"..."искровой двигатель" - двигатель с принудительным зажиганием, работающий на бензине или газовом топливе;..."
Источник:
Постановление Правительства РФ от 12.10.2005 N 609 (ред. от 20.01.2012) "Об утверждении технического регламента "О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ"
Официальная терминология. Академик.ру. 2012.
Система зажигания — Система зажигания это совокупность всех приборов и устройств, обеспечивающих появление электрической искры, воспламеняющей топливовоздушную смесь в цилиндрах двигателя внутреннего сгорания в нужный момент. Эта система является частью общей… … Википедия
Трансформатор Теслы — Разряды с провода на терминале Трансформатор Тесла, также катушка Теслы (англ. Tesla coil) единственное из изобретений Николы Тесла, носящих его имя сегодня. Это классический резонансный трансформатор, производящий выс … Википедия
Катушка тесла — Разряды с провода на терминале Трансформатор Тесла единственное из изобретений Николы Тесла, носящих его имя сегодня. Это классический резонансный трансформатор, производящий высокое напряжение при высокой частоте. Оно использовалось Теслой в… … Википедия
Трансформатор Тесла — Разряды с провода на терминале Трансформатор Тесла, также катушка Тесла[1] (англ. … Википедия
Магнето — фирмы Renault … Википедия
Хронология изобретений человечества — Эта статья или раздел нуждается в переработке. Пожалуйста, улучшите статью в соответствии с правилами написания статей … Википедия
Калильное зажигание — Двухтактный авиамодельный калильный двигатель … Википедия
Свеча зажигания — Свечи зажигания Свеча зажигания устройство для воспламенения топливо воздушной смеси в самых разнообразных тепловых двигателях. Бывают искровые, дуговые, накаливания, каталитические. В бензи … Википедия
Свечи зажигания — Свеча зажигания устройство для поджига топливо воздушной смеси в самых разнообразных тепловых двигателях. Бывают искровые, дуговые, калильные, каталитические. В бензиновых двигателях внутреннего сгорания используются искровые свечи. Поджиг… … Википедия
Плазма — (от греч. plásma вылепленное, оформленное) частично или полностью ионизованный газ, в котором плотности положительных и отрицательных зарядов практически одинаковы. При достаточно сильном нагревании любое вещество испаряется, превращаясь… … Большая советская энциклопедия
official.academic.ru
Процесс сгорания топлива в двигателях этой группы (как четырехтактных, так и двухтактных) протекает почти при постоянном объеме.
В существующих газовых двигателях этого типа верхний предел допустимой степени сжатия определяется условиями нормального горения, в силу чего ее значение практически не превышает 8, редко 10. У большинства газовых четырехтактных двигателей свежий заряд поступает в цилиндр в виде газовоздушной смеси в течение хода всасывания.
В некоторых случаях в четырехтактных двигателях, работающих на газовом топливе, применяется своеобразный наддув. В этом случае по линии впуска идет заполнение цилиндра двигателя сжатым воздухом. Газ подается в камеру сгорания под давлением 0,3…0,5 МПа в первой половине хода сжатия. Зажигание осуществляется электрической искрой в ходе конца сжатия. Увеличение наполнения цилиндра по этому циклу происходит вследствие принудительной подачи газа в свежий заряд воздуха и уменьшения гидравлических потерь в результате улучшения впускной смеси.
Эффективный КПД этого цикла несколько ниже обычного четырехтактного цикла вследствие худших условий смесеобразования.
Рабочий цикл с газожидкостным процессом характеризуется тем, что в цилиндре двигателя во время такта сжатия находится газовоздушная смесь, а жидкое топливо вводится в цилиндр в конце сжатия и, самовоспламеняясь, поджигает смесь.
В четырехтактном двигателе наполнение цилиндра газо-воздушной смесью осуществляется путем засасывания в цилиндр, а в двухтактных – путем продувки цилиндра готовой смесью или воздухом с последующим добавлением газа.
Газовоздушный цикл, обобщая частные случаи работы газового двигателя и двигателя на жидком топливе, характеризуется обычными зависимостями между его параметрами, однако, вследствие использования двух топлив, совершенно различных по своим физическим свойствам, эти зависимости несколько отличаются друг от друга.
Основные характеристики двигателя разделяются на индикаторные, или внутренние и эффективные, или внешние.
Индикаторные характеристики показывают степень совершенства протекающих в цилиндрах двигателя процессов и учитывают только тепловые потери внутри цилиндра.
Эффективные характеристики показывают степень совершенства двигателя в целом и учитывают все потери (тепловые, механические), наблюдаемые в процессе преобразования энергии, начиная от сгорания топлива до вращения коленчатого вала.
К основным характеристикам, или показателям двигателя (индикаторным и эффективным) относят: среднее давление, мощность , расход топлива и к.п.д.
Среднее индикаторное давление – условное постоянное давление pi, действующее на поршень на протяжении его рабочего хода и совершающего работу, равную индикаторной работе замкнутого цикла.
Среднее эффективное давление – условное постоянное давление, действующее на поршень за цикл и совершающее работу, равную полезной работе на фланце коленчатого вала.
Большое влияние на индикаторные и мощностные показатели двигателя имеют:
- степень сжатия ε
Степень сжатия для двигателей с искровым зажиганием составляет от 7 до 11, а дизельных – от 12 до 25 и более. Увеличение степени сжатия существенно повышает индикаторные показатели, улучшает условия воспламенения, что позволяет на долевых нагрузках обеднять смесь. При увеличении степени сжатия растут тепловые и механические нагрузки на детали двигателя, вредные выбросы, повышаются требования к октановому числу топлива;
Размеры цилиндра влияют на мощность и процессы теплообмена. С увеличением диаметра цилиндра для обеспечения работы без детонации следует использовать топливо с более высоким октановым числом. Увеличение диаметра при неизменной степени сжатия из-за снижения теплоотвода в стенки повышает индикаторный к.п.д.
- частота вращения n
Частота вращения интенсифицирует в цилиндре движение рабочего заряда и сгорание. При этом время, отводимое на цикл, уменьшается, а продолжительность сгорания несколько увеличивается. При увеличении оборотов сокращаются утечки газов через кольца и теплоотвод в систему охлаждения;
-литровая мощность Nл
Литровая мощность характеризует степень использования рабочего цилиндра и зависит, в основном, от числа оборотов двигателя и от основных размеров двигателя;
- индикаторная мощность Ni
Мощность, соответствующая работе, совершаемой газами за цикл внутри цилиндра;
- эффективная мощность Nэ
Общая полезная мощность, развиваемая двигателем на фланце коленчатого вала;
Регулировочные характеристики представляют собой зависимости основных показателей двигателя от значения одного или нескольких регулировочных параметров при постоянной частоте вращения коленчатого вала.
Регулировочные характеристики получают для ряда скоростных и нагрузочных режимов с целью оценить качество рабочего процесса и и определить предельные мощностные, экономические и экологические показатели двигателя на исследуемых режимах, выбрать и оценить регулировочные параметры систем двигателя, определить характер их изменения на различных режимах.
Регулировочная характеристика двигателя с искровым зажиганием по составу смеси представляет собой зависимость основных показателей двигателя от состава смеси. Возможны три способа её получения:
- при постоянном положении дроссельной заслонки, что обеспечивает примерное равенство расхода воздуха. Способ прост и пригоден на режимах полной нагрузки;
- при постоянной мощности двигателя; способ более правильный, так как при движении автомобиля в конкретных условиях необходима постоянная мощность; используется на режимах холостого хода;
- при постоянном расходе топлива; способ применяют при испытании двигателя с системами впрыскивания топлива.
Все три способа могут использоваться на средних нагрузках.
Нагрузочной характеристикой называется зависимость основных показателей двигателя от параметра, характеризующего его нагрузку при постоянной частоте вращения.
Нагрузочная характеристика позволяет описать работу двигателя при движении автомобиля с постоянной скоростью и на одной передаче и переменном дорожном сопротивлении.
Основные показатели двигателя по нагрузочной характеристике являются Gт и gе.
Скоростная характеристика представляет собой зависимость основных показателей двигателя от частоты вращения коленчатого вала при неизменном положении органа управления двигателем.
Внешняя скоростная характеристика определяется при полном открытии дроссельной заслонки или при положении органа управления подачей топлива, которое обеспечивает получение номинальной мощности двигателя.
Частичные скоростные характеристики снимают при промежуточном положении органа управлением двигателя.
Работа двигателя в транспортных условиях определяется тем, что при каждом включении коробки передач трансмиссии автомобиля число оборотов двигателя может изменяться в широких пределах и пропорционально (если пренебречь пробуксовкой) скорости движения. При этом на каждой скорости движения и, следовательно, при любом числе оборотов двигателя его нагрузка может меняться в зависимости от условий , от холостого хода до максимальной. Таким образом, возможные режимы работы двигателя, работающего в транспортных условиях, отражаются на диаграмме рис. 7 площадью, ограниченной сверху максимальной мощностью двигателя и числом оборотов
Ne,кВт 
n, мин-1
Рис. 7. Внешняя характеристика двигателя
Под внешними характеристиками двигателя подразумевают зависимость между основными параметрами рабочего цикла (
В карбюраторных двигателях регулирование мощности производится воздействием на коэффициент наполнения путём изменения сопротивления на всасывании установкой дроссельной заслонки в разных положениях. Максимальный коэффициент наполнения, естественно, получается в карбюраторном двигателе при полном открытии дроссельной заслонки. Условием получения точки внешней характеристики является работа с некоторым недостатком воздуха, связанная с наличием некоторого количества продуктов неполного сгорания топлива в выпуске, что полностью подтверждается опытом.
Для практического использования двигателя имеет значение знание зависимости максимальной мощности двигателя или среднего эффективного давления от числа оборотов, без особых мероприятий по нахождению и обеспечению оптимальных значений второстепенных факторов, но при соблюдении основного условия, определяющего получения максимальной мощности. Такие характеристики называются эксплуатационными внешними характеристиками или, короче, внешними характеристиками.
Ограниченные возможности и недостатки поршневых двигателей приводят к необходимости частичной, а в некоторых случаях и полной их замене более современными типами двигателей. Таким являются газотурбинные двигатели (ГТД). Они получили широкое распространение в авиации, судостроении и в оборонном транспортном машиностроении.
Газотурбинный двигатель отличает от поршневого большая агрегатная мощность. Однако серийного выпуска наземных транспортных ГТД не производится в связи с тем, что они имеют следующие недостатки:
Низкий эффективный КПД вследствие значительных тепловых потерь и применения небольших степеней сжатия.
Ограничение возможности повышения эффективного КПД из-за высокотемпературного процесса, что ограничивает применение материалов лопаток турбины и сопловых аппаратов. Кроме того, применение регенеративных циклов, вынужденных устанавливать теплообменные аппараты и соединительные газопроводы усложняют конструкцию, увеличивают ее вес и стоимость. Чем меньше мощность, тем сильнее сказываются перечисленные недостатки.
Работа на переменных режимах сопровождается резким падением эффективного КПД.
Ограниченный срок службы лопаточных аппаратов, находящихся под воздействием высоких температур и больших инерционных нагрузок.
Ограниченный срок службы деталей высокоскоростных редукторов.
Теоретически газотурбинные двигатели по сравнению с поршневыми и роторными имеют значительные преимущества, но широкое практическое их использование ограничено из-за указанных выше недостатков.
Газотурбинные двигатели в транспортном машиностроении целесообразно использовать в тех областях, где требуется высокая мощность, не взирая на топливную экономичность (большие грузовые самосвалы, бронетанковая техника и др.)
