В каких пределах изменяется коэффициент избытка воздуха у карбюраторных двигателей

Смесеобразование в карбюраторе представляет собой сложный процесс. Для формирования правильных представлений о процессе смесеобразования необходимо последовательно рассмотреть явления движения воздушного потока, истечения, распыливания и испарения топлива, а также принципы приготовления необходимого состава горючей смеси.

  • Движение воздушного потока через карбюратор.
  • При движении через карбюратор скорость и давление воздушного потока изменяются.
  • Количество воздуха, проходящего через карбюратор и поступающего в двигатель, определяется рабочим объемом цилиндров двигателя, скоростью вращения коленчатого вала и степенью открытия дроссельной заслонки.
  • Часовой расход воздуха (м3), поступающего в двигатель:

В каких пределах изменяется коэффициент избытка воздуха у карбюраторных двигателей

  1. где D – диаметр цилиндра двигателя, м;
  2. S – ход поршня, м;
  3. ρвоз – плотность воздуха при температуре и давлении окружающей среды, кг/м3;
  4. ηv – коэффициент наполнения двигателя;
  5. n – число оборотов коленчатого вала, c;
  6. i – число цилиндров двигателя, обслуживаемых данным карбюратором;
  7. τ – тактность двигателя.
  8. Часовой расход воздуха, проходящего через диффузор карбюратора и далее поступающего в двигатель:

В каких пределах изменяется коэффициент избытка воздуха у карбюраторных двигателей

  • где ωвоз – скорость движения воздуха в диффузоре, м/с;
  • Fдиф – площадь поперечного сечения горловины диффузора, м2 .
  • Скорость воздуха, протекающего через горловину диффузора, может быть определена следующим уравнением в предположении, что воздух представляет собой несжимаемую жидкость:

В каких пределах изменяется коэффициент избытка воздуха у карбюраторных двигателей

где ηдиф – коэффициент скорости воздуха в диффузоре;

P0 – Pдиф – разрежение в диффузоре, равное разности давлений окружающей среды и в диффузоре.

Воздух проходит через диффузор карбюратора со сравнительно большими скоростями, поэтому давление в нем заметно понижается. Наименьшее давление или наибольшее разрежение в горловине диффузора карбюратора наблюдается при максимальных скоростях и расходах воздуха. Отсюда следует, что разрежение в диффузоре должно возрастать по мере увеличения открытия дросселя и числа оборотов вала двигателя.

  1. Площадь горловины диффузора подбирают так, чтобы:
  2. 1) на малых числах оборотов и неполных открытиях дроссельной заслонки скорости воздуха были не ниже 40—50 м/с во избежание недостаточного распыливания топлива и связанного с ним увеличения расхода топлива;
  3. 2) на больших числах оборотов и при полном открытии дроссельной заслонки скорость воздуха не превышала примерно 120 м/с, так как при больших скоростях заметно понизится весовое наполнение, а следовательно, и мощность двигателя.

Оба эти требования полностью совместить нельзя, а потому обычно подбирают площадь горловины диффузора так, чтобы разрежения в ней на больших числах оборотов не превосходили 9.81 КПа.

На холостом ходу двигателя и малых оборотах вала в двигатель поступает минимальное количество горючей смеси. При этом разрежение в диффузоре почти отсутствует, а разрежение за дроссельной заслонкой достигает наибольших значений, численно равных 49.05 КПа.

Уравнение часового расхода при подстановке уравнения скорости воздуха примет вид:

В каких пределах изменяется коэффициент избытка воздуха у карбюраторных двигателей

Оно справедливо для несжимаемых жидкостей, но разрежения в диффузорах карбюраторов очень редко превышают 9.81 КПа, поэтому этим уравнением можно пользоваться при расчете карбюраторов, так как ошибка при его использовании не превысит 1–2%.

