Неразделенные камеры сгорания: О камерах сгорания и типах смесеобразования. Статьи компании «ООО «ТД Техлайф»»

Содержание

Неразделенная камера - сгорание - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Неразделенная камера - сгорание

Cтраница 1

Неразделенные камеры сгорания более компактны, в результате чего потери тепла от камеры уменьшаются, облегчается процесс запуска и повышается экономичность работы двигателя. Вместе с тем однокамерные двигатели работают более жестко, поэтому износ деталей шатунно-поршневой группы у них интенсивнее. Смесеобразование у таких двигателей происходит при повышенном давлении, и, значит, топливоподающая и топ-ливораспыливающая аппаратура должна обладать повышенной гидравлической плотностью.  [1]

Неразделенная камера сгорания геометрически представляет собой единый объем, куда форсункой вводится топливо и где происходят процессы смесеобразования и сгорания. Одна из неразделенных камер сгорания показана на фиг. Форсунка, расположенная по оси цилиндра, подает топливо несколькими струями, расходящимися широкоугольным конусом.  [2]

Неразделенные камеры сгорания представляют собой единый объем, ограниченный поверхностями днища поршня, головки ( крышки) и цилиндра.  [4]

Неразделенная камера сгорания представляет собой единый объем, заключенный между головкой цилиндра п поршнем. Этот объем образуется обычно за счет углубления в поршне или иногда н головке двигателя. Конфигурация неразделенных камер сгорания весьма разнообразна.  [6]

Компактная неразделенная камера сгорания имеет на единицу объема наименьшую поверхность, что ограничивает потери теплоты через ее стенки. Это обстоятельство объясняет основные преимущества дизелей с неразделенными камерами сгорания.  [7]

Неразделенная камера сгорания дизельного двигателя ( рис. 44, а, б, б) представляет собой компактную полость, ограниченную фасонным днищем поршня, а также поверхностями головки и стенок цилиндра. Форму неразделенной камеры сгорания выбирают в зависимости от расположения форсунки, количества, направления и формы струй топлива, вводимого через форсунку. Камера должна обеспечивать интенсивное завихрение в процессе смесеобразования.  [9]

В неразделенные камеры сгорания ( они расположены в днище поршня) топливо подают под большим давлением 50 - 100 МПа. Это позволяет получить тонкое распылива-ние топлива, хорошее перемешивание его с воздухом, достаточную полноту сгорания, и двигатель будет развивать наибольшую мощность.  [10]

Рассмотрим неразделенные камеры сгорания. В камерах этого типа собъемным смесеобразованием организация равномерного распределения топлива по заряду и камере представляет большие трудности.  [11]

Схемы неразделенных камер сгорания представлены на фиг.  [12]

У неразделенных камер сгорания все пространство сжатия представляет собой единый объем, который может быть размещен в головке поршня, в крышке рабочего цилиндра, либо между днищами поршня и крышки. В связи с тем, что топливо впрыскивается непосредственно в указанный единый объем, неразделенные камеры часто именуются камерами непосредственного впрыска.  [14]

У неразделенных камер сгорания все пространство сжатия представляет собой единый объем, в который непосредственно впрыскивается топливо. Поэтому эти камеры часто называют камерами непосредственною впрыска.  [15]

Страницы:      1    2    3    4    5

Дизельные двигатели. Теория | Vincast.ru

Главное достоинство дизельных двигателей - это низкие затраты на топливо, поскольку моторы этого типа имеют малые удельные расходы топлива на основных эксплуатационных режимах, да и само горючее во многих странах заметно дешевле бензина.

К числу недостатков дизеля по сравнению с бензиновыми двигателя ми относятся: сравнительно низкие мощностные показатели, более дорогая в изготовлении и обслуживании топливная аппаратура, худшие пусковые качества, повышенный выброс некоторых токсичных компонентов с отработавшими газами, повышенный уровень шума.

Экономические и экологические показатели автомобильного дизельного двигателя в первую очередь зависят от особенностей рабочего процесса и, в частности, от типа камеры сгорания, системы впрыскивания топлива. Камеры сгорания дизельного двигателя делятся на разделенные (вихрекамерные и форкамерные), полуразделенные и неразделенные .

Разделенная вихрекамерная камера сгорания

Разделенная форкамерная камера сгорания

Полуразделенная камера сгорания

Неразделенная камера сгорания

Дизельные двигатели с неразделенной камерой иногда называют двигателям и с непосредственным впрыском.

Дизельные двигатели с разделенной камерой сгорания обычно устанавливаются на грузовики малой грузоподъемности и легковые автомобили. Это определяется необходимостью снижения уровня шума и меньшей жесткостью работы. При подходе поршня к ВМТ воздух из основного объема камеры сгорания вытесняется в дополнительный, создавая в нем интенсивную турбулизацию заряда, что способствует лучшему перемешиванию капель топлива с воздухом. Недостатком дизельных двигателей с разделенной камерой сгорания являются: некоторое увеличение расхода топлива вследствие повышения потерь в охлаждающую среду из-за увеличенной поверхности камеры сгорания, больших потерь на перетекание воздушного заряда в дополнительную камеру и горящей смеси обратно в цилиндр. Кроме того, ухудшаются пусковые качества.

Дизельные двигатели с неразделенной камерой сгорания имеют низкие расходы топлива и легче запускаются. Недостатком их является повышенная жесткость работы и соответственно - высокий уровень шума.

Для полного сгорания топлива изготовитель выбирает оптимальное соотношение между количеством сопловых отверстий у форсунки и интенсивностью вихревого движения заряда в цилиндре - так, чтобы струи топлива полностью охватили весь воздушный заряд. Чем меньше сопловых отверстий, тем более интенсивным должно быть вращательное движение заряда. У четырехтактных дизельных двигателей вращательное движение воздуха во время хода впуска обеспечивается тангенциальным расположением впускного канала, наличием ширмы у клапана, винтовым (улиткообразным) каналом перед впускным клапаном. В процессе сжатия при подходе поршня к ВМТ воздух перетекает из надпоршневого пространства в камеру сгорания в поршне, увеличивая интенсивность вращательного движения свежего заряда. Поэтому при ремонте дизельных двигателей необходимо следить, чтобы зазор между днищем поршня и головкой цилиндров соответствовал заданной инструкцией величине. При большем зазоре интенсивность турбулизации заряда будет недостаточна, при меньшем на больших нагрузках может появиться стук поршня от его ударов по головке. Во время сборки дизельного двигателя этот зазор проверяется установкой свинцовых пластинок на днище поршня и прокруткой коленчатого вала после затяжки болтов крепления головки.

Способы создания вихревого движения заряда во время впуска:

Тангенциальное расположение канала

Установка на клапане ширмы

Винтовой канал

Пуск дизельного двигателя:

У дизельных двигателей с разделенной камерой сгорания (вихрекамерные или форкамерные) пусковые качества значительно хуже, чем у дизельных двигателей с неразделенной камерой.

Для облегчения пуска дизельные двигатели с разделенной камерой оснащаются электрическими свечами накаливания, устанавливаемыми в форкамеру или вихревую камеру. Реже свечи устанавливаются в дизельных двигателей с непосредственным впрыском.

Свечи бывают открытого и закрытого типа со спиралью накаливания или нагревательным элементом. Они выпускаются теми же фирмами, что и свечи зажигания. Кожух свечи располагается в камере сгорания дизельного двигателя так, чтобы конус распыленного топлива попадал только на его раскаленный наконечник.

В период, когда токсичность отработавших газов оценивалась по выбросу СО и СН (углеводородов), в широкой прессе отмечалось, что дизели имеют из всех ДВС наиболее низкую токсичность. Однако в дальнейшем, когда товарные бензины стали выпускаться без этиловой жидкости, а бензиновые двигатели начали оснащаться трехкомпонентными каталитическими нейтрализатор ами, снижающими содержание СО, СН, NОх на 90-95%, о низкой токсичности дизельных двигателей по сравнению с бензиновыми двигателями стали скромно умалчивать.

Повышенная токсичность дизелей определяется следующими факторами:

Первый из них -

низкая эффективность каталитических нейтрализаторов . Это связано с тем, что степень сжатия, а следовательно, и степень расширения дизелей значительно выше, чем у бензиновых двигателей. Поэтому температура отработавших газов недостаточна для эффективной работы нейтрализаторов. В связи с этим не удается добиться снижения выброса оксидов азота, которые в несколько десятков раз более токсичны, чем СО.

Второй фактор - повышенный выброс на некоторых режимах , особенно во время прогрева, продуктов неполного сгорания с характерным неприятным запахом (акролеина, альдегидов и др.), многие из которых являются канцерогенами. Третий - частицы сажи являются носителями канцерогенов. Попадая в дыхательные пути, они вызывают раковые опухоли. Из-за того, что ни в одной из стран до сих пор нет быстродействующих газоанализаторов, нет и возможности нормировать их выброс. Поэтому законодатели используют косвенные показатели - ограничение выброса углеводородов и твердых частиц.

Основные причины повышенной токсичности и повышенного расхода топлива дизельных двигателей следующие:

- низкое качество топлива,

- нарушение работы системы топливоподачи (слишком низкий коэффициент избытка воздуха, неравномерная подача топлива по цилиндрам, смещение фаз впрыска, межцикловая неравномерность подачи топлива),

- повышенный расход масла на угар из-за износа деталей цилиндропоршневой группы,

- в двигателях с турбонаддувом - слишком низкое давление наддува.

Одна из главных характеристик дизельного топлива - это его цетановое число, показывающее способность к самовоспламенению.

Оно определяется на одноцилиндровой установке сравнением со смесью эталонного топлива, подбираемого так, чтобы период задержки воспламенения был таким же, как и у испытуемого горючего. Величина цетанового числа должна быть не менее 45. Она зависит от химического состава топлива и наличия в нем специальных присадок. Увеличение цетанового числа достигается повышением содержания в топливе парафиновых углеводородов. При этом улучшаются пусковые качества, однако при цетановом числе 50...55 ухудшается полнота сгорания.

Источник:

amastercar.ru

Камера сгорания дизельного двигателя

Камера сгорания двигателя — это замкнутое пространство, полость для сжигания газообразного, или жидкого топлива в двигателях внутреннего сгорания. В камере сгорания происходит приготовление и сжигание топливовоздушной смеси.

Наряду с обеспечением оптимального смесеобразования ⭐ камеры сгорания должны способствовать получению высоких экономических показателей и хороших пусковых качеств двигателей. В зависимости от конструкции и используемого способа смесеобразования камеры сгорания дизелей делятся на две группы:

Неразделенные камеры сгорания

Неразделенные камеры сгорания представляют собой единый объем и имеют обычно простую форму, которая, как правило, согласуется с направлением, размерами и числом топливных факелов при впрыске. Эти камеры компактны, имеют относительно малую поверхность охлаждения, благодаря чему снижаются потери теплоты. Двигатели с такими камерами сгорания имеют приличные экономические показатели и хорошие пусковые качества.

Неразделенные камеры сгорания отличаются большим разнообразием форм. Чаще всего они выполняются в днище поршней, иногда частично в днище поршня и частично в головке блока цилиндров, реже — в головке.

На рисунке показаны некоторые конструкции камер сгорания неразделенного типа.

Рис. Камеры сгорания дизелей неразделенного типа: а — тороидальная в поршне; б — полусферическая в поршне и головке цилиндра; в — полусферическая в поршне; г — цилиндрическая в поршне; д — цилиндрическая в поршне с боковым размещением; е — овальная в поршне: ж — шаровая в поршне; з — тороидальная в поршне с горловиной; и — цилиндрическая, образованная днищами поршней и стенками цилиндра; к — вихревая в поршне; л — трапецеидальная в поршне; м — цилиндрическая в головке под выпускным клапаном

В камерах сгорания, приведенных на рисунке, а—д качество смесеобразования достигается исключительно путем распыления топлива и согласования формы камер с формой факелов впрыска топлива. В этих камерах чаше всего применяются форсунки с многодырчатыми распылителями и используются высокие давления впрыска. Такие камеры имеют минимальные поверхности охлаждения. Для них характерна низкая степень сжатия.

Камеры сгорания, показанные на рис. е—з, имеют более развитую теплопередаюшую поверхность, что несколько ухудшает пусковые свойства двигателя. Однако путем вытеснения воздуха из надпоршневого пространства в объем камеры в процессе сжатия удается создать интенсивные вихревые потоки заряда, которые способствуют хорошему перемешиванию топлива с воздухом. При этом обеспечивается высокое качество смесеобразования.

Камеры сгорания, показанные на рисунке, к—м, находят применение в многотопливных двигателях. Для них характерно наличие строго направленных потоков заряда, обеспечивающих испарение топлива и его введение в зону сгорания в определенной последовательности. Для улучшения рабочего процесса в цилиндрической камере сгорания в головке под выпускным клапаном (рис. м) используется высокая температура выпускного клапана, который является одной из стенок камеры.

Разделенные камеры сгорания

Разделенные камеры сгорания состоят из двух отдельных объемов, соединяющихся между собой одним или несколькими каналами. Поверхность охлаждения таких камер значительно больше, чем у камер неразделенного типа. Поэтому в связи с большими тепловыми потерями двигатели с разделенными камерами сгорания имеют обычно худшие экономические и пусковые качества и, как правило, более высокие степени сжатия.

Однако при разделенных камерах сгорания за счет использования кинетической энергии газов, перетекающих из одной полости в другую, удается обеспечить качественное приготовление топливно-воздушной смеси, благодаря чему достигается достаточно полное сгорание топлива и устраняется дымление на выпуске.

Рис. Камеры сгорания дизелей разделенного типа: а — предкамера; б — вихревая камера в головке; в — вихревая камера в блоке

Кроме того, дросселирующее действие соединительных каналов разделенных камер позволяет значительно уменьшить «жесткость» работы двигателя и снизить максимальные нагрузки на детали кривошипно-шатунного механизма. Некоторое снижение «жесткости» работы двигателей с разделенными камерами сгорания может также обеспечиваться путем повышения температуры отдельных частей камер сгорания.