Серийные роторные двигатели (РД) введены в эксплуатацию в 1964 – 1965г.г. Роторные двигатели имеют явное преимущество по сравнению с поршневыми по удельным мощностям и весогабаритным показателям. По литровой мощности и удельному весу только поршневые двигатели гоночных машин сравнимы с аналогичными параметрами РД. Экономичность поршневых и роторных двигателей практически одинакова. О долговечности говорить еще рано, т. к. поршневые двигатели существуют сотню лет, а РД только несколько десятков лет.
Наиболее слабое звено РД это износы пластин радиальных уплотнений. Одним из преимуществ РД является бесшумность работы. Надежность и безопасность РД равноценна поршневым. Особым преимуществом РД по сравнению с поршневым и газотурбинным двигателями является возможность создания унифицированных мощностных рядов с соотношением мощности от 1:1 до 1:10 путем наращиванием мощностных секций. И конечно положительным качеством РД является простота конструкции и сравнительно небольшая стоимость.
Недостатками роторных двигателей являются:
Ограниченные возможности в образовании требуемой формы камеры сгорания.
Трудность обеспечения жидкостной смазки сопряженных пар, непосредственно соприкасающихся с горячими газами.
Отрыв пластин радиальных уплотнений от поверхности корпуса.
Система уплотнений менее надежна в работе и менее долговечна, чем у поршневых двигателей.
Процессы рабочего цикла распределены по остальным участкам корпуса, что вызывает его неравномерное нагревание и деформацию.
На основании вышеупомянутого следуют выводы, что применять роторные двигатели наиболее целесообразно при низких и средних мощностях, а мощность в односекционном исполнении не должна превышать 100…150кВт. Роторные двигатели широко применяются в вертолетостроении. В 70х…80гг. проводились большие работы по использованию роторных двигателей в автомобилестроении, однако, по вышеперечисленным причинам широкого внедрения они не получили.
К особенностям двигателей Стирлинга следует отнести высокий КПД, возможность использования различных тепловых источников, в том числе и тепловых аккумуляторов, малую токсичность, низкий уровень шума и вибрации, незначительный расход масла, высокий КПД при работе на неноминальном режиме, нечувствительность к пыли, возможность работы со значительными кратковременными перегрузками, большую теплоотдачу в окружающую среду, сложность регулирования и высокую стоимость изготовления.
Высокий КПД, а, следовательно, и большая экономичность, является важной особенностью Стирлинга. Это связано с тем, что ηt термодинамического цикла Стирлинга равен КПД цикла Карно.
По данным фирмы Philips двигатели в диапазоне 6…900кВт имеют КПД , равный 0,26…0,43. В настоящее время созданы двигатели с КПД равным 0,41…0,43 и ведутся работы по созданию Стирлинга с КПД равным 0,5 и удельным расходом топлива равным 170г/кВт.ч. Предельная величина КПД с учетом достигнутых температур составляет 0,6. Однако для реализации этих возможностей необходимо преодолеть конструктивные и технологические трудности.
Внешний подвод теплоты, используемый в Стирлинге, позволяет применять различные тепловые источники без существенных изменений конструкции двигателя. Практически все ископаемые топлива от твердых до газообразных могут быть использованы в этом двигателе.
studfiles.net
Дви́гатель вну́треннего сгора́ния — двигатель, в котором топливо сгорает непосредственно в рабочей камере (внутри) двигателя. ДВС преобразует тепловую энергию от сгорания топлива в механическую работу.
По сравнению с двигателями внешнего сгорания ДВС:
В 1807 г. французско-швейцарский изобретатель Франсуа Исаак де Риваз построил первый поршневой двигатель, называемый часто двигателем де Риваза[en]. Двигатель работал на газообразном водороде, имея элементы конструкции, с тех пор вошедшие в последующие прототипы ДВС: поршневую группу и искровое зажигание. Кривошипно-шатунного механизма в конструкции двигателя ещё не было.
Первый практически пригодный двухтактный газовый ДВС был сконструирован французским механиком Этьеном Ленуаром в 1860 году. Мощность составляла 8,8 кВт (11,97 л. с.). Двигатель представлял собой одноцилиндровую горизонтальную машину двойного действия, работавшую на смеси воздуха и светильного газа с электрическим искровым зажиганием от постороннего источника. В конструкции двигателя появился кривошипно-шатунный механизм. КПД двигателя не превышал 4,65 %. Несмотря на недостатки, двигатель Ленуара получил некоторое распространение. Использовался как лодочный двигатель.
Познакомившись с двигателем Ленуара, осенью 1860 года выдающийся немецкий конструктор Николаус Аугуст Отто с братом построили копию газового двигателя Ленуара и в январе 1861 года подали заявку на патент на двигатель с жидким топливом на основе газового двигателя Ленуара в Министерство коммерции Пруссии, но заявка была отклонена. В 1863 году создал двухтактный атмосферный двигатель внутреннего сгорания. Двигатель имел вертикальное расположение цилиндра, зажигание открытым пламенем и КПД до 15 %. Вытеснил двигатель Ленуара.
В 1876 г. Николаус Август Отто построил более совершенный четырёхтактный газовый двигатель внутреннего сгорания.
В 1880-х годах Огнеслав Степанович Костович в России построил первый бензиновый карбюраторный двигатель.
Мотоцикл Даймлера с ДВС 1885 года В 1885 году немецкие инженеры Готтлиб Даймлер и Вильгельм Майбах разработали лёгкий бензиновый карбюраторный двигатель. Даймлер и Майбах использовали его для создания первого мотоцикла в 1885, а в 1886 году — на первом автомобиле.
Немецкий инженер Рудольф Дизель стремился повысить эффективность двигателя внутреннего сгорания и в 1897 предложил двигатель с воспламенением от сжатия. На заводе «Людвиг Нобель» Эммануила Людвиговича Нобеля в Петербурге в 1898—1899 Густав Васильевич Тринклер усовершенствовал этот двигатель, использовав бескомпрессорное распыливание топлива, что позволило применить в качестве топлива нефть. В результате бескомпрессорный двигатель внутреннего сгорания высокого сжатия с самовоспламенением стал наиболее экономичным стационарным тепловым двигателем. В 1899 на заводе «Людвиг Нобель» построили первый дизель в России и развернули массовое производство дизелей. Этот первый дизель имел мощность 20 л. с., один цилиндр диаметром 260 мм, ход поршня 410 мм и частоту вращения 180 об/мин. В Европе дизельный двигатель, усовершенствованный Густавом Васильевичем Тринклером, получил название «русский дизель» или «Тринклер-мотор». На всемирной выставке в Париже в 1900 двигатель Дизеля получил главный приз. В 1902 Коломенский завод купил у Эммануила Людвиговича Нобеля лицензию на производство дизелей и вскоре наладил массовое производство.
В 1908 году главный инженер Коломенского завода Р. А. Корейво строит и патентует во Франции двухтактный дизель с противоположно-движущимися поршнями и двумя коленвалами. Дизели Корейво стали широко использоваться на теплоходах Коломенского завода. Выпускались они и на заводах Нобелей.
В 1896 году Чарльз В. Харт и Чарльз Парр разработали двухцилиндровый бензиновый двигатель. В 1903 году их фирма построила 15 тракторов. Их шеститонный #3 является старейшим трактором с двигателем внутреннего сгорания в Соединенных Штатах и хранится в Смитсоновском Национальном музее американской истории в Вашингтоне, округ Колумбия. Бензиновый двухцилиндровый двигатель имел совершенно ненадёжную систему зажигания и мощность 30 л. с. на холостом ходу и 18 л. с. под нагрузкой[1].
Дэн Элбон с его прототипом сельскохозяйственного трактора Ivel Первым практически пригодным трактором с двигателем внутреннего сгорания был американский трёхколёсный трактор lvel Дэна Элборна 1902 года. Было построено около 500 таких лёгких и мощных машин.
В 1903 году состоялся полёт первого самолёта братьев Орвила и Уилбура Райт. Двигатель самолёта изготовил механик Чарли Тэйлор. Основные части двигателя сделали из алюминия. Двигатель Райт-Тэйлора был примитивным вариантом бензинового инжекторного двигателя.
На первом в мире теплоходе — нефтеналивной барже «Вандал», построенной в 1903 году в России на Сормовском заводе для «Товарищества Братьев Нобель», были установлены три четырёхтактных двигателя Дизеля мощностью по 120 л. с. каждый. В 1904 году был построен теплоход «Сармат».
В 1924 по проекту Якова Модестовича Гаккеля на Балтийском судостроительном заводе в Ленинграде был создан тепловоз ЮЭ2 (ЩЭЛ1).
Практически одновременно в Германии по заказу СССР и по проекту профессора Ю. В. Ломоносова по личному указанию В. И. Ленина в 1924 году на немецком заводе Эсслинген (бывш. Кесслер) близ Штутгарта построен тепловоз Ээл2 (первоначально Юэ001).
Поршневой ДВС 
Газотурбинный ДВС ДВС классифицируют:
Помимо приведённых выше общих для всех ДВС критериев классификации существуют критерии, по которым классифицируются отдельные типы двигателей. Так, поршневые двигатели можно классифицировать по количеству и расположению цилиндров, коленчатых и распределительных валов, по типу охлаждения, по наличию или отсутствию крейцкопфа, наддува (и по типу наддува), по способу смесеобразования и по типу зажигания, по количеству карбюраторов, по типу газораспределительного механизма, по направлению и частоте вращения коленчатого вала, по отношению диаметра цилиндра к ходу поршня, по степени быстроходности (средней скорости поршня).
Энергия передаётся на коленчатый вал двигателя от расширяющихся газов во время рабочего хода. Сжатие топливо-воздушной смеси до объёма камеры сгорания повышает эффективность работы двигателя и увеличивает его КПД, но увеличение степени сжатия также увеличивает вызываемое сжатием нагревание рабочей смеси согласно закону Шарля.
Если топливо легковоспламеняемое, вспышка происходит до достижения поршнем ВМТ. Это, в свою очередь, заставит поршень провернуть коленвал в обратном направлении — такое явление называют обратной вспышкой.
Октановое число является мерой процентного содержания изооктана в гептан-октановой смеси и отражает способность топлива противостоять самовоспламенению под воздействием температуры. Топливо с более высокими октановыми числами позволяют двигателю с высокой степенью сжатия работать без склонности к самовоспламенению и детонации и, стало быть, иметь более высокую степень сжатия и более высокий КПД.
Работа дизельных двигателей обеспечивается самовоспламенением от сжатия в цилиндре чистого воздуха или бедной газовоздушной смеси, неспособной к самостоятельному горению (газодизель) и отсутствия в заряде топлива до последнего момента.
Одним из основополагающих конструктивных параметров ДВС является отношение хода поршня к диаметру цилиндра (или наоборот). Для более быстроходных бензиновых двигателей это отношение близко к 1, на дизельных моторах ход поршня, как правило, тем больше диаметра цилиндра, чем больше двигатель. Оптимальным с точки зрения газодинамики и охлаждения поршня является соотношение 1 : 1. Чем больше ход поршня, тем больший крутящий момент развивает двигатель и тем ниже его рабочий диапазон оборотов. Наоборот, чем больше диаметр цилиндра, тем выше рабочие обороты двигателя и тем ниже его крутящий момент на низких оборотах. Как правило, короткоходные ДВС (особенно гоночные) имеют больший крутящий момент на единицу рабочего объема, но на относительно высоких оборотах (больше 5000 об/мин.). При большем диаметре цилиндра/поршня сложнее обеспечить должный теплоотвод от донышка поршня ввиду его больших линейных размеров, но при высоких рабочих оборотах скорость поршня в цилиндре не превышает скорости поршня более длинноходного на его рабочих оборотах.
