Файл: Колоколов А.А. Двигатели внутреннего сгорания изотермического подвижного состава учебник.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 113
Скачиваний: 0
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.
Рис. 42. Схема верхней ча |
Рис. 43. Схема вихревой |
сти цилиндра предкамерно- |
камеры |
го дизеля |
|
Применение такой камеры позволяет снизить начальное давление рас
пыливания форсункой |
до 80—130 кгс/см2 ( ~ 80-105 — 130-105 н/м2) |
против 250—300 кгс/см1 |
при струйном распыливании. |
В двигателях с вихрекамерным смесеобразованием воздух, сжимае мый поршнем 1 (рис. 43), устремляется из цилиндра в вихревую камеру 2 через горловину 5. Специальная конфигурация вихревой камеры (сферическая или цилиндрическая) и сопряженного с ней соединитель ного канала обеспечивает интенсивное вихревое движение и хорошее перемешивание воздуха с топливом, подаваемым форсункой 3 в конце сжатия. В начальный период движения поршня вниз смесь не полно стью сгоревшего топлива с воздухом устремляется из вихревой ка меры в цилиндр, где полностью догорает. Емкость вихревой камеры составляет обычно 60—80% общего объема камеры сгорания. Вихре
вая |
камера обеспечивает мягкую работу двигателя (без резких скач |
||||
ков |
давления), |
позволяя |
снизить |
давление |
начала подачи топлива |
в форсунке до |
100—130 |
кгс/см2 (~ |
100-105 |
— 130-105 н/м2). |
|
ВихреЕые камеры наряду с предкамерами нашли широкое при менение в двигателях, работающих с переменными нагрузкой и числом оборотов.
К недостаткам смесеобразования с разделенными камерами сгора ния относится несколько меньшая по сравнению со струйным распыливанием экономичность двигателя при полной нагрузке из-за гидравли ческих и тепловых потерь, вызванных прохождением воздуха из ци линдра в камеру в процессе сжатия и газов из камеры в цилиндр в процессе сгорания и расширения, а также затрудненный пуск непрогретого двигателя вследствие сильного охлаждающего действия стенок камеры. Последнее вызывает необходимость применения в от дельных случаях пусковых запальников 4 или специальных пусковых форсунок, подающих топливо при пуске непосредственно в основную часть камеры сгорания.
76
§31. Система питания дизелей
Всистему питания дизелей входят резервуары для хранения топ лива, устройства для его очистки от посторонних примесей и подачи под напором к насосам, осуществляющим дозировку и нагнетание топ лива в форсунки, устройства для очистки от пыли воздуха, посту пающего в цилиндры, и отвода продуктов сгорания в атмосферу. В от дельных случаях в системе питания предусматривается топливоподогреватель.
Убольшинства современных двигателей применяется циркуляцион ная система питания, обеспечивающая многократную фильтрацию и подачу топлива под постоянным напором к топливным насосам. Типич
ная схема такой системы показана на рис. 44. Топливо из бака / по трубке 12 поступает в фильтр грубой очистки 9, где задерживаются твердые примеси, размер которых превышает 0,07—0,08 мм, и вода. Пройдя фильтр грубой очистки, топливо засасывается вспомогатель
ным |
топливоподкачивающим |
насосом |
10 и по трубке И |
подается |
под |
избыточным давлением |
0,5—2,5 |
кгс/см2 ( ~ 0,5-105 |
— 2,5х |
X 105 |
н/л2 ) в фильтр тонкой очистки 2, где задерживаются |
мельчай |
||
шие примеси, пропущенные фильтром грубой очистки. Далее топливо по трубке 4 поступает в коллектор 5 главных топливных насосов, откуда снова возвращается к подкачивающему насосу по трубке 7. Таким обра зом достигается многократная циркуляция топлива через фильтр тон-
Рис. 44. Общая схема системы питания дизеля
77
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
скорости поступления его из насоса в форсунку, что в свою очередь зависит от числа оборотов вала дви гателя и количества пода ваемого топлива.
Топливо будет пода ваться в форсунку до тех пор, пока винтовая кром ка 9 головки плунжера при движении вверх не совпа дет с нижней кромкой от верстия 8. В этот момент надплунжерное простран ство снова будет сообщено с коллектором через вер тикальную канавку 3 на головке плунжера и коль цевую полость 10. Давле ние в пространстве 7 резко упадет, и подача топлива прекратится (отсечка по дачи).
Для обеспечения рез кой отсечки подачи топ лива и ликвидации подте кания его из форсунки на хвостовике нагнетательно го клапана 5 предусмотрен цилиндрический поясок 6,
Рис. 45. Схема топливного насоса плунжернозолотникового типа и форсунки
который в период опускания клапана создает отсасывающее действие, вследствие чего давление в трубке 4 и форсунке быстро падает и подтекания не происходит.
