Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Впрыскивание и распыливание топлива в дизелях

Покупка
Артикул: 122135.02.99
Доступ онлайн
1 800 ₽
В корзину
Рассмотрены особенности процессов впрыскивания и распыливания топлива в современных транспортных и автотракторных дизелях. Показана зависимость экономических и экологических показателей дизелей от конструкции системы топливоподачи, характеристик впрыскивания и распыливания топлива, режима работы топливоподающей аппаратуры, свойств применяемого топлива. Представлены результаты экспериментальных исследований систем топливоподачи, методики расчета топливной аппаратуры и результаты расчетов, проведенных в МГТУ им. Н.Э. Баумана. Для инженерно-технических работников предприятий и организаций сельскохозяйственного и транспортного машиностроения, научных организаций, занимающихся созданием и совершенствованием дизелей. Может быть полезна студентам вузов.
Марков, В. А. Впрыскивание и распыливание топлива в дизелях : монография / В. А. Марков, С. Н. Девянин, В. И. Мальчук. - Москва : МГТУ им. Баумана, 2007. - 360 с. - ISBN 978-5-7038-3052-9. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1959254 (дата обращения: 29.03.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
В.А. Марков, С.Н. Девянин, 
В.И. Мальчук 
 
 
 
 
 
 
 
 
Впрыскивание 
и распыливание 
топлива 
в дизелях 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Москва 
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 
2007 

УДК 621.436 
ББК 31.365 
М25 
 
 
 
Рецензент  проф. И.В. Леонов 
  
Марков В.А., Девянин С.Н., Мальчук В.И. 
Впрыскивание и распыливание топлива в дизелях. – 
М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007. – 360 с., ил. 
 
ISBN 978-5-7038-3052-9 
 
Рассмотрены особенности процессов впрыскивания и распы-
ливания топлива в современных транспортных и автотракторных 
дизелях. Показана зависимость экономических и экологических 
показателей дизелей от конструкции системы топливоподачи, характеристик 
впрыскивания и распыливания топлива, режима работы 
топливоподающей аппаратуры, свойств применяемого топлива. 
Представлены результаты экспериментальных исследований 
систем топливоподачи, методики расчета топливной аппаратуры и 
результаты расчетов, проведенных в МГТУ им. Н.Э. Баумана. 
Для инженерно-технических работников предприятий и организаций 
сельскохозяйственного и транспортного машиностроения, 
научных организаций, занимающихся созданием и совершенствованием 
дизелей. Может быть полезна студентам вузов. 
 
 

УДК 621.436 
ББК 31.365 
 
 
 
 
 
© В.А. Марков,  С.Н. Девянин, 
В.И. Мальчук,  2007 
 
© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007 
 
© Оформление.  Издательство 
ISBN 978-5-7038-3052-9 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2007 

М2

ПРЕДИСЛОВИЕ 

В последние десятилетия отмечается быстрый рост парка автомобилей, 
расширение сферы их применения, повышение мощностей 
двигателей внутреннего сгорания, устанавливаемых на транспортные 
средства. При этом доля дизельных двигателей на 
транспорте постоянно увеличивается и достигла 25...30 %. Такими 
двигателями традиционно оснащаются большегрузные автомобили, 
городские автобусы; в настоящее время их используют на легковых 
автомобилях. В качестве силовых установок сельскохозяйственных 
машин также применяются главным образом дизельные двигатели. 
Преимуществами дизелей по сравнению с бензиновыми двигателями 
являются высокая топливная экономичность, работа на сравнительно 
дешевом дизельном топливе, возможность применения облегченных 
нефтяных и альтернативных топлив. 
Вместе с тем реализация этих преимуществ дизелей возможна 
только при обеспечении высокого качества впрыскивания и распы-
ливания топлива, предопределяющих его эффективное сгорание. 
При этом протекание рабочих процессов в дизелях зависит от конструкции 
и характеристик топливоподающей аппаратуры, в первую 
очередь форсунок. В технической литературе недостаточно полно 
освещены вопросы влияния конструктивных особенностей форсунок 
на показатели топливной экономичности и токсичности 
отработавших газов дизельных двигателей. В данной монографии 
представлены результаты исследований топливоподающих систем 
и проведен анализ влияния их конструкции на экономические и 
экологические показатели дизелей. 
Монография написана на основе материалов исследований, 
проведенных авторами в Московском государственном техническом 
университете им. Н.Э. Баумана, Московском автомобильно-
дорожном институте, на заводе им. Лихачева, Ногинском заводе 
топливной аппаратуры, в научно-производственном предприятии 
«Агродизель» и ряде других организаций. 
 

