СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕ - (в двигателях внутреннего сгорания) образование горючей смеси. Внешнее смесеобразование (вне цилиндра) осуществляется карбюратором (в карбюраторных двигателях) или смесителем (в газовых двигателях), внутреннее смесеобразование форсункой… … Большой Энциклопедический словарь
смесеобразование - я; ср. Процесс образования смесей. Ускоренное с. С. в двигателях внутреннего сгорания (перемешивание топлива с воздухом или др. окислителем для наиболее полного и быстрого сгорания топлива). * * * смесеобразование (в двигателях внутреннего… … Энциклопедический словарь
Смесеобразование - (в двигателях внутреннего сгорания), образование горючей смеси. Внешнее смесеобразование (вне цилиндра) осуществляется карбюратором (в карбюраторных двигателях) или смесителем (в газовых двигателях), внутреннее смесеобразование форсункой… … Автомобильный словарь
СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕ - процесс получения рабочей (горючей) смеси в двигателях внутр. сгорания. Различают 2 осн. вида С.: внешнее и внутреннее. При внешнем С. процесс получения рабочей смеси осуществляется гл. обр. вне рабочего цилиндра двигателя. При внутреннем С.,… … Большой энциклопедический политехнический словарь
В карбюраторных двигателях горючая смесь приготовляется в специальном устройстве, называемом карбюратором.
Схема элементарного карбюратора с падающим потоком показана на рис. 16.9.
В поплавковой камере 2 с помощью поплавка 4 и игольчатого клапана 3 поддерживается постоянный уровень топлива.
При работе двигателя вследствие всасывающего действия поршня в диффузоре 6 создается разрежение. Топливо из поплавковой камеры 2 через калиброванное отверстие 1, называемое жиклером, подсасывается к распылителю 5, который распыливает его.
Чтобы предотвратить вытекание топлива из распылителя 5 при неработающем двигателе, его верхняя кромка расположена на 2-3 мм выше уровня топлива в поплавковой камере 2. Последняя бывает балансированной и небалансированной. В первом случае поплавковая камера сообщается с ат-
Рис. 16.9.
1 - жиклер; 2 - поплавковая камера; 3 - игольчатый клапан; 4 - поплавок; 5 - распылитель; 6 - диффузор; 7 - дроссельная заслонка; 8 - трубопровод мосферным воздухом через воздухоочиститель, во втором - непосредственно с атмосферным воздухом, как показано на рис. 16.9.
К преимуществам балансированных поплавковых камер относится то, что в них, независимо от сопротивления воздушного фильтра, лучше сбалансирован расход воздуха и бензина и меньше загрязняется камера.
Образовавшаяся в диффузоре 6 горючая смесь по впускному трубопроводу 8 через впускные клапаны направляется в цилиндры двигателя. Испарение топлива и смесеобразование начинаются в диффузоре 6 карбюратора, продолжаются при движении горючей смеси по всасывающему трубопроводу 8 и заканчиваются при сжатии ее в цилиндре. В четырехтактных двигателях этот процесс происходит на протяжении двух ходов поршня, что соответствует 330-340° поворота коленчатого вала. При всасывании и сжатии образуются завихрения, вследствие чего испарившееся топливо хорошо перемешивается с воздухом.
Для лучшего испарения топлива при смесеобразовании горючую смесь иногда подогревают во всасывающем трубопроводе, что обеспечивает экономичное сжигание топлива при небольших коэффициентах избытка воздуха и высокой частоте вращения коленчатого вала.
Количество горючей смеси, поступающей в двигатель, а следовательно, и его мощность регулируют дроссельной заслонкой 7. При большем ее открытии возрастает скорость воздуха в диффузоре 6, увеличиваются разрежение и интенсивность истечения топлива из распылителя 5, а также количество горючей смеси, поступающей в цилиндр.
В зависимости от конструкции двигателя и его нагрузки скорость воздуха в диффузоре колеблется от 50 до 150 м/с. Состав горючей смеси, приготовленной в карбюраторе, характеризуется коэффициентом избытка воздуха а. Горючая смесь при а = 1 называется нормальной , при а = 1-=-1,15 - обедненной , при а > 1,15 - бедной. Работа двигателя от средней до полной нагрузки на обедненной смеси обеспечивает наименьший удельный расход топлива. При а > 1,3 горючая смесь не воспламеняется из-за недостатка топлива. Горючая смесь с избыточным количеством топлива при а = 1,00-ИД 5 называется обогащенной , а при а богатой. При а
При работе на обогащенной смеси обеспечивается наибольшая мощность двигателя вследствие увеличения теплоты сгорания заряда и большей скорости распространения пламени. Однако при работе на этой смеси топливо сгорает не полностью, что приводит к его повышенному удельному расходу.
