книги из ГПНТБ / Колоколов А.А. Двигатели внутреннего сгорания изотермического подвижного состава учебник

Пренебрегая незначительным содержанием серы и влаги, о влия­ нии которых будет сказано ниже, элементарный состав топлива часто выражают содержанием только С, Н и О. Так, расчетный состав ди­ зельного топлива принимается обычно: С = 86%; Н = 13%; 0 = 1 % . Для бензина: С = 85%; Н = 15%.

Горючими элементами топлива являются только углерод, водород и сера. Теоретически необходимое количество воздуха в м3, приведен­ ное к нормальным физическим условиям, на 1 кг топлива определяется исходя из реакции окисления горючих элементов и выражается фор­ мулой

Для дизельного топлива расчетного состава это составляет

8

— •86 + 8-13 — 1

030

Вреальных условиях горения топлива в цилиндре дизеля не может

быть обеспечено идеальное перемешивание и равномерное распределе­ ние его по пространству камеры сгорания. Поэтому для обеспечения

С учетом несовершенства распыливания топлива в дизелях коэф­ фициент избытка воздуха при полной нагрузке бывает в пределах 1,3— 1,9 в зависимости от способа смесеобразования. При уменьшении на­ грузки а возрастает. В карбюраторных двигателях а = 0,9+-1,1.

При ухудшении условий сгорания (недостаток воздуха, снижение качества распыливания, чрезмерное охлаждение цилиндра) появляется неполнота сгорания, характеризующаяся присутствием в выхлопных газах окиси углерода СО, водорода Н 2 , метана СН4 , а также сажи. Состав газообразных продуктов сгорания топлива оценивается содер­ жанием в них по объему СОа , 0 2 , N 2 , S02 , водяного пара Н 2 0 , а при неполном сгорании — также СО и других газообразных продуктов неполноты сгорания.

Для контроля качества сгорания топлива в двигателе производится анализ выхлопных газов с помощью химических, электрических, опти­ ческих и других газоанализаторов, по результатам которого могут быть вычислены все компоненты продуктов сгорания и найден факти­ ческий коэффициент избытка воздуха. Имеются также приборыальфамеры, непосредственно показывающие коэффициент избытка воздуха.

Количество теплоты, образующейся при сгорании 1 кг жидкого

сматривается теплота сгорания высшая и низшая. Высшей теплотой сгорания является полное количество тепла, выделяемого при реак­ ции соединения горючих элементов топлива с кислородом воздуха. Однако одним из горючих элементов в топливе является водород, при сгорании которого получается вода. Вода, содержащаяся в продуктах сгорания, в парообразном состоянии удерживает в себе часть выделяю­ щегося тепла. Таким образом, может быть использована теплота сго­ рания за вычетом израсходованной на испарение воды. Эта теплота и представляет собой низшую теплоту сгорания.

Теплота сгорания определяется в лаборатории путем сжигания небольшого количества топлива в калориметрической бомбе, заполнен­ ной сжатым кислородом. По нагреванию воды калориметра вычисляет­ ся количество выделившегося тепла.

Приближенно низшую теплоту сгорания топлива можно определить

§ 28. Физико-химические свойства дизельного топлива

На работу дизеля оказывают влияние следующие основные харак­ теристики топлива: вязкость; содержание механических примесей, золы, серы и воды; кислотность; коксуемость; быстрота воспламене­ ния; температура застывания.

Топливо, обладающее большой вязкостью, плохо распыливается форсункой. Очистка его затруднена вследствие большого сопротив­ ления фильтров. Прохождение топлива по трубопроводам и заполне­ ние насосов замедленные. С другой стороны, при малой вязкости сма­ зывающая способность топлива ухудшается, что ведет к повышенному износу прецизионных сопряженных деталей топливной аппаратуры дизеля, работающей при высоких давлениях, и появлению утечек через неплотности. Из этих же соображений нужно, чтобы вязкость топлива была достаточно стабильной и мало менялась с изменением темпера­ туры.

Для уменьшения вязкости тяжелое моторное топливо должно по­ догреваться с таким расчетом, чтобы при прохождении через все эле­ менты топливной системы дизеля оно оставалось достаточно горячим.

После сгорания топлива остается зола, которая, оседая на стенках цилиндра, способствует износу его поверхности, а также поршневых колец и поршней. Стекающее со стенок цилиндра загрязненное масло ухудшает качество смазки двигателя. Содержание золы в жидком топливе по сравнению с твердым ничтожно, тем не менее его все же приходится ограничивать. Содержание золы в дизельном топливе не

ваются фильтрами, которые обязательно должны быть в топливной сис­ теме дизеля.

Взависимости от состава исходной нефти в дизельном топливе может находиться большее или меньшее количество серы в виде различных сернистых соединений или в чистом виде. Хотя сера при сгорании вы­ деляет тепло, наличие ее в топливе вредно. Наиболее нежелательным является содержание в топливе сероводорода, вызывающего разъеда­ ние металла.

Врезультате сгорания содержащейся в топливе серы получается

сернистый газ S0 2 и серный ангидрид S03 , которые вступают в реак­ цию с водяными парами, образующимися при сгорании водорода, и дают кислоты, разъедающие металл. Применение в дизелях сернистого топлива сопровождается, помимо коррозии, интенсивным образова­ нием нагара в цилиндре и выхлопной системе. Содержание сернистых соединений в нефти различных месторождений может колебаться от 0,01 до 4% и более. В зависимости от типа двигателя и условий его эксплуатации топливо не должно содержать более 1 % серы. В послед­ нее время ведутся исследования по применению антисернистых при­ садок к топливу и всасываемому воздуху, снижающих отрицательное действие серы на двигатель.

