Смесеобразование в дизелях (внутреннее смесеобразование). Смесеобразование в ДВС

§ 35. Способы смесеобразования в дизельных двигателях

Совершенство смесеобразования в дизельном двигателе определяется устройством камеры сгорания, характером движения воздуха при впуске и качеством подачи топлива в цилиндры двигателя. В зависимости от конструкции камеры сгорания дизельные двигатели могут быть выполнены с неразделенными (однополостными) камерами сгорания и с разделенными камерами вихревого и предкамерного типов.

У дизельных двигателей с неразделенными камерами сгорания весь объем камеры располагается в одной полости, ограниченной днищем поршня и внутренней поверхностью головки цилиндров (рис. 54). Основной объем камеры сгорания сосредоточен в выемке днища поршня, имеющего конусообразный выступ в центральной части. Периферийная часть днища поршня имеет плоскую форму, вследствие чего при подходе поршня к в. м.т. в такте сжатия между головкой и днищем поршня образуется объем вытеснения. Воздух из этого объема вытесняется в направлении камеры сгорания. При перемещении воздуха создаются вихревые потоки, которые способствуют лучшему смесеобразованию.

Системы охлаждения" href="/text/category/sistemi_ohlazhdeniya/" rel="bookmark">системы охлаждения . 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.

https://pandia.ru/text/78/540/images/image003_79.jpg" width="503" height="425 src=">

Рис. 56. Камера сгорания вихревого типа:

1- вихревая камера, 2 - нижняя полусфера с горловиной, 3-основная камера

Для обеспечения надежного пуска холодного дизельного двигателя с вихревой камерой применяют свечи накаливания. Такая свеча устанавливается в вихревой камере и включается перед началом пуска двигателя. Металлическая спираль свечи накаливается электрическим током и разогревает воздух в вихревой камере. В момент пуска частицы топлива попадают на спираль и легко воспламеняются в среде разогретого воздуха, обеспечивая легкий пуск. В двигателях е вихревыми камерами образование смеси осуществляется в результате сильного завихрения потоков воздуха, поэтому отпадает необходимость в очень тонком распыливании топлива и распределении его по всему объему камеры сгорания. Принципиальное устройство и работа камеры сгорания предкамерного типа (рис. 57) аналогичны устройству и работе камеры сгорания вихревого типа. Отличием является конструкция предкамеры, имеющей цилиндрическую форму и соединенной прямым каналом с основной камерой в днище поршня. Вследствие частичного воспламенения топлива в момент впрыска в предкамере создаются высокие температура и давление, способствующие более эффективному смесеобразованию и сгоранию в основной камере.

Дизельные двигатели с разделенными камерами сгорания работают мягко. Из-за усиленного движения в них воздуха обеспечивается высококачественное смесеобразование. Это позволяет осуществлять впрыск топлива меньшим давлением. Однако у таких двигателей тепловые и газодинамические потери несколько больше, чем у двигателей с неразделенной камерой сгорания, и коэффициент полезного действия ниже.

Рис. 57. Камера сгорания предкамерного типа:

1 - предкамера, 2 - основная камера

В дизельных двигателях рабочий цикл происходит в результате сжатия воздуха, впрыска в него топлива, воспламенения и сгорания образовавшейся рабочей смеси. Впрыск топлива в цилиндры двигателя обеспечивается топливоподающей аппаратурой, которая в конечном итоге образует капельки топлива соответствующих размеров. При этом не допускается образование слишком мелких или крупных капель, так как струя должна быть однородной. Качество распиливания 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). При повышении частоты вращения коленчатого вала и цикловой подачи возрастают давление впрыска и тонкость распыливания. В течение единичного впрыска топлива в цилиндр двигателя изменяются давление впрыска и условия перемешивания частиц топлива с воздухом, В начале и конце впрыска струя топлива дробится на сравнительно крупные капли, а в середине впрыска происходит самое мелкое распиливание. Отсюда можно заключить, что скорость истечения топлива через отверстия распылителя форсунки изменяется неравномерно за весь период впрыска. 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 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 (рис. 58). Факел содержит сердцевину 1, состоящую из крупных капель и целых струек топлива; среднюю зону 2, состоящую из большого количества крупных капель; внешнюю зону 3, состоящую из мелкораспыленных капель.

https://pandia.ru/text/78/540/images/image006_51.jpg" width="626" height="417 src=">

Рис. 59. Схема системы питания двигателя ЯМЗ-236:

1-фильтр грубой очистки топлива, 2-сливной трубопровод от форсунок, 5-насос высо-

кого давлсния, 4 - подводящий топливопровод высокого давления, 5-фильтр тонкой

очистки топлива, 6 - подводящий топливопровод низкого давления, 7 - сливной трубопровод от насоса высокого давления, 8 - топливный насос низкого давления, 9-форсунка, 10-топливный бак.

Такую схему применяют на двигателях ЯМЗ-236, 238, 240, а также на двигателях КамАЗ-740, 741, 7401 для автомобилей КамАЗ. В общем виде система питания дизельного двигателя может быть представлена из двух магистралей - низкого и высокого давления. Приборы магистрали низкого давления подают топливо из бака к насосу высокого давления. Приборы магистрали высокого давления осуществляют непосредственный впрыск топлива в цилиндры двигателя. Схема системы питания двигателя ЯМЗ-236 представлена на рис. 59. Дизельное топливо содержится в баке 10, который связан всасывающим топливопроводом через фильтр 1 грубой очистки с топливным насосом 5 низкого давления. При работе двигателя создается разрежение во всасывающей магистрали, вследствие чего топливо проходит через фильтр 1 грубой очистки, очищается от крупных взвешенных частиц и поступает в насос. Из насоса топливо под избыточным давлением около 0,4 МПа по топливопроводу 6 подается к фильтру 5 тонкой очистки. На входе в фильтр имеется жиклер, через который часть топлива отводится в сливной трубопровод 7. Это сделано для предохранения фильтра от ускоренного загрязнения, так как через него проходит не все топливо, перекачиваемое насосом. После тонкой очистки в фильтре 5 топливо подводится к насосу 3 высокого давления. В этом насосе топливо сжимается до давления около 15 МПа и по топливопроводам 4 поступает в соответствии с порядком работы двигателя к форсункам 5. Неиспользованное топливо от насоса высокого давления отводится по сливному трубопроводу 7 обратно в бак. Небольшое количество топлива, остающееся в форсунках после окончания впрыска, отводится по сливному трубопроводу 2 в топливный бак. Насос высокого давления приводится в действие от коленчатого вала двигателя через муфту опережения впрыска, вследствие чего осуществляется автоматическое изменение момента впрыска при изменении частоты вращения. Кроме того, насос высокого давления конструктивно связан с всережимным регулятором частоты вращения коленчатого вала, изменяющим количество впрыскиваемого топлива в зависимости от нагрузки двигателя. Топливный насос низкого давления имеет ручной подкачивающий насос, встроенный в его корпус, и служит для заполнения магистрали низкого давления топливом при неработающем двигателе.

Схема системы питания дизельных двигателей для автомобилей КамАЗ принципиально не отличается от схемы для двигателей ЯМЗ-236. Конструктивные отличия приборов системы питания дизельных двигателей автомобилей КамАЗ:

фильтр тонкой очистки имеет два фильтрующих элемента, установленных в одном сдвоенном корпусе, что повышает качество очистки топлива;

в системе питания имеются два ручных подкачивающих насоса: один выполнен совместно с насосом низкого давления и установлен перед фильтром тонкой очистки топлива, другой подключен параллельно насосу низкого давления и способствует легкости прокачки и заполнения системы топливом перед пуском двигателя после длительной стоянки;

насос высокого давления имеет V-образный корпус, в развале которого размещен всережимный регулятор частоты вращения коленчатого вала двигателя;

для очистки воздуха, поступающего в двигатель, применен двухступенчатый воздушный фильтр, осуществляющий забор воздуха из наиболее чистого пространства над кабиной автомобиля.