Нашёл в вконтакте, может кому будет интерессно)

На первый взгляд дизельный двигатель почти не отличается от обычного бензинового — те же цилиндры, поршни, шатуны. Главные и принципиальные отличия заключаются в способе образования и воспламенения топливо-воздушной смеси. В карбюраторных и обычных инжекторных двигателях приготовление смеси происходит не в цилиндре, а во впускном тракте. В бензиновых двигателях с непосредственным впрыском смесь образуется так же как и в дизелях- непосредственно в цилиндре. В бензиновом моторе топливо-воздушная смесь в цилиндре воспламеняется в нужный момент от искрового разряда. В дизеле же топливо воспламеняется не от искры, а вследствие высокой температуры воздуха в цилиндре.
Рабочий процесс в дизеле происходит следущим образом: вначале в цилиндр попадает чистый воздух, который за счет большой степени сжатия (16-24:1) разогревается до 700-900°С. Дизтопливо впрыскивается под высоким давлением в камеру сгорания при подходе поршня к верхней мертвой точке. А так как воздух уже сильно разогрет, после смешивания с ним происходит воспламенение топлива. Самовоспламенение сопровождается резким нарастанием давления в цилиндре — отсюда повышенная шумность и жесткость работы дизеля. Такая организация рабочего процесса позволяет использовать более дешевое топливо и работать на очень бедных смесях, что определяет более высокую экономичность. Дизель имеет больший КПД (у дизеля – 35–45%, у бензинового – 25–35%) и крутящий момент. К недостаткам дизельных двигателей обычно относят повышенную шумность и вибрацию, меньшую литровую мощность и трудности холодного пуска. Но описанные недостатки относятся в основном к старым конструкциям, а в современных эти проблемы уже не являются столь очевидными.
КОНСТРУКЦИЯ.

Как уже отмечалось, конструкция дизельного двигателя подобна конструкции бензинового двигателя. Однако аналогичные детали у дизеля существенно усилены, чтобы воспринимать более высокие нагрузки — ведь степень сжатия у него намного выше (16-24 единиц против 9-11 у бензинового). Характерная деталь в конструкции дизелей — это поршень. Форма днища поршней у дизелей определяется типом камеры сгорания, поэтому по форме легко определить, какому двигателю принадлежит данный поршень. Во многих случаях днище поршня содержит в себе камеру сгорания. Днища поршней находятся выше верхней плоскости блока цилиндров, когда поршень находится в верхней точке своего хода. Так как воспламенение рабочей смеси осуществляется от сжатия, в дизелях отсутствует система зажигания, хотя свечи могут применяться и на дизеле. Но это не свечи зажигания, а свечи накаливания, которые предназначены для подогрева воздуха в камере сгорания при холодном пуске двигателя.
Поршни и свечи дизеля
Технические и экологические показатели автомобильного дизельного двигателя в первую очередь зависят от типа камеры сгорания и системы впрыскивания топлива.

ТИПЫ КАМЕР СГОРАНИЯ.

Форма камеры сгорания значительно влияет на качество процесса смесеобразования, а значит и на мощность и шумность работы двигателя. Камеры сгорания дизельных двигателей разделяются на два основных типа: неразделенные и разделенные.
Несколько лет назад на рынке легкового машиностроения доминировали дизели с разделенными камерами сгорания. Впрыск топлива в этом случае осуществляется не в надпоршневое пространство, а в специальную камеру сгорания, выполненную в головке блока цилиндров. При этом различают два процесса смесеобразования: предкамерный (его еще называют форкамерным) и вихрекамерный.
Камеры сгорания дизелей
При форкамерном процессе топливо впрыскивается в специальную предварительную камеру, связанную с цилиндром несколькими небольшими каналами или отверстиями, ударяется об ее стенки и перемешивается с воздухом. Воспламенившись, смесь поступает в основную камеру сгорания, где и сгорает полностью. Сечение каналов подбирается так, чтобы при ходе поршня вверх (сжатие) и вниз (расширение) между цилиндром и форкамерой возникал большой перепад давления, вызывающий течение газов через отверстия с большой скоростью.
Во время вихрекамерного процесса сгорание также начинается в специальной отдельной камере, только выполненной в виде полого шара. В период такта сжатия воздух по соединительному каналу поступает в предкамеру и интенсивно закручивается (образует вихрь) в ней. Впрыснутое в определенный момент топливо хорошо перемешивается с воздухом.
Таким образом, при разделенной камере сгорания происходит как бы двухступенчатое сгорание топлива. Это снижает нагрузку на поршневую группу, а также делает звук работы двигателя более мягким. Недостатком дизельных двигателей с разделенной камерой сгорания являются: увеличение расхода топлива вследствие потерь из-за увеличенной поверхности камеры сгорания, больших потерь на перетекание воздушного заряда в дополнительную камеру и горящей смеси обратно в цилиндр. Кроме того, ухудшаются пусковые качества.
Дизельные двигатели с неразделенной камерой называют также дизелями с непосредственным впрыском. Топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр, камера сгорания выполнена в днище поршня. До недавнего времени непосредственный впрыск использовался на низкооборотистых дизелях большого объема (проще говоря, на грузовиках). Хотя такие двигатели экономичнее моторов с разделенными камерами сгорания, их применение на небольших дизелях сдерживалось трудностями организации процесса сгорания, а также повышенными шумом и вибрацией, особенно в режиме разгона.
Сейчас благодаря повсеместному внедрению электронного управления процессом дозирования топлива удалось оптимизировать процесс сгорания топливной смеси в дизеле с неразделенной камерой сгорания и существенно снизить шумность. Новые дизельные двигатели разрабатываются только с непосредственным впрыском.

Важнейшим звеном дизельного двигателя является система топливоподачи, обеспечивающая поступление необходимого количества топлива в нужный момент времени и с заданным давлением в камеру сгорания.

Система питания дизеля.

Топливный насос высокого давления (ТНВД), принимая горючее из бака от подкачивающего насоса (низкого давления), в требуемой последовательности поочередно нагнетает нужные порции солярки в индивидуальную магистраль гидромеханической форсунки каждого цилиндра. Такие форсунки открываются исключительно под воздействием высокого давления в топливной магистрали и закрываются при его снижении.
Существует два типа ТНВД: рядные многоплунжерные и распределительного типа. Рядный ТНВД состоит из отдельных секций по числу цилиндров дизеля, каждая из которых имеет гильзу и входящий в нее плунжер, который приводится в движение кулачковым валом, получающим вращение от двигателя. Секции таких механизмов расположены, как правило, в ряд, отсюда и название — рядные ТНВД. Рядные насосы в настоящее время практически не применяются ввиду того, что они не могут обеспечить выполнение современных требований по экологии и шумности. Кроме того, давление впрыска таких насосов зависит от оборотов коленвала.
Распределительные ТНВД создают значительно более высокое давление впрыска топлива, нежели насосы рядные, и обеспечивают выполнение действующих нормативов, регламентирующих токсичность выхлопа. Этот механизм поддерживает нужное давление в системе в зависимости от режима работы двигателя. В распределительных ТНВД система нагнетания имеет один плунжер-распределитель, совершающий поступательное движение для нагнетания топлива и вращательное для распределения топлива по форсункам. Эти насосы компактны, отличаются высокой равномерностью подачи топлива по цилиндрам и отличной работой на высоких оборотах. В то же время они предъявляют очень высокие требования к чистоте и качеству дизтоплива: ведь все их детали смазываются топливом, а зазоры в прецизионных элементах очень малы.
Ужесточение в начале 90-х законодательных экологических требований, предъявляемых к дизелям, заставило моторостроителей интенсивно совершенствовать топливоподачу. Сразу же стало ясно, что с устаревшей механической системой питания эту задачу не решить. Традиционные механические системы впрыска топлива имеют существенный недостаток: давление впрыска зависит от частоты вращения двигателя и нагрузочного режима. Это значит, что при низкой нагрузке давление впрыска падает, в результате топливо при впрыске плохо распыляется, попадая в камеру сгорания слишком крупными каплями, которые оседают на ее внутренних поверхностях. Из-за этого уменьшается КПД сгорания топлива и повышается уровень токсичности отработанных газов.
Кардинально изменить ситуацию могла только оптимизация процесса горения топливо — воздушной смеси. Для чего надо заставить весь её объём воспламениться в максимально короткое время. А здесь необходима высокая точность дозы и точность момента впрыскивания. Сделать это можно, только подняв давление впрыска топлива и применив электронное управление процессом топливоподачи. Дело в том, что чем выше давление впрыска, тем лучше качество его распыления, а соответственно – и смешивания с воздухом. В конечном итоге это способствует более полному сгоранию топливо-воздушной смеси, а значит и уменьшению вредных веществ в выхлопе. Хорошо, спросите вы, а почему бы не сделать такое же повышенное давление в обычном ТНВД и всей этой системе? Увы, не получится. Потому что есть такое понятие, как "волновое гидравлическое давление". При любом изменении расхода топлива в трубопроводах от ТНВД к форсункам возникают волны давления, "бегающие" по топливопроводу. И чем сильнее давление, тем сильнее эти волны. И если далее повышать давление, то в какой-то момент может произойти обыкновенное разрушение трубопроводов. Ну, а о точности дозирования механической системы впрыска даже и говорить не приходится.
Насос-форсунка
В результате были разработаны два новых типа систем питания – в первом форсунку и плунжерный насос объединили в один узел (насос-форсунка), а в другом ТНВД начал работать на общую топливную магистраль (Common Rail), из которой топливо поступает на электромагнитные (или пьезоэлектрические) форсунки и впрыскивается по команде электронного блока управления. Но с принятием Евро 3 и 4 и этого оказалось мало, и в выхлопные системы дизелей внедрили сажевые фильтры и катализаторы.
Насос-форсунка устанавливается в головку блока двигателя для каждого цилиндра. Она приводится в действие от кулачка распределительного вала с помощью толкателя. Магистрали подачи и слива топлива выполнены в виде каналов в головке блока. За счет этого насос-форсунка может развить давление до 2200 бар. Дозированием топлива, сжатого до такой степени и управлением угла опережения впрыска занимается электронный блок управления, выдавая сигналы на запорные электромагнитные или пьезоэлектрические клапаны насос-форсунок. Насос-форсунки могут работать в многоимпульсном режиме (2-4 впрыска за цикл). Это позволяет произвести предварительный впрыск перед основным, подавая в цилиндр сначала небольшую порцию топлива, что смягчает работу мотора и снижает токсичность выхлопа. Недостаток насос-форсунок – зависимость давления впрыска от оборотов двигателя и высокая стоимость данной технологии.

Система Common Rail.

Система питания Common Rail используется в дизелях серийных моделей с 1997 года. Common Rail – это метод впрыска топлива в камеру сгорания под высоким давлением, не зависящим от частоты вращения двигателя или нагрузки. Главное отличие системы Common Rail от классической дизельной системы заключается в том, что ТНВД предназначен только для создания высокого давления в топливной магистрали. Он не выполняет функций дозировки цикловой подачи топлива и регулировки момента впрыска. Система Common Rail состоит из резервуара – аккумулятора высокого давления (иногда его называют рампой), топливного насоса, электронного блока управления (ЭБУ) и комплекта форсунок, соединенных с рампой. В рампе блок управления поддерживает, меняя производительность насоса, постоянное давление на уровне 1600-2000 бар при различных режимах работы двигателя и при любой последовательности впрыска по цилиндрам. Открытием-закрытием форсунок управляет ЭБУ, который рассчитывает оптимальный момент и длительность впрыска, на основании данных целого ряда датчиков – положения педали акселератора, давления в топливной рампе, температурного режима двигателя, его нагрузки и т. п. Форсунки могуть быть электромагнитными, либо более современными- пьезоэлектрическими. Главные преимущества пьезоэлектрических форсунок — высокая скорость срабатывания и точность дозирования. Форсунки в дизелях c Common rail могут работать в многоимпульсном режиме: в ходе одного цикла топливо впрыскивается несколько раз – от двух до семи. Сначала поступает крохотная, всего около милиграмма, доза, которая при сгорании повышает температуру в камере, а следом идет главный «заряд». Для дизеля — двигателя с воспламенением топлива от сжатия — это очень важно, так как при этом давление в камере сгорания нарастает более плавно, без «рывка». Вследствие этого мотор работает мягче и менее шумно, снижается количество вредных компонентов в выхлопе. Многократная подача топлива за один такт попутно обеспечивает снижение температуры в камере сгорания, что приводит к уменьшению образования окиси азота- одной из наиболее токсичных составляющих выхлопных газов дизеля. Характеристики двигателя с Common Rail во многом зависят от давления впрыска. В системах третьего поколения оно составляет 2000 бар. В ближайшее время в серию будет запущено четвертое поколение Common Rail с давлением впрыска 2500 бар.

Эффективным средством повышения мощности и гибкости работы дизеля является турбонаддув. Он позволяет подать в цилиндры дополнительное количество воздуха и соответственно увеличить подачу топлива на рабочем цикле, в результате чего увеличивается мощность двигателя. Давление выхлопных газов дизеля в 1,5-2 раза выше, чем у бензинового мотора, что позволяет турбокомпрессору обеспечить эффективный наддув с самых низких оборотов, избежав свойственного бензиновым турбомоторам провала — "турбоямы". Отсутствие дроссельной заслонки в дизеле позволяет обеспечить эффективное наполнение цилиндров на всех оборотах без применения сложной схемы управления турбокомпрессором. На многих автомобилях устанавливается промежуточный охладитель наддуваемого воздуха — интеркулер, позволяющий поднять массовое наполнение цилиндров и на 15-20 % увеличить мощность. Наддув позволяет добиться одинаковой мощности с атмосферным мотором при меньшем рабочем объеме, а значит, снизить массу двигателя. Турбонаддув, помимо всего прочего, служит для автомобиля средством повышения "высотности" двигателя — в высокогорных районах, где атмосферному дизелю не хватает воздуха, наддув оптимизирует сгорание и позволяет уменьшить жесткость работы и потерю мощности. В то же время турбодизель имеет и некоторые недостатки, связанные в основном с надежностью работы турбокомпрессора. Так, ресурс турбокомпрессора существенно меньше ресурса двигателя. Турбокомпрессор предъявляет жесткие требования к качеству моторного масла. Неисправный агрегат может полностью вывести из строя сам двигатель. Кроме того, собственный ресурс турбодизеля несколько ниже такого же атмосферного дизеля из-за большой степени форсирования. Такие двигатели имеют повышенную температуру газов в камере сгорания, и чтобы добиться надежной работы поршня, его приходится охлаждать маслом, подаваемым снизу через специальные форсунки.
Прогресс дизельных двигателей сегодня преследует две основные цели: увеличение мощности и уменьшение токсичности. Поэтому все современные легковые дизели имеют турбонаддув (самый эффективный способ увеличения мощности) и Соmmоn Rail.

Для хорошего смесеобразования одновременно необходимо правильно сочетать распыливание топлива и движение воздуха в камере сгорания. Это позволит улучшить распределение топлива в камере и осуществить процесс сгорания при наименьшем количестве воздуха.

Форма камеры сгорания должна:

  • соответствовать направлению и дальнобойности струи впрыскиваемого топлива;
  • обеспечивать организованное движение потока воздуха, интенсивное перемешивание топлива и воздуха, полное сгорание топлива в короткий период при наименьшем количестве воздуха;
  • плавное нарастание давления в цилиндре, умеренное максимальное давление при сгорании и минимальные тепловые потери;
  • создавать условия для облегченного запуска двигателя.

