Процесс смесеобразования осуществляется в результате распыливания топлива с помощью форсунки высокого давления, направленного вихревого движения заряда в камере, а иногда также регулирования температуры деталей, на которых происходит испарение топлива.
В зависимости от характера впрыска топлива различают объемный, пленочный и объемно-пленочный (смешанный) типы смесеобразования, которые осуществляются в неразделенных камерах сгорания.
Объемное смесеобразование - впрыск топлива производится в воздушную среду. При этом методе попадание топлива на стенки камеры сгорания не допускается. Такое смесеобразование имеет место в 2-тактных двигателях.
Пленочное смесеобразование - основная часть топлива попадает на стенки камеры и растекается в виде тонкой жидкой пленки. В этом случае для хорошего воспламенения в сжатый воздух впрыскивается около 5% топлива, а остальная его часть - на стенки.
-часть топлива впрыскивается в воздушную среду, а часть на стенки.
Один из способов объемно-пленочного смесеобразования предложен Мойрером и разработан фирмойMAN(ФРГ). Он характеризуется следующими особенностями:
- для лучшего воспламенения и сгорания в сжатый воздух впрыскивается 5% топлива, а основная масса топлива (95%) наносится на стенки в виде пленки толщиной 10-15мк;
- впрыснутое в нагретый воздух топливо самовоспламеняется и затем поджигает горючую смесь, образующуюся в процессе испарения пленки со стенок цилиндра и перемешивания паров топлива с воздухом;
- топливо с поверхности стенок в начале сгорания испаряется сравнительно медленно и горение начинается медленно. Затем процессы ускоряются, при этом поршень идет к НМТ и поэтому двигатель работает мягко и бесшумно;
- такой процесс сгорания позволяет использовать в двигателе различные топлива: бензин, керосин, лигроин, соляровое масло и др.
- камера сгорания имеет развитые вытеснители, создающие интенсивное вихревое движение воздушного заряда, что способствует хорошему испарению и смесеобразованию.
Двигатели с подобным процессом называются многотопливными двигателями.
Для улучшения смесеобразования применяют разделенные камеры сгорания. Различают два типа смесеобразования: предкамерное и вихрекамерное.
Предкамерное смесеобразование характеризуется следующими способами:
1. Камера сгорания разделена на две части: предкамеру объемом (0,25-0,4)Vси главную камеру, которые соединены между собой узкими каналами, препятствующими быстрому перетеканию газов из предкамеры в цилиндр. В результате этого максимальные давления сгорания невелики и двигатель работает очень мягко.
2. В процессе сжатия в предкамере создается беспорядочное турбулентное движение воздуха за счет перетекания его с большой скоростью (200-300 м/с) через узкие каналы из цилиндра. В этом случае смесеобразование определяется интенсивностью движения потока воздуха в предкамере, а не качеством распыливания топлива, благодаря этому двигатель мало чувствителен к сорту топлива и имеет пониженное давление впрыска (10-13МПа).
3. Наличие узких каналов и развитой поверхности камеры сгорания приводит к большим потерям тепла через стенки предкамеры и потерь энергии при перетекании газов в предкамеру и обратно, что затрудняет пуск холодного двигателя и ухудшает его экономичность.
Для облегчения пуска повышают степень сжатия до 20-21, а в предкамере устанавливают калильные свечи, которые включаются при пуске.
Вихрекамерное смесеобразование в отличие от предкамерного характеризуется:
1. Большим объемом вихревой камеры (0,5-0,8)Vс, в которой в процессе сжатия создается организованное вращательное движение воздуха.
2. Большим проходным сечением и, следовательно, большим давлением сгорания в цилиндре из-за быстрого перетекания сгоревших газов из вихревой камеры в основную.
3. Благодаря большим проходным сечениям потери энергии заряда при перетекании относительно невелики. Для надежного пуска вихрекамерные двигатели имеют = 17-20.
studfiles.net
Топливо, используемое в двигателях с искровым зажиганием, является более летучим, чем дизельное топливо, к тому же его смешивание с воздухом до попадания в камеру сгорания занимает больше времени, чем в дизеле. В результате двигатели с искровым зажиганием работают на более однородных смесях, которые, кроме того, очень близки к стехиометрическим (λ = 1). Дизели всегда работают на обедненных смесях (λ > 1). Если коэффициент избытка воздуха топливо-воздушной смеси недостаточно велик (λ < 1), это приводит к повышенным выбросам сажи, CO и CH.
Для качественного смесеобразования однородной топливо-воздушной смеси топливо в момент зажигания должно полностью испариться, так как только качественная газовая или газо-паровая смесь может достичь состояния однородности.
Если существуют факторы, препятствующие полному испарению топлива и приводящие к ухудшению качества смеси (например, низкая температура при холодном пуске двигателя), то следует подать дополнительную порцию топлива, чтобы обогатить топливовоздушную смесь и сделать ее, таким образом, легко воспламеняемой (обогащение смеси при холодном пуске двигателя).
Система смесеобразования, кроме обеспечения однородности смеси, также отвечает за регулирование нагрузки двигателя (дроссельное регулирование) и сведение до минимума отклонения соотношения воздух/топливо в разных цилиндрах двигателя.