§ 38. Устройство приборов системы питания

магистрали низкого давления

К приборам питания магистрали низкого давления дизельных двигателей ЯМЗ относятся фильтры грубой и тонкой очистки топлива, топливный насос низкого давления и топливопроводы. Фильтр грубой очистки топлива (рис. 60) служит для удаления из топлива относительно крупных взвешенных частиц инородного происхождения. Фильтр состоит из цилиндрического штампованного корпуса 2, соединенного фланцем 4 с крышкой 6. Для уплощения между корпусом и крышкой установлена прокладка 5. Фильтрующий элемент 8 состоит из сетчатого каркаса, на который навит в несколько слоев хлопчатобумажный шнур. В торцовых поверхностях дна корпуса и крышки сделаны кольцевые выступы. При сборке они вдавливаются в фильтрующий элемент, чем обеспечивается уплотнение фильтрующего элемента в корпусе фильтра. Центрирование

https://pandia.ru/text/78/540/images/image008_40.jpg" width="334" height="554">

Рис. 61. Фильтр тонкой очистки топлива:

1-пробка сливного отверстия, 2- пружина, 3- фильтрующий элемент,

4-корпус, 5-стяжной стержень, 6- пробка, 7- жиклер, 8-стяжной болт,

9- крышка.

При работе насоса низкого давления топливо подкачивается через отверстие в крышке 9 и дальше поступает в полость между корпусом и фильтрующим элементом. Проникая через набивку фильтрующего элемента во внутреннюю полость фильтра, топливо очищается и собирается вокруг центрального стержня. Поднимаясь далее вверх, топливо выходит через канал в крышке по трубопроводу к насосу высокого давления. Отверстие в крышке, закрытое пробкой 6, служит для выпуска воздуха при прокачке фильтра. Здесь же, в крышке установлен жиклер 7 для слива излишков топлива, которое не расходуется в насосе высокого давления. Отстой из фильтра выпускают через отверстие, закрываемое пробкой.

Топливный насос низкого давления (рис. 62) подает топливо под давлением около 0,4 МПа к насосу высокого давления. В корпусе 3 насоса размещены поршень 5 со штоком 4 и роликовым толкателем 2, впускной 12 и нагнетательный 6 клапаны. Поршень прижимается пружиной 7 к штоку, а другим концом пружина упирается в пробку. В корпусе насоса имеются каналы, соединяющие подпоршневую и надпоршневую полости с клапанами и сверлениями насоса, служащими для подсоединения его к магистрали. В верхней части корпуса над впускным клапаном 12 расположен ручной подкачивающий насос, состоящий из цилиндра 9 и поршня 10, связанного с рукояткой 8.

DIV_ADBLOCK196">

1 -эксцентрик кулачкового вала, 2-роликовый толкатель, 3 - корпус, 4- шток,

5,10 - поршни, 6 - нагнетательный клапан, 7 - пружина, 8 - рукоятка, 9 - цилиндр

ручного насоса, 11- прокладка, 12 - впускной клапан, 13 -дренажный канал.

При работе двигателя эксцентрик 1 набегает на роликовый толкатель 2 и поднимает его вверх. Перемещение толкателя через шток 4 передается поршню 5 и он занимает верхнее положение, вытесняя топливо из надпоршневой полости и сжимая пружину 7. Когда эксцентрик сходит с толкателя, поршень 5 под действием пружины 7 опускается. При этом в полости над поршнем создается разрежение, впускной клапан 12 открывается и топливо поступает в надпоршневое пространство. Затем эксцентрик опять поднимает поршень и поступившее топливо вытесняется через нагнетательный клапан 6 в магистраль. Частично оно перетекает по каналу в полость под поршнем, а при опускании поршня снова вытесняется в магистраль, чем достигается более равномерная подача.

При малом потреблении топлива в полости под поршнем создается некоторое избыточное давление и пружина 7 оказывается не в состоянии преодолеть это давление. В результате при вращении эксцентрика поршень 5 не доходит до своего нижнего положения и подача топлива насосом автоматически уменьшается. При работе насоса часть топлива из подпоршневой полости может просочиться по направляющей штока 4 в картер насоса высокого давления и вызвать разжижение масла. Для предотвращения этого в корпусе насоса низкого давления просверлен дренажный канал 13, по которому отводится просочившееся топливо из направляющей штока во всасывающую полость насоса. Ручной подкачивающий насос работает следующим образом. При необходимости прокачки магистрали низкого давления с целью удаления воздуха отвертывают рукоятку 8 с цилиндра насоса и делают ею несколько качков. Топливо заполняет магистраль, после чего рукоятку насоса опускают в нижнее положение и плотно навертывают на цилиндр. При этом поршень прижимается к уплотнительной прокладке II, что обеспечивает герметичность ручного насоса.

Топливопроводы низкого давления соединяют приборы магистрали низкого давления. К ним относятся также сливные трубопроводы системы питания, свернутые из стальной ленты с медным покрытием, или пластмассовые трубки. Для соединения топливопроводов с приборами питания применяют накидные наконечники с полыми болтами или штуцерные соединения с латунной муфтой и соединительной гайкой.

21 частоты вращения коленчатого вала,

https://pandia.ru/text/78/540/images/image012_30.jpg" width="497" height="327 src=">

Рис. 65. Схема работы нагнетательной секции:

а - наполнение, б - начало подачи, в- конец подачи, 1 - гильза, 2 - отсечная кромка, 3-сливное отверстие, 4- надплунжерная полость, 5 - нагнетательный клапан, 6 - штуцер, 7- пружина, 8- впускное отверстие, 9- плунжер, 10 - вертикальный канал плунжера, 11 - горизонтальный канал плунжера, 12-подводящий канал в корпусе насоса.

происходит при сбегании кулачка с ролика под воздействием пружины 4, которая упирается через тарелку на плунжер. На гильзу 1 свободно надета поворотная втулка, имеющая в верхней части зубчатый сектор 5, соединенный с рейкой, а в нижней части два паза, в которые входят шлицевые выступы плунжера. Таким образом, плунжер оказывается соединенным с зубчатой рейкой 13. Над плунжерной парой расположен нагнетательный клапан 9, который состоит из седла и собственно клапана, закрепленных в посадочном отверстии корпуса с помощью штуцера и пружины. Внутри пружины установлен ограничитель подъема клапана.

Работа нагнетательной секции насоса (рис. 65) состоит из следующих процессов: наполнения, обратного перепуска, подачи топлива, отсечки и перепуска в сливной канал. Наполнение топливом надплунжерной полости 4 в гильзе (рис. 65. а) происходит при движении плунжера 9 вниз, когда он открывает впускное отверстие 5. С этого момента топливо начинает поступать в полость над плунжером, так как она находится под давлением, созданным топливным насосом низкого давления. При перемещении плунжера вверх под действием набегающего кулачка вначале происходит обратный перепуск топлива в подводящий канал через впускное отверстие. Как только торцовая кромка плунжера перекрывает впускное отверстие, обратный перепуск топлива прекращается и повышается давление топлива. Под действием резко возросшего давления топлива нагнетательный клапан 5 открывается (рис. 65, б), что соответствует началу подачи топлива, которое по топливопроводу высокого давления поступает к форсунке. Подача топлива нагнетательной секцией продолжается до момента, пока отсечная кромка 2 плунжера не откроет перепуск топлива в сливной канал насоса высокого давления через отверстие 3 в гильзе. Поскольку давление в нем значительно ниже, чем в полости над плунжером, происходит перепуск топлива в сливной канал. При этом давление над плунжером резко падает и нагнетательный клапан быстро закрывается, отсекая топливо и прекращая подачу (рис. 65). Количество топлива, подаваемого нагнетательной секцией насоса за один ход плунжера с момента закрытия впускного отверстия в гильзе до момента открытия выпускного отверстия, называемого активным ходом, определяет теоретическую подачу секции. Действительно, подаваемое количество топлива - цикловая подача - отличается от теоретической, так как существует утечка через зазоры плунжерной пары, возникают другие явления, влияющие на действительную подачу. Разница между цикловой и теоретической подачами учитывается коэффициентом подачи, который составляет 0,75-0,9.