По конструкции дизельные двигатели разделяются на две основные категории: с неразделенными и разделенными камерами сгорания. Неразделенные камеры имеют только одно отделение, в котором происходит и смесеобразование, и сгорание топлива. Разделенные камеры разделены на две части: основную и дополнительную, соединены между собой горловиной. При этом топливо впрыскивается в дополнительную камеру.

По способу различают объемное, пленочное и комбинированное смесеобразование.

При объемном смесеобразовании топливо распыливается в объеме камеры сгорания и лишь небольшая часть его попадает в пристеночный слой. Объемное смесеобразование осуществляется в неразделенных камерах сгорания.

Пленочное смесеобразование применяется в ряде конструкций камер сгорания, когда почти все топливо направляется в пристеночную зону. В центральную часть камеры сгорания попадает приблизительно 5–10% впрыскиваемого форсункой топлива. Остальная часть топлива распределяется на стенках камеры сгорания в виде тонкой пленки (10–15 мкм). Первоначально воспламеняется часть топлива, попавшая в центральную часть камеры сгорания, где обычно отсутствует движение заряда и устанавливается наиболее высокая температура. В дальнейшем, по мере испарения и смешения с воздухом, горение распространяется на основную часть топлива, направленную в пристеночный слой. При пленочном смесеобразовании требуется менее тонкое распыливание топлива. Применяют форсунки с одним сопловым отверстием. Давление впрыска топлива не превышает 17–20 МПа. Пленочное смесеобразование по сравнению с объемным обеспечивает лучшие экономические показатели двигателя, упрощает конструкцию топливной аппаратуры. Основным недостатком являются низкие пусковые свойства двигателя при низких температурах в связи с малым количеством топлива, участвующего в первоначальном сгорании. Этот недостаток устраняют путем подогрева воздуха на впуске или за счет увеличения количества топлива, участвующего в образовании начального очага сгорания.

Комбинированное смесеобразование получается при меньших диаметрах камеры сгорания, когда часть топлива достигает ее стенки и концентрируется в пристеночном слое. Другая часть капель топлива располагается во внутреннем объеме заряда. На поверхности камеры оседает примерно 50% топлива. При впуске в камере не создается вращательного движения заряда. Заряд приводится в движение при вытеснении его из надпоршневого пространства в камеру сгорания, и создается вихрь. Скорость движения заряда достигает 40–45 м/с. Отличительной особенностью от пленочного смесеобразования является встречное движение струй топлива и заряда, вытесняемого из надпоршневого пространства, что способствует увеличению количества топлива, взвешенного в объеме камеры сгорания, и сближает процесс с объемным смесеобразованием. Форсунки применяют с распылителями, имеющими 3–5 сопловых отверстий.

Камеры сгорания с непосредственным впрыском. В дизельных двигателях с такими камерами топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания форсункой с рабочим давлением 15–30 МПа, имеющей многодырчатые распылители (5–7 отверстий) с малым диаметром сопловых каналов (0.15–0.32 мм). Столь высокие давления впрыска применяются ввиду того, что в данном случае распыливание топлива и перемешивание его с воздухом достигается главным образом за счет кинетической энергии, сообщаемой топливу при впрыске. Для равномерного распределения топлива в камере форсунки таких двигателей часто выполняют с несколькими отверстиями.

На рис. 6.4 показаны камеры сгорания двигателей с непосредственным впрыском, обеспечивающие объемное смесеобразование.

Рис. 6.4. Неразделенные камеры сгорания для объемного смесеобразования:

а – полусферическая, б – тороидальная

Рис. 6.5. Использование завихрителейДля улучшения смесеобразования здесь предусмотрено вихревое движение воздуха вокруг оси цилиндра за счет завихрителей, установленных во впускном коллекторе (рис. 6.5). Камера сгорания с непосредственным впрыском при пленочном смесеобразовании располагается соосно с цилиндром. Смещенная форсунка направляет струю топлива под острым углом на стенку камеры сгорания, имеющей сферическую форму (рис. 6.6а). Заряд приводится в интенсивное вращательное движение (тангенциальная скорость движения заряда достигает 50–60 м/с), и топливные капли распространяются на стенке камеры сгорания.

Рис. 6.6. Неразделенные камеры сгорания для пленочного смесеобразования:

а – типа дизелей МАН, б – типа “Гессельман”

Кроме указанной выше, при пленочном смесеобразовании камеру сгорания выполняют тарелкообразной (рис. 6.6б). Струя топлива из форсунки, ввиду малого расстояния, достигает дна камеры и оседает в виде пленки.

Рис. 6.7. Неразделенные камеры сгорания для комбинированного смесеобразованияКамеры сгорания ЦНИДИ (Центральный научно-исследовательский дизельный институт) относят к комбинированным камерам с объемно-пленочным смесеобразованием. Камера сгорания выполняется в поршне, имеет форму усеченного конуса с основанием меньшего диаметра у входной горловины, диаметр которой составляет 0.35–0.37 диаметра цилиндра, и со скругленными стенками у нижнего основания (рис. 6.7).

Струи топлива попадают на стенку под острым углом и совершают сравнительно малый путь. На конической поверхности камеры оседает примерно 50% топлива.

Основное достоинство камер сгорания с непосредственным впрыском по сравнению с камерами других разновидностей заключается в следующем.

1. Простая и компактная форма камеры сгорания обеспечивает меньшие тепловые потери в процессе сгорания и более высокий эффективный КПД.

2. Менее интенсивное охлаждение воздуха в период сжатия (компактность камеры и сравнительно небольшое вихревое движение воздуха) создает условия для облегчения пуска. Время для пуска двигателя с непосредственным впрыском в 1.8–3.6 раза меньше, чем для пуска двигателей с другими камерами сгорания.

3. Конструкция головки цилиндра упрощается.

Недостатки камер сгорания с непосредственным впрыском состоят в следующем.

1. Смесеобразование происходит при больших давлениях впрыска (до 30 МПа). Это повышает требования к топливоподающей аппаратуре.

2. Процесс сгорания характеризуется значительными давлениями. Скорость нарастания давления при этом высокая. В связи с увеличением нагрузки на кривошипно-шатунный механизм приходится увеличивать запас прочности узлов двигателя.

3. Малые сопловые отверстия распылителя форсунки (0.1–0.25 мм) требуют точного исполнения и при недостаточно очищенном топливе могут засоряться. Поэтому топливо должно очищаться с большой тщательностью. Незначительные отклонения в качестве топлива от нормы ухудшают работу двигателя.

Предкамеры. Предкамерные дизельные двигатели имеют камеру сгорания, разделенную на две части (рис. 6.8). Основная камера размещается непосредственно над поршнем. Ее объем составляет 0.75–0.60отвсего объема камеры сгорания. Предкамера выполняется в головке цилиндра. Она занимает по объему 0.25–0.40 всего объема камеры. Предкамера соединяется с основной камерой одним или несколькими каналами.

Рис. 6.8. ПредкамераСмесеобразование у предкамерного двигателя протекает в такой последовательности. При сжатии часть сжатого воздуха поступает из цилиндра в предкамеру. В конце такта сжатия в предкамеру через форсунку впрыскивается топливо под давлением 8–12.5 МПа. Распыленное топливо, попадая в среду сжатого воздуха предкамеры, самовоспламеняется.

При этом сгорает от 20 до 30% впрыскиваемого топлива, что соответствует количеству кислорода воздуха, содержащегося в предкамере.

При сгорании части топлива температура и давление в предкамере повышаются. Горящие газы и несгоревшее топливо устремляются из предкамеры в основную камеру. Здесь сгорание топлива продолжается и заканчивается в процессе расширения.

В предкамерных двигателях интенсивное смесеобразование достигается главным образом за счет энергии топлива, частично сгоревшего в предкамере. Эта энергия вызывает перепад давления между предкамерой и основной камерой (обычно 1.5 МПа), что создает условия для интенсивного смесеобразования и более тонкого распыления топлива, предварительно распыленного в предкамере.

Смесеобразованию способствует образование вихревых движений воздуха при перемещении его в процессе сжатия из основной камеры в предкамеру. Форсунка таких двигателей обычно выполняется с одним отверстием.

Вихревые камеры. Двигатели с вихревыми камерами, как и предкамерные двигатели, имеют камеру, разделенную на две части (рис. 6.9). Основная камера расположена непосредственно над поршнем и имеет сравнительно небольшой объем. Вихревая камера выполнена в головке цилиндра, имеет обтекаемую форму (шара или сплющенного шара) и охлаждается водой. Ее объем составляет от 50 до 75% всего объема камеры сгорания. Такой объем позволяет вовлечь в вихревое движение большое количество воздуха. Вихревая камера сообщается с основной посредством горловины.

Рис. 6.9. Вихревая камераВ период сжатия воздух вытесняется из основной камеры в вихревую. Взаиморасположение камер способствует смесеобразованию. Топливо впрыскивается форсункой в вихревую камеру. Здесь струя топлива увлекается воздушным потоком, интенсивно перемешивается с ним, самовоспламеняется и частично сгорает.

В период сгорания в вихревой камере резко повышается давление. При этом продукты сгорания и несгоревшая часть топлива устремляются в основную камеру. Здесь процесс сгорания продолжается, заканчиваясь при расширении.

В двигателях с вихревыми камерами для смесеобразования используются главным образом вихревые потоки воздуха, создаваемые в процессе сжатия в вихревой камере. Перепад давлений между камерами сравнительно небольшой (обычно 0.6 МПа). Форсунки у таких двигателей применяются обычно с одним отверстием. Давление начала подачи составляет 8–10 МПа.

В дизельных двигателях с разделенными камерами сгорания достигается бездымная работа при малых значениях коэффициента избытка воздуха. Значительно снижаются требования к качеству распыливания топлива, и применяются форсунки закрытого типа с одним сопловым отверстием большого диаметра (1–2 мм). Давление впрыска топлива составляет 12–15 МПа, и обеспечивается мягкая работа двигателя. Эти дизельные двигатели являются наиболее быстроходными из всех дизелей.

Основные недостатки раздельных камер сгорания:

  • низкие пусковые свойства в связи с интенсивным отводом тепла;
  • высокий удельный расход топлива, большие потери тепла и значительные затраты энергии на перетекание газов из одной полости камеры сгорания в другую;
  • сложная конструкция камеры сгорания и повышенные тепловые напряжения отдельных деталей.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Как то на паре, один преподаватель сказал, когда лекция заканчивалась – это был конец пары: "Что-то тут концом пахнет". 8528 – | 8115 – или читать все.

Какие бывают камеры сгорания дизельных двигателей?

🛠 Автосервис в Минске » Блог » Какие бывают камеры сгорания дизельных двигателей?

На качество смесеобразования, как правило, влияют 3 основных фактора – метод впрыска, степень сжатия топливной смеси и геометрическая форма камеры сгорания. А от равномерности распределения смеси внутри камеры зависит мощность «дизеля» и то, как громко он работает. Дизельные двигатели бывают с разделенной и неразделенной камерой сгорания.

На легковом транспорте, как правило, применяются моторы небольших объемов и, соответственно, с разделенной камерой. В таком виде камер сгорания топливо впрыскивается в дополнительную полость в головке блока цилиндров. В таком случае смесеобразование может осуществляться 2-мя способами – вихрекамерным и форкамерным (предкамерным).

Во время этих двух процессов сгорания, ДТ подается в предварительную камеру, после чего смешивается с кислородом и воспламеняется. Когда камера имеет сферическую форму, воздух там закручивается подобно вихрю, из чего и пошло название. Форкамерная же конструкция предполагает наличие специальных каналов, по которым проходит смесь. Это придает ее составу большей однородности.

В обоих типах разделенных камер сгорание топлива происходит «в 2 шага», что значительно снижает нагрузку на поршня. Но ввиду дополнительных расходов на перекачивание топливной смеси по камерам снижаются пусковые качества, и увеличивается потребление двигателем дизтоплива.

Различия этих двух методов заключаются в том, что в предкамерном процессе смесь приобретает однородность при перекачивании, а значит уже после воспламенения, а в вихрекамерном – смесь перемешивается до однородного состава за счет вихря до воспламенения.

Дизельные двигатели с камерой сгорания неразделенной имеют непосредственную систему впрыска, что, естественно, делает их наиболее экономичными по сравнению с другими конструкциями движков. Но для таких моторов характерна повышенная вибрация и чрезмерная шумность, особенно при разгоне. А все это из-за того, что частота вращения коленвала довольно большая, а система впрыска – прямая.

Добавить комментарий

Неразделенные камеры сгорания

На рис. 108, а показана неразделенная 1 (однополостная) камера сгорания четырехтактного дизеля ЯМЗ. Большая часть объема камеры сгорания 3 сосредоточена в полости, расположенной в ггорпше. Диаметр горловины камеры dKменьше диаметра цилиндра D(-jj — = 0,615), поэтому при движении поршня к в. м. т.

в процессе сжатия заряд перетекает в камеру сгорания, расположенную в порвгне. Скорость перетекания возрастает по мере приближения порпшя к в. м. т. и наибольшего значения она достигает примерно за 10—15е до в. м. т.

Большаячастьвпрыснутоготопливаиспаряетсявобъеме камеры сгорания. При значительных нагрузках и связанных с этим больвшх цикловых подачах топлива часть его достигает днища порвк-ня, растекается по его поверхности в виде тон-чайвгей пленки и испаряется. Испарившееся в объеме и с поверхности камеры сгорания топливо подхватывается движущимся воздухом, интенсивно перемешивается с ним и сгорает.

Днище порпшя имеет форму, соответствующую конусам струй топлива, впрыскиваемого через сопловые отверстия. Такая камера сгорания применяется в двухтактном дизеле ЯАЗ-М204А и в четырехтактном дизеле Д-12А.

Для обеспечения хоровтего протекания процесса смесеобразования и сгорания в дизелях, имеющих камеры сгорания указанных вывге типов, необходимо создание направленного движения воздувшого заряда. Скорость этого движения должна быть выбрана с учетом числа сопловых отверстий распылителя форсунки. В камере сгорания четырехтактного дизеля ЯМЗ и в других, имеющих аналогичную конструкцию, направленное движение воздуха обусловливается прежде всего формой впускного канала (см. рис. 49). Возникающее при впуске круговое вращение воздуха не только сохраняется при сжатии, но и усиливается при нем вследствие перетекания воздуха из объема над вытеснителем в основную камеру сгорания.

