Как работает дизельный двигатель? — автошкола Реал в Люберцах
Достоинство дизельных двигателей — низкие затраты на топливо. В данной статье рассмотрим теорию работы дизельного двигателя — как работает дизель.Как работает дизель?
В дизелях, в отличие от бензиновых моторов, приготовление горючей смеси топлива с воздухом происходит внутри цилиндров.Смесеобразование в дизелях протекает за очень короткий промежуток времени. Для получения горючей смеси, способной быстро и полностью сгорать, необходимо, чтобы топливо было распылено на возможно более мелкие частицы и чтобы каждая частица имела вокруг себя достаточное для полного сгорания количество воздуха. С этой целью топливо в цилиндр впрыскивается форсункой под давлением, в несколько раз превышающим давление воздуха при такте сжатия в камере сгорания.
В дизелях применяют неразделенные камеры сгорания. Они представляют собой единый объем, ограниченный днищем поршня 3 и поверхностями головки и стенок цилиндров.
Для лучшего перемешивания топлива с воздухом форму неразделенной камеры сгорания приспосабливают к форме топливных факелов. Углубление 1, выполненное в днище поршня, способствует созданию вихревого движения воздуха.
Мелко распыленное топливо впрыскивается из форсунки 2 через несколько отверстий, направленных в определенные места углубления. Чтобы топливо полностью сгорало и дизель обладал наилучшими мощностями и экономическими показателями, топливо нужно впрыскивать в цилиндр до прихода поршня в ВМТ.
Для питания дизельного двигателя применяют дизельное топливо, являющееся продуктом перегонки нефти и представляющее собой маслянистую жидкость светло-коричневого цвета.
Для обеспечения экономичности и долговечности работы двигателя дизельное топливо должно отвечать определенным требованиям. Главные показатели качества топлива — чистота, малая вязкость, низкая температура самовоспламенения, высокое цетановое число (не ниже 40).
Чем больше цетановое число, тем меньше период задержки самовоспламенения после момента впрыска его в цилиндр и двигатель работает мягче (без стуков).
Камеры сгорания дизельного двигателя
Экономические и экологические показатели автомобильного дизельного двигателя в первую очередь зависят от особенностей рабочего процесса и, в частности, от типа камеры сгорания, системы впрыскивания топлива. Камеры сгорания дизельного двигателя делятся на разделенные (вихрекамерные и форкамерные), полуразделенные и неразделенные. Дизельные двигатели с неразделенной камерой иногда называют двигателями с непосредственным впрыском.Дизельные двигатели с разделенной камерой сгорания обычно устанавливаются на грузовики малой грузоподъемности и легковые автомобили. Это определяется необходимостью снижения уровня шума и меньшей жесткостью работы. При подходе поршня к ВМТ воздух из основного объема камеры сгорания вытесняется в дополнительный, создавая в нем интенсивную турбулизацию заряда, что способствует лучшему перемешиванию капель топлива с воздухом.
Недостатком дизельных двигателей с разделенной камерой сгорания являются: некоторое увеличение расхода топлива вследствие повышения потерь в охлаждающую среду из-за увеличенной поверхности камеры сгорания, больших потерь на перетекание воздушного заряда в дополнительную камеру и горящей смеси обратно в цилиндр. Кроме того, ухудшаются пусковые качества.
Дизельные двигатели с неразделенной камерой сгорания имеют низкие расходы топлива и легче запускаются. Недостатком их является повышенная жесткость работы и соответственно — высокий уровень шума.
Неразделенная камера — сгорание — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Cтраница 1
Неразделенные камеры сгорания более компактны, в результате чего потери тепла от камеры уменьшаются, облегчается процесс запуска и повышается экономичность работы двигателя. Вместе с тем однокамерные двигатели работают более жестко, поэтому износ деталей шатунно-поршневой группы у них интенсивнее.