ВВЕДЕНИЕ 

Эффективность использования транспортных средств и сельскохозяйственных 
машин определяется характеристиками установленных 
на них двигателей внутреннего сгорания. Дизельные 
двигатели, работающие с повышенными степенью сжатия и ко-
эффициентом избытка воздуха, более чем другие отвечают совре-
менным тенденциям развития транспортного и автотракторного 
двигателестроения – повышению агрегатной мощности, сниже-
нию удельного расхода топлива и токсичности отработавших га-
зов. Эти показатели в значительной степени определяются конст-
рукцией системы топливоподачи. Важнейшим элементом этой 
системы является форсунка, от конструкции которой зависят ха-
рактеристики впрыскивания и распыливания топлива: геометри-
ческие характеристики струй распыливаемого топлива, структура 
топливного факела, мелкость распыливания топлива, ряд других 
параметров процесса топливоподачи. 
При разработке топливоподающей аппаратуры для транспорт-
ных и автотракторных дизелей необходима оптимизация назван-
ных параметров и характеристик на каждом эксплуатационном 
режиме двигателя. Это вызвано тем, что в режимах работы двига-
теля с пониженной частотой вращения и неполной подачей топ-
лива показатели впрыскивания и распыливания, как правило, 
ухудшаются. В частности, отмечается уменьшение длины и ши-
рины топливного факела, ухудшение качества распыливания, уве-
личение неравномерности распределения капель топлива по объ-
ему камеры сгорания. Это приводит к снижению эффективности 
процесса сгорания топлива и ухудшению экономических и эколо-
гических показателей работы дизеля. 
Рабочие процессы дизелей оказывают определяющее влияние 
на показатели топливной экономичности и токсичности отрабо-
тавших газов, причем последние в настоящее время становятся 
основными показателями работы дизелей. Это обусловлено не-
прерывным ужесточением норм на токсичность отработавших 
газов. В процессе проведения расчетно-экспериментальных ис-
следований и подготовки рукописи данной монографии Европей-
ские нормы на токсичность отработавших газов дизелей EURO-2 
были перспективными. В 2006 г. эти нормы были введены и  

на территории Российской Федерации и стали действующими.  
В 2008 г. в России планируется введение в действие еще более 
жестких норм EURO-3. Тем не менее предложенные в моногра-
фии мероприятия по совершенствованию процессов впрыскивания 
и распыливания топлива в дизелях не теряют своей актуальности 
и могут рассматриваться как составная часть комплекса меро-
приятий, позволяющих удовлетворить требования норм EURO-3, 
а также еще более жестких норм EURO-4 и EURO-5, введение 
которых в РФ планируется в более отдаленной перспективе. 
Проверка соответствия двигателей упомянутым нормам про-
водится с использованием специально разработанных для этой 
цели испытательных циклов, отражающих реальное распределе-
ние режимов работы транспортных и автотракторных двигателей 
в условиях их реальной эксплуатации. Указанные испытательные 
циклы характеризуются включением в них режимов с различными 
частотами вращения вала двигателя и нагрузками, причем каждый 
режим вносит свой вклад в интегральные показатели токсичности 
отработавших газов. Поэтому при совершенствовании рабочих 
процессов транспортных и автотракторных двигателей необходи-
мо учитывать частую смену режимов работы двигателя, а также 
условий его эксплуатации – изменение параметров окружающего 
воздуха, свойств применяемого топлива, ряд других факторов. 
Это относится и к процессу топливоподачи. Для достижения тре-
буемых экономических и экологических показателей характери-
стики и параметры процесса топливоподачи целесообразно кор-
ректировать в соответствии с режимом работы двигателя и 
условиями его эксплуатации. Это позволит осуществлять целена-
правленное изменение указанных характеристик и параметров, 
обеспечивая тем самым требуемый характер протекания процес-
сов подачи топлива, его распыливания, смесеобразования и сгора-
ния на каждом эксплуатационном режиме. 
Таким образом, при разработке и совершенствовании систем 
топливоподачи возникает проблема выбора их конструкции и 
оценки влияния конструктивных особенностей топливной аппара-
туры на показатели работы дизеля в широком диапазоне скорост-
ных и нагрузочных режимов работы.  
В представленной монографии рассмотрены основные типы и 
конструктивные разновидности систем топливоподачи, приме-
няемых в транспортных и автотракторных дизелях, показана зави-
симость экономических и экологических показателей дизелей от 