  • Истечение топлива из распылителя.
  • Разность давлений в поплавковой камере и у распылителя заставляет топливо перетекать по системе каналов через жиклер в распылитель, а из него в диффузор карбюратора, где быстро двигается воздух.
  • Разрежение у распылителя, по данным опытов, на 20–25% меньше разрежения у стенки диффузора. В соответствии с этим скорость протекания топлива через жиклер определяют уравнением:

В каких пределах изменяется коэффициент избытка воздуха у карбюраторных двигателей

  1. где ηжикл – коэффициент скорости, учитывающий трение в топливных каналах и жиклере, а также местные сопротивления при переходе от одного сечения к другому;
  2. ρтопл – плотность топлива при температуре и давлении окружающей среды, кг/м3.
  3. В большинстве случаев основным сопротивлением является жиклер, а сопротивления в топливных каналах по сравнению с ним невелики, поэтому с достаточной точностью коэффициент скорости может учитывать только сопротивления самого жиклера.
  4. Скорость протекания топлива через жиклер зависит от режима работы двигателя и изменяется в пределах от 0 до 5 м/с.
  5. Для перехода от скорости вытекающего топлива к часовому весовому расходу необходимо учесть площадь жиклера Fжикл:

В каких пределах изменяется коэффициент избытка воздуха у карбюраторных двигателей

или

В каких пределах изменяется коэффициент избытка воздуха у карбюраторных двигателей

Распыление и испарение топлива.

Струя топлива, вытекающая из жиклера карбюратора, распыляется на мелкие капли вследствие трения, возникающего между струей и потоком воздуха, двигающегося с большой скоростью. Тонкость распыливания топлива оценивается средним диаметром капель.

Средний диаметр капель распыливаемого топлива тем меньше, чем больше скорость потока воздуха и чем меньше поверхностное натяжение топлива (рис. 5.5).

В каких пределах изменяется коэффициент избытка воздуха у карбюраторных двигателей

Рис. 5.5. Зависимость размера капель от скорости воздуха

Условия для испарения топлива в карбюраторе неблагоприятны. Время, отводимое на испарение, измеряется лишь сотыми долями секунды; температура, при которой происходит испарение, сравнительно небольшая. При температуре 30 °С и сравнительно высокой скорости воздуха полного испарения топлива не достигается.

Неиспарившееся топливо в виде капель уносится воздушным потоком, а так как температура впускного коллектора сравнительно невысока, топливо конденсируется и оседает на внутренних стенках коллектора, образуя жидкую пленку. Скопление пленки ухудшает распределение горючей смеси по цилиндрам двигателя.

Часть неиспарившегося топлива уносится в цилиндры, что ухудшает сгорание смеси. Часть топлива проникает в картер и разжижает масло.

Поэтому в карбюраторных двигателях для улучшения испаряемости топлива, уменьшения неравномерности распределения смеси по цилиндрам, предотвращения конденсации и понижения пленкообразования применяется подогрев впускного коллектора отработавшими газами.

5.1.3. Влияние состава горючей смеси на работу двигателя

Состав горючей смеси, оцениваемый коэффициентом избытка воздуха α, оказывает большое влияние на мощность и экономичность двигателя.

При полностью открытом дросселе максимальная мощность двигателя достигается при коэффициенте избытка воздуха α = 0.8–0.9, а минимальный расход топлива (наибольшая экономичность) при коэффициенте α = 1.05–1.15.

Но по мере прикрытия дросселя (изменение нагрузки) изменяется и состав горючей смеси, соответствующий максимальной мощности и наибольшей экономичности. На рис. 5.6 показана связь между мощностью и экономичностью двигателя и составом горючей смеси при различных положениях дроссельной заслонки.

Кривые а и а' характеризуют изменение мощности и экономичности при полностью открытом дросселе, кривые б и б' и в и в' – при прикрытых положениях дросселя. Каждая из кривых соответствует постоянному числу оборотов и нагрузке двигателя.

В каких пределах изменяется коэффициент избытка воздуха у карбюраторных двигателей

Рис. 5.6. Изменение мощности и экономичности двигателя

Кривые показывают, что при уменьшении нагрузки по мере прикрытия дроссельной заслонки значения максимальной мощности и минимального расхода топлива смещаются влево, коэффициент избытка воздуха понижается, смесь обогащается.

Это объясняется тем, что дросселирование двигателя понижает скорость воздушного потока в карбюраторе. При этом ухудшение качества распыливания топлива и процесса сгорания смеси приводит к необходимости обогащения смеси.