Целью смесеобразования неоднородной топливо воздушной смеси является обеспечение работы двигателя во всех его режимах без дроссельного регулирования мощности. Внутреннее охлаждение является побочным эффектом от использования непосредственного впрыска топлива и двигатели этого типа могут работать при более высоких значениях степени сжатия. Сочетание этих двух факторов (отсутствие дроссельного регулирования и более высокие степени сжатия) обеспечивает получение более высокого коэффициента полезного действия, чем в случаях применения однородных топливных смесей. Нагрузка двигателя при этом регулируется изменением количества впрыскиваемого топлива.
Разработки систем смесеобразования дает новый импульс к развитию «гибридного» способа смесеобразования или способа «с послойным распределением заряда по составу», возможности применения которых интенсивно исследовались, начиная с 1970 года. Определенный прорыв в этом вопросе произошел с разработкой высокоскоростных топливных систем с электромагнитными форсунками, которые позволили обеспечить гибкость в регулировании момента впрыска топливной смеси и требуемые высокие давления этого впрыска.
GDI – непосредственный впрыск бензина – стал обобщенным термином, используемым для идентификации разрабатываемых во всем мире систем смесеобразования. На смесеобразование основное влияние оказывают расположение свечи зажигания и топливной форсунки, а характер циркуляции этой смеси в камере сгорания является сопутствующим фактором. Вихревое движение смеси (производимое винтовыми и тангенциальными каналами) – это в основном вращение вокруг оси параллельной оси цилиндра двигателя.
Точность размещения свечи зажигания относительно струи топлива, подаваемого форсункой, является определяющим моментом для системы с прямым впрыском топлива.
Свеча зажигания находится в условиях тяжелых нагрузок, так как она подвергается непосредственному воздействию впрыскиваемого топлива. При способе смесеобразования, когда топливо впрыскивается в выемку на днище поршня или в поток завихренного воздуха и направляется на свечу зажигания за счет вращательного движения заряда, - требования к точности расположения свечи и форсунки в этом случае не столь высоки.
Способы смесеобразования неоднородной смеси работают при избытке воздуха (управление без использования дросселя) и поэтому необходима разработка каталитических нейтрализаторов, снижающих выброс оксидов азота в отработавших газах двигателей, работающих на бедных смесях.
carspec.info
Категория:
Автомобили и трактора
Смесеобразование в дизельных двигателяхСмесеобразование в дизельных двигателях протекаат за очень короткий промежуток времени, примерно в раз меньший, чем в карбюраторных. Поэтому получение однородной смеси в камере сгорания таких двигателей представляет значительно более трудную задачу, чем в карбюраторных. Для обеспечения своевременного и полного сгорания топлива необходимо вводить значительный избыток воздуха (а = 1,2—1,75) и применять ряд других мер, обеспечивающих хорошее перемешивание воздуха и топлива.
Чтобы уменьшить коэффициент избытка воздуха, а следовательно, повысить среднее эффективное давление и литровую мощность, необходимо улучшить качество смесеобразования за счет: – согласования формы камеры сгорания с формой топливного факела, выбрасываемого из форсунки при подаче топлива; – создания в камере сгорания интенсивных воздушных потоков вихрей, которые способствуют перемешиванию топлива с воздухом; – осуществления тонкого и однородного распыливания топлива.
Выполнение первых двух условий обеспечивается применением камер сгорания специальных форм. Тонкость и однородность распыливания топлива улучшается с увеличением давления впрыска, уменьшением диаметра соплового отверстия форсунки и вязкости топлива.
По способу смесеобразования дизельные двигатели бывают с неразделенными и разделенными камерами сгорания.
Неразделенные камеры представляют собой единый объем, ограниченный днищем поршня и поверхностями головки и стенок цилиндра (рис. 69, а). В этот объем через форсунку впрыскивается топливо в виде одной или нескольких струй, и в нем происходят процессы смесеобразования и сгорания. Для улучшения смесеобразования форму камеры сгорания стремятся согласовать с формой струи топлива, подаваемого форсункой, а воздушный поток заставляют вращаться вокруг вертикальной оси цилиндра и образовывать дополнительно кольцевой вихрь.
Основными преимуществами рассмотренного способа смесеобразования являются высокая экономичность и легкий пуск.
К недостаткам следует отнести сравнительно жесткую работу и высокое (25— 40 МПа) давление впрыска.
Разделенные камеры сгорания состоят из основной камеры, ограниченной днищем поршня и поверхностью головки, и дополнительной камеры, расположенной в головке цилиндра или в днище поршня. Основная и дополнительная камеры сообщаются между собой одним или несколькими каналами или горловиной.
В зависимости от способа улучшения смесеобразования дизельные двигатели с разделенными камерами сгорания делятся на предкамерные и вихрекамер-ные.
