Классификация камер сгорания дизельного двигателя. Камера сгорания дизельного двигателя.

Основным преимуществом дизельного двигателя является его тяговое усилие. Он способен развивать высокую мощность при низких оборотах двигателя и легко выдерживает перегрузки, интенсивное торможение и пуск.

Содержание

Устройство и эксплуатация дизельного силового агрегата в зимний период

Камера сгорания двигателя — это замкнутое пространство, полость для сгорания газообразного или жидкого топлива в двигателях внутреннего сгорания. В камере сгорания происходит подготовка и сгорание воздушно-топливной смеси.

Камеры сгорания должны обеспечивать высокий расход топлива и хорошие пусковые характеристики двигателей, а также оптимальное ⭐ смесеобразование. Камеры сгорания дизельных двигателей можно разделить на две группы в зависимости от их конструкции и типа образования смеси:

Неразделенные камеры сгорания

Неделимые камеры сгорания образуют единый объем и обычно имеют простую форму, которая, как правило, соответствует направлению, размеру и количеству факелов топлива при впрыске. Эти камеры сгорания компактны и имеют относительно небольшую поверхность охлаждения, что снижает потери тепла. Двигатели с такими камерами сгорания имеют достойные экономические показатели и хорошие пусковые характеристики.

Нераздельные камеры сгорания бывают разных форм. Обычно они устанавливаются на коронке поршня, иногда частично на коронке поршня и частично на головке цилиндра, в редких случаях — на головке цилиндра.

На иллюстрации представлены некоторые чертежи неразделенных камер сгорания.

Читайте также: Маховая пила и двигатель стиральной машины

Использование прядильной мельницы, ветряной мельницы и двигателя ветряной мельницы. Камеры сгорания дизельных двигателей неразборного типа: a — кольцевая в поршне; b — полусферическая в поршне и головке цилиндра; c — полусферическая в поршне; d — цилиндрическая в поршне; e — цилиндрическая в поршне с боковым креплением; f — овальная в поршне: g — сферический в поршне; h — кольцевой в шейке поршня; i — цилиндрический, образованный коронками поршня и стенками цилиндра; j — вихревой в поршне; k — трапециевидный в поршне; m — цилиндрический в головке под выпускным клапаном.

В камерах сгорания, показанных на рисунке a-d, качество смеси достигается исключительно за счет распыления и соответствия формы камер форме факела впрыска топлива. Такие камеры обычно оснащены несколькими соплами и используют высокое давление впрыска. Эти камеры имеют минимальные охлаждающие поверхности. Они характеризуются низкой степенью сжатия.

Камеры сгорания, показанные на рис. f-c, имеют более развитую поверхность теплообмена, что незначительно влияет на пусковые характеристики двигателя. Однако, нагнетая воздух из камеры поршня в объем камеры во время сжатия, можно создать сильные вихри заряда, которые способствуют хорошему смешиванию топлива и воздуха. Это приводит к высокому качеству формирования смеси.

Камеры сгорания, показанные на рисунке k-m, используются в многотопливных двигателях. Они характеризуются круто направленными зарядными токами, которые обеспечивают испарение топлива и его попадание в зону горения в определенном порядке. Высокая температура выпускного клапана, который является одной из стенок камеры сгорания, используется для улучшения процесса сгорания в цилиндрической камере сгорания под выпускным клапаном (рис. m).

Прогары и отложения на головке поршня дизельный двигатель

Дно и область зоны пламени полностью разрушены (рис. 1). Зона пламени выжигается до закалочной вставки. Расплавленный материал поршня проник вдоль юбки поршня и вызвал повреждения и травление и там. Отвердитель первого компрессионного кольца лишь частично сохранился на левой стороне поршня. Отвердитель отделился от поршня во время работы и вызвал дальнейшие повреждения в камере сгорания. Части поршня были выброшены с такой силой, что через впускной клапан попали во впускной коллектор и, соответственно, в соседний цилиндр, вызвав повреждения и там (следы удара).

