книги из ГПНТБ / Силовые установки и промысловые механизмы маломерных судов рыбной промышленности (с двигателями до 100 л. с.) учеб. пособие

Камеры первой группы (1—5) расположены в порш­ не. Применяются они в четырехтактных дизелях и в двухтактных с прямоточно-клапанной продувкой. Каме­ ра 2 имеет, наибольшее распространение, так как в ее объем удачнее, чем в другие, вписывается форма факела топлива (дизель ЗД6) . Камеры в поршне 4 и 5 будут рассмотрены в разделе «Пленочное смесеобразование».

Камеры второй группы (6, 7, 8) расположены в ци­ линдровой крышке. Они применяются преимущественно в двухтактных дизелях с контурной продувкой, напри­ мер в двигателе ДРЗО/50.

Камеры третьей группы (9,10) расположены в ци­ линдре между днищами двух поршней и применяются только в двигателях с противоположно движущимися поршнями, например в двухтактном двухрядном дизеле Д П Н 23/2X30.

Камеры четвертой группы (11—15) расположены частично в цилиндровой крышке, а частично в поршне. Они применяются главным образом в двухтактных ди­ зелях, например в дизеле 8ДР 43/61.

Смесеобразование в дизелях с неразделенными каме­ рами сгорания осуществляется путем непосредственного впрыска топлива под высоким давлением в объем каме­ ры. Конфигурация камер сгорания при этом должна со­ ответствовать количеству, направлению и дальнобойно­ сти факелов, чтобы обеспечивать равномерное распреде­ ление капель топлива в объеме камеры, а также исключать попадания части топлива на стенки. В ре­ зультате попадания топлива на стенки камеры сгорания температурой ниже 200 и выше 400° С ухудшается сме­ сеобразование и увеличивается нагарообразование, в связи с чем экономичность работы дизеля ухудшается.

Неразделенные камеры сгорания имеют довольно простую конфигурацию, а малая относительная поверх­ ность охлаждения их обеспечивает минимальные тепло­ вые потери. Поэтому дизели с неразделенными камера­ ми сгорания имеют хорошие пусковые качества и хоро­ шие экономические показатели.

Неразделенные камеры имеют и некоторые недостат­ ки: необходимость высокого давления впрыска для по­ лучения хорошего качества распыливания топлива; необходимая полнота сгорания при имеющейся нерав­ номерности распределения капель в объеме камеры обе-

40

спечивается высокими значениями коэффициента избыт­ ка воздуха (1,8—2,2); повышенная чувствительность к сорту топлива.

Под коэффициентом избытка воздуха для сгорания понимается отношение действительного количества воз­ духа L , которое нужно подать в цилиндр двигателя для

Рис. 17. Камера сгорания ЦНИДИ в поршне.

количества цикловой подачи топлива на стенки камеры, расположенной в поршне. Камера в поршне имеет полу­ сферическую форму (рис. 17). Топливо впрыскивается многосопловой форсункой 1 под давлением 150—200 кгс/ /см2 (15—20 МПа) так, чтобы около 95% его количества попало на стенки камеры 2 и покрыло их тонкой рав­ номерной пленкой. Температура стенок камеры работа­ ющего двигателя находится в пределах 200—400° С, в результате чего обеспечивается хорошее испарение топ­ лива и исключается термическое разложение молекул. Около 5% топлива распыливается в объеме камеры сго­ рания и воспламеняется в первую очередь, зажигая за­ тем основное топливо, испаряющееся с поверхности пленки. Пары топлива интенсивно перемешиваются с круговыми вихреобразными потоками . воздуха внутри камеры н образуют однородную топливо-воздушную смесь.

4J

Сгорание топлива при пленочном смесеобразовании происходит постепенно, по мере его испарения. Интен­ сивность нарастания давления в 'цилиндре вследствие этого уменьшается, поэтому такие двигатели отличают­ ся пониженными «жесткостью» и шумом при работе. Круговые вихреобразования внутри камеры создаются с помощью впускного патрубка специальной конструкции.