В предкамерных двигателях (рис. 69,6) камера сгорания делится на две полости: предкамеру, объем которой составляет 25—40% всего объема камеры сгорания, и основную камеру, расположенную над поршнем. Предкамера и камера сообщаются между собой каналом с одним или несколькими отверстиями небольшого диаметра. Сущность предка-мерного смесеобразования заключается в том, что при такте сжатия часть воздуха перетекает из цилиндра через соединительный канал в предкамеру. Топливо, впрыскиваемое форсункой в предкамеру, дополнительно распыливается встречными струями воздуха и самовоспламеняется. Так как в предкамере находится небольшая часть воздушного заряда, то в ней сгорает только часть впрыснутого топлива. При этом давление и температура в предкамере повышается и газы вместе с несгоревшим топливом с большой скоростью 200—300 м/с выдуваются через соединительный канал в основную камеру. За счет использования энергии части сгоревшего топлива образуется интенсивное вихревое движение и несгоревшее еще топливо хорошо перемешивается с воздухом и сгорает. Давление впрыска в предкамеру обычно составляет 8—13 МПа, что уменьшает износ топливной аппаратуры и обеспечивает большую надежность соединений трубопроводов высокого давления. Работают предкамерные двигатели более мягко — за счет последовательного сгорания топлива в двух объемах.
Рис. 69. Схемы камер сгорания дизельных двигателей
К недостаткам следует отнести большие потери тепла, увеличенный удельный расход топлива (из-за повышенных гидравлических потерь) по сравнению с двигателями с неразделенными камерами, затрудненный пуск двигателя, что вызывает применение специальных пусковых приспособлений.
В вихрекамерных двигателях (рис. 69, в) камера сгорания также делится на две полости — вихревую камеру, объем которой составляет 60—80% объема камеры сгорания, и камеру, расположенную над поршнем. Вихревая камера и камера соединяются каналом специальной формы, который называется диффузором. Диффузор располагается по касательной по отношению к вихревой камере. При такте сжатия воздух из камеры через диффузор перетекает в вихревую камеру и приобретает в ней вращательное движение. Благодаря интенсивному завихрению воздуха в камере топливо, впрыснутое форсункой, хорошо распыливается, перемешивается в воздухом и самовоспламеняется. При сгорании топлива в вихревой камере давление и температура газов повышается и они вместе с несгоревшей частью топлива перетекают в основную камеру сгорания, где перемешиваются с неиспользованным еще воздухом и полностью сгорают. Преимущества и недостатки двигателей с вихревыми камерами по сравнению с двигателями с неразделенными камерами те же, что и у пред-камерных двигателей.
Читать далее: Общее устройство системы питания дизельных двигателей
Категория: - Автомобили и трактора
stroy-technics.ru
Проблема экологичности двигателей внутреннего сгорания появилась давно, уменьшение вредных выбросов в атмосферу и безопасность использования транспортных средств, вот две проблемные области, связанные с применением автомобилей и тракторов.
Если считать, что основными двигателями внутреннего сгорания применяемыми в автомобильной и тракторной технике являются бензиновые, дизельные и появившиеся чуть позднее газотопливные двигатели и не так давно газодизель, то и рассмотрим их, а более конкретно, рассмотрим вопрос применения дизельных двигателей и возможное улучшение экологических показателей.
Как известно, процесс смесеобразования в дизельных двигателях отличается от процесса смесеобразования в бензиновых двигателях.
В бензиновых двигателях горючая смесь готовится сначала в карбюраторе, а затем в цилиндре, в такте впуска и сжатия, примерно такая же схема образования топливной смеси у впрысковых (инжекторных) двигателей, только вместо карбюратора используются форсунки, а у дизельных двигателей, процесс смесеобразования происходит в камере сгорания, в конце такта сжатия за 10–20˚ угла поворота коленчатого вала до ВМТ и за 0,002–0,01 секунды, что примерно в 5 раз меньше чем у карбюраторного или инжекторного двигателя, это и определяет более жёсткую работу дизельного двигателя по отношению к бензиновому, а полнота сгорания дизельного топлива обеспечивает экологичность, чем выше давление, температура, тем выше и КПД, при этом конечно необходимо учитывать и цетановое число. Система смесеобразования дизельного двигателя обеспечивает:
- Распыление топлива;
- Развитие топливного факела;
- Прогрев, испарение и перегрев топливных паров;
- Смешивание паров с воздухом.
Развитие смесеобразования и получение оптимальных результатов в дизеле зависит от нескольких факторов, например:
- Способа смесеобразования, формы камеры сгорания, размеров камеры сгорания, температуры поверхности камеры сгорания, от направления движения топливных струй и воздушного потока.
Существует несколько вариантов создания воздушного потока, наиболее благоприятного для смесеобразования в дизельном двигателе.
Рассмотрим применяемые способы образования воздушного потока в цилиндре при такте впуска.
Наиболее простой и давно применяемый способ, это создание тангенциального впускного канала перед клапаном (рисунок 1). Такой впускной канал создаёт поток воздуха в виде завихрения направленного как вдоль цилиндра, так и по радиальному направлению.
Рис. 1.
Такой способ является относительно эффективным, но способ получения такого канала литьём в форму, это сложный и дорогостоящий процесс изготовления самой формы, да и проведение самого литья процесс не простой, а это приводит к увеличению стоимости головки блока цилиндров.
