1. КОГОАУ СПО «Колледж промышленности и автомобильного сервиса»
Исследовательская работа по теме:
«Проблема смесеобразования в дизельных двигателях внутреннего сгорания».
Выполнили студенты группы АМ-14
Научный руководитель:
мастер п/о Шехурдин И.В.
мастер п/о Безденежных И.Д.
Киров
2012
План исследовательской работы.
1. Процесс смесеобразования в дизельных двигателях.

2. 2. Влияние конструкции системы питания на смесеобразование.
3. Способы улучшения работы дизельного двигателя.
Аннотация.
Рудольф Дизель изобрел первый коммерчески успешный двигатель внутреннего
сгорания(ДВС) с воспламенением от сжатия в конце 19века. В сравнении с ДВС с
воспламенением от искры дизельный двигатель обладает следующими
преимуществами: меньший расход топлива, использование более дешевого топлива и
потенциально большая мощность. За последующие 30 лет дизельный двигатель нашел
широкое распространение в стационарных силовых установка и на судах.

3. Применяемая на тот момент времени система топливоподачи не могла обеспечить
повышения частоты вращения ДВС, данное обстоятельство сдерживало появление
дизельных двигателей на легковых и грузовых автомобилях.
В 1920 году немецкий инженер Роберт Бош разработал первый многосекционный
насос высокого давления для дизельного двигателя, который до сих пор широко
используется в автомобилестроении. Данный насос заменил воздушный компрессор,
который применялся до этого, и сделал возможным увеличение частоты вращения
дизельного двигателя. После этого дизельным двигателем стали оснащаться и
автомобили. Однако ДВС с искровым воспламенением топливовоздушной смеси
продолжали доминировать на рынке легковых и небольших грузовых автомобилей, так
как были дешевле и проще в производстве.
В 1950 и 60гг дизельные двигатели стали широко применяться в такси и небольших
фургонах, но только после нефтяного кризиса 1970гг дизель занял свое прочное место
на рынке легковых автомобилей.
Введение.
Обоснование актуальности темы.
Почему-то дизельный двигатель всегда ассоциируется только с трактором или
теплоходом. У данного типа двигателей есть свои преимущества перед бензиновыми
собратьями:
• двигатель, работающий на дизельном топливе, имеет в среднем коэффициент
полезного действия 30-40 %, дизельные двигатели с турбонаддувом и
промежуточным охлаждением - и вовсе до 50%;
• двигатель на дизтопливе (солярке), выдает высокий крутящий момент в широком
диапазоне оборотов. Это делает автомобиль, работающий на дизельном топливе,
более «мягким» в движении. То же является преимуществом и для двигателей
морских судов.
• в выхлопных газах двигателя, работающего на дизельном топливе, меньше
окиси углерода;
• дизтопливо (солярка) – нелетучее, в связи с чем вероятность возгорания у
дизельного двигателя намного меньше, чем у бензинового (к тому же у
дизельного двигателя не используется система зажигания). Это послужило одной
из причин широкого использования в последнее время дизельных двигателей на
танках.
По сути бензиновый «инжекторный» двигатель работает почти на том же самом
принципе впрыска топлива, что и дизельный, и у того и у другого есть «болезнь» -
смесеобразование, ведь от его качества зависит большое количество основных
показателей работы двигател. Попробуем на примере дизельного двигателя понять как
его можно улучшить.
Еще одна большая проблема использования дизельного двигателя – это высокие цены
на дизельное топливо.

4. Постановка проблемы.
Как улучшить основные показатели работы дизельного двигателя?
Объект исследования.
Смесеобразование в двигателе.
Предмет исследования.
Система питания дизельного двигателя.
Цели исследования.
Изучение проблемы смесеобразования в дизельном двигателе.
Построение гипотезы:
Улучшить показатели работы дизельного двигателя можно если …
Методы исследования:
Теоретический анализ существующей литературы, анкетирование.
Задачи исследования:
1. Изучить и систематизировать источники по теме.
2. Проанализировать конструкцию системы питания дизельного двигателя.
3. Изучить способы улучшения показателей работы дизельного двигателя.
4. Сделать выводы и внести предложения.
Для более полного понимания поставленной проблемы были изучены конструктивные
особенности систем питания дизельных двигателей разных марок, из этого видно, что
основная роль, в обеспечении оптимальной работы двигателя, лежит именно на
конструкции системы питания.
Исходя из результатов анализа, мы поставили перед собой следующие задачи
исследования:
1.Изучить и систематизировать источники по теме.
2. Проанализировать конструкцию системы питания дизельного двигателя.
3. Изучить способы улучшения показателей работы дизельного двигателя.
4. Сделать выводы и внести предложения.