Рис. 18. Схема прсдкамерного смесеобразования.

Двигатели с пленочным смесеобразованием имеют вы­ сокую экономичность и могут работать на различных сортах топлива.

Предкамерное смесеобразование. Предкамерное сме­

называется предкамерой /, а другая представляет собой объем цилиндра надпоршневого пространства 3. Пред­ камера большей частью выполняется в виде цилиндриче­

камере повышается медленнее, чем в рабочем цилиндре, так как соединительные каналы оказывают сопротивле­ ние для прохода.воздуха. В результате этого между ци-

4?

лиидром и предкамерой образуется перепад давления 2—4 кгс/см2 (0,2—0,4 МПа) . Воздух из цилиндра под избыточным давлением поступает через соединительные

впрыскивается топливо. Наличие вихрей способствует интенсивному перемешиванию частиц топлива с возду­ хом и образованию качественной смеси при сравнитель­

с образовавшимися горячими газами под избыточным давлением перетекает в надпоршневое пространство ци­

ется. Высокая температура газа, при которой происхо­ дит смесеобразование основного количества топлива, по­ зволяет применять в предкамерных двигателях более тяжелые сорта.

Недостатками предкамерных двигателей являются трудность запуска и пониженная экономичность их. Труд­ ность запуска обусловливается дополнительными поте­ рями тепла в процессе сжатия из-за увеличенной (по сравнению с неразделенными камерами) поверхности охлаждения разделенных камер. Объем предкамеры в крышке, которая охлаждается водой, составляет 25— 40% от всего объема пространства сжатия. Для облег­ чения пуска предкамерных двигателей степень сжатия повышают до 16—18 и непосредственно в предкамере устанавливают специальные запальные устройства. Они могут быть электрическими в виде спирали накалива­ ния, нагреваемой перед пуском, или в виде тлеющих патронов, которые перед пуском зажигают, а затем вставляют в предкамеру.

Пониженная экономичность предкамерных двигате­ лей обусловливается дополнительными потерями тепла в охлаждающую воду и затратами энергии на преодоле­ ние гидравлических сопротивлений при перетекании га­ за в предкамеру и обратно. Из-за указанных потерь удельные расходы топлива дизелей небольшой мощнос-

43

линдровой крышке располагается вихревая камера, ко­ торая в большинстве случаев имеет шарообразную фор-

Рис. 19. Схема вихрекамерного смесеобразования.

му. Вихревая камера 3 (рис. 19) соединяется с надпоршневым пространством через узкий канал 2. Соединительный канал изготовляется отдельно от крыш­ ки в детали из жаропрочной стали — неохлаждаемой вставке 1. Сечение канала выполняется различной фор­ мы, например, у дизелей типа Ч 10,5/13 оно представля­ ет собой месяцевидную щель.

Ось канала направлена тангенциально к образующей шара, чтобы потоки воздуха, поступающие в вихревую камеру из цилиндра, при сжатии приобретали враща­ тельное движение.

44

интенсивно перемешивается с воздухом, образуя доволь­ но качественную топливо-воздушную смесь. Давление распыла топлива вследствие этого значительно меньше, чем в двигателях с неразделенными камерами, и состав­ ляет 100—150 кгс/см2 (10—15 МПа) . Впрыснутое топли­ во частично испаряется в камере, а часть его, как и в дви­ гателях с пленочным смесеобразованием, попадает на стенки камеры, а затем испаряется. Процессы смесеоб­ разования и сгорания топлива в основном происходят в вихревой камере, объем которой составляет 50—80% всего объема камеры сгорания, поэтому только часть несгоревшего топлива вместе с воздухом и газами под из­ быточным давлением перетекает в надпоршневое прост­ ранство и там догорает. •

Вихрекамерное смесеобразование обеспечивает хоро­ шую полноту сгорания топлива при небольших коэффи­ циентах избытка воздуха (а = 1,3—1,4). Неохлаждаемая вставка из жаропрочной стали выполняет роль теп­ лового аккумулятора, она воспринимает тепло от газа при сгорании топлива и отдает его воздуху в процессе сжатия. Дизель вследствие этого работает стабильно на различных скоростных и нагрузочных режимах.