Выделив на кривых точки, соответствующие максимальной мощности и минимальным удельным расходам топлива, и соединив эти точки пунктиром, получим кривые А и Б.

Кривая А характеризует изменение коэффициента избытка воздуха в зависимости от нагрузки при максимальной мощности. Кривая Б характеризует изменение коэффициента избытка воздуха в зависимости от нагрузки при наибольшей экономичности.

Кривые показывают, что при частичных нагрузках (прикрытая дроссельная заслонка) максимальная мощность, развиваемая двигателем, достигается на обогащенных смесях, при коэффициенте избытка воздуха от 0.9 до 0.6, а наибольшая экономичность достигается при α = 0.9–1.15.

5.1.4. Характеристика желаемого карбюратора

Для карбюраторных двигателей при различной нагрузке (различные положения дросселя) установлена связь между мощностью и экономичностью двигателя и коэффициентом избытка воздуха (рис. 5.6).

Если график, изображенный на рис. 5.6, повернуть на 90° против часовой стрелки и оставить на нем только кривые А и Б, то на новом графике (рис. 5.

7) кривая А будет показывать, как должен изменяться состав горючей смеси в зависимости от изменения нагрузки двигателя при реализации максимальной мощности, а кривая Б – как должен изменяться состав горючей смеси в зависимости от изменения нагрузки двигателя при наибольшей экономичности.

Читайте также:  Высокие обороты при запуске двигателя на холодную лачетти

Основные требования, которым должен отвечать карбюратор при работе с различными нагрузками и постоянным числом оборотов, следующие:

  • На холостом ходу и малых нагрузках двигателя дроссель прикрыт. Скорость воздушного потока незначительна. Температурный режим двигателя понижен. Условия для распыливания и испарения топлива неблагоприятны. Для устойчивой и бесперебойной работы двигателя карбюратор должен приготовлять обогащенную смесь (α = 0.7–0.8).
  • При увеличении нагрузки дроссель постепенно открывается. Скорость воздушного потока возрастает. Температурный режим двигателя повышается. Условия для распыливания и испарения топлива улучшаются. Для экономичной работы карбюратор должен приготовлять горючую смесь, постепенно обедняющуюся по мере открытия дросселя. Коэффициент избытка воздуха должен при этом увеличиваться до α = 1.05–1.15. Автомобильный карбюраторный двигатель преобладающее время работает на режимах неполных нагрузок. Поэтому приготовление экономичной горючей смеси является необходимым для понижения расхода топлива.
  • При полностью открытом дросселе для обеспечения максимальной мощности двигателя карбюратор должен приготовлять обогащенную смесь. Коэффициент избытка воздуха должен при этом понижаться до ? = 0.8–0.9.

На рис. 5.7 кривая В отвечает перечисленным требованиям и представляет собой характеристику желаемого карбюратора при работе двигателя на различных нагрузках.

В каких пределах изменяется коэффициент избытка воздуха у карбюраторных двигателей

Рис. 5.7. Характеристика желаемого карбюратора

Перечисленные требования к карбюратору не исчерпывают всех условий, необходимых для работы двигателя на различных эксплуатационных режимах. Рассмотрим эти дополнительные условия:

  • При пуске двигателя дроссель практически закрыт. Скорость воздуха незначительна. Температурный режим двигателя понижен. Условия смесеобразования неблагоприятны. Карбюратор должен приготовлять обогащенную смесь, характеризуемую коэффициентом α = 0.5–0.6.
  • В случае резкого изменения нагрузки вследствие большей инерции топлива его расход возрастает медленнее, чем расход воздуха. Это вызывает временное обеднение смеси, перебои в работе двигателя и затрудняет процесс разгона машины. Для того чтобы резкое открытие дросселя не сопровождалось обеднением смеси, карбюратор должен обладать способностью кратковременно обогащать смесь до такого состава, при котором достижимо нормальное нарастание оборотов.

Топливовоздушная смесь в бензиновом двигателе

В каких пределах изменяется коэффициент избытка воздуха у карбюраторных двигателей

Для работы двигателю с искровым зажига­нием (SI) требуется топливовоздушная смесь с определенным соотношением количества воздуха и топлива (отношение воздух/топливо).