Во время работы нагнетательной секции при перемещении плунжера вверх давление топлива повышается до 1,2-1,8 МПа, что вызывает открытие нагнетательного клапана и начало подачи. Дальнейшее перемещение плунжера вызывает увеличение давления до 5 МПа, в результате чего открывается игла форсунки и осуществляется впрыск топлива в цилиндр двигателе Впрыск длится до момента достижения отсечной кромкой плунжера выпускного отверстия в гильзе. Рассмотренные рабочие процессы нагнетательной секции насоса высокого давления характеризуют его работу при постоянной подаче топлива и неизменной частоте вращения коленчатого вала и нагрузке двигателя. С изменением нагрузки двигателя должно изменяться количество топлива, впрыскиваемое в цилиндры. Величины порций топлива, впрыскиваемые нагнетательной секцией насоса, регулируются изменением активного хода плунжера при неизменном общем ходе. Достигается это поворотом плунжера вокруг его оси (рис. 66). При конструкции плунжера и гильзы, приведенной на рис. 66, момент начала подачи не зависит от угла поворота плунжера, но количество впрыскиваемого топлива зависит от объема топлива, которое вытесняется плунжером за время подхода его отсечной кромки к выпускному отверстию гильзы. Чем позднее открывается выпускное отверстие, тем большее количество топлива может быть подано в цилиндр.

https://pandia.ru/text/78/540/images/image014_26.jpg" width="374" height="570">

Рис. 67. Форсунка дизельного двигателя:

1-распылитель. 2- игла, 3-кольцевая камера, 4 - гайка распылителя, 5 - корпус,

6 - шток, 7-опорная шайба, 8 - пружина, 9- регулировочный винт, 10 - контргайка, 11 - колпачок, 2 - сетчатый фильтр, 13 - резиновый уплотнитель, 14- штуцер, 16-топливный канал

При работе насоса высокого давления, нагнетающего топливо к цилиндрам, давление в топливопроводе и внутренней полости распылителя форсунки резко возрастает. Топливо, распространяясь в кольцевой камере 3, передает давление на коническую поверхность иглы. Когда величина давления превысит усилие предварительного натяга пружины 8, игла поднимается и топливо через отверстия в распылителе впрыскивается в камеру сгорания цилиндра. В момент окончания подачи топлива насосом давление в кольцевой камере 3 форсунки снижается и пружина 8 опускает иглу, прекращая впрыск и закрывая форсунку. Чтобы предотвратить подтекание топлива в момент завершения впрыска, необходимо обеспечить резкую посадку иглы в седло распылителя. Это достигается применением разгрузочного пояска 3 (см. рис. 131) на нагнетательном клапане плунжерной пары насоса высокого давления. Топливопроводы высокого давления представляют собой толстостенные стальные трубки с высоким сопротивлением разрыву и деформациям. Наружный диаметр трубок 7 мм, внутренний - 2 мм. Трубки применяют в отожженном состоянии, что облегчает их гибку и очистку от окалины. Топливопроводы на концах имеют высадки в форме конуса. Заплечики конусной высадки используются для крепления накидной гайкой. Соединение топливопроводов со штуцерами форсунки или насоса высокого давления осуществляется непосредственно накидной гайкой, которая при навертывании на штуцер плотно прижимает топливопровод к посадочной поверхности штуцера. Гнезда в штуцерах имеют коническую форму, что обеспечивает плотную посадку топливопровода. Для выравнивания гидравлического сопротивления топливопроводов их длину к разным форсункам стремятся делать одинаковой.

§ 40. Автоматическое регулирование впрыска топлива

в дизельных двигателях

Для обеспечения нормальной работы дизельного двигателя необходимо, чтобы впрыск топлива в цилиндры двигателя происходил в тот момент, когда поршень находится в конце такта сжатия вблизи в. м.т. Желательно также с увеличением частоты вращения коленчатого вала двигателя увеличить угол опережения впрыска топлива, так как в этом случае происходит некоторое запаздывание подачи и снижается время на смесеобразование и сгорание топлива. Поэтому насосы высокого давления современных дизельных двигателей снабжают автоматическими муфтами, опережения впрыска. Кроме муфты опережения впрыска, влияющей на момент подачи топлива, необходимо иметь в топливоподающей системе регулятор, изменяющий количество впрыскиваемого топлива в зависимости от нагрузки двигателя при заданном уровне подачи. Необходимость такого регулятора объясняется тем, что с увеличением частоты вращения коленчатого вала цикловая подача насосов высокого давления несколько возрастает. Поэтому, если снизится нагрузка при работе двигателя с большой частотой вращения коленчатого вала, то частота вращения может превысить

допустимые значения, так как количество впрыскиваемого топлива будет возрастать. Это повлечет за собой увеличение механических и тепловых нагрузок и может вызвать аварию двигателя. Для предотвращения нежелательного возрастания частоты вращения коленчатого вала при снижении нагрузки двигателя, а также повышения устойчивости работы с малой нагрузкой или на холостом ходу двигатели оборудуют всережимными регуляторами.

Автоматическая муфта опережения впрыска (рис. 68) устанавливается на носке кулачкового вала насоса высокого давления на шпонке.

https://pandia.ru/text/78/540/images/image016_22.jpg" width="627 height=521" height="521">

Рис. 69. Устройство всережимного регулятора частоты вращения:

1 - регулировочный винт подачи топлива, 2-кулиса, 3- палец рычага рейки, 4- серьга, 5-муфта, 6, 16 – грузы, 7- корпус, 8-шестерня кулачкового вала насоса, 9-скоба кулисы, 10-вал рычага пружины регулятора, 11-рычаг управления, 12-болт ограничения максимальной частоты вращения, 13-болт ограничения минимальной частоты вращения, 14-шестерня валика регулятора, 15-валик регулятора, 17- плунжер, 18-втулка, 19-зубчатый сектор, 20- зубчатая рейка, 21-тяга зубчатой рейки, 22-пружина рычага рейки, 23- рычаг пружины, 24-пружины регулятора, 25-распорная пружина, 26-двуплечий рычаг, 27 - рычаг привода рейки, 28- регулировочный винт, 29-рычаг регулятора, 30-буферная пружина, 31-винт регулирования подачи, 32 - корректор регулятора

Таким образом, всережимный регулятор изменяет подачу топлива при изменении нагрузки двигателя и обеспечивает любой установленный скоростной режим от 500 до 2100 об/мин коленчатого вала. Устроен всережимный регулятор частоты вращения (рис. 69) следующим образом. Корпус 7 регулятора закреплен болтами непосредственно к корпусу насоса высокого давления. Внутри корпуса расположены повышающая передача, центробежные грузы и система рычагов и тяг, связывающая регулятор с рычагом подачи и зубчатой рейкой управления плунжерами насоса. Повышающаяся передача состоит из двух шестерен 5 и 14, соединяющих валик регулятора с кулачковым валом насоса. Применение повышающей передачи улучшает работу регулятора на малой частоте вращения коленчатого вала. Центробежные грузы 6 и 16 закреплены державками на валике 15 регулятора. При вращении валика грузы воздействуют через муфту 5 и корректор 32 на рычаг 29, который через двуплечий рычаг 26 будет растягивать пружину 24, уравновешивающую перемещение грузов. Одновременно через серьгу 4 перемещение грузов может передаваться на рычаг 27 привода рейки. Рычаг 27 в нижней части связан через палец 3 с кулисой 2, которая соединяется скобой 9 с рычагом ручного выключения подачи. Средняя часть рычага 27 шарнирно соединена с серьгой 4 и муфтой 5, а верхняя часть его - с тягой 21 зубчатой рейки 20. Пружина 22 стремится постоянно удерживать рычаг 27 рейки в положении максимальной подачи, т, е. вдвигает рейку внутрь. Ручное управление подачей топлива осуществляется через рычаг 11 управления. При повороте рычага 11 в сторону увеличения подачи усилие от него передается на вал 10, далее на рычаг 23, пружину 24, двуплечий рычаг 26, регулировочный винт 28, рычаг 29, серьгу 4, а затем на рычаг 27 и тягу 21. Рейка вдвигается в корпус насоса и подача топлива увеличивается. Для уменьшения подачи перемещают рычаг в обратную сторону.

