Главная страница сайта  Российские промышленные издания (узловые агрегаты) 

1 ... 8 9 10 [ 11 ] 12 13 14 ... 20

Последнее требование вызвано пе условиями образования горючей смеси, а необходимостью улучшения наполнения двигателя.

В тихоходных газовых двигателях средней и большой мощности необходимо перемешивать значительные объемы газа и воздуха. Для предотвращения случайных взрывов горючей смеси во впускной системе, которые могут произойти при неправильно отрегулированном составе смеси или неполадках в работе органов газораспределения двига.теля и привести к авариям, необходимо уменьшить объем впускной системы путем приближения смесительных устройств к впускным клапанам двигателя. Поэтому для многоцилиндровых двигателей применяют или индивидуальные смесители, устанавливаемые на каждый цилиндр отдельно, или специальные впускные

Фиг. 183. Схема газового смесителя с пересекающимися струями газа и воздуха.

Фиг. 184. Схема кпускного клапана смесителя.

клапаны-смесители. Количество впускаемой смеси и ее состав регулируются дроссельными заслонками.

В смесителях для улучшения перемешивания газа и воздуха предусматривается, например, взаимное пересечение газовых и воздушных потоков, разделение потоков на отдельные струи и создание турбулентных потоков. Для предупреждения распространения взрывов по газопроводу смесители обычно снабжаются предохранительными клапанами. Схема такого смесителя с пересекающимися струями газа и воздуха показана на фиг. 183. Схема специального впускного клапана-смесителя изображена на фиг. 184.

Впускной клапан / приводится в действие обычным способом при помощи рычага 2 и штаиги с толкателем от кулачка распределительного вала. На стержне клапана / посажен газовый клапан 5, отжимаемый вверх пружиной и перекрывающий отверстие для прохода газа. При нажатии рычага 2 на стержень клапана / сначала начинает открываться только этот клапан, и в цилиндр поступает только воздух. При дальнейшем открытии клапана уступ на стержне начинает открывать газовый клапан 3, и в цилиндр поступает смесь газа и воздуха, образующаяся непосредственно перед впускным клапаном. Порядок закрытия клапанов обратный, т. е. сначала закрывается газовый клапан, а затем впускной. При таком способе наполнения свежей смесью опасность взрывов отпадает, так как в начале наполнения в цилиндр поступает только воздух, а не горючая смесь, и, следовательно, она не может воспламениться от догорающих в цилиндре газов. Для уменьшения опасности взрывов в газовых двигателях перекрытие впускного и выпускного клапанов делают значительно меньше, чем в двигателе жидкого топлива.

В быстроходных двигателях, имеющих меньшие размеры впускного^ трубопровода, обычно устанавливают один смеситель для питания всех, цилиндров двигателя. При достаточно высокой скорости движения газа и воздуха хорошее смесеобразование в этом случае можно получить даже в простейших смесителях, представляющих тройник, к одному из отверстий, которого подводится газ, к другому воздух, а из третьего отводится смесь. Большим преимуществом такого смесителя является его малое сопротивле-

Фиг. 185. Схема и характеристики простейшего смесителя.

/л

Фиг. 186 Схема и характеристики сложного смесителя с обогатителем:

1 - обратный клапан; 2 - обогатитель; Ь - кана.ч: корректора; 4 - канал холостого хода; 5 - клапан добавочного воздуха

ние. Для использовагшя некоторого избыточного давления (атмосферного)-воздуха над давлением (разрежением) газа вместо простого дросселирования воздуха применяются смесители инжекторного и диффузорного типов, подобные карбюраторам.

Схема простейшего газового смесителя с диффузором и его характеристика показана на фиг 185.

Из фиг. 185 следует, что характеристика простейшего смесителя совершенно ие соответствует рациона л ыюй как в области холостого хода и малых нагрузок, где смесь слишком бедна, так и в области от средних до высоких нагрузок, где смесь переобогащается. Для улучшения характеристик смесителя осуществляется шдаод газа выше дроссельной заслонки; для работы при холостом ходе вводятся корректорное устройство и обогатитель. Принцип действия этих устройств изложен в гл. IX при описании карбюраторов. Схема слолшого газового смесителя и его характеристики показаны на фиг. Г8б.

Проходные сечения газовых смесителей рассчитываются иа основании, эмпирических данных.

В смесителях тройникового типа и с пересекающимися струями газа и воздуха расчетные скорости протекания составляют 30-40 м1сек.