Идеальное, теоретически полное сго­рание топлива имеет место при отношении масс 14,7:1 (стехиометрическое отношение), т.е. для сгорания 1 кг топлива требуется 14,7 кг воздуха.

Или: топливо объемом 1 л полно­стью сгорает в присутствии 9500 л воздуха.

Топливовоздушная смесь

Удельный расход топлива в значитель­ной степени зависит от соотношения воздух/топливо (см. рис. «Влияние коэффициента избытка воздуха на удельный расход топлива и неравномерную работу двигателя при постоянной эффективной мощности» ).

Для обеспечения действительно полного сгорания топлива требуется избыточное количество воздуха и, следовательно, как можно более низкий расход топлива. В каких пределах изменяется коэффициент избытка воздуха у карбюраторных двигателейОднако здесь имеют место ограничения, зависящие от воспламеняе­мости и доступного времени сгорания смеси.

Также состав смеси влияет на эффектив­ность снижения выбросов токсичных ве­ществ с отработавшими газами.

В настоящее время с этой целью используется трехком­понентный каталитический нейтрализатор, который действует с максимальной произ­водительностью при стехиометрическом со­отношении воздух/топливо.

Это может зна­чительно снизить вероятность повреждения компонентов системы очистки отработавших газов. Поэтому современные двигатели, когда это позволяют условия работы, рабо­тают при стехиометрическом составе смеси.

Для определенных условий работы двига­теля требуется адаптация состава смеси. Так, изменение состава смеси требуется при пуске холодного двигателя. Отсюда следует, что си­стемы смесеобразования должны обеспечи­вать работу двигателя в различных режимах.

Коэффициент избытка воздуха λ

В качестве показателя отличия фактического состава смеси от теоретически необходимого массового отношения (14,7:1) был выбран коэффициент избытка воздуха λ (лямбда). Коэффициент λ равен отношения массы по­даваемого в двигатель воздуха к массе воз­духа, необходимой для обеспечения стехио­метрического состава смеси.

λ = 1: масса подаваемого в двигатель воз­духа равна теоретически необходимой массе.

λ < 1: недостаток воздуха и, следова­тельно, богатая топливно-воздушная смесь. Максимальная выходная мощность двига­теля имеет место при λ = 0,85 — 0,95.

λ > 1: имеет место избыток воздуха, т.е. смесь становится обедненной. При работе на бедной смеси эффективная мощность двигателя падает, при этом обеспечивается снижение расхода топлива.

Максимально до­пустимое значение λ — «предел возникновения пропусков зажигания при обеднении смеси» в значительной степени зависит от конструкции двигателя и используемой системы смесео­бразования.

При использовании такой смеси она долго не воспламеняется, а процесс сго­рания происходит с нарушениями, сопрово­ждаемыми неравномерной работой двигателя.

На двигателях с искровым зажиганием (SI) и впрыском топлива во впускной трубопро­вод, при постоянной выходной мощности двигателя, минимальный расход топлива достигается в зависимости от двигателя при избытке воздуха 20 — 50 % (λ = 1,2 -1,5).

В каких пределах изменяется коэффициент избытка воздуха у карбюраторных двигателейНа рис. «Влияние коэффициента избытка воздуха на содержание токсичных веществ в отработанных газах» показаны зависимости удель­ного расхода топлива, а также содержания различных токсичных веществ в отработавших газах от коэффициента избытка воздуха (при постоянной выходной мощности двигателя). Из этих графиков видно, что нельзя выбрать идеальное значение коэффициента λ, при ко­тором все рассматриваемые показатели были бы в максимальной степени приемлемы. Для двигателей с впрыском топлива во впускной трубопровод для обеспечения «оптималь­ного» расхода топлива при «оптимальной» эффективной мощности приемлемым явля­ется значение λ в диапазоне 0,9-1,1.