характеристик системы топливоподачи, режима ее работы, 
свойств применяемого топлива; приведены результаты экспери-
ментальных исследований топливной аппаратуры, методики ее 
расчета и результаты расчетных исследований процессов впры-
скивания и распыливания топлива. Использование материалов 
монографии позволит более целенаправленно и обоснованно по-
дойти к разработке систем топливоподачи, выбору конструкции и 
параметров топливоподающей аппаратуры и оценить эффектив-
ность ее использования в современных и перспективных отечест-
венных дизелях. 

1. ВПРЫСКИВАНИЕ И РАСПЫЛИВАНИЕ 
ТОПЛИВА В ТРАНСПОРТНЫХ 
И АВТОТРАКТОРНЫХ ДИЗЕЛЯХ 

1.1. Организация смесеобразования в дизелях 

История дизелестроения неразрывно связана с развитием тео-
рии смесеобразования – от появления первых систем топливопода-
чи с компрессорным распыливанием топлива, распыливанием при 
низком давлении топливоподачи и калильном воспламенении сме-
си до предкамерного и вихрекамерного смесеобразования, объем-
но-пленочного смесеобразования с интенсивным вихревым движе-
нием воздушного заряда, объемного смесеобразования при высоком 
давлении впрыскивания и управляемого смесеобразования. Пере-
ход от одного способа смесеобразования к другому обычно осуще-
ствлялся с целью обеспечения новых требований, предъявляемых к 
двигателям внутреннего сгорания, и позволял повысить энергети-
ческие, экономические и экологические показатели дизельных дви-
гателей. 
Особенности смесеобразования на каждом этапе развития дизе-
лестроения были связаны с уровнем развития технологии производ-
ства на данном этапе. Особенно ярко это проявляется для дизелей 
массового производства, когда эффективность применяемых меро-
приятий связана со стоимостью производимой продукции и вытес-
нением устоявшихся и отлаженных конструкций новыми техниче-
скими решениями. 
Реализуемый способ смесеобразования определяет тип каме-
ры сгорания (КС), применяемой в дизельном двигателе (рис. 1.1) 
[128, 141, 150]. Выбор типа КС осуществляется с учетом тактнос-
ти двигателя и его рабочего объема, преимущественных режимов 
и условий эксплуатации, свойств применяемого топлива, требова-
ний к топливной экономичности дизелей, токсичности их отрабо-
тавших газов (ОГ), шумности работы двигателя. В настоящее 
время в транспортных и автотракторных дизелях применяют раз-
деленные (на предкамеру или вихрекамеру и основную камеру), 

неразделенные и полуразделенные КС. Разделенные КС исполь-
зуют в основном в дизелях малой мощности (для легковых авто-
мобилей и малотоннажных грузовиков), а неразделенные КС – в 
дизелях средней и большой мощности (для грузовых автомоби-
лей, автобусов и т. д.) [148, 150]. 
Предкамерное смесеобразование применяется в дизелях с 
диаметром цилиндров от 9 до 20 см. Оно осуществляется глав-
ным образом благодаря интенсивному движению воздуха со 
скоростью до 230...320 м/с, поступающего на такте сжатия из 
цилиндра двигателя в предкамеру, в которую через форсунку и 

Рис. 1.1. Типы КС двигателей: 

а, б, ж, з, и – полуразделенные; в, г, к – неразделенные; д, е – разделенные 

впрыскивается топливо. Затем смесь перетекает из предкамеры в 
основную камеру (рис. 1.1, д). При этом предкамера объемом 
25...35 % общего объема КС соединена с основной КС одним 
или несколькими каналами, обеспечивающими сильное дроссе-
лирование потока топливовоздушной смеси. Такое дросселиро-
вание топливовоздушной смеси, ее последующее расширение и 
значительное вихреобразование, а также высокая температура 
поверхностей предкамеры, соединительного канала и днища пор-
шня способствуют интенсификации смесеобразования. 
Вихрекамерное смесеобразование используется в дизелях с 
диаметром цилиндров 7...13 см. При этом вихревая камера объе-
мом 20...35 % общего объема КС соединена с основной КС тан-
генциальным каналом, обеспечивающим сильное вихревое дви-
жение заряда (рис. 1.1, е). Топливо, впрыскиваемое в вихревую 
КС через распылитель форсунки, распределяется по объему каме-
ры потоком вращающегося воздуха и полученная топливовоз-
душная смесь поступает в основную камеру. У вихрекамерных 
двигателей температуры стенок КС несколько ниже, а дроссели-
рование при перетекании газов из вспомогательной в основную 
КС несколько меньше, чем у предкамерных двигателей. 
Организация интенсивного движения воздушного заряда в 
КС, действие горячих поверхностей на рабочую смесь и истече-
ние горячих газов из дополнительной в основную камеру при 
предкамерном и вихрекамерном смесеобразовании в двигателях с 
разделенными КС позволяют применять топливоподающую аппа-
ратуру с небольшими давлениями впрыскивания, не превышаю-
щими 20...35 МПа (давление начала подъема иглы форсунки 
рф0 = 11...13 МПа). Особенно это важно для дизелей с малым ра-
бочим объемом, в которых небольшие цикловые подачи топлива 
не позволяют получить высокое качество распыливания. При этом 
применяют форсунки со штифтовыми распылителями, образую-
щими только один факел. Параметры струи распыливаемого топ-
лива подбирают с учетом конструктивных размеров камеры и 
скоростей движущегося в ней воздуха. Двигатели с данными КС 
обеспечивают достаточно полное сгорание топлива при сравни-
тельно низком коэффициенте избытка воздуха (α = 1,2 – 1,3). Отли-
чительными особенностями разделенных КС являются обеспече-
ние в основной камере более мягкого сгорания топлива с 
небольшими скоростями нарастания давления при сгорании и 
низком максимальном давлении сгорания, меньшая шумность 

работы и повышенный расход топлива по сравнению с дизелями с 
непосредственным впрыскиванием, т. е. с неразделенными КС. 
Недостатки разделенных КС: повышенные потери при перетека-
нии топливовоздушной смеси из основной КС в дополнительную 
и обратно, а также значительная поверхность КС, граничащая с 
головкой цилиндра. Последнее увеличивает тепловые потери в 
процессе рабочего цикла. 
В двигателях с неразделенными КС (рис. 1.1, в, г, к) осущест-
вляется объемное смесеобразование, при котором топливо впры-
скивается непосредственно в камеру. Форма КС согласуется с 
геометрическими параметрами топливных струй и количеством 
распыливающих отверстий форсунки. В таких двигателях органи-
зация вихревого движения воздуха в камере затруднена, и равно-
мерное распределение топлива по объему КС достигается в ос-
новном благодаря повышенным давлениям впрыскивания топлива, 
обычно превышающим 70...100 МПа (давление начала подъема 
иглы форсунки рф0 = 20 МПа и выше) и обеспечиваемым много-
струйными форсунками (число распыливающих отверстий iр = 4–6 
и более). При этом подача топлива характеризуется интенсив-
ным впрыскиванием с высоким максимальным и средним давле-
ниями и малой продолжительностью. Эффективное сгорание топ-
лива в этих двигателях обеспечивается при диаметре цилиндров 
dц > 12...14 см и коэффициенте избытка воздуха α > 1,6. Неболь-
шая поверхность КС способствует низким потерям теплоты в 
стенки камеры. Дизели с неразделенными КС имеют лучшую топ-
ливную экономичность, но отличаются от других типов КС более 
жестким сгоранием топлива с большими скоростями нарастания 
давления в камере и высокими максимальными давлениями сго-
рания. Применение этих КС для быстроходных дизелей с неболь-
шими размерами цилиндров (dц  < 10 см) затруднено вследствие 
сложности согласования длины и формы струй топлива с геомет-
рическими размерами и конфигурацией КС. 
Компромиссным конструктивным решением между разде-
ленными и неразделенными КС являются полуразделенные КС. 
В этих камерах (рис. 1.1, а, б, ж, з, и) может быть организовано как 
объемное, так и объемно-пленочное смесеобразование [24, 103]. 
Дизели с такими КС отличаются наличием радиального движения 
воздуха, которое формируется на такте сжатия в результате пере-
текания части воздушного заряда из объема цилиндра в камеру. 
На такте расширения происходит обратный процесс перетекания 

Доступ онлайн
1 800 ₽
В корзину