книги из ГПНТБ / Селиверстов В.М. Теплосиловое оборудование подъемно-транспортных машин учебник

теля. Графически фазы газораспределения принято изображать в ви­

На рис. 64 изображена диаграмма газораспределения четырехтакт­ ного дизеля. Впускной клапан открывается (точка 1) до прихода кри­ вошипа в в. м. т. Угол опережения открытия впускного клапана аг. Закрывается впускной клапан (точка 2) после поворота кривошипа за

н. м. т. на угол а 2.

Этот угол называется углом запаздывания закрытия всасываю­ щего клапана. За время запаздывания закрытия клапана в цилиндр

Углы опережения и запаздывания впуска и выпуска выбираются тем больше, чем выше быстроходность двигателя.

Из диаграммы газораспределения (см. рис. 64) видно, что в начале впуска около в. м. т. одновременно открыты на углу поворота криво­ шипа аг + ос4 впускной и выпускной клапаны. При перекрытии клапа­

нов за счет отсасывающего действия движущегося по выпускному тру­ бопроводу потока отработавших газов осуществляется продувка каме­ ры сгорания (в двигателях без наддува). В двигателях с наддувом про­ дувка производится за счет положительного перепада давлений во впускном и выпускном трубопроводах.

Фазы газораспределения некоторых четырехтактных двигателей приведены в табл. 2.

127

При эксплуатации вследствие изменения теплового зазора и других причин может произойти изменение фаз газораспределения, что приво­ дит к нарушению работы двигателя. В связи с этим необходимо перио­ дически проверять и регулировать фазы газораспределения.

§72. Газообмен в двухтактных двигателях

Вдвухтактных двигателях применяют бесклапанные и комбини­ рованные механизмы газораспределения. Органами газораспределения

в бесклапанном механизме являются п р о д у в о ч н ы е и в ы-

изображена на рис. 65. а. Продувочные окна располагаются напротив

выпускных и имеют меньшую высоту. На поршне очень часто делают козырек, отклоняющий поток воздуха или горючей смеси вверх, что улучшает продувку верхней части цилиндра. Иногда продувочные ок­ на в поперечном сечении размещаются тангенциально, вследствие чего обеспечивается вращательное движение воздуха.

128

При петлевой продувке выпускные окна располагаются над про­ дувочными с одной стороны цилиндра (рис. 65, б). В данном случае

сначала открываются выпускные окна, происходит предварительный выпуск отработавших газов, а затем открываются продувочные окна. Выпускные окна размещены так, что поток воздуха из продувочных окон поднимается в верхнюю часть цилиндра, описывает петлю, опус­ кается вниз и выходит через выпускные окна. Такой тип продувки при­ меняется в дизелях большой мощности.

Преимущество рассмотренных схем продувки — их простота, не­ достатки — плохая очистка цилиндра от остаточных газов и потеря свежего заряда, поскольку выпускные окна закрываются позднее про­ дувочных. Последний недостаток устраняется при поперечно-щелевой продувке с двумя рядами продувочных окон, причем верхний ряд их располагается выше выпускных (рис. 65, в). При такой схеме продувоч­

ный воздух проходит в цилиндр через два ряда продувочных окон. В воздушном ресивере между двумя рядами продувочных окон уста­ новлена клапанная коробка с обратными клапанами.

При движении поршня вниз сначала открывается верхний ряд про­ дувочных окон, но воздух через них не поступает, так как под дей­ ствием давления газов в цилиндре клапаны в ресивере закрыты. За­ тем открываются выпускные окна, в результате чего давление га­ зов резко падает. К моменту открытия нижнего ряда продувочных окон давление газов становится немного меньше давления продувочного воздуха, и воздух начинает поступать в цилиндр через верхние и ниж­ ние окна. Продувочный воздух вытесняет из цилиндра оставшиеся газы и заполняет его свежим зарядом. При движении поршня вЕерх сначала закрываются выпускные окна, но через открытые верхние про­ дувочные окна продолжает поступать дополнительная порция воздуха. Дозарядка цилиндра воздухом позволяет получить дополнительную мощность от двигателя. Этот тип продувки применяется в дизелях сред­ ней и большой мощности. Недостатком его является некоторое усложне­ ние конструкции механизма газораспределения.

В быстроходных дизелях широкое распространение получила пря­ моточно-клапанная продувка (рис. 65, г), рассмотренная в § 69. Та­

кой тип продувки обеспечивает минимальное количество остаточных газов в цилиндре и минимальную потерю заряда. К недостаткам пря­ моточно-клапанной продувки относится сложность конструкции из-за применения выпускных клапанов с механическим приводом.

§ 73. Фазы газораспределения в двухтактных двигателях

Газообмен в двухтактном двигателе состоит из следующих фаз: предварение выпуска, выпуск-продувка и дозарядка или потеря за­ ряда в зависимости от типа продувки. Характер этих фаз и их величи­ на в углах поворота кривошипа зависят от типа двигателя, его быстро­ ходности и схемы продувки.

Диаграмма газораспределения для двигателей, имеющих простую поперечно-щелевую и петлевую схемы продувки, показана на рис. 66, а.

Точка 3 на ней соответствует началу выпуска газов. Период открытия выпускных окон от точки 3 до точки 5 называется предварением выпу-

ска/За этот период из цилиндра удаляется до 70% продуктов сгорания. При повороте кривошипа от точки 5 до 6 производится выпуск-про­

дувка, т. е. удаляются оставшиеся в цилиндре отработавшие газы и он заполняется свежим зарядом.

Поскольку в рассматриваемых схемах продувки выпускные окна закрываются позднее продувочных, на участке 6—4 наблюдается по­

теря заряда. Моменты, соответствующие открытию и закрытию выпуск­ ных и продувочных окон, в данных схемах продувок не регулируют-

Рис. 66. Диаграммы газораспределения двухтактных дизелей

ся. В конце хода сжатия с опережением до в. м. т. на угол фоп начина­ ется подача топлива. Процесс сгорания его характеризуется участком

1-2.

На рис. 66, б приведена диаграмма газораспределения для попереч­ но-щелевой схемы продувки с двумя рядами продувочных окон. При такой схеме во время третьей фазы газообмена на участке 4—6 проис­

ходит дозарядка цилиндра, а не потеря заряда, как в предыдущих схе­ мах продувок.

Диаграмма газораспределения для прямоточно-клапанной схемы продувки изображена на рис. 66, в. Здесь возможна регулировка пер­

вой и третьей фаз газообмена в цилиндре. Выпускные клапаны могут быть так отрегулированы, что потеря заряда в третьей фазе будет све­ дена к минимуму (участок 6—4).

§ 74. Смесеобразование в карбюраторных двигателях

чатого клапана 3 поддерживается постоянный уровень топлива. При

работе двигателя вследствие всасывающего действия поршня в диф­ фузоре 6 создается разрежение. Топливо из поплавковой камеры через

130

калиброванное отверстие 1, называемое жиклером, подсасывается к распылителю 5, который распиливает его.

Чтобы предотвратить вытекание топлива из распылителя при не­ работающем двигателе, его верхняя кромка расположена на 2—3 мм выше уровня топлива в поплавковой камере. Последняя бывает балан­ сированной и небалансированной. В первом случае поплавковая камера сообщается с атмосферным воздухом через воздухоочиститель, во втором — непосредственно с атмосферным воздухом, как показано на рис. 67.

К преимуществам балансированных поплавковых камер относится то, что в них независимо от сопротивления воздушного фильтра лучше

смесь иногда подогревают во всасывающем трубопроводе, что обеспе­ чивает экономичное сжигание топлива при небольших коэффициентах избытка воздуха и высокой частоте вращения коленчатого вала.

Количество горючей смеси, поступающей в двигатель, а следова­ тельно, и мощность его регулируют дроссельной заслонкой 7. При боль­ шем ее открытии возрастает скорость воздуха в диффузоре, увеличива­ ются разрежение и интенсивность истечения топлива из распылителя,

атакже количество горючей смеси, поступающей в цилиндр.

Взависимости от конструкции двигателя и его нагрузки скорость воздуха в диффузоре колеблется от 50 до 150 м/с. Состав горючей сме­

грузки на обедненной смеси обеспечивает наименьший удельный рас­

При работе на обогащенной смеси обеспечивается наибольшая мощ­ ность двигателя вследствие увеличения теплоты сгорания заряда и большей скорости распространения пламени. Однако при работе на этой смеси топливо сгорает не полностью, что приводит к его повышен­ ному удельному расходу.

На обогащенной смеси двигатель должен работать в период пуска, холостого хода и при максимальной мощности.

Желаемая кривая изменения коэффициента избытка воздуха (кри­

Следовательно, элементарный карбюратор не может обеспечить за­ пуск двигателя и устойчивую работу его на холостом ходу, а так­ же требуемого состава смеси при переходе с одного режима работы на другой. Поэтому его оборудуют устройствами, обеспечивающими полу­

Схема карбюратора с компенсационным жиклером 3, устанавлива­ емым в дополнение к главному жиклеру 4, показана на рис. 69. Ком­ пенсационный жиклер связан с колодцем 2, который в верхней части соединяется с атмосферой, а в нижней — с распылителем 1.

При неработающем двигателе уровень топлива в поплавковой ка­ мере, колодце и распылителях одинаков. Во время работы двигателя на малых нагрузках топливо поступает в диффузор одновременно из распылителей главного 4 и компенсационного 3 жиклеров, обеспечивая

получение обогащенной горючей смеси. По мере увеличения нагрузки двигателя топливо из колодца компенсационного жик-

132

лера быстро израсходуется, и основное его количество в дальнейшем будет подаваться через распылитель главного жиклера. Через распы­ литель компенсационного жиклера будет поступать бензино-воздуш­ ная эмульсия, улучшающая качество смесеобразования. Расход топ­ лива, подаваемого через компенсационный жиклер, определяется толь­ ко высотой столба топлива h меж­

ду уровнем его в поплавковой ка­ мере и сечением компенсационного жиклера. Таким образом, с увели­ чением нагрузки количество топли­ ва, подаваемое через компенсацион­ ный жиклер, уменьшается, обеспе­ чивая получение обедненной горю­ чей смеси.

Чтобы получить обогащенную смесь на режиме максимальной мощности, карбюраторы оборудуют экономайзерами с механическим или пневматическим приводом. Ме­ ханический привод (рис. 70, а) со­

стоит из штока с диском 5 и рычага 6, закрепленного на оси дроссель­ ной заслонки 7. При открытии дроссельной заслонки шток с диском 5 опускает клапан 3, открывая дополнительный проход топливу в сме­ сительную камеру через жиклер 1 и распылитель 8, что приводит к

Рис. 70. Схема карбюратора с экономайзером (а) и ускорительным насосом (б)

обогащению горючей смеси. Прикрытие дроссельной заслонки сопро­ вождается подъемом штока 5 и закрытием клапана 3 пружиной 2.

После этого топливо подается в смесительную камеру только через главный жиклер 4.

При резком открытии дроссельной заслонки происходит кратко­ временное обеднение горючей смеси из-за большой разницы в инер­ ционности подачи топлива и воздуха, в результате чего снижается час­ тота вращения двигателя.

Для обогащения смеси при резком открытии заслонки карбюраторы снабжают ускорительными насосами (рис. 70, б), обычно размещаемыми в поплавковой камере. Насос состоит из поршня 5, перемещающегося

133

в цилиндре 4, всасывающего 6 и нагнетательного 7 клапанов, жиклера 8, распылителя 2, пружины 3 и привода 1 к поршню.

При закрытой заслонке поршень насоса находится в верхнем поло­ жении и топливо через всасывающий клапан заполняет внутреннюю по­ лость цилиндра 4. Когда заслонка открывается медленно, поршень опус­

кается постепенно и топливо перетекает в поплавковую камеру, минуя всасывающий клапан. При резком открытии заслонки поршень быстро опускается вниз, пружина 3 сжимается и топливо, прижав всасыва­ ющий клапан 6 к седлу, открывает нагнетательный клапан 7 и через распылитель 2 поступает в смесительную камеру, предотвращая обед­ нение смеси. Пружина 3 и жиклер 8 обеспечивают более продолжитель­

ный впрыск топлива.

§ 75. Смесеобразование в дизелях

Процесс смесеобразования в дизелях начинается с момента подачи топлива в цилиндр топливным насосом через форсунку. Продолжи­ тельность его подачи занимает 20 — 40° угла поворота коленчатого

желых топлив в дизелях приводят к получению неоднородной топлив­ но-воздушной смеси.

В зависимости от способа смесеобразования дизели бывают с н е- р а з д е л е н н ы м и и р а з д е л е н н ы м и к а м е р а м и с г о ­ р а н и я . Неразделенная камера сгорания представляет объем, огра­ ниченный днищем поршня и крышкой цилиндра. Форма камеры сгора­ ния обычно образуется различной конфигурацией головки поршня (рис. 71, а, б). В таких камерах сгорания вихревые токи, возникающие

в цилиндре, не обеспечивают хорошего перемешивания топлива с воз­ духом. Оно достигается за счет тонкости распиливания и достаточной дальности проникновения струй топлива. Для этого применяют мно­ годырчатые форсунки с отверстиями малого диаметра (0,15 ч- 0,4 мм)

134

и большим давлением впрыска, достигающим ІООМН/м2. При движении струи топлива с большими скоростями (150 -=- 400 м/с), вследствие трения о воздух происходит ее разрушение на капельки размером

2—3 мк.