В двигателях с прямым впрыском топлива и послойным распределением заряда смеси имеют место иные условия сгорания топлива, поэтому предел обеднения смеси наступает при значительно более высоких значениях λ. В диапазоне частичных нагрузок эти двигатели могут работать при значительно более высо­ком коэффициенте избытка воздуха (до λ = 4).

Для нормальной работы трехкомпонентного каталитического нейтрализатора необходимо точное соблюдение λ = 1 при нормальной рабочей температуре двигателя. Выполнение этого условия возможно при обеспечении точ­ной дозировки массы поступающего воздуха, включая и возможные добавки.

Для получения оптимального процесса сгорания в двигателях с системой впрыска то­плива во впускной трубопровод необходимо обеспечивать не только впрыск точного коли­чества топлива, но и однородность топливо­воздушной смеси, что достигается эффектив­ным распылением топлива. Если эти условия не соблюдаются, во впускном трубопроводе или на стенках камеры сгорания образуются большие капли топлива, которые полностью не сгорают, что приводит к повышенным вы­бросам несгоревших углеводородов.

Системы смесеобразования

Системы впрыска топлива или карбюра­торы служат для приготовления топливо­воздушной смеси, наилучшим образом обе­спечивающей эффективную работу двигателя в заданном режиме. Системы впрыска топлива, особенно их электронные версии, лучше при­способлены для получения оптимальных режимов.

Они позволяют снизить расход то­плива и повысить эффективную мощность двигателя.

Все более строгие требования в от­ношении снижения токсичности отработавших газов заставили производителей автомобилей практически полностью отказаться от кар­бюраторных топливных систем и перейти на электронные системы впрыска топлива.

В каких пределах изменяется коэффициент избытка воздуха у карбюраторных двигателей

До начала этого столетия в автомобильной промышленности практически исключи­тельно использовались системы, в которых смесеобразование происходит вне камеры сгорания (система с впрыском топлива во впускной трубопровод, см. рис. «Схематическое изображение системы впрыска топлива» , а).

В на­стоящее время все шире применяются си­стемы с внутренним смесеобразованием, т.е. с прямым впрыском топлива в камеру сгора­ния (система прямого впрыска топлива для бензиновых двигателей, см. рис.

«Схематическое изображение системы впрыска топлива» , Ь), позво­ляющие еще больше снизить расход топлива и повысить выходную мощность двигателя.

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:

Читайте также:  Возможные неисправности двигателя ман

Топливовоздушные смеси для двигателей внутреннего сгорания

Процесс сгорания топлива — это
процесс его окисле­ния
. Для горения топлива в цилиндрах двигателя исполь­зуется
кислород, содержащийся в атмосферном воздухе. Наиболее полно сгорает топливо в
том случае, если оно раздробляется на мельчайшие частички (испаряется) и
тщательно перемешивается с достаточным количеством воздуха.

Смесь топлива с воздухом, как уже
отмечалось, назы­вается горючей смесью. В цилиндрах к горючей смеси при­мешиваются
отработавшие газы (примерно 6…18 %) и по­лучается рабочая смесь, на которой
фактически работает двигатель.

Состав горючей смеси определяется
соотношением массо­вого количества топлива и воздуха. Зная массовую концент­рацию
кислорода в воздухе (около 23%), можно рассчитать количество воздуха,
необходимое для сгорания опре­деленной массы топлива известного химического состава.
Так, например, для полного сгорания 1 кг бензина необ­ходимо около 15 кг
воздуха.

  • Смесь, в которой на 1 кг топлива
    приходится теорети­чески необходимое (расчетное) количество воздуха L0, назы­вается нормальной.
  • Фактически в цилиндр поступает действительное
    количе­ство воздуха
    Lsна каждый 1 кг топлива. Отношение дейст­вительного
    количества воздуха к теоретическому назы­вается коэффициентом избытка
    воздуха:
  • В каких пределах изменяется коэффициент избытка воздуха у карбюраторных двигателей

Коэффициент избытка воздуха для
карбюраторных дви­гателей (бензин, керосин) находится в пределах 0,85…1,15,
для дизельных двигателей — 1,2… 1,7.

Нормальная горючая смесь характеризуется
тем, что у нее действительное содержание воздуха равно теорети­чески
необходимому, то есть LД = L0, и коэффициент из­бытка воздуха равен единице = 1).

