 작동 혼합물에서 가장 작은 초과 공기 비율(전체 엔진 부하).

디젤 엔진에서 혼합물 형성 과정의 품질은 실린더에 공급되는 연료의 미세분무와 연소 공간에 대한 연료 방울의 분포에 의해 결정됩니다.

따라서 먼저 연료 원자화 과정을 살펴보겠습니다. 노즐에서 실린더의 압축 공간으로 흐르는 연료 제트는 압축 공기의 공기 역학적 저항의 외력, 연료의 표면 장력 및 접착력, 연료 유출로 인한 교란의 영향을 받습니다.

공기 역학적 저항의 힘은 제트의 움직임을 방해하고 그 영향으로 제트는 별도의 방울로 분해됩니다. 유출 속도가 증가하고 유출이 발생하는 매체의 밀도가 증가하면 공기 역학적 힘이 증가합니다. 이러한 힘이 클수록 제트는 더 일찍 모양을 잃어 별도의 방울로 분해됩니다. 표면 장력과 연료의 접착력은 반대로 작용에 의해 제트의 모양을 유지하는 경향이 있습니다. 즉, 제트의 고체 부분이 길어집니다.

제트의 초기 섭동은 노즐 노즐 내부의 연료의 난류 운동, 노즐 구멍 가장자리의 영향, 벽의 거칠기, 연료의 압축성 등으로 인해 발생합니다. 초기 섭동은 노즐 노즐의 분해를 가속화합니다. 제트기.

실험에 따르면 노즐에서 일정 거리에 있는 제트가 별도의 방울로 분해되고 제트의 고체 부분의 길이(그림 32)가 다를 수 있습니다. 이 경우 다음과 같은 형태의 제트 붕괴가 관찰됩니다. 공기역학적 공기 항력의 작용이 없는 제트 붕괴(그림 32, a)는 표면 장력과 초기 교란의 작용으로 낮은 유출 속도에서 발생합니다. 공기 역학적 공기 저항력의 영향이있는 상태에서 제트의 붕괴 (그림 32, b); 유출 속도의 추가 증가와 초기 가로 섭동의 출현으로 발생하는 제트의 붕괴(그림 32, c)] 제트가 노즐의 노즐 개구부를 빠져나가는 직후 별도의 액적으로 제트의 붕괴.

고품질의 혼합물 형성 공정을 얻기 위해서는 제트 분해의 마지막 형태가 있어야 합니다. 제트의 붕괴는 주로 연료 유출 속도와 유출이 일어나는 매체의 밀도에 의해 영향을 받습니다. 덜하지만 연료 제트의 난기류.

제트 붕괴 계획은 그림 1에 나와 있습니다. 33. 노즐 출구의 제트는 별도의 나사산으로 분해되어 차례로 별도의 방울로 분해됩니다. 제트 섹션은 일반적으로 4개의 환형 섹션으로 나뉩니다. 이 환형 섹션의 유출 속도는 세로좌표 1, 2, 3 및 4로 표시됩니다. 가장 큰 공기 저항으로 인해 외부 환형 섹션은 속도가 가장 낮고 내부(코어) 유출 속도는 가장 높습니다.

제트 단면의 속도 차이로 인해 코어에서 제트의 외부 표면으로 이동이 발생합니다. 연료 제트의 분해 결과 다양한 직경의 방울이 형성되며 그 크기는 수 미크론에서 60-65 미크론입니다. 실험 데이터에 따르면 저속 디젤 엔진의 평균 액적 직경은 20-25 미크론이고 고속 디젤 엔진의 경우 약 6 미크론입니다. 스프레이의 미세도는 주로 다음과 같이 대략적으로 결정되는 노즐의 노즐에서 나오는 연료의 유량에 의해 영향을 받습니다.

혼합물 형성 요구 사항을 충족하는 연료의 분무를 얻으려면 유속이 250-400m / s 범위에 있어야합니다. 유출 계수 φ는 노즐 표면의 상태에 따라 다릅니다. 둥근 입구 가장자리(r? 0.1.-0.2 mm)가 있는 원통형의 부드러운 노즐 구멍의 경우 0.7-0.8입니다.

연료의 미립화 완성도를 평가하기 위해 미립화의 미세함과 균일성을 고려한 미립화 특성이 사용됩니다.

그림에서. 도 34는 스프레이 특성을 나타낸다. 세로축은 특정 영역에 위치한 총 방울의 수에서 주어진 직경의 방울의 비율을 나타내고 가로축은 방울의 직경을 미크론 단위로 나타냅니다. 특성 곡선의 꼭지점이 세로축에 가까울수록 분무의 미세도가 높아지고 분무의 균일도가 클수록 곡선의 상승 및 하강이 더 가파르게 됩니다. 그림에서. 34 특성 a는 가장 미세하고 균일한 분무를 가지며 특성 b - 가장 거칠지만 균질하고 특성 6 - 중간 정도의 미세도이지만 균일하지 않은 분무를 나타냅니다.

액적 크기는 이론적 경로가 상당한 어려움을 나타내기 때문에 가장 신뢰할 수 있는 것으로 경험적으로 결정됩니다. 액적의 수와 크기를 결정하는 방법은 다를 수 있습니다. 가장 널리 사용되는 기술은 액체(글리세린, 액체 유리, 물과 탄닌 추출물의 혼합물)로 덮인 판에 분사된 연료 분사 방울을 캡처하는 것입니다. 접시에서 찍은 현미경 사진을 통해 물방울의 직경을 측정하고 그 수를 계산할 수 있습니다.

연료유량이 증가함에 따라 요구되는 분사압력 값은 최종적으로 엔진 조정 시험 기간 동안 설정된다. 일반적으로 저속 디젤 엔진의 경우 약 500kg/cm2이고 고속 디젤 엔진의 경우 600-1000kg/cm2입니다. 펌프 인젝터를 사용할 때 사출 압력은 2000kg / cm 2에 이릅니다.

연료 공급 시스템의 구조적 요소 중 노즐 오리피스 직경의 크기는 분무 미세도에 가장 큰 영향을 미칩니다.

노즐 구멍의 직경이 감소함에 따라 분무의 미세도 및 균일성이 증가합니다. 단일 챔버 혼합물이 형성되는 고속 엔진에서 노즐 구멍의 직경은 일반적으로 0.15-0.3mm이고 2 저속 엔진에서는 엔진의 실린더 출력에 따라 0.8mm에 이릅니다.

엔진에 사용되는 한계 내에서 직경에 대한 노즐 구멍 길이의 비율은 연료 분무 품질에 거의 영향을 미치지 않습니다. 인젝터의 매끄러운 원통형 노즐 개구부는 연료 유출에 대한 저항을 최소화하므로 이러한 노즐의 유출은 다른 모양의 노즐보다 빠른 속도로 발생합니다. 따라서 매끄러운 원통형 노즐은 더 미세한 분무를 제공합니다. 예를 들어, 나선형 홈이 있는 노즐은 0.37 정도의 유출 계수를 갖는 반면 매끄러운 원통형 노즐은 0.7-0.8의 유출 계수를 갖습니다.

엔진 샤프트의 회전수가 증가하고 이에 따라 연료 펌프 샤프트의 회전수가 증가하면 연료 펌프 플런저의 속도가 증가하므로 토출 압력과 연료 흐름 속도가 증가합니다.

흐르는 연료 제트의 분해 과정을 고려하면 연료의 점도도 스프레이의 미세함에 영향을 미친다는 결론을 내릴 수 있습니다. 연료의 점도가 높을수록 분무 과정이 덜 완벽합니다. 실험 데이터에 따르면 연료의 점도가 높을수록 분무된 연료의 액적 크기가 커집니다.

앞에서 설명한 것처럼 노즐의 노즐에서 나오는 연료 분사는 별도의 나사산으로 나뉘며, 이 나사산은 차례로 별도의 방울로 나뉩니다. 물방울의 전체 덩어리는 소위 연료 토치를 형성합니다. 연료 토치는 노즐에서 멀어질수록 팽창하므로 결과적으로 밀도가 감소합니다. 한 섹션 내의 토치 밀도도 동일하지 않습니다.

