1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое вихревой дизельный двигатель

Вихрекамерное смесеобразование

Для ВД возрастание выброса твёрдых частиц наблюдается при увеличении частоты вращения.

При запуске температура заряда выше в цилиндре, чем в вихревой камере.

Относительный объём вихревой камеры V кс/Vс=0,4/0,6.

Наибольшая скорость втекания воздуха в вихревую камеру на номинальном режиме в пределах 100-200м/с при угле ПКВ 40 о С до ВМТ.

  • Меньше давление сгорания и невысокая степень повышения давления.
  • Более полное использование кислорода, бездымный выхлоп.
  • Возможность работы на высоких скоростях.
  • Возможность использования топлив, различных фраку сгорания.
  • Меньше давления впрыска.
  • Более высокий удельный расход топлива.
  • Ухудшение пуска двигателя.
  • В вихрекамерном дизеле Gi заметно снижается с нагрузкой, что является результатом увеличения температуры поверхности неохлаждаемой нижней полусферы вихревой камеры.
  • В ВК впрыскиваемое топливо должно быть направлено перпендикулярно вихревому потоку воздуха в камере.
  • Увеличение угла конуса в топливном влияет на повышение доли топлива, испаряющимся объёмным способом и приводи к росту размеров топливной плёнки. В ней образуются более мелкие капли, и это благоприятно сказывается на подготовке к сгоранию всей цикловой подачи топлива.
  • Наиболее эффективен угол конуса топливного факела, который охватывает окружность радиусом равным половине радиуса шарового объёма
  • Температурная неоднородность рабочего заряда в объёме вихревой камеры, на её поверхности и в топливном факеле штифтовой форсунки вызвано следующими причинами:
    • Нагрев воздушного заряда при перетекании из надпоршневого пространства по соединительному нагару при трении его о стены камеры происходит неравномерно.
    • Степень нагрева деталей вихревой камеры в следствие разной интенсивности их охлаждения, протекает неодинаково.
    • Воспламенение и горение топлива происходит в определённых зонах камеры, а не одновременно по всему объёму
  • Неравномерность нагрева поверхностей ВК может составлять более 300 о .
  • Температура жаропрочной вставки бывает обычно выше температуры воздуха в конце такта сжатия.
  • Наибольшее влияние на эффективность рабочего процесса малоразличных дизелей, оказывает температура поверхности КС, поэтому впрыск и осуществляется на поверхность жаропрочной вставки.
  • Интенсивному испарению объёмной и плёночной долям топлива способствует сокращение продолжительности подачи топлива Yвпр.
  • Увеличение угла распыливания от 10 о до 60 о индикаторный расход топлива уменьшается (с 195 до 189 г/кВт ч), при дальнейшем увеличении улучшение индикаторных показателей не происходит. В следствие образования внутри факела внутри факела полости. Заполнена воздухом и концентрации основной массы топлива на образующей факела.
  • При пуске дизеля в зависимости от скорости воздушного заряда и температуры сжатого воздуха и стенки КЗ на стенки КЗ концентрируется от 70% до 90% цикловой подачи. Пуск будет надёжным в том случае, если до прихода поршня в ВМТ успеет испариться не менее 40% пусковой цикловой подачи топлива.
  • Снижение температуры воздушного заряда из-за потерь через стенки головки цилиндров и соединительного канала жаропрочной вставки вихревой камеры и в следствие утечки части воздуха через зазор поршень-втулка цилиндра в холодном дизеле составляет примерно 60-80 о .

Уважаемый посетитель! Мы физически не можем отвечать на каждый комментарий..
Для того, чтобы Вы могли самостоятельно (или с помощью ближайшего автосервиса) устранить неисправности дизеля, мы разработали ОнлайнДиагностику. Это интерактивное руководство, которое содержит все известные причины неисправностей дизельных двигателей и указывает пути достижения правильной работы конкретного двигателя.

Приглашаем вас воспользоваться ОнлайнДиагностикой прямо сейчас!

На первоначальном этапе необходимо разобраться в принципиальных отличиях работы дизельного двигателя от бензинового.