Способ регулирования газового двигателя зависит от типа и назначения.. В двигателях с внешним смесеобразованием транспортного типа, работающих при различных скоростях и нагрузочных режимах, наиболее распространен метод количественного регулирования. При этом способе-мощность, развиваемая двигателем, определяется только количеством свежей смеси, поступающей в цилиндры (изменение ti), состав же смеси остается неизменным. Количество свежого заряда регулируют обычно вручную изменением сопротивления в канале или патрубке, подводящем готовую смесь к впускному трубопроводу, при помощи дроссельной заслонки.

Недостатками количественного способа регулирования являются: увеличение гидравлических потерь, т. е. снижение механического к. п. д. при частичных нагрузках; понижение давлений сжатия, что в некоторых случаях приводит к стукам в шатунно-кривошипном механизме; меньшая экономичность вследствие того, что состав смеси необходимо регулировать на максимальную мощность двигателя, а не на максимальную экономичность.

В от1юшении экономичности лучшие результаты могут быть получены при к а ч е-ственном регулировании. В этом случае количество свежего заряда, поступающего в цилиндры двигателя, остается неиз.мен-пым. хЧощность, развиваемая двигателем, регулируется путем изменения состава горючей смеси (изменением а), т. е. изменением соотношения количества газа и воздуха в смеси.

г з^>
-г 3 V
3 2 1

OS Нагрузка

Фиг. 187. Изменение парамет-. ров процесса при различных методах регулировки:

i - количественной; 2 - качественной; 3 - смешанно?! 011тима.,1ьной; 4 - смешанной обогатительной.

В течение процесса расши-. В результате появляются

Это обычно осуществляется дросселированием: потока газа. Однако осуществление такого способа регулирования во всем диапазоне нагрузок газовых двигателей ограничивается тем, что с обеднением смеси скорость сгорания уменьшается, и смесь становится негорючей. При коэффициентах избытка воздуха а-1,82.0 скорость сгорания уже настолько уменьшается, что получается значительное догорание смеси репия, продолжающееся и во время выпуска

обратные вспышки вследствие поджигания догорающими газами свежего заряда, начинающего поступать в цилиндр через впускной клапан. Поэтому способ качественного регулирования в чистом виде, хотя и более экономичный, чем количественный, применяется только для газол<идкостных двигателей. В данном случае опасность затягивания процесса сгорания газовой смеси уменьшается, так как факел запального топлива образует мощный источник зажигания, обеспечивающий сгорание даже относительно бедных газовых смесей, хотя при этом все же наблюдается ухудшение экономичности при малых нагрузках.

Наиболее эффективным для газовых двигателей является способ см е-ша иного регулирования, заключающийся в том, что в области высоких нагрузок мощность двигателя меняется в результате изменения состава горючей смеси (качественное регулирование).. Когда же с уменьшение??

нагрузки коэффициент избытка воздуха достигает значений а = 1,5 ч- 1,8, то дальнейшее изменение состава смеси прекращается, и регулирование мощности в области еще меньших нагрузок производится изменением количества свежего заряда, поступающего в цилиндры двигателя (количественное регулирование).

Способ обогатительного регулирования, примененный в рассмотренном выше сложном газовом смесителе (фиг. 187), является разновидностью смешанного регулирования. На фиг. .187 показан характер изменения коэффициента наполнения -Цу, коэс)(жциент избытка воздуха а, индикаторного к. п. д. tj. и удельного расхода тепла 9 в зависимости от нагрузки при различных способах регулирования.

ГЛАВА XI

РАБОЧИЕ ПРОЦЕССЫ ТОПЛИВОПОДАЮЩЕЙ АППАРАТУРЫ И СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕ В ДВИГАТЕЛЯХ, РАБОТАЮЩИХ С ВПРЫСКОМ ТОПЛИВА

§ 1. ОСНОВНЫЕ СХЕМЫ ТОПЛИВОПОДАЮЩЕЙ АППАРАТУРЫ

В двигателях с воспламенением от сжатия подача топлива его распыли-вание и частично перемешивание с воздухом производятся с помои;ью комплекса механизмов, образующих топливоподающую систему.

Функциями топливоподающей системы являются:

1) отмеривание топлива в количестве, необходимом для получения индикаторной работы, соответствующей эффективной мощности двигателя и внутренним его потерям;

2) подача топлива на определенном участке рабочего цикла по определенному закону и в состоянии, обеспечивающем быстрое его воспламенение (распыливание);

3) перемешивание топлива с воздухом зарядов (смесеобразование). В некоторых двигателях смесеобразование частично или полностью осуществляется вследствие вихревых движений заряда.

В первых двигателях, работавших с воспламенением от сжатия, для ввода топлива в цилиндр и его распыливания использовался сжатый воздух. В этом случае получается хорошее раздробление топлива и перемепишание его с воздухом заряда (смесеобразование), но усложняется конструкция и обслуживание двигателя из-за необходимости оборудования его компрессором высокого давления и сложной системой для хранения и распределения воздуха. Кроме того, затрата работы на сжатие распыливающего воздуха снижает мощность и экономичность двигателя; наконец, имеется опасность взрыва вследствие неисправностей в распыливающей системе. Поэтому в настоящее время производство двигателей с пневматическим распыливанием прекращено.

В наиболее распространенной системе механического впрыска (фиг. 188) подача топлива производится плунжером /. Топливо, пройдя нагнетательный клапан насоса и нагнетательный трубопровод 2, попадает в форсунку 3. Выход из форсунки перекрыт иглой 5, прижатой к седлу пружиной 4.

При повышении давления в корпусе форсунки до давления, при котором игла поднимается с седла, топливо через сопловые отверстия проникает в камеру сгорания двигателя. Впрыск прекращается по окончании нагнетания топлива насосом после посадки иглы на седло. Фазы впрыска определяются фазами движения плунжера, поэтому продолжительность активного хода плунжера, т. е. хода, в течение которого топливо подается к форсунке, должна быть согласована с желательной продолжительностью впрыска и должна соответствовать при полной нагрузке - 20-40° угла поворота кривошипа двигателя.

В показанном на схеме насосе соответствие дозы топлива нагрузке двигателя достигается изменением величины активного хода плунжера при сохранении полного его хода. Для этого насос имеет отсечной клапан 6 (или.

20 Оршч и др. 2146

золотник), принудительное открытие которого производится отсекателем 7 закрепленным на рычаге 10, качающемся около центра эксцентрика 9 и связанном с плунжером или его толкателем. При нижнем крайнем положении плунжера между отсекателем и нижним торцом {фиг. 188, а) отсечного клапана получается зазор. При движении плунжера вверх отсекатель доходит до отсечного клапана и принудительно поднимает его, соединяя рабочую полость насоса со средой, где давление близко к атмосферному.

При падении давления в насосе закрывается нагнетальный клапан и подача топлива к форсунке прекращается. Дальнейший ход плунжера при

открытом отсечном клапане вызывает перетекание топлива обратно в подводящий топливопровод насоса. Для изменения дозы топлива, подаваемого в форсунку, нужно изменить положение оси качания отсечного

ДктиВный ход плунжера а)

Фиг, 188. Система с впрыскивающим насосом, енабженным отсечным клапаном.

Фиг. 189. Насос золотникового типа.

рычага по вертикали, повернув эксцентрик 9. Отсекатель соприкасается с клапаном при другом положении плунжера, вследствие чего изменяется величина активного хода плунжера. Схема механизма отсечки показана на фиг. 188, а. Органом управления подачей является рычаг 8, сидящий на валике эксцентрика. Этот рычаг тягой связан с регулятором или с рычагом, положение которого устанавливается машинистом или водителем.

В данной схеме регулировка подачи производится изменением конца подачи при фиксированном ее начале. Изменением схемы механизма отсечки может быть осуществлено регулирование начала или начала и конца подачи, что применяется главным образом в двигателях, работагоших на гребной винт. Закон подачи может меняться изменением профиля кулачка 11.

В насосах быстроходных двигателей активный ход плунжера изменяют обычно путем поворота плунжера, дополнительно выполняющего функции золотника. Насос такого типа схематически показан на фиг. 189. Верхняя часть (головка) плунжера имеет фасонное углубление. В большем масштабе головка плунжера изображена на фиг. 190. Плунжер совершает прямолинейно-возвратное движение во втулке, имеющей отсечное отверстие 2, которое может соединять надплунжерную полость насоса с питающим каналом. В крайнем нижнем положении плунжера (положение /) верхняя торцовая плоскость плунжера находится ниже отсечного отверстия, и рабочая

полость насоса заполняется через последнее топливом. В первой фазе движения плунжера при ходе нагнетания топливо, вытесняемое плунжером, может перетекать через отсечное отверстие обратно в питающий канал J. С момента перекрытия отсечного окна верхней торцовой кромкой плунжера рабочая полость насоса изолирована от питающего канала (положение ), и топливо, вытесняемое плунжером, через нагнетательный клапан, нагнетательный трубопровод и форсунку поступает в цилиндр двигателя. Прекращение нагнетания топлива связано с открытием отсечного окна нижней косой кромкой 3 головки плунжера (положение /). Давление в рабочей полости насоса падает, нагнетательный клапан садится на седло, разъединяя рабочую полость насоса и нагнетательный трубопровод.