На обогащенной смеси двигатель должен работать в период пуска, холостого хода и при максимальной мощности.
При работе двигателя с элементарным карбюратором в период пуска, вследствие малого разрежения в диффузоре и расположения уровня топлива в распылителе на 2-3 мм ниже его устья, истечения топлива из распылителя не происходит, и в двигатель поступает чистый воздух (а -? °°). Таким образом, запуск двигателя с элементарным карбюратором невозможен.
Элементарный карбюратор не может обеспечить запуск двигателя и устойчивую работу его на холостом ходу, а также требуемый состав смеси при переходе с одного режима работы на другой. Поэтому его оборудуют устройствами, обеспечивающими получение наивыгоднейшего состава смеси при различных режимах работы двигателя. К таким устройствам относятся компенсационные жиклеры, экономайзеры, ускорительные насосы и т.д.
Смесеобразованием
называется приготовление рабочей смеси топлива и воздуха для сжигания в цилиндрах двигателя. Процесс смесеобразования происходит почти мгновенно: от 0,03 до 0,06 с в тихоходных ДВС и от 0,003 до 0,006 с —в быстроходных. Для достижения полного сгорания топлива в цилиндрах необходимо обеспечить получение рабочей смеси требуемого состава и качества. При неудовлетворительном смесеобразовании (из-за плохого перемешивания топлива с воздухом) при недостатке кислорода в рабочей смеси происходит неполное сгорание, которое ведет к снижению экономичности работы ДВС. Экономичная работа двигателя достигается в первую очередь за счет обеспечения наиболее полного и быстрого сгорания топлива в цилиндрах вблизи в. м. т. Очень важное значение при этом имеет распыливание топлива на мельчайшие по возможности однородные частицы и равномерное распределение их по всему объему камеры сгорания.
В настоящее время в судовых ДВС применяют в основном однокамерный, предкамерный и вихрекамерный способы смесеобразования.
При однокамерном смесеобразовании
топливо в мелкодисперсном состоянии под высоким давлением впрыскивается непосредственно в камеру сгорания, образованную днищами поршня, крышки и стенками цилиндра. При непосредственном впрыскивании топливным насосом создается давление 20— 50 МПа, а в отдельных типах двигателей 100—150 МПа. Качество смесеобразования зависит главным образом от согласования конфигурации камеры сгорания с формой и распределением факелов горения топлива. Для этого сопла форсунок имеют; 5— 10 отверстий диаметром 0,15—1 мм. Топливо во время впрыскивания, проходя через малые отверстия в сопле, приобретает скорость более 200 м/с, что обеспечивает его глубокое проникновение в воздух, сжатый в камере сгорания.
Камера сгорания типа Гессельмана:
Качество перемешивания частиц топлива с воздухом зависит прежде всего от формы камеры сгорания. Очень хорошее смесеобразование достигается в камере, показанной на рисунке выше и впервые предложенной Гессельманом. Она широко используется в четырех- и двухтактных ДВС. Бортики 1
у краев поршня предотвращают попадание частиц топлива на стенки втулки 2
цилиндра, имеющей сравнительно низкую температуру.
ДВС большой мощности часто имеют поршни с вогнутым днищем. Камера сгорания, образованная крышкой цилиндра и поршнем такой конструкции, позволяет добиться хорошего смесеобразования.
При смесеобразовании с непосредственным впрыскиванием топлива в неразделенную камеру последняя может иметь простую форму с относительно малой поверхностью охлаждения. Поэтому ДВС с однокамерным способом смесеобразования просты по конструкции и наиболее экономичны.