Дизельный двигатель является двигателем внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. Поскольку такие двигатели втягивают воздух, то он сжимается в двигателе до уровня, который существенно выше, чем в двигателях с воспламенением от искры, в которых используется топливовоздушная смесь. Вдобавок ко всему, двигатели с воспламенением от искры очень чувствительны к детонации. С точки зрения коэффициента полезного действия ( КПД ) дизельный двигатель является наиболее эффективным двигателем внутреннего сгорания. Низкооборотные двигатели большего рабочего объема могут иметь КПД в 50% и выше. В результате этого дизельные автомобили имеют низкий расход топлива и низкий уровень вредных выбросов в выхлопных газах, что можно отнести к преимуществу дизельных двигателей по сравнению с бензиновыми. В дизельном двигателе может использоваться четырех- или двухтактный цикл. В автомобильных двигателях практически всегда используется четырехтактный цикл.

При первом такте движения поршня вниз втягивает воздух через открытый впускной клапан. При втором такте, так называемом сжатии, воздух, втянутый в цилиндр, сжимается поршнем, который движется вверх. Степень сжатия составляет от 14:1 до 24:1. При этом процессе воздух разогревается до температуры 8000С. В конце такта сжатия форсунка впрыскивает топливо в нагретый воздух при давлении до 1500 кгс/см2. К началу третьего такта ( рабочего хода ) мелко распыленное топливо самовоспламеняется и на протяжении всего такта сгорает в цилиндре почти полностью. Высвобождаемая при этом энергия давит на поршень. Поршень снова движется вниз, преобразуя химическую энергию в механическую работу. Во время четвертого такта ( выпуска ) отработавшие газы вытесняются движущимся вверх поршнем через открытый выпускной клапан. После этого двигатель снова начинает всасывать воздух для нового рабочего цикла.

Читать еще:  Во сколько может обойтись ремонт двигателя

В дизельных двигателях используются разделенные и неразделенные камеры сгорания ( соответственно двигатели с предкамерами и непосредственным впрыском). Двигатели с непосредственным впрыском являются более эффективным, более экономичным, чем их аналоги с предкамерами. Исходя из этих соображений двигатели с непосредственным впрыском используются в грузопассажирских и грузовых автомобилях. С другой стороны, из-за более низкого уровня шума двигатели с предкамерами устанавливаются на легковых автомобилях. Вдобавок к этому, двигатель с предкамерой имеет более низкий уровень вредных выбросов выхлопных газах ( НС и NOх ) и более дешев в производстве.

По сравнению с двигателем с воспламенением от электрической искры ( бензиновым двигателем ), оба типа дизельных двигателей являются более экономичными, особенно в диапазоне частичных нагрузок. Дизельные двигатели являются подходящими для использования турбонагнетателей с приводом от выхлопных газов или механического наддува. Использование турбонагнетателя (турбокомпрессора) на дизельных двигателях увеличивает не только отдачу мощности и КПД двигателя, но так же уменьшают содержание вредных примесей в выхлопных газах.

В целом камеры сгорания дизельного двигателя можно разделить на несколько типов:

  • Системы с предкамерой: В системе с предкамерой используемой для легковых автомобилей, топливо впрыскивается в горячую предкамеру (дополнительную камеру ). Здесь начинается дополнительное воспламенение, чтобы достичь образования качественной смеси и уменьшения задержки воспламенения основного процесса сгорания.
  • Система с вихревой предкамерой: В этой системе используемой в дизельных двигателях легковых автомобилей, сгорание также начинается в дополнительной камере. В процессе сгорания используется дополнительная камера сгорания в форме шара или диска ( вихревая камера ) с поверхностью горловины (выреза), расположенной тангенциально в основной камере сгорания.
  • Система с непосредственным впрыском: В системах с непосредственным впрыском, используемых главным образом в грузовых автомобилях и в стационарных дизельных двигателях всех размеров, образование смеси обходится без дополнительной вихревой камеры. Топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания над поршнем.
  • Система непосредственного смешивания топлива с рапылением по стенкам ( М-система): В этой системе впрыска для стационарных дизельных двигателей теплосодержание ( теплоемкость ) стенок углубления в поршне используется для испарения топлива, и топливавоздушная смесь образуется с помощью управления воздухом для сжатия.

