Рубрика: Дизельный двигатель

Схема работы двухрежимного центробежного регулятора

Регулятор частоты вращения коленчатого вала дизельного двигателя

В отличие от бензинового двигателя дизельные двигатели не имеет во впускном трубопроводе дроссельной заслонки, позволяющей четко регулировать частоту вращения коленчатого вала за счет изменения подачи воздуха с одновременным изменением подачи топлива. У дизельного двигателя не существует положения управляющей рейки, которое бы позволило двигателю поддерживать определенную частоту вращения коленчатого вала двигателя без помощи регулятора. Например, при запуске холодного двигателя и его работе на холостом ходу, потери на трение кривошипно-шатунного, газораспределительного и других механизмов и приводимых от двигателя агрегатов начинают снижаться, а количество подаваемого топлива будет постоянным. При отсутствии регулятора частота вращения будет увеличиваться и может достичь критической точки, при которой может произойти разрушение двигателя. Регуляторы частоты вращения коленча­того вала дизельного двигателя устанавливаются на насосе высокого давления и приводятся в действие от кулачкового вала. Его работа основана, как и в автоматической муфте опережения впрыска, на использовании центробежных сил. Например, при заданном положении педали управления подачи топлива и возникновении дополнительного сопротивления движению (на подъеме) частота вращения коленчатого вала двигателя будет уменьшаться, а скорость автомобиля падать. Чтобы ее поддержать на заданном уровне, необходимо повысить крутящий момент двигателя. Это может быть достигнуто увеличением количества топлива, впрыскиваемого в цилиндры двигателя. Регулятор воспринимает снижение частоты вращения коленчатого вала и автоматически увеличивает подачу топлива насосом высокого давления, благодаря чему скорость автомобиля восстанавливается до заданного значения. Аналогичным образом регулятор изменяет подачу топлива при уменьшении нагрузки на двигатель, только в этом случае управляющее воздействие регулятора сводится к уменьшению количества впрыскиваемого топлива. В результате при снижении нагрузки на двигатель происходит уменьшение скорости движения и доведение ее до заданного уровня. Таким образом, регулятор авто­матически изменяет подачу топлива при изменении нагрузки на двигатель и обеспечивает установку любого выбранного скоростного режима при отклонениях от него в пределах – 10…20%. Различают двухрежимный и всережимные регулятора частоты вращения коленчатого вала. Двухрежимный регулятор (типа RQ) поддерживающий определенную частоту вращения коленчатого вала на режимах минимальной и максимальной частоты вращения коленчатого вала. Всережимный регулятор (типа RSV) поддерживает необходимую частоту вращения на всех режимах работы двигателя. Всережимные регуляторы устанавливаемые на небольших высокооборотистых двигателях позволяют поддерживать частоту вращения коленчатого вала в пределах 6…10%. В топливных насосах применяют регуляторы с различными принципами работы: механические пневматические гидравлические комбинированные Для автомобильных двигателей наиболее широко при­меняют механические центробежные регуляторы и реже пневматические регуляторы. Центробежный регулятор представляет собой систему, состоящую из вращающихся грузов, пружин и рычагов, связанных с рей­кой топливного насоса высокого давления, управляющей цикловой подачей топлива. Двурежимный регулятор В двухрежимных регуляторах механизм регулятора связан с рейкой насоса высокого давления при помощи дифференциального рычага, соединенного также и с тягой педали акселератора, которой управляет водитель. Основными элементами двухрежимного центробежного регулятора являются большие 4 и малые 3 грузы. Рис. Схема работы двухрежимного центробежного регулятора Грузы свободно посажены на пальцы крестовины 1 и упираются лапками в скользящую муфту 5, также свободно установ­ленную на вращающемся валу 6 регулятора, связанном зубчатой передачей с валом топливного насоса. С противоположной стороны в скользящую муфту под действием слабой пружины 12, помещен­ной в стакане 13 и втулке 11, упирается основной (вильчатый) рычаг 7 регулятора. Этот рычаг соединен при помощи двуплечего рычага 8 с рейкой 9 топливного насоса высокого давления и тягой 14 педали акселератора. Сильная...