В некоторых конструкциях четырехтактных дизелей для образования вихревого движения воздуха устанавливают на впускном клапане экран 1 (рис. 109, а), направляющую пластинку между седлом впускного клапана и головкой цилиндров или изготовляют впускные каналы с местными сужениями или винтовой формы.

В двухтактном двигателе ЯАЗ-М204А воздух в цилиндр поступает через круговые продувочные окна (рис. 109, б), оси которых расположены под углом 30° к радиусам цилиндра; при таком расположении окон воздух имеет вращательное движение в процессе сжатия и в период впрыска топлива.

В автомобильных дизелях применяют также и другие схемы неразделенных камер сгорания.

Дизели с неразделенной камерой сгорания имеют высокую экономичность и хорошиепусковыекачества.К недостаткам этих камер сгорания следует отнести повъпиеннуго жесткость процесса сгорания вследствие увеличенного по сравнению с другими камерами сгорания периода задержки воспламенения, во время которого испаряется большое количествотоплива.

Камеры сгорания дизельных двигателей

Для хорошего смесеобразования одновременно необходимо правильно сочетать распыливание топлива и движение воздуха в камере сгорания. Это позволит улучшить распределение топлива в камере и осуществить процесс сгорания при наименьшем количестве воздуха.

Форма камеры сгорания должна:

· соответствовать направлению и дальнобойности струи впрыскиваемого топлива;

· обеспечивать организованное движение потока воздуха, интенсивное перемешивание топлива и воздуха, полное сгорание топлива в короткий период при наименьшем количестве воздуха;

· плавное нарастание давления в цилиндре, умеренное максимальное давление при сгорании и минимальные тепловые потери;

· создавать условия для облегченного запуска двигателя.

По конструкции дизельные двигатели разделяются на две основные категории: с неразделенными и разделенными камерами сгорания. Неразделенные камеры имеют только одно отделение, в котором происходит и смесеобразование, и сгорание топлива. Разделенные камеры разделены на две части: основную и дополнительную, соединены между собой горловиной. При этом топливо впрыскивается в дополнительную камеру.

По способу различают объемное, пленочное и комбинированное смесеобразование.

При объемном смесеобразовании топливо распыливается в объеме камеры сгорания и лишь небольшая часть его попадает в пристеночный слой. Объемное смесеобразование осуществляется в неразделенных камерах сгорания.

Пленочное смесеобразование применяется в ряде конструкций камер сгорания, когда почти все топливо направляется в пристеночную зону. В центральную часть камеры сгорания попадает приблизительно 5–10% впрыскиваемого форсункой топлива. Остальная часть топлива распределяется на стенках камеры сгорания в виде тонкой пленки (10–15 мкм). Первоначально воспламеняется часть топлива, попавшая в центральную часть камеры сгорания, где обычно отсутствует движение заряда и устанавливается наиболее высокая температура. В дальнейшем, по мере испарения и смешения с воздухом, горение распространяется на основную часть топлива, направленную в пристеночный слой. При пленочном смесеобразовании требуется менее тонкое распыливание топлива. Применяют форсунки с одним сопловым отверстием. Давление впрыска топлива не превышает 17–20 МПа. Пленочное смесеобразование по сравнению с объемным обеспечивает лучшие экономические показатели двигателя, упрощает конструкцию топливной аппаратуры. Основным недостатком являются низкие пусковые свойства двигателя при низких температурах в связи с малым количеством топлива, участвующего в первоначальном сгорании. Этот недостаток устраняют путем подогрева воздуха на впуске или за счет увеличения количества топлива, участвующего в образовании начального очага сгорания.



Комбинированное смесеобразование получается при меньших диаметрах камеры сгорания, когда часть топлива достигает ее стенки и концентрируется в пристеночном слое. Другая часть капель топлива располагается во внутреннем объеме заряда. На поверхности камеры оседает примерно 50% топлива. При впуске в камере не создается вращательного движения заряда. Заряд приводится в движение при вытеснении его из надпоршневого пространства в камеру сгорания, и создается вихрь. Скорость движения заряда достигает 40–45 м/с. Отличительной особенностью от пленочного смесеобразования является встречное движение струй топлива и заряда, вытесняемого из надпоршневого пространства, что способствует увеличению количества топлива, взвешенного в объеме камеры сгорания, и сближает процесс с объемным смесеобразованием. Форсунки применяют с распылителями, имеющими 3–5 сопловых отверстий.

Камеры сгорания с непосредственным впрыском. В дизельных двигателях с такими камерами топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания форсункой с рабочим давлением 15–30 МПа, имеющей многодырчатые распылители (5–7 отверстий) с малым диаметром сопловых каналов (0.15–0.32 мм). Столь высокие давления впрыска применяются ввиду того, что в данном случае распыливание топлива и перемешивание его с воздухом достигается главным образом за счет кинетической энергии, сообщаемой топливу при впрыске. Для равномерного распределения топлива в камере форсунки таких двигателей часто выполняют с несколькими отверстиями.

На рис. 6.4 показаны камеры сгорания двигателей с непосредственным впрыском, обеспечивающие объемное смесеобразование.

а б

Рис. 6.4. Неразделенные камеры сгорания для объемного смесеобразования:

а – полусферическая, б – тороидальная

Рис. 6.5. Использование завихрителей Для улучшения смесеобразования здесь предусмотрено вихревое движение воздуха вокруг оси цилиндра за счет завихрителей, установленных во впускном коллекторе (рис. 6.5). Камера сгорания с непосредственным впрыском при пленочном смесеобразовании располагается соосно с цилиндром. Смещенная форсунка направляет струю топлива под острым углом на стенку камеры сгорания, имеющей сферическую форму (рис. 6.6а). Заряд приводится в интенсивное вращательное движение (тангенциальная скорость движения заряда достигает 50–60 м/с), и топливные капли распространяются на стенке камеры сгорания.

а б

Рис. 6.6. Неразделенные камеры сгорания для пленочного смесеобразования:

а – типа дизелей МАН, б – типа “Гессельман”

Кроме указанной выше, при пленочном смесеобразовании камеру сгорания выполняют тарелкообразной (рис. 6.6б). Струя топлива из форсунки, ввиду малого расстояния, достигает дна камеры и оседает в виде пленки.

Рис. 6.7. Неразделенные камеры сгорания для комбинированного смесеобразования Камеры сгорания ЦНИДИ (Центральный научно-исследовательский дизельный институт) относят к комбинированным камерам с объемно-пленочным смесеобразованием. Камера сгорания выполняется в поршне, имеет форму усеченного конуса с основанием меньшего диаметра у входной горловины, диаметр которой составляет 0.35–0.37 диаметра цилиндра, и со скругленными стенками у нижнего основания (рис. 6.7).

Струи топлива попадают на стенку под острым углом и совершают сравнительно малый путь. На конической поверхности камеры оседает примерно 50% топлива.

Основное достоинство камер сгорания с непосредственным впрыском по сравнению с камерами других разновидностей заключается в следующем.

1. Простая и компактная форма камеры сгорания обеспечивает меньшие тепловые потери в процессе сгорания и более высокий эффективный КПД.

2. Менее интенсивное охлаждение воздуха в период сжатия (компактность камеры и сравнительно небольшое вихревое движение воздуха) создает условия для облегчения пуска. Время для пуска двигателя с непосредственным впрыском в 1.8–3.6 раза меньше, чем для пуска двигателей с другими камерами сгорания.

3. Конструкция головки цилиндра упрощается.

Недостатки камер сгорания с непосредственным впрыском состоят в следующем.

1. Смесеобразование происходит при больших давлениях впрыска (до 30 МПа). Это повышает требования к топливоподающей аппаратуре.

2. Процесс сгорания характеризуется значительными давлениями. Скорость нарастания давления при этом высокая. В связи с увеличением нагрузки на кривошипно-шатунный механизм приходится увеличивать запас прочности узлов двигателя.

3. Малые сопловые отверстия распылителя форсунки (0.1–0.25 мм) требуют точного исполнения и при недостаточно очищенном топливе могут засоряться. Поэтому топливо должно очищаться с большой тщательностью. Незначительные отклонения в качестве топлива от нормы ухудшают работу двигателя.

Предкамеры. Предкамерные дизельные двигатели имеют камеру сгорания, разделенную на две части (рис. 6.8). Основная камера размещается непосредственно над поршнем. Ее объем составляет 0.75–0.60отвсего объема камеры сгорания. Предкамера выполняется в головке цилиндра. Она занимает по объему 0.25–0.40 всего объема камеры. Предкамера соединяется с основной камерой одним или несколькими каналами.

Рис. 6.8. Предкамера Смесеобразование у предкамерного двигателя протекает в такой последовательности. При сжатии часть сжатого воздуха поступает из цилиндра в предкамеру. В конце такта сжатия в предкамеру через форсунку впрыскивается топливо под давлением 8–12.5 МПа. Распыленное топливо, попадая в среду сжатого воздуха предкамеры, самовоспламеняется.

При этом сгорает от 20 до 30% впрыскиваемого топлива, что соответствует количеству кислорода воздуха, содержащегося в предкамере.

При сгорании части топлива температура и давление в предкамере повышаются. Горящие газы и несгоревшее топливо устремляются из предкамеры в основную камеру. Здесь сгорание топлива продолжается и заканчивается в процессе расширения.

В предкамерных двигателях интенсивное смесеобразование достигается главным образом за счет энергии топлива, частично сгоревшего в предкамере. Эта энергия вызывает перепад давления между предкамерой и основной камерой (обычно 1.5 МПа), что создает условия для интенсивного смесеобразования и более тонкого распыления топлива, предварительно распыленного в предкамере.

Смесеобразованию способствует образование вихревых движений воздуха при перемещении его в процессе сжатия из основной камеры в предкамеру. Форсунка таких двигателей обычно выполняется с одним отверстием.

Вихревые камеры. Двигатели с вихревыми камерами, как и предкамерные двигатели, имеют камеру, разделенную на две части (рис. 6.9). Основная камера расположена непосредственно над поршнем и имеет сравнительно небольшой объем. Вихревая камера выполнена в головке цилиндра, имеет обтекаемую форму (шара или сплющенного шара) и охлаждается водой. Ее объем составляет от 50 до 75% всего объема камеры сгорания. Такой объем позволяет вовлечь в вихревое движение большое количество воздуха. Вихревая камера сообщается с основной посредством горловины.

Рис. 6.9. Вихревая камера В период сжатия воздух вытесняется из основной камеры в вихревую. Взаиморасположение камер способствует смесеобразованию. Топливо впрыскивается форсункой в вихревую камеру. Здесь струя топлива увлекается воздушным потоком, интенсивно перемешивается с ним, самовоспламеняется и частично сгорает.

В период сгорания в вихревой камере резко повышается давление. При этом продукты сгорания и несгоревшая часть топлива устремляются в основную камеру. Здесь процесс сгорания продолжается, заканчиваясь при расширении.

В двигателях с вихревыми камерами для смесеобразования используются главным образом вихревые потоки воздуха, создаваемые в процессе сжатия в вихревой камере. Перепад давлений между камерами сравнительно небольшой (обычно 0.6 МПа). Форсунки у таких двигателей применяются обычно с одним отверстием. Давление начала подачи составляет 8–10 МПа.

В дизельных двигателях с разделенными камерами сгорания достигается бездымная работа при малых значениях коэффициента избытка воздуха. Значительно снижаются требования к качеству распыливания топлива, и применяются форсунки закрытого типа с одним сопловым отверстием большого диаметра (1–2 мм). Давление впрыска топлива составляет 12–15 МПа, и обеспечивается мягкая работа двигателя. Эти дизельные двигатели являются наиболее быстроходными из всех дизелей.

Основные недостатки раздельных камер сгорания:

· низкие пусковые свойства в связи с интенсивным отводом тепла;

· высокий удельный расход топлива, большие потери тепла и значительные затраты энергии на перетекание газов из одной полости камеры сгорания в другую;

· сложная конструкция камеры сгорания и повышенные тепловые напряжения отдельных деталей.


Неразделенные камеры сгорания - презентация онлайн

1. Неразделенные камеры сгорания

2. Предкамерное смесеобразование

• Камера сгорания дизеля с
предкамерным
смесеобразованием
разделена на основную часть,
расположенную
над
поршнем, и дополнительную
2, называемую предкамерой.
Объем
предкамеоы
составляет 25… 35 % общего
объема сгорания Vc.. В
камере
сгорания
используется однодырчатая
(обычно
штифтовая)
форсунка, обеспечивающая
впрыскивание топлива в
направлении соединительных
каналов 3.
Конструкция предкамеры (форкамеры)
В предкамерных дизелях для смесеобразования
используется
предкамеры
энергия
вследствие
газа,
перетекающего
предварительного
из
сгорания
части топлива в ее объеме.
Использование для смесеобразования газового потока
позволяет получить хорошее перемешивание топлива с
воздухом при сравнительно «грубом» распыливании
топлива форсункой. Поэтому в предкамерных дизелях
применяются низкие давления впрыскивания, не превышающие
10…15
МПа,
а
коэффициент
избытка
воздуха на режиме максимальной нагрузки составляет
1,3…1,4.
Разделенные камеры сгорания
1 - форсунка; 2 - пусковая свеча накаливания;
вихревой камеры.
3 - утеплительная вставка

6. К числу двигателей с предкамерным смесеобразованием относятся: -тракторные двигатели устаревшей конструкции КДМ-100; Д-16; -двигатели зарубе

К числу двигателей с предкамерным
смесеобразованием относятся:
-тракторные двигатели устаревшей конструкции
КДМ-100; Д-16;
-двигатели зарубежных фирм «Мерседес-Бенц»,
«Даймлер-Бенц», «Катерпиллер», «Фиат» и др.

8. Вихрекамерное смесеобразование

Вихревая камера сгорания
представляет собой шаровое или
цилиндрическое пространство,
соединенное с пространством цилиндра тангенциальным каналом.
Объем вихревой камеры сгорания 2
составляет примерно 60…80 %
общего объема сжатия Vc,
При
поступлении
воздуха
из
цилиндра в вихревую камеру во
время
такта
сжатия
воздух
интенсивно завихряется. Воздушный
вихрь, непрерывно воздействуя на
формирующийся топливный факел,
способствует
лучшему
распыливанию топлива и смешению
его с воздухом.

9. Конструкция вихревой камеры

1 - форсунка; 2 - пусковая свеча накаливания;
вихревой камеры.
3 - утеплительная вставка
К числу двигателей с вихрекамерным
смесеобразованием относятся тракторные
дизели СМД, Д-50, Д-54 и Д-75,
автомобильные дизели «Перкинс»,
«Ровер» (Великобритания).