Автоматическое изменение подачи топлива с помощью регулятора происходит при снижении нагрузки на двигатель и повышении частоты вращения его коленчатого вала (рис. 70). Одновременно увеличивается частота вращения грузов 2 и 10 регулятора и они удаляются от оси вращения, перемещая муфту 3 по валику 1 регулятора. Вместе с муфтой перемещается шарнирно связанный рычаг 4 привода рейки. Рейка выдвигается из корпуса насоса, и подача топлива уменьшается. Частота вращения коленчатого вала двигателя снижается, и грузы начинают слабее давить на муфту 3. Усилие пружин, уравновешивающее центробежные силы грузов 2 и 10, становится несколько больше и через рычаги передается на рейку насоса. В результате рейка вдвигается в корпус насоса, увеличивая подачу топлива, и двигатель переходит на заданный скоростной режим. Регулятор работает аналогично при повышении нагрузки на двигатель, обеспечивая увеличение подачи топлива и поддержание заданной скорости. Автоматическое поддержание заданной частоты вращения коленчатого вала, а, следовательно, и скорости автомобиля при возрастании нагрузки без переключения передач возможно до тех пор, пока винт 31 (см. рис. 69) регулирования подачи не упрется в вал

Рис. 70. Схема работы регулятора при увеличении частоты вращения

коленчатого вала: 1- валик регулятора, 2, 10 - грузы. 3-муфта,

4 - рычаг привода рейки, 5-рычаг ручного привода, 6-двуплечий рычаг,

7- пружина регулятора. 8-тяга рейки, 9-пружина рычага рейки

рычага пружины регулятора. Если нагрузка будет продолжать возрастать, то частота вращения коленчатого вала двигателя будет снижаться. Некоторое увеличение подачи при этом происходит за счет корректора 32, но дальнейшее поддержание скорости автомобиля при возрастании нагрузки может быть осуществлено только включением понижающей передачи а коробке передач. Для остановки дизельного двигателя скобу 9 кулисы 2 (см. рис. 69) отклоняют вниз и усилие от нее передается через палец 3 на рычаг 27 привода рейки. Рейка выдвигается из корпуса насоса и устанавливает плунжеры всех нагнетательных секций в положение прекращения подачи. Двигатель останавливают из кабины водителя с помощью тросика, связанного с рейкой.

Смесеобразованием называется приготовление рабочей смеси топлива и воздуха для сжигания в цилиндрах двигателя. Процесс смесеобразования происходит почти мгновенно: от 0,03 до 0,06 с в тихоходных ДВС и от 0,003 до 0,006 с —в быстроходных. Для достижения полного сгорания топлива в цилиндрах необходимо обеспечить получение рабочей смеси требуемого состава и качества. При неудовлетворительном смесеобразовании (из-за плохого перемешивания топлива с воздухом) при недостатке кислорода в рабочей смеси происходит неполное сгорание, которое ведет к снижению экономичности работы ДВС. Экономичная работа двигателя достигается в первую очередь за счет обеспечения наиболее полного и быстрого сгорания топлива в цилиндрах вблизи в. м. т. Очень важное значение при этом имеет распыливание топлива на мельчайшие по возможности однородные частицы и равномерное распределение их по всему объему камеры сгорания.
В настоящее время в судовых ДВС применяют в основном однокамерный, предкамерный и вихрекамерный способы смесеобразования.
При однокамерном смесеобразовании топливо в мелкодисперсном состоянии под высоким давлением впрыскивается непосредственно в камеру сгорания, образованную днищами поршня, крышки и стенками цилиндра. При непосредственном впрыскивании топливным насосом создается давление 20— 50 МПа, а в отдельных типах двигателей 100—150 МПа. Качество смесеобразования зависит главным образом от согласования конфигурации камеры сгорания с формой и распределением факелов горения топлива. Для этого сопла форсунок имеют; 5— 10 отверстий диаметром 0,15—1 мм. Топливо во время впрыскивания, проходя через малые отверстия в сопле, приобретает скорость более 200 м/с, что обеспечивает его глубокое проникновение в воздух, сжатый в камере сгорания.
Камера сгорания типа Гессельмана:

Качество перемешивания частиц топлива с воздухом зависит прежде всего от формы камеры сгорания. Очень хорошее смесеобразование достигается в камере, показанной на рисунке выше и впервые предложенной Гессельманом. Она широко используется в четырех- и двухтактных ДВС. Бортики 1 у краев поршня предотвращают попадание частиц топлива на стенки втулки 2 цилиндра, имеющей сравнительно низкую температуру.
ДВС большой мощности часто имеют поршни с вогнутым днищем. Камера сгорания, образованная крышкой цилиндра и поршнем такой конструкции, позволяет добиться хорошего смесеобразования.
При смесеобразовании с непосредственным впрыскиванием топлива в неразделенную камеру последняя может иметь простую форму с относительно малой поверхностью охлаждения. Поэтому ДВС с однокамерным способом смесеобразования просты по конструкции и наиболее экономичны.
Недостатки однокамерного способа смесеобразования следующие: необходимость повышенных коэффициентов избытка воздуха для обеспечения качественного сгорания топлива; чувствительность к изменению скоростного режима (из-за ухудшения качества распыливания при понижении частоты вращения коленчатого вала двигателя); очень высокое давление впрыскиваемого топлива, усложняющее и удорожающее топливную аппаратуру. Кроме того, из-за малых отверстий сопел форсунок необходимо применять тщательно очищенное топливо. По этой же причине очень трудно осуществить однокамерное смесеобразование в быстроходных ДВС малой мощности, так как при незначительном расходе топлива диаметры отверстий сопел форсунок должны быть значительно уменьшены. Изготовить многодырчатые форсунки с очень малым диаметром сопловых отверстий очень трудно, кроме того такие отверстия во время работы быстро засоряются и форсунка выходит из строя. Поэтому в быстроходных ДВС малой мощности более эффективно смесеобразование с раздельными камерами сгорания (предкамерное и вихрекамерное), осуществляемое с однодырчатой форсункой.

Как известно, для того, чтобы топливо сгорело и выделило теплоту, необходим кислород, поскольку горение - это процесс окисления топлива (горючего вещества), т. е. соединения его с кислородом. И если кислорода будет недостаточно, то даже самое пожаро- и взрывоопасное горючее вещество гореть не будет.
Вся эта философия в полной мере относится и к тепловым двигателям. Чтобы топливо в камере сгорания начало гореть, необходим кислород, который в нашем случае подается в цилиндры с атмосферным воздухом.
Но и это еще не все. Топливо в цилиндрах должно сгорать очень быстро, иначе то, что не успело сгореть «вылетит в трубу» в буквальном смысле этого слова.
Скорость горения напрямую зависит от того, насколько быстро и качественно мы перемешаем воздух с топливом в цилиндре перед воспламенением.
Процесс перемешивания топлива с воздухом перед сгоранием этой смеси называется смесеобразованием . Качественное смесеобразование - залог эффективной и экономичной работы любого теплового двигателя.

В карбюраторных двигателях бензин перемешивается с воздухом сначала в карбюраторе, затем во время перемещения по впускному коллектору мимо впускного клапана в цилиндр, а также в течение тактов впуска и сжатия. В дизелях этому важнейшему процессу отводится чрезвычайно короткий миг - в камеру сгорания дизельных двигателей топливо подается в конце такта сжатия за 10…20 ˚ угла поворота коленчатого вала до верхней мертвой точки (ВМТ). При этом оно подается в цилиндр не в смеси с воздухом, как в карбюраторном двигателе, а впрыскивается в «чистом виде», и лишь в цилиндрах оно получает возможность «встретиться» с кислородом воздуха, чтобы быстро перемешаться, сгореть и выделить тепло.

Время, отводимое на смесеобразование и сгорание смеси в дизелях примерно в пять-десять раз меньше, чем в карбюраторных двигателях и составляет не более 0,002…0, 01 секунды.
Поскольку сгорание происходит достаточно быстро, дизель работает «жестко» - в два-три раза жестче бензинового двигателя.
Следует отметить, что жесткость работы двигателя - измеряемый параметр (Ж = dp/dφ ) – это скорость нарастания давления (dp ) по углу поворота (dφ ) коленчатого вала, поэтому ее можно рассчитать.

Несмотря на быстротечность сгорания в дизелях, его условно разделяют на четыре фазы, первая из которых называется периодом задержки воспламенения (0,001…0,003 сек ). В это время происходит распад впрыскиваемого топлива на мельчайшие капли, которые, продвигаясь по камере сгорания, испаряются и смешиваются с воздухом, а также разгон химических реакций самовоспламенения. Следующие три фазы – фазы горения топливовоздушной смеси.

Если период задержки воспламенения оказывается продолжительным, то значительная часть топлива успевает испариться и смешаться с воздухом. В результате одновременного воспламенения этой части по всему объему возникает резкое повышение давления в камере сгорания (жесткая работа) с ростом динамических нагрузок на детали и повышение уровня шума.
Поэтому длительный период задержки самовоспламенения не желателен. Он зависит от температурных условий, сорта топлива, нагрузки на двигатель и других факторов. Однако внутреннее смесеобразование в дизелях всегда определяет более жесткую работу по сравнению с карбюраторными двигателями.

Так как время на смесеобразование в дизеле очень мало, то для более полного сгорания топлива в его цилиндры воздуха вводят больше, чем в бензиновых двигателях (кроме инжекторных двигателей использующих непосредственный впрыск, где воздуха тоже впускают чуть больше нормы). Коэффициент избытка воздуха α в дизельных двигателях составляет от 1,4 до 2,2 .

Таким образом, к смесеобразованию дизелей предъявляются высокие требования. Оно должно обеспечить равномерное перемешивание топлива с воздухом, постепенное сгорание топлива во времени, полное использование всего воздуха в камере сгорания при минимально возможном значении α , а также максимально мягкую работу дизеля.

Способы улучшения смесеобразования

Большинство задач повышения качества смесеобразования в дизельных двигателях во многом решаются путем выбора формы камеры сгорания.
Различают неразделенные камеры сгорания (однополостные) (рис. 1а, б ) и разделенные (рис. 1,в ).

Неразделенные камеры сгорания представляют собой камеру, образованную днищем поршня, когда он находится в ВМТ, и плоскостью головки цилиндров. Неразделенные камеры сгорания применяют в основном в дизелях тракторов и грузовых автомобилей. Они позволяют повысить экономичность двигателя и его пусковые качества (особенно холодного двигателя).

Разделенные камеры сгорания имеют основную и вспомогательную полости, соединенные каналом 11 . Вспомогательная камера может быть не только сферической, как показано на рис. 1, в , но и цилиндрической.
В первом случае она называется вихревой (дизели Д-50, СМД-114), во втором – предкамерой или, как ее чаще называют - форкамерной (КДМ-100).

Вихревая камера работает следующим образом. В головке цилиндров имеется шаровая полость – вихревая камера, соединенная каналом с основной камерой сгорания над поршнем. При движении поршня вверх во время сжатия воздух с большой скоростью входит в вихревую камеру по касательной к ее стенкам.
В результате этого поток воздуха закручивается со скоростью до 200 м/с . В этот раскаленный (700…900 К ) воздушный вихрь форсунка впрыскивает топливо, которое воспламеняется и давление в камере резко возрастает.
Газы с недогоревшим топливом по каналу выбрасываются в основную камеру, где происходит догорание оставшегося топлива. Объем вихревой камеры составляет 40…60% общего объема камеры сгорания, т. е. примерно половину объема.

Предкамерные (форкамерные) двигатели имеют камеру из двух частей. Топливо впрыскивается в цилиндрическую предкамеру (форкамеру), и часть его (до 60% ) воспламеняется. Процесс горения топлива протекает так же, как и в вихревой камере.

Разделенные камеры сгорания менее чувствительны к составу топлива, работают в широком диапазоне частот вращения коленчатого вала, обеспечивают более качественное смесеобразование и менее жесткую работу путем сокращения периода задержки воспламенения.
Однако их основным недостатком является затруднительный пуск двигателя и увеличенный расход топлива по сравнению с неразделенными камерами сгорания.

Иногда выделяют полуразделенные камеры сгорания (см. рис. 2 ), к которым относят камеры, образованные глубокими полостями в головке поршня. Процессы горения топливовоздушной смеси в таких камерах сходны с процессами горения в разделенных камерах, при этом впрыск топлива в полость поршня благотворно влияет на его охлаждение во время работы.

На качество смесеобразования также оказывает значительное влияние взаимное направление и интенсивность движения топливных струй и заряда воздуха в камере сгорания. В связи с этим различают объемное смесеобразование, пленочное и объемно-пленочное .

Объемное смесеобразование отличается тем, что топливо впрыскивается непосредственно в толщу раскаленного воздуха, находящегося в объеме камеры сгорания. При этом для лучшего перемешивания частиц распыленного топлива с воздухом его свежему заряду сообщают вращательное движение с помощью завихрителей или винтовых впускных каналов, а форму камеры сгорания стремятся согласовать с формой струи топлива, впрыскиваемой форсункой.
Для нормальной работы дизеля с объемным смесеобразованием требуется очень высокое давление топлива на впрыске – до 100 МПа и более. Двигатели с таким смесеобразованием достаточно экономичны, но работают жестко (Ж = 0,6…1,0 МПа/град ).

Пленочное смесеобразование характеризуется тем, что большая часть впрыскиваемого топлива подается на горячие стенки шарообразной камеры сгорания, на которых образует пленку, а затем испаряется отнимая часть тепла от стенок.
Принципиальная разница между объемным и пленочным образованием заключается в том, что в первом случае частицы распыленного топлива непосредственно смешиваются с воздухом, а во втором основная часть топлива сначала испаряется, и уже в парообразном состоянии перемешивается с воздухом.
Пленочное смесеобразование используют двигатели фирмы MAN, некоторые двигатели семейства Д-120 и Д144. Этот способ обеспечивает приемлемую жесткость работы дизеля (Ж = 0,2…0,3 МПа/град ) и неплохую экономичность, но требует поддержания температуры поршня в заданных пределах, обеспечивающих интенсивное испарение топливной пленки.

Объемно-пленочное смесеобразование сочетает в себе процессы объемного и пленочного смесеобразования. Такой способ смесеобразования используется, например, на отечественных двигателях ЗИЛ-645, где объемная камера сгорания располагается в поршне.
Форсунка, расположенная в головке блока, впрыскивает топливо через распылитель, имеющий два отверстия, в виде двух пылеобразных струй. Пристеночная струя направляется вдоль образующей камеры сгорания, создавая на ней тонкую пленку. Объемная струя направлена ближе к центру камеры сгорания.

Объемно-пленочное смесеобразование обеспечивает более мягкую работу дизельного двигателя (Ж = 0,25…0,4 ), приемлемые пусковые качества при хорошей экономичности, и применяется на большинстве современных дизелей. Выемки в поршне образуют форму камеры в виде тора (СМД, КамАЗ, ЯМЗ А-41, А-01) или усеченного конуса – дельтавидная камера (Д-243, Д-245).

Качество смесеобразования в дизельных двигателях можно повысить не только конструкцией и формой камеры сгорания. Большую роль играет технология самого процесса впрыска топлива форсункой.
Здесь конструкторы решают вопросы улучшения смесеобразования несколькими способами:

• повышением давления впрыска, благодаря чему улучшается качество распыла топливной струи (один из путей достижения данной цели – применение насос-форсунок);
• применением поэтапного (разделенного) впрыска, когда топливо в камеру сгорания подается в несколько приемов (поэтапный впрыск легко осуществить в системах питания, управляемых микроЭВМ);
• подбором распылителей для форсунок, обеспечивающих оптимальную форму распыленной струи, количество струй и их направление.