Крутящий момент Md

Впрыск топлива в дизельном двигателе и его регулировка

В такте впуска дизельный двигатель впускает только воздух. В такте сжатия этот воздух нагревается до температуры настолько высокой, что дизельное топливо, впрыснутое в цилиндр в конце такта сжатия, воспламеняется самостоятельно. Количество топлива в двигателе дозируется с помощью топливного насоса высокого давления (ТНВД). Топливо впрыскивается под высоким давлением через форсунку в камеру сгорания. Впрыск топлива должен происходить следующим образом: с точно дозированным количеством топлива в соответствии с нагрузкой двигателя; в требуемый период времени; в точно определенный период времени; способом, соответствующим конкретному процессу сгорания. Рис. Схема системы топливоподачи дизельного двигателя: 1. Топливный бак; 2. Топливоподкачивающий насос (топливный насос низкого давления); 3. Топливный фильтр; 4. Рядный ТНВД; 5. Устройство опережения момента впрыска; 6. Регулятор; 7. Держатель форсунки с форсункой; 8. Возвратный топливопровод; 9. Накальная свеча с закрытым элементом; 10. Аккумуляторная батарея; 11. Выключатель предварительного накала и стартера; 12. Блок управления предварительным накалом. ТНВД и регулятор, соединенные с управляющей (контрольной) зубчатой рейкой являются ответственными за то, чтобы указанные условия выполнялись. Количество топлива, впрыснутого за один ход плунжера ТНВД, примерно пропорционально крутящему моменту двигателя. Если на двигателе используется механический (центробежный) регулятор числа оборотов, то рейка управления соединяется с педалью акселератора («газа») через регулятор. Рис. Замкнутый контур управления для механического регулятора: 1. Дизельный двигатель; 2. Рядный ТНВД; 3. Регулятор; 4. Обороты двигателя; 5. Количество впрыскиваемого топлива; 6. Педаль акселератора; 7. Ход управляющей рейки; 8. Давление подаваемого воздуха; 9. Желаемое число оборотов; 10. Атмосферное давление; 11. Управление крутящим моментом; 12. Подача при полной нагрузке; 13. Начальное количество. У электронного регулятора (EDC) педаль акселератора оснащена датчиком, соединенным с электронным блоком управления (ЭБУ или ECU). Когда водитель нажимает на педаль газа, то перемещение преобразуется в соответствующий ход рейки с учетом оборотов двигателя в данный момент времени. Почему дизельному двигателю нужен регулятор? У дизельного двигателя не существует положения управляющей рейки, которое бы позволило дизельному двигателю точно поддерживать свои обороты без помощи регулятора. На холостом ходу, к примеру, без регулятора числа оборотов, обороты двигателя будут либо падать, пока двигатель не остановится, либо будут продолжать увеличиваться, что, в конце концов, приведет к саморазрушению двигателя. Последняя возможность обязана тому, что дизель работает с избытком воздуха, что означает отсутствие эффективного дросселирования поступающей в двигатель смеси при возрастании его оборотов. К примеру, если холодный двигатель был заведен и остался работать на холостом ходу, тогда как продолжает впрыскиваться начальное количество топлива, то характерное трение вскоре начнет снижаться. То же самое относится к нагрузке двигателя от приводимых от него агрегатов, таких как генератор, воздушный компрессор, ТНВД и т.д. Это означает, что если положение управляющей реики осталось неизменным и рейка не втягивалась для уменьшения количества подаваемого топлива (как сделал бы регулятор), то обороты двигателя будут возрастать все больше и больше (из-за указанного выше падения трения), пока они не достигнут точки саморазрушения. Другими словами, является обязательным, чтобы дизель был оснащен регулятором числа оборотов. В настоящее время для рядных ТНВД используются либо механические (центробежные) регуляторы либо система электронного управления дизельным двигателем (EDC). Пневматические регуляторы, управляемые давлением впускного коллектора устанавливались ранее на небольшие ТНВД. От них пришлось отказаться в результате возросших требований к точности регулирования и к работе регулятора. Работа регулятора...