запальные устройства в виде электрических спиралей накаливания 4,

Удельные расходы топлива в вихрекамерных двига­ телях составляют 190—22\) г/(л. с-ч).

Смесеобразование с раздельными камерами (предкамерное и вихрекамерное) находит широкое примене­ ние в быстроходных малоразмерных двигателях, так как обеспечение хорошего смесеобразования в них при непо­ средственном впрыске топлива потребовало бы создания высоких давлений распыла топлива и применения мно­ годырчатых форсунок с очень малыми отверстиями, что в свою очередь привело бы к увеличению стоимости топ­ ливной аппаратурыКроме того, при малых размерах ди-

45

аметра цилиндра трудно избежать попадания топлива при впрыске на стенки цилиндра и поршня.

Смесеобразование в карбюраторных двигателях рас­ смотрено выше.

Способы воспламенения топлива

Воспламенение (зажигание) топлива в дизелях. Оно осуществляется под действием высокой температуры воздуха в цилиндре в конце процесса сжатия, т. е. топли­ во самовоспламеняется без постороннего источника теп­ ла или открытого пламени. При самовоспламенении в топливе протекают окислительные реакции с выделени­ ем тепла, которое расходуется на самоускорение реак­ ций и в окружающую среду. Топливо, впрыснутое в ци­ линдр двигателя через форсунку,- воспламеняется не сразу, а через некоторый промежуток времени. Это вре­ мя необходимо для подготовки топлива к самовоспламе­ нению, т.е. для прохождения в нем физико-химических процессов. Физические процессы подготовки топлива к самовоспламенению — это нагревание и испарение ка­ пель его, химические процессы — это окислительные ре­ акции и разложение сложных молекул его с образова­ нием промежуточных продуктов.

Время от момента поступления топлива в цилиндр двигателя до его самовоспламенения характеризуется периодом задержки самовоспламенения. Продолжитель­ ность этого периода зависит от физических, химических и конструктивных факторов. К физическим факторам относятся давление и температура воздуха в конце сжа­ тия и наличие вихреобразований в камере сгорания, к химическим — состав топлива, наличие в нем специаль­ ных присадок, улучшающих самовоспламенение и коли­ чество остаточных газов в цилиндре двигателя, к конст­ руктивным— конструкция камеры сгорания (разделен­ ные и неразделенные), степень сжатия, качество распыла топлива форсункой и т. д.

Продолжительность задержки самовоспламенения топлива в дизелях стремятся уменьшить, так как от нее зависит интенсивность нарастания давления в первый период сгорания. С увеличением задержки самовоспла­ менения увеличивается количество топлива, поступаю­ щего в цилиндр за это время, а сгорание большого коли­ чества топлива в начальный момент приводит к резкому

46

повышению давления и к увеличению в связи с этим ди­ намических нагрузок на шатунно-кривошипный меха­ низм, т.е. двигатель работает «жестко». При малом пе­ риоде задержки самовоспламенения наблюдается плав­ ное нарастание давления и «мягкая» работа двигателя. Период задержки самовоспламенения уменьшается при увеличении температуры воздуха в конце сжатия и на­ личии интенсивного вихреобразования в камере сгора­ ния. Неохлаждаемые вставки из жаропрочной стали в двигателях с разделенными камерами сгорания благода­ ря нагреванию их до высокой температуры также спо­ собствуют сокращению периода задержки самовоспла­ менения.

Самовоспламенение топлива в камере сгорания дви­ гателя происходит не одновременно во всем объеме, а в отдельных его точках с наиболее высокой температурой (1000—1200° К) . После появления единичных очагов пламени и дальнейшего протекания окислительных ре­ акций наступает взрывное горение топлива во всем про­ странстве камеры сгорания.