6. 1.Результаты изучения материалов.
Главным отличием ДВС с воспламенением от сжатия(дизеля) от ДВС с
воспламенением от искры(бензиновый двигатель) являются способы
смесеобразования и воспламенения топливовоздушной смеси. В бензиновом двигателе
топливо смешивается с воздухом до входа в цилиндр, а топливовоздушная смесь
воспламеняется в определенный момент при помощи искры. В дизельном двигателе в
цилиндр попадает «чистый» воздух, который затем сжимается, когда поршень идет к
верней мертвой точке. Так как степень сжатия в дизельном двигателе довольно
большая(обычно 20:1), воздух при сжатии нагревается до температуры 750С. При
подходе поршня к верхней мертвой точке топливо начинает впрыскиваться в цилиндр
под высоким давлением. Температура воздуха достаточно высокая для воспламенения
впрыснутого топлива, когда оно смешается с воздухом. Топливовоздушная смесь
воспламеняется, выделившаяся энергия воздействует на поршень, поршень начинает
движение вниз, совершая полезную работу.
2. Конструкция системы питания дизельного двигателя.
Система питания дизельного двигателя
Система питания дизельного двигателя предназначена для обеспечения запаса
топлива на автомобиле, очистки топлива и равномерного распределения его по
цилиндрам двигателя строго дозированными порциями в соответствии с порядком
работы, скоростным и нагрузочным режимом работы двигателя. Основные отличия
дизельного двигателя от карбюраторного состоят в следующем. В дизельном двигателе
чистый воздух засасывается в цилиндры и в них
подвергается очень высокой степени сжатия. Вследствие этого в цилиндрах создается
температура, превышающая температуру воспламенения дизельного топлива.
Когда поршень находится почти в верхней мертвой точке, в сильно сжатый,
достигающий температуры +600 °C воздух впрыскивается дизельное топливо, которое
состоит из смеси керосиновых, газойлевых и соляровых фракций. Дизельное топливо
загорается само по себе, свечи зажигания не требуются. Чтобы достигалась высокая
температура сжатого воздуха при холодном двигателе, в каждой вихревой камере
двигателя находится свеча накаливания. Кроме того, дизельный двигатель оснащен
ускорителем запуска в холодном состоянии, который включается кнопкой на панели
приборов или автоматически.
Из топливного бака дизельное топливо засасывается насосом высокого давления через
топливный фильтр, который задерживает воду и грязь. Топливо подается только в том
случае, если в системе нет воздуха. В насосе создается необходимое для впрыска
давление, и топливо распределяется по цилиндрам. Количество впрыскиваемого
топлива регулируется нажатием педали газа. Через форсунки топливо подается в
предкамеру соответствующего цилиндра. Так как дизельный двигатель не нуждается в
зажигании и его цикл не прекращается при отключении напряжения в системе
накального зажигания, в конструкции дизельного двигателя предусмотрен магнитный
клапан. При выключении зажигания напряжение на нем исчезает и канал поступления
топлива закрывается.

7. В систему питания дизельного двигателя грузового автомобиля (КамАЗ-740) входит
топливный бак, фильтр грубой очистки воздуха, фильтр тонкой очистки воздуха,
топливоподкачивающий насос, топливный насос высокого давления с регулятором
частоты вращения и автоматической муфтой опережения впрыска топлива, форсунки,
трубопроводы высокого давления, трубопроводы низкого давления, воздушный
фильтр, выпускной газопровод, глушители шума отработанных газов.
Подача топлива осуществляется по двум магистралям: высокого и низкого давления. В
магистрали низкого давления хранится топливо, происходит его фильтрация и подача
под малым давлением к топливному насосу высокого давления. В магистрали
высокого давления обеспечивается подача и впрыскивание необходимого количества
топлива в цилиндры двигателя в определенный момент. Топливоподкачивающий насос
подает топливо из бака через фильтры грубой и тонкой очистки по топливопроводам
низкого давления к топливному насосу высокого давления, который в соответствии с
порядком работы цилиндров по топливопроводам высокого давления подает топливо к
форсункам. Форсунки, расположенные в головках цилиндров, впрыскивают и
распыляют топливо в камеры сгорания двигателя. Так как топливоподкачивающий
насос подает топливному насосу высокого давления топлива больше,
чем нужно, то его избыток, а с ним и попавший в систему воздух по дренажным
трубопроводам отводятся обратно в бак.
Топливный насос высокого давления является основным прибором системы питания
дизеля. Он предназначен для равномерной подачи строго определенной дозы топлива к
форсункам двигателя под высоким давлением в течение определенного промежутка
времени согласно порядку работы цилиндров двигателя. Состоит он из одинаковых
секций по количеству цилиндров двигателя. Секция включает в себя корпус, втулку
плунжера (гильзу), плунжер, поворотную втулку, нагнетательный клапан, который
прижат штуцером к гильзе плунжера через прокладку.
принцип работы ТНВД состоит в следующем. Под действием кулачка вала и пружины
плунжер совершает возвратно-поступательное движение. При движении плунжера
вниз внутреннее пространство гильзы наполняется топливом и топливо подается
насосом низкого давления в подводящий канал корпуса насоса. При этом открывается
впускное отверстие и топливо поступает в надплунжерное пространство. Далее под
действием кулачка плунжер начинает подниматься вверх, перепуская топливо обратно
в подводящий канал, до тех пор, пока верхняя кромка плунжера не перекроет впускное
отверстие гильзы. После перекрытия этого отверстия давление топлива резко
возрастает и топливо через зазор между втулкой и плунжером, преодолевая усилие
пружины, поднимает нагнетательный клапан и поступает в топливопровод.
Продвижение плунжера вверх вызывает повышение давления выше уровня давления,
которое создается пружиной форсунки. В результате этого игла форсунки
приподнимается и происходит впрыскивание топлива в камеру сгорания. Подача
топлива продолжается до тех пор, пока винтовая кромка плунжера не откроет
выпускное отверстие в гильзе. В результате давление над плунжером резко падает,
нагнетательный клапан под действием пружины закрывается и пространство над
плунжером разъединяется с топливопроводом высокого давления. Далее плунжер
перемещается вверх, топливо перетекает в сливной канал через винтовую кромку
плунжера и продольный паз. Количество топлива подается в форсунку с помощью
зубчатой рейки, втулки и связывающего поводка. Продолжительность впрыскивания
соответствующих порций топлива, подаваемых в цилиндры двигателя, зависит от угла