Схема системы питания топливом мощного дизеля

Система питания топливом дизельного двигателя

Система питания топливом дизельного двигателя предназначена для размещения, очистки и своевременной подачи топлива в цилиндры двигателя в нужном количестве и под достаточным давлением на всех режимах его работы при любой температуре окружающего воздуха. Дизельное топливо Дизельное топливо является одним из продуктов переработки нефти. В нем содержатся различные углеводороды (парафины, нафтены, ароматические и др.). Число атомов углерода, входящих в молекулы дизельного топлива, достигает тридцати. Основное качество дизельного топлива — легкость воспламенения при соприкосновении с горячим воздухом. Воспламеняемость топлива характеризуется цетановым числом. Чем выше это число, тем менее стойки к окислению молекулы топлива и легче оно воспламеняется. У дизельного топлива цетановое число составляет 40 — 50 (чаще всего 45). Важной характеристикой топлива также является его вязкость при различных температурах. Для обеспечения нормальной работы двигателя топливо не должно застывать при низкой температуре (до -60 °С). Кроме того, необходимо, чтобы топливо не было токсичным, обладало антикоррозионными и смазывающими свойствами, а также не создавало паровые пробки в топливопроводах при температурах до 50 °С. Для автотракторных дизелей используется топливо марок А (арктическое), 3 (зимнее) и Л (летнее). Наиболее широко распространено топливо марок З (при отрицательной температуре воздуха) и Л (при температурах выше 0 °С). Требования к агрегатам и узлам системы питания Ко всем агрегатам и узлам системы питания предъявляются следующие основные требования: герметичность малые масса и габариты надежность коррозионная стойкость малые гидравлические сопротивления простота низкая стоимость обслуживания Топливопроводы и агрегаты системы питания топливом должны быть расположены в моторном отделении ТС таким образом, чтобы при их неисправности капающее топливо не попадало на детали, имеющие температуру, способную вызвать его воспламенение. Общее устройство системы питания Схема системы питания топливом мощного дизеля приведена на рисунке. В общем случае в систему питания топливом входят узлы, размещенные вне двигателя (на раме или в корпусе машины), и на двигателе. К первым относятся топливные баки бачок 7 для сбора топлива, предпусковой топливоподкачивающий насос 10, топливораспределительный кран 77, топливопроводы низкого давления и некоторые другие узлы. Ко вторым в первую очередь относятся основной топливоподкачивающий насос 8, топливный насос высокого давления (ТНВД) 5, форсунки 4 и топливопроводы высокого давления. При работе двигателя топливо из топливных баков забирается основным топливоподкачивающим насосом и под давлением 0,05…0,1 МПа подается к ТНВД. По пути из баков к насосу топливо проходит через топливораспределительный кран, предпусковой топливоподкачивающий насос и фильтр 9 грубой очистки. Если на ТС установлен только один топливный бак или несколько баков, сообщающихся друг с другом, то топливораспределительный кран отсутствует. Перед поступлением в ТНВД из насоса топливо очищается от мельчайших примесей в фильтре 3 тонкой очистки. Нагнетательные секции ТНВД, приводимого в действие от коленчатого вала двигателя, в определенные моменты согласно рабочему циклу и порядку работы двигателя подают топливо под высоким давлением (до 50 МПа и более) в необходимом количестве к форсункам. Через форсунки, ввернутые в головку блока цилиндров, топливо впрыскивается в камеры сгорания в те моменты, когда в цилиндрах завершается такт сжатия. Рис. Схема системы питания топливом мощного дизеля: 1 — топливные баки; 2 — кран для выпуска воздуха; 3 — фильтр тонкой очистки; 4 — форсунки; 5 ТНВД; 6 — двигатель; 7 — бачок для сбора топлива; 8 — основной топливоподкачивающий насос;...

Детонация в дизельном двигателе

Причина детонации В дизельном двигателе воздух сжимается в цилиндре так сильно, что его температура превышает температуру воспламенения дизельного топлива. Незадолго до того, как поршень достигнет верхней мертвой точки (ВМТ), в камеру сгорания впрыскивается топливо, которое мгновенно воспламеняется. Если количество впрыскиваемого топлива избыточно велико, в цилиндре возникают сильные ударные волны, вызывающие детонацию. Способы предотвращения детонации Громкий звук детонации в большинстве случаев можно услышать при работе холодного дизеля на холостом ходу или с небольшой нагрузкой. В этом виновата большая задержка воспламенения, которая, как известно, уменьшается при увеличении давления и температуры. Детонация во время холостого хода не опасна для двигателя и исчезает при повышении нагрузки. В двигателях с непосредственным впрыском дизельного топлива в воздух в камере сгорания детонацию можно устранить, уменьшив количество топлива, впрыскиваемого во время задержки воспламенения. Основное количество впрыскивается сразу после начала сгорания. Недостатком является невозможность полностью устранить выброс сажи, которая возникает, если у топлива перед воспламенением недостаточно времени для испарения и смешивания с воздухом. Когда температура и давление высоки и нет достаточного количества воздуха для сгорания, возникает реакция крекинга (расщепления молекул), которая приводит к образованию сажи. Сажа сгорает не полностью и попадает в отработавшие газы. Детонационное сгорание топлива можно также устранить с помощью разделения камеры сгорания. Дизельное топливо впрыскивается в изолированную полость (предварительную камеру) в головке блока цилиндров. Рис. Разделенная камера сгорания дизельного двигателя Из-за недостатка воздуха там может гореть не всякое топливо. Вследствие предварительного сгорания в предварительной камере повышаются температура и давление. Топливо, которое не сгорело, через сужение попадает с большой скоростью в основную камеру сгорания, где и догорает до конца. Вследствие растяжения по времени процесса сгорания детонационный шум подавляется даже при использовании топлива с большой задержкой воспламенения. Правда, при этом наблюдается повышенный удельный расход топлива. Наряду со способами смесеобразования, когда топливо впрыскивается в воздух, существует метод подачи топлива, разработанный в компании «MAN», при котором дизельное топливо впрыскивается так, что тонкой пленкой оседает на поверхности камеры сгорания. При использовании данного метода детонация не возникает, так как топливо сгорает в том объеме, в котором оно испаряется со стенки и смешивается с воздухом. Двигатели, работающие по данному принципу смесеобразования, называются многотопливными двигателями внутреннего сгорания, так в них можно использовать все виды топлива, от смазочного масла и дизельного топлива до бензина. Производители горючего также прилагают старания, чтобы устранить детонацию. Дизельное топливо после нефтеперегонки имеет диапазон кипения 160-90 °С. Оно содержит много насыщенных углеводородов, которые легко воспламеняются. Плотность дизельного топлива составляет р — 0,83 г/ см3, а его удельная теплота сгорания Нu ~ 42000 кДж/кг. При добавлении присадок для ускорения сгорания воспламеняемость дизельного топлива еще больше увеличивается. Действие присадок заключается в том, что топливо воспламеняется непосредственно при попадании в горячий воздух, а при повышении температуры задержка воспламенения дизельного топлива уменьшается. Для этого достаточно добавить в дизельное топливо присадки для ускорения воспламенения в количестве 0,1-1 объемного процента. Определение воспламеняемости дизельного топлива Воспламеняемость дизельного топлива выражается с помощью цетанового числа (CZ). Оно означает, что дизельное топливо имеет такую же склонность к воспламенению, что и определенная сравнительная смесь из цетана и a-метилнафталина. Легковоспламеняемым реагентом смеси является цетан. Он имеет цетановое число 100, в то время как...