Недостатки однокамерного способа смесеобразования следующие: необходимость повышенных коэффициентов избытка воздуха для обеспечения качественного сгорания топлива; чувствительность к изменению скоростного режима (из-за ухудшения качества распыливания при понижении частоты вращения коленчатого вала двигателя); очень высокое давление впрыскиваемого топлива, усложняющее и удорожающее топливную аппаратуру. Кроме того, из-за малых отверстий сопел форсунок необходимо применять тщательно очищенное топливо. По этой же причине очень трудно осуществить однокамерное смесеобразование в быстроходных ДВС малой мощности, так как при незначительном расходе топлива диаметры отверстий сопел форсунок должны быть значительно уменьшены. Изготовить многодырчатые форсунки с очень малым диаметром сопловых отверстий очень трудно, кроме того такие отверстия во время работы быстро засоряются и форсунка выходит из строя. Поэтому в быстроходных ДВС малой мощности более эффективно смесеобразование с раздельными камерами сгорания (предкамерное и вихрекамерное), осуществляемое с однодырчатой форсункой.
На рисунке показан цилиндр ДВС с предкамерным смесеобразованием . Камера сгорания состоит из предкамеры 2 , расположенной в крышке, и главной камеры 1 в надпоршневом пространстве, соединенных между собой. Объем предкамеры составляет 25—40 % общего объема камеры сгорания. При сжатии воздух, находящийся в цилиндре, с большой скоростью входит через соединительные каналы 4 в предкамеру, создавая в ней интенсивное вихреобразование. Топливо под давлением 8—12 МПа впрыскивается в предкамеру однодырчатой форсункой 3 , хорошо перемешивается с воздухом, воспламеняется, но сгорает лишь частично из-за недостатка воздуха. Оставшаяся (несгоревшая) часть топлива вместе с продуктами сгорания под давлением 5—6 МПа выбрасывается в основную камеру сгорания. При этом топливо интенсивно распыливается, перемешивается с воздухом и сгорает. К преимуществам ДВС с предка-мерным смесеобразованием относится то, что они не требуют наличия топливной аппаратуры, работающей под очень высоким давлением и не нуждаются в топливе высокой степени очистки.
Основными недостатками этих ДВС являются: более сложная конструкция цилиндровых крышек, создающая опасность образования трещин из-за тепловых напряжений; трудность пуска холодного двигателя; повышенный расход топлива из-за несовершенного смесеобразования. Относительно большая поверхность стенок предкамеры вызывает сильное охлаждение воздуха при его сжатии во время пуска двигателя, что затрудняет получение температуры, необходимой для самовоспламенения топлива. Поэтому в двигателях с предкамерным способом смесеобразования допускают более высокое сжатие (степень сжатия достигает 17—18), а также применяют электрические запальные свечи и подогрев засасываемого воздуха в период пуска.
Вихрекамерный способ смесеобразования также применяется в быстроходных ДВС небольшой мощности. В этих двигателях камера сгорания также разделена на две части. Вихревая камера, имеющая шаровую или цилиндрическую форму, помещается в крышке цилиндра или цилиндровом блоке и сообщается с основной камерой сгорания соединительным каналом, направленным по касательной к стенке вихревой камеры. Благодаря этому сжатый воздух, перетекающий в вихревую камеру через соединительный канал 1 , получает в ней вращательное движение, способствующее хорошему перемешиванию топлива с воздухом. Объем вихревой камеры составляет 50—80 % общего объема камеры сгорания. Топливо подается в вихревую камеру однодырчатой форсункой 2 под давлением 10—12 МПа. Диаметр отверстия сопла форсунки составляет 1—4 мм.
Применение вихрекамерного способа распыливания топлива обеспечивает достаточно полное сгорание топлива в быстроходных ДВС. Недостатками таких двигателей является повышенный расход топлива и трудность его пуска. Для облегчения пуска ДВС в ход используется электрическая запальная свеча 3 , расположенная рядом с форсункой.
Удельный расход топлива у двигателей с предкамерным и вихрекамерным способом смесеобразования на 10—15 % выше, чем у двигателей с однокамерным смесеобразованием.
Процесс смесеобразования осуществляется в результате распыливания топлива с помощью форсунки высокого давления, направленного вихревого движения заряда в камере, а иногда также регулирования температуры деталей, на которых происходит испарение топлива.
Типы смесеобразования.
В зависимости от характера впрыска топлива различают объемный, пленочный и объемно-пленочный (смешанный) типы смесеобразования, которые осуществляются в неразделенных камерах сгорания.