연료 불꽃의 모양은 그림 1에 나와 있습니다. 토치 코어 1(더 조밀함) 및 쉘 2(덜 조밀함)를 보여주는 35. 곡선 3은 액적의 정량적 분포를 나타내고 곡선 4는 속도 분포를 나타냅니다. 토치 코어는 밀도와 속도가 가장 높습니다. 이 액적 분포는 다음과 같이 설명할 수 있습니다. 압축 공기 공간으로 들어가는 첫 번째 방울은 빠르게 운동 에너지를 잃지만 후속 방울의 움직임에 더 유리한 조건을 만듭니다. 결과적으로 후방 방울은 전방 방울을 따라 잡고 측면으로 밀고 움직이는 방울에 의해 뒤에서 제거 될 때까지 계속 앞으로 이동합니다. 등. 다른 것에 의해 어떤 방울을 밀어내는 이러한 과정은 노즐의 출구 섹션에서 제트의 에너지와 선행 방울을 밀 때 연료 입자 사이의 마찰을 극복하는 데 소비되는 에너지 사이에 평형이 발생할 때까지 지속적으로 계속됩니다. 연료 제트의 공기에 대한 제트의 마찰을 극복하고 공기를 동반하고 실린더에서 공기의 소용돌이 운동을 생성합니다.

연료 토치의 침투 깊이 또는 범위는 혼합물 형성 과정에서 매우 중요한 역할을 합니다. 연료 화염의 침투 깊이는 일정 시간 동안 화염의 선단이 침투하는 깊이로 이해된다. 화염 침투 깊이는 엔진 실린더의 연소 공간의 모양 및 치수와 일치해야 합니다. 토치의 범위가 짧으면 실린더 벽 근처의 공기가 연소 과정에 관여하지 않으므로 연료 연소 조건이 악화됩니다. 장거리에서 실린더 또는 피스톤의 벽에 떨어지는 연료 입자는 불완전 연소로 인해 탄소 침전물을 형성합니다. 따라서 토치 범위의 정확한 결정은 혼합물 형성 과정의 형성에서 결정적으로 중요합니다.

불행히도, 이 문제의 해결은 이론적으로 다른 방울의 움직임과 제트 방향으로의 공기 움직임을 촉진하는 효과 범위에 대한 영향을 고려하는 것으로 구성된 엄청난 어려움에 직면합니다.

토치 L f 의 범위를 결정하기 위해 얻은 모든 공식은 이러한 요소를 고려하지 않으며 개별 액적에 대해 본질적으로 유효합니다. 다음은 경험 법칙에서 얻은 bf를 결정하는 공식입니다.

여기? - 연료 제트의 속도;

0 - 노즐 노즐 채널의 이동 속도;

k는 분사 압력, 배압, 노즐 직경, 연료 유형 등에 따라 달라지는 계수입니다.

T는 범위 시간입니다.

공식 (26)을 유도할 때 k = const라고 가정하므로 현실을 반영하지 않으며 또한 이전에 표시된 요소의 영향을 고려하지 않습니다. 이 공식은 제트 전체가 아니라 개별 낙하의 비행을 결정하는 데 더 적합합니다.

범위를 결정하기 위한 실험 결과가 더 신뢰할 수 있습니다. 그림에서. 도 36은 범위 L f, 토치의 가장 큰 폭 B f 및 토치 상단의 이동 속도를 결정하기 위한 실험 결과를 나타낸다? 연료 펌프 롤러의 회전 각도에 따라? 폭탄의 다른 배압에서 r b.

노즐 노즐의 직경은 0.6mm입니다. 사출 압력 p f = 150kg/cm2 ; 분사된 연료량?V = 75mm 3 턴당. 펌프 샤프트 회전 속도는 1000rpm입니다. p의 토치 범위 b = 26kg / cm 2 도달 L f = 120cm, 속도는 약 125m/s이며 빠르게 25m/s로 떨어집니다.

곡선? = f(?) 및 L f = f(?)는 배압이 증가함에 따라 화염의 유출 범위와 속도가 감소함을 보여줍니다. 토치 폭 B f는 5°에서 12cm에서 펌프 샤프트의 25° 회전에서 25cm까지 다양합니다.

연료 공급 기간의 단축, 유속의 증가는 화염 전면의 초기 속도와 침투 깊이의 증가에 기여합니다. 그러나 더 미세한 스프레이 패턴으로 인해 토치 속도가 더 빨리 감소합니다. 노즐 직경이 증가함에 따라 일정한 유속을 유지하면서 토치의 범위가 증가합니다. 이것은 토치 코어의 밀도가 증가하기 때문입니다.

노즐 직경이 감소함에 따라 노즐의 총 면적은 변하지 않고 토치의 원뿔 각도가 증가하므로 토치의 범위가 감소하는 동안 드래그도 증가합니다. 노즐의 노즐 개구부의 총 면적이 증가함에 따라 분무 압력이 감소하고 유속이 감소하며 연료 화염의 범위가 감소합니다.

V.F. Ermakov의 실험은 연료를 실린더에 분사하기 전에 예열하는 것이 화염의 크기와 스프레이의 미세함에 상당한 영향을 미친다는 것을 보여줍니다.

그림에서. 도 37은 분사된 연료의 온도에 대한 화염(L f )의 길이의 의존성을 보여준다.

분사 시작부터 0.008초 동안의 연료 온도에 대한 화염 길이의 의존성은 그림 1에 나와 있습니다. 38. 온도가 증가함에 따라 화염의 폭은 증가하고 길이는 감소함을 발견하였다.

연료 온도가 증가함에 따라 화염의 모양이 변화하는 것은 더 미세하고 균일한 연료 분무를 나타냅니다. 연료 온도가 50 ° C에서 200 ° C로 증가함에 따라 화염 길이가 22 % 감소했습니다. 평균 액적 직경은 35°C의 연료 온도에서 44.5미크론에서 200°C의 연료 온도에서 22.6미크론으로 감소했습니다. 이러한 실험 결과를 통해 실린더에 연료를 분사하기 전에 연료를 가열하는 것이 디젤 엔진의 혼합물 형성.

수많은 연구에 따르면 연료의 자연 연소 과정은 증발이 선행됩니다. 이 경우 자연 발화 시점까지의 연료 증발량은 액적의 크기, 실린더 내 공기의 압력과 온도, 연료 자체의 물리화학적 특성에 따라 달라집니다. 연료의 휘발성이 증가하면 혼합물 형성 공정의 품질이 향상됩니다. 교수가 개발한 연료 화염의 증발 과정을 계산하는 방법. DN Vyrubov는 이 과정에서 다양한 요인의 영향을 평가할 수 있게 했으며 공기와 혼합된 연료 증기의 농도 장을 정량적으로 추정하는 것이 특히 중요합니다.

그것으로부터 충분한 거리에 있는 방울을 둘러싸고 있는 매질이 농도와 함께 모든 곳에서 동일한 온도와 압력을 갖는다고 가정합니다.

공식 (27)을 유도할 때, 방울은 구형이고 환경에 대해 움직이지 않는다고 가정했습니다. 0과 같은 증기(동시에 액적 표면의 직접 매체는 증기로 포화되고 분압은 액적 온도에 해당함), 액적의 완전한 증발 시간을 결정하는 공식을 얻을 수 있습니다.

실린더의 공기 온도는 연료 증발 속도에 가장 큰 영향을 미칩니다. 압축비가 증가함에 따라 공기 온도의 증가로 인해 액적의 증발 속도가 증가합니다. 이 경우 압력이 증가하면 증발 속도가 다소 느려집니다.

연소 공간에 대한 연료 입자의 균일한 분포는 주로 연소실의 모양에 의해 결정됩니다. 선박용 디젤 엔진에서는 분리되지 않은 챔버(이 경우 혼합을 단일 챔버라고 함)와 분리된 챔버(프리 챔버, 와류 챔버 및 공기 챔버 혼합 포함)가 사용되었습니다. 1 챔버 혼합물 형성이 가장 큰 응용 분야입니다.

단일 챔버 혼합물 형성은 압축 공간의 부피가 실린더 헤드의 바닥, 실린더의 벽 및 피스톤의 바닥에 의해 제한된다는 사실이 특징입니다. 연료는 이 공간에 직접 분사되므로 스프레이 패턴은 가능한 한 연료 입자가 연소 공간에 고르게 분포되도록 해야 합니다. 이것은 연소실과 연료 스프레이 플룸의 모양을 조정하면서 연료 플룸의 스프레이 범위와 미세함에 대한 요구 사항을 관찰함으로써 달성됩니다.

그림에서. 도 39는 다양한 분할되지 않은 연소실의 다이어그램을 도시한다. 이러한 모든 연소실은 구성이 간단하고 실린더 헤드의 설계를 복잡하게 할 필요가 없으며 상대 냉각 표면 F 냉각 / V c의 값이 작습니다. 그러나 다음과 같은 심각한 단점이 있습니다. 연소실 공간에 연료가 고르지 않게 분포되어 결과적으로 완전한 연료 연소를 위해서는 상당한 초과 공기 비율(? = 1.8? 2.1)이 필요합니다. ; 필요한 분무 미세도는 높은 연료 분사 압력에 의해 달성되며, 이는 연료 장비에 대한 요구 사항을 증가시키고 혼합물 형성 과정은 연료 유형 및 엔진 작동 모드의 변화에 ​​민감합니다.