При недостатке воздуха в горючей смеси, а
следова­тельно, избытке топлива смесь называется обогащенной и богатой,   при  
избытке   воздуха — обедненной  и бедной.

Так, горючие смеси карбюраторных
двигателей характе­ризуются такими значениями коэффициента избытка воз­духа:
нормальная —а'= 1, обогащенная —а = 0,85… 1,0, богатая —а
0,85, обедненная —а = 1,0… 1,15, бед­ная — а > 1,15.

В каких пределах изменяется коэффициент избытка воздуха у карбюраторных двигателей

С обогащением горючей смеси увеличивается
расход топ­лива и растет мощность, развиваемая двигателем. Обога­щенная горючая
смесь по сравнению с нормальной имеет более низкую температуру воспламенения и
более высокую удельную теплоту сгорания. Поэтому она применяется при запуске и
при работе двигателя с полной нагрузкой,

Обеднение смеси приводит к снижению
удельной теп­лоты ее сгорания, а следовательно, и к уменьшению мощ­ности
двигателя. При этом снижается также и расход топ­лива. Наиболее эффективна
работа двигателя на обеднен­ной смеси при неполной нагрузке, в этом случае
двигатель работает с высокой топливной экономичностью.

Состав смеси
оказывает большое влияние на скорость сгорания горючей смеси в цилиндрах.
Наиболее интенсивно горение развивается в условиях небольшого обогащения смеси.
Медленное же горение смеси приводит к ее догора­нию при такте расширения. Это
ухудшает использование теплоты в двигателе, снижает давление газов и мощность,
увеличивает расход топлива и приводит к перегреву дви­гателя.

Организация процесса сгорания и выбросы вредных веществ в бензиновых двигателях

При оценке выбросов вредных веществ двигателя нужно учитывать, что каждый цилиндр представляет собой закрытую систему. Суммарные выбросы вредных веществ двигателя складываются из отдельных выбросов каждого из работающих цилиндров.

Чем меньше будет выброс вредных веществ в каждом цилиндре, тем меньше будут суммарные выбросы двигателя.

Отсюда вытекают три основных требования к конструкции камер сгорания, конструкции и конструктивным параметрам систем питания, выпуска отработавших газов и управления двигателем, а также использованию различных методов наддува. Вот эти требования:

  • точное дозирование воздуха и топлива в каждом цилиндре при любых режимах работы двигателя;
  • в каждом цилиндре должно быть одинаковое количество топливовоздушной смеси;
  • в каждом цилиндре топливовоздушная смесь должна быть однородная по составу.

Современные двигатели с электронным управлением впрыском и зажиганием, а также двигатели с непосредственным впрыском топлива практически полностью соответствуют этим идеальным требованиям.

Коэффициент избытка воздуха

При сгорании топлива в цилиндрах двигателя происходят очень сложные химические и физические процессы. Процесс сгорания, как правило, протекает в несколько этапов (взрыв, расширение фронта пламени, диффузионное сгорание) и на него влияет множество специфичных факторов и цепных реакций.

В упрощенном виде процесс сгорания можно представить как окисление. Для сгорания 1 кг топлива необходима определенная масса кислорода.

Зная состав топлива и содержание кислорода в воздухе (20,6% = 0,23 кг кислорода на 1 кг воздуха), можно рассчитать, так называемый, минимальный расход воздуха, необходимый для полного сгорания топлива.

Для точного расчета необходим химический элементарный анализ топлива по пропорциям масс углерода, водорода, серы и кислорода. В среднем для полного сгорания 1 кг топлива требуется 14,7 кг воздуха (Л =1).

Однако сгорание топлива в двигателе происходит не с теоретически минимальным расходом воздуха, а с фактическим расходом воздуха, поступившего в двигатель. Отношение количества воздуха, поступившего в двигатель, к количеству воздуха, которое теоретически необходимо для полного сгорания топлива, называют коэффициентом избытка воздуха и обозначают Л.