Выхлопные газы дизельных двигателей

При сгорании дизельного топлива образуются различные вещества. Их состав зависит от конструкции двигателя, его мощности и нагрузки.

Полное сгорание топлива приводит к существенному уменьшению концентрации вредных веществ. Полное сгорание обеспечивается точным поддержанием состава топливовоздушной смеси, абсолютной точностью процесса впрыска и оптимальным завихрением топливовоздушной смеси. Главным образом образуется вода ( Н2О ), безвредная двуокись углерода ( СО2 ) и в относительно низкой концентрации следующие соединения: окись углерода ( СО ), несгоревшие углеводороды ( НС или СН ), окислы азота ( NOx ), окись серы ( SO2 ) и серная кислота ( Н2SО4 ), частички сажи. Когда двигатель холодный, то состав выхлопных газов включает в себя не окисленные или окисленные лишь частично углеводороды, которые видны как белый или голубой дым с характерным запахом. На уменьшение расхода топлива и сокращение вредных выбросов влияют следующие параметры:

  • Точная установка момента ( начала ) впрыска
  • Точность при изготовлении форсунок
  • Топливный насос высокого давления ( ТНВД ) с точной дозировкой топлива
  • Модифицированные камеры сгорания
  • Точная геометрия факела распыленного топлива и увеличения давления впрыска
  • Особенности работы дизельных двигателей

    Самое большое преимущество автомобиля с дизельным двигателем – его экономичность. Для подтверждения этого мнения рассмотрим основные отличия в работе бензинового и дизельного двигателей.

      Особенности сгорания.

    Дизельный двигатель – двигатель внутреннего сгорания с воспламенением топлива вследствие сжатия. В бензиновом двигателе происходит воспламенение топливно-воздушной смеси от искры. Такие двигатели очень чувствительны к детонации. Процесс сгорания в дизельном двигателе начинается с втягивания воздуха, затем происходит его сжатие до уровня, превышающего уровень сжатия в бензиновом двигателе, в результате чего возникает воспламенение топлива. Коэффициент полезного действия (КПД) дизельного двигателя выше, чем у любого другого двигателя внутреннего сгорания. Для низкооборотных двигателей с большим рабочим объемом КПД достигает 0,5 и выше. Как результат: автомобили с дизельными двигателями потребляют меньше топлива, количество вредных отбросов в выхлопных газах также значительно ниже, что является одним из главных преимуществ дизельного двигателя в сравнении с бензиновым.

    Читать еще:  Что такое atf в двигателе

    Рабочий цикл.

    В дизельном двигателе используется как двух-, так и четырехтактный рабочий цикл. В первом такте поршень движется вниз и через открытый впускной клапан втягивает воздух. Во втором такте, так называемом такте сжатия, происходит сжатие воздуха вследствие обратного движения поршня вверх. Степень сжатия — от 14:1 до 24:1. В конце такта происходит впрыскивание топлива форсункой под очень высоким давлением ( до 1500 кгс/см2). Температура воздуха при этом достигает 8000С. Происходит воспламенение мелко распыленного топлива (третий такт), которое сгорает почти полностью. Энергия, высвобождаемая при этом, давит на поршень, который снова начинает двигаться вниз. Происходит преобразование химической энергии в механическое движение. Четвертый такт – выпуск отработавших газов. Поршень движется вверх и вытесняет их через открытый выпускной клапан. Затем начинается новый цикл.

    Камеры сгорания и турбонаддув.

