Практическое занятие № 4

Тема: Однокамерное и двухкамерное смесеобразование

Цель: ознакомить курсантов с качественным смесеобразованием в цилиндре двигателя

Материальное обеспечение:

1. Двигатели лаборатории.

2. Техническая документация.

3. Плакаты.

Вводный контроль:

1. Время, отведенное на подготовку смеси топлива с воздухом?

2. Требования к топливной смеси?

3. Из чего образуется угол впрыскивания?

4. Для чего необходимы вихревые движения в цилиндре?

5. Каким должно быть давление впрыскивания в начале и в конце?

6. Что называют углом опережения подачи топлива?

Краткая теория

Впрыснутое в цилиндр топливо воспламеняется не сразу. Сначала его частицы испаряются, перемешиваются с воздухом, и смесь нагревается до температуры самовоспламенения. Затем должны произойти распад молекул углеводородов, промежуточные и подготовительные процессы. Только после этого начинается горение, т.е. окисление углерода и водорода, при котором наблюдается выделение тепловой энергии.

Время, прошедшее от момента попадания частиц топлива в цилиндр до начала их горения, называется периодом задержки самовоспламенения. Он зависит главным образом от состава топлива, размеров его частиц и температуры воздуха в цилиндре. За период задержки самовоспламенения кривошип успевает повернуться на значительный угол (у высокооборотных дизелей на 35º и даже больше). Это обстоятельство вынуждает начинать впрыскивание топлива в цилиндр до прихода кривошипа в ВМТ с опережением.

Порядок выполнения работы:

Основным условием качественного однокамерного смесеобразования является тонкое распыливание топлива. Чем меньше цикловая подача топливного насоса, тем труднее выполнить данное условие.

У 4-х тактных дизелей форма камер сгорания образуется за счет очертаний днища поршня при плоском и выпуклом днище крышки цилиндра. У двухтактных дизелей качественная продувка возможна лишь при плоском днище поршня.

Наиболее соответствует форме струй топлива камера сгорания Гессельмана (рис.25, а). Однако конструкция поршня у камеры Гессельмана имеет существенные недостатки. Чтобы частицы топлива не попали на охлаждаемые стенки втулки цилиндра, по краям поршня предусматривается высокий бурт 2. При работе дизеля он сильно нагревается, из-за чего снижается срок службы верхних колец 1 поршня. Повышенный нагрев испытывает и средняя, находящаяся над форсункой 4, выступающая вверх часть 3 днища.

Более надежны в работе поршни с вогнутым днищем (рис.25, б), при котором камера сгорания называется полусферической. Если в камере сгорания Гессельмана основная масса воздуха находится вдали от форсунки, то при полусферической – вблизи нее, что позволяет уменьшить угол впрыскивания β и длину струй топлива. У дизелей вследствие этого повысилось давление начала впрыскивания, от которого зависит размер частиц топлива, поступивших в цилиндр первыми. Размер частиц топлива влияет на задержку самовоспламенения.

При обеих рассмотренных камерах сгорания, особенно при полусферической, не создается интенсивных вихревых движений воздуха. Это значит, что часть его находится между струями топлива, не участвует или не полностью участвует в сгорании, а при наличии вихрей в том же объеме камеры можно сжечь больше топлива.

Для создания интенсивных закономерных вихрей камеру сгорания делают в поршне (рис.25, в). При такте сжатия воздух, находящийся над поршнем, вытесняется и перетекает в камеру. Образующиеся в камере вихри способствуют хорошему смесеобразованию при впрыскивании в нее топлива (см. положение поршня в ВМТ, показанное штрих-пунктиром). Недостаток такой камеры – высокая тепловая напряженность поршня и колец, которая позволяет применять ее лишь при небольших (до 240 мм) диаметрах цилиндра.

Значительно меньше влияет тонкость распыливания топлива на качество смеси при многокамерном смесеобразовании, называемом вихрекамерным.