Объемное смесеобразование - впрыск топлива производится в воздушную среду. При этом методе попадание топлива на стенки камеры сгорания не допускается. Такое смесеобразование имеет место в 2-тактных двигателях.
Пленочное смесеобразование - основная часть топлива попадает на стенки камеры и растекается в виде тонкой жидкой пленки. В этом случае для хорошего воспламенения в сжатый воздух впрыскивается около 5% топлива, а остальная его часть - на стенки.
- часть топлива впрыскивается в воздушную среду, а часть на стенки.
Один из способов объемно-пленочного смесеобразования предложен Мойрером и разработан фирмойMAN(ФРГ). Он характеризуется следующими особенностями:
Для лучшего воспламенения и сгорания в сжатый воздух впрыскивается 5% топлива, а основная масса топлива (95%) наносится на стенки в виде пленки толщиной 10-15мк;
Впрыснутое в нагретый воздух топливо самовоспламеняется и затем поджигает горючую смесь, образующуюся в процессе испарения пленки со стенок цилиндра и перемешивания паров топлива с воздухом;
Топливо с поверхности стенок в начале сгорания испаряется сравнительно медленно и горение начинается медленно. Затем процессы ускоряются, при этом поршень идет к НМТ и поэтому двигатель работает мягко и бесшумно;
Такой процесс сгорания позволяет использовать в двигателе различные топлива: бензин, керосин, лигроин, соляровое масло и др.
Камера сгорания имеет развитые вытеснители, создающие интенсивное вихревое движение воздушного заряда, что способствует хорошему испарению и смесеобразованию.
Двигатели с подобным процессом называются многотопливными двигателями.
Смесеобразование в разделенных камерах сгорания
Для улучшения смесеобразования применяют разделенные камеры сгорания. Различают два типа смесеобразования: предкамерное и вихрекамерное.
Предкамерное смесеобразование характеризуется следующими способами:
1. Камера сгорания разделена на две части: предкамеру объемом (0,25-0,4)V с и главную камеру, которые соединены между собой узкими каналами, препятствующими быстрому перетеканию газов из предкамеры в цилиндр. В результате этого максимальные давления сгорания невелики и двигатель работает очень мягко.
2. В процессе сжатия в предкамере создается беспорядочное турбулентное движение воздуха за счет перетекания его с большой скоростью (200-300 м/с) через узкие каналы из цилиндра. В этом случае смесеобразование определяется интенсивностью движения потока воздуха в предкамере, а не качеством распыливания топлива, благодаря этому двигатель мало чувствителен к сорту топлива и имеет пониженное давление впрыска (10-13МПа).
3. Наличие узких каналов и развитой поверхности камеры сгорания приводит к большим потерям тепла через стенки предкамеры и потерь энергии при перетекании газов в предкамеру и обратно, что затрудняет пуск холодного двигателя и ухудшает его экономичность.
Для облегчения пуска повышают степень сжатия до 20-21, а в предкамере устанавливают калильные свечи, которые включаются при пуске.
Вихрекамерное смесеобразование в отличие от предкамерного характеризуется:
1. Большим объемом вихревой камеры (0,5-0,8)V с, в которой в процессе сжатия создается организованное вращательное движение воздуха.
2. Большим проходным сечением и, следовательно, большим давлением сгорания в цилиндре из-за быстрого перетекания сгоревших газов из вихревой камеры в основную.
3. Благодаря большим проходным сечениям потери энергии заряда при перетекании относительно невелики. Для надежного пуска вихрекамерные двигатели имеют = 17-20.
Двигатели внутреннего сгорания можно классифицировать по различным признакам.
1.По назначению:
а)стационарные, которые применяются на электростанции малой и средней мощности, для привода насосных установок, в сельском хозяйстве и т. п.
б)транспортные, устанавливаемые на автомобилях, тракторах, самолетах, судах, локомотивах и других транспортных машинах.
2.По роду применяемого топлива различают двигатели, работающие на:
а) легком жидком топливе (бензине, бензоле, керосине, лигроине и спирте);
Предлагаемая классификация распространяется на двигатели внутреннего сгорания, широко применяемые в народном хозяйстве. Специальные двигатели (реактивные, ракетные и др.) в данном случае не рассматриваются.