11. Характеристика камер сгорания

Камера сгорания
Неразделен
Неразделенная
-ная
Тип
смесеобразования
объемное
объемнопленочное
? min
ре- МН/м2
1.3…1,5
0,7…0,8
1.2…1,3
0,7…0,8
g emin -г/квт ч
226,7
224,5
g emax -г/квт ч
255,3
252,4
рz - МН/м2
7…10
7…8
рф - МН/м2
20…150
15…30
р
МН / м 2 грд.
0,4…1,2
0,3…0,8
1
nмах мин
2000
3000
Неразделен- Р
Разделенная
ная
а
предкамера
з
д
Пленочное - Предкам Вихрекам
1,15…1,2 1
1,2…1,25
0,7…0,8 ,0 0,65…0,75
,
220,8 2
262,2
5
2
241,5 8
303,6
9
6
6…7 …
5…6
7
1
14…20 2
8…13
.0
0,25…0,4 ,
0,2…0,35
2
4
3500 0 4000…4500
0

14. Камеры сгорания бензиновых двигателей

Камера сгорания - обзор

4.5 Камеры сгорания

В камере сгорания газовой турбины добавляется энергия, приводящая в движение всю систему. Камера сгорания современной турбины обычно состоит из цилиндра со вторым меньшим цилиндром, который называется гильзой внутри него. Топливо-воздушная смесь проходит в горловину гильзы, и дополнительный воздух может проходить вокруг нее, между гильзой и внешним цилиндром, чтобы поддерживать гильзу в прохладном состоянии. Затем этот воздух вводится через отверстия и прорези вдоль гильзы.

В большинстве современных камер сгорания газовых турбин воздух предварительно смешивается с топливом перед его впрыском в камеру сгорания через набор сопел. Форма и направление сопел и перегородок в камере сгорания тщательно продуманы для обеспечения как равномерного перемешивания, так и стабильного пламени в камере сгорания. Топливно-воздушная смесь воспламеняется в зоне горения, выделяя энергию в виде тепла. Температура в пламени зоны горения может достигать более 1900 ° C, что намного выше, чем может выдержать большинство материалов.Чтобы контролировать это, часть воздуха из компрессора может использоваться для охлаждения стенок гильзы камеры сгорания. Это также разбавит очень горячие дымовые газы, чтобы снизить их температуру.

Необходимо тщательно контролировать поток воздуха через все части камеры сгорания, чтобы избежать нестабильности пламени и турбулентности, которые могут привести к потере энергии. Цель состоит в том, чтобы обеспечить плавный поток воздуха, даже если добавление тепловой энергии повысит его температуру и общее давление.

Добавление воздуха в камеру сгорания также тщательно контролируется, чтобы контролировать образование NO x во время процесса сгорания. Высокие температуры в зоне горения приведут к быстрому образованию оксидов азота в результате реакции между кислородом и азотом из воздуха. Это можно контролировать, поддерживая восстановительные условия. Сохраняя количество кислорода на низком уровне по сравнению с количеством, необходимым для сжигания всего топлива, можно свести к минимуму производство NO x .При этом типе ступенчатого горения дополнительный воздух вводится в последние ступени зоны горения, чтобы позволить реакции горения продолжаться до завершения. Однако многие современные камеры сгорания полагаются на тщательное смешивание топлива и воздуха в стехиометрических пропорциях до того, как смесь попадет в камеру сгорания, чтобы контролировать производство NO x .

После завершения процесса сгорания горячие газы проходят в последнюю ступень камеры сгорания, которая называется переходной частью.Это сужающийся канал, который преобразует статическое давление в динамическое, увеличивая скорость горячих газов перед их подачей в секцию турбины.

Тип и количество камер сгорания в газовой турбине будет варьироваться от производителя к производителю и от турбины к турбине. Многие более крупные конструкции турбин используют набор кольцевых камер сгорания, которые окружают вал турбины между компрессором и турбиной. Другие забирают воздух из компрессора вне корпуса турбины в одну или несколько камер сгорания, а затем возвращают газы в турбину.

По крайней мере, один производитель тяжелых промышленных газовых турбин также использует несколько комплектов газовых турбин и камер сгорания. Эта конструкция разделяет турбинную часть газовой турбины на две части. Горячий воздух из первого набора камер сгорания поступает в первую секцию турбины, где энергия отбирается лопатками турбины, затем воздух входит во вторую группу камер сгорания, где сжигается больше топлива и больше энергии добавляется перед подачей во вторую секцию турбины. . Этот тип конструкции, называемый турбиной с повторным нагревом, часто используется в больших паровых турбинах для выработки электроэнергии, но гораздо реже в газовых турбинах.

Камеры сгорания для дизельных двигателей

Форма камеры сгорания помогает определить качество сгорания и, следовательно, рабочие характеристики и характеристики выхлопа дизельного двигателя. Соответствующая конструкция камеры сгорания в сочетании с действием поршня создает эффекты завихрения, сжатия и турбулентности, которые используются для улучшения распределения топлива и воздуха внутри камеры сгорания.

В дизельных двигателях используются следующие технологии:

  • Неразделенная камера сгорания для двигателей с прямым впрыском (DI)
  • Разделенная камера сгорания для двигателей с косвенным впрыском (IDI)

Между этими двумя преимущественно используется неразделенная камера сгорания в транспортных средств за счет большей экономии топлива и меньшего шума и вибрации по сравнению с раздельными.

Неразделенная камера сгорания (DI):

Процесс прямого впрыска включает впрыск топлива непосредственно в камеру сгорания. Камера сгорания также зависит от формы днища поршня. Распыление топлива, нагревание, испарение и смешивание с воздухом должны происходить в быстром порядке.

Во время тактов впуска и сжатия особая форма впускного канала в головке блока цилиндров создает воздушный вихрь внутри камеры. Из конструкций камеры сгорания в настоящее время наиболее широко используется выемка в днище поршня мощностью Вт.


Конструкция камеры сгорания также должна обеспечивать равномерное распределение топлива внутри камеры, чтобы могло происходить быстрое смешивание воздуха и топлива. В процессе прямого впрыска используется форсунка с несколькими отверстиями для лучшего распыления топлива. Давление, необходимое для прямого впрыска, довольно высокое и составляет 2200 бар.

На практике существует два типа прямого впрыска:

  • Системы, в которых образование смеси происходит за счет специально созданных эффектов воздушного потока
  • Системы, которые контролируют образование смеси практически посредством впрыска топлива и в значительной степени избегают любого вида воздуха. эффекты потока

В последнем случае не тратятся усилия на создание турбулентности воздуха, что способствует более эффективному наполнению цилиндров и меньшим потерям при замене газа.Однако это требует лучшего позиционирования форсунки, большего количества форсунок и более высокой интенсивности давления впрыска для обеспечения эффективной топливовоздушной смеси.

Камера прямого сгорания:

Как уже упоминалось, двигатели с непрямым впрыском намного менее экономичны и шумны, а также имеют более высокие выбросы выхлопных газов по сравнению с двигателями с технологией прямого впрыска. Как следствие, камеры прямого сгорания используются редко.

Существует два типа процессов с технологией прямого сгорания:

  • Система камеры предварительного сгорания
  • Система вихревой камеры

Система камеры предварительного сгорания:

В системе предварительной камеры топливо впрыскивается в горячая форкамера, утопленная в головку блока цилиндров.Форкамеры намного меньше по размеру по сравнению с основной камерой сгорания. Топливо впрыскивается через игольчатую форсунку (1) при относительно более низком давлении до 450 бар. Чтобы обеспечить беспристрастное сгорание топлива, в камеру предварительного сгорания подается лишь небольшое количество воздуха. Перегородка специальной формы (3) расположена в центре камеры предварительного сгорания. Впрыскиваемое топливо ударяется о перегородку и тщательно смешивается с воздухом.


Частично сгоревшая топливно-воздушная смесь направляется в основную камеру сгорания через соединительный канал (4), где она смешивается с имеющимся воздухом и быстро сгорает.Отношение объема камеры предварительного сгорания к объему основной камеры сгорания составляет прибл. 1: 2.

Свеча накаливания (5) расположена с подветренной стороны воздушного потока. Контролируемый период пост-накала до 1 минуты после холодного пуска может помочь улучшить характеристики выхлопных газов и снизить шум двигателя в период прогрева.

Система вихревой камеры:

В этом процессе горение инициируется в отдельной камере (вихревой камере), имеющей прибл. 60% объема сжатия.Сферическая и дисковая вихревая камера соединена соединительным каналом с основной камерой сгорания под определенным углом.


Во время такта сжатия воздух, поступающий через соединительный канал, совершает вихревое движение. Затем впрыскивается топливо, так что завихрение воздуха проникает перпендикулярно его оси и встречается с горячим участком стенки камеры на противоположной стороне камеры.

Как только начинается горение, топливовоздушная смесь под давлением подается в основную камеру сгорания, где она смешивается с оставшимся воздухом.Поскольку поперечное сечение соединительного канала между вихревой камерой и основной камерой сгорания больше, чем у камеры предварительного сгорания, потери газового потока относительно ниже в конструкции вихревой камеры. Это помогает повысить внутреннюю эффективность и снизить расход топлива. Однако шум сгорания выше в конструкции вихревой камеры.

Секция горения - Общая информация

Секция горения - Общая информация

Секция сгорания содержит камеры сгорания, запальные свечи и топливную форсунку. или топливные форсунки.Он предназначен для сжигания топливовоздушной смеси и доставки сгоревших газы в турбину с температурой, не превышающей допустимый предел на турбине вход. Теоретически компрессор подает 100% воздуха по объему в компрессор. камера сгорания. Однако в топливно-воздушной смеси соотношение воздуха составляет 15 частей на 1 часть. топливо по весу. Примерно 25 процентов этого воздуха используется для достижения желаемого соотношение топлива и воздуха. Остальные 75 процентов используются для создания воздушной подушки вокруг горящего. газов и разбавить температуру, которая может достигать 3500 F, примерно на одна половина.Это гарантирует, что секция турбины не будет разрушена чрезмерным нагревом.

Воздух, используемый для горения, известен как первичный воздух; то, что используется для шнура, вторично воздух. Вторичный воздух контролируется и направляется через отверстия и жалюзи в камере сгорания. лайнер камеры. Свечи запальника работают только при запуске; они отключаются вручную или автоматически. Горение непрерывное и автономное. После остановки двигателя или не запускается, клапан с приводом под давлением автоматически сливает все несгоревшие топливо из камеры сгорания.Наиболее распространенным типом, используемым в армейских газотурбинных двигателях, является наружного кольцевого обратного типа.

Основная функция секции сгорания, конечно же, сжигать топливо-воздух. смесь, тем самым добавляя тепловую энергию к воздуху. Чтобы сделать это эффективно, сгорание палата должна -

  • Обеспечьте средства для смешивания топлива и воздуха для обеспечения хорошего сгорания.
  • Сжечь эту смесь эффективно.
  • Охладите горячие продукты сгорания до температуры, которую могут лопатки турбины. выдерживают в условиях эксплуатации.
  • Подача горячих газов в турбинную часть.

Расположение секции сгорания непосредственно между компрессором и турбиной. разделы. Камеры сгорания всегда располагаются соосно с компрессором и турбина, независимо от типа, поскольку камеры должны находиться в проточном положении, чтобы функционировать эффективно.

Все камеры сгорания содержат одинаковые основные элементы:

  • А кожух
  • Перфорированный внутренний вкладыш.
  • Система впрыска топлива.
  • Некоторые средства для первоначального зажигания.
  • Система слива топлива для слива несгоревшего топлива после остановки двигателя.

В настоящее время существует три основных типа камер сгорания, различающиеся только деталями:

  • Многокамерный или баночного типа.
  • Кольцевого или корзиночного типа.
  • Баночно-кольцевого типа.
Камера сгорания консервного типа

Камера сгорания баночного типа типична для центробежных и осевые двигатели (рисунок 1).Он особенно хорошо подходит для двигатель центробежного компрессора, так как воздух, выходящий из компрессора, уже разделен на равные части при выходе из лопаток диффузора. В таком случае легко провести воздуховод воздух из диффузора в соответствующие камеры сгорания, расположенные радиально вокруг ось двигателя. Количество камер будет разным; в прошлом всего 2 и как было использовано до 16 камер. Текущая тенденция - около 8 или 10 сжиганий. камеры.На рисунке 1 показано расположение баночного типа. камеры сгорания. На двигателях американского производства эти камеры пронумерованы по часовой стрелке. направлением к задней части двигателя с камерой № 1 вверху.

Рисунок 1

Каждая камера сгорания баночного типа состоит из внешнего кожуха или корпуса с перфорированной футеровка камеры сгорания или внутренняя футеровка из нержавеющей стали (высокотемпературной) (Фигура 2).Внешний корпус разделен для облегчения замены вкладыша. Более крупная секция или корпус камеры окружает футеровку на выходе; Меньшая камера крышка закрывает передний или входной конец лайнера.

Рисунок 2

Соединительные (распространяющие пламя) трубы области необходимой части горения баллонного типа камеры. Поскольку каждая банка представляет собой отдельную горелку, работающую независимо от других, существует Должен быть какой-то способ распространения горения во время начального запуска.Готово соединяя между собой все камеры. Пламя зажигается свечей запальника в две нижние камеры; проходит по трубкам и воспламеняет горючую смесь в соседней камере. Это продолжается до тех пор, пока не будут гореть все камеры. Жаровые трубы будут различаться в деталях конструкции от одного двигателя к другому, хотя основные компоненты практически идентичны.

Соединительные трубки показаны на рис. 2. Имейте в виду, что что камеры должны быть соединены не только внешней трубкой (в данном случае наконечник), но внутри внешней должна быть и немного более длинная трубка, чтобы соединить футеровки камеры там, где находится пламя. Наружные трубы или рубашки. вокруг соединяющихся между собой жаровых труб не только обеспечивают воздушный поток между камерами, но и также выполняют изолирующую функцию вокруг горячих пламенных труб.

Искровых воспламенителей обычно бывает два. Они расположены в двух банках типа камеры сгорания.

Еще одним очень важным требованием к конструкции камер сгорания является: обеспечение средств для слива несгоревшего топлива. Этот дренаж предотвращает отложение десен в топливный коллектор, форсунки и камеры сгорания. Эти отложения вызваны остатками остается, когда топливо испаряется. Если после останова топливо накапливается, возникает опасность пожара.

Если топливо не слито, существует большая вероятность, что при следующем запуске Попытка излишка топлива в камере сгорания воспламенится и температура выхлопной трубы упадет за пределами безопасных рабочих режимов.

