2553

плёнки и лишь незначительная часть перемешивалась с воздухом во время периода задержки воспламенения. Топливо подают под острым углом к стенке камеры сгорания так, чтобы оно распределялось по поверхности в виде плёнки толщиной 0,012‒0,014 мм.

Направление движения воздуха должно совпадать с направлением движения топлива. Это снижает испарение топлива и способствует образованию плёнки. Теплота для испарения топлива подводится от днища поршня, температура которого поддерживается в пределах

450‒611º.

При дальнейшем повышении температуры днища поршня топливо начинает кипеть, отскакивает от днища поршня. Часть топлива при этом коксуется, а часть сгорает, какприобъёмномсмесеобразовании.

При пониженной температуре днища поршня затруднён пуск двигателя, а при работе на холостом ходу процесс смесеобразования затягивается, топливо сгорает не полностью, что приводит к ухудшению экономичности и токсичности двигателя.

Достоинством данного смесеобразования является высокая эко-

различных топливах, в том числе на высокооктановом бензине. Недостатком является ограниченный диапазон температур днища

поршня, обеспечивающий удовлетворительную работу на различных топливах.

16.2.Вихрекамерное смесеобразование

Ввихревой камере вращательное движение воздуха возникает в результате втекания его в камеру в процессе сжатия через соединительную горловину. Соединительную горловину выполняют так, чтобы она была касательной к поверхности камеры. Движущийся воздух воздействует на факел топлива и отжимает его к поверхности камеры. Часть топлива попадает на стенку КС, испаряясь, обеспечивает высококачественное смесеобразование.

Пары топлива и его мелкие частицы переносятся в зону горловины, где имеется очень высокая температура, которая обеспечивает воспламенение с очень малым периодом задержки. В результате чего

190

в вихревой камере создаётся высокое давление и горящее топливо перетекает в надпоршневую полость с высокой скоростью. Основная масса воздуха заполняет специальное углубление в днище поршня под соединительной горловиной. Этим обеспечивается хорошее использование воздушного заряда и достигается бездымная работа при малом коэффициенте избытка воздуха.

Вихревая камера позволяет применять форсунки закрытого типа с одним сопловым отверстием dc 1 2мм . Давление затяжки иглы форсунки составляет 12,5‒15МН/м2. Относительный объём камеры

площадипоршня.

К достоинствам вихревой камеры можно отнести:

1)мягкую работу двигателя при 1,25 1,3;

2)возможность работы двигателя на высоких скоростных режимах;

3)удовлетворительную экономичность;

4)невысокое требование к ЦЧ топлива;

5)невысокоедавлениевпрыска,чтоулучшаетработутопливнойаппаратуры. Недостатки:

1)более высокий удельный расход топлива, вследствие дополнительных тепловых и гидравлических потерь;

2)ухудшение пуска двигателя.

16.3. Смесеобразование в предкамерных двигателях

канала 0,3 0,6%от площади поршня.

У процесса смесеобразования есть свои особенности. В процессе сжатия воздух перетекает из цилиндра в предкамеру с большими скоростями 230-320м/с, максимальное значение которого достигает за 15‒20 º до ВМТ. Однако при этом не образуется организованного вихря из-за малого сечения соединительного канала. В цилиндре двигателя давление больше на 0,3‒0,5МПа.

Форсунка размещается по оси предкамеры, и впрыск происходит в направлении соединительного канала, т.е. навстречу потоку воздуха. Предкамера имеет небольшой объём, а поэтому при хорошем рас-

191

пыливании смесь будет сильно переобогащаться, что приводит к дымному сгоранию. Вследствие чего факел топлива должен быть компактным, а распыливание грубым. Это достигается применением штифтовой форсунки с низким давлением впрыска.

Воздух, движущийся навстречу факелу, срывает часть топлива с оболочки факела и уносит в верхнюю часть предкамеры. Основная масса топлива должна быть сосредоточена в нижней части предкамеры.

После начала горения в предкамере резко повышается давление и топливо вместе с горящими газами вдувается в надпоршневое пространство. Это обеспечивает хорошее использование воздуха и получение высокого среднего эффективного давления в цилиндре двига-

теля PE =0,65‒0,75 МПа.

Расчёт скорости потока выполняют на основе кривых давлений в основной камере и в предкамере. При истечении газа из предкамеры для хорошего смесеобразования требуются высокая скорость и высокая кинетическая энергия струи. Последнее достигается выбором размеров предкамеры и величиной сечения соединительного канала.

Удвухклапанных двигателей предкамеру размещают сбоку. Боковое расположение позволяет увеличить размеры клапанов. При этом применяют один соединительный канал.

Учетырёхклапанных двигателей применяют центральное расположение предкамеры, относительный объём при этом будет меньше.

Число соединительных каналов выполняют по возможности больше (достигает восьми).

Основными достоинствами предкамер является:

1.Небольшое давление (максимальное) циклаимягкаяработадвигателя.

Pz 4,5 6,0МПа; P 0,2 0,3МПаград.