Воспламенение топлива в карбюраторных двигателях.

Оно происходит от электрической искры, проскакиваю­ щей между электродами свечи зажигания. Энергия элек­ трической искры должна быть достаточной для надеж­ ного воспламенения горючей смеси на всех режимах работы двигателя и особенно при пуске. При пуске хо­ лодного двигателя энергия электрической искры расхо­ дуется и на испарение мелких капелек топлива, которые попадают в цилиндр с обогащенной горючей смесью и оседают на электродах свечи. При проскакивании элект­ рической искры небольшой объем газа между электро­ дами нагревается до высокой температуры и зажигает горючую смесь.

С в е ч а з а ж и г а н и я (рис. 20,а) имеет стальной корпус 1, нижняя часть которого выполняется с резьбой для ввертывания в цилиндровую крышку. В корпус завальцовывается изолятор 2 из кристаллокорунда или боркорунда, обладающих высокими электрическими и механическими качествами. Через изолятор пропускает­ ся центральный электрод 4, нижняя часть которого сде­ лана из жаропрочных сплавов. На нижней части сталь­ ного корпуса укрепляется один или несколько боковых электродов 8 (рис. 20,6) из жаропрочных сплавов. Для

47

лучшего отвода тепла между корпусом и изолятором проложены латунные 5, 6 и медная 7 шайбы. Централь­ ный электрод , уплотнен в изоляторе термоцементом. Провод высокого напряжения от катушки зажигания под­ водится к центральному электроду обычно с помощью быстросъемиого контакта 3.

Для выработки переменного тока высокого напряже­ ния и распределения его по свечам зажигания в зависи­ мости от порядка работы цилиндров двигателя служит

о

Рис. 20. Свеча зажигания:

а — устройство, б — форма электродов свечн.

м а г н е т о . Из различных типов магнето наибольшее распространение получили магнето с вращающимся магнитом.

Схема зажигания от магнето для четырехцилиидрового двигателя представлена на рис. 21. Постоянный магнит 5 с одной или несколькими парами полюсов вра­ щается на подшипниках внутри полюсных башмаков 6 П-образного магнита сердечника 7, набранного из тон­ ких листов электротехнической стали. На металличес­ ком сердечнике располагается катушка проводов с дву­ мя обмотками: первичной и вторичной. Первичная об­ мотка выполнена из провода большого диаметра и имеет меньше витков, чем вторичная. Обе обмотки соединены последовательно.

Когда полюсы постоянного магнита располагаются между полюсными башмаками сердечника, то через сер-

48

дечннк 7 происходит замыкание «всех магнитных линий. Проходя по сердечнику, магнитные линии пересекают витки проводов первичной обмотки и индуцируют в ней э. д. с. При вращении магнита положение полюса изме­ няется, поэтому магнитные линии пересекают витки об­ мотки в противоположных направлениях. В результате этого при замыкании первичной цепи с помощью кон­ тактов 3 прерывателя 2 в ней потечет переменный ток.

вторичной обмотке вследствие пересечения ее витков си­ ловыми линиями исчезающего электромагнитного поля также возникнет максимальная э. д. с.

Цепь вторичной обмотки состоит из распределителя тока 10 и соединительных проводов 8 со свечами зажи­ гания. Кулачок 4, нажимающий на выступ прерывателя тока, обычно укрепляется на валу постоянного магнита, имеющего привод от коленчатого вала двигателя. Рас­ пределитель тока высокого напряжения может иметь собственный привод с другим числом оборотов, чем вал постоянного магнита. Зависит это от количества искр, получаемых за один оборот вала магнето, и от числа цилидров двигателя.

Конденсатор С включается параллельно контактам прерывателя й служит для предохранения их от обгорания в момент размыкания цепи. Для предохранения об­ моток магнето от пробоя изоляции в случае разрыва цепи высокого напряжения на корпусе магнето устанавлива­ ется искровой разрядник 9. Выключение зажигания про­ изводится путем закорачивания цепи первичной обмот-