Вкладыши камер сгорания тарельчатого типа имеют отверстия различных размеров и форм, каждая отверстие, имеющее конкретное назначение и влияющее на распространение пламени в хвостовике. Поступление воздуха камера сгорания разделена отверстиями, жалюзи и прорезями на два основных потока: первичный и вторичный воздух.Первичный воздух (воздух для горения) направляется внутрь вкладыша на передок, где он смешивается с топливом и гудит. Вторичный (охлаждающий) воздух проходит между наружный кожух и гильза и соединяет дымовые газы через большие отверстия в направлении задняя часть гильзы, охлаждающая дымовые газы от примерно 3500 F до примерно 1500 F.

Отверстия вокруг топливного сопла в куполе или на впускном конце гильзы камеры сгорания баночного типа помощь в распылении топлива. Жалюзи также предусмотрены по осевой длине вкладыши для направления охлаждающего слоя воздуха вдоль внутренней стенки вкладыша.Этот слой воздух также имеет тенденцию контролировать структуру пламени, удерживая его в центре гильзы, предотвращение горения стенок футеровки.

Камера сгорания кольцевого или корзиночного типа

На рисунке 3 показан поток воздуха через жалюзи в двухкольцевая камера сгорания.

Рисунок 3

В корпусе камеры сгорания или в воздушном компрессоре всегда предусмотрено некоторое обеспечение. выходной патрубок для установки топливной форсунки.Топливная форсунка подает топливо в лайнер в виде свободно распыляемого спрея. Чем свободнее распыление, тем быстрее и эффективнее процесс горения. Два типа топливных форсунок в настоящее время используются в различных типах Камеры сгорания представляют собой симплексное сопло и дуплексное сопло.

Кольцевая камера сгорания состоит в основном из корпуса и гильзы, как и камера сгорания. можно напечатать. Вкладыш состоит из неразделенного круглого кожуха, проходящего по всему периметру. снаружи корпуса вала турбины.Камера может состоять из одного или нескольких корзины. Если используются две или более камеры, одна размещается вне другой в одном помещении. радиальная плоскость; отсюда и термин «двухкольцевая камера».

Свечи зажигания кольцевой камеры сгорания того же основного типа, что и в баллонных камерах сгорания, хотя детали конструкции могут отличаться. Обычно есть две заглушки, установленные на бобышке, предусмотренной на каждом из корпусов камеры. Заглушки должны быть достаточно длинный, чтобы выступать из корпуса во внешнее кольцевое пространство двойного кольцевого камера сгорания.

Камера сгорания кольцевого типа применяется во многих двигателях, рассчитанных на использование осевой компрессор. Он также используется в двигателях с компрессорами сдвоенного типа. (сочетание осевого и центробежного потока). Его использование позволяет построить двигатель малый диаметр. Вместо отдельных камер сгорания сжатый воздух введены в кольцевое пространство, образованное гильзой камеры сгорания вокруг турбины. вал. Обычно между внешней стенкой гильзы и камерой сгорания остается достаточно места. корпус камеры для обеспечения потока охлаждающего воздуха из компрессора.Топливо введено через форсунки или форсунки, подключенные к топливному коллектору. Отверстие форсунки может быть обращено до или после воздушного потока в зависимости от конструкции двигателя. Предусмотрены различные средства для подачи первичного (сжатого) воздуха вблизи форсунки или форсунок в поддерживать горение и дополнительный воздух ниже по потоку для увеличения массового расхода. Вторичный охлаждающий воздух снижает температуру газов, поступающих в турбину, до должного уровня,

Некоторые двигатели с осевым компрессором имеют одну кольцевую камеру сгорания, аналогичную той, что показано на рисунке 4.Гильза этого типа горелки состоит из сплошные круглые, внутренние и внешние кожухи снаружи привода компрессора корпус вала. Отверстия в кожухах позволяют вторичному охлаждающему воздуху попадать в центр камера сгорания. Топливо подается через ряд форсунок на входе лайнер. Из-за близости к пламени все типы футеровок горелок недолговечный по сравнению с другими компонентами двигателя; они требуют более частого осмотр и замена.

Рисунок 4

Горелки этого типа наиболее эффективно используют ограниченное пространство, позволяя лучшее смешивание топлива и воздуха в относительно простой конструкции. Оптимальное соотношение приведено отношение площади внутренней поверхности горелки к объему; это обеспечивает максимальное охлаждение газы по мере возгорания. Конструкция также предотвращает деформацию тепла. гильзу горелки на некоторых двигателях невозможно разобрать, не сняв двигатель с самолет - явный недостаток.

Новейшая система кольцевого сгорания для использования в военных целях представляет собой впрыск топлива под низким давлением. система с вихревыми завихрителями воздуха для смешивания топлива и нагнетаемого воздуха компрессора перед горение. Топливная форсунка расположена в центре завихрителя воздуха в куполе. лайнера. Топливо, выходящее из форсунок (которое было закручено), окружено концентрический воздушный вихрь. Это измельчает частицы топлива до чрезвычайно малых размеров. до того, как они достигнут зоны горения. Это создает отличное смешивание топлива с воздухом, что обеспечивает низкий уровень дыма в выхлопе.Топливная система низкого давления не имеет форсунки. отверстия и могут работать с загрязненным топливом без засорения.

Камера сгорания с бандажным кольцом

Камера сгорания кольцевого типа была разработана Pratt and Whitney для использования в осевой турбореактивный двигатель JT3. Поскольку этот двигатель оснащен раздельной шпулей. компрессора, требовалась камера сгорания, отвечающая жестким требованиям максимальной прочности и ограниченной длины плюс высокая общая эффективность.Это было необходимо из-за высокого давления и скорости воздуха в раздельно-золотниковом компрессоре вместе с ограничения по длине вала объяснены ниже.

Для раздельного компрессора требуются два концентрических вала для соединения ступеней турбины с их соответствующие компрессоры. Передний компрессор, соединенный с задними ступенями турбины, требует более длинный вал. Поскольку этот вал находится внутри другого, наложено ограничение на диаметр. Расстояние между передним компрессором и задней турбиной должно быть ограничено. если необходимо избежать критической длины вала.

Так как компрессор и турбина не подвержены значительному сокращению Необходимое ограничение длины вала пришлось преодолеть за счет разработки горелки нового типа. А была необходима конструкция, которая обеспечила бы желаемую производительность на гораздо меньшем относительном расстоянии чем было назначено ранее.

Канализационные камеры сгорания расположены радиально вокруг оси двигателя в это корпус вала ротора.Камеры сгорания заключены в съемный стальной кожух, закрывающий всю секцию горелки. Эта особенность делает горелки легко доступен для любого необходимого обслуживания.

Горелки соединены между собой выступающими жаровыми трубами. Эти трубки делают процесс запуска двигателя проще. Они функционируют идентично ранее обсуждавшимся. но отличаются конструктивными деталями.

Каждая камера сгорания содержит центральную перфорированную гильзу пулевидной формы.Размер и форма отверстий предназначена для впуска нужного количества воздуха при правильном скорость и угол. В двух нижних камерах предусмотрены вырезы для установки искры воспламенителя. Камеры сгорания поддерживаются в кормовой части выпускным каналом. зажимы. Эти зажимы крепят их к узлу сопла турбины.

Передняя поверхность каждой камеры имеет шесть отверстий, которые совпадают с шестью топливными форсунки соответствующей топливной форсунки пыльник.Эти форсунки имеют двойное отверстие. (дуплекс) типа. Для них требуется делитель потока (нагнетательный клапан), как было упомянуто выше в обсуждение камеры сгорания типа банки. Вокруг каждой форсунки находятся предварительно закрученные лопатки для придавая распыляемому топливу вращательное движение. Это приводит к лучшему горению распылением и эффективность.

Вихревые лопатки выполняют две важные функции. Они вызывают -

  • Высокая скорость пламени - обеспечивает лучшее перемешивание воздуха и топлива и обеспечивает самовозгорание.
  • Низкая скорость воздуха, вызывающая завихрение в осевом направлении, предотвращает слишком быстрое перемещение пламени в осевом направлении.

Вихревые лопатки значительно способствуют распространению пламени из-за высокой степени турбулентности в желательна ранняя стадия сгорания и охлаждения. Энергичное механическое перемешивание паров топлива с первичным воздухом необходимо; перемешивание только за счет диффузии происходит слишком медленно. Механическое перемешивание также сделано иным способом; например, размещение крупных сеток на выходе из диффузора как делается в большинстве двигателей с осевым потоком.

Камеры сгорания с кольцевым уплотнением также должны иметь клапаны слива топлива в двух или более нижние камеры. Это обеспечивает слив остаточного топлива для предотвращения его сжигания на заводе. следующий старт.

Поток воздуха через отверстия и жалюзи канально-кольцевых камер почти не превышает идентичен потоку через горелки других типов. Для завихрения используется специальная перегородка. поток воздуха для горения и придать ему турбулентность.

Требования к производительности

Требования к производительности включают -

  • Высокая эффективность сгорания.Это необходимо для дальних дистанций.
  • Стабильная работа. Горение не должно происходить от выброса при потоках воздуха от холостого хода до максимальная мощность и давление, соответствующее всему высотному диапазону самолета.
  • Низкая потеря давления. Желательно иметь как можно большее давление в выхлопное сопло для ускорения потока газов назад Высокие потери давления уменьшают тягу и увеличить удельный расход топлива.
  • Равномерное распределение температуры.Средняя температура газов, поступающих в турбину должна быть как можно ближе к пределу температуры материала горелки, чтобы получить максимальная производительность двигателя. Высокие местные температуры или горячие точки в потоке газа будут снизить допустимую среднюю температуру на входе в турбину для защиты турбины. Это будет приводит к снижению общей энергии газа и, соответственно, к уменьшению m двигателя представление.
  • Легкий запуск. Низкое давление и высокая скорость в горелке затрудняют запуск.Плохо спроектированная горелка запустится только в небольшом диапазоне скоростей света и высоты, тогда как хорошо спроектированная горелка позволит легче перезапускать воздух.
  • Маленький размер. Большая горелка требует большого кожуха двигателя с соответствующим увеличением по лобовой площади и аэродинамическому сопротивлению самолета. Это приведет к уменьшению максимальная скорость полета Чрезмерный размер горелки также приводит к большему весу двигателя и меньшему расходу топлива емкость и полезная нагрузка, а также меньшая дальность.Современные горелки выделяют в 500-1000 раз больше тепла бытовой масляной горелки или тяжелой промышленной печи равного единичного объема. Без этого высокое тепловыделение газовой турбины самолета не могло быть реализовано на практике.
  • Горелка малодымная. Дым не только раздражает людей на земле, он также может слежение за высоколетящими военными самолетами.
  • Низкое образование углерода. Углеродные отложения могут блокировать важные дыхательные пути и нарушать поток воздуха вдоль стенок футеровки, вызывающий высокие температуры металла и низкий срок службы горелки.

Все требования к горелке должны выполняться в широком диапазоне рабочих режимов. условия. Например, расход воздуха может варьироваться до 50: 1, расход топлива до 30: 1, а соотношение топливо-воздух достигает 5: 1. Давление в горелке может составлять 100: 1, в то время как температура на входе горелки может варьироваться более чем на 700 F.

Влияние рабочих переменных на производительность горелки -

  • Давление.
  • Температура воздуха на входе.
  • Соотношение топливо-воздух.
  • Скорость потока.


Обновлено: 12 января 2008 Родился 8 марта 1999 г.

Газотурбинные двигатели - Секция сгорания (Часть вторая)

Гильзы камер сгорания баночного типа имеют перфорацию различных размеров и форм, каждое отверстие имеет определенное назначение и влияет на распространение пламени внутри гильзы.[Рис. 1-52] Воздух, поступающий в камеру сгорания, разделяется соответствующими отверстиями, заслонками и прорезями на два основных потока - первичный и вторичный воздух. Первичный воздух или воздух для горения направляется внутрь гильзы на переднем конце, где он смешивается с топливом и сгорает. Вторичный или охлаждающий воздух проходит между наружным кожухом и гильзой и присоединяется к газам сгорания через большие отверстия к задней части гильзы, охлаждая газы сгорания от примерно 3500 ° F до примерно 1500 ° F. Для облегчения распыления топлива вокруг топливного сопла в куполе или на впускном конце гильзы камеры сгорания выполнены отверстия.Жалюзи также предусмотрены вдоль осевой длины вкладышей, чтобы направлять охлаждающий слой воздуха вдоль внутренней стенки вкладыша. Этот слой воздуха также имеет тенденцию контролировать структуру пламени, удерживая его в центре гильзы, тем самым предотвращая горение стенок гильзы. На рис. 1-55 показан поток воздуха через жалюзи в кольцевой камере сгорания.

Рисунок 1-52. Камера сгорания баночного типа. Рисунок 1-55. Гильза кольцевой камеры сгорания.

В корпусе камеры сгорания всегда предусмотрено место для установки топливного сопла.Топливная форсунка подает топливо в футеровку в виде мелкодисперсной струи. Чем больше распыляется спрей, тем быстрее и эффективнее процесс горения.

В различных типах камер сгорания в настоящее время используются два типа топливных форсунок: симплексная форсунка и дуплексная форсунка.

Свечи зажигания кольцевой камеры сгорания того же основного типа, что и в камерах сгорания тазового типа, хотя детали конструкции могут отличаться. Обычно на бобышке, предусмотренной на каждом из корпусов камеры, установлено по два воспламенителя.Воспламенители должны быть достаточно длинными, чтобы выступать из корпуса в камеру сгорания.

Горелки соединены между собой выступающими пламенными трубами, которые облегчают процесс запуска двигателя, как упоминалось ранее при ознакомлении с камерой сгорания тазового типа. Жаровые трубы функционируют аналогично рассмотренным ранее, отличаясь только деталями конструкции.

Рисунок 1-56. Компоненты и компоновка канально-кольцевой камеры сгорания.

Этот тип камеры сгорания не используется в современных двигателях.На передней поверхности каждой камеры имеется шесть отверстий, которые совмещены с шестью топливными форсунками соответствующей группы топливных форсунок. [Рис. 1-56] Эти форсунки относятся к типу с двумя отверстиями (дуплексному), требующему использования делителя потока (нагнетательного клапана), как упоминалось при обсуждении камеры сгорания типа баллончика. Вокруг каждого сопла находятся предварительные вихревые лопатки для придания вихревого движения распыляемому топливу, что приводит к лучшему распылению топлива, лучшему горению и эффективности. Вихревые лопатки обеспечивают два эффекта, необходимых для правильного распространения пламени:

  1. Высокая скорость пламени - лучшее смешивание воздуха и топлива, обеспечивающее самовозгорание.
  2. Низкая скорость воздуха в осевом направлении - завихрение исключает чрезмерно быстрое перемещение пламени в осевом направлении.