Системы управления дизельными двигателями

Рассмотрим кратко некоторые системы с электронным управлением, которые выпускались после 1990 г. Известно, что для хорошей работы дизельного двигателя необходима точная дозировка, распыл, смешивание с воздухом и т.д. Добиться этого можно только с использованием точной механики, электроники и хороших топлив. Самая высокая точность требуется на режимах холостого хода, когда требуется примерно 5 мм3 топлива на впрыскивание (пятая часть капли). Разрабатываются различные типы и формы камер сгорания. Используются различные типы наддува воздуха. И это даёт результат — современные дизельные двигатели становятся мощнее бензиновых. Основной элемент системы впрыска, создающий высокое давление — топливный насос высокого давления (ТНВД) или насос-форсунка. Легковые автомобили и лёгкие грузовики используют для создания давления топлива следующие типы устройств: рядные ТНВД разной производительности (M,MW,CW,ZMW…); индивидуальные механические ТНВД(РF); распределительные ТНВД с аксиальным движением плунжера(VE); распределительные ТНВД с радиальным движением плунжера(VR); насос-форсунки(UIS); аккумуляторные системы(CR). В цилиндрах дизельных двигателей сжимается воздух до 30-50 bar и температурах 700-900 град. Топливо подаётся в конце такта сжатия и сразу начинает испаряться, перемешиваясь с воздухом образует топливовоздушную смесь. Подача топлива в цилиндры осуществляется по различным схемам. Современные дизельные двигатели имеют ТНВД с электронным управлением и электронные компоненты управления системой впрыска очень похожие на элементы бензиновых двигателей (некоторые взаимозаменяемы). На рисунке приведен один из вариантов построения системы управления дизельным двигателем а\м ФОРД 2,5 л TCI. Рис. Рабочая схема системы управления двигателем автомобиля ФОРД 2,5 л ТСI: 1 — ЭБУ двигателем, 2 — диагностический разъем, 3 — датчик температуры охлаждающей жидкости, 4 — датчик оборотов двигателя, 5 — реле питания, 6 — потенциометрический датчик, 7 — клапан опережения впрыска, 8-форсунка с датчиком перемещения иглы, 9 — клапан системы EGR (дожиг), 10 — электровакуумный клапан системы EGR, 11 — электроклапан топливоподачи. Подобные системы использовали ЭБУ для регулирования момента начала впрыскивания и его длительность по сигналам датчика оборотов, положения иглы форсунки первого цилиндра, температуры двигателя, степени нажатия педали акселератора. На рисунке приведена электросхема системы управления двигателем. Рис. Электросхема системы управления двигателем автомобиля ФОРД 2,5 л ТСI: 4 — датчик положения потенциометрического датчика, 6 — датчик температуры охлаждающей жидкости, 22 — диагностический разъём, 25 — блок управления, 34 — электровакуумный клапан EGR, 50 — сигнал стартера, 82 — датчик подъёма иглы форсунки первого цилиндра, 85 — свечи подогрева топлива, 86 — клапан открытия\закрытия топливного канала, 87 — клапан времени впрыска топлива, 89 — реле включения свечей подогрева топлива, 90 — индикаторная лампа включения свечей подогрева, 93 — подогревательный элемент в топливном фильтре, 24 — датчик оборотов. Рис. Расположение элементов управления автомобиля ФОРД 2,5 л TCI. На рисунке показана схема расположения элементов топливоподачи и управления: 1 — ЭБУ, 2 — диагностический разъём, 3 — датчик температуры охлаждающей жидкости, 24 — датчик оборотов, 5 — реле включения свечей подогрева топлива, 6 — потенциометрический датчик, 7 — клапан открытия\закрытия топливного канала, 8 — датчик подъёма иглы форсунки первого цилиндра, 9 — клапан EGR, 10 — электровакуумный клапан EGR. Другой тип построения системы управления рассмотрим на примере а\м ОПЕЛЬ Астра G, 2,0 D DTi. Рис. Схема расположения элементов автомобиля ОПЕЛЬ Астра X20DTL: 4 — датчик оборотов (коленвал); 6 — блок управления двигателем (под крылом); 7,13...