При вихрекамерном смесеобразовании камера сгорания должна состоять из двух частей (рис.26): вихревой 3 и надпоршневой 6, соединенных каналом (а). на долю вихревой части 3, расположенной в крышке цилиндра 5, приходится 70-80% всего объема воздуха камеры сгорания, остальные 20-30% находятся в надпоршневой части 6 и в канале (а). При такте сжатия воздух из цилиндра по каналу (а) перетекает в вихревую часть 3, где возникают интенсивные вихри. При подходе поршня 7 к ВМТ посредством форсунки 4 в вихревую часть камеры впрыскивается топливо. Здесь оно самовоспламеняется и частично сгорает, давление в вихревой части камеры повышается, вследствие чего начинается обратное перетекание газов из вихревой части камеры. В надпоршневой части 6 камеры пары несгоревшего топлива смешиваются с воздухом и догорают. Большой тонкости распыливания в данном случае не требуется. Не сгоревшее в вихревой части камеры топливо испаряется даже при относительно больших размерах его частиц. Поэтому давление распыливания у вихрекамерных дизелей составляет 12-24 МПа при одном отверстии у распылителя форсунки.

Преимущества вихрекамерного смесеобразования перед однокамерным – упрощается топливная аппаратура, в связи с чем, она становится надежнее, лучше используется воздух, находящийся в камере сгорания, а это значит, что при тех же размерах цилиндра можно получить большую мощность дизеля, чем при однокамерном смесеобразовании, так как процесс горения удлиняется, дизель работает мягче. Этому способствует и вставная горловина 1. при сгорании она нагревается, отдавая теплоту воздуху в процессе сжатия, что приводит к сокращению периода задержки самовоспламенения.

Однако дизели с вихрекамерным смесеобразованием менее экономичны, чем с однокамерным. Это объясняется тем, что на перетекание газа из цилиндра в вихревую часть камеры и обратно расходуется его энергия, которая могла быть полезно использована. Конструкция крышки цилиндра усложняется. При том же объеме камеры сгорания, что и у дизелей с однокамерным смесеобразованием, увеличивается поверхность ее стенок. В связи с этим повышается через стенки отвод теплоты от сжимаемого воздуха. Температура последнего снижается, что затрудняет пуск холодного двигателя. Чтобы облегчить его пуск, предусматривается запальная свеча 2.

Содержание отчета:

1. Тема и цель практического занятия.

2. Материальное обеспечение.

3. Отчет о проделанной работе.

Заключительный контроль:

1. Образование камеры сгорания дизеля.

2. Что конструктивно представляет камера сгорания Гессельман?

3. Камера сгорания с вогнутым днищем.

4. Камера сгорания в поршне.

5. Дать понятие однокамерного горения.

6. Двухкамерное сгорание топлива.

7. Преимущества вихрекамерного смесеобразования перед однокамерным.

8. Недостатки вихрекамерного смесеобразования.

9. Дать понятие угла опережения подачи топлива?

Литература:

1. Методические указания к выполнению лабораторных и практических работ по дисциплине «Судовые энергетические установки и их эксплуатация», 1985.

2. Гогин А.Ф., Богданов А.А. Судовые двигатели внутреннего сгорания, 1983.

Практическое занятие №5

Тема: Конструкция узлов и деталей систем смазки различных ДВС

Цель: изучение особенностей конструкции узлов и деталей масляных систем

Материальное обеспечение:

1. Двигатели, установленные в лаборатории ДВС.

2. Детали, узлы масляных систем различных ДВС.

3. Заводские чертежи деталей.

4. Инструкции по эксплуатации дизелей.

Вводный контроль:

На двигателях малой и средней мощности основной масляный насос навешан на двигатель. Резервным прокачивают систему смазки перед пуском, после остановки, при маневрировании и в случае выхода из строя навешанного насоса. Масляные фильтры применяют в связи с тем, что в процессе работы дизелей находящееся в их системах масло неизбежно загрязняется от попадания в него воды, топлива, кокса, нагара. Масляные холодильники необходимы для охлаждения масла после отвода тепла от сопрягаемых деталей обслуживаемых циркуляционной смазкой.