8. поворота плунжера, так как изменяется расстояние, проходимое плунжером от
момента перекрытия впускного отверстия до момента открытия выпуского отверстия
винтовой кромкой.
Чтобы остановить двигатель автомобиля, необходимо прекратить подачу топлива. В
этом случае рейкой устанавливают плунжер в такое положение, чтобы винтовая
канавка оказалась обращенной к выпускному отверстию, и при перемещении
плунжера вверх все топливо над ним по канавке через выпускное отверстие и
топливопроводы попадает в бак.
Заданную частоту вращения коленчатого вала автоматически поддерживает
всережимный регулятор частоты вращения. Он находится в развале корпуса
топливного насоса высокого давления и приводится в движение от его кулачкового
валика. Во время работы двигателя с частотой вращения коленчатого вала,
соответствующей данному положению педали управления подачи топлива,
центробежные силы грузиков регулятора уравновешены усилием пружин. Если
нагрузка на спуске уменьшится, то частота вращения коленчатого вала начнет
возрастать и грузы регулятора, преодолевая сопротивление пружины, немного
разойдутся и переместят рейку топливного насоса высокого давления в положение,
уменьшающее подачу топлива. Если частота вращения уменьшается, то центробежная
сила грузов также уменьшается и регулятор под действием силы пружины переместит
рейку в обратном направлении, что приведет к увеличению подачи топлива.
Для изменения момента начала впрыскивания топлива в зависимости от частоты
вращения коленчатого вала предназначена автоматическая муфта опережения
впрыскивания топлива. Изменяя момент впрыскивания топлива, автоматическая муфта
улучшает экономичность двигателя и его пусковые качества. На конической
поверхности переднего конца кулачкового валика топливного насоса высокого
давления крепится шпонкой и фиксируется гайкой ведомая полумуфта. Ведущая
полумуфта крепится на ступице ведомой и может на ней поворачиваться. Между
ступицей и полумуфтой установлена втулка. Ведущая полумуфта приводится в
действие распределительной промежуточной шестерней через вал с гибкими
соединительными муфтами. На ведомую полумуфту вращение передается двумя
грузами. Они качаются в плоскости, перпендикулярной к оси муфт на полуосях,
запрессованных в ведомую полумуфту.
Одним концом приставка ведущей полумуфты упирается в палец груза, а другим – в
профильный выступ. Пружины стремятся удержать грузы на упоре во втулке ведущей
полумуфты. Если частота вращения коленчатого вала двигателя увеличивается, под
действием центробежных сил грузы расходятся, и в результате ведомая полумуфта
поворачивается относительно ведущей в направлении вращения кулачкового валика,
что увеличивает угол опережения впрыска топлива. При уменьшении частоты
вращения грузы под действием пружин сходятся. Ведомая полумуфта поворачивается
вместе с валиком топливного насоса в противоположную сторону вращения, что
уменьшает угол опережения впрыска топлива.
Для впрыскивания, распыления топлива и распределения его частиц по объему камеры
сгорания служат форсунки. Главным элементом форсунки является распылитель,
имеющий одно или несколько сопловых отверстий, которые формируют факел
впрыскиваемого топлива. Форсунки могут быть открытого и закрытого типа. В
четырехтактных дизелях применяют форсунки закрытого типа, сопловые отверстия
которых закрываются запорной иглой, поэтому

9. внутренняя полость в корпусе распылителей форсунок сообщается с камерой сгорания
только в период впрыскивания топлива.
Способы впрыска топлива.
На практике довольно сложно добиться плавного сгорания топлива в двигателях с
небольшим объемом, впрыскивая топливо непосредственного в камеру сгорания.
Чтобы добиться более плавного сгорания топливовоздушной смеси были разработаны
дизели с разделенными камерами сгорания: вихрекамерные и предкамерные. Дизели с
разделенными камерами сгорания имеют меньший КПД и более требовательны к
системе предпускового подогрева воздуха по сравнению с дизелями с
непосредственным впрыском, но эти недостатки перекрываются более тихой и мягкой
работой.
Процесс смесеобразования в дизелях
Образование горючей смеси начинается с момента впрыскивания топлива в цилиндр
через форсунку под давлением, в 2...3 раза превышающим давление воздуха в конце
сжатия. Скорость истечения топлива достигает 150...400 м/с. Вследствие трения о
воздух струя топлива распыливается на мелкие капельки диаметром 0,002...0,003 мм,
которые образуют топливный факел конусовидной формы. Чем мельче распыливается
топливо, тем равномернее оно распределяется в воздухе, темполнее сгорают его
частицы.
Попадая в сжатый и нагретый до большой температуры воздух и касаясь горячих
стенок камеры, капельки топлива нагреваются, испаряются и только после этого
самовоспламеняются, т. е. начинается горение. В этот период через форсунку
продолжает впрыскиваться топливо, которое сразу же воспламеняется. Такой процесс
в дизеле называют объемно - пленочным смесеобразованием.
Процесс смесеобразования в дизелях
Возрастание скорости струи топлива (при увеличении давления впрыскивания)
сопровождается улучшением тонкости и однородности распыливания. Однако даже
при сравнительно высоком давлении впрыскивания не удается достигнуть достаточно
тонкого и однородного распыливания топлива. Поэтому в дизелях используются
дополнительные средства для улучшения качества смесеобразования:
а) в нераздельных (однополостных) камерах сгорания применяют форсунки с
несколькими отверстиями, приспосабливают форму камеры, сгорания к форме
топливного факела или, наоборот, создают вихревые движения воздуха в процессе
впуска и сжатия;
б) камеру сгорания разделяют на две, а иногда и на три полости (раздельные камеры
сгорания), соединяемые между собой одним или несколькими каналами; в этом случае
улучшается смесеобразование в результате большой скорости воздуха или газов,
возникающей при его перетекании из одной полости в другую в процессе сжатия и
сгорания.
Дизели с нераздельными камерами сгорания