연소실은 다음 그룹으로 나눌 수 있습니다. 피스톤의 챔버(도식 1-5); 실린더 커버의 챔버(그림 6-8); 피스톤과 덮개 사이(도식 11-15); RPM이 있는 엔진의 두 피스톤 사이(도식 9-10).

중속 및 다회전 디젤 엔진의 피스톤 챔버 중 가장 널리 사용되는 챔버는 피스톤의 오목한 부분이 스프레이 패턴의 모양을 재현하여 분포의 균일성을 높이는 형태 2의 챔버입니다. 연료 입자의. 분리되지 않은 챔버에서 혼합물 형성을 개선하기 위해 실린더의 공기 충전물에 와류 운동이 주어집니다.

4행정 디젤 엔진에서 와류 운동은 흡기 밸브의 스크린을 설정하거나 실린더 헤드의 흡기 채널의 적절한 방향에 의해 달성됩니다(그림 40). 입구 밸브에 스크린이 있으면 밸브의 흐름 영역이 줄어들어 유압 저항이 증가하므로 입구 채널의 곡률을 사용하여 와류 공기 운동을 형성하는 것이 더 편리합니다. 2행정 디젤 엔진에서 공기 소용돌이는 퍼지 창의 접선 배열에 의해 달성됩니다. 챔버에서 매우 균일한 혼합물 형성이 이루어지며 대부분이 피스톤에 있습니다(그림 39, 스킴 4 및 5 참조). 그 안에서 공기가 서브 피스톤 공간(압축 행정 동안)에서 챔버로 흐를 때 피스톤에 반경 방향 와류가 생성되어 더 나은 혼합물 형성에 기여합니다. 이러한 유형의 카메라는 "세미 분할"이라고도 합니다.

실린더 덮개에 위치한 챔버(그림 39, 계획 6-8 참조)는 2행정 엔진에 사용됩니다. 피스톤과 실린더 덮개 사이의 챔버(그림 39, 구성표 11-15)는 피스톤이나 실린더 덮개에 큰 움푹 들어간 곳이 없는 가장 유리한 모양입니다. 이러한 카메라는 주로 2행정 디젤 엔진에 사용됩니다.

두 피스톤 사이의 연소실(그림 39, 그림 9 및 10 참조)에서 노즐 축은 실린더 축에 수직으로 향하고 노즐 구멍의 위치는 동일한 평면에 있습니다. 이 경우, 인젝터는 정반대 방향으로 배열되어 연소실 공간에 걸쳐 균일한 연료 입자 분포를 달성합니다.

혼합물 형성 과정은 고압 노즐을 사용한 연료 분무의 결과로 수행되며, 챔버 내 충전물의 유도된 와류 이동 및 때로는 연료가 증발되는 부분의 온도 조절에 의해 수행됩니다.

혼합물 형성의 유형.

연료 분사의 특성에 따라 분할되지 않은 연소실에서 수행되는 체적, 필름 및 체적 필름(혼합) 유형의 혼합물 형성이 있습니다.

체적 혼합- 연료가 공기 중에 분사됩니다. 이 방법을 사용하면 연소실 벽에 연료가 유입되지 않습니다. 이 혼합물 형성은 2행정 엔진에서 발생합니다.

필름 블렌딩- 연료의 대부분이 챔버의 벽에 떨어지고 얇은 액막 형태로 퍼집니다. 이 경우 좋은 점화를 위해 약 5%의 연료가 압축 공기에 분사되고 나머지는 벽에 분사됩니다.

- 연료의 일부는 공기 중으로 분사되고 일부는 벽에 분사됩니다.

벌크 필름 혼합물 형성 방법 중 하나는 Meurer가 제안하고 MAN(독일)이 개발했습니다. 다음과 같은 특징이 있습니다.

더 나은 점화 및 연소를 위해 연료의 5%를 압축 공기에 주입하고 연료의 대부분(95%)을 10-15μm 두께의 필름 형태로 벽에 도포합니다.

가열된 공기에 주입된 연료는 자발적으로 점화된 다음 실린더 벽에서 필름이 증발하고 연료 증기를 공기와 혼합하는 동안 형성된 가연성 혼합물을 점화합니다.

연소가 시작되면 벽 표면의 연료가 상대적으로 천천히 증발하고 연소가 천천히 시작됩니다. 그런 다음 피스톤이 BDC로 이동하여 엔진이 부드럽고 조용하게 작동하는 동안 프로세스가 가속화됩니다.

이 연소 과정을 통해 가솔린, 등유, 나프타, 디젤유 등 엔진에서 다양한 연료를 사용할 수 있습니다.

연소실은 공기 충전물의 강렬한 소용돌이 운동을 생성하는 프로펠러를 개발하여 우수한 증발 및 혼합물 형성에 기여합니다.

유사한 프로세스를 가진 엔진을 다중 연료 엔진이라고 합니다.

분할 연소실에서의 혼합

혼합물 형성을 개선하기 위해 별도의 연소실이 사용됩니다. 혼합물 형성에는 사전 챔버와 와류 챔버의 두 가지 유형이 있습니다.

프리챔버 믹싱다음과 같은 방식으로 특징지어집니다.

1. 연소실은 두 부분으로 나뉩니다. (0.25-0.4) V s의 부피를 가진 사전 챔버와 사전 챔버에서 가스가 빠르게 흐르는 것을 방지하는 좁은 채널로 상호 연결된 메인 챔버 실린더. 결과적으로 최대 연소 압력이 낮고 엔진이 매우 부드럽게 작동합니다.

2. 전실의 압축 과정에서 실린더의 좁은 채널을 통해 고속 (200-300m / s)의 오버플로로 인해 공기의 무작위 난류 운동이 생성됩니다. 이 경우 혼합물 형성은 엔진이 연료 유형에 매우 민감하지 않고 분사 압력이 감소하기 때문에 연료 분무 품질이 아니라 프리 챔버의 공기 흐름 강도에 의해 결정됩니다. (10-13MPa).

3. 좁은 채널의 존재와 연소실의 발달된 표면은 프리챔버의 벽을 통한 큰 열 손실 및 가스가 프리챔버로 유입되고 역방향으로 흘러갈 때 에너지 손실을 초래하여 냉간 엔진 시동을 어렵게 만들고 엔진 성능을 손상시킵니다. 능률.

시동을 용이하게 하기 위해 압축비가 20-21로 증가하고 시동 시 켜지는 사전 챔버에 예열 플러그가 설치됩니다.

와류 챔버 혼합사전 챔버와 달리 다음과 같은 특징이 있습니다.

1. 압축 과정에서 공기의 조직적인 회전 운동이 생성되는 와류 챔버(0.5-0.8) V s의 큰 부피.

2. 큰 흐름 영역과 결과적으로 와류 챔버에서 메인 챔버로 연소 가스의 빠른 흐름으로 인해 실린더의 높은 연소 압력.

3. 큰 흐름 단면으로 인해 오버플로 동안 전하 에너지 손실이 비교적 적습니다. 안정적인 시동을 위해 와류 챔버 모터는  = 17-20입니다.

1. 가솔린 엔진에서의 혼합

1.1 기화 중 혼합물 형성

1.2 중앙 및 다중 포트 연료 분사를 통한 혼합물 형성

1.3 가스 엔진의 혼합물 형성 특징

2. 디젤 엔진에서의 혼합

2.1 혼합물 형성의 특징

2.2 혼합물 형성 방법. 연소실 유형

서지 목록

1. 가솔린 엔진에서의 혼합

스파크 점화 엔진에서 혼합은 연료와 공기의 계량, 연료의 분무 및 증발, 공기와 혼합을 수반하는 상호 관련된 복잡한 과정을 의미합니다. 고품질 혼합물 형성은 엔진의 고출력, 경제적 및 환경적 성능을 얻기 위한 전제 조건입니다.

혼합물 형성 과정은 연료의 물리 화학적 특성과 공급 방법에 크게 좌우됩니다. 외부 혼합물 형성 엔진에서 혼합물 형성 과정은 기화기(노즐, 믹서)에서 시작하여 흡기 매니폴드에서 계속되고 실린더에서 끝납니다.

연료 제트가 기화기 또는 노즐의 노즐을 떠난 후 제트는 공기 역학적 항력의 영향으로 분해되기 시작합니다(공기와 연료의 속도 차이로 인해). 분무의 미세함과 균일성은 디퓨저의 공기 속도, 연료의 점도 및 표면 장력에 따라 달라집니다. 기화기 엔진이 상대적으로 낮은 온도에서 시동되면 실제로 연료 분무가 없으며 액체 상태의 연료의 최대 90% 이상이 실린더로 들어갑니다. 결과적으로 안정적인 시동을 보장하려면 주기적인 연료 공급을 크게 늘려야 합니다(α를 ≈ 0.1-0.2 값으로 가져옴).

