Тема: ПРОЦЕССЫСМЕСЕОБРАЗОВАНИЯ В ДВС
Занятие 1. Смесеобразование в бензиновых ДВС
План:
1. Назначение, виды, способы СО и смесеобразующие устройства ДВС.
2. Виды и состав горючей смеси на основных режимах работы ДВС.
3. Смесеобразование в карбюраторных ДВС.
4. Смесеобразование в инжекторных ДВС.
Назначение, виды, способы СО и смесеобразующие устройства ДВС.
Смесеобразование в поршневых двигателях осуществляется для обеспечения качественного протекания процессов сгорания топлива и во многом зависит от свойств топлива, его вязкости и способности к перемешиванию с воздухом.
Смесеобразование влияет на последующее сгорание топлива, так как скорость и полнота сгорания зависят от качества топливо-воздушной смеси (горючей смеси), на которое влияют испарение топлива и его смешивание с воздухом.
Смесеобразование представляет собой совокупность процессов приготовления горючей смеси из очищенного воздуха и паров топлива, в определенной пропорции и подачи её в цилиндры двигателя в необходимом количестве в соответствии с режимами работы двигателя.
Приготовление горючей смеси осуществляется путем дросселирования воздуха, а также дозирования, распыления, испарения топлива и перемешивания его с воздухом при помощи различных устройств.
Дросселирование (от нем. drosseln — душить) - изменение количества поступающего воздуха путем изменения проходного сечения воздушного канала при помощи заслонки или клапана.
Дозирование топлива - изменение количества топлива, поступающего в смесительное устройство при помощи жиклера, эмульсионной трубки, ускорительного насоса или форсунки
Возможные места приготовления топливо-воздушной смеси: вне цилиндров и непосредственно в цилиндрах. В зависимости от этого двигатели внутреннего сгорания принято разделять на два вида – двигатели с внешним и внутренним смесеобразованием.
Виды смесеобразования бывают:
1) внешнее СО - жидкое топливо перемешивается с воздухом перед поступлением в цилиндры, куда поступает образовавшаяся горючая смесь.
2) внутреннее СО - чистый воздух и жидкое топливо подаются в цилиндры двигателя раздельно и перемешиваются непосредственно в цилиндрах, образуя с остаточными газами рабочую смесь;
Способы смесеобразования зависят от вида используемого топлива и определяются видом смесеобразующего устройства (прибора).
Газообразное топливо смешивается с воздухом на входе в двигатель в специальном карбюраторе-смесителе, поэтому в его цилиндры поступает уже готовая горючая смесь.
Горючая топливовоздушная смесь из жидкого топлива и воздуха может приготавливаться двумя способами – карбюрацией и впрыском топлива под давлением.
В двигателях с искровым зажиганием применяются следующие способы
смесеобразования:
- карбюрация или подача газа в карбюратор-смеситель;
- впрыск бензина (или газа) во впускной трубопровод;
- впрыск бензина в форкамеру (форкамерное смесеобразование)
- непосредственный (прямой) впрыск бензина в камеру сгорания;
Смесеобразующими приборами внешнего смесеобразования являются:
- карбюраторы;
- газовые смесители;
- дроссельные заслонки, инжекторы (форсунки низкого давления);
В двигателях с внутренним смесеобразованием (бензиновых и дизельных) смесеобразующими приборами являются форсунки высокого давления.
Внутреннее смесеобразование также различают по видам в зависимости от места, куда осуществляется распыление топлива и от однородности образовавшейся горючей смеси:
- объёмное СО – впрыск топлива в объём воздуха (воздушный поток);
- пристеночное (пленочное СО) – впрыск на стенку и образование топливной пленки на стенках деталей двигателя;
- однородное (гомогенное СО) – одинакового состава во всем объёме воздуха в камере сгорания;
- неоднородное (послойное СО) – различного состава – более концентрированная в центре камеры и бедная у стенок;
Виды и состав горючей смеси на основных режимах работы ДВС.
Дросселирование воздуха, поступающего в двигатель и дозирование топлива в процессе смесеобразования, осуществляется для приготовления горючей смеси необходимого состава и в необходимом количестве, которые должны соответствовать режимам работы двигателя.
Режимы работы двигателя определяются оборотами (частотой вращения) коленвала и нагрузкой двигателя.
Основные режимы обычного (не быстроходного) ДВС:
Пуск двигателя – 50-100 об/мин
Холостой ход – 500-1000 об/мин
Средние нагрузки – 1500-2500 об/мин
Режим полной мощности – 3000-4500 об/мин
Режим быстрого перехода от мин к мах нагрузкам
Состав горючей смеси характеризуется коэффициентом избытка воздуха α, который показывает отношение действительного количества воздуха, поступившего в цилиндры двигателя к теоретически необходимому количеству для полного сгорания топлива
α = Gв/Lо×Gт
где Lо – необходимое количество воздуха, кг, для полного сгорания одного кг
топлива;
Gт – часовой расход топлива, кг/ч.
Для полного сгорания 1 кг топлива теоретически необходимо 14, 7 кг воздуха. При таком соотношении α = 1, а смесь называется стехиометрической (идеальной или нормальной).
- при α = 1-1,15 – смесь обеднённая. (такая смесь обеспечивает максимальную экономичность (qe = min) за счет полного сгорания топлива);
- при α = 1,15-1,3 – смесь бедная (такая смесь горит медленно и может гореть весь такт расширения. Длительная работа на такой смеси может привести к перегреву двигателя, прогоранию впускных клапанов);
- при α = 0,8-1,0 смесь обогащенная (она обеспечивает максимальную мощность, но при этом возрастает расход топлива из-за неполного сгорания);
- при α = 0,4-0,7 смесь богатая (такая смесь допустима только при пуске двигателя.
Таким образом для работы двигателя необходима смесь разного состава:
- при пуске - богатая α = 0,4-0,7,
- на холостом ходе и малой нагрузке – обогащенная α = 0,8-0,9,
- при дальнейшем увеличении нагрузки (мощности) до средней – постепенное обеднение смеси до α = 1,15 (на средних оборотах коленвала).
- для получения полной мощности смесь необходимо снова обогатить до α = 0,85-0,9 (при максимальных оборотах коленвала).
Зависимость α от нагрузки называется характеристикой идеального карбюратора (Рис. 4.1).
Рис. 4.1.Идеальная характеристика Рис. 4.2. Влияние коэффициента избытка
Карбюратора воздуха на индикаторные показатели ДВС
В свою очередь от состава смеси зависят основные показатели работы двигателя (Рис. 4.2), при α = 0,75-0,8 отношение hi/α принимает максимальное значение, которое обеспечивает при этом составе максимальную мощность при α = 1,15 величина hi становится максимальной, что обеспечивает минимальное значение gi.