Полученная таким образом горючая смесь будет сгорать достаточно полно, если частички топлива равномерно распределены по всему объ­ ему камеры сгорания. Однако из-за кратковременности периода смесе­ образования добиться указанного трудно. Поэтому сгорание топлива должно протекать при больших коэффициентах избытка воздуха а =

= 1,6 -f- 2, при которых только и можно обеспечить полное сгорание топлива.

Преимуществом дизелей с неразделенными камерами является не­ большой удельный расход топлива (220^-260 г/кВт • ч). Последнее объясняется уменьшением потери тепла в охлаждающую среду через стенки камеры сгорания из-за ее компактности. Сравнительно невысо­ кие степени сжатия и уменьшение потери тепла в охлаждающую среду обеспечивают более легкий пуск двигателя.

К недостаткам двигателей с неразделенными камерами сгорания относятся:

1) необходимость использования топливных насосов высокого давления (рн = 25 -=- 50 МН/м2);

2) применение многодырчатых форсунок с малым диаметром отвер­ стий (d = 0,12 -=-0,25 мм), требующих большой точности изготовления

топливной аппаратуры; 3) резкое нарастание давления в цилиндре в период сгорания топ­

лива, обусловливающее жесткую работу двигателя. Этого можно избе­ жать, если применить объемно-пленочное смесеобразование. В по­ следнем случае камера сгорания размещается в поршне (рис. 71, в) и

имеет шаровую или трапецеидальную форму. Около 90—95% пода­ ваемого форсункой топлива попадает на поверхность камеры сгорания, где образуется тонкая пленка. Вследствие высокой температуры стенок камеры сгорания топливо постепенно испаряется, пары его перемешива­ ются с воздухом, бездымно сгорают, обеспечивая мягкую работу дви­ гателя .

Неразделенные камеры сгорания обычно применяют в двигателях достаточно большой мощности, работающих с устойчивой нагрузкой. При переменных нагрузках качество смесеобразования в этих двигате­ лях ухудшается, что снижает их экономичность.

В быстроходных дизелях небольшой мощности получили распростра­ нение разделенные камеры сгорания. Применение их в основном объ­ ясняется тем, что в неразделенных камерах сгорания трудно обеспе­ чить качественное распыливание малых порций топлива (нужны высо­ кие давления впрыска топлива и диаметр сопел отверстий распылителя менее 0,15 мм). Разделенные камеры позволяют использовать более простую, дешевую и долговечную топливную аппаратуру, что сни­ жает стоимость двигателя. При таких камерах обеспечивается устой­ чивое качество смесеобразования на переменных режимах работы. Двигатели с разделенными камерами сгорания бывают предка­ мерные и вихрекамерные.

135

Предкамерные дизели (рис. 72, а), в которых камера сгорания состоит из предкамеры 2 и основной камеры 4. Объем предкамеры со­

ставляет 20—40% общего объема камеры сгорания. Предкамера обыч­ но располагается в крышке цилиндра и соединяется узким каналом 3

с основной камерой. В период сжатия воздух из цилиндра перетека­ ет в предкамеру.

Впрыснутое через форсунку 1 в предкамеру топливо из-за недо­

статка воздуха сгорает частично. В результате этого давление в предка­ мере резко возрастает до 7—8 МН/м2, смесь продуктов сгорания и не­

цилиндрической или шаровой формы, которая располагается в цилин­ дровой крышке. Нижняя часть ее выполняется в виде вставки 4 из жа­

роупорной стали. Объем вихревой камеры составляет 50—80% обще­ го объема камеры сгорания. С цилиндром камера сгорания соединена тангенциально расположенным широким каналом 3. Благодаря этому

в период сжатия обеспечивается вращательное движение воздуха, поступающего из цилиндра в камеру, как в камере, так и на выходе из нее, что позволяет добиться хорошего смесеобразования. В вихре­ вой камере сгорает значительная часть топлива, остальное вместе с продуктами сгорания перетекает в цилиндр, где и догорает. Широкий канал между камерой и цилиндром позволяет по сравнению с предкамерным смесеобразованием значительно уменьшить потери на дрос­ селирование.

Организованный характер вихревого движения воздуха в двигате­ лях с разделенными камерами сгорания обеспечивает хорошее смесе­ образование и полное сгорание топлива при а = 1,3 ч- 1,5. Качество

смесеобразования в этих двигателях мало зависит от нагрузки двига­ теля.

Основными достоинствами разделенных камер сгорания являются: применение более простой топливной аппаратуры (однодырчатые фор­ сунки, насосы с небольшим давлением впрыска), снижение требова­ ний к качеству топлива и его очистке, хорошая приспособляемость двигателя к различным режимам работы, менее жесткая их работа,

136