Смесеобразование у таких двигателей происходит при повышенном давлении, и, значит, топливоподающая и топ-ливораспыливающая аппаратура должна обладать повышенной гидравлической плотностью.
[1]
Неразделенная камера сгорания геометрически представляет собой единый объем, куда форсункой вводится топливо и где происходят процессы смесеобразования и сгорания. Одна из неразделенных камер сгорания показана на фиг. Форсунка, расположенная по оси цилиндра, подает топливо несколькими струями, расходящимися широкоугольным конусом. [2]
| Неразделенные камеры сгорания. [3] |
Неразделенные камеры сгорания представляют собой единый объем, ограниченный поверхностями днища поршня, головки ( крышки) и цилиндра. [4]
| Фотографии развития факела тои. чнна при впрыске. [5] |
Неразделенная камера сгорания представляет собой единый объем, заключенный между головкой цилиндра п поршнем.
Этот объем образуется обычно за счет углубления в поршне или иногда н головке двигателя. Конфигурация неразделенных камер сгорания весьма разнообразна.
[6]
Компактная неразделенная камера сгорания имеет на единицу объема наименьшую поверхность, что ограничивает потери теплоты через ее стенки. Это обстоятельство объясняет основные преимущества дизелей с неразделенными камерами сгорания. [7]
| Камеры сгорания дизельных двигателей. [8] |
Неразделенная камера сгорания дизельного двигателя ( рис. 44, а, б, б) представляет собой компактную полость, ограниченную фасонным днищем поршня, а также поверхностями головки и стенок цилиндра. Форму неразделенной камеры сгорания выбирают в зависимости от расположения форсунки, количества, направления и формы струй топлива, вводимого через форсунку. Камера должна обеспечивать интенсивное завихрение в процессе смесеобразования.
[9]
В неразделенные камеры сгорания ( они расположены в днище поршня) топливо подают под большим давлением 50 — 100 МПа. Это позволяет получить тонкое распылива-ние топлива, хорошее перемешивание его с воздухом, достаточную полноту сгорания, и двигатель будет развивать наибольшую мощность. [10]
Рассмотрим неразделенные камеры сгорания. В камерах этого типа собъемным смесеобразованием организация равномерного распределения топлива по заряду и камере представляет большие трудности. [11]
Схемы неразделенных камер сгорания представлены на фиг. [12]
| Определение основных размеров дизеля. [13] |
У неразделенных камер сгорания все пространство сжатия представляет собой единый объем, который может быть размещен в головке поршня, в крышке рабочего цилиндра, либо между днищами поршня и крышки. В связи с тем, что топливо впрыскивается непосредственно в указанный единый объем, неразделенные камеры часто именуются камерами непосредственного впрыска.
У неразделенных камер сгорания все пространство сжатия представляет собой единый объем, в который непосредственно впрыскивается топливо. Поэтому эти камеры часто называют камерами непосредственною впрыска. [15]
Страницы: 1 2 3 4 5
Камеры сгорания для дизельных двигателей
Форма камеры сгорания помогает определить качество сгорания и, следовательно, рабочие характеристики и характеристики выхлопа дизельного двигателя. Соответствующая конструкция камеры сгорания в сочетании с поршневым действием создает эффекты завихрения, хлюпанья и турбулентности, которые используются для улучшения распределения топлива и воздуха внутри камеры сгорания.
В дизельных двигателях используются следующие технологии:
- Неразделенная камера сгорания для двигателей с непосредственным впрыском (DI)
- Разделенная камера сгорания для двигателей с непрямым впрыском (IDI)
Среди этих двух неразделенная камера сгорания преимущественно используется в транспортных средствах из-за большей экономии топлива и меньшего шума и вибрации по сравнению к разделенным.
Неразделенная камера сгорания (DI):
Процесс прямого впрыска включает впрыск топлива непосредственно в камеру сгорания. Камера сгорания также зависит от формы днища поршня. Распыление топлива, нагрев, испарение и смешивание с воздухом должны происходить в быстром порядке.