10. Камера сгорания в этом случае представляет объем, ограниченный днищем поршня и
плоскостью головки. Нераздельные камеры сгорания подразделяются на камеры с
объемным (рис.3,а) и пленочным (рис.3,д) смесеобразованием. В первом случае
быстрое и полное сгорание топлива достигается за счет тонкого распыливания топлива
и равномерного его распределения по всему объему воздуха в камере сгорания.
Процесс распыливания происходит в основном за счет кинематической энергии струи
подаваемого топлива, и впрыск его в камеру сгорания производится под сравнительно
большим давлением, равным 15—30 Мн/м2 (150—300 кГ/см2); в некоторых случаях
давление впрыска может достигать 140 Мн/м2 (1400 кГ/см2) (ЯАЗ-204 и ЯАЗ-206). Для
увеличения равномерности насыщения воздуха топливом в двигателях с
нераздельными камерами иногда применяют многодырчатые форсунки, согласовывая
при этом форму камеры сгорания с формой топливного факела.
Если создать вращательное движение воздуха при поступлении его в цилиндр, то оно
сохранится до конца процесса сжатия и будет способствовать улучшению качества
смесеобразования. Вихревое движение воздуха в процессе впуска достигается в
четырехтактных двигателях установкой специальной ширмы на впускном клапане и
применением тангенциальных впускных каналов (рис. 3,б), а в двухтактных —
тангенциальным расположением продувочных окон (ЯАЗ-204 и ЯАЗ-206) (рис.3, в).
Придание поршню соответствующей формы (рис.3, г) позволяет также создать
завихрение воздуха за счет вытеснения его в выемку в поршне.
К положительным качествам дизелей с рассмотренными камерами сгорания следует
отнести высокие экономические показатели, характеризуемые удельными расходами
топлива, которые колеблются в пределах от 216 до258г/з кВт.ч (от 160 до 190 Г/э. л. с.
ч), сравнительно невысокую степень сжатия (ε= 15—17), а также более легкий пуск,
чем у дизелей с раздельной камерой сгорания. Двигатели с нераздельными камерами
сгорания достаточно хорошо работают с коэффициентами избытка воздуха α=1,35—
1,4.
В данном случае, как и в последующих разделах, приведены минимально допустимые
для данной конструкции дизеля значения коэффициента избытка воздуха, при которых
возможно полное сгорание впрыснутого в двигатель топлива; эти значения а
соответствуют номинальным режимам работы дизеля. Дальнейшее снижение а
приводит к неполному сгоранию топлива, сопровождающемуся видимым дымлением
на выхлопе. Снижение нагрузки дизеля по сравнению с номинальной ведет к
уменьшению количества подаваемого в двигатель топлива, а следовательно, и к
увеличению коэффициента избытка воздуха.
Недостатками дизелей с указанными камерами сгорания является необходимость
применения насосов высокого давления и многодырчатых форсунок, а также очень
жесткая работа двигателей нарастание давления на 1° поворота кривошипа при
сгорании достигает 0,4 Мн/м2 (4 кГ/см2) и более]. Кроме автомобильных двигателей
ЯАЗ-204 и ЯАЗ-206, нераздельные камеры сгорания имеют дизели тракторный Д-20 и
стационарный Д-6.
Жесткость работы двигателя уменьшается при использовании пленочного
смесеобразования. В этом случае в объеме камеры сгорания распыливается лишь
незначительное количество топлива (около 5%), а остальное подается на горячую
стенку камеры сгорания.
Топливо, распыленное по объему камеры сгорания, воспламеняется и сгорает так же,
как и при объемном смесеобразовании. Однако из-за малого количества распыленного