Также применяется винтовой впускной канал (рисунок 2), что очень похоже на предыдущий способ, но форма канала немного сложнее. Здесь трудности те же, что и в первом случае.
Рис. 2.
Оба эти способа, кроме сложности и увеличения стоимости, имеют ещё один главный недостаток, и в первом и втором случае воздушный поток закручивается до клапана, а это означает, что пройдя через узкий зазор между клапаном и седлом клапана воздушный поток, хотим мы этого или нет, будет сильно подрегулирован и форма завихрения изменится, поток будет частично выровнен.
Следующий способ создания воздушного потока, это установка отражателя (рисунок 3). Отражатель находится частично на пути движения воздуха и закручивает поток в заданном направлении.
Отражатель (его ещё называют экраном) может быть установлен как на тарелке клапана с внутренней стороны, так и на седле клапана, но со стороны обращённой в камеру сгорания.
Рис. 3.
Такой способ наверное более оптимальный, нет дорогого литейного оборудования, воздушный поток формируется (завихряется) на входе в цилиндр и препятствий на пути нет.
При проведении исследовательских работ на лабораторном стенде было предложено установить завихритель (рисунок 4 и 5) в свободное пространство между седлом клапана и направляющей втулкой клапана. Изделие состоит из двух колец, наружного и внутреннего, соединённых лопастями. Изделие может быть установлено при сборке ГБЦ или при ремонте ГБЦ под седло клапана. Данное устройство позволит создать вихревой поток воздуха при движении его в такте впуска. В связи с тем, что дизельные двигатели имеют разнообразные по форме камеры сгорания, то количество лопастей и угол наклона необходимо определять для каждой конструкции камеры.
Рис. 4.
Рис. 5.
Подобное изделие действительно создавало бы закручивающийся по образующей цилиндра воздушный поток непосредственно перед клапаном, но недостатками можно будет считать следующее: лопасти будут создавать препятствие на пути движения воздуха, уменьшая проходное сечение в самом узком месте, где скорость движения воздуха самая высокая; изготовление подобного завихрителя вызовет увеличение стоимости узла из за затрат на изготовление изделия литьём или штамповкой и изготовление оборудования для производства, а также его установкой и фиксацией в пространстве между седлом клапана и направляющей втулкой клапана.
Чтобы избежать всех этих недостатков предлагается для создания вращающегося воздушного потока применить впускной клапан со спиральными направляющими расположенными на внутренней стороне клапана рисунок 6
Рис. 6.
Такой клапан будет формировать вращающийся воздушный поток на входе в цилиндр, при этом проходное сечение не уменьшится, в конструкции узла не появятся дополнительные сборочные единицы. Изготовление такого клапана возможно способом горячей штамповки, сделав в форме матрицы спиральные каналы, не меняя при этом технологии производства, оборудования, сборочного процесса.
Таким образом, создавая наиболее благоприятные условия для полноты сгорания дизельного топлива, будут снижены выбросы по NOx.
Учитывая, что тракторная техника применяется иногда и в закрытых помещениях, парниковых и тепличных хозяйств, снижение вредных выбросов положительно скажется на здоровье работников и качестве выпускаемой продукции. Как правило при работе дизельных двигателей выделяются следующие вредные вещества: оксиды азота NOx самый токсичный газ из ОГ, Гидроводороды (СxНy) — этан, метан, бензол, ацетилен (всего около 200 разных гидроводородов). Гидроводороды образуются в камере сгорания из-за гетерогенной смеси, иными словами пламя гаснет в очень богатой смеси, где не хватает воздуха (окислителя) за счет слабой турбулентности, низкой температуры, плохого распыления. В данной статье рассмотрен только один из возможных способов снижения токсичности, это создание более сильной турбулентности для лучшего смесеобразования.
В настоящее время на лабораторной базе Санкт Петербургского государственного бюджетного образовательного учреждения «Автотранспортный и электромеханический колледж» проводится эксперимент с внедрением клапана с завихрителем. При проведении эксперимента используется современное обрудование: Стенд для нагрузочных испытаний двигателей с гидравлическим тормозом, диагностическое оборудование как отечественных, так и иностранных производителей, газоанализатор и дымомер. В проведении эксперимента принимают участие преподаватели колледжа и других высших учебных заведений, а также студенты колледжа.
moluch.ru
Категория:
Ремонт топливной аппаратуры автомобилей
Способы смесеобразования в дизельных двигателяхСовершенство смесеобразования в дизельном двигателе определяется устройством камеры сгорания, характером движения воздуха при впуске и качеством подачи топлива в цилиндры двигателя.
В зависимости от конструкции камеры сгорания дизельные двигатели могут быть выполнены с неразделенными (однополостны-
ми) камерами сгорания и с разделенными камерами вихревого и пред-камерного типов.