Во время тактов впуска и сжатия особая форма впускного отверстия в головке блока цилиндров создает воздушный вихрь внутри камеры. Из конструкций камер сгорания наиболее широко используемой в настоящее время является выемка днища поршня w.
Конструкция камеры сгорания также должна обеспечивать равномерное распределение топлива внутри камеры, чтобы могло происходить быстрое смешивание воздуха и топлива. Форсунка с несколькими отверстиями используется в процессе прямого впрыска для достижения лучшего распыления топлива. Давление, необходимое для прямого впрыска, довольно высокое и составляет 2200 бар.
На практике существует два типа прямого впрыска:
- Системы, в которых смесеобразование происходит за счет специально созданных эффектов воздушного потока эффекты потока
В последнем случае не тратятся усилия на создание турбулентности воздуха, что способствует более эффективной заправке баллона и меньшим потерям при замещении газа.
Однако он требует лучшего расположения форсунок, большего количества форсунок и большей интенсивности давления впрыска, чтобы обеспечить эффективную топливно-воздушную смесь.
Камера прямого сгорания:
Как уже упоминалось, двигатели с непрямым впрыском гораздо менее экономичны и шумны, а также имеют более высокие выбросы выхлопных газов по сравнению с двигателями с технологией прямого впрыска. В результате камеры прямого сгорания используются редко.
Существует два типа процессов с технологией прямого сжигания:
- Система с камерой предварительного сгорания
- Система с вихревой камерой
Система с камерой предварительного сгорания:
В форкамерной системе топливо впрыскивается в горячую форкамеру, расположенную в головке блока цилиндров. Предварительные камеры намного меньше по размеру по сравнению с основной камерой сгорания. Топливо впрыскивается через игольчатую форсунку (1) при относительно низком давлении до 450 бар.
Частично сгоревшая топливно-воздушная смесь направляется в основную камеру сгорания по соединительному каналу (4), где смешивается с имеющимся воздухом и быстро сгорает. Отношение объема предкамеры сгорания к объему основной камеры сгорания составляет ок. 1:2.
Свеча накаливания (5) расположена с подветренной стороны воздушного потока. Контролируемый период накала до 1 минуты после холодного пуска может помочь улучшить характеристики выхлопных газов и снизить шум двигателя в период прогрева.
Система вихревых камер:
В этом процессе горение инициируется в отдельной камере (вихревой камере), имеющей ок. 60% объема сжатия. Сферическая и дисковая вихревая камера соединена соединительным каналом с основной камерой сгорания под определенным углом.
Во время такта сжатия воздух, поступающий через соединительный канал, приводится в вихревое движение. Затем топливо впрыскивается таким образом, чтобы вихрь воздуха проникал перпендикулярно его оси и встречался с горячим участком стенки камеры на противоположной стороне камеры.
Как только начинается горение, топливовоздушная смесь под давлением подается в основную камеру сгорания, где смешивается с оставшимся воздухом. Поскольку поперечное сечение соединительного канала между вихревой камерой и основной камерой сгорания больше, чем в форкамере, потери газового потока в конструкции вихревой камеры относительно меньше. Это помогает повысить внутреннюю эффективность и снизить расход топлива. Однако шум сгорания выше в конструкции с вихревой камерой.
Секция сгорания — Mypdh.engineer
В секции сгорания происходит процесс сгорания, который повышает температуру воздуха, проходящего через двигатель. Этот процесс высвобождает энергию, содержащуюся в воздушно-топливной смеси.