Индикаторная диаграмма и зависимость изменения температуры газов от угла поворота коленчатого вала в цилиндре дизеля

Процесс сгорания топливной смеси в дизеле

Для осуществления действительного цикла в дизелях в воздушный заряд, сжатый до давления 2,5—5 МГа и имеющий температуру 750—1000 К, впрыскивается топливо под давлением от 40 до 100 МПа (в зависимости от типа камеры сгорания). Для эффективного протекания горения топливо должно находиться в парообразном состоянии, но из-за недостатка времени на смесеобразование часть топлива не успеваем испариться и находится в начале горения в капельно-жидком состоянии. Поэтому процессы воспламенения и сгорания в этом случае сложные процессы, и включают в себя физико-химическую подготовку топлива, воспламенение и горение. Первые очаги пламени появляются одновременно в нескольких точках камеры сгорания. Возникновение этих очагов вызывает нагрев близлежащих участков смеси и общий рост температуры, что вызывает испарение остальных частиц топлива и протекание предпламенных процессов в образующейся горючей смеси. Многоочаговое воспламенение вызывает большую скорость сгорания в начальный период и образующееся пламя практически мгновенно воспламеняет часть поступающего топлива. Однако условия горения этого топлива менее благоприятны из-за недостатка кислорода. Особенно это характерно для последней части впрыскиваемого топлива. Если учесть характер и интенсивность тепловыделения, изменение температуры и давления в цилиндре в разные моменты времени, то весь процесс горения можно условно разделить на четыре фазы. Рис. Индикаторная диаграмма и зависимость изменения температуры газов от угла поворота коленчатого вала в цилиндре дизеля Первая фаза горения (01) — задержка воспламенения, начинается с момента поступления топлива (точка 1) и заканчивается в момент отрыва кривой сгорания от линии сжатия (точка 2) Впрыск топлива происходит до прихода поршня в ВМТ. Угол опережения впрыска топлива находится в пределах 20—35° поворота коленчатого вала. Во время впрыска струя топлива, выходящая из форсунки под большим давлением, разбивается о плотные слои воздуха на мельчайшие капли, образуя факел распыления. При этом завихрения, которые придаются заряду сжимаемого воздуха, оказывают существенное влияние на развитие этого факела. Рис. Развитие топливных струй в заряде: а — неподвижном; б — движущимся со скоростью 15 м/с; в — движущимся со скоростью 35 м/с Концентрация топлива в таком факеле изменяется по поперечному сечению и длине. В ядре факела находятся наиболее крупные, а на периферии — наиболее мелкие капли, находящиеся друг от друга на значительных расстояниях. Следовательно, структура рабочей смеси в дизелях крайне неоднородна, поэтому здесь коэффициент избытка воздуха обычного смысла лишен, так как он не дает представления о действительном составе смеси. Локальные значения коэффициента избытка воздуха по различным зонам камеры сгорания могут меняться от 0 (жидкие капли) до бесконечности (воздух). Именно наличие всей гаммы составов смеси и температур определяет возможность воспламенения в среднем очень бедной смеси, например, при а = 6 и более. Таким образом, период задержки воспламенения включает в себя время, необходимое для распада струй на капли, некоторого продвижения капель по объему камеры сгорания, прогрева, частичного испарения и смешения топливных паров с воздухом, а также время саморазгона химических реакций. Если период задержки воспламенения больше продолжительности впрыска, то все топливо оказывается поданным в цилиндр до начала воспламенения. При этом большая часть его успевает испариться и смешаться с воздухом. В результате объемного воспламенения этой части топлива в цилиндре развивается резкое повышение давления с высокими динамическими нагрузками на детали и повышенным уровнем шума. Поэтому длительный период задержки воспламенения нежелателен. Продолжительность первой фазы сгорания составляет 1—3 мс,...