У дизельных двигателей с неразделенными камерами сгорания весь объем камеры располагается в одной полости, ограниченной днищем поршня и внутренней поверхностью головки цилиндров (рис. 54). Основной объем камеры сгорания сосредоточен в выемке днища поршня, имеющего конусообразный выступ в центральной части. Периферийная часть днища поршня имеет плоскую форму, вследствие чего при подходе поршня к в. м. т. в такте сжатия между головкой и днищем поршня образуется объем вытеснения. Воздух из этого объема вытесняется в направлении камеры сгорания. При перемещении воздуха создаются вихревые потоки, которые способствуют лучшему смесеобразованию.
Для повышения качества смесеобразования в двигателях с неразделенными камерами сгорания воздух в цилиндры подводится через впускные каналы, имеющие тангенциальное расположение относительно камер сгорания (рис. 55). Этим достигается дополнительное завихрение воздуха в процессе впуска. Оно сохраняется также и при сжатии воздуха, благодаря чему после впрыска топлива происходит его быстрое перемешивание с воздухом.
Рис. 54. Неразделенная камера сгорания двигателя ЯМЭ-236: 1 — выпускной клапан, 2 — форсунка, 3—камера сгорания в днище поршня
Равномерное распределение топлива при впрыске по всему объему камеры сгорания достигается применением форсунок с несколькими отверстиями в распылителе. Число и диаметр отверстий распылителя подбирают из соображений наиболее полного использования воздушного заряда в цилиндре двигателя.
Дизельные двигатели с неразделенными камерами сгорания обладают рядом преимуществ, обусловленных конструкцией камеры сгорания. Прежде всего это малые потери тепла при сгорании топлива, так как камера сгорания расположена в днище поршня и в меньшей степени охлаждается жидкостью системы охлаждения. Впрыск топлива осуществляется непосредственно в камеру сгорания, это улучшает пусковые свойства двигателя и повышает его топливную экономичность. Небольшие объемы неразделенных камер сгорания позволяют также повысить степень сжатия двигателя и ускорить протекание рабочих процессов, что влияет на его быстроходность.
Недостатком дизельных двигателей с неразделенной камерой сгорания является повышенная жесткость работы. Она проявляется в виде стуков и объясняется более резким нарастанием давления в цилиндре двигателя после воспламенения рабочей смеси. Для уменьшения жесткости работы в двигатели вносят конструктивные усовершенствования, а также применяют высококачественные дизельные топлива.
Четырехтактные дизельные двигатели с неразделенными камерами сгорания получили преимущественное применение на современных грузовых автомобилях.
В дизельных двигателях используются также разделенные камеры сгорания вихревого и предкамерного типов. Особенностью конструкции этих камер сгорания является то, что они разделены на две части. Одна часть — основная — располагается над поршнем, а вторая находится в головке цилиндров. Топливо впрыскивается в меньшую часть камеры, которая выполнена в головке цилиндров. Частично воспламеняясь там, топливо под действием возросшего давления попадает в основную камеру, где и сгорает окончательно.
Рис. 55. Устройство впускного канала тангенциальной формы: а — продольный разрез головки по оси канала, б — поперечный разрез головки; 1 — головка, 2 — впускной канал, 3 — выпускной канал
Камера сгорания вихревого типа (рис. 56) чаще всего по форме напоминает сферическое тело, выполненное из двух полусфер. Нижняя полусфера 2 соединяется винтовым каналом с надпорш-невым пространством основной камеры, причем канал направлен тангенциально по отношению к днищу поршня. Направление канала и форма вихревой камеры обеспечивает завихрение потока воздуха при такте сжатия.
Впрыскиваемое в конце такта сжатия топливо перемешивается с воздухом, образует рабочую смесь и частично сгорает. Несгоревшая рабочая смесь перетекает под действием образовавшегося избыточного давления в основную камеру, смешивается с дополнительным воздухом и интенсивно сгорает.
Нижняя полусфера 2 при работе двигателя нагревается до 700°С. Это способствует снижению периода задержки воспламенения топлива, так как окислительные реакции протекают при указанной температуре значительно быстрее. Вследствие изменения характера воспламенения топлива дизельный двигатель с вихревой камерой работает более мягко.
Для обеспечения надежного пуска холодного дизельного двигателя с вихревой камерой применяют свечи накаливания. Такая свеча устанавливается в вихревой камере и включается перед началом пуска двигателя. Металлическая спираль свечи накаливается электрическим током и разогревает воздух в вихревой камере. В момент пуска частицы топлива попадают на спираль и легко воспламеняются в среде разогретого воздуха, обеспечивая легкий пуск.
В двигателях с вихревыми камерами образование смеси осуществляется в результате сильного завихрения потоков воздуха, поэтому отпадает необходимость в очень тонком распыливании топлива и распределении его по всему объему камеры сгорания.
Принципиальное устройство и работа камеры сгорания пред-камерного типа аналогичны устройству и работе камеры сгорания вихревого типа. Отличием является конструкция предкамеры, имеющей цилиндрическую форму и соединенной прямым каналом с основной камерой в днище поршня. Вследствие частичного воспламенения топлива в момент впрыска в предкамере создаются высокие температура и давление, способствующие более эффективному смесеобразованию и сгоранию в основной камере.