Количество подаваемого в цилиндр топлива зависит от активного хода плунжера, т. е. от пути, пройденного им от момента закрытия отверстия 8 верхней его кромкой до момента открытия этого отверстия винтовой кромкой 9. Для изменения количества топлива, подаваемого насосом за каждый цикл, в соответствии с меняющейся нагрузкой двигателя необходимо увеличить или уменьшить активный ход плун жера, что достигается поворотом его вправо или влево. Это осущест вляется вилкой 13. Легко видеть, что при смещении тяги 14 влево (по рисунку) активный ход плунжера увеличивается, а следовательно, возрастет и подача топлива. При смещении тяги 14 вправо подача уменьшается. Тяга 14 автоматически с помощью центробежного регу лятора устанавливается на требуемую величину подачи топлива в за висимости от нагрузки двигателя.
Если канавка 3 плунжера окажется на одной вертикали с отвер стием 8, насос полностью прекращает подачу топлива и двигатель останавливается (положение «Стоп»).
79
При движении плунжера под действием пружины 12 вниз в про странстве 7 образуется разрежение. При подходе плунжера к нижнему положению пространство 7 насоса снова заполняется топливом, посту пающим из коллектора через отверстие 8.
В некоторых насосах сообщающая канавка 3 выполнена в виде осе вого а и радиального b каналов.
Иногда винтовой делается и верхняя (торцовая) кромка плунжера. В этом случае с поворотом плунжера изменяется момент начала подачи топлива.
В отдельных конструкциях плунжер выполнен полым с всасываю щим клапаном на верхнем конце (см. описание конструкции дизеля 4ДВ-224 во I I разделе книги).
Помимо плунжерно-золотниковых насосов, применяются топлив ные насосы с перепускными или отсечными клапанами, переменным ходом плунжера за счет косого кулака, дросселированием топлива на всасывании и т. п. Однако эти насосы имеют весьма ограниченное при менение в современных дизелях.
Форсунки |
бескомпрессорных дизелей |
бывают двух |
основных |
типов: открытые и закрытые. |
|
|
|
Открытая |
форсунка представляет собой |
распыливающую |
насадку |
с калиброванными отверстиями, расположенную на конце нагнетатель ного топливопровода насоса. В такой форсунке нет игольчатого кла пана, подобного показанному на рис. 45.
Недостатком открытых форсунок является подтекание топлива и вызываемое этим нагарообразование. Объясняется это тем, что в конце подачи топлива после закрытия нагнетательного клапана насоса из сопловых отверстий продолжает вытекать некоторое количество топ лива вследствие упругого сжатия трубки, находившейся ранее под высоким внутренним давлением, а также вследствие нагревания имеющегося в ней топлива. Применяются эти форсунки сравнительно редко, за исключением случаев, когда емкость топливопровода между насосом и форсункой очень мала, например если топливный насос и форсунка объединены в одну конструкцию (насос-форсунка).
80
Наибольшее применение в бескомпрессорных дизелях имеет закры тая форсунка, схема которой была приведена на рис. 45. Закрытые форсунки бывают многодырчатые с числом распыливающих отверстий от четырех до девяти и более.
Форсунки с однодырчатыми распылителями применяются в боль шинстве двигателей с разделенными камерами сгорания (предкамерные и вихрекамерные двигатели) при невысоких давлениях рф. Одно-, дырчатые распылители имеют сравнительно большие диаметры от верстий, поэтому они в меньшей степени подвержены засорению и нагарообразованию, чем многодырчатые.
Вштифтовом распылителе игла, кроме конусной части, выполняю щей функции клапана, имеет на своем нижнем конце штифт в форме обратного конуса 4 (рис. 46, а). При подъеме иглы топливо распыливается через узкую кольцевую щель 2, образованную стенками отвер стия и штифтом, имеющим меньший диаметр, чем отверстие.
Вбесштифтовых распылителях конец иглы может быть конусным 3 (рис. 46, б) или плоским 4 (рис. 46, в).
§33. Скоростные характеристики двигателя
ипринцип действия регуляторов
Если допустить, что орган, регулирующий подачу топлива в ци линдры, не меняет своего положения с изменением числа оборотов вала двигателя (неизменный активный ход h плунжера), то теорети чески при этом будет обеспечено постоянство среднего эффективного давления р е и крутящего момента Ме. Мощность же двигателя будет изменяться прямо пропорционально числу оборотов вала.
В действительных условиях при неизменном положении органа, регулирующего подачу топлива, среднее эффективное давление, а сле довательно, и крутящий момент не будут оставаться постоянными, так как с изменением числа оборотов вала двигателя будут меняться условия смесеобразования, наполнения цилиндра воздухом, коэф фициент подачи топливных насосов, потери на трение и другие факторы.
Зависимости ре, Ме, Ne от числа оборотов вала при неизменном по ложении органа, регулирующего подачу топлива или горючей смеси, называются скоростными характеристиками данного двигателя.
Скоростные характеристики двигателя, получаемые путем лабора торных испытаний, выражаются обычно соответствующими графиками.
Скоростная характеристика двигателя, относящаяся к установке регулирующего органа на максимально возможную подачу топлива, называется внешней.
Несмотря на неизменное положение органа, регулирующего подачу топлива (рейка топливных насосов в дизеле или дроссель карбюратора в карбюраторных двигателях), по мере роста частоты вращения вала среднее эффективное давление, а следовательно, и крутящий момент сначала возрастают и при некотором числе оборотов, наиболее благо приятном для данного двигателя, достигают максимума. При дальней шем увеличении частоты вращения вала ре и Ме начинают падать.
81