А от про те, що її робота тісно пов’язана з сумішоутворенням, слід ще раз нагадати, оскільки при порушенні цього процесу показники двигуна суттєво погіршуються.
Відомо, що дизелі Мінського моторного заводу типу ММЗ Д-260.4 відрізняються від ЯМЗ-236Д3 підвищеною потужністю та меншою витратою палива. Причому, за результатами випробувань і польових досліджень встановлено, що різниця при виконанні різних операцій досягає 15-20%. Однак до дорадчої сільськогосподарської служби Харківського національного технічного університету сільського господарства ім. П. Василенка звернулись фахівці з одного господарства з питанням: чому після власного ремонту паливної апаратури з заміною розпилювачів форсунок на нові та якісним регулюванням паливного насосу дизель втратив свої переваги: чадить та не розвиває потужності?
Розглянемо причино-наслідковий зв'язок порушення процесів сумішоутворення дизелів.
Згоряння палива і перетворення теплової енергії, яка виділилася при цьому, в механічну є основною частиною робочого процесу двигуна, від якої значною мірою залежать показники його роботи. Саме в цих процесах здійснюється перетворення хімічної енергії палива спочатку в теплову, а потім у механічну роботу. Щоб добитися найбільшої потужності й економічності дизеля, необхідно забезпечити повне, достатньо швидке (але не вибухоподібне) своєчасне згоряння палива.
Умови сумішоутворення у дизельних двигунах надзвичайно складні, оскільки цей процес протікає за дуже короткий час - 0,003-0,005 секунди (25-30° повороту колінчастого валу). За цей час паливо, що впорскується у циліндр, повинно рівномірно змішатися із повітрям у камері згоряння, випаруватися, пройти необхідні підготовчі реакції для запалювання, запалати і повністю згоріти. В дизелі процеси сумішоутворенняі згоряння співпадають за часом. Від якості сумішоутвореннязалежить протікання процесу горіння, а, отже, економічність і термін служби дизельного двигуна. Тому питанням сумішоутворення і згоряння приділяєтьсяособливе місце як при створенні дизелів, так і в період їх експлуатації.
Досконалість сумішоутворення у дизельному двигуні визначається формою камери згоряння, характером руху повітря при впусканні і якістю подачі палива в циліндри двигуна.
Протікання процесу згоряння залежить переважно від того, як підготовлена горюча суміш. Сумішоутворення, яке у дизельних двигунів відбувається усередині циліндра, полягає у механічному розпилюванніструменя палива на крапельки діаметром від 0,005 до 0,1 мм і в розподіліїх в масі стисненого повітря. При цьому не допускається утвореннядуже дрібних або великих крапель, тобто струмінь повинен бути однорідним.
Згоряння може відбутися повно і достатньо швидко тільки в тому випадку, якщо горюча суміш має потрібний склад і частинки палива достатньо дрібно розпилені і рівномірноперемішані з повітрям.
Від початку впорскування палива до початку самозаймання проходить деякий проміжокчасу (0,001-0,002 секунди), який називається періодом затримки запалювання. Якщо затримка запалювання є тривалою, то в камері згоряння накопичується багато палива, що викликаєрізке наростання тиску при спалаху. Деталі кривошипно-шатунного механізму піддаються при цьому ударному навантаженню, і у двигуна прослуховуються стуки. Така робота називається жорсткою і є недопустимою для дизеля, оскільки значно скорочує його ресурс.
Проте затримка запалювання не повинна бути і дуже короткою, оскільки при цьому необхідно буде починати впорскування палива при положенні поршня, більш близькому до ВМТ. В результаті велика кількість палива згорятиме після ВМТ при зростаючому об'ємі, а це збільшить втрати тепла через стінки камери в охолоджуючу рідину. Двигун перегріватиметься,а його економічність погіршиться.
Спосіб сумішоутворення визначає будову камери згоряння дизельного двигуна. Залежно від будови камери згоряння існуєдекілька типів швидкохіднихдизельних двигунів, які діляться на двигуни з неподіленими камерами згоряння, що отримали назву двигунів з безпосереднім впорскуванням палива, і двигуни з розділенимикамерами передкамерного і вихрового типів.
Найбільше розповсюдження отримали дизелі з неподіленими камерами згоряння (рис. 1). Для підвищення якості сумішоутворення у таких двигунах повітря в циліндри підводиться через впускні канали, що мають тангенціальне розташування щодо камер згоряння. Цим досягаєтьсядодатковезавихрення повітря у процесі впускання. Воно зберігається також і при стисненні повітря, завдяки цьому після впорскування палива відбуваєтьсяйого швидке перемішуванняз повітрям.
Рис. 1. Схема неподіленої камери згоряння дизеля ММЗ Д-262.2S2
Якість внутрішнього сумішоутворення досягається як формою камери згоряння, так і формою факела палива, що розпилюється, при відповідному законі подачі палива.
У двигунів із безпосереднім впорскуванням палива весь об'єм камери згоряння зосереджений у надпоршневому просторі, причому камеру згоряннячасто розташовують у днищі поршня. В цьому випадку конфігурація камеризгоряння сприяє кращому сумішоутворенню. Основний об'єм камеризгоряння знаходиться у виїмці, розташованій в середній частині днища поршня. При русі поршня вгору повітря з надпоршневого простору витісняєтьсяв камеру, розташовану в поршні. Це створює стійкі вихори усередині камери. Для найбільш рівномірного розподілу палива по всьому об'єму камеризгоряння застосовують форсунки, розпилювачі яких мають багато отворів, що створюють не один, а декілька струменів палива: останні утворюють загальний факел розпилювання. Число і діаметр отворів розпилювача підбирають з міркувань якнайповнішого використання повітряного заряду в циліндрідвигуна.
Основна маса впорскуваного форсункою палива потрапляє на стінки камери і покриває їх тонкою плівкою. Унаслідок високої температури стінок і вихрового руху гарячого повітря паливо випаровується і проходитьвсі реакції, що готують його до запалювання. Рештачастини палива, що розпилюється в камері згоряння, запалюється у середовищі повітря, що має високу температуру. Воно і підпалює горючу суміш, що утворюєтьсянад плівкою. Такий спосіб сумішоутворення, який називаютьоб'ємно-плівковим, дозволяє отримати високу економічність дизеля при зниженійжорсткості згоряння та робить процес згоряння менш чутливим до якості палива, тонкості розпилювання і до швидкісного режимуроботи двигуна.
Дизельні двигуни з неподіленими камерами згоряння мають ряд переваг, обумовлених конструкцією камери згоряння. Перш за все, це малі втратитепла при згорянні палива, оскільки камера згоряння розташована в днищі поршня і меншою мірою охолоджується рідиною системи охолодження. Впорскування палива здійснюється безпосередньов камеру згоряння, це покращує пускові властивості двигуна і підвищуєйого паливну економічність. Невеликі об'єми неподілених камер згоряння дозволяють також підвищити ступінь стиснення двигуна і прискоритипротікання робочихпроцесів, що впливає на його швидкохідність.
Зі зростанням швидкохідності дизельних двигунів підвищується їх літрова потужність, тому саме такі камери згоряння отримали широке застосування у сучасних двигунах.
Розвиток процесу згоряння у дизельному двигуні залежить від характеристики впорскування палива, тривалості періоду затримки його запалювання й інтенсивності рухуповітря у камері згоряння.
Інтервал часу між початком впорскування і запалюванням палива становить період затримки запалювання. Він впливає на характер роботи двигуна і залежить головним чином від властивостей самого палива, температури в камері згоряння і кута випередженнявпорскування. При стандартній якості палива, якщо температура в камері згоряння зростає, період затримки запалювання зменшується. Це знижує жорсткість роботи двигуна.
Для кожного двигуна відповідно до умов сумішоутворення знаходять оптимальний період затримки, що забезпечує порівняно м'яку роботу при достатньо високій економічності.
Тривалість періоду затримки запалювання залежить від декількох чинників:
Від ступеня стиснення двигуна. Чим вище ступінь стиснення, тим вище температура стисненогоповітря і менший час прогрівання палива.