    В дизельном двигателе внутреннего сгорания может использоваться как разделенная (двигатель с предкамерой), так и неразделенная камера сгорания (двигатель с непосредственным впрыском). Двигатели последнего типа считается более экономичными и эффективными, чем двигатели с предкамерой, поэтому чаще устанавливаются на грузовых и грузопассажирских автомобилях. Двигатели с предкамерой дешевле, преимуществами их являются более низкие уровни шума и вредных выбросов в выхлопных газах. Такие двигатели используются в легковых автомобилях. Если сравнить с бензиновым двигателем внутреннего сгорания с воспламенением от искры, оба вышеописанные типа дизельных двигателей более экономичны, в том числе в диапазоне частичных нагрузок. Дизельные двигатели внутреннего сгорания подходят для применения турбонагнетателей (турбокомпрессора) механического наддува или с приводом от выхлопных газов. Использование турбонагнетателя (турбокомпрессора) повышает мощность и коэффициент полезного действия (КПД) двигателя, снижает содержание вредных веществ в выхлопных газах.

    Типы камер сгорания дизельного двигателя:

    • Системы с предкамерой. Эта система используется в дизельных двигателях на легковых автомобилях. Топливо впрыскивается в горячую предкамеру, где происходит дополнительное воспламенение. В результате образуется качественная смесь и снижается задержка воспламенения в основном процессе сгорания.
    • Система с вихревой предкамерой. Такая система также используется в дизельных двигателях на легковых автомобилях. Как и в предыдущей системе, сгорание начинается в дополнительной камере. Однако такая камера сгорания имеет форму шара или диска (вихревая камера). Горловина (вырез) расположена тангенциально в основной камере сгорания.
    • Система с непосредственным впрыском. Большей частью используются в грузовых автомобилях и в различных стационарных дизельных двигателях. Топливо под давлением впрыскивается сразу в камеру внутреннего сгорания, расположенную над поршнем. Образование топливной смеси происходит без дополнительной вихревой камеры.
    • М-система или система непосредственного смешивания топлива с дальнейшим распылением его по стенкам. Эта система чаще используется в стационарных дизельных двигателях разного размера. Для испарения топлива используется теплоемкость стенок углубления в поршне. Топливовоздушная смесь образуется в результате управления воздухом в процессе сжатия.

    Выхлопные газы дизельных двигателей внутреннего сгорания.

    Состав выхлопных газов, образующихся в результате сгорания дизельного топлива, во многом зависит от конструкции самого двигателя, его мощности и заданной нагрузки. Чем более полно происходит сгорание топлива, тем ниже концентрация вредных веществ. Полнота сгорания зависит от точной поддержки состава тепловоздушной смеси, абсолютной точности впрыскивания и оптимального завихрения топливовоздушной смеси. Выхлопные газы большей частью состоят из воды (Н2О) и безвредной двуокиси углерода (СО2). Следующие соединения находятся в составе выхлопных газов в относительно небольшом количестве: несгоревшие углеводороды (НС или СН), окись углерода (СО), окись азота (NOx), серная кислота (Н2SО4) и окись серы (SO2), частички сажи. Если же двигатель холодный, в состав выхлопных газов поступают неокисленные или частично окисленные углеводы, различаемые как голубой или белый дым с характерным резким запахом.

    Система питания дизельного двигателя

    Когда в 1897 г. Рудольф Дизель создал первый работоспособный двигатель, он не мог предвидеть, какие изменения претерпит его идея. Особенно большие изменения в системе питания дизелей произошли в последние годы, что сделало эти двигатели более пригодными для применения не только на грузовых, но и на современных легковых автомобилях. Более дешевое топливо, высокая экономичность дизельных двигателей, по сравнению с бензиновыми, всегда привлекали автомобилистов, но широкое применение дизелей сдерживалось присущими им недостатками — шумностью при работе, повышенным дымлением и сложностью пуска холодного двигателя. Современные конструкции дизелей в большинстве не имеют этих недостатков.
    Система питания дизеля обеспечивает подачу очищенного дизельного топлива к цилиндрам, сжимает его до высокого давления, подает его в мелкораспыленном виде в камеру сгорания и смешивает с горячим (700–900 °С) от сжатия в цилиндрах (3–5 МПа) воздухом так, чтобы оно самовоспламенилось. После завершения рабочего хода необходимо очистить цилиндры от продуктов сгорания.
    Дизельное топливо отличается от бензина более высокой плотностью и смазывающей способностью. Для оценки способности дизельного топлива к самовоспламенению служит цетановое число. Существующие дизельные топлива имеют цетановое число 45–50; при этом для современных дизельных двигателей предпочтительнее более высокие числа.