Большая часть этой энергии требуется на турбине или ступенях турбины для привода компрессора. Около 2/3 энергии расходуется на привод компрессора газогенератора. Оставшаяся энергия проходит через оставшиеся ступени турбины, которые поглощают больше энергии для привода вентилятора, выходного вала или гребного винта. Только чистый турбореактивный двигатель позволяет воздуху создавать всю тягу или движение, выходя из задней части двигателя в виде высокоскоростной струи. Эти другие типы двигателей имеют некоторую реактивную скорость в задней части двигателя, но большая часть тяги или мощности создается дополнительными ступенями турбины, приводящими в движение большой вентилятор, пропеллер или лопасти несущего винта вертолета.
Основной функцией секции сгорания является, конечно же, сжигание топливно-воздушной смеси, тем самым добавляя тепловую энергию воздуху. Чтобы сделать это эффективно, камера сгорания должна:
- Обеспечивать средства для надлежащего смешивания топлива и воздуха для обеспечения хорошего сгорания,
- Эффективно сжигать эту смесь,
- Охлаждать горячие продукты сгорания до температуры, направляющие аппараты/лопасти могут выдерживать условия эксплуатации, и
- Подача горячих газов в секцию турбины.
Секция сгорания расположена непосредственно между секциями компрессора и турбины. Камеры сгорания всегда располагаются соосно с компрессором и турбиной, независимо от типа, поскольку для эффективной работы камеры должны находиться в проточном положении. Все камеры сгорания содержат одни и те же основные элементы:
- Корпус
- Перфорированная внутренняя гильза
- Система впрыска топлива
- Некоторые средства для первоначального зажигания
- Система слива топлива для слива несгоревшего топлива после остановки двигателя
В настоящее время существует три основных типа камер сгорания, различия внутри типа приведены только в деталях. Эти типы:
- Баночный тип
- Канальный кольцевой тип
- Кольцевой тип
Камера сгорания цилиндрического типа типична для турбовальных двигателей и ВСУ. [Рисунок 1-52J. Каждая из камер сгорания баночного типа состоит из внешнего кожуха или кожуха, внутри которого находится перфорированная оболочка из нержавеющей стали (с высокой термостойкостью) или внутренняя облицовка камеры сгорания.
[Рис. 1-53J Внешний корпус снимается для облегчения замены вкладыша.
Старые двигатели с несколькими камерами сгорания имели каждую камеру с соединительной (распространяющей пламя) трубкой, которая была необходимой частью камер сгорания баночного типа. Поскольку каждый баллон представляет собой отдельную горелку, работающую независимо от других баллонов, должен быть какой-то способ распространения горения во время начального запуска. Это достигается путем соединения всех камер. Поскольку пламя запускается свечами зажигания в двух нижних камерах, оно проходит через трубки и воспламеняет горючую смесь в соседней камере и продолжается до тех пор, пока не сгорят все камеры.
Детали конструкции жаровых труб различаются от одного двигателя к другому, хотя основные компоненты почти идентичны. [Рисунок 1-54J. Упомянутых ранее искровых воспламенителей обычно два, и они расположены в двух камерах сгорания баночного типа.
Другим очень важным требованием к конструкции камер сгорания является наличие средств для слива несгоревшего топлива. Этот дренаж предотвращает образование смолистых отложений в топливном коллекторе, форсунках и камерах сгорания. Эти отложения вызваны остатками, остающимися после испарения топлива. Вероятно, наиболее важной является опасность повторного возгорания, если топливо скапливается после остановки. Если топливо не слито, существует большая вероятность того, что при следующей попытке запуска воспламенится избыточное топливо в камере сгорания, и температура выхлопных газов превысит безопасные рабочие пределы.
Рисунок 1-53. Вид изнутри гильзы камеры сгорания. Футеровки корпусных камер сгорания имеют перфорацию различных размеров и форм, каждое из которых имеет свое назначение и влияет на распространение пламени внутри футеровки. [Рис. 1-52J. Воздух, поступающий в камеру сгорания, разделяется соответствующими отверстиями, жалюзи и щелями на два основных потока — первичный и вторичный воздух.