Вихревые лопатки в значительной степени способствуют распространению пламени, поскольку желательна высокая степень турбулентности на ранних стадиях сгорания и охлаждения. Необходимо энергичное механическое смешивание паров топлива с первичным воздухом, поскольку смешивание только за счет диффузии происходит слишком медленно. Такое же механическое перемешивание достигается и другими способами, такими как размещение крупных сеток на выходе из диффузора, как в большинстве двигателей с осевым потоком.

Кольцевые камеры сгорания также должны иметь требуемые клапаны слива топлива, расположенные в двух или более нижних камерах, чтобы обеспечить надлежащий слив и исключить сгорание остаточного топлива при следующем запуске.

Поток воздуха через отверстия и заслонки канальных камер практически идентичен потоку через другие типы горелок. [Рис. 1-56] Специальная перегородка используется для закрутки воздушного потока для горения и придания ему турбулентности. На рис. 1-57 показан поток воздуха для горения, воздуха для охлаждения металла и воздуха для охлаждения разбавителя или газа.Направление воздушного потока указано стрелками.

Рисунок 1-57. Поток воздуха через банку-кольцевую камеру сгорания.

Основными компонентами кольцевой камеры сгорания являются корпус и гильза, как у тазового типа. Гильза состоит из неразделенного круглого бандажа, проходящего по всему периметру корпуса вала турбины с внешней стороны. Камера может быть изготовлена ​​из термостойких материалов, которые иногда покрываются термобарьерными материалами, например керамическими материалами. Кольцевая камера сгорания показана на Рисунке 1-58.Современные газотурбинные двигатели обычно имеют кольцевую камеру сгорания. Как видно на рис. 1-59, в кольцевой камере сгорания также используются жалюзи и отверстия для предотвращения контакта пламени со стороной камеры сгорания.

Рисунок 1-58. Кольцевое сгорание с керамическим покрытием камеры. Рисунок 1-59. Жалюзи и отверстия камеры сгорания.

Бортовой механик рекомендует

Камера сгорания | Детали, типы, принцип работы [Объяснение]

Из этой статьи вы узнаете о , что такое камера сгорания, типы камеры сгорания и типы формы головки блока цилиндров.

Камера сгорания - это пространство между головкой поршня и головкой блока цилиндров, когда поршень находится в верхней мертвой точке. Он доходит до верхнего компрессионного кольца поршня. Выпускной и впускной клапаны открываются и закрываются в камере сгорания, и свеча зажигания выступает в ней.

Конструкция камеры сгорания имеет большое значение для работы двигателя, поскольку в ней происходит смешивание воздуха с топливом и сгорание.

Читайте также: Все о двигателях внутреннего сгорания (Полное руководство)

Типы форм камеры сгорания

В зависимости от расположения свечи зажигания, клапанов и типа головки блока цилиндров камеры сгорания имеют следующие формы:

  1. Сферическая форма
  2. I-образная
  3. Т-образная
  4. F-образная
  5. L-образная

Камеры сгорания сферической формы

В камерах сгорания сферической формы впускные и выпускные клапаны установлены в крышка цилиндра.Свеча зажигания может находиться сбоку или вверху головки блока цилиндров.

I-образные камеры сгорания

В I-образных камерах сгорания используются верхние клапаны. Свеча зажигания может быть установлена ​​в центре или сбоку от головки блока цилиндров.

Двигатели с такими камерами сгорания используются в высокоскоростных транспортных средствах и гоночных автомобилях. Эти двигатели дешевы.

Т-образная камера сгорания

Т-образная камера сгорания проста по конструкции.Он выступает вокруг головки блока цилиндров. Искра установлена ​​сверху, а клапаны - по бокам. Двигатели с такими камерами сгорания обладают хорошим КПД.

F-образная камера сгорания

F-образная камера сгорания выступает на одной стороне головки блока цилиндров. Расположение свечи зажигания и клапанов показано на рисунке.

L-образные камеры сгорания

L-образные камеры сгорания с боковыми клапанами. Двигатели с такими камерами сгорания используются в тихоходных и среднеоборотных автомобилях.

Читайте также: Список деталей автомобильного двигателя: его функции (с изображениями)

Типы камер сгорания для дизельных двигателей

Еще типов камер сгорания для дизельных двигателей выглядит следующим образом:

  1. Открытая камера сгорания
  2. Камера предварительного сгорания
  3. Вихревая камера сгорания
  4. Сдавливающая камера сгорания
  5. Воздушный элемент и энергетический элемент
  6. Камера сгорания с энергетическим элементом

Открытая камера сгорания

Открытая камера сгорания используется в двигателях средней и высокой частоты вращения .Камера сгорания выполнена в виде канавки внутри верхней части поршня.

Форсунка установлена ​​в центре головки блока цилиндров, чтобы впрыскивать топливо в камеру сгорания. В двигателях автобусов Leyland используется камера сгорания такого типа.

Предварительная камера сгорания

Предварительная камера сгорания обычно используется в высокоскоростных двигателях. Есть две камеры сгорания: одна вспомогательная, а другая основная. Эта вспомогательная камера меньше по размеру, чем основная камера сгорания, и называется камерой предварительного сгорания.

Топливо впрыскивается в камеру предварительного сгорания, где частично сгорает. Это частично сгоревшее топливо попадает в небольшое отверстие в основной камере сгорания, где и происходит полное сгорание. Турбулентность, создаваемая в камере сгорания. Камера помогает полностью разжечь топливо.

Иногда в камеру предварительного сгорания устанавливается свеча накаливания, которая нагревается электричеством. Помогает зажечь камеру сгорания.

Вихревая камера сгорания

Вихревая камера сгорания также известна как турбулентная камера сгорания.Завихрение - это круговое движение, которое передается поступающему воздуху во время такта всасывания.

В вихревой камере сгорания воздуху, поступая в цилиндр, создается завихрение. Топливо впрыскивается в этот закрученный воздух, так что смешивание и сгорание топлива происходит полностью.

Сдавливание, камера сгорания

Сдавление - это поток воздуха, идущий от периферии к центру цилиндра. Чтобы камера сгорания получилась «свистящей», внутри головки поршня проделывается паз.

Во время такта сжатия, когда поршень перемещается из НМТ в ВМТ, он сжимает воздух от своей периферии к центру. Это действие придает воздуху турбулентность. Топливо впрыскивается в центр камеры сгорания. Иногда хлюпающая камера сгорания находится внутри головки блока цилиндров.

Камера сгорания с воздушной камерой

Воздушная камера представляет собой небольшую камеру сгорания, соединенную через воздух узким проходом с основной камерой сгорания. Во время такта сжатия воздух также сжимается в воздушной камере.

Когда топливо впрыскивается в камеру сгорания, оно горит и поршень движется вниз. В это время сжатый горячий воздух воздушной камеры поступает в основную камеру сгорания, создавая турбулентность и обеспечивая полное сгорание.

Воздушные камеры используются в основном в высокоскоростных двигателях. Подобно камере предварительного сгорания, воздушной камере требуется свеча нагревателя для нагрева сжатого воздуха. Двигатели с воздушными ячейками требуют высокой степени сжатия. Потери тепла больше из-за увеличенной поверхности цилиндра с воздушной камерой.

Энергетическая ячейка Камера сгорания

Энергетическая ячейка также известна как камера сгорания Ланова. Он работает по принципу камеры предварительного сгорания и воздушной камеры. Энергетическая ячейка связана узким проходом с основной камерой сгорания и состоит из основной ячейки и малой ячейки. Эти две ячейки соединены узким отверстием, которое может закрываться плунжером.

Во время запуска двигателя узкое отверстие остается закрытым, что увеличивает объем камеры сгорания.Когда двигатель запускается, открывается узкое отверстие, которое соединяет большую ячейку с меньшей ячейкой. Когда топливо впрыскивается в основную камеру сгорания, некоторая его часть, около 10%, также поступает в энергетический элемент.

Горение сначала происходит в основной камере сгорания, а затем распространяется до энергетической ячейки, где давление увеличивается. Когда поршень движется вниз, горячие газы из энергетической ячейки попадают в основную камеру сгорания из-за разницы давлений, создавая турбулентность и обеспечивая полное сгорание.

Поршневая камера сгорания с чашей

Высокая степень сжатия обеспечивает высокую мощность двигателя с искровым зажиганием, поэтому на T.D.C. наблюдается тенденция к формированию камеры сгорания. напоминать плоские диски. Кроме того, стали необходимы очень жесткие допуски, чтобы гарантировать, что степени сжатия всех цилиндров двигателя идентичны. Это привело к появлению поршневой камеры сгорания с чашей, как в двигателях Rover 2000, Ford V-four, V-six и Jaguar V12.

При таком расположении получается компактная камера сгорания, в которой возможно относительно точное регулирование турбулентности.Кроме того, соблюдение жестких допусков между плоской верхней частью поршня и плоской нижней поверхностью головки блока цилиндров не представляет особого труда - обе поверхности легко обрабатываются по всей поверхности.

Верхняя поверхность поршня утоплена для размещения поверхностей клапана. Свеча зажигания расположена как можно ближе к центру, чтобы добиться равномерного распространения пламени горения. Очевидно, что скорость передачи тепла поршню выше, чем у более традиционных конструкций.


Вот и все, спасибо за прочтение.Если у вас есть вопросы или сомнения по поводу « типов камеры сгорания », сообщите нам в комментариях. Если вам понравилась эта статья, поделитесь ею.

Читать далее:

Патент США на способ эксплуатации двигателя внутреннего сгорания Патент (Патент № 5740776, выданный 21 апреля 1998 г.)

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к способу работы двигателя внутреннего сгорания, в котором основное количество топлива впрыскивается непосредственно в цилиндр во время такта сжатия, а затем количество топлива для воспламенения впрыскивается непосредственно в камеру сгорания.

Такой способ раскрыт в патенте CH 57 05 45 как альтернатива впрыску основного количества топлива во всасывающий канал. В этом методе основное количество топлива впрыскивается с перерывами в определенных точках в начале такта сжатия.

Известно, что вариации продолжительности и момента времени фазы воспламенения процессов сгорания в камерах сгорания двигателя влияют на расположение последующей фазы преобразования и, следовательно, на сгорание и плавность работы двигателя.Состояние топливно-воздушной смеси с точки зрения концентрации топлива и движения смеси в области свечи зажигания во время зажигания имеют важное влияние на процесс сгорания в двигателях с внешним зажиганием, таких как четырехтактное внутреннее сгорание. двигатели с непосредственным впрыском топлива в неразделенную камеру сгорания.

Целью настоящего изобретения является создание способа работы двигателя внутреннего сгорания, в котором основной объем топлива впрыскивается в цилиндр двигателя во время такта сжатия, а дополнительный объем топлива затем впрыскивается в камеру сгорания таким образом, чтобы в камере сгорания получается хорошая топливно-воздушная смесь, обеспечивающая хорошее и плавное сгорание.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В способе работы двигателя внутреннего сгорания с непосредственным впрыском топлива в камеру сгорания двигателя во время такта сжатия обратного поршня, при котором сначала впрыскивается основной объем топлива, а затем объем топлива для воспламенения впрыскивается в камеру сгорания, впрыск основного объема топлива начинается только после завершения примерно 3/10 хода сжатия поршня.

Путем деления полного объема впрыскиваемого топлива на основной объем топлива и последующий впрыскиваемый объем воспламеняющегося топлива получается предпочтительный воздух / смесь, что приводит к желаемому стабильному сгоранию, причем оба объема впрыскиваются во время такта сжатия в разных точках. во время.В результате в камере сгорания во время воспламенения находятся два облака топливного заряда разного состава. Впрыск основного объема топлива происходит в момент времени перед впрыском воспламеняемого объема топлива, при этом момент времени впрыска основного объема топлива выбирается таким образом, чтобы смесь топлива и воздуха была как можно более хорошей, не превышая ограничение по времени для розжига.

Было обнаружено, что особенно важно, чтобы начало впрыска для основного объема топлива происходило не в начале такта сжатия, а только позже, то есть, более точно, после завершения примерно 3/10 общего сжатия. Инсульт.Таким образом, в области свечи зажигания во время зажигания создаются оптимальные условия, то есть по существу стехиометрическая топливно-воздушная смесь с высокой скоростью потока. Относительно поздний впрыск основного объема топлива во время такта сжатия и последующий впрыск топлива для воспламенения обеспечивают расслоение смеси, при котором в каждом диапазоне нагрузок и скоростей двигателя слой основного объема топлива примыкает к слою объем воспламеняемого топлива или они перекрываются.Путем соответствующей регулировки объемов и времени впрыска топлива для зажигания и зажигания топлива сразу после или, предпочтительно, во время впрыска топлива для зажигания, может быть обеспечено безопасное сгорание смеси во всем диапазоне нагрузок и скоростей двигателя. достигнуто.

В одном варианте осуществления изобретения начало впрыска для основного объема топлива задерживается, когда нагрузка на двигатель падает, так что во всем диапазоне нагрузки и скорости двигателя в свече зажигания в это время присутствует по существу стехиометрическая топливно-воздушная смесь. зажигания.При этом учитывается, что распределение расслоения заряда и состав его смеси меняются в зависимости от нагрузки и скорости двигателя.

В одном варианте осуществления объем топлива впрыскивается только относительно незадолго до конца такта сжатия, то есть не раньше, чем завершится 7/9 такта сжатия. Начало впрыска топлива для зажигания обычно выбирается независимо от нагрузки двигателя.

Объем топлива для зажигания также может быть впрыснут уже относительно вскоре после окончания впрыска основного объема впрыска топлива, то есть в момент времени, который составляет менее 1/10 полного такта сжатия после завершения впрыска. основного объема впрыска топлива.

Было обнаружено, что предпочтительно зажигать топливно-воздушную смесь во время или вскоре после впрыска объема топлива для зажигания.

