Приготовление в цилиндре дизеля рабочей смеси топлива с воздухом для ее наилучшего сгорания называется смесеобразованием. Смесеобразование — один из важнейших процессов, от качества которого зависит полнота сгорания топлива, а следовательно, и экономичность работы двигателя. Качественное сме­сеобразование достигается за счет распыления топлива на мель­чайшие частицы и их равномерного распределения по всему объему воздуха камеры сгорания. Смесеобразование и сгорание рабочей смеси происходит за весьма короткое время от 0,006 до 0,03

сек.

Распыление топлива осуществляется при его впрыске в камеру сгорания через сопловые отверстия топливной форсунки. Сово­купность частиц распыливаемого топлива, образующаяся при выходе топлива из форсунки, называется факелом топлива. Основные параметры факела (рис. 163) следующие: длина факе­ла l и угол факела ?. Хорошее смесеобразование достигается не только за счет тонкого и однородного распыла, но и соответст­вия камеры сгорания форме факела и вихревых потоков воздуха в ней. Вихревые потоки образуются благодаря особой конструк­ции камеры сгорания и соответствующей форме донышка поршня.

Впрыск топлива в цилиндр осуществляется под большим дав­лением: 20—40 Мн/м² для тихоходных, 80—100 Мн/м² — для быстроходных дизелей и 100—200 Мн/м² — для насос-форсунок. В результате значительного перепада давлений в выходном от­верстии сопла форсунки и в камере сгорания, скорость истечения топлива достигает 100—400 м/сек, что приводит к его быстрому распаду на микрочастицы (5—50 мкм). С уменьшением диаметра сопла и снижением вязкости топлива качество расплыва возра­стает. Длина факела l должна быть такой, чтобы частицы топли­ва успевали сгореть до подхода к охлажденной стенке камеры. С увеличением давления впрыска длина факела возрастает; с повышением плотности сжатого в камере воздуха она умень­шается.

В дизелях различают неразделенные и разделенные камеры сгорания и соответственно способы смесеобразования:

однокамерный или непосредственный — топливо впрыскивается непосредственно в неразделенную камеру сгорания (к этому спо­собу относятся объемное, пленочное и объемно-пленочное смесе­образование);

предкамерный — камера сгорания состоит из двух неравных по объему частей;

вихрекамерный — сферическая или цилиндрическая камера располагается в крышке цилиндра.

Непосредственный способ смесеобразования применен в дизе­лях большой и средней мощности как тихоходных, так и средней быстроходности. На рис. 164 представлены схемы некото­рых неразделенных камер сгорания. Камеры образованы днища­ми поршня и крышки и стенками цилиндра. Топливо впрыски­вается через несколько (3—10) сопловых отверстий топливной форсунки. Равномерному качественному распылу также способ­ствует конфигурация камеры, согласованная с направлением и длиной факела топлива. Непосредственный способ смесеобразова­ния обеспечивает высокую экономичность работы двигателя благо­даря малым потерям тепла и облегченный пуск двигателя из холодного состояния.

К недостаткам непосредственного способа смесеобразования следует отнести жесткую работу двигателя и дорогостоящую топливоподающую аппаратуру.

При пленочном смесеобразовании большую часть топлива в жидкой фазе (90—95%) наносят на внутреннюю поверхность полушаровой камеры сгорания в поршне (рис. 164), где оно испа­ряется и поджигается воспламенившейся струей топлива (5—10%), распыленного обычным способом. При объемно-пле­ночном смесеобразовании часть топлива распыливается в воз­душном заряде, а другая попадает на стенки. При пленочном и объемно-пленочном смесеобразовании топливо впрыскивается под давлением, равным 15 Мн/м². Завихрение в камере создается в результате установки экрана на всасывающем клапане или за счет соответствующей конфигурации всасывающего канала в крышке. Эти способы смесеобразования обеспечивают работу на различных сортах топлива, а также меньший шумовой уровень двигателя.

Для быстроходных дизелей малой мощности (цилиндровая мощность 100 кет) характерен предкамерный способ смесеобра­зования. Камера сгорания (рис. 165, а) состоит из предкамеры 3 небольшого объема, расположенной в крышке 5, и главной ка­меры 1 (надпоршневое пространство). Предкамера соединена од­ним или несколькими каналами (2—10 мм) 2 с главной камерой. Объем предкамеры составляет 25—30% общего объема камеры сгорания. При сжатии воздух, перетекая в предкамеру, интен­сивно завихряется, хорошо перемешивается с топливом, которое впрыскивается форсункой 4 под большим давлением (8—10 Мн/м²) и частично (из-за недостатка воздуха) сгорает. Образовавшиеся газы выбрасывают несгоревшее топливо с большой скоростью из предкамеры, обеспечивая его хорошее распыливание и переме­шивание с воздухом в основной камере. В основной камере топ­ливо догорает. Достоинствами двигателей с предкамерным смесе­образованием являются: менее жесткая работа двигателя, более низкие давления впрыска, сопловые отверстия форсунок несколько большего диаметра (2—10 мм), чем у форсунок неразделенных камер, более дешевая топливная аппаратура и меньшая чувст­вительность к качеству топлива (пригодность для сжигания тя­желых сортов топлива). К недостаткам относятся: сложность конструкции крышек, меньшая экономичность двигателя и затруд­нительный пуск из холодного состояния. В двигателях с вихрекамерным смесеобразованием (рис. 165, б) вихревая камера 2 зани­мает до 80%. объема камеры сгорания, размещаясь в крышке 4 цилиндра 3. В процессе сжатия воздух в вихревой камере интен­сивно завихряется, обеспечивая хорошее смесеобразование. Впрыск топлива в вихревую камеру осуществляется однодырчатой форсун­кой 1 под давлением 10—12 Мн/м².

Вихрекамерное смесеобразование широко применяют в высоко­оборотных двигателях малой мощности, используемых для при­вода электрогенераторов. Удельный расход топлива в двигателях с раздельными камерами сгорания составляет 0,25—0,29 кг/(квт?ч). Увеличение расхода топлива в этих двигателях обусловлено зна­чительными тепловыми потерями в камере из-за большей поверх­ности охлаждения и гидравлических сопротивлений, возникающих при перетекании газов из вспомогательной камеры в главную. За счет тепловых потерь снижается температура в конце сжатия. Для облегчения запуска двигателя применяют специальные за­пальные приспособления: свечи накаливания или неохлаждаемые вставки.

Особенности процесса смесеобразования при использовании в дизелях сжиженного газа следующие: впрыск сжиженного газа в камеру сгорания осуществляется с меньшим давлением, чем впрыск дизельного топлива; большая испаряемость газа; незначи­тельные силы поверхностного натяжения и малая кинематическая вязкость. Благодаря этому достигается быстрый распад газового факела на мелкие капли и их испарение, что обеспечивает получе­ние качественной микроструктуры топливной смеси в камере сго­рания. В то же время указанные свойства в. сочетании с малой удельной массой сжиженного газа уменьшают пробивную способ­ность и дальнобойность топливного факела в воздушном заряде цилиндра дизеля.

В последние годы уделяется внимание вопросам повышения экономичности и мощности дизеля путем присадок к воздуху го­рючих природных газов или различных фракций жидкого топлива. Результаты исследований показывают, что работа дизеля с при­садкой топлива к воздушному заряду, т. е. с двухфазной подачей топлива, является весьма эффективной.

Присадки топлива в воздушный тракт позволяют совершенст­вовать процесс сгорания топлива и соответственно повысить мощ­ность двигателя.