Смесь топлива с воздухом готовится в карбюраторе, далее смесь подаётся в цилиндр, сжимается, а затем поджигается при помощи искры, проскакивающей между электродами свечи. Основная характерная особенность топливо-воздушной смеси в этом случае — гомогенность.
Также, существует способ смесеобразования путём впрыска бензина во впускной коллектор или непосредственно в цилиндр при помощи распыляющих форсунок (инжектор). Существуют системы одноточечного (моновпрыск), и распределённого впрыска различных механических и электронных систем. В механических системах впрыска дозация топлива осуществляется плунжерно-рычажным механизмом с возможностью электронной корректировки состава смеси. В электронных системах смесеобразование осуществляется с помощью электронного блока управления (ЭБУ), управляющего электрическими бензиновыми форсунками.
Дизельный двигатель характеризуется воспламенением топлива без использования свечи зажигания. В разогретый в цилиндре воздух от адиабатического сжатия (до температуры, превышающей температуру воспламенения топлива) через форсунку впрыскивается порция топлива. В процессе впрыскивания топливной смеси происходит его распыление, а затем вокруг отдельных капель топливной смеси возникают очаги сгорания, по мере впрыскивания топливная смесь сгорает в виде факела. Так как дизельные двигатели не подвержены явлению детонации, характерному для двигателей с принудительным воспламенением, в них допустимо использование более высоких степеней сжатия (до 26), что, в сочетании с длительным горением, обеспечивающим постоянное давление рабочего тела, благотворно сказывается на КПД данного типа двигателей, который может превышать 50 % в случае с крупными судовыми двигателями.
Дизельные двигатели являются менее быстроходными и характеризуются большим крутящим моментом на валу. Также некоторые крупные дизельные двигатели приспособлены для работы на тяжёлых топливах, например, мазутах. Запуск крупных дизельных двигателей осуществляется, как правило, за счёт пневматической схемы с запасом сжатого воздуха, либо, в случае с дизель-генераторными установками, от присоединённого электрического генератора, который при запуске выполняет роль стартера.
Вопреки расхожему мнению, современные двигатели, традиционно называемые дизельными, работают не по циклу Дизеля, а по циклу Тринклера — Сабатэ со смешанным подводом теплоты.
Недостатки дизельных двигателей обусловлены особенностями рабочего цикла — более высокой механической напряжённостью, требующей повышенной прочности конструкции и, как следствие, увеличения её габаритов, веса и увеличения стоимости за счёт усложнённой конструкции и использования более дорогих материалов. Также дизельные двигатели за счет гетерогенного сгорания характеризуются неизбежными выбросами сажи и повышенным содержанием оксидов азота в выхлопных газах.
Двигатель, сжигающий в качестве топлива углеводороды, находящиеся в газообразном состоянии при нормальных условиях:
Основная порция топлива приготавливается, как в одной из разновидностей газовых двигателей, но зажигается не электрической свечой, а запальной порцией дизтоплива, впрыскиваемого в цилиндр аналогично дизельному двигателю.
Предложен изобретателем Ванкелем в начале XX века. Основа двигателя — треугольный ротор (поршень), вращающийся в камере особой 8-образной формы, исполняющий функции поршня, коленвала и газораспределителя. Такая конструкция позволяет осуществить любой 4-тактный цикл Дизеля, Стирлинга или Отто без применения специального механизма газораспределения. За один оборот двигатель выполняет три полных рабочих цикла, что эквивалентно работе шестицилиндрового поршневого двигателя. Строился серийно фирмой НСУ в Германии (автомобиль RO-80), ВАЗом в СССР (ВАЗ-21018 «Жигули», ВАЗ-416, ВАЗ-426, ВАЗ-526), Маздой в Японии (Mazda RX-7, Mazda RX-8). При своей принципиальной простоте имеет ряд существенных конструктивных сложностей, делающих его широкое внедрение весьма затруднительным. Основные трудности связаны с созданием долговечных работоспособных уплотнений между ротором и камерой и с построением системы смазки.
В Германии в конце 70-х годов XX века существовал анекдот: «Продам НСУ, дам в придачу два колеса, фару и 18 запасных моторов в хорошем состоянии».
Наиболее распространённым типом комбинированных двигателей является поршневой с турбонагнетателем. Турбонагнетатель или турбокомпрессор (ТК, ТН) — это нагнетатель, который приводится в движение выхлопными газами. Получил своё название от слова «турбина» (фр. turbine от лат. turbo — вихрь, вращение). Это устройство состоит из двух частей: роторного колеса турбины, приводимого в движение выхлопными газами, и центробежного компрессора, закреплённых на противоположных концах общего вала. Струя рабочего тела (в данном случае, выхлопных газов) воздействует на лопатки, закреплённые по окружности ротора, и приводит их в движение вместе с валом, который изготовляется единым целым с ротором турбины из сплава, близкого к легированной стали. На валу, помимо ротора турбины, закреплён ротор компрессора, изготовленный из алюминиевых сплавов, который при вращении вала позволяет нагнетать воздух в цилиндры ДВС. Таким образом, в результате действия выхлопных газов на лопатки турбины одновременно раскручиваются ротор турбины, вал и ротор компрессора. Применение турбокомпрессора совместно с промежуточным охладителем воздуха (интеркулером) позволяет обеспечивать подачу более плотного воздуха в цилиндры ДВС (в современных турбированных двигателях используется именно такая схема). Часто при применении в двигателе турбокомпрессора говорят о турбине, не упоминая компрессора. Турбокомпрессор — это одно целое. Нельзя использовать энергию выхлопных газов для подачи воздушной смеси под давлением в цилиндры ДВС при помощи только турбины. Нагнетание обеспечивает именно та часть турбокомпрессора, которая именуется компрессором.
На холостом ходу, при небольших оборотах, турбокомпрессор вырабатывает небольшую мощность и приводится в движение малым количеством выхлопных газов. В этом случае турбонагнетатель малоэффективен, и двигатель работает примерно так же, как без нагнетания. Когда от двигателя требуется намного большая выходная мощность, то его обороты, а также зазор дросселя, увеличиваются. Пока количества выхлопных газов достаточно для вращения турбины, по впускному трубопроводу подаётся намного больше воздуха.
Турбонагнетание позволяет двигателю работать более эффективно, поскольку тому что турбонагнетатель использует энергию выхлопных газов, которая, в противном случае, была бы (большей частью) потеряна.
Однако существует технологическое ограничение, известное как «турбояма» («турбозадержка») (за исключением моторов с двумя турбокомпрессорами — маленьким и большим, когда на малых оборотах работает маленький ТК, а на больших — большой, совместно обеспечивая подачу необходимого количества воздушной смеси в цилиндры или при использованием турбины с изменяемой геометрией, в автоспорте также применяется принудительный разгон турбины с помощью системы рекуперации энергии[2]). Мощность двигателя увеличивается не мгновенно из-за того, что на изменение частоты вращения двигателя, обладающего некоторой инерцией, будет затрачено определённое время, а также из-за того, что чем больше масса турбины, тем больше времени потребуется на её раскручивание и создание давления, достаточного для увеличения мощности двигателя. Кроме того, повышенное выпускное давление приводит к тому, что выхлопные газы передают часть своего тепла механическим частям двигателя (эта проблема частично решается заводами-изготовителями японских и корейских ДВС путём установки системы дополнительного охлаждения турбокомпрессора антифризом).
Двухтактный цикл 
Схема работы четырёхтактного двигателя, цикл Отто1. впуск2. сжатие3. рабочий ход4. выпуск Поршневые двигатели внутреннего сгорания классифицируются по количеству тактов в рабочем цикле на двухтактные и четырёхтактные.
Рабочий цикл четырёхтактных двигателей внутреннего сгорания занимает два полных оборота кривошипа или 720 градусов поворота коленчатого вала (ПКВ), состоящий из четырёх отдельных тактов:
Изменение рабочих тактов обеспечивается специальным газораспределительным механизмом, чаще всего он представлен одним или двумя распределительными валами, системой толкателей и клапанами, непосредственно обеспечивающими смену фазы. Некоторые двигатели внутреннего сгорания использовали для этой цели золотниковые гильзы (Рикардо), имеющие впускные и/или выхлопные окна. Сообщение полости цилиндра с коллекторами в этом случае обеспечивалось радиальным и вращательным движениями золотниковой гильзы, окнами открывающей нужный канал. Ввиду особенностей газодинамики — инерционности газов, времени возникновения газового ветра такты впуска, рабочего хода и выпуска в реальном четырёхтактном цикле перекрываются, это называется перекрытием фаз газораспределения. Чем выше рабочие обороты двигателя, тем больше перекрытие фаз и чем оно больше, тем меньше крутящий момент двигателя внутреннего сгорания на низких оборотах. Поэтому в современных двигателях внутреннего сгорания всё шире используются устройства, позволяющие изменять фазы газораспределения в процессе работы. Особенно пригодны для этой цели двигатели с электромагнитным управлением клапанами (BMW, Mazda). Имеются также двигатели с переменной степенью сжатия (SAAB AB), обладающие большей гибкостью характеристики.
Двухтактные двигатели имеют множество вариантов компоновки и большое разнообразие конструктивных систем. Основной принцип любого двухтактного двигателя — исполнение поршнем функций элемента газораспределения. Рабочий цикл складывается, строго говоря, из трёх тактов: рабочего хода, длящегося от верхней мёртвой точки (ВМТ) до 20—30 градусов до нижней мёртвой точки (НМТ), продувки, фактически совмещающей впуск и выхлоп, и сжатия, длящегося от 20—30 градусов после НМТ до ВМТ. Продувка, с точки зрения газодинамики, слабое звено двухтактного цикла. С одной стороны, невозможно обеспечить полное разделение свежего заряда и выхлопных газов, поэтому неизбежны либо потери свежей смеси, буквально вылетающей в выхлопную трубу (если двигатель внутреннего сгорания — дизель, речь идёт о потере воздуха), с другой стороны, рабочий ход длится не половину оборота, а меньше, что само по себе снижает КПД. В то же время длительность чрезвычайно важного процесса газообмена, в четырёхтактном двигателе занимающего половину рабочего цикла, не может быть увеличена. Двухтактные двигатели могут вообще не иметь системы газораспределения. Однако, если речь не идёт об упрощённых дешёвых двигателях, двухтактный двигатель сложнее и дороже за счёт обязательного применения воздуходувки или системы наддува, повышенная теплонапряжённость ЦПГ требует более дорогих материалов для поршней, колец, втулок цилиндров. Исполнение поршнем функций элемента газораспределения обязывает иметь его высоту не менее ход поршня + высота продувочных окон, что некритично в мопеде, но существенно утяжеляет поршень уже при относительно небольших мощностях. Когда же мощность измеряется сотнями лошадиных сил, увеличение массы поршня становится очень серьёзным фактором. Введение распределительных гильз с вертикальным ходом в двигателях Рикардо было попыткой сделать возможным уменьшение габаритов и массы поршня. Система оказалась сложной и дорогой в исполнении, кроме авиации, такие двигатели нигде больше не использовались. Выхлопные клапаны (при прямоточной клапанной продувке) имеют вдвое большую теплонапряжённость в сравнении с выхлопными клапанами четырёхтактных двигателей и худшие условия для теплоотвода, а их сёдла имеют более длительный прямой контакт с выхлопными газами.