Коэффициент избытка воздуха — центральная величина во всей моторной технике, системах управлении двигателем и OBD. Она определяется следующими значениями:

  • Л = 1 — теоретическая, идеальная, стехиометрическая горючая смесь;
  • Л > 1 — избыток воздуха или недостаток топлива (бедная смесь);
  • Л 1 мощность снижается, так как неизрасходованному кислороду не с чем реагировать. Расход топлива при этом падает, так как почти все топливо сгорает.
    Оксид углерода (СО)
    Оксид углерода всегда образуется при недостатке кислорода, которого не хватает для полного сгорания топлива и превращения его в углекислый газ. Теоретически, начиная с Л = 1, доля СО в отработавших газах должна быть равна нулю. Но поскольку сгорание происходит в закрытой системе и на охлаждаемых стенках камеры сгорания окисление прерывается, кроме того, сгорание происходит с задержкой, а в «мертвых зонах» (например, зазор в области огневой перемычки) не происходит вовсе, то в бедной смеси также образуется оксид углерода.
    Углеводороды (СН)
    В диапазоне Л

Устройство для регулирования коэффициента избытка воздуха в двигателе внутреннего сгорания

Полезная модель относится к устройствам для обеспечения оптимального воздухоснабжения, в частности для регулирования коэффициента избытка воздуха и может быть использована в системах управления ДВС.

Сгорание с теоретически необходимым количеством воздуха является частным случаем сгорания. В зависимости от способа регулирования мощности, условий работы дизеля (различные скоростные и нагрузочные режимы), способа смесеобразования и условий сгорания топлива и воздуха, находящегося в цилиндре дизельного двигателя, может изменяться.

При =1 в действительном процессе сгорания все топливо обычно не может быть сожжено до конечных продуктов окисления. Полное сгорание топлива практически возможно только при 1.

Как показывает, анализ работы дизелей индикаторный КПД увеличивается с ростом . Кроме того, с увеличением теплоемкость рабочего тела понижается, и соответственно уменьшаются потери теплоты. Однако при больших значениях (>4) [3, стр.235], как показывает эксперименты индикаторный КПД начинает уменьшаться, что связано с ростом потерь при сгорании.

Транспортные и автотракторные дизельные двигатели обеспечивают работу дизельного двигателя на требуемых эксплуатационных скоростных режимах. Однако при эксплуатации этих дизельных двигателей не рекомендуется длительное время работать на режимах холостого хода.

Повышенные значения а на частичных нагрузках не позволяют организовать качественное смесеобразование, и обеспечить высокую эффективность процесса сгорания. Как показывает практика эксплуатации дизельных двигателей, длительная работа в этом диапазоне нагрузок приводит к нарушениям теплового состояния дизельного двигателя, и

как следствие, снижения ресурса дизельного двигателя.

Поэтому на режимах частичных нагрузок и холостого хода целесообразно организовать такой рабочий процесс в цилиндрах дизельного двигателя, который бы на всех режимах внешней нагрузки, при которой изменялся в пределах =1,8÷2,2. Такой рабочий процесс в цилиндрах можно реализовать путем изменения расхода воздуха в соответствии с изменением количества подачи топлива.

Таким образом, для сохранения оптимального рабочего процесса дизельного двигателя на режимах с частичными внешними нагрузками и холостого хода а необходимо поддерживать неизменным.

Известен способ определения циклового массового наполнения воздухом рабочей камеры ДВС [1]. По этому способу сначала определяют газодинамические элементы, из которых состоит газовоздушный тракт ДВС.

Читайте также:  Акцент двигатель плохо заводится на холодную

После этого с помощью датчиков определяют условия окружающей среды, затем с помощью датчиков определяют параметры работы ДВС, после чего по функции расхода воздуха рассчитывают массовый расход воздуха через впускной клапан и получают цикловое массовое наполнение воздухом рабочей камеры. Затем составляется набор моделей элементов, из которых составляют модель ДВС, при этом в набор моделей элементов включается элемент «емкость со сгоранием» для расчета процессов сгорания и газообмена. Во впускном и выпускном трубопроводах определяется давление, и с помощью датчика температуры определяют температурное состояние ДВС.

Данный способ имеет, сложную конструкцию и отсутствует алгоритм определения потребности воздуха на режимах холостого и частичных нагрузок.