2.Благодаря интенсивному подогреву воздуха, поступающего в предкамеру, можноприменятьтопливосболеенизкимцетановымчислом.

3.Меньше требований к качеству распыливания топлива.

4.Хорошее сгорание топлива на повышенных скоростных режимах работы двигателя.

16.4.Недостатки предкамерных двигателей

1.Наличие дополнительных тепловых и гидродинамических потерь, что вызывает ухудшение экономичности двигателя.

2.Наличие дополнительных тепловых потерь черезстенкипредкамеры.

192

3.Затруднённый пуск холодного двигателя. Для улучшения пусковых характеристик двигателя степень сжатия повышают до 20‒21.

17. СИСТЕМА ОХЛАЖДЕНИЯ

Непрерывное увеличение литровой мощности двигателей сопровождается ростом количества теплоты, поступающей в систему охлаждения. В автомобильных двигателях применяют две системы охлаждения: жидкостную и воздушную.

Жидкостная система охлаждения оценивается затратами мощности на привод вентилятора и водяного насоса, а также габаритными и массовыми показателями.

Воздушная система охлаждения оценивается равномерностью температурных полей цилиндров и головок, затратами мощности на привод вентилятора, габаритными показателями.

Задачей системы охлаждения является стабильное поддерживание такого теплового состояния двигателя, которое обеспечило бы получение наилучших мощностных и экономических показателей двигателя на всех режимах его работы. Подавляющее большинство двигателей имеют жидкостную систему охлаждения. Воздушная система охлаждения получила распространение у дизельных двигателей и карбюраторных, имеющих небольшую мощность.

При проектировании системы охлаждения её параметры выбирают с таким расчётом, чтобы обеспечить требуемый температурный режим двигателя при движении автомобиля со скоростью 10‒12 км/ч при температуре окружающей среды 40 ºС. При всех других условиях двигатель будет переохлажден.

Чтобы избежать переохлаждения двигателя, вводят регулировку системы охлаждения по циркуляционному расходу жидкости, а также по расходу воздуха. Проведенные исследования показатели, что 95 % двигателей легковых автомобилей в течение 95 % времени переохлаждаются.

17.1. Жидкостная система охлаждения

Жидкостная система охлаждения на автомобилях применяется закрытого типа с принудительной циркуляцией жидкости с одной или двумя системами регулирования.

193

Первая система регулирования выполняется с помощью термостата, который в зависимости от положения клапана изменяет соотношение потоков жидкости в радиатор или по обводному каналу (патрубку). Вторая система изменяет поток воздуха с помощью жалюзи или вентилятора. Совместная работа обеих систем позволяет получить постоянную температуру охлаждающей жидкости при малом перепаде температур. В закрытой системе внутренний объем соединяется с атмосферой через двойной клапан, который регулируется на давление 0,09 МПа (температура кипения повысится на 2,1º).

При приближении температуры охлаждающей жидкости к точке кипения резко падает производительность насоса, что может привести к нарушению циркуляции жидкости. Предотвратить это нарушение можно следующим образом:

а) созданием в верхней точке радиатора свободного объема, что увеличивает высоту радиатора на 14‒15 %;

б) применением расширительного бачка, объёмом 25‒30 %; в) установкой паровоздушных трубок;

г) применением полностью герметизированных систем с высоким внутренним давлением. Такая система заполнена всесезонной жидкостью, температура которой может достичь 120 ºС. Габариты и масса будут минимальными.

Следует учитывать, что температура цилиндра поршневой группы будет возрастать с увеличением вязкости и с уменьшением теплопроводности, удельной теплоемкости и плотности охлаждения жидкости (антифриз – теплоемкость ниже на 15%, а вязкость выше в 5,7 раза).

У некоторых современных автомобилей, благодаря скруглению передней части, применяют широкие радиаторы с поперечным потоком жидкости, хотя эффективность их значительно хуже.

Эффективность системы охлаждения в значительной степени зависит от скорости движения жидкости и воздуха. С увеличением их увеличивается температурный перепад между жидкостью и воздухом. Скорость движения жидкости в трубках радиатора целесообразно повысить до 0,7‒0,9 м/с. Скорость движения воздуха перед фронтом радиатора от 7 до 12 м/с.

В качестве охлаждающих решеток применяют: а) трубчато-пластинчатые (с отгибными ребрами);

б) трубчато-ленточные (теплорассеивающая способность выше); в) пластинчатые (применяют реже);

194

г) сотовые.

Сопротивление радиатора Pp 200 300Па. Воздух подогрева-

ется на 20‒30º. Скорость встречного потока воздуха (4,5‒5) м/с, что соответствует движению автомобиля (12‒15) км/ч. Коэффициент теплопередачи определяют по диаграмме в зависимости от типа охлаждающей решетки и скорости воздуха.

Плотность воздуха вычисляют с учетом подогрева при проходе через жалюзи:

Vp Fфp lрад; lрад 60 120мм; p 900 11001/м. Трубчато-ленточные

p 1350 1/м.Коэффициент оребрения Kop Fохл .