В направлении впрыска одна или несколько форсуночных струй вызывали коррозионные ожоги на днище поршня и на краю зоны сгорания. Юбка поршня и область поршневого кольца не должны иметь царапин.

Этот тип повреждения особенно часто возникает в дизельных двигателях с непосредственным впрыском. Это относится только к дизельным двигателям с форкамерами, если одна из форкамер повреждена и в результате форкамерный двигатель переоборудован в двигатель с прямым впрыском. Если форсунка соответствующего цилиндра не поддерживает давление впрыска после

Когда процесс впрыска завершается и давление падает, вибрации в топливопроводе высокого давления могут снова поднять иглу инжектора, чтобы топливо впрыснулось обратно в камеру сгорания по окончании процесса впрыска (механические инжекторы). Когда кислород в камере сгорания истощается, отдельные капли топлива проходят через всю камеру сгорания и достигают дна поршня, движущегося вниз, ближе к верху. Там они быстро сгорают из-за недостатка кислорода и выделяется много тепла. Это смягчает материал в этих областях. Динамические силы и коррозия быстролетящих продуктов сгорания отрывают отдельные частицы от поверхности (рис. 2) или полностью удаляют головку, что приводит к повреждениям, показанным на рис. 1.

Возможными причинами повреждения являются

— Негерметичные форсунки или трудно перемещаемые или заклинившие иглы форсунок.

Читайте также: технология agm в аккумуляторах — преимущества и недостатки

— неисправные редукторы давления в топливном насосе высокого давления

— количество впрыскиваемого топлива и момент впрыска не установлены в соответствии с инструкциями производителя двигателя.

— в форкамерных двигателях: дефект форкамеры, но только в сочетании с одной из вышеперечисленных причин.

— Задержка зажигания из-за недостаточной компрессии, вызванной слишком большим компрессионным зазором, неправильной синхронизацией клапанов или негерметичностью клапанов.

— Очень долгая задержка воспламенения, вызванная дизельным топливом, которое не горит (слишком низкое цетановое число).

Камера сгорания двигателя — это закрытое пространство, заполненное газом или жидким топливом в двигателях внутреннего сгорания. В камере сгорания происходит подготовка и сгорание воздушно-топливной смеси.

Классификация камер сгорания дизельного двигателя

Неразделенные камеры сгорания

На иллюстрации представлены некоторые чертежи неразделенных камер сгорания.

Использование прядильной мельницы, ветряной мельницы и двигателя ветряной мельницы. Камеры сгорания дизельных двигателей неразборного типа: a — кольцевая в поршне; b — полусферическая в поршне и головке цилиндра; c — полусферическая в поршне; d — цилиндрическая в поршне; e — цилиндрическая в поршне с боковым креплением; f — овальная в поршне: g — сферический в поршне; h — кольцевой в шейке поршня; i — цилиндрический, образованный коронками поршня и стенками цилиндра; j — вихревой в поршне; k — трапециевидный в поршне; m — цилиндрический в головке под выпускным клапаном.

Раздельные камеры сгорания состоят из двух отдельных пространств, соединенных одним или несколькими каналами. Поверхность охлаждения в этих камерах значительно больше, чем в неразделенных камерах. Из-за высоких тепловых потерь двигатели с разделенными камерами сгорания обычно имеют худшие экономические и пусковые характеристики и, как правило, более высокую степень сжатия.

Разделенные камеры сгорания

Однако в разделенных камерах сгорания за счет использования кинетической энергии газов, перетекающих из одной полости в другую, может быть обеспечена качественная обработка топливно-воздушной смеси, благодаря чему достигается достаточно полное сгорание и устраняются выхлопные газы.

Рис. Камеры сгорания дизельных двигателей с раздельным сгоранием: а — предкамера; б — вихревая камера в головке; в — вихревая камера в блоке.

Кроме того, дросселирующий эффект соединительных каналов разъемных камер позволяет значительно снизить «жесткость» двигателя и уменьшить максимальную нагрузку на детали кривошипно-шатунного механизма. Некоторое снижение «жесткости» двухкамерных двигателей также может быть достигнуто путем повышения температуры отдельных секций камеры сгорания.