Самой простой с точки зрения порядка работы и самой сложной с точки зрения конструкции является система Корейво, представленная в СССР и в России, в основном, тепловозными дизелями серий Д100 и танковыми дизелями ХЗТМ. Такой двигатель представляет собой симметричную двухвальную систему с расходящимися поршнями, каждый из которых связан со своим коленвалом. Таким образом, этот двигатель имеет два коленвала, механически синхронизированные; тот, который связан с выхлопными поршнями, опережает впускной на 20—30 градусов. За счёт этого опережения улучшается качество продувки, которая в этом случае является прямоточной, и улучшается наполнение цилиндра, так как в конце продувки выхлопные окна уже закрыты. В 30х — 40х годах XX века были предложены схемы с парами расходящихся поршней — ромбовидная, треугольная; существовали авиационные дизели с тремя звездообразно расходящимися поршнями, из которых два были впускными и один — выхлопным. В 20-х годах Юнкерс предложил одновальную систему с длинными шатунами, связанными с пальцами верхних поршней специальными коромыслами; верхний поршень передавал усилия на коленвал парой длинных шатунов, и на один цилиндр приходилось три колена вала. На коромыслах стояли также квадратные поршни продувочных полостей. Двухтактные двигатели с расходящимися поршнями любой системы имеют, в основном, два недостатка: во-первых, они весьма сложны и габаритны, во-вторых, выхлопные поршни и гильзы в зоне выхлопных окон имеют значительную температурную напряжённость и склонность к перегреву. Кольца выхлопных поршней также являются термически нагруженными, склонны к закоксовыванию и потере упругости. Эти особенности делают конструктивное исполнение таких двигателей нетривиальной задачей.
Двигатели с прямоточной клапанной продувкой оснащены распределительным валом и выхлопными клапанами. Это значительно снижает требования к материалам и исполнению ЦПГ. Впуск осуществляется через окна в гильзе цилиндра, открываемые поршнем. Именно так компонуется большинство современных двухтактных дизелей. Зона окон и гильза в нижней части во многих случаях охлаждаются наддувочным воздухом.
В случаях, когда одним из основных требований к двигателю является его удешевление, используются разные виды кривошипно-камерной контурной оконно-оконной продувки — петлевая, возвратно-петлевая (дефлекторная) в разнообразных модификациях. Для улучшения параметров двигателя применяются разнообразные конструктивные приёмы — изменяемая длина впускного и выхлопного каналов, может варьироваться количество и расположение перепускных каналов, используются золотники, вращающиеся отсекатели газов, гильзы и шторки,, изменяющие высоту окон (и, соответственно, моменты начала впуска и выхлопа). Большинство таких двигателей имеет воздушное пассивное охлаждение. Их недостатки — относительно невысокое качество газообмена и потери горючей смеси при продувке, при наличии нескольких цилиндров секции кривошипных камер приходится разделять и герметизировать, усложняется и удорожается конструкция коленвала.
Недостатком двигателя внутреннего сгорания является то, что он развивает наивысшую мощность только в узком диапазоне оборотов. Поэтому неотъемлемым атрибутом двигателя внутреннего сгорания является трансмиссия. Лишь в отдельных случаях (например, в самолётах) можно обойтись без сложной трансмиссии. Постепенно завоёвывает мир идея гибридного автомобиля, в котором мотор всегда работает в оптимальном режиме.
Кроме того, двигателю внутреннего сгорания необходимы система питания (для подачи топлива и воздуха — приготовления топливо-воздушной смеси), выхлопная система (для отвода выхлопных газов), также не обойтись без системы смазки (предназначена для уменьшения сил трения в механизмах двигателя, защиты деталей двигателя от коррозии, а также совместно с системой охлаждения для поддержания оптимального теплового режима), системы охлаждения (для поддержания оптимального теплового режима двигателя), система запуска (применяются способы запуска: электростартерный, с помощью вспомогательного пускового двигателя, пневматический, с помощью мускульной силы человека), система зажигания (для воспламенения топливо-воздушной смеси, применяется у двигателей с принудительным воспламенением).
К обработке отверстий в различных деталях, в том числе в деталях двигателя (отверстий головки блоков цилиндров (ГБЦ), гильз цилиндров, отверстий кривошипной и поршневой головок шатунов, отверстий шестерён) и т. д., предъявляются высокие требования. Используются высокоточные технологии шлифования и хонингования.
wikiredia.ru
30.1 Рассмотрите условия определения скоростных характеристик. Для чего они определяются?
Скоростной хар-кой карбюраторного двигателя называется зависимость эффективной мощности Nе, эффективного крутящего момента Мк, часового Gт и удельного эффективного ge расхода топлива, а также других показателей двигателя от частоты вращения коленчатого вала при постоянном положении ДЗ. Внешняя скоростная хар-ка является основной паспортной характеристикой двигателя. На основании этой хар-ки оценивают: Nemax – максимальную эффективную мощность двигателя и соответствующую ей частоту вращения nNemax ; Neном – номинальную эффективную мощность, т.е. мощность, гарантируемую заводом-изготовителем при заданной (номинальной) частоте вращения nном ; Mкmax – максимальный крутящий момент, развиваемый двигателем, и соответствующую ему частоту вращения nMкmax ; gemin – минимальный удельный расход топлива по внешней скоростной хар-ке и соответствующую ему частоту вращения; nmin – минимальную устойчивую частоту вращения и другие. Внешняя скоростная характеристика позволяет определить максимальные энергетические показатели двигателя при выбранных регулировках его систем (питания, зажигания и др.) и имитирует работу и показатели двигателя автомобиля, движущегося при полном открытии дроссельной заслонки с различной скоростью в зависимости от сопротивления дороги. Определяют мощность нетто – с оборудованием, и брутто – без оборудования. Для двигателей, снабженных ограничителем частоты вращения, скоростные характеристики определяются дважды: с включенным ограничителем и с отключенным ограничителем.
30.2. Рассмотрите и объясните изменение по скоростным характеристикам бензинового двигателя коэффициента наполнения при различных положениях дроссельной заслонки.
Величина коэффициента наполнения ηv зависит от большого числа факторов и изменяется с ростом частоты вращения сложным образом. Прикрытие ДЗ приводит к более резкому снижению ηv с увеличением n, что вызывает соответствующее снижение pi. При незначительном прикрытии ДЗ, снижение ηv невелико. Чем сильнее прикрыта ДЗ, тем больше снижается коэффициент наполнения.
30.3. Рассмотрите и объясните изменение по внешней характеристике ДсИЗ индикаторного, механического, эффективного КПД (удельного эффективного расхода топлива) и температуры выпускных газов.
Удельный эффективный расход топлива ge находится по общему выражению ge=GT/Ne * 103, изменение числителя и знаменателя которого по ВСХ определяет характер протекания кривой ge= f (n). Кривая проходит через минимум, поднимаясь в обе стороны от частоты вращения ngemin. Причины этого можно объяснить так: ухудшение топливной экономичности при низких частотах вращения объясняется в основном снижением индикаторного КПД, а при высоких частотах вращения – прежде всего снижением механического КПД. Температура отработавших газов возрастает при повышении частоты вращения и неизменном положении дросселя.
30.4. Что называется коэффициентом приспособляемости и коэффициентом. запаса крутящего момента? Какую роль играет для транспортного средства запас крутящего момента? Какие значения имеют коэффициенты приспособляемости и запаса крутящего момента для бензиновых карбюраторных двигателей?
Запас крутящего момента Мкр = МКмах – МКном/МКном * 100%. Этот запас может быть использован на преодоление дополнительного дорожного сопротивления, на преодоление подъема или на перевозку грузов. У бензиновых двигателей запас крутящего момента Мкр = 5-30%
studfiles.net
Все современные авиационные поршневые двигатели — четырехтактные, с искровым зажиганием. Существуют два типа двигателей с искровым зажиганием с внутренним смесеобразованием (двигатели непосредственного впрыска) и с внешним смесеобразованием, (карбюраторные двигатели). [c.97]
Детонационная стойкость топлива является одним из основных показателей пригодности топлива для применения в поршневых карбюраторных двигателях с искровым зажиганием. [c.204]По способу воспламенения топлива ДВС разделяются на двигатели с искровым зажиганием и самовоспламенением от сжатия (дизели). На основе дизеля создается еще один тип — многотопливный двигатель, в котором воспламенение топлива может осуществляться одновременно от сжатия и от электрической искры или накаленной поверхности. [c.147]
При уменьшении нагрузки двигателя путем дросселирования снижается начальное и конечное давления сжатия и увеличивается степень разбавления рабочей смеси остаточными газами, что приводит к существенному ухудшению условий воспламенения смеси искрой и мешает развитию смеси начального очага горения. Процесс сгорания становится менее устойчивым. При обогащении смеси до а=0,8-н0,85 обеспечивается более надежное воспламенение искрой, но избежать растягивания сгорания не удается. Неустойчивое протекание сгорания на режимах малых нагрузок и необходимость при этом обогащения смеси являются одним из главных недостатков двигателей с искровым зажиганием, приводящим к увеличению расхода топлива и к возрастанию содержания в отработавших газах (ОГ) оксида углерода и неполностью сгоревших углеводородов. [c.150]
Высказывается также предположение, что возникновение детонации в двигателе с искровым зажиганием контролируется в основном скоростью предпламенных реакций окисления, предшествующих самовоспламенению [148]. [c.152]
Исходя из вышеизложенных особенностей и возможных нарушений процесса сгорания в двигателях с искровым зажиганием, основные мероприятия по повышению полноты сгорания топлива, увеличению к.п.д. двигателя и уменьшению выбросов СО и углеводородов в отработавших газах заключаются в следующем [c.154]
Для привода поршневых компрессоров и насосов используют двигатели двух типов с самовоспламенением горючей смеси от сжатия (дизели) и с искровым зажиганием (карбюраторные). Дизели применяют в стационарных и передвижных установках средней и большой производительности, карбюраторные двигатели — главным образом в передвижных установках малой производительности. [c.78]
ТОПЛИВО для ДВИГАТЕЛЕИ С ИСКРОВЫМ ЗАЖИГАНИЕМ (КАРБЮРАТОРНОЕ) [c.5]
Быстроходные двигатели с искровым зажиганием [c.276]
ИСПАРИТЕЛЬНОЕ ОХЛАЖДЕНИЕ В ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЯХ С ИСКРОВЫМ ЗАЖИГАНИЕМ [c.51]
Сравнительные испытания 30 автомобилей ЗИЛ-150 с впрыском воды и пробегом каждого автомобиля 60 000 км показал, что впрыск воды в поток горючей смеси не оказывает заметного влияния на характер и величину износа деталей двигателей с искровым зажиганием. [c.56]
Стремление улучшить технико-экономические показатели двигателей с искровым зажиганием и дизелей привело к повышению давления на приеме с целью увеличения массового расхода воздуха, что практически достигается наддувом. Применение наддува способствует заметному повышению термической напряженности деталей двигателя. В бензиновых двигателях с повышенной термической напряженностью деталей нередко возникают преждевременные вспышки по причине калильного зажигания, способствующие возникновению неуправляемого сгорания и быстрому износу деталей. Особенно повысилась тепловая напряженность вследствие наддува в дизельных и газовых двигателях. В связи [c.56]
Большие работы по исследованию динамической испаряемости различных жидкостей выполнены в НАТИ в связи с решением проблемы улучшения смесеобразования в двигателях с искровым зажиганием рабочей смеси. Динамическую испаряемость различных жидкостей исследовали на модели, воспроизводящей всасывающий трубопровод, в который из карбюратора поступала смесь топлива с воздухом. В качестве показателя динамической испаряемости принимали долю испарившегося топлива X. Данные испаряемости различных топ- [c.108]
Горючая смесь в поршневых двигателях внутреннего сгорания с искровым зажиганием может быть образована двумя принципиально различными способами. Смесь- может готовиться вне цилиндра двигателя, в специальном приборе — карбюраторе, и непосредственно в цилиндре двигателя, куда воздух и топливо подаются раздельно. [c.32]