Фиг. 190. Схема работы насоса золотникового типа.

Фиг. 191. Регулировка активного хода плунжера насоса золотникового типа (развертка головки плунжера).

Активный ход плунжера соответствует перемещению его от положения) перекрытия отсечного окна верхней торцовой кромкой дэ положения открытия его косой кромкой головки плунжера.- Относительные положения отсечного отверстия в характерные моменты нагнетательного хода плунжера показаны на фиг. 191.

Для изменения подачи топлива на цикл плунжер поворачивается около своей оси, что отражено на фиг. 191 смещением осевой линии отверстия по горизонтали, в результате меняется активный ход плунжера S . при {{бизменном полном ходе 5.

При форме головки плунжера, изображенной на фиг. 189-191, начало {нагнетания фиксировано относительно движения плунжера. Регулирование подачи топлива происходит вследствие смещения ее конца. Изменив форму головки плунжера, можно регулировать подачу или смещением начала подачи (верхняя кромка наклонная, а нижняя - горизонтальная) или начала и конца подачи (обе кромки наклонные)..

Подачу можно регулировать и при использовании для нагнетания всего хода плунжера, меняя величину хода. Этого можно достигнуть, выполняя кулачковую шайбу привода плунжера с коническим кулаком и смещая Н1айбу в осевом направлений, вследствие чего ролик толкателя при различных подачах катится по профилям с различными подъемами. Схема насоса с таким методом регулирования подачи показана на фиг. 192.

При неизменной величине- хода плунжера изменение подачи может достигаться перепуском части нагнетаемого топлива на всем ходе плунжера через перепускную иглу (фиг. 193). Изменение количества перепускаемого топлива достигается изменением проходного сечения, перекрываемого иглой. Для многоцилиндровых автомобильных двигателей при последнем способе регулирования получаются неблагоприятные соотношения, так как при малом числе оборотов все нагнетаемое топливо может вытекать через проходное сечение перепускной иглы при малом давлении, недостаточном для подъема иглы закрытой форсунки. При фиксированном положении перепускной 20*

ИГЛЫ насос начинает подавать топливо б цилиндр только по достижении некоторого числа оборотов вала двигателя.

Кривые подачи топлива в цилиндр в зависимости от числа оборотов при четырех положениях перепускной иглы показаны на фиг. 194. На ней изображена также желательная для транспортного двигателя зависимость (кривая 5). Вследствие этого характеристика топливоподачи насосов с рассматриваемым способом регулирования не соответствует условиям работы. транспортного (автомобильного) двигателя. В стационарных и судовых условиях такие насосы применяются довольно широко (главным образом на двигателях малой и средней мощности).

В рассмотренных топливных насосах подача топлива осуществляется при движении плунжера по определенному закону, задаваемому профилем кулачка, а давление впрыска определяется перепадом давления, создающегося при протекании топлива через форсунку. Подача может осуществляться также при движении плунжера под влиянием действующего на него усилия, создаваемого, например, пружиной, или давлением газов в цилиндре двигателя в конце сжатия (насос с пневмотолкате-лем).

Фиг. 192. Схема насоса с коническим кулачком.

Фиг. 193. Схема насоса с перепускной иглой.

	--7-
---

200 Ш 600 800пцОб/мин

Фиг. 194. Характеристика топливоподачи насоса с перепускной иглой:

1 - проходное сечение у иглы закрыто; 2, 5и4 - проходные сечения у иглы открыты; 5 - желательная характеристика (нумерация дана по мере увеличения проходного сечения).

Фиг. 195. Схема насоса с пружинным приводом плунжера.

В насосе, схема которого показана на фиг. 195, пологий участок профиля кулачка 3 используется для перемещения плунжера вниз и сжатия пружины 5. Ход нагнетания совершается под действием усилия пружины 5 с того момента, когда уступ 2 кулачка освобождает рычаг 4. Величину

нагнетательного хода плунжера можно изменять перестановкой упора I, ограничивающего его перемещение.