Смесеобразование – это процесс перемешивания топлива с воздухом и образование горючей смеси за очень короткий промежуток времени. Чем равномернее распределены частицы топлива по камере сгорания тем совершеннее процесс сгорания. Гомогенизация смеси обеспечивается испарением топлива но для хорошего испарения жидкое топливо следует предварительно распылить. Распыление топлива также зависит от скорости движения воздушного потока но чрезмерное ее увеличение увеличивает гидродинамическое сопротивление впускного тракта что ухудшает...

Если эта работа Вам не подошла внизу страницы есть список похожих работ. Так же Вы можете воспользоваться кнопкой поиск

PAGE 4

Смесеобразование в ДВС

ЛЕКЦИЯ 6,7

СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕ В ДВС

1. Смесеобразование в карбюраторных двигателях

Совершенствование процесса сгорания в значительной степени зависит от качества смесеобразования. Смесеобразование – это процесс перемешивания топлива с воздухом и образование горючей смеси за очень короткий промежуток времени. Чем равномернее распределены частицы топлива по камере сгорания, тем совершеннее процесс сгорания. Различают двигатели с внешним и внутренним смесеобразованием. В двигателях с внешним смесеобразование гомогенизация смеси происходит в карбюраторе и при перемещении по впускному трубопроводу. Это карбюраторные и газовые двигатели. Гомогенизация смеси обеспечивается испарением топлива, но для хорошего испарения жидкое топливо следует предварительно распылить. Мелкое распыление обеспечивается формой выходных сечений отверстий жиклеров или каналов. Распыление топлива также зависит от скорости движения воздушного потока, но чрезмерное ее увеличение увеличивает гидродинамическое сопротивление впускного тракта, что ухудшает наполняемость цилиндра. Коэффициент поверхностного натяжения, температура влияют на энергию дробления струи. Более крупные капли достигают стенок впускного тракта и оседают на стенках в виде пленки, которая смывает смазку в цилиндрах, снижает однородность смеси. Пленка движется со значительно меньшими скоростями, чем поток смеси. Смешивание паров топлива и воздуха происходит как за счет диффузии, так и за счет турбулизации потоков паров топлива и воздуха. Смесеобразование начинается в карбюраторе, а заканчивается в цилиндре двигателя. В последнее время появились форкамерно-факельные системы.

Полное испарение бензина обеспечивается подогревом смеси во впускном трубопроводе за счет отработавших газов или охлаждающей жидкости.

Состав смеси обусловлен нагрузочным режимом: пуск двигателя – богатая смесь (альфа=0,4-0,6); холостой ход (альфа=0,86-0,95); средние нагрузки (альфа=1,05-1,15); полная мощность (альфа=0,86-0,95); разгон двигателя (резкое обогащение смеси). Элементарный карбюратор не может обеспечить необходимый качественный состав смеси, поэтому современные карбюраторы имеют специальные системы и устройства, обеспечивающие приготовление смеси необходимого состава на всех нагрузочных режимах.

В двухтактных карбюраторных двигателях смесеобразование начинается в карбюраторе и заканчивается в кривошипной камере и цилиндре двигателя.

1. C месеобразование в двигателях с впрыском легкого топлива

Карбюрация имеет недостатки : диффузор и дроссельная заслонка создают сопротивление; обледенение смесительной камеры карбюратора; неоднородность состава смеси; неравномерное распределение смеси по цилиндрам. От этих и других недостатков избавлена система принудительного впрыска легкого топлива. Принудительный впрыск обеспечивает хорошую однородность смеси за счет распыления под давлением, нет необходимости в подогреве смеси, возможна более экономичная продувка 2х-тактного двигателя без потерь топлива, снижается количество токсических компонентов в ОГ, обеспечивается более легкий пуск двигателя при отрицательных температурах. Недостаток системы впрыска – сложность регулирования подачи топлива.

Различают впрыск во впускной трубопровод или в цилиндры двигателя; непрерывный впрыск или цикловая подача, синхронизированная с работой цилиндров; впрыск под н и зким давлением (400-500КПа) или под высоким - (1000-1500КПа). Впрыск топлива обеспечивает топливный насос, фильтры, редукционный клапан, форсунки, арматура. Регулирование подачи топлива может быть механическим или электронным. Для работы устройства регулирования подачи требуется сбор данных о частоте вращения коленчатого вала, разряжения в системе впуска, нагрузки, температурах охлаждения и отработавших газов. Полученные данные обрабатывается миникомпьютером и в соответствии с полученными результатами изменяют подачу топлива.

1. Смесеобразование в дизельных двигателях

У двигателей с внутренним смесеобразованием в цилиндр поступает воздух, а затем туда же подается мелкораспыленное топливо, которое перемешивается с воздухом внутри цилиндра. Это объемное смесеобразование. Размеры капель в струе неодинаковы. Средняя часть струи состоит из более крупных частиц, а наружняя – из более мелких. Микрофотография показывает, что при увеличении давления размеры частиц резко снижаются. Чем равномернее распределено топливо по объему цилиндра, тем меньше зон с недостатком кислорода.

В современных дизелях применяют три основных способа смесеобразования: струйное для неразделенных камер сгорания и смесеобразование и сгорание в камерах, разделенных на две части (предкамера{20-35%}+основная камера сгорания, вихревая камера{до 80%}+основная камера сгорания). Дизели с разделенными КС имеют более высокий удельный расход топлива. Это объясняется затратой энергии при перетекании воздуха или газов из одной части камеры в другую.

У двигателей с неразделенными КС тонкое распыление топлива дополняется вихревым движением воздуха за счет спиралеобразной формы впускного патрубка.

Пленочное смесеобразование. В последнее время эффектиность смесеобразования повышается за счет впрыска топлива на стенки КС – пленочное смесеобразование. Это несколько замедляет процесс сгорания и способствует уменьшению максимального давления цикла. При пленочном смесеобразовании стремятся к тому , чтобы минимальное количество топлива успевало испариться и перемешаться с воздухом за период задержки воспламенения.

Факел топлива подается под острым углом на стенку камеры сгорания, чтобы капли не отражались, а растекались по поверхности в виде тонкой пленки толщиной 0,012-0,014мм. Путь факела от соплового отверстия до стенки должен быть минимальным, чтобы уменьшить количество испарившегося топлива за время движения струи в камере сгорания. Направление вектора скорости движения заряда воздуха совпадает с направлением движения топлива, что способствует растеканию пленки. Одновременно это понижает парообразование, т.к. снижаются скорости движения топлива и воздуха. Энергия топливных струй в 2 раза меньше чем при объемном (2,2-7,8 дж/г). Вместе с тем энергия воздушного заряда должна быть в 2 раза больше. Мелкие капли и образующиеся пары движутся к центру камеры сгорания.

Теплота для испарения топлива в основном подводится от поршня (450-610К). При большей температуре топливо начинает кипеть и отскакивать от стенок в виде сферических форм, возможно также термическое разложение топлива и его коксование – охлаждение поршня маслом. Испарение топлива происходит за счет движения воздуха вдоль стенки, процесс испарения резко увеличивается после начала горения за счет передачи энергии от пламени к стенкам.

Преимущества. При ПСО повышается экономичность двигателя (218-227г/квтч), среднее эффективное давление, снижается жесткость в работе двигателя (0,25-0,4МПа/гр), максимальное давление цикла возрастает до 7,0-7,5МПа. Двигатель может работать на различных топливах, в том числе на высокооктановом бензине.

Недостатки. Затрудненный пуск двигателя, на малых оборотах увеличение токсичности ОГ , увеличение высоты и массы поршня из-за присутствия КС в поршне, затруднения при форсировании двигателя за счет частоты вращения.