При нормальном рабочем процессе в двигателях с искровым зажиганием сгорание смеси может быть условно разделено на три фазы первая — начальная, в течение которой небольшой очаг горения, возникший между электродами свечи, постепенно превращается в развитый фронт турбулентного пламени вторая — основная фаза распространения пламени третья — фаза догорания смеси. Провести резкую границу между отдельными фазами сгорания не представляется возможным, так как изменение характера процесса происходит постепенно. [c.61]
Исходя из специфики подготовки рабочей смеси и сгорания ее в двигателях с искровым зажиганием, а также на основании результатов лабораторных исследований и стендовых испытаний для карбюраторных двигателей подобран следующий состав пусковой жидкости (в %) [c.321]Наряду с развитием в совершенствованием двигателя о искровым зажиганием в конце 18 столетия получает развитие двигатель с вое- [c.4]
Это топливо используют в поршневых авиационных двигателях с искровым зажиганием. Оно представляет собой смесь продуктов прямой перегонки, алкилирования, изомеризации, ароматизации и других процессов с добавлением этиловой жидкости и антиокислителя. [c.430]
Этот вид топлива используют в поршневых двигателях с искровым зажиганием, установленных на наземной технике. Изготавливают их из продуктов прямой перегонки нефти, каталитического риформинга, каталитического и термического крекинга, алкилирование с добавлением ароматических углеводородов. Перспективными компонентами автомобильных бензинов являются продукты гидрокрекинга. [c.431]
В прошлом основной целью переработки сырой нефти было получение жидкого топлива, предназначенного для последующего использования в промышленных печах, бытовых отопительных системах, дизельных двигателях, турбореактивных двигателях и особенно в двигателях с искровым зажиганием. В последние годы, однако, большое значение придается другой цели переработки — получению сырья для химической промышленности, что имеет много общего с получением сырья для газификации. Таким образом, кроме моторного бензина, особые свойства и высокая цена которого оправдывают сложность таких процессов пе- [c.72]
ТОПЛИВА ДЛЯ ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ С ИСКРОВЫМ ЗАЖИГАНИЕМ [c.11]
Гл. 1. Топлива для поршневых двигателей с искровым зажиганием [c.14]
При сопоставлении свойств различных тонлив в отношении их воспламеняемости от сжатия в дизеле и антидетонационной стойкости в двигателе искрового зажигания было замечено, что между этими свойствами имеет место обратное соотношение — уменьшение цетанового числа с увеличением октанового числа по линейной формуле [c.413]
Необходимые для возникновения ударной волны химическое ускорение голубого и горячего пламен и достаточно высокая интенсивность холодного пламени в условиях дизельного воспламенения получаются главным образом при удлинении периода ипдукции холодного пламени. Это приводит к возрастанию количества испарившегося топлива, увеличению зоны обогаы1епной смеси, снижению средней температуры в ней и, наконец, к приближению холоднопламенного процесса к ВМТ. Удлинение и возникновение ударной волны может дать и снижение ЦЧ, т. е. повышение антидетонационной стойкости топлив (в противоположность детонации в двигателе искрового зажигания), а также, по приведенным выше причинам, снижение температуры сжатия и наличие избыточного топлива в зоне воспламенения, чем объясняется соответствующий эффект М-системы. [c.420]
При уменьшении избытка воздуха пиже некоторого предела — обычно до а=1,5—1,4, сгорание в дизеле сопровождается обильным выделением свободного углерода на выхлопе, что лимитирует полное использование рабочего объема цилиндра и повышение литровой мощности. Рассмотрим, в какой из стадий процесса сгорания в дизеле возможен столь глубокий термический распад угелеводородной молекулы. В связи с этим обратимся к аналогу дизельного воспламенения — детонационному воспламенению— в двигателе искрового зажигания, в котором при достаточно интенсивной детонации также появляется дым на выхлопе. [c.420]
Получавшаяся до сих пор более высокая экономичность дизелей по сравнению с двигателями искрового зажигания достигалась двумя основными путями повышением степени сжатия за пределы значительно выше тех, которые ставит детонация в двигателях искрового зажигания, и применением более тяжёлых и дешёвых топлив. Эффективное сжигание тяжёлых топлив, впрыскиваемых в дизель в конце процесса сжатия, затрудняется тем, что в очень короткий промежуток времени топливо должно распылиться,, смешаться с воздухом и наиболее полно сгореть, не давая нагара. Указанные затруднения ещё более увеличиваются с уменьшение1 , времени, отводимого на процесс сгорания в результате повышения числа обдротов двигателя, и могут быть преодолены только наличием в топливе соответствующих качеств. Основным качеством дизельного топлива является его стукоустойчивость, зависящая от периода задержки воспламенения , т. е. от времени, протекающего между моментом впрыска топлива в сжатый воздух дизеля и моментом возникновения очага горения (вспышки). Чем больше этот период, тем больше накопляется топлива в камере сгорания к моменту воспламенения и тем выше скорость нарастания давления ( р/й/) при сгорании. Работами Рикардо [86] и Ротрока [84] установлено, что между периодом задержки воспламенения и скоростью нарастания давления существует линейная зависимость и появляющиеся в дизеле стуки являются следствием не максимального давления сгорания, а главным образом — скомаксимальное нарастание давления относительно углового перемещения вала не превышает 2,1 ат на Г, то двигатель работает мягко при нарастании давления свыше 3,5 ат на 1° можно ожидать стуков. Рикардо полагает, что пределом мягкой работы любого мотора является скорость нарастания давления в 4 ат на Г поворота коленчатого вала. Период задержки воспламенения зависит от термической стабильности и склонности топлива к окислению в условиях двигателя. [c.259]
В дизельных двигателях ЯМЗ, имеющих более напрялчвнный режим работы по сравнению с двигателями искрового зажигания, масло меняют через 1000—1500 км пробега автомобиля. [c.217]
Отложения при высокотемпературном режиме работы дизелей и карбюраторных двигателей образуются в основном в виде нагаров и лаков на поверхностях деталей, имеющих относительно высокую температуру (камера сгорания, цилиндропоршневая группа). В карбюраторных двигателях количество сажи, образующейся при сгорании топлива и поступающей в масло, значительно меньше, чем в дизелях. Главной причиной, ведущей к образованию высокотемпературных отложений в двигателях с искровым зажиганием, являются окислительные процессы, протекающие в объеме масла и на металлической поверхности. Кроме того, в карбюраторных двигателях отложения образуются преимущественно на низкотемпературном режиме, для которого характерны конденсация и полимеризация продуктов окисления масла, что приводит к образованию низкотемпературных отложений (шлам). Эти отложения отрицательно влияют на надежность, экономичность и долговечность работы двигателя. [c.210]
chem21.info
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания, в частности при осуществлении рабочего процесса. Техническим результатом является повышение эффективности сгорания при снижении в продуктах сгорания вредных веществ. Сущность изобретения заключается в том, что в двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием образуют интенсивное движение воздушного заряда вокруг оси цилиндра, и, по меньшей мере, часть топлива впрыскивают через сопловые отверстия форсунки на стенку камеры сгорания, причем угол опережения впрыскивания топлива увеличивают при увеличении количества заряда, поступающего в цилиндр. Создают таким образом вращающийся кольцевой объем богатой топливовоздушной смеси, воспламенение которой приводит к отводу продуктов сгорания из кольцевого пристеночного объема к центру камеры и вытеснению ими относительно холодного воздуха из центра вихря к стенке. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в двигателях внутреннего сгорания с искровым зажиганием, в частности при организации рабочего процесса.
Известны двигатели внутреннего сгорания с искровым зажиганием, содержащие цилиндр, размещенный в цилиндре поршень, соединенный через шатун с кривошипом коленчатого вала и совершающий возвратно-поступательное движение от верхней мертвой точки до нижней мертвой точки, головку цилиндра, стенка которой образует камеру сгорания при положении поршня в верхней мертвой точке, установленные в стенку камеры сгорания форсунку с сопловыми отверстиями и свечу зажигания, тангенциальный первый впускной и первый выпускной патрубки, изготовленные в головке цилиндра и снабженные первым впускным и первым выпускным клапанами, соответственно.
Известны способы работы двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, характеризующиеся впуском в цилиндр воздушного заряда через тангенциальный впускной клапан, созданием направленного движения заряда вокруг оси цилиндра, сжатием заряда в цилиндре, впрыскиванием топлива в заряд до подхода поршня к верхней мертвой точке на угол опережения впрыскивания, воспламенением свечой зажигания полученной топливовоздушной смеси и ее сгоранием в камере сгорания, расширением продуктов сгорания и выпуском их из цилиндра через выпускной клапан.
В известных двигателях, работающих по известным способам, топливо впрыскивается в центр воздушного вихря, образованного в цилиндре вокруг его оси, а сгорание происходит в центре камеры сгорания и затухает по мере приближения фронта пламени к ее стенке. Это объясняется тем, что топливовоздушная смесь обедняется в направлении стенки камеры сгорания, причем присутствие инертных продуктов сгорания будет тормозить развитие процесса горения. В результате эффективность сгорания в двигателе снижается, а в его продуктах сгорания увеличивается содержание вредных веществ.
Прототипом для данного изобретения в соответствии с получаемым эффектом является совокупность признаков двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием и способ его работы в соответствии с источником [1].
Задачей, поставленной в изобретении, является создание двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, в котором сгорание происходило бы в кольцевом объеме возле стенки камеры сгорания при интенсивном вихревом движении заряда вокруг оси цилиндра. При такой организации процесса горячие инертные продукты сгорания, обладающие меньшей плотностью, будут отводиться из объема горения к центру образованного вихря и вытеснять относительно холодный воздух из центра камеры сгорания в кольцевой объем горения. С другой стороны, в объем горения будет поступать относительно богатая смесь, образовавшаяся при испарении топлива на горячей стенке камеры сгорания. Таким образом, инертные продукты не будут тормозить процесс горения, скорость которого возрастет при улучшении эффективности и полноты сгорания. Кроме того, при такой организации рабочего процесса уменьшается склонность к детонации топливовоздушной смеси, что дает возможность увеличить степень сжатия и, соответственно, мощность двигателя.
Согласно поставленной задаче целью изобретения является улучшение эффективности сгорания при снижении содержания в продуктах сгорания вредных веществ.
Для этого в двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием, содержащем цилиндр, размещенный в цилиндре поршень, соединенный через шатун с кривошипом коленчатого вала и совершающий возвратно-поступательное движение от верхней мертвой точки до нижней мертвой точки, головку цилиндра, стенка которой образует камеру сгорания при положении поршня в верхней мертвой точке, установленные в стенку камеры сгорания форсунку с сопловыми отверстиями и свечу зажигания, тангенциальный первый впускной и первый выпускной патрубки, изготовленные в головке цилиндра и снабженные первым впускным и первым выпускным клапанами, соответственно, причем сопловые отверстия форсунки направлены на стенку камеры сгорания; в головке цилиндра может быть расположен второй впускной патрубок, выполненный винтовым и снабженный вторым впускным клапаном, диаметр которого больше диаметра первого впускного клапана. В головке цилиндра также может быть расположен второй выпускной патрубок, снабженный вторым выпускным клапаном.