Жесткая работа дизеля. Причина

Жесткая работа дизеля. Причина

Одной из основных особенностей процесса сгорания в дизелях является «жесткость» работы. Так как в начальный период второй фазы горения значительное количество топлива сгорает с большими скоростями, возникает существенное увеличение давления газов на поршень. Под «жесткой» работой двигателя понимают рабочий процесс, при котором давление сгорания в цилиндре увеличивается чрезвычайно быстро. Казалось бы, чем «жестче» работа, тем больше должна развиваться мощность и улучшаться экономичность двигателя, так как при этих условиях должны сокращаться потери, связанные с несовершенством динамики сгорания. Однако это вызывает рост динамических нагрузок на детали кривошипно-шатунного механизма, появление вибраици и уменьшает долговечность двигателя. «Жесткость» работы двигателя оценивается приращением давления на один градус угла поворота коленчатого вала: wp = дельта р/ дельта ф Средняя величина «жесткости» работы дизелей (дельта р/ дельта ф)ср обычно 1-1,5 МПа/°. Работа карбюраторных двигателей также характеризуется определенной «жесткостью», но она составляет всего 0.2—0,3 МПа/°. Чем больше топлива, подготовленного к воспламенению, оказывается в цилиндре, тем больше теплоты выделяется во второй фазе горения, и тем больше «жесткость» работы двигателя. При разработке дизеля стремятся обеспечить эффективную теплоотдачу при умеренной «жесткости» его работы, не превышая допустимых значений. Примером «жесткой» работы дизеля является его работа во время прогрева, особенно при низких температурах окружающей среды. В этих условиях период задержки самовоспламенения затягивается, что и приводит к высоким значениям показателя дельта р/ дельта ф. Причиной жесткой работы дизеля может быть ранний впрыск топлива. О данной причине неисправности может свидетельствовать светлый (сизый) дым, а также то, что при вытягивание тяги холодного пуска усиливается жесткость звука, а после прогрева звук уменьшается. Для устранения неисправности рекомендуется продиагностировать угол впрыска и скорректировать его.

Сравнение дизельных и карбюраторных двигателей

Сравнение дизельных и карбюраторных двигателей

С точки зрения экономических показателей дизельные двигатели значительно экономичнее карбюраторных благодаря следующим факторам: На единицу произведенной работы расходуется в среднем на 20…25% (по массе) меньше топлива, что объясняется более качественным смесеобразованием и полным сгоранием рабочей смеси. Дизельные двигатели работают на более дешевом топливе, которое менее опасно в пожарном отношении. Дизельные двигатели имеют следующие недостатки: Вследствие более высокого давления газов в цилиндре некоторые детали должны иметь повышенную прочность, что приводит к увеличению размеров и массы двигателя. Из-за плохой испаряемости дизельного топлива пуск двигателя затруднен, особенно в зимнее время. Хорошие экономические показатели дизельных двигателей обеспечили им широкое применение в тракторах и автомобилях большой грузоподъем­ности. Большинство используемых в сельском хозяйстве двигателей четырех­тактные, потому что двухтактные двигатели менее экономичны из-за того, что цилиндр хуже очищается от продуктов сгорания. Особенно неэкономич­ны двухтактные карбюраторные двигатели, в которых цилиндры продувают горючей смесью.

Нагрузочные характеристики дизеля

Нагрузочная характеристика дизельного двигателя

Особенностью изменения значений параметров ni, nv, nm от нагрузки у дизелей является их плавный характер (рис. а). Поэтому согласно уравнению удельный расход топлива ge = f(ni, nm) имеет аналогичный характер изменения (рис. б), при котором на большинстве частичных нагрузок значения удельных расходов топлива близки к минимальным (точка 4). Так как при работе дизеля коэффициент наполнения nv меняется незначительно (рис. а), то часовой расход топлива Gт зависит только от изменения коэффициента избытка воздуха а и имеет плавно нарастающий характер (рис. б). Рис. Нагрузочные характеристики дизеля: а — зависимости изменения основных параметров цикла от нагрузки; 6 — зависимости изменения показателей работы двигателя от нагрузки; 1 — нижний предел дымления; 2 — максимальная мощность двигателя; 3 — сильное обогащение смеси; 4 — минимальный удельный расход топлива; 5— установка упора рейки ТНВД при всережимном регуляторе Заштрихованная область нагрузочной характеристики означает, что при данной нагрузке двигатель работает с дымлением (отработавшие газы выходят в виде черного дыма), что свидетельствует о сильном недогорании топлива, тепловых нагрузках внутри цилиндрового пространства, нагарообразовании и закоксовывании поршневых колец. При этом снижается экономичность работы двигателя, а при длительной работе с дымлением возможна его поломка. Поэтому эксплуатация дизеля на нагрузках, соответствующих зоне дымления, недопустима. Подача топлива в этом случае ограничивается упором рейки ТНВД. На нагрузочной характеристике дизеля имеется ряд характерных точек (рис. б): точка 7 — начало появления дыма в отработавших газах — нижний предел дымления по нагрузке или эксплуатационный предел повышения нагрузки (соответствующая ей мощность называется предельной); точка 2— максимально возможная мощность двигателя, верхняя граница предела дымления по нагрузке; точка 3 — значения показателей работы (в данном случае ge) при дальнейшем увеличении нагрузки после прохождения верхнего предела дымления (свидетельствует об ухудшении экономичности); точка 4 — минимальный удельный расход топлива; точка 5 — при всережимном регуляторе определяет место установки упора рейки ТНВД. Нагрузочные характеристики позволяют оценить топливную экономичность двигателей и определить способы ее улучшения. Она используется при проектировании топливной аппаратуры, и при контроле регулировок, технического состояния и качества ремонта двигателя.