11. топлива резкого нарастания давления не происходит. Основная часть топлива, которая
подается на стенку камеры сгорания, вследствие интенсивного вихревого движения
воздуха превращается в пленку толщиной не более 0,2 мм. Пленка постепенно
испаряется, и топливо в парообразном состоянии подается в зону горения,
образовавшуюся в результате самовоспламенения той части топлива, которая
распыливается по объему камеры сгорания. Сгорание топлива по мере его испарения
обеспечивает малую скорость нарастания давления.
Рис.3. Формы камер сгорания и способы смесеобразования в дизелях: а —
нераздельная камера сгорания с объемным смесеобразованием; б — завихрение воздуха
при помощи клапана с ширмой в четырехтактном двигателе; в — завихрение воздуха
в двухтактном двигателе; г — нераздельная камера сгорания, размещенная в поршне;
д — нераздельные камеры сгорания с пленочным смесеобразованием; е — головка
предкамерного дизеля; ж — вихревая камера сгорания; з — воздушно-вспомогательная
камера сгорания.
Для нормальной работы дизелей с пленочным смесеобразованием необходимо
обеспечить следующие условия:
1. Форсунка должна устанавливаться таким образом, чтобы направление топливного
факела составляло острый угол с поверхностью камеры сгорания, а направление
движения воздуха совпадало с осью топливного факела. При этих условиях
впрыскиваемое топливо будет образовывать тонкую пленку на большой площади
стенки камеры сгорания.
2. Температура стенки камеры сгорания должна быть достаточной для быстрого
испарения топлива, т. е. 553—573° К (280—300°С). Такую температуру имеет днище
поршня и поэтому камеру сгорания при пленочном смесеобразовании выполняют в
виде сферической выемки в поршне.
Форсунки при пленочном смесеобразовании выполняют обычно с двух - или
трехдырчатым распылителем. Впрыск топлива происходит под давлением 20—25
Мн/м2 (200—250 кГ/см2).
Необходимое завихрение воздуха создается, как правило, за счет выполнения
впускного канала, суживающегося к выходу и направленного по касательной к
окружности цилиндра.
Особенностью дизелей с пленочным смесеобразованием является возможность
использования практически всех сортов жидкого топлива. Это объясняется тем, что
период задержки воспламенения не изменяет количество топлива, распыленного в
объеме камеры сгорания, и, следовательно, не влияет на жесткость работы двигателя
идавление в конце процесса сгорания.
Дизели с пленочным смесеобразованием имеют удельные расходы топлива в тех же
пределах, что и двигатели с объемным смесеобразованием.
Камеры с пленочным смесеобразованием имеют двигатели КДМ-108 иД-130,
выпускаемые Челябинским тракторным заводом.
Дизели с раздельными номерами сгорания
Дизели с раздельными камерами сгорания отличаются довольно большим
разнообразием типов. Однако им присущи некоторые общие преимущества и
недостатки. В раздельных камерах сгорания воспламенение топлива происходит в
полости, в которой не находится поршень непосредственно. Это ведет к более

12. плавному нарастанию давления в полости цилиндра. При этом, чем меньше сечение
отверстий, соединяющих основную и дополнительную камеры сгорания, тем яснее
выражены указанные явления.
При применении раздельных камер имеет место вихревое движение воздуха, в
процессе сжатия и сгорания улучшающее протекание смесеобразования; поэтому
снижаются требования, предъявляемые как к топливоподающей аппаратуре, так и к
сорту топлива. В подобных дизелях представляется возможным использовать
сравнительно простые однодырчатые форсунки, а впрыск топлива производить под
давлением, не превышающим 15 Мн/м2 (150 кГ/см2).
Однако дизели с раздельными камерами сгорания имеют увеличенные удельные
расходы топлива. Снижение экономических показателей по сравнению с двигателями,
имеющими однополостные камеры сгорания, объясняется наличием безвозвратно
теряемой энергии на перетекание воздуха из основной камеры в дополнительную в
процессе сжатия и на обратное перетекание газов в процессе сгорания. Кроме того,
враздельных камерах сгорания, вследствие увеличения интенсивно охлаждаемой
поверхности (за счет поверхности дополнительной камеры), теряется некоторое
количество тепла, что приводит к дополнительным затратам топлива.
Особенно сильно тепловые потери сказываются при пуске двигателя, поэтому для
обеспечения удовлетворительного пуска степень сжатия дизелей с раздельными
камерами сгорания повышают до 17—20 и снабжают двигатели специальными
пусковыми устройствами: свечами накаливания, подогревателями засасываемого
воздуха и т. п.
Предкамерные дизели. Камера сгорания у этих двигателей (рис.3, е) состоит из двух
полостей — предкамеры 2 и основной камеры 3, которые сообщаются между собой
одним или несколькими каналами; объем предкамеры составляет 25—40% от общего
объема камеры. Площадь соединительных отверстий 4 равняется в среднем 0,3—0,6%
площади поршня. Форсунка 1 расположена в предкамере таким образом, что
топливная струя направляется в сторону соединительного канала 4. Так как в
предкамере содержится ограниченное количество воздуха, то топливо, впрыснутое в
нее в конце процесса сжатия, сгорает только на 20—30%; давление в предкамере при
этом повышается до 7—8 Мн/м2 (70—80 кГ/см2), и топливо, перемешанное с
горящими газами, начинает перетекать в основную камеру. Перетекание происходит со
скоростями 200—300 м/сек, что значительно улучшает распыливание и
перемешивание топлива с зарядом воздуха в основной камере.
Давление впрыска топлива в предкамерных дизелях составляет 8—12,5 Мн/м2 (80—
125 кГ/см2), удельный расход топлива ge = 258—283 г/э.квтч (190—210 Г/э.л.с.ч), что
на 10—20% больше, чем в двигателях с нераздельными камерами. Двигатели с
предкамерным смесеобразованием работают удовлетворительно с коэффициентами
избытка воздуха α=1,4—1,8.
Предкамерное смесеобразование имеют отечественные тракторные двигатели КДМ-
100 (трактор Т-100), Д-70 и стационарные двигатели Т-62 и 2Д 16,5/20-1.
Дизели с вихревыми камерами сгорания. В этих двигателях камера сгорания (рис.3,ж)
состоит из полости 1 небольшого объема, ограниченной днищем поршня, головкой и
стенами цилиндра и соединяющейся широкой горловиной 2 с вихревой камерой 3.
Вихревая камера может выполняться цилиндрической или шаровой; объем ее в 1,5
раза больше объема предкамеры и составляет более 50% общего объема камеры