연료의 액체상의 분무 과정은 흡기 밸브의 흐름 영역과 불완전하게 열린 스로틀 밸브로 형성된 틈에서 발생합니다.

공기와 연료 증기의 흐름에 의해 운반된 연료 방울의 일부는 계속 증발하고 일부는 혼합 챔버, 흡기 매니폴드 및 블록 헤드의 채널 벽에 필름 형태로 침전됩니다. 공기 흐름과의 상호 작용으로 인한 접선 힘의 작용으로 필름은 실린더 쪽으로 이동합니다. 공기-연료 혼합물과 연료 액적의 이동 속도가 미미하게(2-6m/s) 다르기 때문에 액적의 증발 속도가 낮습니다. 필름의 표면에서 증발이 더 강렬합니다. 필름 증발 과정을 가속화하기 위해 기화기 및 중앙 분사 엔진의 흡기 매니폴드가 가열됩니다.

흡기 매니폴드 분기의 다른 저항과 이러한 분기의 고르지 않은 필름 분포로 인해 실린더 전체의 혼합물 구성이 고르지 않습니다. 혼합 조성의 불균일 정도는 15-17%에 달할 수 있습니다.

연료가 증발하면 분류 과정이 진행됩니다. 우선, 가벼운 부분은 증발하고 무거운 부분은 액체 상태로 실린더로 들어갑니다. 실린더 내 액체상의 불균일한 분포의 결과로, 연료-공기 비율이 다른 혼합물뿐만 아니라 분수 조성이 다른 연료도 있을 수 있습니다. 결과적으로 다른 실린더에 있는 연료의 옥탄가는 동일하지 않습니다.

혼합물 형성의 품질은 속도 n이 증가함에 따라 향상됩니다. 일시적인 조건에서 엔진 성능에 대한 필름의 부정적인 영향은 특히 두드러집니다.

다점 분사 엔진에서 혼합물의 고르지 않은 구성은 주로 인젝터의 식별에 의해 결정됩니다. 혼합물 조성의 불균일 정도는 외부 속도 특성에 따라 운전할 때 ± 1.5%, 최소 회전 속도 n x.x에서 공회전 시 ± 4%입니다. 분

연료가 실린더에 직접 분사되면 두 가지 혼합물 형성 방법이 가능합니다.

- 균질한 혼합물을 얻는 것;

- 요금 계층화.

후자의 혼합물 형성 방법의 구현에는 어려움이 따릅니다.

외부 혼합 가스 엔진에서 연료는 기체 상태로 공기 흐름에 도입됩니다. 낮은 끓는점, 높은 확산 계수 및 연소에 필요한 이론적으로 필요한 공기량의 상당히 낮은 값(예: 가솔린의 경우 - 58.6, 메탄 - 9.52(m3 공기)/(m3 연료))은 거의 균질한 가연성 혼합물을 제공합니다. 실린더에 대한 혼합물의 분포가 더 균일합니다.

1.1 기화 중 혼합물 형성

연료 분사. 연료 제트가 기화기 노즐을 떠난 후 붕괴가 시작됩니다. 공기역학적 항력(공기 속도가 연료 속도보다 훨씬 높음)의 작용으로 제트는 다양한 직경의 필름과 물방울로 분해됩니다. 기화기의 출구에서 액적의 평균 직경은 대략 100미크론과 같은 것으로 간주될 수 있습니다. 향상된 분무는 액적의 총 표면적을 증가시키고 더 빠른 증발을 촉진합니다. 디퓨저의 공기 속도를 높이고 연료의 점도와 표면 장력을 줄임으로써 분무의 미세함과 균일성이 향상됩니다. 기화기 엔진을 시작할 때 실제로 연료 분무가 없습니다.

연료막 형성 및 이동. 기류와 중력의 영향으로 일부 액적은 기화기 및 흡기 매니폴드의 벽에 침전되어 연료막을 형성합니다. 연료막은 벽에 대한 접착력, 기류 측면의 접선력, 단면 둘레를 따른 정압의 차이, 중력 및 표면 장력의 영향을 받습니다. 이러한 힘의 작용으로 영화는 복잡한 운동 궤적을 얻습니다. 그 이동 속도는 혼합물 흐름의 속도보다 수십 배 낮습니다. 최대량의 피막은 풍속 및 연료 분무의 미세도가 낮을 ​​때 최대 부하 및 저속에서 형성됩니다. 이 경우 흡기매니폴드 출구에서 필름의 양은 총 연료 소비량의 최대 25%가 될 수 있습니다. 가연성 혼합물의 물리적 상태 비율의 특성은 연료 공급 시스템의 설계 기능에 따라 크게 달라집니다(그림 1).

쌀. 1. 기화(a), 중앙(b) 및 분산(c) 분사 중 연료 공급: 1 - 공기; 2 - 연료; 3 - 가연성 혼합물

연료 증발. 연료는 비교적 낮은 온도에서 액적과 필름의 표면에서 증발합니다. 액적은 약 0.002-0.05초 동안 엔진 흡기 시스템에 있습니다. 이 시간 동안 그들 중 가장 작은 것만 완전히 증발합니다. 낮은 액적 증발 속도는 주로 열 및 물질 전달의 분자 메커니즘에 의해 결정됩니다. 대부분의 경우 액적은 미미한 공기 분사로 이동하기 때문입니다. 따라서 액적 증발은 분무의 미세도와 연료의 초기 온도에 의해 현저하게 영향을 받는 반면 기류 온도의 영향은 미미하다.

연료 필름은 스트림에 의해 집중적으로 날아갑니다. 이 경우 흡기관 벽과의 열교환은 증발에 매우 ​​중요하므로 중앙 분사 및 기화 중에 흡기관은 일반적으로 엔진 냉각액 또는 배기 가스에 의해 가열됩니다. 흡기 관로의 설계 및 기화기 엔진의 작동 모드 및 흡기 매니폴드의 출구에서 중앙 분사로 가연성 혼합물의 연료 증기 함량은 60-95%가 될 수 있습니다. 증발 과정은 흡입 및 압축 행정 동안 실린더에서 계속됩니다. 연소가 시작되면 연료가 거의 완전히 증발합니다.

따라서 콜드 스타트 ​​및 워밍업 모드에서 연료의 온도, 흡입관의 표면 및 공기가 작을 때 가솔린의 증발이 최소화되고 시동 모드에서도 스프레이가 거의 없으며, 혼합물 형성 조건은 매우 불리합니다.

실린더 전체에 걸친 혼합물의 고르지 않은 구성. 흡기 지점의 불균등한 저항으로 인해 개별 실린더에 공기를 채우는 것이 다를 수 있습니다(2-4%). 기화기 엔진의 실린더에 대한 연료 분포는 주로 필름의 불균일한 분포로 인해 훨씬 ​​더 큰 불균일성을 특징으로 할 수 있습니다. 이것은 실린더의 혼합물 구성이 동일하지 않음을 의미합니다. 혼합물 조성의 불균일 정도가 특징입니다.

여기서 α i는 초과 공기의 계수입니다. i번째 실린더; α는 기화기 또는 중앙 분사 인젝터에 의해 준비된 혼합물의 공기 과잉 비율의 평균 값입니다.

Di> 0이면 이 실린더의 혼합물이 전체 엔진보다 희박하다는 것을 의미합니다. α의 값은 i번째 실린더를 떠나는 배기 가스의 조성을 분석하여 결정하기 가장 쉽습니다. 흡입관 설계가 실패한 혼합 조성의 불균일 정도는 20 %에 도달 할 수 있으며 이는 경제, 환경, 동력 및 기타 엔진 작동 지표를 크게 악화시킵니다. 혼합물의 고르지 않은 구성은 또한 엔진의 작동 모드에 따라 다릅니다. 주파수 n이 증가함에 따라 연료의 분무화 및 증발이 향상되므로 혼합 조성의 불균일이 감소합니다(그림 2a). 혼합물 형성은 또한 부하의 감소와 함께 개선되며, 특히 혼합물 조성의 불균일 정도의 감소로 표현된다(도 2b).

혼합물이 형성되는 동안 가솔린이 분류됩니다. 이 경우 우선 가벼운 부분이 증발하고 (옥탄가가 낮음) 방울과 필름에서는 주로 중간 및 무거운 부분입니다. 실린더 내 연료 액체상의 불균일한 분포로 인해 α가 다른 혼합물이 나타날 수 있을 뿐만 아니라 연료의 분수 구성(결과적으로 옥탄가)도 같지 않을 수 있습니다. 실린더 위의 가솔린 ​​첨가제, 특히 노크 방지 첨가제의 분포에도 동일하게 적용됩니다. 혼합물 형성의 표시된 특징으로 인해 혼합물은 기화기 엔진의 실린더에 들어가며, 일반적으로 연료 구성과 옥탄가가 다릅니다.