Первичный воздух или воздух для горения направляется внутрь гильзы в передней части, где он смешивается с топливом и сгорает. Вторичный или охлаждающий воздух проходит между внешним кожухом и вкладышем и соединяется с дымовыми газами через большие отверстия в направлении задней части вкладыша, охлаждая дымовые газы примерно с 3500 ° F до примерно 1500 ° F. Для облегчения распыления топлива вокруг топливного сопла в куполе или на входном конце гильзы камеры сгорания предусмотрены отверстия. По осевой длине вкладыша также предусмотрены жалюзи для направления охлаждающего слоя воздуха вдоль внутренней стенки вкладыша. Этот слой воздуха также имеет тенденцию контролировать форму пламени, удерживая его по центру гильзы, тем самым предотвращая возгорание стенок гильзы. На рис. 1-55 показан поток воздуха через жалюзи в кольцевой камере сгорания.
В корпусе камеры сгорания всегда предусмотрена возможность установки топливной форсунки. Топливная форсунка подает топливо в гильзу в виде мелкодисперсной струи.
Чем сильнее распыляется спрей, тем быстрее и эффективнее происходит процесс горения.
В настоящее время в различных типах камер сгорания используются два типа топливных форсунок: симплексная форсунка и дуплексная форсунка.
Рисунок 1-55. Кольцевая гильза камеры сгорания.Свечи зажигания кольцевой камеры сгорания того же основного типа, что и свечи зажигания цилиндрического типа, хотя детали конструкции могут отличаться. Обычно на выступе, предусмотренном на каждом из корпусов камеры, установлены два воспламенителя. Запальники должны быть достаточно длинными, чтобы выступать из корпуса в камеру сгорания.
Горелки соединены между собой выступающими жаровыми трубами, которые облегчают процесс запуска двигателя, как упоминалось ранее при ознакомлении с камерой сгорания баночного типа. Жаровые трубы функционируют идентично рассмотренным ранее, отличаясь только деталями конструкции.
Этот тип камеры сгорания не используется в современных двигателях.
Передняя поверхность каждой камеры имеет шесть отверстий, которые совпадают с шестью топливными форсунками соответствующего блока топливных форсунок. [Рис. 1-56J. Эти форсунки имеют двойное отверстие (дуплекс) и требуют использования делителя потока (клапана давления), как упоминалось в обсуждении камеры сгорания баночного типа. Вокруг каждой форсунки имеются предварительно закрученные лопасти для придания вихревого движения распыляемому топливу, что приводит к лучшему распылению топлива, лучшему сгоранию и эффективности. Вихревые лопатки обеспечивают два эффекта, необходимых для правильного распространения пламени:
- Высокая скорость пламени — лучшее смешивание воздуха и топлива, обеспечивающее самовозгорание.
- Осевое завихрение с низкой скоростью воздуха исключает слишком быстрое движение пламени в осевом направлении.
Вихревые лопатки в значительной степени способствуют распространению пламени, поскольку желательна высокая степень турбулентности на ранних стадиях сгорания и охлаждения.
Энергичное механическое перемешивание паров топлива с первичным воздухом необходимо, так как перемешивание только за счет диффузии происходит слишком медленно. Такое же механическое смешивание достигается и другими средствами, такими как размещение решеток грубой очистки на выходе из диффузора, как это имеет место в большинстве осевых двигателей.
Канально-кольцевые камеры сгорания также должны иметь необходимые клапаны слива топлива, расположенные в двух или более нижних камерах, обеспечивающие надлежащий дренаж и устранение остаточного горения топлива при следующем пуске.
Поток воздуха через отверстия и жалюзи канулярных камер практически идентичен потоку через другие типы горелок. [Рис. 1-56J. Для завихрения потока воздуха для горения и придания ему турбулентности используются специальные перегородки. На рис. 1-57 показаны потоки воздуха для горения, воздуха для охлаждения металла и воздуха для охлаждения разбавителя или газа.