В дизельных двигателях требования к форме камеры сгорания определяются процессом образования смеси. На образование зажигательной смеси отводится очень мало времени, так как сгорание начинается практически сразу после впрыска, а затем оставшееся топливо подается в камеру сгорания. Каждая капля топлива должна как можно быстрее вступить в контакт с воздухом, чтобы тепло выделялось в начале пути расширения.

ПО ТЕМЕ:

Камеры сгорания дизелей

Для выполнения этих требований необходимо создать интенсивное направленное движение воздуха, но оно должно быть организовано таким образом, чтобы необходимое для сгорания количество воздуха смешивалось с впрыскиваемым топливом. В принципе, есть две возможности: либо воздух к топливу, либо топливо к воздуху. В дизельных двигателях для автотранспорта используются оба метода.

В первом случае топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр в виде нескольких факелов, которые выбрасываются вращающимся потоком воздуха. Расход должен обеспечивать прохождение воздуха от одного сопла к другому в течение периода горения 2.

Однако количество форсунок ограничено, поэтому необходимое количество топлива должно впрыскиваться с определенной скоростью, чтобы обеспечить хорошее распыление. Если топливо распылено хорошо, оно быстро нагревается после впрыска в горячий воздух, и время до воспламенения (так называемая задержка воспламенения) сокращается. Короткое время задержки зажигания необходимо для того, чтобы количество топлива, подаваемого в камеру сгорания за это время, не было настолько большим, чтобы после зажигания произошло резкое повышение давления и увеличение жесткости двигателя. Регулирование процесса горения может быть достигнуто по закону подачи топлива в уже воспламененную среду.

После определения скорости, времени и количества подаваемого топлива можно рассчитать диаметр отверстий форсунок, регулируя количество отверстий форсунок. Во избежание риска грануляции и для обеспечения технологичности конструкции форсунок минимальный диаметр отверстий ограничен 0,25-0,3 мм. Поэтому количество форсунок в дизельных двигателях легковых автомобилей не превышает 4-5. Скорость циркуляции воздуха должна быть отрегулирована соответствующим образом. Вращательное движение воздуха в цилиндре может быть создано тангенциальным или спиральным входом. Как и в бензиновых двигателях, дополнительная турбулентность от нагрузки дизеля может возникать в конце такта сжатия, вытесняя воздух из пространства между коронкой поршня и головкой цилиндра.

Формирование смеси вторым методом — топливо в воздух — затруднено, если только не используется большое количество форсунок. В дизельных двигателях с разделенными камерами сгорания (предкамера и вихревая камера) впрыск происходит таким образом, что все топливо впрыскивается в меньшую вторичную камеру, которая содержит только часть воздуха, поступающего в цилиндр. Когда топливо в этой камере воспламеняется, давление повышается и вытесняет несгоревшее топливо в основной объем камеры сгорания над поршнем, где сгорание завершается.

Поэтому различают дизельные двигатели с непосредственным впрыском и дизельные двигатели с разделенной камерой. При прямом впрыске камера сгорания создается в поршне, который имеет более высокую температуру, чем головка цилиндра, которая охлаждается. Это уменьшает потери тепла горячих газов на стенки камеры сгорания. Камера сгорания должна быть компактной, чтобы потери тепла при сжатии воздуха были низкими, а степень сжатия не была слишком высокой для достижения необходимой температуры воспламенения. Степень сжатия дизельного двигателя ограничена в сторону увеличения нагрузкой на картер и потерями на трение, а в сторону уменьшения — условиями так называемого холодного пуска. При прямом впрыске степень сжатия e составляет от 15 до 18. В таких дизельных двигателях с холодным пуском не требуется дополнительных мер для обеспечения воспламенения топлива.