13. сгорания. В некоторых случаях вихревая камера соединяется с пространством над
поршнем не одним, а несколькими каналами.
Нижнюю часть сферических вихревых камер 4 часто выполняют из жароупорной
стали и устанавливают в головке с зазором 0,2—0,3 мм так, чтобы не допустить
интенсивной отдачи тепла в охлаждающую воду.
Это приводит к повышению температуры указанной вставки, что способствует
сокращению задержки воспламенения, облегчает пуск и увеличивает надежность
работы двигателя при малых нагрузках.
В процессе сжатия воздух перетекает из полости цилиндра в вихревую камеру; так как
соединительный канал расположен тангенциально, то воздух в вихревой камере
приобретает интенсивное вращательное движение. Когда вращательное движение
воздуха достигает максимальной эффективности, в камеру вводится топливо, которое,
воспламеняясь, вызывает повышение в ней температуры и давления; при этом
начинается перетекание горящих газов в основную камеру сгорания,
сопровождающееся энергичным перемешиванием топлива, не сгоревшего в вихревой
камере, с зарядом воздуха в основной камере.
Наличие сравнительно широкого канала, соединяющего обе полости камеры,
позволяет избежать дросселирования воздуха во время процессов сжатия и
расширения; кроме того, скорости перетекания воздуха из одной полости камеры в
другую не достигают высоких значений.
Давление впрыска топлива в вихрекамерных дизелях составляет около 15,0 Мн/м2 (150
кГ/см2); удельные расходы топлива ge = 258— 276 г/э. квт-ч (190—205 Г/э.л.с.ч),
минимальный коэффициент избытка воздуха а=1,25.
Кроме общих преимуществ, присущих двигателям с раздельными камерами сгорания,
к достоинствам вихрекамерных дизелей следует также отнести малую зависимость
качества смесеобразования от скоростного режима двигателя.
Недостатком вихрекамерных двигателей, наряду с рассмотренными выше
недостатками раздельных камер сгорания, является тепловая перенапряженность
головки блока, которая вызывается перетеканием через соединительный канал
больших масс раскаленных газов.
Вихрекамерное смесеобразование применяется в отечественных тракторных
двигателях Д-40М, Д-54А, Д-75 и Д-28, в стационарных двигателях 1410,5/13-2 и
2410,5/13-2, а также в автомобильном двигателе ЗИЛ-136.
Дизели со вспомогательными камерами сгорания. Они также называются двигателями
с воздушно-аккумуляторными камерами или с акрокамерами. Камера сгорания в
двигателе данного типа (рис.3,з) разделена на две полости: полость 2, которая
заключена между поршнем и головкой, и полость 1, которая составляет 60—80% от
общего объема камеры сгорания и называется воздушной камерой. Полость 1
размещается в головке цилиндра. Воздушная камера также может размещаться в
специальной выемке в поршне.
В процессе сжатия основная масса воздуха сосредоточивается в воздушной камере. В
конце этого процесса в горловину воздушной камеры впрыскивается топливо,
некоторая часть которого неизбежно попадает в воздушную камеру и воспламеняется в
ней, благодаря чему давление в воздушной камере повышается. Создающийся перепад
давлений между полостью цилиндра и воздушной камерой способствует
интенсивному выбрасыванию из последней воздуха навстречу струе топлива,

14. продолжающего поступать из форсунки. Очевидно, что при этом улучшается
распыливание топлива и перемешивание с воздухом. Давление подачи топлива в
двигателях со вспомогательно - воздушными камерами не превышает 15 Мн/м2 (150
кГ/см2}, удельные расходы топлива geсоставляют 258—297 г/э. квт-ч (190—220
Г/э.л.с.ч).
3. Способы улучшения показателей работы дизельного двигателя.
Условия смесеобразования в дизельных двигателях чрезвычайно сложны, так как этот
процесс протекает очень короткое время — 0,003—0,005 секунды (25—30°поворота
коленчатого вала). 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, так
и в период их эксплуатации.
1. Совершенство смесеобразования в дизельном двигателе определяется устройством
камеры сгорания, характером движения воздуха при впуске и качеством подачи
топлива в цилиндры двигателя. Протекание процесса сгорания зависит главным
образом от того, как подготовлена горючая смесь. Смесеобразование, которое у
дизельных двигателей происходит внутри цилиндра, заключается в механическом
распыливании струи топлива на капельки диаметром от 0,005 до 0,1 мм и в
распределении этих капелек в массе сжатого воздуха. При этом не допускается
образование слишком мелких или крупных капель, так как струя должна быть
однородной.
2. Сгорание может произойти полно и достаточно быстро только в том случае, если
горючая смесь имеет требуемый состав и частицы топлива достаточно мелко
распылены и равномерно перемешаны с воздухом. От начала впрыска топли ва до
начала самовоспламенения проходит некоторый промежуток времени (0,0-01—0,002
секунды), который называется периодом задержки воспламенения. Если задержка
воспламенения является продолжительной, то в камере сгорания скапливается много
топлива, что вызывает резкое нарастание давления при вспышке. Детали кривошипно-
шатунного механизма подвергаются при этом ударной нагрузке, и двигатель стучит.
Такая работа называется жесткой. Однако задержка воспламенения не должна быть
слишком короткой, так как при этом необходимо будет начинать впрыск топлива при
положении поршня, более близком к ВМТ. В результате большое количество топлива
будет сгорать после ВМТ при возрастающем объеме, а это увеличит потери тепла
через стенки камеры в охлаждающую жидкость. Двигатель будет перегреваться а его
экономичность ухудшится.Способ смесеобразования определяет устройство камеры
сгорания дизельного двигателя. В зависимости от устройства камеры сгорания
существует несколько типов быстроходных дизельных двигателей, которые делятся на
двигатели с неразделенными камерами сгорания, получившими название двигателей с
непосредственным впрыском топлива, и двигатели с разделенными камерами
предкамерного и вихревого типов. Наибольшее распространение получили дизели с
неразделенными камерами сгорания как у минских двигателей (рис. 3). Для
повышения качества смесеобразования в таких двигателях воздух в цилиндры