쌀. 2. 1기통, 2기통, 3기통, 4기통의 혼합조성 불균일 정도의 변화는 회전수 n(풀 스로틀)(a)과 부하(n = 2000 min -1)(b)

1.2 중앙 및 다중 포트 연료 분사를 통한 혼합물 형성

기화와 비교하여 연료 분사는 다음을 제공합니다.

1. 기화기가 없을 때 흡기 시스템의 공기 역학적 저항 감소로 인한 충전 비율의 증가와 흡기 경로의 더 짧은 길이로 인한 흡기 가열.
2. 엔진 실린더 전체에 연료가 더 고르게 분배됩니다. 연료 분사가있는 실린더의 초과 공기 비율의 차이는 6-7 %이고 기화의 경우 20-30 %입니다.
3. 입구에서 새로운 충전물의 가열이 적고 실린더에 연료가 더 고르게 분포되기 때문에 동일한 옥탄가의 연료로 압축비를 0.5-2 단위로 증가시킬 가능성.
4. 에너지 지표(Ni, Ne 등)가 3~25% 증가합니다.
5. 향상된 엔진 가속 및 더 쉬운 시동.

기화기 엔진에서 이러한 과정의 과정과 유사한 중앙 분사 동안 혼합물 형성 과정을 고려하고 이러한 과정 간의 주요 차이점에 주목합시다.

연료 분사. 분사 시스템은 평소와 같이 증가된 압력 하에서 연료를 흡기 매니폴드(중앙 분사) 또는 실린더 헤드의 흡기 포트(분산 분사)로 전달합니다(그림 1b, c).

중앙 및 분산 분사 시스템의 경우 나열된 매개변수 외에도 분무의 미세도는 분사 압력, 노즐의 분무 노즐 모양 및 그 안의 가솔린 ​​유량에 따라 달라집니다. 이러한 시스템에서 전자기 노즐이 가장 널리 사용되며 0.15 - 0.4 MPa의 압력으로 연료가 공급되어 노즐 유형(제트, 핀 또는 원심). 침탄의 경우 이 직경은 최대 500 µm입니다.

연료막 형성 및 이동. 가솔린 분사 시 형성되는 피막의 양은 노즐의 설치 위치, 분사 범위, 분무 미세도 및 각 실린더에 분사되는 분산 분사 방식에 따라 달라집니다. 연습에 따르면 분사를 구성하는 모든 방법에서 필름의 질량은 공급 된 연료 총량의 최대 60 ... 80 %입니다.

연료 증발. 필름은 흡기 밸브 표면에서 특히 집중적으로 증발합니다. 그러나 이 증발의 지속 시간은 짧기 때문에 흡기 밸브 판에 분사되는 분사와 최대 연료 공급 상태에서 엔진이 작동하면 실린더에 들어가기 전에 연료 사이클 용량의 30-50%만 증발합니다.

입구 채널의 벽에 분산 분사로 인해 필름의 저속으로 인해 증발 시간이 증가하고 증발 된 연료의 비율이 50-70 %로 증가합니다. 회전 속도가 높을수록 증발 시간이 짧아지므로 증발된 휘발유의 비율도 감소합니다.

다점 분사 중에 흡기 매니폴드를 가열하는 것은 바람직하지 않습니다. 혼합물 형성을 눈에 띄게 개선할 수 없습니다.

실린더 전체에 걸친 혼합물의 고르지 않은 구성. 분산 분사 엔진에서 실린더 전체의 고르지 않은 혼합물 구성은 인젝터의 제조 품질(식별)과 분사된 연료의 용량에 따라 달라집니다. 일반적으로 분산 주입의 경우 혼합물의 불균일이 작습니다. 가장 큰 값은 최소 주기 용량(특히 유휴 모드)에서 발생하며 ± 4%에 도달할 수 있습니다. 엔진이 최대 부하에서 작동 중일 때 혼합 구성의 불균일은 ± 1.5 %를 초과하지 않습니다.

1.3 가스 엔진의 혼합물 형성 특징

외부 혼합의 경우 혼합물의 품질은 기체의 끓는점과 확산 계수에 따라 달라집니다. 따라서 가스 연료 및 외부 혼합물 형성에서 작동할 때 거의 균질한 가연성 혼합물의 형성이 보장되고 흡입관 표면의 액막 형성이 배제됩니다. 가스 엔진의 경우 흡기 매니폴드의 가열이 필요하지 않습니다.

공기-가스 혼합물은 액체 연료와의 혼합물보다 실린더 전체에 더 고르게 분포됩니다. 내부 혼합은 몇 가지 유형의 2행정 및 4행정 고정 가스 엔진에 사용됩니다. 이 경우 혼합물 형성의 품질은 외부 혼합물 형성보다 열악하지만 실린더의 분사로 인한 가스 손실은 제외됩니다.

2. 디젤 엔진에서의 혼합

디젤 엔진의 혼합은 압축 행정이 끝나고 팽창 행정이 시작될 때 발생합니다. 이 과정은 크랭크축 회전의 20-60 °에 해당하는 짧은 시간 동안 계속됩니다. 디젤 엔진에서 이 과정은 다음과 같은 특징을 가지고 있습니다.

혼합은 실린더 내부에서 발생하며 주로 연료 분사 과정에서 수행됩니다.

기화기 엔진과 비교할 때 혼합물 형성 기간은 몇 배 더 짧습니다.

제한된 시간 조건에서 제조된 가연성 혼합물은 높은 불균일성을 특징으로 합니다. 연소실의 부피에 대한 연료의 고르지 않은 분포. 높은 연료 농도 영역(로컬(로컬) 초과 공기 비율 값이 낮음)과 함께 연료 농도가 낮은 영역(α 값이 큼)이 있습니다. 이 상황은 과잉 공기의 총 계수 a> 1.2가 비교적 큰 디젤 실린더에서 연료 연소의 필요성을 미리 결정합니다.

따라서 가연성 혼합물의 가연성 한계가 있는 기화기 엔진과 달리 디젤 엔진에서 α는 연료 점화 조건을 특성화하지 않습니다. 디젤 엔진의 점화는 총 α 값에서 실제로 가능합니다. 연소실(CC)의 다른 구역에서 혼합물의 조성은 광범위하게 변합니다. 0에서(예: 연료 방울의 액체 상태) 연료가 없는 방울 외부의 무한 ¾까지.

2.1 혼합물 형성의 특징

디젤 엔진의 혼합 공정에는 연료 분무 및 연료 화염 발생, 예열, 연료 증기 증발 및 공기와 혼합이 포함됩니다.

연료 분사. 디젤 엔진 실린더의 연료 분사 및 분무는 특수 장치를 사용하여 수행됩니다. 특히 분무기의 노즐 구멍 수가 다른 다양한 유형의 노즐이 있습니다.

제트를 작은 방울로 분사하면 액체 용량의 표면이 크게 증가합니다. 동일한 질량의 단일 방울에 대한 형성된 방울 세트의 표면 비율은 방울 수의 세제곱근과 거의 같습니다. 분무 결과 총 액적 수는 (0.5-20) · 10 6에 도달하여 표면이 약 80-270 배 증가합니다. 후자는 최대 2000 ° C 이상의 고온을 갖는 연소실에서 액적과 공기 사이의 빠른 열 및 물질 전달 과정을 제공합니다. 디젤에서 빠른 연소를 제공하는 입자 크기는 5 - 40 마이크론입니다.

분무의 미세함과 균질성을 동시에 평가하기 위해 분무 특성이 사용됩니다. 이는 액적 d의 직경과 상대적 함량 Ω 사이의 관계인 최소 직경에서 a까지의 직경을 갖는 액적 부피의 비율입니다. 모든 액적의 부피에 대해 1이 주어집니다. 의존성 Ω = f(d k)는 그림 1에 나와 있습니다. 3. 전체 분무 특성이 세로축에 가파르고 가까울수록 연료가 미세하고 균일하게 분무됩니다. 표시된 부피 대신에 액적의 상대 질량을 세로 좌표를 따라 표시할 수 있습니다.

연료 토치 개발. (상대적으로 큰 입자로) 제트의 1차 분해는 노즐 오리피스를 통한 연료의 흐름 동안 발생하는 난류 섭동과 노즐 입구에서 나오는 연료의 탄성 팽창을 통해 발생합니다. 결과적으로 큰 입자는 비행 중에 매체의 공기 역학적 저항력에 의해 더 작은 입자로 부서집니다.