Конструкция атмосферного дизельного двигателя почти не отличается от конструкции бензинового двигателя. Та же система цилиндр-поршень-шатун, которая преобразует расширение топливно-воздушной смеси (ТВС) в крутящий момент. Основное отличие от дизельного двигателя заключается в принципе зажигания ФАМ: в бензиновых двигателях топливо смешивается с воздухом перед тем, как попасть в цилиндры, и принудительно воспламеняется электрической искрой, в то время как в дизельных двигателях топливо и воздух попадают в цилиндры раздельно. Только воздух проходит через фазу сжатия и нагревается до 700-900 градусов Цельсия во время сжатия. В точке максимального сжатия топливо впрыскивается в цилиндр под высоким давлением через специальные форсунки. Под воздействием высокой температуры он самовоспламеняется, после чего начинается одинаковый для всех двигателей внутреннего сгорания технологический цикл — расширение и выхлоп.

Устройство и принцип работы атмосферного дизельного двигателя

Читайте также: OMVL GTB, обзор комплектов, ЭБУ и производителей редукторов

Основной недостаток составного двигателя, который был продемонстрирован при использовании в паровозах, заключается в том, что двигатель невозможно запустить, если поршень в цилиндре высокого давления остановился в середине. Для преодоления этого недостатка составные локомотивы оснащались сложными пусковыми устройствами, которые кратковременно подавали пар в два цилиндра одновременно.

Компаундный паровой двигатель

Различные варианты соединений использовались в паровозах:

Русский инженер Александр Парфеньевич Бородин внес значительный вклад в исследование и применение составного парового двигателя на паровозах.

цилиндры высокого и низкого давления располагаются параллельно один под другим снаружи рамы и работают на общий ползун. Данную схему имели паровозы американской постройки серий «B» и «X»;
цилиндры располагаются последовательно на общем длинном штоке (тандем-машина). По такой схеме строились российские паровозы серий «Р» и «П»;
Система де Глена — дополнительные цилиндры располагаются внутри рамы и работают на коленчатую ось. По данной схеме выпускались паровозы серии «У», а также опытный чехословацкий паровоз «18-01». В поздних сериях паровозов компаунд-машины не применялись из-за присущих им недостатков, добиваясь экономичности за счет перегрева пара.

Подавляющее большинство атмосферных дизельных двигателей отличаются только конструкцией камеры сгорания. В обычных дизельных двигателях камера сгорания является неделимой — топливо подается в камеру избыточного давления. До недавнего времени камеры сгорания такого типа использовались в основном в тихоходных двигателях грузовых автомобилей большого объема, поскольку эти дизельные двигатели характеризуются высоким уровнем шума и вибрации. Однако с появлением топливных насосов высокого давления (ТНВД) с электронным управлением, двухступенчатого впрыска топлива и стабилизации процесса сгорания топливовоздушной смеси эти проблемы в дизельных двигателях для автотранспорта сегодня практически исчезли.

Виды камер сгорания дизельных двигателей

Дизельные двигатели с раздельными камерами сгорания — вихревой камерой и форкамерой — наиболее распространены сегодня в легковых автомобилях. Топливо впрыскивается не непосредственно в цилиндр, а в дополнительную камеру сгорания, встроенную в головку цилиндра. Вихревая камера соединена с цилиндром одним воздуховодом, поэтому поступающий воздух энергично завихряется. Это улучшает образование смеси и самовоспламенение. Затем воздушно-топливная смесь воспламеняется в два этапа — процесс начинается в вихревой камере и переходит в камеру сгорания. Давление в цилиндре повышается более плавно, что снижает уровень шума и увеличивает максимальную скорость. В настоящее время вихревые двигатели составляют около 90 процентов силовых агрегатов легковых автомобилей и внедорожников. Дизельные двигатели с предкамерой более сложны и поэтому менее распространены. Сгорание воздушно-топливной смеси происходит в специальной предкамере, которая соединена с цилиндром несколькими каналами меньшего размера. Его форма и диаметр предназначены для создания перепада давления между цилиндром и форкамерой, чтобы увеличить скорость газа. Эта технология обеспечивает длительный срок службы, дополнительное снижение уровня шума и выбросов, а также максимально плавную кривую крутящего момента.