Подача топлива осуществляется при помощи ТНВД и форсунок. ТНВД обеспечивает дозировку топлива и своевременную подачу. Форсунка обеспечивает подачу, мелкое распыление топлива, равномерное распределение топлива по всему объему и отсечку. Закрытые форсунки, в зависимости от способа смесеобразования, имеют различную конструкцию распыливающей части: многодырчатые распылители (4-10отв. диаметром 0,2-0,4мм) и однодырчатые со штифтом на конце иглы и однодырчатые безштифтовые.

Количество топлива, подаваемое во все цилиндры должно быть одинаковым и соответствовать нагрузке. Для качественного смесеобразования подача топлива производится за 20-23 градуса до прихода поршня в ВМТ.

От качества работы приборов системы питания дизеля зависят показатели работы двигателя: мощность, приемистость, расход топлива, давление газов в цилиндре двигателя, токсичность ОГ.

Разделенные КС – предкамеры и вихревые камеры. Топливо впрыскивается в дополнительную камеру, расположенную в головке блока. За счет перемычки в дополнительной камере образуется мощное движение сжимаемого воздуха, что способствует лучшему перемешиванию топлива с воздухом. После воспламенения топлива в дополнительной камере нарастает давление и начинается движение газового потока через канал перемычки в надпоршневую камеру. Смесеобразование от энергии топливной струи зависит незначительно.

В вихревой камере соединительный канал располагается под углом к торцевой плоскости головки блока так, чтобы образующая поверхность канала была касательной к поверхности камеры. Топливо впрыскивается камеру под прямым углом к потоку воздуха. Мелкие капли подхватываются потоком воздуха и относятся к центральной части, где температура наиболее высока. Малый период задержки воспламенения топлива при высокой температуре обуславливает быстрое и надежное воспламенение топлива. Крупные капли топлива относятся потоком к стенкам КС, контактируя с нагретыми стенками топливо, также начинает испаряться. Интенсивное движение воздуха в вихревой камере позволяет установить форсунку закрытого типа с штифтовым распылителем.

Преимущества . Меньшее максимальное давление, меньшее нарастание давления, более полное использование кислорода (альфа 1,15-1,25) при бездымном выпуске ОГ, Возможность работы на высоких скоростных режимах с удовлетворительными показателями, возможность использования топлива различного фракционного состава, меньшее давление впрыска.

Недостатки . Более высокий удельный расход топлива, ухудшение пусковых качеств.

Предкамера имеет меньший объем, меньшую площадь соединительного канала (0,3-0,6% от F п), воздух перетекает в предкамеру с большими скоростями (230-320м/с). Форсунка размещается обычно по оси предкамеры навстречу потоку. Во избежание переобогащения смеси впрыск должен быть грубым, компактным, что достигается одноштифтовой форсункой при малом давлении впрыска топлива. Воспламенение происходит в верхней части предкамеры и используя весь объем камеры факел распространяется по всему объему. Давление резко возрастает и врываясь через узкий канал в основную в камеру происходит соединение с основной массой воздуха.

Преимущества . Невысокие максимальные давления (4,5-6Мпа), малое нарастание давления (0,2-0,3Мпа/гр.), интенсивный подогрев воздуха и топлива, меньшие энергетические затраты на распыление топлива, возможность форсирования двигателя по частоте, меньшая токсичность.

Недостатки . Ухудшение экономичности двигателя, увеличенный теплоотвод в систему охлаждения, затруднен запуск холодного двигателя (повышают степень сжатия и ставят калильные свечи зажигания).

Дизели с неразделенными камерами сгорания имеют более лучшие экономические и пусковые показатели, возможность применения наддува. Худший показатель по шумности, нарастанию давления (0,4-1,2Мпа/гр).

Построение ВСХ.

Эффективный крутящий момент:

с предкамерные

вихревое

дизель
. Часовой расход топлива:

5. Ускорение поршня.
,

с наддувом, без наддува

по числу цилиндров

по системе зажигания

по системе питания

Скорость поршня.

,

8 Перемещение поршня

м, а при = м

9 Наддув. , то

10. Процесс выпуска

11. система охлаждения

14 .Расчёт масляных насосов.

Процесс сгорания.

Основной процесс рабочего цикла двигателя, в течение которого теплота идет на повышение внутренней энергии рабочего тела и на совершение механической работы.

Согласно первому закону термодинамики можно записать уравнение:

Для дизелей:

Для бензиновых:

Коэффициент выражает количество долей низшей теплоты сгорания, используемой на повышение внутренней энергии и на совершение работы. Для инжекторных двигателей: , карбюраторные: , дизели: .

Коэффициент использования зависит от режима работы двигателя, от конструкции, от частоты вращения, от системы охлаждения, от способа смесеобразования.

Тепловой баланс на участке можно записать в более краткой форме:

Расчетные уравнения сгорания: -для бензиновых двигателей: T z – температура конца сгорания, при подводе тепла при изохоре (V=const), следует:

Для дизелей: при V=const и р= const:

Где - степень повышения давления.

Средняя мольная теплоемкость продуктов сгорания:

После подстановки всех известных параметров и последующих преобразований решают уравнение второго порядка:

Откуда:

Давление сгорания для бензиновых двигателей:

Степень повышения давления:

Давление сгорания для дизелей:

Степень предварительного расширения:

Процесс сжатия.

В период процесса сжатия в цилиндре двигателя повышаются температура и давление рабочего тела, что обеспечивает надежное воспламенение и эффективное сгорание топлива.

Расчет процесса сжатия сводится к определению среднего показателя политропы сжатия , параметров конца сжатия и теплоемкости рабочего тела в конце сжатия .

Для бензиновых двигателей: давление и температура в конце сжатия.

Средняя мольная теплоемкость рабочей смеси:

Классификация ДВС.

ДВС подразделяются: карбюраторные, дизельные, инжекторные.

По методу осущ. газообмена: двухтактные, четырехтактные, без наддува

По способу воспламенения: с воспламенением от сжатия, с принудительным зажиганием.

По способу смесеобразования: с внешним (карбюраторные и газовые), с внутренним (дизельные и бензиновые с впрыском топлива в цилиндр).

По роду применения: легкое, тяжелое, газообразное, смешанное.

По системе охлаждения: жидкостное, воздушное.

ДВС дизель: с наддувом, без наддува.

По расположению цилиндров: однорядные, двухрядные, V-образные, оппозитные, рядные.

Масляной радиатор, расчет.

Масляный радиатор представляет собой теплообменный аппарат для охлаждения масла, циркулирующего в системе двигателя.

Количество теплоты, отводимой водой от радиатора:

Коэффициент теплоотдачи от масла к воде, Вт\м 2 *К

Поверхность охлаждения водомасляного радиатора, м 2 ;

Средняя температура масла в радиатора,К;

Средняя температура воды в радиаторе,К.

Коэффициент теплоотдачи от масла к воде, (Вт\(м 2 *К))

α1-коэффициент теплоотдачи от масла к стенкам радиатора, Вт/м 2 *К

δ-толщина стенки радиатора,м;

λтеп-коэффициент теплопроводности стенки, Вт/(м*К).

α2-коэффициент теплоотдачи от стенок радиатора к воде, Вт/м 2 *К

Количество тепла (Дж\с), отводимого маслом от двигателя:

Средняя теплоемкость масла, кДЖ/(кг*К),

Плотность масла, кг/м 3 ,

Циркуляционный расход масла, м 3 /с

И -температура масла на входе в радиатор и на выходе из него,К.

Поверхность охлаждения масляного радиатора, омываемая водой:

Форсунка, расчет.

Форсунка служит для распыливания и равномерного распределения топлива по объему камеры сгорания дизеля и выполняются открытыми или закрытыми. В закрытых форсунках распыливающиеотверстие сообщаются с трубопроводом высокого давления только в период передачи топлива. В открытых форсунках эта связь постоянна. Расчет форсунки – опр. Диаметра сопловых отверстий.