토치(제트)의 모양은 길이 L st, 테이퍼 각도 γ st 및 너비 B st(그림 4)로 특징지어집니다. 플레어 형성은 사출 공정이 진행됨에 따라 점진적으로 발생합니다. 화염의 길이 L st 는 새로운 연료 입자가 상단으로 계속 "전진"하기 때문에 증가합니다. 화염 선단의 진행 속도(st)는 매질의 저항이 증가하고 입자의 운동 에너지가 감소함에 따라 감소하고 화염의 폭(B st )이 증가한다. 분무기의 노즐 개구부의 원통 형상에서 테이퍼 각도 B st 는 B st = 12-20 °입니다. 그림에서. 도 5는 시간 L st, st, B st의 변화를 나타낸다.

플레어의 형태로 실린더에 도입된 연료는 공기 충전에 고르지 않게 분포됩니다. 분무기의 설계에 의해 결정되는 플레어의 수는 제한되어 있습니다. 연소실에서 연료가 고르지 않게 분포되는 또 다른 이유는 플레어 자체의 불균일한 구조입니다.

일반적으로 토치(그림 6)에서는 코어, 중간 부분 및 쉘의 세 영역이 구분됩니다. 코어는 이동 속도가 가장 높은 큰 연료 입자로 구성됩니다. 토치의 중간 부분에는 공기 역학적 항력에 의해 전면 코어 입자가 분쇄되는 동안 형성되는 많은 양의 작은 입자가 포함됩니다. 운동 에너지를 잃은 미립화된 연료 입자는 옆으로 밀려나고 토치에 의해 길을 따라 동반된 공기 흐름으로 인해 계속 움직입니다. 껍질에는 최소 이동 속도의 가장 작은 입자가 포함되어 있습니다.

연료 분무의 매개변수와 연료 화염의 발달에 대한 영향은 분무기의 설계, 분사 압력, 연료가 분사되는 매체의 상태 및 연료 자체의 특성에 의해 영향을 받습니다.

원통형 노즐 구멍이 있는 분무기(그림 7a)는 다중 구멍 및 단일 구멍, 개방 및 폐쇄(차단 바늘 포함)일 수 있습니다. 핀 노즐(그림 7b)은 단일 구멍 폐쇄형으로만 만들어집니다. 역류 및 나선형 소용돌이가 있는 스프레이는 열릴 수만 있습니다(그림 7c, d). 원통형 노즐은 작은 팽창 원뿔과 높은 침투력으로 비교적 컴팩트한 플레어를 제공합니다.

쌀. 7. 스프레이 노즐의 종류: a) 원통형; b) 핀; c) 카운터 스트림과 함께; d) 소용돌이와 함께

스프레이 건의 노즐 구멍의 구멍 d 0의 직경이 증가함에 따라 화염의 침투 깊이가 증가합니다. 잠금식 바늘이 없는 개방형 분무기는 폐쇄형 분무기보다 품질이 낮은 것이 특징이며 디젤 엔진에 연료 분사에 사용되지 않습니다. 핀 스프레이어의 경우 토치는 속이 빈 원뿔 모양입니다. 이것은 공기 중의 연료 분포를 개선하지만 화염의 침투를 감소시킵니다.

사출 압력이 증가함에 따라 토치 길이가 증가하고 분무의 섬도 및 균일성이 향상됩니다. 엔진 부하와 속도 n이 증가함에 따라 스프레이 품질이 향상됩니다.

디젤 실린더 내부의 매체(작동유체)의 상태는 혼합물 형성 과정에 큰 영향을 미칩니다. 일반적으로 2.5 - 5.0 MPa 범위 내에서 연소실의 압력이 증가함에 따라 화염의 진행에 대한 저항이 증가하여 길이가 감소합니다. 동시에 스프레이 품질은 미미하게 변경됩니다. 750 ... 1000 K 범위의 공기 온도가 증가하면 연료 입자의 더 강렬한 증발로 인해 화염 길이가 감소합니다. 실린더 내 매체의 움직임은 화염 및 연소실 부피의 균일한 연료 분포에 긍정적인 영향을 미칩니다. 연료 온도의 증가는 화염 길이의 감소와 더 미세한 분무로 이어지며, 이는 가열된 연료의 점도 감소로 인한 것입니다. 더 높은 밀도와 점도를 가진 더 무거운 연료는 자연적으로 동일한 조건에서 가벼운 자동차 연료보다 더 잘 분무됩니다.

가열, 증발 및 혼합. 뜨거운 공기의 미립화된 연료 입자는 빠르게 가열되어 증발하며, 이 과정은 표면적 대 부피 비율이 가장 높은 분무 입자의 경우 더 강렬합니다. 실습에 따르면 연소실에서 직경이 10 - 20 μm인 입자는 (0.5 - 0.9) -10 -3 초의 시간에 완전히 증발할 시간이 있습니다. 점화가 시작되기 전에. 더 큰 입자의 증발은 초기 연소 과정에서 끝납니다.

아직 증발되지 않은 액적 주변의 증기 농도는 다양합니다. 표면에서 최대이며 측면으로의 거리에 따라 지속적으로 감소합니다. 위에서 언급했듯이 과잉 공기 비율의 국소 값은 매우 넓은 범위에서 다양합니다. 공기에 대한 입자의 움직임은 미세 혼합물의 연료 분포를 어느 정도 고르게 합니다. 형성된 증기의 일부는 입자 운동의 궤적을 따라 흩어지며 연료와 공기의 혼합은 토치 내부에서 부분적으로 발생하는데, 이는 토치 형성 중 토치의 코어로 공기의 동반으로 인해 발생합니다. 그러나 노심에 고농도의 연료와 덜 유리한 온도 조건은 이 구역의 증발 과정을 상당히 느리게 합니다.앞에서 언급한 것은 점화가 시작되기 전에 실린더에 들어간 연료 부분의 혼합물 형성 과정을 특징으로 합니다. 결과적으로 나머지 연료의 혼합물 형성이 상당히 가속화됩니다. 더 높은 온도와 압력에서 연소 과정이 시작되는 조건에서 진행됩니다. 가연성 혼합물의 품질은 연료와 공기의 혼합 속도에 의해 크게 결정됩니다. 분사 초기에 챔버에 들어가는 연료의 일부의 혼합물 형성은 연소 챔버의 작업 프로세스에 상당한 영향을 미칩니다.미세 혼합물의 개별 영역에서 예염 화학 반응 동안 임계 농도 중간 산화 생성물이 발생하여 열 폭발과 1차 화염 부위가 나타납니다. 이러한 초점이 나타날 가능성이 가장 높은 영역은 연료 증기의 농도가 최적인 증발 입자 근처의 공간입니다(α = 0.8-0.9). 불꽃의 1차 초점은 우선 횃불의 주변에 형성되기 때문에 연소용 연료를 준비하는 물리적 및 화학적 과정은 여기서 더 일찍 끝납니다.

2.2 혼합물 형성 방법. 연소실 유형

연소실을 통한 연료의 분배는 연료의 운동 에너지와 움직이는 공기 충전으로 인해 수행됩니다. 이러한 에너지의 비율은 혼합물 형성 방법과 CC의 모양에 따라 결정됩니다. 현대 자동차 디젤 엔진에서는 체적, 벽 근처(필름), 결합, 사전 챔버 및 와류 혼합물이 사용됩니다. CW는 연료 공급 장비와 결합하여 혼합물 형성 및 연소 과정의 조건을 결정합니다. 연소실은 다음을 제공하도록 설계되었습니다.

TDC에서 가능한 가장 낮은 계수와 최단 시간에 연료의 완전 연소;

연소 중 압력의 부드러운 증가 및 사이클의 최대 압력 허용 값 p z;

벽에 대한 최소한의 열 손실;

연료 장비에 허용되는 작동 조건.

체적 혼합. 연료가 단일 캐비티(분할되지 않은) 연소실의 체적에서 분무되고 그 중 일부만 벽 근처 층으로 들어가는 경우 혼합물 형성을 체적이라고 합니다. 이러한 CC는 깊이가 얕고 직경이 크며, 무차원 수량(CC 직경 대 실린더 직경의 비율: d ks / D = 0.75 - 0.85)을 특징으로 합니다. 이러한 COP는 일반적으로 피스톤에 위치하며 노즐, COP 및 실린더의 축이 일치합니다(그림 8b).

체적 혼합물이 형성되는 디젤 엔진의 작동주기는 다음과 같은 특징이 있습니다.

혼합은 높은 최대 분사 압력(p inr max = 50 - 150 MPa)에서 연료의 미세 분무에 의해 보장되며, 피스톤이 작동할 때 피스톤 칼라와 실린더 헤드 사이의 틈에서 공기의 변위로 인해 연소실의 난류가 발생합니다. TDC에 접근합니다.

