Достаточное количество воздуха в цилиндре и тонкое распыливание топлива являются необходимыми, но недостаточными условиями для получения однородной смеси, полностью сгорающей в цилиндре.

Важный фактор, способствующий приготовлению однородной смеси, — образование интенсивных воздушных потоков в камере сгорания.

Показатели работы дизеля зависят не только от качества смесеобразования, но и от полноты и своевременности сгорания впрыскиваемого топлива. Подача топлива в цилиндры дизеля должна происходить с некоторым опережением (до прихода поршня в в. м. т.). В этом случае топливо успевает до воспламенения частично испариться и тщательно перемешаться с воздухом, а образовавшаяся при этом смесь сгорает достаточно полно и дает максимальное давление газов сразу же после перехода поршнем в. м. т.

Камеры сгорания дизельных двигателей бывают неразделенного и разделенного типа.

Неразделенная камера сгорания дизельного двигателя (рис. 1, а, б, в) представляет собой компактную полость, ограниченную фасонным днищем поршня, а также поверхностями головки и стенок цилиндра. Форму неразделенной камеры сгорания выбирают в зависимости от расположения форсунки, количества, направления и формы струй топлива, вводимого через форсунку. Камера должна обеспечивать интенсивное завихрение в процессе смесеобразования.

Компактная неразделенная камера сгорания имеет на единицу объема наименьшую поверхность, что ограничивает потери теплоты через ее стенки. Это обстоятельство объясняет основные преимущества дизелей с неразделенными камерами сгорания: сравнительно легкий пуск (теплота сжимаемого воздуха меньше теряется через стенки камеры сгорания) и высокая топливная экономичность.

Дизельные двигатели с неразделенными камерами сгорания могут иметь объемное или пленочное смесеобразование. Объемное смесеобразование характеризуется равномерным распределением тонкораспыленного топлива по объему камеры сгорания.

Дизели с неразделенными камерами сгорания и объемным смесеобразованием требуют более высокого давления впрыска (от 15…30 и до 150 МПа) для лучшего распыления топлива в условиях ограниченного завихрения воздуха в камере сгорания и применения топлива повышенного качества. Кроме того, эти дизели отличаются жесткой работой: нарастание давления в процессе сгорания у них составляет 0,6…1 МПа на 1° поворота коленчатого вала.

При пленочном смесеобразовании основная часть топлива подается форсункой на горячие стенки камеры сгорания, где и распределяется в виде тонкой (0,015 мм) пленки. И только около 5% разовой подачи топлива, распыливаясь в сжатом воздухе, определяет начало воспламенения рабочей смеси. Вследствие большой поверхности пленки и высокой температуры стенок камеры сгорания топливо быстро испаряется и вихревым движением воздушного заряда постепенно подается в зону горения. Такие дизели имеют повышенную полноту сгорания топлива, работают экономично, отличаются мягкой работой, неприхотливы к качеству топлива (могут работать на различном топливе — дизельном, керосине, бензине). Вместе с этим дизели с пленочным смесеобразованием имеют несколько усложненную топливную аппаратуру, что связано с двухфазным впрыском топлива.

Применяют два основных типа разделенных камер сгорания: с вихревыми камерами и с предкамерами.

Камера сгорания с вихревой камерой (рис. 1, г) состоит из сферической полости (вихревая камера) и полости, ограничиваемой поверхностями днища поршня с выемкой и головки цилиндров. В полость вихревой камеры входит распылитель форсунки. Соединительным каналом полости связаны между собой. Объем вихревой камеры составляет примерно 60…70% от всего объема камеры сгорания.

При такте сжатия воздух из цилиндра через соединительный канал поступает в полость. Благодаря сферической форме камеры и расположению канала по касательной к сфере образуются интенсивные вихревые потоки. Впрыскиваемое в вихревую камеру топливо подхватывается воздушными потоками, тщательно перемешивается с воздухом и само воспламеняется. В процессе горения давление в вихревой камере повышается. Не успевшая сгореть рабочая смесь и продукты начавшегося горения перетекают через соединительный канал в цилиндр и там догорают.

В дизелях с предкамерами (рис. 1, 5) смесеобразование протекает так. При сжатии воздух из цилиндра через соединительный капал сильной струей поступает в предкамеру, объем которой составляет 0,25…0,40 объема камеры сгорания. Во встречный воздушный поток через форсунки впрыскивается топливо. Образовавшаяся смесь воспламеняется и вследствие повышенного в предкамере давления начинает поступать в цилиндр со скоростью 200… 300 м/с, интенсивно перемешиваясь и увеличивая давление газов на поршень.

Основные преимущества дизелей с разделенными камерами сгорания:

качественное смесеобразование при умеренном давлении впрыска топлива (11… 13 МПа) за счет интенсивного завихрения воздуха и смеси; сравнительно плавное нарастание давления на поршень (0,2…0,3 МПа на 1° поворота коленчатого вала) вследствие дросселирования газов через соединительный канал.

Однако эти дизели имеют ряд существенных недостатков, ограничивающих их применение. К ним относятся в первую очередь пониженная топливная экономичность и затрудненный пуск. Эти недостатки связаны с повышенными тепловыми Потерями через стенки камеры сгорания вследствие ее некомпактности и со значительными энергетическими потерями на дросселирование газов через соединительный канал 3 из цилиндра в вихревую камеру или предкамеру и обратно.

Как уже отмечалось, для улучшения наполнения цилиндров дизеля свежим зарядом воздуха применяют турбонаддув. Турбокомпрессор, схема которого показана на рисунке 1, связан с выпускным и впускным каналами двигателя.

Отработавшие газы (ОГ), выходя из цилиндра в атмосферу, имеют значительную энергию, которая обычно остается неиспользованной. Здесь же выходящие газы сначала попадают на лопатки турбинного колеса и вращают его с частотой 30-103…50 103 мин-1. Вращение от турбинного колеса через вал передается на колесо компрессора. Засасываемый компрессором воздух (В) нагнетается затем под давлением 0,13…0,15 МПа в цилиндры дизеля.