Fтр

Удельный объем системы охлаждения:

для грузовых автомобилей Vуд (0,24 0,34) л/кВт

для легковых автомобилей Vуд (0,14 0,2) л/кВт Величина теплорассеивающей решётки:

для грузовых автомобилей Fохл (0,14 0,2) м2/кВт

для легковых автомобилей Fохл (0,2 0,4) м2/кВт

Коэффициент оребрения Kop Fохл 7 9.

Fтр

17.2. Расчет теплорассеивающей поверхности радиатора

Расчет сводится к определению поверхности охлаждения радиатора, а также к скорости охлаждающей жидкости и воздуха. Количество теплоты, поступающее в систему охлаждения, определяют в тепловом балансе. В случае уменьшения теплоотдачи в процессе эксплуатации, а также отклонения в принятых расчетах количество увеличивают на 10 %.

Связь между расчетным количеством теплоты и величиной рассеивающей поверхности выражается уравнением

195

p

Qp k tн Fохл; Fохл k tн ,

где k – коэффициент теплопередачи (из диаграммы); tн – температурный напор, tн tсж tсв; tсж – средняя температура жидкости,

Температура жидкости на входе в радиатор tж.вх 90 95oC. Температуражидкостинавыходеизрадиатора tж.вых tж.вх ‒ (7‒8 ºC), для форсированных двигателей tж.вых tж.вх ‒ (4‒6 ºС). Температура воздуха на входе в радиатор tв.вх tо t, tо 40º, t =4‒5 ºС. Средняя темпера-

тура воздуха tсв tв.вх tв , tв – степень подогрева воздуха. 2

Wв в – массовая скорость воздуха перед фронтом радиатора.

диатора определяют глубину радиатора.

Vp Fохл ; lp Vp .

p Fф

17.3. Расчёт водяного насоса

Число циклов прохождения жидкости через насос составляет 7‒12 в мин. Обычно применяют центробежные насосы с передаточным числом, равным единице. Давление во впускном канале должно быть выше на (0,02‒0,04)МПа, при котором начинается парообразование. Величина напора, создаваемая насосом, (0,05‒0,15) МПа.

Для повышения надежности работы системы охлаждения перед крыльчаткой устанавливают винтовой направляющий аппарат. Этим отделяются пузырьки воздуха паров, которые собираются в центральной части потока и отводятся через трубку. Скорость жидкости во впускных каналах не превышает 2,5‒3 м/с (рис. 89).

196

Циркуляционный расход жидкости определяется исходя из количества теплоты, поступающей в систему охлаждения.

Рис. 89. Схема работы водяного насоса

Qp

Vж Cж tж ж ,

где Cж =4,19 кДж/(кг∙ºC); tж – падение температуры в радиаторе,

tж = 7‒8 ºC.

1.Расчётная производительность насоса.

Vрн Vж . н 0,8 0,9,

н

где н – коэффициент подачи насоса. Входное отверстие насоса.

где C1 (1 2)м/с – скорость входа жидкости; r12 и r02 – радиусы входного отверстия и ступицы колеса.

197

Окружная скорость схода жидкости, равная окружной скорости наружной части крыльчатки,

17.4.Вентиляторы

Вдвигателях с жидкостной системой охлаждения целесообразно применять осевые вентиляторы как по компоновочным соображением, так и по КПД. Для лучшего обдува сердцевины радиатора желательно использовать направляющий кожух.

Мощность, потребляемая вентилятором, изменяется пропорцио-

нально числу оборотов в третий степени (n3 ), а поэтому целесообразно иметь больший диаметр вентилятора с меньшей частотой вращения. При этом равномерность обдува радиатора только улучшается.

198

Для уменьшения мощности на привод вентилятора применяют вентиляторы переменной производительности, путем изменения частоты вращения от нуля до максимума.

Изменение частоты вращения вентилятора осуществляют применением:

а) фрикционных муфт; б) гидрообъемного привода с автоматическим управлением;

в) механизма изменения угла атаки; г) автономного привода.

Окружная скорость ремня вентилятора не должна превышать

(30–35)м/с.

Производительность вентилятора:

где tB – степень нагрева воздуха в радиаторе (20–300); Св ‒ теплоемкость воздуха.

Скорость воздуха перед радиатором:

Wв Vв (7–12) м/с.

Fф

Диаметр вентилятора желательно выбирать с таким расчетом, чтобы коэффициент обдува радиатора k FB /FФР 0,785 1,0.

Число оборотов вентилятора выбирают исходя из предельной окружной скорости, которая составляет 70–100 м/с.

Окружная скорость зависит от напора вентилятора и его конструкции.

где – зависит от формы лопастей; 2,8 3,5 – для плоских лопастей; 2,2 2,9 – для криволинейных лопастей

nв 60U ; Nв Gв Pв кВт.

Dв в1000

где Pв 600 1000H/м2, в 0,32 0,4 –дляклепаных; в 0,55 0,65 –

длялитых.

199