15. подводится через впускные каналы, имеющие тангенциальное расположение
относительно камер сгорания.
3.
Рис. 4 - Схема неразделенной камеры сгорания дизелей ММЗ Д-260.1, Д-260.4, Д-
260.7С, Д-262.2S2
Этим достигается дополнительное завихрение воздуха в процессе впуска. Оно
сохраняется также и при сжатии воздуха, благодаря чему после впрыска топлива
происходит его быстрое перемешивание с воздухом.
4. Качество внутреннего смесеобразования достигается как формой камеры сгорания, так
и формой факела распыливаемого топлива при соответствующем законе подачи
топлива. У двигателей с непосредственным впрыском топлива весь объем камеры
сгорания сосредоточен в надпоршневом пространстве, причем камеру сгорания часто
располагают в днище поршня. В этом случае конфигурация камеры сгорания
способствует лучшему смесеобразованию. Основной объем камеры сгорания
находится в выемке, расположенной в средней части днища поршня. При движении
поршня вверх воздух из надпоршневого пространства вытесняется в камеру,
расположенную в поршне. Это создает устойчивые вихри внутри камеры. Для
наиболее равномерного распределения топлива по всему объему камеры сгорания
применяют многодырчатые форсунки, создающие не одну, а несколько струй топлива:
эти струи образуют общий факел распыла. Число и диаметр отверстий распылителя
подбирают из соображений наиболее полного использования воздушного заряда в
цилиндре двигателя. Основная масса впрыскиваемого форсункой топлива 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,
распыливаемая в камере сгорания, воспламеняется в среде воздуха, имеющего
высокую температуру, и поджигает горючую смесь, образующуюся над пленкой. Такой
способ смесеобразования, называемый объемно-пленочным 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. Впрыск топлива осуществляется
непосредственно в камеру сгорания, это улучшает пусковые свойства двигателя и
повышает его топливную экономичность. Небольшие объемы неразделенных камер
сгорания позволяют также повысить степень сжатия двигателя и ускорить протекание
рабочих процессов, что влияет на его быстроходность. С ростом быстроходности
дизельных двигателей повышается их литровая мощность, поэтому неразделенные
камеры сгорания получили широкое применение в современных двигателях. Развитие
процесса сгорания в дизельном двигателе зависит от характеристики впрыска топлива,
длительности периода задержки его воспламенения и интенсивности движения
воздуха в камере сгорания.
5. Интервал времени между началом впрыска и воспламенением топлива составляет
период задержки воспламенения. Он влияет на характер работы двигателя и зависит
главным образом от свойств самого топлива, температуры в камере сгорания и угла
опережения впрыска. При стандартном качестве топлива, если температура в камере
сгорания возрастает, период задержки воспламенения уменьшается. Это снижает
жесткость работы двигателя. Для каждого двигателя в соответствии с условиями
смесеобразования находят оптимальный период задержки, обеспечивающий

16. сравнительно мягкую работу при достаточно высокой экономичности.
Продолжительность периода задержки воспламенения зависит от нескольких
факторов. От степени сжатия двигателя. Чем выше степень сжатия, тем выше
температура сжатого воздуха и меньше время прогрева топлива. От формы камеры
сгорания. Чем лучше она обеспечивает завихрение смеси и перемешивание топлива с
воздухом, тем скорее завершается прогрев.От числа оборотов коленчатого вала.
Увеличение числа оборотов до определенных пределов способствует сокращению
задержки воспламенения, так как улучшаются условия смесеобразования: повышается
температура сжатого воздуха, усиливается его завихрение. Однако по мере
возрастания оборотов сокращается продолжительность впрыска, вследствие чего в
камеру одновременно попадает много холодных частиц топлива, что замедляет их
прогрев. У быстроходных дизелей период задержки воспламенения по времени
приближается к периоду впрыска, и топливо сгорает почти одновременно с резким
нарастанием давления. Это является одной из причин, ограничивающих увеличение
числа оборотов у дизельных двигателей. Продолжительность периода задержки
зависит также и от эксплуатационных условий. Топливо будет дольше прогреваться,
если оно плохо распылено, если форсунка раньше времени впрыскивает топливо и оно
попадает в недостаточно прогретый воздух, если топливо имеет высокую температуру
самовоспламенения, если двигатель работает с малой нагрузкой, на холостом ходу и
недостаточно прогрет. На характер протекания процесса сгорания в значительной
степени влияет момент впрыска топлива в цилиндр. Положение коленчатого вала, при
котором должен начинаться впрыск, характеризуется величиной угла опережения
впрыска. Последний зависит от степени сжатия двигателя, сорта применяемого
топлива, формы камеры сгорания и некоторых других факторов. Для каждого типа
двигателя наивыгоднейший угол опережения впрыска находится при испытании в
лабораторных условиях. При раннем впрыске, когда угол опережения больше
наивыгоднейшего, работа становится жесткой. Кроме того, топливо может
воспламениться преждевременно, и в этом случае сила давления газов будет
действовать некоторое время на- встречу движущемуся поршню, мощность двигателя
снизится. Частицы топлива, не успевая загореться в непрогретом воздухе, будут
ударяться о стенки камеры, образуя жидкостную пленку, которая полностью не сгорит.
Вследствие этого выхлоп получится дымный. При позднем впрыске, когда угол
опережения меньше наивыгоднейшего, горение будет протекать при значительно
увеличивающемся объеме, снизится давление газов, увеличится теплоотдача стенкам
цилиндра, а следовательно, снизятся мощность и экономичность двигателя. Чтобы
обеспечить нормальное протекание процессов смесеобразования и сгорания топлива в
дизельном двигателе, необходимо: периодически проверять и регулировать форсунки и
топливный насос, более полно загружать двигатель, избегая работы на холостом ходу,
и применять только тот сорт топлива, который предусмотрен для данного двигателя.
Качество распыливания топлива особенно важно для двигателей с неразделенными
камерами сгорания. Оно зависит от конструкции топливоподающей аппаратуры,
частоты вращения коленчатого вала двигателя и количества топлива, подаваемого за
один цикл (цикловой подачи).
6. При повышении частоты вращения коленчатого вала и цикловой подачи возрастают
давление впрыска и тонкость распыливания. Заметное влияние на скорость истечения
начальных и конечных порций топлива оказывает степень упругости пружины
запорной иглы форсунки. При увеличении сжатия пружины размеры капель топлива в