Предпочтительный вариант осуществления изобретения будет описан ниже на основе сопроводительных чертежей.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

РИС. 1 представляет собой схематический вид в разрезе верхней части блока поршневого цилиндра четырехтактного бензинового двигателя, а,

РИС. 2 представлена ​​диаграмма, иллюстрирующая процесс впрыска основного и запального топлива в зависимости от нагрузки двигателя.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

РИС. 1 схематично изображена верхняя часть поршневого агрегата четырехтактного бензинового двигателя с непосредственным впрыском топлива в неразделенную камеру сгорания. Узел поршень-цилиндр, как обычно, содержит поршень 2, который с возможностью осевого перемещения расположен в цилиндре 1, причем направление осевого перемещения поршня во время такта сжатия указано стрелкой 3. На верхнем конце цилиндра 1 в центре цилиндра расположена форсунка 4 для впрыска топлива, с помощью которой топливо, подлежащее сжиганию в неотделимой камере сгорания, впрыскивается непосредственно в камеру сгорания.Таким образом, двигатель может работать без дросселирования поступления воздуха в цилиндры, то есть двигатель управляется путем регулирования количества топлива, впрыскиваемого в цилиндр. Впрыск топлива начинается всегда только четко после начала определенного такта сжатия, так что сначала впрыскивается больший объем впрыска основного топлива, а затем меньший объем топлива для воспламенения. За счет исключительного впрыска топлива во время такта сжатия достигается расслоение заряда впрыскиваемого топлива.Расслоение таково, что из первого впрыснутого основного объема топлива формируется относительно обширное, схематически показанное облако 6 смеси основного объема, тогда как из более позднего впрыснутого объема воспламеняющегося топлива образуется облако 7 воспламеняющейся топливной смеси меньшего объема. Процесс впрыска регулируется таким образом, что во время воспламенения два облака смеси перекрываются или, по крайней мере, располагаются рядом друг с другом. Впрыскиваемое топливо воспламеняется свечой 5 зажигания, положение которой в камере 8 сгорания схематично показано маленьким кружком.Впрыск топлива регулируется таким образом, чтобы гарантировать, что во время зажигания имеется стехиометрическая или, по крайней мере, почти стехиометрическая топливно-воздушная смесь в области вокруг свечи зажигания. Поскольку местоположение, распространение и состав стратификации основного объема топлива, впрыскиваемого во время такта сжатия, изменяются в зависимости от нагрузки двигателя и частоты вращения двигателя, мгновенная нагрузка двигателя и частота вращения двигателя принимаются во внимание для управления впрыском топлива. процесс.

Ниже более подробно описывается управление процессом впрыска топлива, в котором в качестве меры времени T во время процесса впрыска положение коленчатого вала для поршня 2 определяется в градусах угла поворота коленчатого вала (KW) перед верхним положение мертвой точки. Следовательно, такт сжатия длится от 180 ° С до 180 ° С. КВт до 0 ° С. КВт. На основе схемы, показанной на фиг. 2 нагрузка двигателя (L) дана в процентах от полной нагрузки (VL). Диапазон возможных периодов времени для впрыска основного объема топлива в опережающем направлении времени задается линией нижнего предела (Hu), а в направлении замедленного времени - линией верхнего предела (Ho).Как видно из фиг. 2 нижняя граничная линия (Hu) падает с увеличением нагрузки на двигатель, то есть при падении нагрузки на двигатель самое раннее возможное начало впрыска для основного количества топлива смещается в сторону более позднего впрыска. Также очевидно, что даже при высоких нагрузках двигателя начало впрыска всегда находится при углах поворота коленчатого вала менее 125 °. перед верхней мертвой точкой, то есть только в момент времени, когда поршень 2 уже завершил 3/10 хода сжатия. При работе двигателя без нагрузки самое раннее возможное начало впрыска основного объема топлива для впрыска составляет лишь немногим более 60.степень. KW перед верхней мертвой точкой поршня.

При выборе в зависимости от нагрузки двигателя выбора начала впрыска для основного объема топлива максимально стехиометрическая топливно-воздушная смесь присутствует в виде стратифицированного заряда в состоянии высокоскоростного потока в области свечи зажигания во время зажигание независимо от соответствующей мгновенной нагрузки двигателя и частоты вращения коленчатого вала двигателя. Конечно, несмотря на то, что обеспечивается наилучшее приготовление смеси, пределы воспламенения не нарушаются.Кроме того, гарантируется, что область расслоения впрыскиваемого основного объема топлива расположена при каждой нагрузке двигателя и частоте вращения двигателя, по меньшей мере, рядом с впоследствии впрыскиваемым объемом топлива для воспламенения. Верхняя граничная линия (Но), которая определяет самое позднее возможное прекращение впрыска основного объема топлива, не зависит от нагрузки двигателя и составляет около 9 ° С. KW перед положением верхней мертвой точки.

Аналогично диаграмме фиг. 2 указывает возможный временной диапазон для впрыска объема топлива для воспламенения между нижней линией ограничения (Zu) и линией верхнего ограничения (Zo), которые обе представлены пунктирными линиями.Обе линии (Zu, Zo) проходят горизонтально и поэтому не зависят от нагрузки. Линия нижнего предела (Zu), которая представляет самое раннее возможное начало впрыска количества топлива для воспламенения, находится примерно при 34 ° С. KW перед верхней мертвой точкой и верхняя граничная линия (Zo), которая представляет собой самый последний возможный момент окончания времени для впрыска объема топлива для воспламенения, находится незадолго до положения верхней мертвой точки. Это означает, что начало впрыска топлива для воспламенения происходит не раньше завершения 7/9 полного такта сжатия.

В двух соответствующих временных диапазонах объем впрыска основного топлива и объем впрыска топлива для зажигания регулируются в зависимости от обстоятельств, то есть для данных обстоятельств выбираются наиболее подходящие времена впрыска. В примере, показанном на фиг. 2, начало впрыска основного объема впрыска топлива определяется штрихпунктирной линией Hu 1 начала впрыска, которая линейно спускается и проходит параллельно над соответствующей нижней линией Hu. В этом случае впрыск в начале работы двигателя без нагрузки составляет чуть более 40.степень. KW, а при нагрузке на двигатель L 80% от полной нагрузки VL она составляет около 90 ° C. KW перед верхней мертвой точкой. Конец впрыска основного объема топлива определяется горизонтальной линией Но 1, которая в этом случае идентична нижней предельной линии Zu для впрыска объема топлива для воспламенения и расположена соответственно примерно на 34 град. KW перед верхней мертвой точкой. Начало последующего впрыска топлива для воспламенения обозначено горизонтально идущей пунктирной линией начала впрыска Zu.sub.1, который расположен чуть выше 25 ° C. КВт. Это обеспечивает задержку между концом впрыска основного объема топлива и началом впрыска топлива для воспламенения, составляющего примерно 1/20 от общего такта сжатия. Конец впрыска топлива для воспламенения находится в этом примере при температуре около 20 ° С. перед положением верхней мертвой точки, как это обозначено соответствующей пунктирной линией Zo 1. Воспламенение впрыскиваемого топлива достигается свечой 5 зажигания во время впрыска топлива для воспламенения или вскоре после этого.На примере реальной системы управления впрыском топлива, как описано выше, можно увидеть, что впрыск топлива для воспламенения происходит вскоре после прекращения впрыска основного объема топлива, что в целом является преимуществом также для процедур впрыска, которые модифицированы из данный пример другими способами. Основной объем топлива может впрыскиваться в течение периода времени, выбранного в зависимости от нагрузки двигателя, непрерывно или, альтернативно, периодически с помощью нескольких импульсов впрыска.

Должно быть очевидно, что изобретение не ограничивается реальным примером процедуры контролируемого впрыска, представленной в данном документе, а тем, что впрыск основного объема топлива и впрыск объема топлива для воспламенения, который задерживается по времени относительно впрыска. основного объема топлива можно изменять в рамках предельных кривых (Hu, Ho, Zu, Zo), представленных на фиг. 2 таким образом, что по меньшей мере приблизительно стехиометрическая топливно-воздушная смесь в состоянии высокоскоростного потока обеспечивается оптимальным образом, которая может быть надежно воспламенена искрой свечи зажигания.Кроме того, конечно, изобретение не ограничивается только поршневыми двигателями, но может также использоваться с другими типами двигателей, такими как двигатели с вращающимся поршнем, в которых, конечно, база единиц измерения KW должна быть соответствующим образом преобразована.

Diesel Automotive Перевод

Как и во всех специализированных областях, перевод материалов по дизельным двигателям и системам впрыска топлива насосы создают особые терминологические проблемы. В дизельной сфере термины так не переводятся можно предположить на первый взгляд.Например, при использовании в нагнетательных насосах, Kolben и Zylinder - это не поршни и цилиндры, а поршни и цилиндры. Если Hub появляется в соединение с этими поршнями, правильным переводом будет подъем, а не ход, как можно было бы предполагать. Другой термин - Angleichung , что переводится как управление крутящим моментом; и Förderbeginn - это называется закрытие порта . Как показывают эти последние примеры, терминология дизельного топлива во многом определяется функция задействованных элементов.Иногда терминология кажется причудливой, например, когда дребезжание форсунок (шнаррен).
Дизельная отрасль очень сложна, и из-за нехватки места я могу дать здесь только общие очертания.
В отличие от двигателей с искровым зажиганием, дизельные двигатели являются двигателями с самовоспламенением. Двигатели с самовоспламенением втягивайте только воздух, который затем сильно сжимается. Таким образом, гораздо более высокая степень сжатия может быть достигнуто, чем в случае бензиновых двигателей, которые подвержены детонации и используют топливовоздушная смесь в сочетании с воспламенением от внешнего источника.Это делает дизельные двигатели наиболее эффективен среди двигателей внутреннего сгорания. Хотя возможны конструкции с двухтактным циклом, четырехтактные циклы используются почти исключительно в автомобилях.
При движении поршня вниз двигатель втягивает воздух через открытый впускной патрубок. клапан во время такта впуска. Во время такта сжатия воздух сжимается движение поршня вверх. При этом воздух нагревается до температуры до 800 ° C. В конце такта сжатия форсунка впрыскивает топливо в горячий воздух под высоким давлением. давление (до 1500 бар).В начале рабочего такта распыленное топливо сгорает. практически полностью в результате самовоспламенения. Заряд в цилиндре нагревается дальше, и давление в баллоне снова увеличивается. Энергия, выделяемая в процессе сгорания, применяется к поршню. В результате поршень снова движется вниз. В ходе такта выпуска, сгоревший заряд цилиндра выбрасывается через открытый выпускной клапан при движении поршня вверх.
Дизельные двигатели могут иметь разделенные и неразделенные камеры сгорания (непрямой и прямой впрыск). двигатели).Двигатели с прямым впрыском имеют более высокий КПД и работают более экономично, чем двигатели с непрямым впрыском, использующие предварительную или вихревую камеру. Двигатели с прямым впрыском используются для всех приложения для коммерческого транспорта. Двигатели с непрямым впрыском топлива из-за меньшего шума двигателя больше подходит для авто. Кроме того, они значительно меньше загрязняют окружающую среду (HC и NOx) и дешевле. производить. По этим причинам их более высокий расход топлива по сравнению с двигателями с прямым впрыском обычно считается компромиссом.
При использовании метода форкамеры для автомобильных дизельных двигателей топливо впрыскивается в горячую форкамеру в что предварительное сгорание инициирует хорошую подготовку смеси к основному сгоранию. Топливо есть впрыск через дроссельную форсунку при относительно низком давлении (до 300 бар). В затем частично сгоревшая воздушно-топливная смесь поступает в основную камеру сгорания. Вариант это метод вихревой камеры. Метод прямого впрыска используется в основном для коммерческие автомобили и стационарные двигатели, топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания без использования форкамеры.
Система впрыска топлива подает топливо к дизельным двигателям. ТНВД генерирует давление, необходимое для впрыска. Топливо подается к форсункам высокого давления. магистралей и впрыскивается в камеру сгорания. Основные типы ТНВД - рядные. ТНВД, распределительные насосы, насос-форсунки и насос-форсунки.
Стандартные рядные ТНВД имеют собственный распределительный вал, а также узел плунжера и цилиндра. для каждого цилиндра двигателя.Полная система впрыска состоит из следующих компонентов:

  • ТНВД
  • механический или электронный регулятор для управления частотой вращения двигателя и количеством впрыскиваемого топлива
  • таймер для регулировки закрытия порта
  • Подающий насос для подачи топлива из топливного бака к ТНВД
  • магистрали высокого давления от ТНВД к форсунке, соответствующие количество цилиндров и
  • форсунки впрыска.
В случае рядных ТНВД распределительный вал приводит в действие один плунжер и цилиндр в сборе на каждый. цилиндр двигателя. В случае ТНВД распределителя - используется в основном для высокоскоростных дизельные двигатели для легковых и легких грузовиков - плунжер с центральным кулачковым приводом создает давление и распределяет топливо по отдельным цилиндрам.
В насос-форсунках насос и форсунка образуют единый блок, который может быть установлен непосредственно в ГБЦ. Агрегат приводится в движение распредвалом двигателя.Другая конструкция - агрегатный насос, модульная система впрыска высокого давления. Он тесно связан с насос-форсункой. Как блок инжектор, насос-агрегат имеет по одному топливному насосу на каждый цилиндр двигателя, который приводится в действие распредвалом двигатель через дополнительный кулачок впрыска.
Агрегат насоса состоит из следующих модулей:
  • Насос высокого давления с присоединенным электромагнитным клапаном
  • короткая магистраль высокого давления и
  • узел держателя форсунки.
В нагнетательных насосах используются различные регуляторы, такие как регуляторы минимальной-максимальной скорости и регуляторы частоты вращения на основе грузиков.Их все чаще заменяют электронные регуляторы (EDC = Electronic Diesel Control).
Источник: Dieseleinspritztechnik (VDI Verlag)

Выборка ключевых терминов:

Abregelung обрыв
Absteuerbohrung сливное отверстие
Angleichung регулировка крутящего момента
Ansaugrohr впускной коллектор
Beschleunigungsanreicherung ускорение обогащения
Direkteinspritzer двигатель с прямым впрыском (DI)
Dosierung дозирование
Dralldüse вихревое сопло
Druckstufe Отношение клапана к седлу
Druckzapfen прижимной шпиндель
Сопло Düse
Düsenhalterkombination узел сопла и держателя
Einspritzelement плунжер и цилиндр в сборе
Einspritzmenge количество впрыскиваемого топлива
Entlastungsvolumen объем втягивания
Falltankbetrieb Работа с самотечным топливным баком
Federraum камера пружины
Fixierstift установочный штифт
Fliehgewichtsweg ходовой наилегчайший
Förderbeginn закрытие порта
Glühstiftkerze Свеча накаливания с оболочкой
Ступица (Kolben) подъемник (плунжерный)
Kolben плунжер
Luftzahl коэффициент избытка воздуха
Магнитвентил Электромагнитный клапан
Nachspritzer вторичный впрыск
P-Grad падение скорости
Prüfstand испытательный стенд
Pumpe-Düse-Einheit (PDE) насос-форсунка
Pumpe-Leitung-Düse (PLD) насосный агрегат
Регельстанж стойка управления
Реглер губернатор
Reihenpumpe Прямоточный насос
Ruckeldämpfung антиблокировочное устройство
Rückströmventil демпферный клапан
Saugraum топливная галерея
schnarren (Düse) болтовня
Verteilerpumpe распределительный насос
Vorhub плунжерный подъемник до закрытия порта
Zapfendüse игольчатая насадка
Цилиндр бочка
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *