книги из ГПНТБ / Махалдиани, В. В. Двигатели внутреннего сгорания с автоматическим регулированием степени сжатия
.pdfмоздкими и, во-вторых, трудно обеспечить, іна высоких ско ростях вращения коленчатого івала, синхронность колеба ния пружины с изменением давления газов за цикл.
Не оправдано также применение в этих целях жид костей ввиду их плохой сжимаемости и медленного прохож дения через тонкие отверстия.
Наиболее подходящим для создания давления над бу ферным поршеньком является применение сжатого воздуха.
В 1952 году интересные работы по исследованию бу ферного устройства были проведены в Азербайджанском политехническом институте кандидатом техн. наук 3. Гу сейновой иод руководством проф. К. В. Покровского.
1
Рис. 27. Схема бу4 е н о устройства испытанного
|
|
3 . Гусейновой. |
|
|
|
|
|
|
Схема испытанного буферного устройства показана на |
||||||
рис. |
27. |
В головке блока, над |
рабочим цилиндром двигате |
||||
ля, |
размещена буферная камера |
3 с |
регулирующим |
пор |
|||
шеньком |
2. В камеру 3 впускается |
сжатый воздух, где при |
|||||
помощи |
обратного клапана |
поддерживается |
давление рв . |
||||
Давление рв подобрано таким |
образом, |
что за |
каждый |
ра |
бочий цикл двигателя регулирующий поршенек перемеща ется вверх и возвращается в свое нижнее положение. При перемещении регулирующего поршенька вверх, буферный
ЕО
Эффект создается сжатием находящегося в .камере 3 воз духа; при собранном движении поршенька его удару сопро тивляется буферное действие, возникающее в пространстве 4, между кромкам;; камеры и буртом регулирующего пор шенька.
Результаты экспериментов показывают, что наличие описанного буферного устройства заметноснижает макси мальное давление сгорания и смягчает работу двигателя.
Рис. |
28. Индикаторные диаграммы выражающие |
работу |
|
|
двигателя с буфером и без него. |
|
|
Для примера на рис. 28 показаны |
две |
индикаторные |
|
диаграммы, |
снятые со стандартного двигателя (пунктир |
||
ная линия) |
и с двигателя, работающего |
при |
наличии бу |
ферного устройства. В обоих случаях режим работы двига теля соответствовал полной нагрузке.
Сравнение показанных на рис. 28 индикаторных диаг рамм дает возможность выявить особенности протекания рабочего процесса двигателя яри наличии буферного уст ройства.
Политропа сжатия при наличии буферного устройства
проходит выше |
по сравнению с |
политропой сжатия стан |
||
дартного двигателя |
до момента, |
когда сила, |
действующая |
|
на поршенек 2 |
(рис. |
27) со стороны рабочего |
цилиндра и |
51
возникающая действием давления рк газов не |
достигает |
си |
||
лы, действующей |
на поршенек |
2, возникающей от давле |
||
ния рв воздуха |
(на диаграмме точка Сй, рис. |
28). |
|
|
При этом поршенек 2 будет |
все время |
находиться |
в |
крайнем нижнем положении, создавая минимальный объем V' камеры сжатия.
Когда давление ph превысит давление рв, поршенек 2 начнет перемещаться вверх, сжимая воздух ® пневматичес кой камере 3.
5
?
/
Рис. 29. Схема поршня с буферным устройством.
Это перемещение продолжается до момента, когда си да давления газов со стороны рабочего цилиндра не урав новесится силой давления сжатого в верхней камере воз
духа. |
|
|
|
|
|
|
|
В |
процессе сгорания объем основной |
камеры увеличи |
|||||
вается |
до |
значения Ѵ’с, |
что |
приводит |
к |
снижению |
макси |
мального |
давления сгорания |
примерно на 25 -ь 30%. |
|||||
Линия |
расширения |
при |
наличии |
буферного устройства |
|||
до точки Zh протекает в |
условиях изменения объема |
от VI |
52
до V'c, а «последствии при наличии постоянного объема
камеры сгорания.
Рис. 30, Фото поршня с буферным устройством.
Недостатком описанной конструкции буферного уст ройства надо считать трудность обеспечения удовлетвори тельной герметизации буферных полостей и смазки внут-
53
,ранних поверхностей устройства, а также необходимость использования воздуха с достаточно высоким давлением.
Буферное устройство может быть размещено в |
|
самом |
||||||||||||
лоршіне. Такая конструкция была осуществлена |
и |
испыта |
||||||||||||
на іна кафедре тракторов іи |
автомобилей |
Грузинского |
сель |
|||||||||||
скохозяйственного |
института в |
1948 году для одноцилиндро |
||||||||||||
вого бензинового |
двигателя |
«Ляусон». |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
На рис. 29 показана схема поршня с буферным устрой |
||||||||||||||
ством. Как видно из |
схемы, |
конструкция |
осуществлена |
по |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
схеме «поршень в поршне» |
||||||||
|
|
|
|
|
|
(по подобию ПАРССй |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
В днище |
внутреннего |
||||||
|
|
|
|
|
|
поршня |
1 |
вмонтирован |
об |
|||||
|
|
|
|
|
|
ратный |
клапан |
2 |
и |
воз |
||||
|
|
|
|
|
|
душный |
|
жиклер |
|
3. |
Во |
|||
|
|
|
|
|
|
время |
процесса |
всасыва |
||||||
|
|
|
|
|
|
ния, |
при переходе поршнем |
|||||||
|
|
|
|
|
|
верхней |
|
мертвой |
|
точки, |
||||
|
|
|
|
|
|
вследствие |
влияния |
сил |
||||||
|
|
|
|
|
|
инерции, |
наружный |
стакан |
||||||
|
|
|
|
|
|
поршня 4 отстает |
и |
в по |
||||||
|
|
|
|
|
|
лость 5 через клапан 2 |
||||||||
|
|
|
|
|
|
поступает |
воздух, |
исполь |
||||||
|
|
|
|
|
|
зуемый |
впоследствии |
для |
||||||
|
|
|
|
|
|
создания буферного эффек |
||||||||
|
|
|
|
|
|
та. Во время сгорания и |
||||||||
|
|
|
|
|
|
расширения |
воздух, |
через |
||||||
|
|
|
|
|
|
тонкое |
отверстие |
воздуш |
||||||
|
|
|
|
|
|
ного жиклера 3, выбрасы |
||||||||
Рис. 31. |
Внутренний поршень |
с |
вается в картер. |
|
|
|
||||||||
обратным |
клапаном |
в днище. |
|
|
На рис. |
30 |
показано |
|||||||
|
|
|
|
|
|
фото |
системы |
«поршень в |
||||||
поршне» в разобранном |
состоянии, а на рис. 31 —фото, где ви |
|||||||||||||
ден обратный клапан, вмонтированный в днище поршня. |
|
|
||||||||||||
Недостаткам |
описанной |
|
конструкции |
.надо |
считать |
|||||||||
трудность |
уплотнения рабочих |
поверхностей |
|
буфера |
и |
|||||||||
обеспечение |
герметичности обратного |
клапана, |
а |
также |
сложность подбора оптимального проходного сечения воз душного жиклера.
54
Интересную конструкцию лневмобуфернсхго устройства разработали ,на кафедре тракторов іи автомобилей Грузин ского сельскохозяйственного института доц. В. Окропиридзе (руководитель), инж. К. Петриашвили и Г. Цикарадзе.
Принципиальная схема этого устройства показана на рис. 32.
Как видно из схемы, над рабочим цилиндром 1 двига тели расположен буферный цилиндр 3, в котором разме щен свободно движущийся поршень 4 с уплотнительными кольцами и крышкой 5. Сверху буферный цилиндр герме тически закрыт крышкой 8, в которой установлен стер-
55
жень 7 с неподвижным поршеньком 6 и впускной клапан & для впуска сжатого воздуха.
В стержне неподвижного поршня имеется канал, сообщаю щий выходными отверстиями 0Х и 02 внутреннюю полость В свободно движущегося поршня с буферной полостью А, а так же, в некоторые моменты, с полостью С.
Днище свободжадвижущегося поршня имеет полусфе рическую форму и вместе с нижней частью буферного ци линдра образует камеру, куда выходит гнездо для разме щения в нем форсунки (дизель) или запальной свечи (кар бюраторный двигатель).
К впускному клапану 9, через редуктор давления 10, подводится сжатый воздух из ресивера 11.
Пінавміобуферный механизм работает следующим об разом.
После включения редуктора 10 воздух из ресивера 11, через впускной клапан 9 поступает в полссть А, а затем через
отверстия 0 1 и 02 и центральный канал |
неподвижного |
поршня |
|||||
6 в полость В. |
|
|
|
|
|
|
|
Таким образом, под действием давления сжатого воз |
|||||||
духа, поршень 4 займет |
крайнее нижнее |
положение. Объ |
|||||
ем камеры |
сжатия |
при |
этом будет минимальным, ооответ- |
||||
ствующим |
максимальной степени сжатия. |
|
|
|
|||
При запуске и работе |
двигателя, |
в процессе |
сжатия на |
||||
днище поршня 4 будет действовать давление |
газов. |
Когда уси |
|||||
лие от этого давления |
станет больше, |
чем |
суммарное |
усилие |
|||
от давления |
воздуха в полостях А, В и С, |
поршень |
4 |
начнет |
двигаться вверх, сжимая воздух в буферных полостях А и ß и производя расширение в полости С.
В момент сгорания давление ;в камере сгорания резко1 возрастает, поршень 4 подбрасывается вверх до момента, пока усилие от давления рабочих газов в камере сгорания не уравновесится усилием от возросшего давления в буфер ном цилиндре.
Во время движения буферного поршня 4 вверх, в опреде ленный момент выходное отверстие 02 очутится в полости С и давление воздуха во всех полостях А, В и С выравнится.
5S
Затем, лосле того как начнется расширен,ие |
рабочих |
|||
газон в основном цилиндре, давление ,в камере |
сгорания по |
|||
нижается и буферный поршень 4 перемещается вниз. |
|
|||
В это время отверстие 02 вновь выходит из подсети С и |
||||
в последней образуется воздушный |
буфер, чем |
обеспечивается |
||
мягкая посадка поршня 4 в свое исходное положение. |
|
|
||
Во время выхлопа отработавших газов, |
ввиду |
того, |
||
что давление газов яевелико, буферный поршень 4 |
остает |
|||
ся в своем нижнем положении, что способствует |
іхюрошей |
|||
очистке рабочего цилиндра. |
|
|
|
|
Таким образо/м, описанный |
механизм в .состоянии |
осу |
ществлять буферное действие, а также изменять, в зависи мости от давления впускаемого в буферный цилиндр сжа того воздуха, фактическую степень сжатия к моменту вос пламенения топлива.
( Г Л А В А И
АВТОМАТИЧЕСКОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ СТЕПЕНИ СЖАТИЯ В ДИЗЕЛЯХ
§ 1. Общие предпосылки
Основная цель использования в дизелях автоматичес кого изменения степени сжатия, в зависимости от назначе
ния двигателя, может выражаться |
в |
ограничении |
макси |
|||
мального |
давления |
сгорания, улучшении |
пусковых |
качеств |
||
и (расширении диапазона пригодных |
для |
работы |
данного |
|||
двигателя сортов топлива. |
|
|
|
|
||
Осуществлением |
автоматического |
изменения |
степени |
|||
сжатия |
появляется |
(возможность |
создания выоокофореяро- |
(Еаиного дизеля с очень высоким давлением наддува, обла дающего способностью легко запускаться три сильном хо лоде и работать на различных сортах топлива.
Автоматическое |
регулирование |
степени сжатия связано |
с конструктивным |
усложнением и |
повышением стоимости |
двигателя; поэтому его использование может оказаться цс-
57
лссюобраэным лишь в том случае, когда выгоды от измене ния степени сжатия заметно превышают затраты, понесен ные для реализации этого мероприятия.
В 'настоящее время, к сожалению, пока отсутствуют соответствующие 'экономические расчеты, позволяющие точно выделить группу двигателей 'внутреннего 'сгорания с 'самовоспламенением от сжатия, для которых экономически оправдано применение автоматического 'регулирования степени сжатия, однако уже сейчас с уверенностью можно сказать, что это мероприятие сулит большие выгоды в слу чае применения его в транспортном дизеле с высоким над дувом.
Менее перспективным может оказаться осуществление автоматического изменения степени сжатия в маломощных
дизелях, работающих со всасыванием заряда. |
|
|||
Возможность высокого форсирования, |
падежный пуск |
|||
и многотоплавность обусловливает |
важносль |
переменной |
||
с гтени сжатия для двига |
||||
телей |
боев ix |
г ашин. В |
||
подтверждении этого можно |
||||
отменить, |
что <£ирма США |
|||
«Континенталь» серийно вы |
||||
пустила |
танковые ди:ели с |
|||
автоматически изменяющей |
||||
ся |
степенью си атия. |
|
|
|
|
|
|
Для |
с ационгрных ди |
||
|
|
|
|
|
зелей, безусловно, |
эфе} ек- |
|||
|
|
|
|
|
тивность |
применения |
пере |
||
|
|
|
|
|
менной |
степени |
сжатия |
||
tu |
іб /8 |
го |
гг |
гЬ f |
несколько ограничена, |
т. к. |
|||
по сравнению с транспорт |
|||||||||
Рис. 33. Температуры сжатия |
и воспла |
ным |
двигателем |
в |
них |
||||
менения для |
разных |
степеней сжатия. |
меньшую |
роль |
играют |
||||
|
|
|
|
|
удельная масса и облегчен |
||||
|
|
|
|
|
ный пуск. |
|
|
|
|
Целесообразность |
использования |
переменной |
степени |
сжатия в дизелях можно хорошо проследить по графику, показанному на рис. 33.
'58
График изображает характер изменения температуры заряда із ‘конце сжатия при изменении .геометрической сте пени сжатия. Кривые построены для различных режимов нагрузки дизеля, начиная от холодного запуска .и до пол ной -нагрузки. На графике так же изображены эксперимен тальные кривые изменения температур, необходимых для •воспламенения топливо-воздушной смеси при использова
нии |
различных топлив. |
|
|
|
|
|
|
График показывает, что воспламенение смеси при ра |
|||||
боте на дизельном топливе |
со стандартной |
степенью |
сжа |
|||
тия, |
равной |
16, возможно |
при |
температуре |
окружающего |
|
воздуха — |
18°С, в то -время как |
необходимая степень |
сжа |
тия, требуемая для воспламенения этой смеси при темпе ратуре — 32°С, составляет е=19.
Однако, как видно из графика, после запуска двига тель будет удовлетворительно работать со ‘степенью сжа тия, равной 12.
Использование в качестве топлива бензина ухудшает эти показатели. Как видно из трафика, при тех же темпе ратурах окружающего воздуха воспламенение происходит
лишь при е — 24, а работа на режимах холостого хода требует степень сжатия, равную 18. Вместе с тем после уве личения нагрузки в обеих случаях потребные значения сте
пеней сжатия оказываются меньше е = 12. |
|
Однако если двигатель с самовоспламенением от сжа |
|
тия для достижения |
хороших пусковых качеств и хороше |
го холостого хода будет работать на высокой степени сжа |
|
тия, то максимальное |
давление сгорания при увеличении |
нагрузки будет достигать очень больших величин, динами
ческая нагрузка деталей |
кривошипно-шатунного механиз |
||||
ма повысится, что |
повлечет за |
собой ненормальную |
рабо |
||
ту или |
поломіку |
двигателя. |
|
|
|
Это |
хорошо |
подтверждает |
график (рис. 34), |
изобра |
|
жающий |
максимальные |
давления сгорания, измеренные |
при испытании дизеля с непосредственным впрыском топли ва (35], Данные, изображенные на этом графике, соответст вуют разным нагрузкам и разным степеням сжатия и наг
лядно показывают, что для создания высакофорсированно-
59