Від форми камери згоряння. Чим краще вона забезпечує завихрення суміші і перемішування палива з повітрям, тим швидше завершується прогрівання.
Від частоти обертання колінчастого валу. Збільшення числа обертів до певних меж сприяє скороченню затримки запалювання, оскільки поліпшуються умовисумішоутворення: підвищується температура стисненого повітря, посилюється його завихрення. Проте у міру зростання обертів скорочується тривалість впорскування, унаслідок чого в камеру одночасно потрапляє багато холодних частинок палива, що сповільнює їх прогрів. У швидкохідних дизелів період затримки запалювання за часом наближається до періоду впорскування, і паливо згоряє майже одночасно з різким наростанням тиску. Це є однією з причин, що обмежуютьзбільшення числа обертів у дизельних двигунів.
Тривалість періоду затримки залежить також і від експлуатаційних умов.
Паливо довше прогріватиметься за умов, якщо воно погано розпилене; якщо форсунка завчасно уприскує паливо і воно потрапляє в недостатньо прогріте повітря; якщо паливо має високу температуру самозаймання; якщо двигун працює з малим навантаженням, на холостому ходу і недостатньо прогрітий.
На характер протікання процесу згоряння значною мірою впливає момент впорскування палива в циліндр. Положення колінчастого валу, при якому повинне починатися впорскування, характеризується величиною кута випередження впорскування. Останній залежить від ступеня стиснення двигуна, сорту вживаного палива, форми камери згоряння і деяких інших чинників. Для кожного типу двигуна найбільш вигідний кут випередження впорскування знаходиться при випробуванні в лабораторних умовах.
При ранньому впорскуванні, коли кут випередження більше оптимального, робота стає жорсткою, оскільки початок впорскування відбувається при порівняно низьких температурах у циліндрі. Крім того, паливо може запалати передчасно, і в цьому випадку сила тиску газів діятиме деякий час назустріч руху поршня, внаслідок чого потужність двигуна зменшиться. Частинки палива, що не встигли згоріти в непрогрітому повітрі, ударятимуться об стінки камери згоряння, утворюючи рідинну плівку, яка повністю не згорить. Внаслідок цього вихлоп вийде димний.
При пізньому впорскуванні, коли кут випередження менше оптимального, горіння протікатиме при розширенні (тобто в об'ємі, що значно збільшується), що погіршує температурний режим двигуна, викликаючи його перегрів, а отже, знизяться потужність й економічністьдвигуна. Томудля отримання кращих показників роботи двигуна завод-виготовлювач встановлюєоптимальний кут випередження впорскування, який не допускається змінювати при експлуатації.
Щоб забезпечити нормальне протікання процесів сумішоутворення і згоряння палива в дизельному двигуні, необхідно: періодично перевіряти і регулювати форсунки і паливний насос, більш повно завантажувати двигун, уникаючи роботи на холостому ходу, і застосовувати тільки той сорт палива, який передбачений для цього двигуна.
Якість розпилювання палива особливо важлива для двигунів із неподіленими камерами згоряння. Вона залежить від конструкції апаратури подачі палива, частоти обертання колінчастого валу двигуна і кількостіпалива, що подається за один цикл (циклової подачі). При підвищеннічастоти обертання колінчастого валу і циклової подачі зростають тисквпорскування і тонкість розпилювання.
На швидкість закінчення початкових і кінцевих порцій палива помітно впливає ступінь пружності пружини замочної голки розпилювача форсунки. При збільшенні стиснення пружини розміри крапель палива на початку і в кінці подачі зменшуються. Це викликає середнє збільшення тиску, що розвивається у системі живлення, що, своєю чергою, погіршує роботу двигуна при малій частоті обертанняколінчастого валу і малій цикловій подачі. Зменшення стиснення пружинифорсунки негативно впливає на процеси згоряння і виражається у збільшенні витрати палива і підвищенні димлення двигуна. Оптимальнезусилля стиснення пружини форсунки рекомендується заводом-виготовлювачем і регулюється у процесі експлуатації на стендах.