Движение плунжера не связано с движением коленчатого вала двигателя и поэтому не зависит от его числа оборотов. Продолжительность впрыска при неизменном положении упора 1 одинакова при всех скоростных режимах, вследствие чего качество распыливания также не зависит от числа оборотов. При малом числе оборотов вала продолжительность впрыска соответствует меньшему углу поворота кривошипа, в результате чего давление во время сгорания более резко повышается. Последнее обстоятельство ограничивает применение насосов рассматриваемого типа в транспортных двигателях.

За последние годы широко применяется система топливоподачи, в которой.топливный насос объединен с форсункой в один агрегат (насос-форсунка), устанавливаемый на головке двигателя (фиг. 196).

Форсунка для механического впрыска при управлении фазами процесса с помощью насоса может быть изготовлена с различным количеством дросселирующих сечений. Простейшим видом является открытая форсунка. Схематически такая форсунка показана сужением сечения (сопло) на конце канала, подводящего топливо от насоса (табл. 16, эскиз а). Эта форсунка имеет одно дросселирующее сечение постоянной величины. При перепаде давления в сопле 200-300 кг/см распыливание достаточно совершенно для нормальной работы двигателя. Вследствие простоты эти форсунки применялись в первые годы развития двигателей с механическим распыливанием топлива. Однако подтекание и сильная зависимость качества распыливания от скоростного режима двигателя при насосе с кулачковым приводом ограничивают ее применение.

Улучшить форсунку можно, установив в ней запорный орган (клапан или иглу), причем этот орган может открываться как по направлению движения топлива, так и против него. Этот класс форсунок относится к з а к р ы-тым фо рс у нкам. Если при этом проходное сечение в запорном органе является для топлива концевым и единственным дросселирующим, то форсунку называют клапанной (табл. 16, эскизы б и в). Запорный орган ограничивает минимальный перепад давления топлива при прохождении выходного дросселирующего сечения и тем гарантирует определенное качество распыливания. Кроме того, при наличии запорного органа уменьшается подтекание. В таких форсунках имеется одно дросселирующее сечение переменной величины, так как оно зависит от подъема клапана или иглы. Форсунки, в которых после запорного органа установлены сопла (табл.16, эскизы г и д), необходимо рассматривать как снабженные двумя последовательными дросселирующими сечениями, из которых первое (сечение у седла клапана или иглы) переменное по величине, а второе - постоянное. Форсунка с обратным движением запорного органа называется нормальной закрытой форсункой. Форсунки с прямым движением запорного органа называются к л а п а н н о-с о п л о в ы м и.

В транспортных двигателях широко применяются форсунки, в которых игла ниже запорного сечения имеет фасонный штифт, перемещающийся

Фиг. 196. Насос-форсунка.

Таблица 16

Типы форсугюк

Показатель

Тип форсунки

Открытая

Клапанная

Схема

Закрытая

Клапанно-сопловая

Штифтовая

Число дросселирующих сечений

2 и более

Характер сечений

Постоянное

Переменное

а - переменное, б - постоянное

а - переменное, б - постоянное

Переменные

При подъеме иглы в отверстии корпуса форсунки (табл. 16, эскизе). Штифт может образовывать с корпусом форсунки несколько дросселирующих сечений, причем все они (или часть из них) могут быть переменными по величине, зависящими от подъема иглы или клапана. Такие форсунки называются штифтовыми.

§ 2. ПРОЦЕСС ВПРЫСКА

Наиболее элементарное, хотя и грубо прибл-иженное, представление о протекании процесса впрыска (законе подачи и давлении впрыска) можно получить, рассматривая процесс с учетом только основных свойств насоса (закона движения плунжера или усилия, действующего на него) и форсунки (зависимости перепада давления в ней от количества топлива, вытекающего из нее в единицу времени) и пренебрегая влиянием остальных факторов. В этом случае исходным соотношением, характеризующим процесс, является равенство количества топлива Q, вытесняемого плунжером, количеству топлива Qф, вытекаюш,его из форсунки, т. е.

где Q - секундная подача насоса в рассматриваемый момент; Qф - секундная подача форсунки.

В случае применения насоса с кулачковым приводом плунжера

QH = fn.Crr., (278)

где - поперечное сечение плунжера;

пл - скорость плунжера в рассматриваемый момент.

Скорость плунжера определяется кинематикой механизма привода плунжера. Для заданного насоса закон изменения скорости плунжера от угла поворота кулачкового вала может быть найден или кинематическим

1 ... 8 9 10 [ 11 ] 12 13 14 ... 20