В способе работы двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, характеризующимся впуском в цилиндр воздушного заряда через первый тангенциальный впускной патрубок, созданием направленного движения заряда вокруг оси цилиндра, сжатием заряда в цилиндре, впрыскиванием топлива в заряд до подхода поршня к верхней мертвой точке на угол опережения впрыскивания, воспламенением свечой зажигания полученной топливовоздушной смеси и ее сгоранием в камере сгорания, расширением продуктов сгорания и выпуском их из цилиндра через выпускной клапан, причем, по меньшей мере, часть топлива впрыскивают на стенку камеры сгорания, а угол опережения впрыскивания топлива увеличивают при увеличении количества заряда в цилиндре; при среднем и большом количестве заряда, поступающего в цилиндр, впрыскивание топлива осуществляют во время впуска.
Анализ патентной и технической литературы не выявил двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием и способов их работы с заявленной совокупностью существенных признаков.
Пример выполнения двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием и пояснение способа его работы иллюстрируется чертежами.
На фиг.1 показан один из вариантов выполнения двигателя внутреннего сгорания в разрезе по форсунке и первому тангенциальному впускному и первому выпускному патрубкам при впрыскивании топлива; на фиг.2 - разрез по сечению А-А фиг.1; на фиг.3 - разрез по Б-Б фиг.2 со взаимным расположением форсунки и свечи зажигания; на фиг.4 - варианты изготовления распылителя форсунки; на фиг.5 - схема организации процесса сгорания.
Как показано на фиг.1, двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием содержит цилиндр 1, в котором размещен поршень 2, соединенный через шатун 3 с кривошипом 4 коленчатого вала и совершающий возвратно-поступательное движение от верхней мертвой точки до нижней мертвой точки. В головке 5 цилиндра 1 образована камера сгорания 6, ограниченная стенкой 7 и поршнем 2 при его положении в верхней мертвой точке. В головке 5 расположены первый тангенциальный впускной патрубок 8 и первый выпускной патрубок 9, снабженные первым впускным и первым выпускным клапанами 10 и 11, соответственно, которые установлены в стенку 7 камеры сгорания 6. Существо изобретения не изменится, если в головке 5 цилиндра 1 будет установлен второй впускной патрубок 12, который выполнен винтовым и снабжен вторым впускным клапаном 13. В головке 5 может быть расположен и второй выпускной патрубок 14, снабженный вторым выпускным клапаном 15. Второй винтовой впускной патрубок 12 предназначен для работы двигателя при больших количествах заряда, поступающих в цилиндр 1, и должен быть выполнен так, чтобы направление движения заряда в цилиндре 1 от первого тангенциального впускного патрубка 8 и второго винтового впускного патрубка 12 совпадало для увеличения скорости направленного вихревого движения заряда (фиг.2). В стенку 7 камеры сгорания 6 установлены свеча зажигания 16 и форсунка 17 с сопловыми отверстиями 18, которые должны быть направлены на стенку 7 камеры сгорания 6 (фиг.3 и 4).
При впуске поршень 2 движется к нижней мертвой точке и воздушный заряд поступает в цилиндр 1 через открытый первый впускной клапан 10 первого тангенциального впускного патрубка 8, что создает интенсивное движение заряда вокруг оси цилиндра 1. При работе двигателя на средних и больших нагрузках воздушный заряд может поступать в цилиндр 1 и через второй винтовой впускной патрубок 12 при открытом втором впускном клапане 13.
При сжатии поршень 2 движется к верхней мертвой точке и сжимает вращающийся воздушный заряд в цилиндре 1. До подхода поршня 1 к верхней мертвой точке во вращающийся воздушный заряд цилиндра 1 форсункой 17 впрыскивается топливо через сопловые отверстия 18 так, что, по меньшей мере, часть топлива попадает на горячую стенку 7 камеры сгорания 6, на которой происходит его испарение. Пары топлива, соединяясь вращающимся воздушным зарядом, образуют около стенки 7 вращающийся кольцевой объем 19 богатой топливовоздушной смеси, которая будет обедняться вплоть до чистого воздуха в направлении центра камеры сгорания 6.
Воспламенение богатой топливовоздушной смеси происходит от свечи зажигания 16 возле стенки 7 камеры сгорания 6. Горение топливовоздушной смеси происходит в кольцевом объеме 20 при его интенсивном вращении (фиг.5). Горячие продукты сгорания, обладающие меньшей плотностью, будут отводиться из кольцевого объема 20 к оси вращения заряда по направлению 21 и вытеснять относительно холодный воздух из центра вихря в кольцевой объем 20 по направлению 22. При этом фронт пламени будет смещаться по богатой смеси в направлении стенки 7 камеры сгорания 6, откуда в кольцевой объем 20 будут поступать пары топлива от горячей стенки 7.
Регулирование впрыскивания топлива осуществляют при изменении количества воздушного заряда, поступающего в цилиндр 1 так, что при увеличении количества воздушного заряда угол опережения впрыскивания топлива φ увеличивают (см. фиг.1). Это обусловлено тем, что для испарения большей массы топлива на стенке 7 требуется большее время.
Такая организация рабочего процесса в двигателе внутреннего сгорания с искровым зажиганием позволит улучшить топливную экономичность более чем на 10% и снизить содержание в продуктах сгорания оксида углерода и углеводородов более чем на 50%.
Источники информации
1. Патент США №2002/0195079 А1 по кл. 123/295 за 2002 г.
1. Двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, содержащий цилиндр, размещенный в цилиндре поршень, соединенный через шатун с кривошипом коленчатого вала и совершающий возвратно-поступательное движение от верхней мертвой точки до нижней мертвой точки, головку цилиндра, стенка которой образует камеру сгорания при положении поршня в верхней мертвой точке, установленные в стенку камеры сгорания форсунку с сопловыми отверстиями и свечу зажигания, первый тангенциальный впускной и первый выпускной патрубки, изготовленные в головке цилиндра и снабженные первым впускным и первым выпускным клапанами, соответственно, отличающийся тем, что сопловые отверстия форсунки направлены на стенку камеры сгорания с возможностью образования около стенки вращающегося кольцевого объема богатой топливовоздушной смеси.
2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что в головке цилиндра расположен второй впускной патрубок, который выполнен винтовым и снабжен вторым впускным клапаном.
3. Двигатель по п. 2, отличающийся тем, что диаметр второго впускного клапана больше диаметра первого впускного клапана.
4. Двигатель по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что в головке цилиндра расположен второй выпускной патрубок, снабженный вторым выпускным клапаном.
5. Способ работы двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, характеризующийся впуском в цилиндр воздушного заряда через первый тангенциальный впускной патрубок, созданием направленного движения заряда вокруг оси цилиндра, сжатием заряда в цилиндре, впрыскиванием топлива в заряд до подхода поршня к верхней мертвой точке на угол опережения впрыскивания, воспламенением свечой зажигания полученной топливовоздушной смеси и ее сгоранием в камере сгорания, расширением продуктов сгорания и выпуском их из цилиндра через выпускной клапан, отличающийся тем, что, по меньшей мере, часть топлива впрыскивают на стенку камеры сгорания, образуя около стенки вращающийся кольцевой объем богатой топливовоздушной смеси.
6. Способ работы по п. 5, отличающийся тем, что угол опережения впрыскивания топлива увеличивают при увеличении количества заряда, поступающего в цилиндр.
7. Способ работы по любому из пп. 5 и 6, отличающийся тем, что при среднем и большом количестве заряда, поступающего в цилиндр, впрыскивание топлива осуществляют во время впуска.
www.findpatent.ru
Область применения: в двигателестроении, в частности в конвертировании бензиновых двигателей с искровым зажиганием в дизельные. Сущность изобретения: многоцилиндровый дизельный двигатель внутреннего сгорания, конвертированный из бензинового двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием имеет головку 2 цилиндров 3 с шатровыми камерами сгорания 1, впускные клапаны 7 и выпускные клапаны 8, расположенные У-образно относительно друг друга, впрыскивающие форсунки 9 с многодырчатым распылителем 12, расположенные в камерах сгорания 1 вертикально вблизи продольной оси 10 каждого цилиндра 3, в нем на каждый цилиндр 3 приходится два впускных клапана 7 с одной стороны камеры 1 и два выпускных клапана 8 с другой стороны камеры 1, каждая камера сгорания 1 выполнена в виде поверхности вращения, например сферы 4 с цилиндрическими углублениями 5 под седла 6 и тарелки клапанов 7, 8 и имеет между впускными клапанами 7 пусковую накальную свечу 11, распылитель 12 каждой форсунки 9 имеет пять распыливающих отверстий, ось одного из которых лежит в плоскости, перпендикулярной продольной оси двигателя на стороне пусковой накальной свечи 11, угол между двумя любыми соседними осями распыливающих отверстий форсунки составляет в плане 72o, так что продолжение осей четырех распыливающих отверстий направлено в стороны четырех клапанов 7, 8 цилиндра 3, но смещено в плане относительно центров цилиндрических углублений 17 под тарелки клапанов 7, 8; оси распыливающих отверстий лежат на поверхности конуса, угол которого 
подобран так, что продолжение этих осей проходит примерно через середину высоты цилиндрических поверхностей углублений 5 под тарелки клапанов 7, 8 в сферической поверхности 4 головки цилиндров 2, ниже седел клапанов 6. Сферическая поверхность 4 камеры сгорания в головке цилиндров имеет углубление 18 вблизи от распылителя 12 форсунки 9 над продолжениями осей 13 четырех отверстий распылителя 12, направленных в стороны впускных 7 и выпускных 8 клапанов двигатля, поршни 19 имеют плоско-сферическую форму днища, а зазор между сферическими поверхностями поршня 20 и головки цилиндров 4 при нахождении поршня 19 в верхней мертвой точке составляет 1+2% от диаметра цилиндра двигателя. Изобретение позволяет с наименьшими затратами конвертировать современный четырехклапанный бензиновый двигатель в современный дизельный двигатель с эффективным смесеобразованием и высокими техническими, экономическими и экологическими показателями. 3 с. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к конвертированию бензиновых двигателей с искровым зажиганием в дизельные двигатели.