Процеси впорскування палива значною мірою визначаються також технічним станом розпилювача форсунки: діаметром його отворів і герметичністю замочної голки. Збільшення діаметра соплових отворів знижує тиск впорскування і змінює будову факела розпилювання палива.
Утворення факела і його далекобійність залежать від тиску впорскування, діаметра соплового отвору, густини і рухливості повітря. Чим більше тиск впорскування і діаметр соплового отвору, тим сильніше проникає факел всередину камери згоряння. Потоки закрученого у впускному трубопроводі повітря надходять до камери згоряння і відхилюютьфакел впорскуваного палива по напрямусвого руху.
При експлуатації форсунок слід враховувати, що засмічення або закоксовування хоча б одного отвору у багатосоплового розпилювача приводитьдо зміни факелів розпилювання палива, і як наслідок - до порушення сумішоутворення і процесів згоряння.
Умовою нормального протікання робочого циклу двигуна є помірна швидкість подачі палива на початку впорскування, щоб за період затримки запалювання не нагромаджувалося дуже багато палива в циліндрі. Тоді наростання тиску при запалюванні відбувається плавно, а двигунпрацює м'яко.
Чому ж виникають питання стосовно дизелів, що добре себе зарекомендували в експлуатації, але після ремонту паливної апаратури не мають тих високих показників, які мали раніше. Потужність двигунів істотно знижується, спостерігається димний вихлоп (чорний дим), а масло швидко забарвлюється у чорний колір. Витрата палива при цьому зросте на 15-20% і більше.
Так, зокрема, в результаті проведених спостережень двигунів серії Д-260 Мінського моторного заводу встановлено, що на дизелях ММЗ Д-260.1, Д-260.2, Д-260.4 і дизелях Д-260.7 і Д-262.2S2 застосовуються неподілені камери згоряння, сумішоутворення у них протікає подібно, але форми камер згоряння у поршнях різні (рис. 2). Для здійснення якісного сумішоутворення і повного згоряння палива отвори розпилювачів у них виконані по різному.
Рис. 2. Поршні дизелів ММЗ Д-260.1, Д-260.2, Д-260.4 (зліва)
і дизелів Д-260.7 і Д-262.2S2 (справа)
Дизелі ММЗ Д-260.1, Д-260.2, Д-260.4 виготовлені відповідно до вимог Stage-0 (Євро-0). В їх поршнях виконана неподілена закрита камера згоряння типу ЦНІДІ (ліворуч на рис. 2). Для забезпечення якісного сумішоутворення на вказані двигуни встановлюється форсунка з розпилювачем 174-02.
На дизелях ММЗ Д-260.7С, виготовленому відповідно до вимог Stage-1 (Євро-1), Д-260.4С2, Д-262.2S2, виготовлених відповідно до вимог Stage-2 (Євро-2), використовується неподілена відкрита камера згоряння (праворуч на рис. 2). Зміна форми камери згоряння (вона виконана меншої глибини і з більшою горловиною) спровокувала застосування інших розпилювачів, відмінних від попереднього розташуванням отворів і, відповідно, іншим кутом розпилювання палива. На вказаних дизелях потужністю до 210 к.с. застосовується розпилювач 172-11.01, а на дизелях потужністю 250 к.с. - розпилювач 172-11.02.
Вказані розпилювачі мають істотні відмінності і НЕ ВЗАЄМОЗАМІННІ.
ПРИ УСТАНОВЦІ ПОМИЛКОВО, наприклад, розпилювача 172-11.02 на дизель ММЗ Д-260.4 не забезпечиться оптимальне сумішоутворення і повне згоряння палива, внаслідок чого ПОТУЖНІСТЬ ЙОГО ІСТОТНО ЗНИЗИТЬСЯ, спостерігатиметься димний вихлоп (чорний дим) і відбуватиметьсяінтенсивне нагароутворення, а масло швидко забарвиться у чорний колір від сажі незгорілого палива. Витрата палива при цьому зростена 15-20% і більше.
Будьте уважні при обслуговуванні і ремонті, і дизель відповість Вам надійною економічною роботою протягом тривалого періоду експлуатації.