공기 중 연료의 균일한 분포는 연소기의 형태와 연료 플레어의 모양 및 위치의 상호 일치에 의해 보장됩니다.

공칭 모드의 연소 과정은 α = 1.50-1.6 이상에서 수행됩니다. 낮은 α에서 연소실의 부피에 걸쳐 연료가 고르지 않게 분포된 결과로, 챔버와 토치의 모양의 조정과 고분사 사용에도 불구하고 무연 연소를 보장할 수 없습니다. 압력;

작업 사이클은 높은 최대 연소 압력 p z 및 높은 압력 상승률 Δр / Δφ가 특징입니다.

용적식 엔진은 표시기 효율이 높습니다. TDC에서 연료가 비교적 빠르게 연소되고 연소실 벽에서 열 손실이 낮고 시동 품질이 우수하기 때문입니다.

매우 중요한 것은 연료 증기가 주변 공기로 확산되는 연료 제트의 표면입니다. 연료 제트의 분산 각도는 일반적으로 20 °를 초과하지 않습니다. 제트와 공기의 사용으로 연소실의 전체 부피를 완전히 덮으려면 이론적으로 노즐의 스프레이 구멍 수는 i c = 360/20 = 18이어야 합니다.

분사구 fc의 유동 면적의 크기는 디젤 엔진의 종류와 크기, 흡기 본체 앞의 조건에 따라 결정됩니다. 이는 우수한 혼합물 형성 및 열 방출을 보장하는 조건에 의해 제한되는 주입 시간 및 압력에 상당한 영향을 미칩니다. 따라서 스프레이 구멍이 많으면 직경이 작아야합니다. 스프레이 구멍의 수가 적을수록 연료의 완전 연소를 위해 공기가 더 집중적으로 회전 운동으로 설정됩니다. 이 경우 충전물은 일반적으로 연료 분사 기간과 동일한 시간 간격으로 더 큰 각도로 회전해야 합니다. 이것은 나사 또는 접선 입구를 사용하여 달성됩니다.

입구에서 충전물의 회전 운동이 생성되면 실린더에 공기가 채워지는 것이 저하됩니다. 접선 속도 tmax의 최대값이 증가하면 v가 감소합니다(그림 9). 벽 혼합물 형성. 연료가 연소실 벽에 공급되어 12~14μm 두께의 박막 형태로 연소실 표면에 퍼지는 혼합물 형성 방법을 벽 또는 필름이라고 합니다.

쌀. 8. 피스톤의 연소실:

a) 반구형 VTZ 디젤 엔진 b) 4 행정 디젤 엔진 YaMZ 및 AMZ의 유형; c) 유형 TsNIDI; d) 디젤 엔진 "MAN"의 유형; e) "Deutz"를 입력하십시오. f) 디젤 D-37M 유형 g) "Gesselman" 유형; h) 디젤 엔진 유형 "Daimler-Benz"

쌀. 9. 전하 이동 속도의 접선 성분 값에 대한 충전 계수의 의존성

이러한 혼합물 형성으로 연소실은 실린더와 동축으로 위치할 수 있고 노즐은 그 주변으로 변위됩니다. 하나 또는 두 개의 연료 제트가 구형 CC 벽에 예각으로 향하거나(그림 8d) CC 벽 근처에서 CC 벽을 따라 향합니다(그림 8e). 두 경우 모두 충전물은 충분히 강렬한 회전 운동으로 설정되어(충전물의 접선 속도가 50-60m/s에 도달) 연소실 벽을 따라 연료 방울의 전파를 촉진합니다. 연료막은 피스톤의 열에 의해 기화됩니다.

연소가 시작된 후 화염에서 연료막으로의 열 전달의 영향으로 증발 과정이 급격히 증가합니다. 증발된 연료는 기류에 의해 운반되어 점화원에서 확산되는 화염 앞에서 연소됩니다. 연료가 주입되면 증발을 위한 열 소모로 인해 충전 온도가 크게 감소합니다(제트 축을 따라 최대 150~200°C). 이것은 화염이 시작되기 전에 화학 반응 속도가 감소하여 연료를 점화하기 어렵게 만듭니다.

저 세탄 연료의 가연성의 상당한 개선은 특수 다중 연료 디젤 엔진에서 26으로 증가해야 하는 증가와 함께 감가상각됩니다. 벽 혼합물이 형성되는 챔버의 경우 연료 제트의 길이가 충분하지 않은 분사 위험은 체적 혼합물 형성이 있는 챔버의 경우보다 훨씬 적습니다. 따라서 증가는 혼합물 형성의 악화를 일으키지 않습니다. 벽에 가까운 혼합 방법의 경우 연료의 미세 분무가 덜 필요합니다. 사출 압력의 최대 값은 40 - 45 MPa를 초과하지 않습니다. 하나 또는 두 개의 큰 직경의 스프레이 구멍을 사용하십시오.

디젤 엔진에서는 중앙 디젤 연구소(TsNIDI)에서 개발한 KS가 적용되었습니다(그림 8c). 이러한 챔버의 연료 플레어는 앞쪽 가장자리 아래의 측벽에 떨어집니다. 구별되는 특징혼합물 형성 - 연료 제트의 반대 운동과 피스톤 위 공간에서 변위된 충전물은 연소실의 부피에 부유하는 연료의 양을 증가시키고 이 과정을 체적 혼합물 형성에 더 가깝게 만듭니다. TsNIDI 카메라를 사용할 때 3~5개의 노즐 구멍을 사용합니다. 연료 분사 매개변수는 연소기 유형 VTZ 및 YaMZ에서 발생하는 매개변수에 가깝습니다(그림 8a, b).

체적 벽 혼합물 형성. 그러한 혼합물 형성은 연료의 일부가 벽에 도달하고 벽 근처 층에 집중될 때 연소기의 더 작은 직경에서 얻어진다. 이 연료의 일부는 CC 벽과 직접 접촉합니다. 다른 부분은 전하의 경계층에 있습니다. 연소실 벽에 연료가 부분적으로 유입되고 공기와 연료 입자가 집중적으로 혼합되어 점화 지연 기간 동안 생성되는 연료 증기의 양이 감소합니다. 결과적으로 연소 시작 시 열 방출 속도도 감소합니다. 화염이 나타난 후 증발 및 혼합 속도가 급격히 증가합니다. 따라서 제트가 충돌하는 곳의 벽 온도가 200-300 ° C 범위 내에 있으면 벽 영역에 연료의 일부를 공급해도 연소 완료가 지연되지 않습니다.

d kc / D = 0.5-0.6(그림 8a, b, g)에서 전하가 CC로 흐를 때 전하의 회전이 크게 가속되기 때문에 충분히 큰 분사 구멍 3~5개를 사용할 수 있습니다. 지름. 전하 이동 속도의 접선 성분 값은 25-30m / s에 이릅니다. 일반적으로 사출 압력의 최대 값은 50 - 80 MPa를 초과하지 않습니다.

챔버에서 충전물이 역류하는 동안 팽창 행정 동안 미연소 연료의 일부가 디스플레이서 위의 공간으로 이동되기 때문에 아직 연소에 사용되지 않은 공기가 있습니다. 산화 과정에 완전히 관여하지 않습니다. 따라서 그들은 피스톤(TDC 위치)과 실린더 헤드 사이의 공간에 위치한 전하의 부피를 최소화하기 위해 노력하여 높이 δ를 (그림 8a)에서 0.9-1mm로 가져옵니다. 이 경우 디젤 엔진의 제조 및 수리에서 격차를 안정화하는 것이 중요합니다. 피스톤 헤드와 라이너 사이의 간격을 최소화하고 피스톤 크라운에서 첫 번째 압축 링까지의 거리를 줄임으로써 긍정적인 결과도 제공됩니다.

분리된 연소실에서 혼합물 형성. 분할 연소실은 목으로 연결된 주 공동과 보조 공동으로 구성됩니다. 현재 주로 vortex CC와 pre-chambers가 사용됩니다.

소용돌이 연소실.와류 연소실(그림 10)은 접선 채널에 의해 실린더의 피스톤 위 공간에 연결된 구형 또는 원통형 공간입니다. 와류 COP 2의 체적 VK는 총 압축 체적 Vc의 약 60-80%이고, 연결 채널 3의 단면적 fc는 피스톤 F p 면적의 1-5%입니다. .

일반적으로 와류 연소실에서는 폐쇄형 핀형 노즐(1)이 사용되어 원자화된 연료의 중공 화염을 제공합니다.