б)тяжелом жидком топливе (мазуте, соляровом масле, дизельном топливе и газойле);
в)газовом топливе (генераторном, природном и других газах);
г)смешанном топливе; основным топливом является газ, а для пуска двигателя используется жидкое топливо;
д)различных топливах (бензине, керосине, дизельном топливе и др.) - многотопливные двигатели.
3.По способу преобразования тепловой энергии в механическую различают двигатели:
а)поршневые, в которых процесс сгорания и превращения тепловой энергии в механическую совершается в цилиндре;
б)газотурбинные, в которых процесс сгорания топлива совершается в специальной камере сгорания, а превращение тепловой энергии в механическую происходит на лопатках колеса газовой турбины;
в)комбинированные, в которых процесс сгорания топлива происходит в поршневом двигателе, являющемся генератором газа, а превращение тепловой энергии в механическую совершается частично в цилиндре поршневого двигателя, а частично на лопатках колеса газовой турбины (свободнопоршневые генераторы газов, турбопоршневые двигатели и т. п.).
4.По способу смесеобразования различают поршневые двигатели:
а) с внешним смесеобразованием, когда горючая смесь образуется вне цилиндра; по такому способу работают все карбюраторные и газовые двигатели, а также двигатели с впрыском топлива во впускную трубу;
б) с внутренним смесеобразованием, когда в процессе впуска в цилиндр поступает только воздух, а рабочая смесь образуется внутри цилиндра; по такому способу работают дизели, двигатели с искровым зажиганием и впрыском топлива в цилиндр и газовые двигатели с подачей газа в цилиндр в начале процесса сжатия.
5.По способу воспламенения рабочей смеси различают:
а)двигатели с воспламенением рабочей смеси от электрической искры(с искровым зажиганием);
б)двигатели с воспламенением от сжатия (дизели);
в)двигатели с форкамерно-факельным зажиганием, в которых воспламенение смеси искрой осуществляется в специальной камере сгорания небольшого объема, а дальнейшее развитие процесса горения происходит в основной камере.
г)двигатели с воспламенением газового топлива от небольшой порции дизельного топлива, воспламеняющегося от сжатия, -
газожидкостный процесс.
6.По способу осуществления рабочего цикла поршневые
Двигатели делятся на:
а) четырехтактные без наддува (впуск воздуха из атмосферы) и с наддувом (впуск свежего заряда под давлением);
б) двухтактные - без наддува и с наддувом. Различают наддув с приводом компрессора от газовой турбины, работающей на отработавших газах (газотурбинный наддув); наддув от компрессора, механически связанного с двигателем, и наддув от компрессоров, один из которых приводится в действие газовой турбиной, а другой - двигателем.
7.По способу регулирования при изменении нагрузки различают:
а)двигатели с качественным регулированием, когда в связи с изменением нагрузки меняется состав смеси путем увеличения или уменьшения количества вводимого в двигатель топлива;
б)двигатели с количественным регулированием, когда при изменении нагрузки состав смеси остается постоянным и меняется только ее количество;
в)двигатели со смешанным регулированием, когда в зависимости от нагрузки изменяются количество и состав смеси.
8.Поконструкцииразличают:
а)поршневые двигатели, которые, в свою очередь, делятся:
по расположению цилиндров на вертикальные рядные, горизонтальные рядные, V-образные, звездообразные и с противолеащими цилиндрами;
по расположению поршней на однопоршневые (в каждом цилиндре имеется один поршень и одна рабочая полость), с противоположно движущимися поршнями (рабочая полость расположена между двумя поршнями, движущимися в одном цилиндре в противоположные стороны), двойного действия (по обе стороны поршня имеются рабочие полости);
б)роторно-поршневые двигатели, которые могут быть трех типов:
ротор (поршень) совершает планетарное движение в корпусе; при движении ротора между ним и стенками корпуса образуются камеры переменного объема, в которых совершается цикл; эта схема получила преимущественное применение;
корпус совершает планетарное движение, а поршень неподвижен;
ротор и корпус совершают вращательное движение - биро-торный двигатель.
9. По способу охлаждения различают двигатели:
а)с жидкостным охлаждением;
б)с воздушным охлаждением.
На автомобилях устанавливают поршневые двигатели с воспламенением от искры (карбюраторные, газовые, с впрыском топлива) и с воспламенением от сжатия (дизели). На некоторых опытных автомобилях применяют газотурбинные, а также роторно-поршневые двигатели.