17. начале и в конце подачи уменьшаются. Это вызывает среднее увеличение давления,
развиваемого в системе питания, что ухудшает работу двигателя при малой частоте
вращения коленчатого вала и малой цикловой подаче. Уменьшение сжатия пружины
форсунки оказывает отрицательное влияние на процессы сгорания и выражается в
увеличении расхода топлива и повышении дымления. Оптимальное усилие сжатия
пружины форсунки рекомендуется заводом-изготовителем и регулируется в процессе
эксплуатации на стендах. Процессы впрыска топлива в значительной степени
определяются также техническим состоянием распылителя: диаметром его отверстий
и герметичностью запорной иглы. Увеличение диаметра сопловых отверстий снижает
давление впрыска и изменяет строение факела распыливания топлива. Образование
факела и его дальнобойность зависят от давления впрыска, диаметра соплового
отверстия, плотности и подвижности воздуха. Чем больше давление впрыска и
диаметр соплового отверстия, тем сильнее проникает факел вглубь камеры сгорания.
Потоки воздуха в камере сгорания отклоняют факел впрыскиваемого топлива по
направлению своего движения. При эксплуатации форсунок следует учитывать, что
установка распылителей с иным расположением отверстий, засорение или
закоксование хотя бы одного отверстия у многосоплового распылителя приводит к
нарушению факелов распыливания топлива, а в итоге - к нарушению
смесеобразования и процессов сгорания. Если же распылители зависают и форсунка
«льет» то возможно появление стуков, подобных стуку вкладышей коленчатого вала.
Условием нормального протекания рабочего цикла двигателя является умеренная
скорость подачи топлива в начале впрыска, чтобы за период задержки воспламенения
не накапливалось слишком много топлива в цилиндре. Тогда нарастание давления при
воспламенении происходит плавно, а двигатель работает мягко. Слишком большое
опережение впрыска ведет к увеличению периода задержки воспламенения и жесткой
работе двигателя, так как начало впрыска происходит в этом случае при сравнительно
низких температурах в цилиндре. Малый угол опережения впрыска способствует
развитию сгорания топлива в процессе расширения, что ухудшает температурный
режим двигателя, вызывая его перегрев. Поэтому для получения лучших показателей
работы двигателя завод-изготовитель устанавливает оптимальный угол опережения
впрыска, который не допускается изменять при эксплуатации.
7. Турбокомпрессор - это компрессор, или воздушный насос, который приводится от
турбины. Турбина вращается за счет использования энергии потока отработавших
газов. Частота вращения турбокомпрессора дизельного двигателя находится в пределах
от 1000 до 130.000 об/мин (это значит, что лопатки турбины разгоняются почти до
линейной скорости звука).Турбина непосредственно соединяется с компрессором
жесткой осью. Компрессор засасывает через воздушный фильтр свежий воздух,
сжимает его и затем под давлением подает во впускной коллектор двигателя. Чем
больше воздуха подается в цилиндры, тем больше топлива может сгореть, а это
повышает мощность двигателя. Теоретически существует равновесие мощностей
между турбиной и компрессором турбокомпрессора. Чем большую энергию имеют
отработавшие газы, тем быстрее будет вращаться турбина. Как следствие, компрессор
тоже будет вращаться быстрее.
Выводы.

18. 1. Таким образом, в процессе исследовательской работы мы изучили устройство и
принцип действия системы питания дизельного двигателя.
2. Мы пришли к выводу, что оптимальная работа дизельного двигателя может быть
достигнута только путем комплексного применения различных методов.
3. Система питания дизельного двигателя является сложным устройством,
требующим надлежащего обслуживания и ремонта.
Наши предложения.
1. Дизельный двигатель может получить широкое распространение только
благодаря дальнейшим научно-техническим разработкам в этой области.
2. Необходимо привлечь внимание общественности, средств массовой
информации и власти к решению проблемы по повышению цен на дизельное
топливо.
Источники.
1. http://www.turbodiesel.ru/diesel.html
2. http://avtoinfo.ucoz.com
3. http://shsd.kz
4. http://www.info-tehnika.ru/pitanie-dvigateley/pitanie-dizeley
5. http://avtodvor.com.ua/vprysk.php
6. «Системы питания дизелей»: Лышевский А.С.
7. «Тракторы»: Родичев В.А.
8. «Учебник по устройству автомобиля»: Зеленин С.Ф., Молоков В.А.
9. «Устройство автомобиля»: Передерий В.П.