    Читать еще:  Шевроле двигатель работает машина не едет

    Варианты впрыска топлива в камеру сгорания дизеля.
    Разделенная (а) и неразделенные (б, в) камеры сгорания:
    а — вихревая (фирма «Перкинс»);
    б — дельтавидная (двигатель Д-245);
    в — тороидальная (двигатель КамАЗ);
    1 — вставка вихревой камеры;
    2 — головка цилиндров;
    3 — форсунка;
    А — полость вихревой камеры;
    Б — полость в поршне

    Существует два варианта процесса смесеобразования в дизелях, обусловленных формой камеры сгорания. В первом варианте топливо впрыскивается в предварительную камеру (предкамеру), а во втором варианте впрыск топлива осуществляется непосредственно в камеру сгорания, выполненную в поршне.
    Двигатели, выполненные по первому варианту, называются дизелями с разделенной камерой сгорания и обозначаются IDI (In Direct Injection), а выполненные по второму варианту — дизелями с непосредственным впрыскомDI (Direct Injection). Дизели с разделенной камерой сгорания мягче работают и меньше шумят. Тем не менее, двигатели с непосредственным впрыском все более широко используются на автомобилях, потому что их топливная экономичность примерно на 20 % выше.
    Основной функциональной задачей систем питания двигателей обоих типов является подача точного количества топлива в соответствующий цилиндр и в точно определенное время. В высокооборотных дизелях легковых автомобилей процесс впрыска занимает всего тысячную долю секунды, и при этом впрыскивается только небольшая доза топлива.

    Схема системы питания дизеля:
    1 — топливный бак;
    2 — подкачивающий насос;
    3 — топливный фильтр;
    4 — топливный насос высокого давления;
    5 — форсунка;
    6 — сливная магистраль

    Для облегчения пуска дизеля в холодное время часто применяются свечи накаливания, которые отличаются от искровых свечей зажигания тем, что они являются просто электрическими нагревателями и подогревают холодный воздух перед подачей его в цилиндры двигателя в процессе пуска. Топливный бак должен удовлетворять требованиям безопасности. Топливо из бака поступает в нагнетательный трубопровод, а затем к топливному фильтру, с помощью подкачивающего насоса. Топливный фильтр должен очистить топливо от возможных загрязнений, чтобы механические примеси не попали в ТНВД и далее. К топливному баку присоединяется также сливной трубопровод, по которому в бак сливаются излишки топлива из ТНВД и форсунок.
    Самым сложным и дорогим устройством системы питания дизеля является топливный насос высокого давления (ТНВД). При создании первых стационарных двигателей Рудольф Дизель выяснил, что для надежного самовоспламенения топлива оно должно подаваться в цилиндр под высоким давлением. В его конструкциях для этого использовался мощный и громоздкий компрессор. В 20-е годы. Роберт Бош разработал компактный и надежный ТНВД. Первый серийный ТНВД для грузового автомобиля был выпущен фирмой Bosch еще в 1927 году, а в 1936 был налажен выпуск ТНВД для легковых автомобилей.
    ТНВД не только создает давление топлива, но и распределяет его по форсункам соответствующих цилиндров в соответствии с порядком работы двигателя. Форсунки соединяются с ТНВД трубопроводами высокого давления. Форсунки входят своей нижней частью — распылителями — в камеры сгорания. Распылители имеют очень маленькие отверстия, необходимые для того, чтобы топливо поступало в камеру сгорания в мелко распыленном виде и легко воспламенялось.
    Воздушный фильтр устанавливается на впускном трубопроводе двигателя и очищает поступающий в цилиндры воздух. Выпускная система содержит трубопроводы, глушитель и часто оборудуется каталитическими нейтрализаторами и другими устройствами для снижения количества вредных веществ в отработавших газах.

    голоса
    Рейтинг статьи
    Ссылка на основную публикацию
    Adblock
    detector