Объем топлива (мм3/цикл), впрыскиваемого форсункой за один рабочий ход четырехтактного дизеля (цикловая подача):

Время истечения топлива (с):

Угол поворота коленчатого вала, град

Средняя скорость истечения топлива (м\с) через сопловые отверстия распылителя:

Среднее давление впрыска топлива, Па;

-среднее давление газа в цилиндре в период впрыска, Па;

Давление в конце сжатия и сгорания,

Суммарная площадь сопловых отверстий форсунки:

- коэффициент расхода топлива, 0,65-0,85

Диаметр сопловых отверстий форсунки:

12. В бензиновых двигателях нашли наибольшее распространение:

1. Смещенная (Г-образная) (рис.1);

2. Полусферическая (рис.2);

3. Полуклиновая (рис.3) камеры сгорания

В дизелях форма и размещение камеры сгорания определяют способ смесеобразования.

Применяют два вида камер сгорания: неразделенные и разделенные.

Неразделенные камеры сгорания (рис.4) образованы

Построение ВСХ.

Эффективный крутящий момент:

Эффективная мощность бензинового двигателя:

Эффективная мощность дизельного (с неразделенной камерой сгорания) двигателя:

с предкамерные

вихревое

Удельный эффективный расход топлива: бензин

дизель
. Часовой расход топлива:

5. Ускорение поршня.
,

Двигатели внешнего и внутреннего смесеобразования.

по типу: карбюраторные, инжекторные, дизельные

по смесеобразованию: внешние, внутренние

по топливу: бензиновый, дизельный, газообразный

по системе охлаждения: воздушное, водяное

с наддувом, без наддува

по числу цилиндров

по расположению цилиндров: V,W,Х – образные

по системе зажигания

по системе питания

по конструкторским особенностям

Скорость поршня.

,

8 Перемещение поршня в зависимости от угла поворота кривошипа для двигателя с центральным кривошипно-шатунным механизмом

Для рачётов удобнее использовать выражение в котром перемещение поршня является функцией одного угла используют значение только первых двух членов, вследствии малой величины с выше второго порядка из уравнения следует что при м, а при = м

Заполняют таблицу, и строят кривую. При повороте кривошипа от в.м.т до н.м.т движение поршня происходит под влиянием перемещения шатуна вдоль оси цилиндра и отклонения его от этой оси.В следствии совпадения направлений перемещений шатуна при движении кривошипа по первой четверти окружности (0-90) поршени проходит больше половины своего пути. При прохождении второй четверти (90-180) проходит меньшее расстояние чем за первую. При граф построении указанную закономерность учитывают введением поправки Брикса

Перемещение поршня в смещнном кривошипно шатунном механизме

9 Наддув. Анализ формулы эффективной мощности двигателя, показывает, что если принять неизменными рабочий объём цилиндров и состав смеси, то величина Ne при n=const будет определяться отношением 𝝶е/α, значением 𝝶v и параметрами воздуха, поступающего в двигатель. Т.к массовый заряд воздуха Gв(кг), остающегося в цйилндрах двигателя , то из уравнений следует, что при увеличении плотности воздуха(наддува), поступившего в двигатель, эффективная мощность Ne значительно повышается.

А) наиболее распространённая схема с механическим приводом нагнетателя, от коленвала.центробежные, поршневые или роторно-шестёрёнчатые нагнетатели.

Б)объединение газовой турбины и компрессора-наиболее распространн в автомобилях и тракторах

В)комбинированный наддув-1 ступень комрессор не связан механически с двигателем, вторая ступень компрессора приводится в движение от коленвала.

Г)валу турбокомпрессора связан с коленвалом - такая компоновка позволяет при избытке мощности газовой турбины отдавать её на коленвал, а принедостатке отбирать от двигателя.

10. Процесс выпуска . За период выпуска из цилиндра двигателя удаляются отработавшие газы. Открытие выпускного клапана до прихода поршня в н.м.т, снижая полезную работу расширения (площадь b"bb’’b"), способствует качественной очистке цилиндра от продуктов сгорания и уменьшает работу, необходимую для выталкивания отработавших газов. В современных двигателях открытие Впускного клапана происходит за 40 - 80 до н.м.т (точка b’)и с этого момента начинается истечение отработавших газов с критческой скоростью 600

700 м/с. За этот период, заканчивающийся вблизи н.м.т в двигателях без наддува и несколько позже при наддуве, удаляется 60 -70% отработавших газов. При дальнейшем движении поршня к в.м.т. истечение газов происходит со скоростью 200 - 250 м/с и к концу вьшуска не превышает 60 - 100 м/с. Средняя скорость истечения газов за период выпуска на номинальном режиме находится в пределах 60 - 150 м/с.

Закрытие выпускного клапана происходит через 10- 50 После в.м.т, что повышает качество очистки цилиндра за счет эжекционного свойства потока газа, выходящего из цилиндра с большой скоростью.

Снижение токсичности при эксплуатации: 1. Повышение требований к качеству регулировки топливо подающей аппаратуры, систем и устройств смесеобразования и сгорания; 2.более широким применением газовых топлив, продукты сгорания которых мение токсичны, а также переводом бензиновых двигателей на газообразное топливо.При проектировании: 1 установка доп обор,(катализаторы, дожигатели, нейтра-лизаторы); 2 разработка принципиально новых двигателей(электрические, инерционные, аккамуляторные)

11. система охлаждения . Охлаждение двигателя применяется в целях принудительного отвода теплоты от нагретых деталей для обеспечения оптимального теплового состояния двигателя и его нормальной работы. Большая часть отводимой теплоты воспринимается системой охлаждения, меньшая - системой смазки и непосредственно окружающей средой. В зависимости от рода используемого теплоносителя в автомобильных и тракторных двигателях применяют систему жидкостного или воздушного охлаждения. В качестве жидкого охлаждающего

вещества Используют воду и некоторые другие высококипящие жидкости, а в системе воздушного охлаждения - воздух.

К преимутцествам жидкостного охлаждения следует отнести:

А) более эффективный отвод теплоты от нагретых деталей двигателя при любой тепловой нагрузке;

б) быстрый и равномерный прогрев двигателя при пуске; в) допустимость применения блочных конструкций цилиндров двигателя; г) меньшая склонность к детонации в бензиновых двигателях; д) более стабильное тепловое состояние двигателя при изменении режима его работы; е) меньшие затраты моащости на охлаждение и возможность использования тепловой энергии, отводимой в систему охлаждения.

Недостатки системы жидкостного охлаждения: а) большие затраты на обслуживание и ремонт в эксплуатации; б) пониженная надежность работы двигателя при отрицательных температурах окружающей среды и большая чувствительностьк ее изменению.

Расчет основных конструктивных элементов системы охлаждения производится исходя из количества теплоты, отводимой от двигателя в единицу времени.

При жидкостном охлаждении количество отводимой теплоты (Дж/с)

где ( - количество жидкости, циркулирующей в системе, кг/с;

4187 - теплоёмкость жидкости, Дж/(кг К); - температура выходящей из двигателя жидкости и входящей в него, К. расчёт системы сводится к определению размеров жидкосного насоса, поверхности радиатора, и подбору вентилятора.

14 .Расчёт масляных насосов. Одним из основных элементов смазочной системы является масляный насос, который служит для подачи маслакх трущимся поверхностям движущихся частей двигателя. По конструктивному исполнению масляные насосы бывают шстерёнчатые и винтовые. Шестеренчатые насосы отличаются простотой устройства, компакт-ностью, надежностью в работе и являются наиболее распространенными в автомобильных и тракторных двигателях. Расчет масляного насоса заключается в определении размеров его шестерен. Этому расчету предшествует определение циркуляционного расхода масла в системе.

Циркуляционный расход масла зависит от количества отводимой им от двигателя теплоты. В соответствии с данными теплового баланса величина ‚ (кДж/с) для современных автомобильных и тракторных двигателей составляет 1,5 - 3,0% от общего количества теплоты, введенной в двигатель с топливом: Qм= (0,015 0,030)Q0

Количество теплоты, выделяемой топливом в течение 1 с: Q0= НuGт/3б00, где Нu выражено в кДж/кг; Gт - в кг/ч.

Циркуляционньтй расход масла (м3/с) при заданной величине ‚ Vд=Qм/(рмсм ) (19.2)