Содержание в топливе кислот, вредно действующих на топливные баки, трубопроводы и топливную аппаратуру, определяется количест­ вом едкого кали (КОН), необходимого для их нейтрализации. При этом указывается число миллиграммов КОН, израсходованных на

Дизельное топливо после сгорания должно давать незначительное количество смолистых отложений и твердого остатка — кокса. Эти отложения способствуют повышенному износу и ухудшают смесеобра­ зование. Склонность топлива к нагарообразованию характеризуется коксовым числом, представляющим собой остаток после испарения определенной порции топлива в специальном приборе при установлен­ ной температуре. Дизельное топливо должно давать незначительное количество нагара.

Одной из важнейших характеристик дизельного топлива является способность его быстро воспламеняться при поступлении в цилиндр. Значительная задержка воспламенения ведет к накоплению топлива в цилиндре, в результате чего при воспламенении резко повышается

Поскольку смесеобразование при непосредственном распиливании осуществляется главным образом за счет действия форсунки, давление распыливания в таких дизелях должно быть достаточно большим (не­ сколько сотен атмосфер).

Дизели с непосредственным распыливанием топлива наиболее эко­ номичны. Однако даже при незначительном износе сопряженных деталей топливных насосов и форсунок качество распыливания резко ухудшается, что снижает экономичность двигателя. Поэтому к состоя­ нию топливной аппаратуры и качеству фильтрации топлива в таких дизелях предъявляют очень высокие требования.

Кроме того, качество смесеобразования при струйном распилива­ нии в значительной мере зависит от режима работы двигателя, ухуд­ шаясь с уменьшением нагрузки и числа оборотов.

Для снижения давления распыливания, улучшения условий работы топливной аппаратуры, обеспечения устойчивого смесеобразования и сгорания топлива при переменной нагрузке в бескомпрессорных дизелях наряду с непосредственным смесеобразованием применяется смесеобразование с разделенными камерами сгорания. В этом случае качество распыливания топлива форсункой не имеет решающего зна­ чения, так как смесеобразование достигается в основном вспомогатель­ ными процессами, возникающими в разделенной камере.

Наибольшее применение получили предкамерный (или форкамерный) и вихрекамерный способы смесеобразования.

На рис. 42 показана верхняя часть цилиндра предкамерного дви­ гателя. Топливо подается форсункой 1 в предкамеру 2, емкость которой обычно составляет 20—40% общего объема камеры сгорания. Некото­ рая часть топлива, поступившего в предкамеру, сгорает, повышая в ней давление. Вследствие образовавшейся разности давлений газы из предкамеры с большой скоростью устремляются в цилиндр через одно или несколько отверстий 3, увлекая с собой частицы несгоревшего топлива. При этом несгоревшее в предкамере топливо дополни­ тельно распыливается, перемешивается с воздухом, находящимся в основной части 4 камеры сгорания цилиндра, и полностью сгорает.

кой очистки и коллектор топливных насосов. В зависимости от на­ грузки двигателя часть топлива из коллектора 5 отбирается главными насосами для подачи в форсунки 3 по трубкам 6. Просачивающееся через неплотности форсунок топливо отводится по трубке 8 обратно

вбак.

Впростейшем случае применяется так называемая тупиковая топ­ ливная система, при которой топливо однократно проходит через фильтр в том количестве, которое необходимо для подачи в форсунки. В частности бак устанавливается выше уровня насосов и для подачи топлива используется естественный напор. Для фильтрации топлива применяются фильтры-отстойники, обладающие незначительным со­ противлением. Для двигателей совершенно необходима высококачест­ венная очистка воздуха, так как, оседая из смазанных поверхностях стенок цилиндров, поршневых колец, подшипников и т. д., пыль обра­ зует подобие абразивной пасты, которая вызывает сильный износ деталей.

§32. Топливные насосы и форсунки

Умногоцилиндрового двигателя для каждого цилиндра может быть установлен отдельный топливный насос, соединяемый с форсун­ кой стальной трубкой. Иногда несколько насосов составляют общий блок. В некоторых случаях насос конструктивно объединяется с об­ служиваемой им форсункой (насос-форсунка).

На рис. 45 показана схема действия топливного насоса плунжернозолотникового типа и форсунки. При нижнем положении плунжера пространство 7 и сообщающаяся с ним полость 10 в верхней части плунжера заполнены топливом, поступившим из коллектора 2. Топ­ ливо подается в коллектор топливоподкачивающим насосом по трубе 1 или поступает самотеком. При вращении кулачкового валика /з ку­ лак 17, набегая на тарелку 16, поднимает плунжер. Топливо из про­ странства 7 начинает вытесняться обратно в коллектор через отверстие 8. Когда кромка верхнего торца плунжера перекроет отверстие 8, со­ общающее надплунжерное пространство с коллектором, топливо на­ чнет вытесняться через нагнетательный клапан 5 и трубку 4 в фор­ сунку, где по каналу 20 поступает к игольчатому клапану 21. Под давлением топлива на кольцевую поверхность клапан приподнимается, и через распыливающие сопла 22 топливо устремляется в цилиндр.

Давление в надплунжерном пространстве топливного насоса, труб­ ке 4 и внутренних полостях форсунки зависит от сопротивления, ко­ торое приходится преодолевать топливу при прохождении через иголь­ чатый клапан и сопла форсунки. Минимальное давление р ф , необхо­ димое для поднятия клапана, регулируется изменением затяжки пружины 18 болтом 19. Степень затяжки пружины влияет на давление начала и конца подачи топлива форсункой. В период же действия фор­ сунки давление перед соплами значительно повышается вследствие преобладающего влияния сопротивления сопловых отверстий. Макси­ мальное давление распыливаемого топлива возрастает с увеличением 78