Система непосредственного смешивания топлива с распределением по стенкам

Принцип сгорания топлива в дизельном двигателе

Системы с предкамерой В системе с предкамерой (форкамерой), используемой для дизельных двигателей легковых автомобилей, топливо впрыскивается в горячую предкамеру (дополнительную камеру). Здесь начинается предварительное воспламенение, чтобы достичь образования качественной смеси и уменьшения задержки воспламенения для основного процесса сгорания. Топливо впрыскивается с помощью игольчатой форсунки при относительно низком давлении (до 300 бар). Специально разработанная поверхность экрана в центре камеры распределяет струю топлива, которая разбивается на части и интенсивно перемешивается с воздухом. Сгорание начинается и продвигает частично воспламененную топливо-воздушную смесь через отверстия на нижнем конце предкамеры в основную камеру сгорания над поршнем и смесь нагревается в процессе еще больше. При этом имеет место интенсивное перемешивание топлива с воздухом в основной камере сгорания, сгорание продолжается и завершается. Малый период задержки воспламенения и контролируемое высвобождение энергии при общем низком уровне давления в основной камере сгорания приводит к «мягкому» сгоранию с небольшим шумом и уменьшением нагрузки на двигатель. Оптимизированная версия предкамеры обеспечивает сгорание с пониженным содержанием токсичных соединений в выхлопных газах и уменьшение выбросов в среднем на 40%. Модифицированная форма предкамеры с углублением для испарения и измененная форма и положение поверхности экрана (шаровой стержень) обеспечивают специфическое завихряюшее действие на воздух, после того как он поступает из цилиндра в предкамеру после сжатия. Топливо впрыскивается под углом в 5° относительно оси предкамеры. Рис. Системы с предкамерой Накальная свеча располагается ниже воздушного потока для предотвращения помех при сгорании. Управляемый последующий накал в течение времени до 1 минуты после запуска холодного двигателя (в зависимости от температуры охлаждающей жидкости) служит для уменьшения состава выхлопных газов и уменьшения шумов при прогреве двигателя. Система с вихревой предкамерой В этой системе, используемой в дизельных двигателях легковых автомобилей, сгорание также начинается в дополнительной камере. В процессе сгорания используется дополнительная камера сгорания в форме шара или диска (вихревая камера) с поверхностью горловины (выреза), расположенной тангенциально в основной камере сгорания. Рис. Система с вихревой предкамерой Сильное завихрение воздуха образуется при такте сжатия, а топливо впрыскивается в этот завихренный воздух. Форсунка расположена так, что струя топлива поступает в завихрение воздуха перпендикулярно к его оси и ударяется в противоположную сторону камеры в зоне с горячей стенкой. В начале процесса сгорания топливо-воздушная смесь выдавливается в основную камеру сгорания через поверхность горловины (выреза) и смешивается с остальным воздухом. По сравнению с процессом в предкамере потери потока между основной камерой сгорания и дополнительной (вихревой камерой) более низкие для вихревой камеры из-за того, что поперечное сечение потока больше. Это приводит к пониженной работе цикла наполнения с соответствующими преимуществами для внутренней эффективности и расхода топлива. Конструкция вихревой камеры, расположение и форма распылителя форсунки, а также расположение накальной свечи должны быть тщательно подобраны для обеспечения качественного смесеобразования во всем диапазоне оборотов и нагрузок двигателя. Дополнительным требованием является быстрый разогрев вихревой камеры после запуска холодного двигателя. Это уменьшает время задержки воспламенения и препятствует образованию несгоревших углеводородов (голубой дым) в выхлопных газах при прогреве. Системы с непосредственным впрыском (VI) В системах с непосредственным впрыском, используемых главным образом в грузовых автомобилях и в стационарных дизельных двигателях всех размеров, образование смеси обходится без дополнительной вихревой камеры. Топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания над поршнем. Рис. Системы с непосредственным впрыском Процессы, описанные...

