2.2. Описание установки для исследования горючести топлив для карбюраторных двигателей.

Данные, лабораторные методы не позволяют непрерывно и оперативно осуществлять контроль свойств топлива в процессе испытаний. Поэтому результаты таких методов относят непосредственный характер и позволяют косвенно судить об уровне того или иного топлива.

При проведении исследований на полноразмерных двигателях, невозможно выделить из сложной совокупности процессов, происходящих в карбюраторе, во впускном коллекторе, камере сгорания, отдельных элементов процесса, интересующие эксперементатора, не говоря о трудностях, вызываемые быстротечностью процесса смесеобразования и сгорания в двигателе, связанных с варьированием условий исследования. В связи с этим мы предлагаем экспериментальную установку.

Лабораторные установки и стенды разработаны на основе физического моделирования химических процессов, протекающих в условиях применения автомобильных бензинов. Физическое моделирование основано на использовании принципа подобия и сводится к воспроизведению постоянства определяющих критериев подобия в модели и объекта.

В отличие от стандартных лабораторных методов при исследованиях на модельных установках возможно варьирование сразу несколькими факторами, что дает возможность приближать исследуемые процессы к реальным и определять зависимость горючести от варьируемых факторов, а также исследовать влияние различных факторов друг на друга [8].

Исследование сгорания в условиях близких к действительным, поводят по трем основным направлениям:

- сгорание отдельных капель топлива в воздушных потоках;

- сгорание отдельных капель топлива на горячей поверхности;

- сгорание топливных пленок на горячей поверхности.

При исследовании по указанным направлениям общими являются следующие методические приемы:

- проведение исследований на безмоторных установках и на приборах типа «Камер»;

- использование в качестве основных средств регистрации скоростной киносъемки и самописцев [7].

Стенд для исследования воспламеняемости и горючести автомобильных бензинов, основан на физическом моделировании процессов испарения во впускном коллекторе и горение в камере сгорания двигателя.

Исследование горючести на реальном двигателе не позволяет выделить из сложной совокупности процессов, происходящих во впускном коллекторе и камере сгорания, отдельные элементы интересующие эксперементатора, большие трудности вызывает быстротечность процессов смесеобразования и горения. Для исследования эксплуатационных свойств автомобильных бензинов необходимо создать физическую модель впускной системы и камеры сгорания карбюраторного двигателя, в которых реализуется процессы подобные процессам, протекающим в реальном двигателе и обеспечивает возможность выделения интересующих исследователя процессов. [9].

Сущность экспериментального метода заключается в периодической подаче бензина распыленного в карбюраторе и смешанного в испарительном тракте с воздухом в реакторе испарения, воспламенения, сжигания бензина при постоянном давлении и регистрации параметров протекающих процессов. В реакторе создают температуры соответствующие температурам рабочего заряда двигателя. Температура топлива и воздуха в карбюраторе и спарительном тракте, состав топливо воздушной смеси и ее скорость регулируют применительно к соответствующим значениям, имеющим место во впускном тракте двигателя.

Принципиальная схема экспериментальной установки представлена на рисунке 1.

Функциональную установку можно разделить на два блока:

-физические модели впускного коллектора;

-камера сгорания.

Первый блок- модель впускного коллектора карбюраторного двигателя. Впускной коллектор предназначен для создания топливо -воздушной смеси, сбора топливной пленки и не исправившихся капель, определения количества низкотемператуных отложений и включает в себя карбюратор, сам впускной коллектор, ловушки и конденсаторы.

Второй блок-модель камеры сгорания(рисунок 6).Камера сгорания -предназначена для сжигания горючей смеси, определения количества нагара и представляет собой металлический реактор, помещенный в термостат. Размеры реактора соответствуют средним размерам камеры сгорания карбюраторных двигателей. На крышке реактора расположены:

-свеча зажигания А-17Д;

-два двухходовых крана;

-отверстие для датчика давления.

Первый двухходовой кран предназначен для

1.- корпус реактора; 2,5- двухходовые краники; 3- свеча зажигания А-17D; 4- датчик давления; 6- термопара; 7- нагревательный элемент; 8- кожух термостата; 9- песок; 10- асбестовые прокладки.

Рисунок 6-Модель камеры сгорания (реактор).

заполнения и опорожнения реактора, второй для подключения манометра и вакуумметра.

Установка для исследования горючести включает в себя ряд систем:

-подачи топлива;

-подачи воздуха;

-термостанирования;

-зажигания;

-контроля.