Рис 56. Камера сгорания вихревого типа:1 — вихревая камера. 2 — нижняя полусфера с горловиной, 3 — основная камера в днище
Дизельные двигатели с разделенными камерами сгорания работают мягко. Из-за усиленного движения в них воздуха обеспечивается высококачественное смесеобразование. Это позволяет осуществлять впрыск топлива с меньшим давлением. Однако у таких двигателей тепловые и газодинамические потери несколько больше, чем у двигателей с неразделенной камерой сгорания, и коэффициент полезного действия ниже.
Читать далее: Характер протекания процессов впрыска и сгорания топлива
Категория: - Ремонт топливной аппаратуры автомобилей
stroy-technics.ru
Изобретение относится к двигателестроению и используется для повышения топливной экономичности, снижения токсичности, облегчения и ускорения пуска и прогрева бензиновых двигателей. Устройство включает электронагреваемый элемент из позисторной керамики, закрепленный под дроссельной заслонкой смесительной камеры карбюратора на пластмассовой прокладке, установленной между карбюратором и впускным трубопроводом двигателя, а также электрические контакты для подключения нагреваемого элемента к бортовой сети автомобиля. Особенностью устройства является выполнение электронагреваемого элемента в виде нескольких электрически соединенных между собой прямоугольных пластин, последовательно и наклонно установленных с зазором между плоскостями в отверстии пластмассовой прокладки под карбюратором, причем большие оси пластин параллельны оси дроссельной заслонки карбюратора. После пуска двигателя, на режиме его прогрева, топливовоздушная смесь, поступающая через первичную камеру карбюратора и содержащая частицы жидкого топлива, попадает на нагретые пластины, где жидкая фаза топлива интенсивно испаряется. Это позволяет повысить гомогенность топливовоздушной смеси и таким образом, облегчить пуск двигателя, ускорить его прогрев, снизив при этом расход топлива и токсичность отработавших газов двигателя. Преимуществами предлагаемого устройства являются простота конструкции, компактность, малое аэродинамическое сопротивление и высокая эффективность. 2 ил.
Предлагаемое изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано для повышения топливной экономичности, снижения токсичности, облегчения и ускорения пуска и прогрева бензиновых двигателей.
Известны устройства для улучшения смесеобразования в бензиновых двигателях, содержащие электронагреваемые элементы, устанавливаемые во впускном трубопроводе и обеспечивающие условия для дополнительного испарения жидкой фазы топлива в топливовоздушной смеси (см. Применение систем электроподогрева в автомобилях. - Ж. "Автомобильная промышленность США", 1992, N 4-5, с. 14-18). Общими недостатками таких устройств являются сложность и значительные габариты конструкции, а также либо их высокое аэродинамическое сопротивление потоку, либо низкая эффективность, обусловленная малым временем контакта жидкой фазы топлива с нагретой поверхностью. Эти недостатки не позволяют в полной мере использовать возможности электронагревательных элементов для гомогенизации топливовоздушной смеси с целью повышения топливной экономичности, снижения токсичности отработавших газов (ОГ) и улучшения пусковых качеств бензинового двигателя. Известно устройство для улучшения смесеобразования в бензиновом двигателе, включающее электронагреваемый элемент из позисторной керамики (электропроводящей керамики с положительным температурным коэффициентом сопротивления, обладающей особым свойством стабилизации определенной температуры нагрева) в форме решетки, размещаемой под нижней плоскостью прокладки карбюратора под его первичной камерой и имеющей электрические контакты для подключения к бортовой сети автомобиля (пат. США 4672940, МКИ F 02 M 29/00). Такая конструкция, кроме своей сложности, имеет и повышенное аэродинамическое сопротивление, вызывающее снижение максимальной мощности двигателя, а также не обеспечивает эффективный подогрев жидкой фазы топлива в топливовоздушной смеси из-за незначительной величины нагретой контактной поверхности и малого времени контакта частиц жидкого топлива с этой поверхностью при прохождении смеси через решетку. Кроме этого, из-за значительного габаритного размера решетки в горизонтальном направлении, это устройство может устанавливаться либо на специально приспособленные для этого, либо на доработанные впускные трубопроводы двигателя с расширенным впускным окном присоединительного фланца для карбюратора. Эти недостатки не позволяют существенно улучшить топливную экономичность, снизить токсичность ОГ, сократить время пуска и прогрева двигателя, а также сужают область применения устройства из-за трудностей его установки на выпускаемые модели автомобильных двигателей. Цель предлагаемого изобретения - улучшение топливной экономичности, снижение токсичности ОГ, ускорение пуска и прогрева двигателя за счет повышения степени гомогенизации топливовоздушной смеси. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для улучшения смесеобразования в бензиновом двигателе, включающем электронагреваемый элемент из позисторной керамики, закрепленный под дроссельной заслонкой смесительной камеры карбюратора на пластмассовой прокладке, установленной между карбюратором и впускным трубопроводом двигателя, имеющий электрические контакты для подключения к бортовой сети автомобиля, электронагреваемый элемент выполнен в виде нескольких электрически соединенных между собой прямоугольных пластин, последовательно и наклонно установленных с зазором между плоскостями в отверстии пластмассовой прокладки под карбюратором, причем большие оси пластин параллельны оси дроссельной заслонки карбюратора. Анализ патентной и научно-технической литературы показал, что такое усовершенствование устройства для улучшения смесеобразования в бензиновом двигателе неизвестно. На фиг. 1 показана конструкция предлагаемого устройства применительно к двухкамерному карбюратору. Оно включает собственно прокладку 1 под карбюратор, выполненную из термостойкой пластмассы (например, полиамида). В отверстии прокладки установлены электрически соединенные между собой (токопроводы находятся внутри прокладки) прямоугольные пластины 2, выполненные из позисторной керамики и имеющие внешние электрические контакты 3, служащие для подключения пластин 2 к бортовой электрической сети автомобиля. Прямоугольные пластины 2 установлены последовательно и наклонно с зазором между плоскостями. Ширина пластин и их наклон выбраны таким образом, чтобы пластины не выходили за пределы пластмассовой прокладки 1 и не касались дроссельной заслонки карбюратора при ее открытии. Электронагреваемые пластины 2 размещаются в отверстии прокладки только в зоне расположения первичной камеры карбюратора, т.к. устройство предназначено для работы только на режимах пуска и прогрева двигателя. На фиг. 2 показана установка предлагаемого устройства на двигателе. Прокладка 1 установлена между фланцем впускного трубопровода 4 и фланцем двухкамерного карбюратора 5 (на фиг. 2 полностью не показан). При этом большие оси электронагреваемых пластин 2 располагаются параллельно оси дроссельной заслонки 6 первичной камеры 7 карбюратора. Действует предлагаемое устройство следующим образом. Перед пуском двигателя электронагреваемые пластины 2 с помощью контактов 3 через реле, включаемое одновременно с включением зажигания на автомобиле, подключаются к бортовой сети автомобиля, после чего через 20...30 секунд они прогреваются до рабочей температуры 85...95oC, которая в дальнейшем поддерживается на режиме прогрева двигателя неизменной за счет особых свойств позисторной керамики. Во время пуска плохо испаряющееся в этих условиях топливо попадает на поверхность нагретых пластин 2, образуя топливовоздушную смесь необходимой для воспламенения концентрации. Таким образом, пуск двигателя значительно облегчается, особенно при низких температурах окружающей среды. После пуска двигателя, на режиме его прогрева, топливовоздушная смесь, поступающая через первичную камеру 7 карбюратора и содержащая частицы жидкого топлива, попадает на нагретые пластины 2, где жидкая фаза топлива интенсивно испаряется. Образованная топливовоздушная смесь равномерно распределяется по ветвям впускного трубопровода. Равномерности распределения смеси во многом способствует расположение пластин 2, при котором большие их оси параллельны оси дроссельной заслонки 6. Все это позволяет повысить гомогенность топливовоздушной смеси и, таким образом, облегчить пуск двигателя, ускорить его прогрев, снизив при этом расход топлива и токсичность ОГ двигателя. Электронагреваемые пластины 2, выполненные из позисторной керамики, могут быть перфорированными (в виде сот или решетки), иметь вогнутую, выпуклую или какую-либо другую форму поверхности. Преимуществами предлагаемого устройства являются простота конструкции, компактность, малое аэродинамическое сопротивление и высокая эффективность. Благодаря своей конструкции оно может применяться без изменения впускного трубопровода на любых типах карбюраторов. Его использование позволяет облегчить пуск двигателя, ускорить его прогрев, повысить топливную экономичность двигателя и снизить его токсичность на режиме прогрева. Заявленное устройство может применяться не только с карбюраторными системами топливоподачи, но и с системами центрального впрыска топлива, обеспечивая аналогичную эффективность. Предлагаемое устройство было разработано, изготовлено и всесторонне испытано. Результаты испытания устройства с карбюратором ДААЗ-21081 двигателя МеМЗ-245 автомобиля ЗАЗ-1102 показали, что установка предлагаемого устройства под первичную камеру карбюратора незначительно увеличивает сопротивление на впуске, практически не влияя на мощностные показатели двигателя. При этом значительно облегчается пуск и в 2-3 раза сокращается время готовности двигателя к работе при прогреве. На режиме прогрева расход топлива снижается на 25...30% при одновременном уменьшении суммарной токсичности ОГ на 60. ..75%. Испытания подтвердили также более устойчивую работу двигателя на холостом ходу при более низкой частоте вращения вала двигателя на этом режиме. Проверка устройства на устойчивость от разрушения при обратных вспышках в карбюраторе подтвердила высокую надежность предлагаемого устройства. По предварительным оценкам, применение заявленного устройства может обеспечить годовой экономический эффект около 25 тыс. руб. на каждый автомобиль.Формула изобретения
Устройство для улучшения смесеобразования в бензиновом двигателе, включающее электронагреваемый элемент из позисторной керамики, расположенный под дроссельной заслонкой смесительной камеры карбюратора на пластмассовой прокладке, устанавливаемой между карбюратором и впускным трубопроводом двигателя, имеющий электрические контакты для подключения к бортовой электрической сети автомобиля, отличающееся тем, что электронагреваемый элемент выполнен в виде нескольких электрически соединенных между собой прямоугольных пластин, последовательно и наклонно установленных с зазором между плоскостями в отверстии пластмассовой прокладки под карбюратором, причем большие оси пластин параллельны оси дроссельной заслонки карбюратора.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2www.findpatent.ru
Поступающее в цилиндр дизеля топливо должно сгорать полностью и в определенный период времени. Для этого топливо должно быть распылено на мельчайшие частицы (по возможности одинакового размера) и смешано с воздухом так, чтобы каждая частица распыленного топлива была обеспечена необходимым для сгорания количеством воздуха.