Количество впрыскиваемого топлива

Условия работы дизельного двигателя

Условия работы дизельного двигателя основаны на различных соотношениях, которые являются типичными для следующих процессов. В дизельном двигателе топливо впрыскивается непосредственно в сильно сжатый горячий воздух, результатом чего будет самовоспламенение топлива. Таким образом, дизельный двигатель не связан с ограничениями по зажиганию подобно двигателю с искровым зажиганием (бензиновый двигатель). Поэтому, считая, что количество воздуха в камере сгорания остается постоянным, то необходимо будет регулировать только количество топлива. Система впрыска топлива имеет, таким образом, решающее значение для работы двигателя. При всех оборотах и нагру нагрузках система отвечает за дозировку топлива и за его равномерное распределение при подаче. В дополнение к этому нужно принимать во внимание давление и температуру поступающего воздуха. Таким образом, в каждый момент времени при работе двигателя требуется следующее: правильное количество впрыскиваемого топлива; правильный момент впрыска; правильное давление впрыска; правильная временная последовательность; правильное расположение точки в камере сгорания. В дополнение к требованиям по оптимальному смесеобразованию, для дозировки необходимо принимать во внимание такие рабочие ограничения для конкретного двигателя и конкретного автомобиля, которые перечислены ниже: ограничение по дымности; ограничение по давлению сгорания; ограничение по температуре выхлопных газов; ограничения по оборотам двигателя и крутящему моменту; ограничения для конкретного автомобиля и нагрузок. Ограничение по дымности Так как значительная часть процесса смесеобразования имеет место при сгорании, то происходит локальное переобогащение и увеличение черного дыма в выхлопе, которое происходит даже при умеренном избытке воздуха. Соотношение «воздух-топливо», которое приводит к выбросам дыма, находящимся у разрешенного предела, является критерием того, насколько качественно используется воздух. Двигатели с предкамерой работают при ограничении по дымности с избытком воздуха в 10 — 25%, тогда как двигатели с непосредственным впрыском имеют избыток воздуха в 40 — 50%. Ограничение по давлению сгорания У дизельных двигателей из-за того, что испаренное топливо, смешанное с воздухом, сгорает резко при сильном сжатии в процессе воспламенения, будем говорить о «жестком» или «шумном» сгорании. Высокие пиковые давления, которые будут результатом этого, требует довольно крепких двигателей. Усилия, которые образуются при сгорании, становятся причиной периодически изменяющейся нагрузки на детали двигателя и на основе их размеров и срока службы эти детали накладывают ограничения на давление при сгорании. Ограничение по температуре выхлопных газов Ограничение по температуре выхлопных газов дизельного двигателя определяется по высоким термическим нагрузкам деталей двигателя, окружающим горячую камеру сгорания, по тепловому сопротивлению выхлопной системы и по температурной зависимости концентрации токсичных веществ в выхлопных газах. Ограничение по оборотам двигателя Подача избыточного воздуха в дизельном двигателе и регулирование количества топлива уже производятся с учетом того, что при постоянном числе оборотов мощность двигателя зависит лишь от количества впрыскиваемого топлива. Если топливо подается в дизельный двигатель без соответствующего уменьшения крутящего момента, то обороты двигателя возрастут. Если количество впрыскиваемого топлива не уменьшится до того, как будут достигнуты критические обороты двигателя, то двигатель «перекрутиться» и может выйти из строя. В связи с этим для дизельных двигателей абсолютно необходимо ограничение оборотов или их регулирование. Когда дизельный двигатель используется как привод какого-либо механизма, обуславливается определенное число оборотов, которое поддерживается постоянным или остается в допустимых пределах независимо от нагрузки. Когда дизельный двигатель используется на автомобиле, то водитель должен иметь возможность, пользуясь педалью акселератора («газа»), выбирать желаемую скорость, причем обороты двигателя не должны упасть...

Сравнение выбросов бензинового и дезельного двигателей

Выбросы дизельных двигателей

Рис. Сравнение выбросов бензинового и дизельного двигателей Выбросы от сгорания дизельного топлива в общем случае намного ниже выбросов от сгорания бензина. Выброс СО, HC и NOx ниже, главным образом вследствие более высокой степени сжатия и избыточного воздушного фактора. Более высокая степень сжатия повышает тепловую эффективность и, таким образом, снижает потребление топлива. Избыточный воздушный фактор гарантирует более полное сгорание топлива. Основная проблема дизельных двигателей — выбросы микрочастиц. Эти отдельные цепочки молекул углерода могут также содержать углеводороды, главным образом, альдегиды. Помимо загрязнения окружающей среды, вызывает беспокойство возможный канцерогенный эффект сажи. Диаметр этих частиц — только несколько десятитысячных частей миллиметра, следовательно, они плавают в воздухе и могут попасть внутрь человека.

✪Устройство автомобиля Авто⚡сайт №❶