Потребность в подобном конвертировании обусловлена стремлением организовать производство дизельного двигателя на базе производства бензинового двигателя с искровым зажиганием с минимальными затратами, т.е. с максимальным использованием технологического оборудования, занятого в производстве бензинового двигателя. Известны дизельные двигатели внутреннего сгорания с полуразделенными камерами сгорания, выполненными в поршне, например, двигатели "Татра" с торообразной камерой сгорания, двигатели "ЦНИДИ" с конической, а двигатели "Дейтц" с несимметричной камерами сгорания соответственно [1] В ходе дальнейшего развития на указанных моделях двигателей стали применять пленочное смесеобразование, так называемый М-процесс, в котором 90% впрыскиваемого топлива подается на стенки сгорания в поршне под небольшим углом к ее поверхности для образования пленки на стенках камеры сгорания с организацией движения заряда в камере сгорания таким образом, чтобы обеспечить интенсивный отвод паров топлива от пленки без ее нарушения. Однако практика показала, что чисто пленочное смесеобразование имеет недостатки: сложность доводки рабочего процесса, плохие пусковые качества, повышенная токсичность отработавших газов и дымление при работе с малыми нагрузками. В последних моделях двигателей этих фирм применяется объемно-пленочное смесеобразование, при котором на стенки камеры сгорания, размещенной в поршне, подается 40-60% впрыскиваемого топлива, используются вихри вытеснения и тангенциальные составляющие вращательного движения заряда. Остальное топливо подается в объеме заряда камеры. Такая подача топлива осуществляется за счет многодырчатого распылителя форсунки, который некоторые струи топлива направляет на стенки камеры сгорания, а другие в объем воздушного заряда камеры сгорания. Недостатками размещения камеры сгорания в поршне являются усложнение конструкции поршня и перегрев краев камеры сгорания, которые становятся слабым местом в поршне. Кроме того, стенка камеры сгорания с пленкой топлива движется вместе с поршнем, что усложняет оптимизацию взаимодействия впрыснутого топлива со стенкой камеры сгорания, так как при движении поршня меняются точка встречи струи со стенкой и угол падения топлива на криволинейную стенку камеры сгорания. Другим недостатком расположения камеры сгорания в поршне является то, что качество рабочего процесса сильно зависит от взаимного расположения по вертикали отверстий распылителя и кромки камеры сгорания на верхней плоскости поршня, которое может сильно колебаться, так как зависит от допустимых отклонений длинной размерной цепочки, размеров деталей кривошипно-шатунного механизма и блока цилиндров. Но самым главным недостатком этой конструкции является то, что она требует значительных изменений в конструкции головки цилиндров и поршня в процессе конвертации бензинового двигателя с искровым зажиганием в дизель, что приводит к невозможности использования прежнего технологического оборудования и потере смысла самого конвертирования. Наиболее близким техническим решением является дизель фирмы Татра, конвертированный из бензинового двигателя с искровым зажиганием Татра 87 [2] Он имеет как и бензиновый двигатель шатровую камеру сгорания в головке цилиндров, непосредственный впрыск топлива форсункой с многодырчатым распылителем и поршень с сильно выпуклым днищем. Недостатком этого двигателя является то, что он имеет неразделенную камеру сгорания с объемным смесеобразованием, при котором топливо впрыскивается в воздушный заряд. Распределение топлива в воздушном заряде при этом очень неравномерно, что приводит к увеличенным расходам топлива и токсичности отработавших газов. Кроме того, этот двигатель имеет по одному впускному и одному выпускному клапану на цилиндр, что снижает наполнение двигателя. Технической задачей изобретения является конвертирование бензинового двигателя с искровым зажиганием в дизель, имеющий современное объемно-пленочное смесеобразование и соответственно высокие мощностные, экономические и экологические показатели, с обеспечнием возможности использования технологического оборудования для механической обработки как деталей бензинового 4-клапанного двигателя с искровым зажиганием, так и деталей дизеля. Последнее возможно только при сохранении камеры сгорания в головке цилиндров, прежнем местоположении клапанов и размещении впрыскивающей форсунки на месте прежней свечи зажигания. Поставленная задача решается за счет того, что в многоцилиндровом дизельном двигателе внутреннего сгорания, конвертированном из бензинового двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием и имеющем головку цилиндров с шатровыми камерами сгорания, впускные и выпускные клапаны, расположенные У-образно относительно друг друга, впрыскивающие форсунки с многодырчатым распылителем, расположенные в камерах сгорания вертикально вблизи продольной оси каждого цилиндра, согласно изобретению на каждый цилиндр приходится два впускных клапана, расположенных с одной стороны камеры, и два впускных клапана с другой стороны камеры; каждая камера сгорания выполнена в виде поверхности вращения, например, сферы с цилиндрическими углублениями под седла и головки клапанов и имеет между впускными клапанами пусковую накальную свечу; распылитель каждой форсунки имеет пять распыливающих отверстий, ось одного из которых лежит в плоскости, перпендикулярной продольной оси двигателя на стороне пусковой накальной свечи; угол между соседними осями отверстий распылителя форсунки составляет в плане 72o, так что продолжения осей четырех других отверстий распылителя направлены в стороны четырех клапанов цилиндра, но смещены в плане относительно центров цилиндрических углублений под тарелки клапанов: оси распыливающих отверстий лежат на поверхности конуса, угол которого подобран так, что продолжение этих осей проходят примерно через середину высоты цилиндрических поверхностей углублений под тарелки клапанов в сферической поверхности головки цилиндров, ниже седел клапанов; сферическая поверхность камеры сгорания имеет углубления вблизи от распылителя форсунки над продолжением осей четырех отверстий этого распылителя, направленных в сторону впускных и выпускных клапанов двигателя, поршни имеют плоскосферическую форму днища с плоскостью среза сферы днища, перпендикулярной или наклонной к оси цилиндра и впадинами на днище поршня под тарелки впускных и выпускных клапанов и пусковую накальную свечу или без всех или отдельных из этих впадин в зависимости от расположения и наклона плоскости среза сферы днища поршня и фаз газораспределения двигателя, а зазор между сферическими поверхностями головки цилиндров и поршня при нахождении последнего в верхней мертвой точке составляет 1-2% диаметра цилиндра двигателя. В вариантном исполнении днище поршня может иметь в зависимости от выбранного варианта смесеобразования и необходимой степени сжатия выпуклую сферическую или выпукло-вогнутую сферическую форму. Расположение камеры сгорания в головке цилиндров, сохранение расположения клапанов как в конвертируемом бензиновом двигателе и размещение впрыскивающей форсунки на месте прежней свечи зажигания позволяет использовать для производства головки цилиндров дизеля то же технологическое оборудование, что и для производства бензинового двигателя. Использование двух впускных и двух выпускных клапанов на цилиндр улучшает наполнение двигателя, его мощностные и экономические показатели, что обуславливает перенос этого технического решения из базового бензинового двигателя в дизель при конвертации. Выполнение шатровой камеры сгорания в головке цилиндров в виде тела вращения позволяет обрабатывать ее поверхность вращающимся режущим инструментом. Радиус и глубина камеры сгорания, а также цилиндрические углубления в сфере камеры сгорания соосно клапанам на глубину установки седел клапанов обеспечивают надежность заделки седел клапанов. Расположение впрыскивающей форсунки в центре камеры сгорания вблизи продольной оси цилиндра обеспечивает подачу топлива во все необходимые зоны камеры, а углубления в сфере головки цилиндров на осях /их продолжениями/ четырех распыливающих отверстий гарантируют свободное развитие топливного факела при впрыске. Наличие и расположение пусковой накальной свечи обеспечивают более надежное и своевременное воспламенение топлива при пуске, на холостом ходу и малых нагрузках двигателя. Форсунка с пятидырчатым распылителем дает 5 струй впрыскиваемого топлива, каждая из которых образует конус распыла топлива, ось которого является продолжением оси распыливающего отверстия. Одна из этих струй, ось которой лежит в плоскости, перпендикулярной продольной оси двигателя, направлена на пусковую накальную свечу, две другие струи направлены в стороны впускных клапанов, а две оставшиеся в стороны выпускных клапанов. Угол между осями распыливающих отверстий и осями струй впрыскиваемого топлива, т.е. конусов распыления, составляет 72o, т.е. отверстия в распылителе и струи топлива расположены равномерно по окружности, что оказывает положительное влияние на работу форсунки. Угол конуса, на котором расположены оси отверстий и их продолжения оси конусов распыла топлива обеспечивает встречу струй топлива с боковыми цилиндрическими поверхностями углублений под тарелки клапанов в сферической поверхности камеры сгорания в головке цилиндров примерно в середине высоты этих поверхностей, а смещение в плане осей конусов распыла топлива относительно центров этих углублений обеспечивает встречу струй топлива с цилиндрическими поверхностями углублений под некоторым углом, способствующим образованию на этих поверхностях топливной пленки. Давление впрыска топлива и диаметр отверстий распылителя выбираются такими, чтобы на номинальном режиме на стенках цилиндрических углублений камеры сгорания оседало 40 60% топлива, остальное распределяется в объеме воздуха камеры сгорания в процессе движения струй топлива по камере. Распределение топлива в воздушном заряде достаточно равномерное благодаря равномерному распределению отверстий в распылителе и струй топлива по окружности камеры сгорания. Таким образом организуется объемно-пленочное смесеобразование. Сферическая часть днища поршня образует вытеснитель, который по мере движения поршня вверх вытесняет воздух в центр камеры сгорания и в цилиндрические подклапанные полости, на стенки и в объем которых впрыскивается топливо. При приближении поршня к верхней мертвой точке, когда расстояние между сферическими поверхностями поршня и головки цилиндров быстро сокращается и приближается к 1-2% диаметра цилиндра двигателя, это вытеснение воздуха еще больше интенсифицируется и усиливает вихреобразование в подклапанных полостях, что улучшает сгорание топлива. Расстояние между сферическими поверхностями головки цилиндров и поршня при положении последнего в верхней мертвой точке равно 1-2% диаметра цилиндра двигателя для всех вариантов днища поршня. Боковые поверхности конусов впрыснутого топлива касаются "горячих" выпускных клапанов, "теплых" впускных клапанов и "прохладной" охлаждаемой поверхности камеры сгорания в зоне пусковой накальной свечи, поэтому подогрев топлива и воздуха в разных частях камеры сгорания неодинаков, что ведет к неодновременному воспламенению топлива в заряде и уменьшению жесткости работы двигателя. Впадины в днище поршня обеспечивают необходимый зазор между тарелками клапанов, накальной пусковой свечой и днищем поршня при нахождении поршня в верхней мертвой точке. Наличие и величина этих впадин зависят прежде всего от фаз газораспределения двигателя, а также от расположения и наклона плоскости среза сферы поршня, а в варианте с выпукло-вогнутым сферическим днищем поршня от величины и расположения вогнутой поверхности днища поршня. Центральное расположение форсунки и надлежащее давление впрыска топлива обеспечивают на номинальном режиме достижение струями топлива стенок цилиндрических углублений в камере сгорания за время, меньшее, чем период задержки самовоспламенения топлива для организации объемно-пленочного смесеобразования. На частичных нагрузочных режимах и частичных цикловых подачах топлива, когда впрыскиваются меньшие дозы топлива, дальнобойность струй топлива уменьшается и они не достигают стенок цилиндрических углублений в камере сгорания, поэтому двигатель переходит на более экономичное объемное смесеобразование. При расположении камеры сгорания в головке цилиндров расстояния от отверстий распылителя до кромок камеры сгорания, от которых зависит качество рабочего процесса /см. МТZ N 5 за 1992 г. с. 216, фиг.3/, более стабильны по сравнению с этими же расстояниями для двигателя с камерой сгорания в поршне, так как на них влияют допуски только двух размеров: глубины гнезда под форсунку в головке цилиндров и длины распылителя, поэтому