Теоретически для сгорания 1 кг нефтяного топлива требуется около 15 кг воздуха. В действительности количество воздуха, потребное для сгорания 1 кг топлива, может отличаться, и притом значительно, от теоретически необходимого. Это зависит от качества смесеобразования.
Оценивается качество смесеобразования коэффициентом избытка воздуха α, который представляет собой отношение действительно расходуемого количества воздуха mд для полного сгорания 1 кг топлива к теоретически необходимому mт : α = mд / mт
При внешнем смесеобразовании (карбюраторные двигатели) α = 0,95÷1,1
При внутреннем смесеобразовании (дизели, калоризаторные двигатели) α = 1,4÷2,2
У компрессорных дизелей смесеобразование осуществляется при помощи форсунок, в которые подаются топливо под давлением 50 — 60 бар и для его распыливания — сжатый воздух от компрессора под давлением 60—70 бар.
У бескомпрессорных дизелей смесеобразование обеспечивается также при помощи форсунок, но за счет высокого давления топлива, создаваемого топливными насосами, и использования завихрений воздуха при его сжатии в цилиндре.
Способы смесеобразования, применяемые в бескомпрессорных дизелях.
В зависимости от конструкции и формы камеры сгорания различают двигатели с неразделенными и с разделенными камерами сгорания.
У дизелей с неразделенными камерами сгорания применяется прямоструйное смесеобразование — характеризуется высоким давлением топлива (от 250—700 до 2000 бар), поступающего в форсунку, и наличием в распылителе форсунки от 4 до 12 распыливающих отверстий диаметром от 0,2 до 0,9 мм, в зависимости от мощности цилиндра двигателя.
Форма камеры сгорания (рис. 18) приближается к форме факела впрыскиваемого топлива. Этим достигается равномерное распределение частиц топлива по всему объему камеры сгорания.
Площадь поверхностей, ограничивающих камеру сгорания, по отношению к ее объему невелика, что позволяет уменьшать потери тепла в окружающую среду и достигать высокой экономичности.
При прямоструйном смесеобразовании коэффициент избытка воздуха колеблется в пределах α = 1,8÷2,2. Столь высокий коэффициент избытка воздуха отчасти объясняется использованием воздуха для некоторого охлаждения стенок камеры сгорания.
Пленочное смесеобразование
У некоторых быстроходных дизелей применяется пленочное смесеобразование (рис. 19, а). В объем камеры сгорания входит небольшое пространство между поршнем и крышкой цилиндра, а также объем сферической выемки в поршне. Топливо через форсунку с одним отверстием впрыскивается под давлением 150—170 бар в сферическую выемку, покрывая тонкой пленкой поверхность поршня. При соприкосновении с нагретой поверхностью выемки топливо испаряется, интенсивно перемешиваясь с воздухом.
Экономичность при таком способе смесеобразования несколько ниже, чем при прямоструйном; коэффициент избытка воздуха α = 1,6÷1,8.
Предкамерное смесеобразование
У дизелей с предкамерным смесеобразованием (двигатели с разделенными камерами сгорания) камера сгорания состоит из двух камер (рис. 19, б): основной, расположенной между поршнем и крышкой цилиндра, и предкамеры, объем которой составляет около 30% всего объема.
Топливо под давлением 120—150 бар впрыскивается через одно дырчатую форсунку в предкамеру. Здесь оно воспламеняется, и часть его сгорает, повышая давление в предкамере. Отсюда через соединительное отверстие несгоревшее топливо выбрасывается в основную камеру, где смешивается с оставшимся воздухом и окончательно сгорает.
Ввиду большой площади поверхности камеры сгорания экономичность при этом способе ниже, чем при способах смесеобразования, рассмотренных ранее, пусковые качества двигателя хуже.Коэффициент избытка воздуха а = 1,5÷1,7.
Вихревое смесеобразование
При вихрекамерном смесеобразовании (рис. 19, в) смешивание топлива с воздухом достигается за счет интенсивного завихрения воздуха в вихревой камере. Этому способствуют расположенные на донышке поршня кругообразные выточки.
Топливо под давлением 120—150 бар подается через форсунку с одним отверстием в вихревую камеру, где воспламеняется и частично сгорает. Сгорание остального топлива завершается в основной камере, куда оно выбрасывается через горловину вихревой камеры. Экономичность и пусковые качества — примерно такие же, как в случае предкамерного смесеобразования. Коэффициент избытка воздуха а = 1,4÷1,6.
mirmarine.net