압축 행정 동안 공기가 실린더에서 와류 챔버로 들어갈 때 공기가 집중적으로 소용돌이칩니다. 형성되는 연료 토치에 지속적으로 작용하는 공기 소용돌이는 연료의 더 나은 분무화 및 공기와 혼합에 기여합니다. 연소가 시작되는 동안 공기 소용돌이는 토치에 신선한 공기를 공급하고 토치에서 연소 생성물을 제거합니다. 이 경우 와류의 속도는 연료 분사 시간 동안 공기가 연소실에서 최소한 한 번 회전할 수 있도록 해야 합니다.

연소는 먼저 소용돌이 챔버에서 발생합니다. 이 경우 압력이 증가하면 연소 생성물과 공기-연료 혼합물이 실린더로 흘러 들어가 연소 과정이 완료됩니다.

그림에서. 도 11은 와류 챔버의 구조적 요소를 도시한다. 일반적으로 챔버의 하부는 내열강으로 만들어진 특수 인서트로 형성되어 헤드가 타는 것을 방지합니다. 인서트의 고온(800~900K)은 연소실 연료의 점화 지연 시간을 단축하는 데 도움이 됩니다. 강렬한 와류 형성과 인서트의 존재로 인해 광범위한 부하 및 속도 모드에서 작업 사이클의 안정적인 흐름을 얻을 수 있습니다.

와류 챔버 작동 주기는 강한 공기 와류의 유리한 효과로 인해 낮은 과잉 공기 비율(α = 1.2-1.3)에서 연료의 무연 연소를 제공합니다. 실린더 외부에 위치한 추가 챔버에서 연료의 상당 부분이 연소되면 위의 최대 연소 압력(pz = 7-8 MPa)과 압력 상승률(0.3-0.4 MPa/° PCV)이 감소합니다. -전 부하에서 실린더의 피스톤 캐비티 ...

와류 챔버 엔진의 작동 주기는 연료 분무 품질에 덜 민감하므로 최대 분사 압력이 낮고(pwp = 20-25 MPa) 상대적으로 큰 노즐 오리피스가 있는 단일 구멍 분무기를 사용할 수 있습니다. 1.5mm까지.

와류 챔버 엔진의 주요 단점은 다음과 같습니다. 특정 유효 연료 소비가 증가하여 최대 부하에서 260 - 270g/(kWh)에 도달하고 분할 연소 엔진이 있는 엔진에 비해 시동 품질이 더 나빠집니다. 그러나 소용돌이 챔버에서 예열 플러그를 사용하면 시동 성능이 크게 향상됩니다.

와류 챔버 디젤 엔진의 낮은 효율은 더 발달된 표면으로 인한 주 연소실 및 추가 연소실의 벽으로의 열 전달 증가, 연소실에 강한 와류 형성의 존재, 작동 유체는 실린더에서 와류 챔버로 또는 그 반대로 흐르고 종종 연소 과정의 지속 시간이 증가합니다. 엔진의 시동 품질의 열화는 와류 챔버로 유입될 때 공기 온도가 감소하고 추가 CC의 발달된 표면으로 인해 벽으로의 열 전달이 증가하기 때문입니다.

와류 챔버 혼합물 형성 엔진에는 트랙터 디젤 엔진 SMD, ZIL-136, D50, D54 및 D75, 자동차 디젤 엔진 "Perkins", "Rover"(영국) 등이 있습니다.

프리챔버 디젤 엔진.전실의 부피(그림 12)는 총 압축 부피 V s의 25-35%입니다. 연결 채널의 단면적은 피스톤 면적의 0.3-0.8%입니다.

압축기 스테이션은 연결 채널 3의 방향으로 연료를 분사하는 단일 구멍(보통 핀) 인젝터 1을 사용합니다.

프리 챔버 디젤 엔진에서 압축 과정의 공기는 부분적으로 프리 챔버로 유입되어 계속 압축됩니다. 압축이 끝나면 연료가 주입되어 점화되어 연소되어 압력이 급격히 증가합니다. 연료의 일부는 프리챔버의 부피에서 연소됩니다. 공기의 양은 제한되어 있습니다. 연소 생성물에 의해 연소되지 않은 연료는 실린더로 운반되며, 생성된 강한 가스 흐름으로 인해 추가로 분무되고 공기와 완전히 혼합됩니다. 연소가 피스톤 위 공간으로 전달되어 실린더 압력이 증가합니다.

따라서, 혼합물 형성을 위한 프리 챔버 디젤 엔진에서, 그 부피의 연료의 일부의 예비 연소로 인해 프리 챔버로부터 흐르는 가스의 에너지가 사용된다.

혼합을 위한 가스 흐름의 사용은 노즐에 의한 연료의 비교적 거친 분무로 공기와 연료의 혼합을 강화하는 것을 가능하게 합니다. 따라서 프리 챔버 디젤 엔진에서 초기 분사 압력은 10-15 MPa를 넘지 않고 상대적으로 낮고 전체 부하에서 공기 초과 비율은 1.3-1,

프리 챔버 디젤의 또 다른 중요한 이점은 연료 연소 Dr / Dj의 낮은 강성입니다. 피스톤 위 공간의 가스 압력은 연결 채널의 가스 조절로 인해 5.5 - 6 MPa 이하입니다.

사전 챔버 디젤 엔진의 장점에는 사용되는 연료 유형과 작동 속도 모드의 변화에 ​​대한 작동 주기의 낮은 민감도도 포함되어야 합니다. 첫 번째는 프리 챔버 바닥의 가열 된 표면의 점화 조건에 대한 영향으로 설명되고 두 번째는 피스톤 속도에서 프리 챔버에서 흐르는 가스 흐름 에너지의 독립성에 의해 설명됩니다. 작은 실린더 치수(작은 직경)의 프리 챔버 디젤 엔진의 최대 회전 속도는 3000 - 4000 min -1입니다.

프리 챔버 디젤 엔진의 주요 단점은 연소 과정의 연장뿐만 아니라 연소실의 전체 표면 증가로 인해 가스 오버플로로 인해 발생하는 열 및 유압 손실로 인한 낮은 연비입니다. 프리챔버 디젤 엔진의 기계적 손실 rm의 평균 압력은 챔버가 분리되지 않은 엔진보다 25~35% 높으며 특정 유효 연료 소비량은 260~290g/(kW·h)입니다.

와류 챔버와 마찬가지로 프리챔버 혼합물 형성이 있는 디젤 엔진은 시동 품질이 낮습니다. 따라서 이러한 디젤은 종종 증가된(최대 18-20) 압축비로 구별되며 시동 글로우 플러그가 장착되어 있습니다.

테이블 1은 다양한 혼합물 형성 방법을 사용하는 엔진에 대한 통계 데이터를 나타냅니다.

표 1 혼합물 형성 특성

과급시 혼합물 형성의 특징. 상당히 큰 순환 연료 공급은 기본 자연 흡기 디젤 엔진의 연료 공급보다 짧은 시간에 수행되어야 합니다. 사이클 연료 공급을 늘리고 총 분사 시간 j dp를 유지하기 위해 스프레이 구멍의 유효 흐름 영역을 허용 가능한 한도로 늘릴 수 있습니다.

두 번째 가능성은 사출 압력을 높이는 것입니다. 실제로, 이러한 조치의 조합이 일반적으로 사용됩니다.다른 모든 조건이 동일할 때 분사 압력을 높이면 연료가 더 미세하고 균일하게 분무되어 혼합물 형성 품질이 향상될 수 있습니다. 요구되는 주입 압력 증가 정도는 혼합물 형성 과정의 요구되는 가속도에 기초하여 설정된다. 밀도가 높은 매질에 주입되면 연료 제트의 분산 각도가 증가합니다.

필요한 경우 j dp의 명시된 값은 특히 연료 펌프의 플런저 직경을 늘리고 캠의 기울기를 증가시켜 더 힘든 다른 방법으로 줄일 수 있습니다. 과급 디젤 엔진의 현대화 과정에서 압축비, 회전 속도 n, 분사 전진 각도 변경 등 모든 주요 시스템과 메커니즘이 크게 변경되는 경우가 많습니다. 물론 이러한 활동은 연소기의 혼합물 형성에도 영향을 미칩니다.

가스터빈 장입의 경우 회전속도 n과 부하가 증가함에 따라 실린더 내 장입밀도가 증가하고 점화지연기간이 단축된다. 점화 지연 기간 동안 연료 제트가 공기층으로 필요한 침투를 보장하기 위해 연료 공급 장비는 자연 흡기 디젤보다 속도 n 및 부하가 증가함에 따라 분사 압력 값이 급격히 증가해야 합니다. 엔진. 높은 부스트 ​​부스트에서는 펌프 인젝터와 배터리 유형 연료 시스템이 사용됩니다. 소형 와류 챔버 디젤 엔진에서 승용차 =21-23.

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