в предложенном двигателе в процессе его доводки и производства обеспечивается более стабильный рабочий процесс с меньшими требованиями к точности деталей, образующих камеру сгорания. На фиг. 1 показан двигатель, разрез /фрагмент/; на фиг. 2 вид в плане на слепок внутреннего объема камеры сгорания; на фиг. 3 разрез А-А слепка камеры сгорания по вертикальным плоскостям, проходящим через оси факелов впрыска топлива в стороны впускного и выпускного клапанов. Камера сгорания 1 дизельного двигателя расположена в головке 2 цилиндров 3 двигателя, имеет форму шатра, выполненного в виде сферы 4, и имеет в сфере 4 цилиндрические углубления 5 соосно седлам клапанов 6. Два впускных клапана 7 расположены с одной стороны сферы 4 камеры сгорания 1. Два выпускных клапана 8 с другой стороны сферы 4 камеры сгорания 1. Оси впускных 7 и выпускных 8 клапанов расположены У-образно. Впрыскивающая форсунка 9 расположена вертикально, вблизи продольной оси 10 цилиндра 3. Камера сгорания 1 имеет на стороне впускных клапанов 7, а именно между ними, пусковую накальную свечу 11. Распылитель 12 форсунки 9 имеет пять распыливающих отверстий с осями 13, расположенными равномерно через 72o по окружности. Одно из этих отверстий подает струю топлива, образующую конус распыла 14 на пусковую накальную свечу 11. Струи топлива, образующие конусы распыла 15, направлены в сторону впусковых клапанов 7, а струи топлива, образующие конусы распыла 16, в сторону выпускных клапанов 8. Оси 13 конусов распыла 15 и 16 смещены в плане относительно центров 17 цилиндрических углублений 5 под тарелки клапанов 7 и 8. Оси 13 распыливающих отверстий и конусов 14, 15, 16 распыла топлива лежат на поверхности конуса, угол которого выбран так, что эти оси проходят примерно через середину высоты боковой цилиндрической поверхности углублений 5, расположенных под седлами 6 клапанов 7 и 8. Сферическая поверхность 4 камеры сгорания 1 имеет вблизи распылителя 12 форсунки 9 углубления 18 над осями 13 факелов 15 и 16 распыла топлива в стороны впускных 7 и выпускных 8 клапанов. Поршень 19 имеет плоско-сферическое днище, а сфера 20 днища поршня 19) - плоский срез 21. На фиг.1 плоскость среза 21 перпендикулярна оси 10 цилиндра 3, но в альтернативе она может быть расположена наклонно к оси 10 цилиндра 3. Высота среза 21 сферы 20 днища поршня 19 определяется необходимой степенью сжатия, наклон среза 21 поршня 19 влияет на сосредоточение рабочего тела в той или иной камере сгорания 1, на движение заряда, протекание рабочего процесса в камере сгорания и может быть выбран экспериментально в процессе доводки рабочего процесса. Днище поршня 19 может иметь впадину 22 под пусковую накальную свечу 11 и впадины 23 /на фиг. 1 показана одна такая впадина/ под впускные 7 и выпускные 8 клапаны. Впадина 22 обеспечивает зазор между пусковой накальной свечей 11 и днищем поршня 19 при нахождении последнего в верхней мертвой точке. Впадины 23 обеспечивают зазор между тарелками клапанов 7 и 8 и днищем поршня 19 при нахождении последнего в верхней мертвой точке. На наличие и размер впадин 22 и 23 влияют величина перекрытия фаз газораспределителя, высота среза сферы 20 поршня 19, а также угол и направление наклона плоскости среза 21 поршня 19. Сферическая часть 20 поршня 19 образует вытеснитель 24, который при движении поршня 19 вверх вытесняет воздух в центр камеры сгорания 1 и в цилиндрические подклапанные полости 5. При приближении поршня 19 к верхней мертвой точке расстояние между сферической поверхностью 20 и поршня 19 и сферической поверхностью 4 головки цилиндров 2 быстро сокращается, вытеснение воздуха интенсифицируется и приводит к вихреобразованию в подклапанных полостях 5, что улучшает сгорание топлива и уменьшает токсичность отработавших газов. При работе двигателя форсунка 9 обеспечивает впрыск топлива в зону пусковой накальной свечи 11 и в зоны каждого клапана 7 и 8. Впрыскиваемое топливо попадает на цилиндрические поверхности углублений 5 для тарелок клапанов 7 и 8 под углом к этим цилиндрическим поверхностям и образует на них топливные пленки 25, показанные на фиг.2 и 3. Углубления 18 в сферической поверхности 4 головки цилиндров 1 над осями 13 конусов 15 и 16 распыла топлива обеспечивают свободное развитие топливного факела при впрыске. На номинальном режиме работы двигателя на топливные пленки 25 приходится 40-60% топлива, остальное топливо распределяется в объеме воздуха в камере сгорания 1 достаточно равномерно благодаря наличию пяти струй топлива и их равномерному расположению в камере сгорания 1. Боковые поверхности конусов 15 и 16 распыла топлива касаются "горячих" выпускных клапанов 8, "теплых" впускных клапанов 7 и днища поршня 19 и "прохладной" поверхности 4 камеры сгорания 1 в зоне пусковой накальной свечи 11, что приводит к температурной неоднородности воздушного заряда в различных зонах камеры сгорания 1, разным периодам задержки воспламенения и, следовательно, уменьшению жесткости работы двигателя. Кроме запуска свечи 11 обеспечивается более надежное воспламенение топлива на холостом ходу и малых нагрузках двигателя. Для получения различных степеней сжатия применяют поршни 19 с плоскосферическим днищем, но с различной высотой среза 21 сферы 20 поршня 19. В вариантном исполнении могут быть различные камеры сгорания 1 за счет поршня 19 с наклонной плоскостью 21 среза, поршня 19 со сферическим или выпукло-вогнутым сферическим днищем, при неизменной части камеры сгорания сферической формы 4, расположенной в головке цилиндров 2. Изобретение позволяет с наименьшими затратами конвертировать современный четырехклапанный бензиновый двигатель в современный дизельный двигатель с эффективным смесеобразованием и высокими техническими, экономическими и экологическими показателями.Формула изобретения
1. Многоцилиндровый дизельный двигатель внутреннего сгорания, конвертированный из бензинового двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, имеющий головку цилиндров с шатровыми камерами сгорания, впускные и выпускные клапаны, расположенные У-образно относительно друг друга, впрыскивающие форсунки с многодырчатым распылителем, расположенные в камерах сгорания вертикально вблизи продольной оси каждого цилиндра, отличающийся тем, что на каждый цилиндр приходится два впускных клапана с одной стороны камеры и два выпускных клапана с другой стороны камеры, каждая камера сгорания выполнена в виде поверхности вращения, например сферы с цилиндрическими углублениями под седла и тарелки клапанов, и имеет между впускными клапанами пусковую накальную свечу, распылитель каждой форсунки имеет пять распыливающих отверстий, ось одного из которых лежит в плоскости, перпендикулярной продольной оси двигателя на стороне пусковой накальной свечи, угол между двумя любыми соседними осями распыливающих отверстий форсунки составляет в плане 72o, так что продолжения осей четырех других распыливающих отверстий направлены в сторону четырех клапанов цилиндра, но смещены в плане относительно центров цилиндрических углублений под тарелки клапанов, оси распыливающих отверстий лежат на поверхности конуса, угол которого подобран так, что продолжения этих осей проходят примерно через середину высоты цилиндрических поверхностей углублений под тарелки клапанов в сферической поверхности головки цилиндров, ниже седел клапанов, сферическая поверхность камеры сгорания в головке цилиндров имеет углубления вблизи от распылителя форсунки над продолжениями осей четырех отверстий этого распылителя, направленных в стороны впускных и выпускных клапанов двигателя, поршни имеют плоскосферическую форму днища, а зазор между сферическими поверхностями поршня и головки цилиндров при нахождении поршня в верхней мертвой точке составляет 1 2% от диаметра цилиндра двигателя. 2. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что плоскость среза сферической поверхности днища поршня перпендикулярна оси цилиндра двигателя. 3. Двигатель по п.1, отличающийся тем, что плоскость среза сферической поверхности днища поршня наклонена к оси цилиндра двигателя. 4. Двигатель по пп.1 и 2, отличающийся тем, что днище поршня имеет впадины под пусковую накальную свечу и тарелки впускных и выпускных клапанов или некоторые из этих впадин. 5. Двигатель по пп.1 и 3, отличающийся тем, что днище поршня имеет впадины под пусковую накальную свечу и тарелки впускных и выпускных клапанов или некоторые из этих впадин. 6. Многоцилиндровый дизельный двигатель внутреннего сгорания, конвертированный из бензинового двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, имеющий головку цилиндров с шатровыми камерами сгорания, впускные и выпускные клапаны, расположенные У-образно относительно друг друга, впрыскивающие форсунки с многодырчатым распылителем, расположенные в камерах сгорания вертикально вблизи продольной оси каждого цилиндра, отличающийся тем, что на каждый цилиндр приходится два впускных клапана с одной стороны камеры и два выпускных клапана с другой стороны камеры, каждая камера сгорания выполнена в виде поверхности вращения, например сферы с цилиндрическими углублениями под седла и тарелки клапанов, и имеет между впускными клапанами пусковую накальную свечу, распылитель каждой форсунки имеет пять распыливающих отверстий, ось одного из которых лежит в плоскости, перпендикулярной продольной оси двигателя на стороне пусковой накальной свечи, угол между двумя любыми соседними осями распыливающих отверстий форсунки составляет в плане 72o, так что продолжения осей четырех других распыливающих отверстий распылителя направлены в стороны четырех клапанов цилиндра, но смещены в плане относительно центров цилиндрических углублений под тарелки клапанов, оси распыливающих отверстий лежат на поверхности конуса, угол которого подобран так, что продолжения этих осей проходят примерно через середину высоты цилиндрических поверхностей углублений под тарелки клапанов в сферической поверхности головки цилиндров, ниже седел клапанов, сферическая поверхность камеры сгорания в головке цилиндров имеет углубления вблизи от распылителя форсунки над продолжениями осей четырех отверстий этого распылителя, направленных в стороны впускных и выпускных клапанов двигателя, поршни имеют сферическую форму днища, а зазор между сферическими поверхностями поршня и головки цилиндров при нахождении поршня в верхней мертвой точке составляет 1 - 2% от диаметра цилиндра двигателя. 7. Двигатель по п.6, отличающийся тем, что днище поршня имеет впадины под пусковую накальную свечу и тарелки впускных и выпускных клапанов или некоторые из этих впадин. 8. Многоцилиндровый дизельный двигатель внутреннего сгорания, конвертированный из бензинового двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, имеющий головку цилиндров с шатровыми камерами сгорания, впускные и выпускные клапаны, расположенные У-образно относительно друг друга, впрыскивающие форсунки с многодырчатым распылителем, расположенные в камерах сгорания вертикально вблизи продольной оси каждого цилиндра, отличающийся тем, что на каждый цилиндр приходится два впускных клапана с одной стороны камеры и два выпускных клапана с другой стороны камеры, каждая камера сгорания выполнена в виде поверхности вращения, например, сферы с цилиндрическими углублениями под седла и тарелки клапанов, и имеет между впускными клапанами пусковую накальную свечу, распылитель каждой форсунки имеет пять распыливающих отверстий, ось одного из которых лежит в плоскости, перпендикулярно продольной оси двигателя, на стороне пусковой накальной свечи, угол между двумя любыми соседними осями распыливающих отверстий форсунки составляет в плане 72o, так что продолжения осей четырех других распыливающих отверстий распылителя направлены в стороны четырех клапанов цилиндра, но смещены в плане относительно центров цилиндрических углублений под тарелки клапанов, оси распыливающих отверстий лежат на поверхности конуса, угол которого подобран так, что продолжения этих осей проходят примерно через середину высоты цилиндрических поверхности головки цилиндров, ниже седел клапанов, сферическая поверхность камеры сгорания в головке цилиндров имеет углубления вблизи от распылителя форсунки над продолжениями осей четырех отверстий этого распылителя, направленных в стороны впускных и выпускных клапанов двигателя, поршни имеют сферическую выпукло-вогнутую форму днища, а зазор между выпуклой сферической поверхностью днища поршня и сферической поверхностью головки цилиндров при нахождении поршня в верхней мертвой точке составляет 1 2% от диаметра цилиндра двигателя. 9. Двигатель по п.8, отличающийся тем, что днище поршня имеет впадины под пусковую накальную свечу и тарелки впускных и выпускных клапанов или некоторые из этих впадин.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3www.findpatent.ru