Система подачи топлива предназначена для подачи заданного количества топлива во впускной коллектор, создания топливно-воздушной смеси и включает в себя:

-топливный бак, представляющий собой микробюретку ВАА-200, которая позволяет осуществлять замер горючего с точностью до 0,0001г;

-серийный карбюратор 3К-129 автомобиля УАЗ-450 однокамерный, вертикальный, с подающим потоком смеси, балансированной поплавковой камерой, экономайзером и ускорительным насосом. Данный карбюратор выбран в следствии сравнительной оценки серии карбюраторов армейских машин. В карбюраторе К-129 вместо главного жиклера, регулируемого иглой, введен жиклер постоянного сечения, который в сочетании с воздушным жиклером, обеспечивает оптимальный состав рабочей смеси на частичной и полной нагрузках двигателя. Кроме того, значительно улучшена конструкция клапана поплавкового механизма. Для удобства наблюдения за уровнем топлива в поплавковой камере предусмотрено окошко. Пропускная способность и размеры жиклеров приведены ниже.

Пропускная способность жиклеров в см³/мин:

-главного топливного 370 ± 5;

-топливного холостого хода 55 ± 1,5.

Диаметр жиклеров в мм:

-главного воздушного 1,1 ^+0,06

-воздушного холостого хода 1,4 ^+0,06;

-эмульсионного холостого хода 1,5 ^+0,06

-экономайзера 1,6 ^+0,06

Впускной коллектор, внутренний диаметр которого 38 мм, что позволяет оптимально приблизить процесс испарения на установке к реально проходящему в двигателе. Впускной коллектор сборный, состоит из нескольких элементов: соединительных трубопроводов, ловушек и конденсаторов, что позволяет варьировать длину коллектора от 12,5 см до 70 см ( реальные размеры коллектора двигателя внутреннего сгорания находится в пределах 40-60 см).В элементах коллектора имеются отверстия, позволяющие устанавливать термогары паровоздушной смеси, производить отбор проб смеси и топливной пленки, подавать различные, как жидкие так и газообразные компоненты и добавки непосредственно во впускной трубопровод. Ловушка и конденсор имеют конусные окончания, которые предназначены для моделирования процесса впрыска паровоздушной смеси в цилиндры двигателя, Система подачи воздуха предназначена для создания потока топливно-воздушной смеси и включает:

-вакуумный насос;

-ресивер;

-соединительные трубопроводы;

-сборную гребенку;

-переходник.

Для создания потока воздуха используют вакуумный насос марки 3НВР-1ДХУЛ, производительностью 50м^Ч/ч и ресивер объемом 30метров,что позволяет задавать необходимое разряжение (до 0,07 МПа) в карбюраторе и обеспечивает распыл топлива, а также необходимую скорость движения топливно-воздушной смеси в зависимости от режима работы установки. На реальном двигателе скорость движения топливно-воздушной смеси составляет от 4м/с до 50 м/с. Скорость подачи и количество воздуха регулируется дроссельной заслонкой в карбюраторе и краниках на ресивере. Переходник обеспечивает соединения ресивера с вакуумным насосом.

Система термостатирования предназначена для создания необходимых тепловых режимов коллектора, Она включает:

-нагреватели воздуха;

-нагреватели коллектора.

Нагреватель воздуха стандартный лабораторный , с пропускной способностью 60м³/ч и температурным пределом до 120 ^оС, что позволяет создать реальную температуру воздуха, поступающего в топливную систему двигателя. Температура воздуха под капотом автомобильного двигателя в следствии подогрева при переходе его через радиатор оказывается не постоянной, обычно достигающей 80-90^ОС, и мало зависит от температуры наружного воздуха, таким образом, можно считать, что средняя температура всасываемого воздуха может достигать 75-85^ОС.

Нагреватели коллектора промышленные нагревательные элементы мощности 1,5 кВт каждый, что позволяет создавать тепловой режим впускного коллектора, на реальном двигателе колеблется в пределах 120-130^ОС .Блок термостатирования позволяет автоматически поддерживать в нагревателях воздуха и коллектора заданные температуры.

Система зажигания предназначена для подачи искры на свечу зажигания и включает в себя:

-генератор импульсов высокого напряжения;

-стандартную автомобильную свечу А-17Д, неразборной конструкции. Длина части корпуса свечи, вворачиваемой в головку, равна 14 ± 0,5мм. Резьба металлическая М 14*1,25, зазор между электродами 0,80-0,95 мм;

-электропровода, изготовленных из провода ПВЛ-1.

Система контроля предназначена для контроля расхода воздуха , топлива, температур. Она состоит из двух газовых счетчиков ГСБ-400,вакуумметра, термопары цифрового вольтметра, для контроля за температурным режимом и емкостью датчика давления, соединенного с прибором СК-4-56.