Наиболее близким техническим решением является «Устройство для дросселирования воздушного заряда дизель-генератора» [2, стр.138]. Данное устройство содержит дроссельную заслонку, электрический исполнительный механизм, дизель-генератор, блок управления электрическим генератором, блок-процессор управления исполнительным механизмом привода воздушной заслонки.

Данное устройство в зависимости от внешней нагрузки на зажимах генератора воздушный заряд дросселируется воздушной заслонкой, которая приводится в движение электрическим исполнительным механизмом. Дросселирование воздушной заслонки зависит от величины тока нагрузки, не от мощности нагрузки дизель-генератора. В результате при нагрузке с cos

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Cтраница 1

Высокий коэффициент избытка воздуха в этих двигателях применяется с целью ограничения температуры газов, поступающих в газовую турбину.

Р’ современных двигателях максимально допустимой температурой газов перед турбиной считается 1050 — 1150 абс.

Однако при большом избытке воздуха топливо-воздушная смесь трудно воспламеняется, а ее сгорание протекает неустойчиво.

Даже если смесь воспламеняется, то факел пламени не держится в камере сгорания, а легко срывается потоком быстро протекающего воздуха и процесс сгорания нарушается.

Поэтому в газотурбинных двигателях поступающий воздух делится на две части.

Меньшая часть РІРѕР·РґСѓС…Р°, называемая первичным РІРѕР·РґСѓС…РѕРј, направляется непосредственно РІ Р·РѕРЅСѓ горения, которая занимает переднюю часть камеры Рё обеспечивает сгорание РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕР№ части поданного РІ камеру топлива. Количество первичного РІРѕР·РґСѓС…Р° составляет 20 — 30 % общего расхода РІРѕР·РґСѓС…Р° Рё устанавливается РёР· расчета, чтобы РІ Р·РѕРЅРµ горения коэффициент избытка РІРѕР·РґСѓС…Р° был близок Рє единице. Температура РІ Р·РѕРЅРµ горения достигает 1800 — 2100 абс.  [1]

Высокий коэффициент избытка воздуха в этих двигателях применяется для ограничения температуры газов, поступающих в газовую турбину.

Р’ современных газотурбинных двигателях максимально допустимой температурой газов перед турбиной считается 1150 — 1250 Рљ.

Однако при сильном обеднении топливно-воз-дупшая смесь трудно воспламеняется, а ее сгорание протекает вяло и неустойчиво.

Даже РІ том случае, если смесь воспламеняется, факел пламени РЅРµ держится РІ камере сгорания, Р° легко срывается потоком быстро протекающего РІРѕР·РґСѓС…Р°, Рё процесс сгорания нарушается.  [2]

Вследствие высокого коэффициента избытка РІРѕР·РґСѓС…Р° Рё недостаточной летучести дизельного топлива РїСЂРё малой продолжительности испарения фактически РЅРёРєРѕРіРґР° РЅРµ достигается такого положения, чтобы РІРѕ всем объеме камеры двигателя образовалась гомогенная рабочая смесь. Воспламеняющаяся рабочая смесь образуется мелкими очагами РІРѕРєСЂСѓРі испаряющихся капель. РџСЂРё некоторых условиях отдельные мелкие очаги, заполненные парами топлива, сливаются Рё образуют более или менее крупные воздушно-паровые Р·РѕРЅС‹.  [3]

Химический недожог может иметь место Рё РїСЂРё высоком коэффициенте избытка РІРѕР·РґСѓС…Р° Р·Р° котлом РїСЂРё неправильной организации подачи РІРѕР·РґСѓС…Р° для горения газа.  [4]

Часто РїСЂРё испытаниях котлов выясняется, что, несмотря РЅР° высокий коэффициент избытка РІРѕР·РґСѓС…Р° Р·Р° котлом, РІ продуктах сгорания топлива присутствует РѕРєРёСЃСЊ: углерода РЎРћ, являющаяся продуктом незавершенных реакций горения метана Рё РґСЂСѓРіРёС… углеводородных газов. Это обстоятельство может быть следствием только чрезмерного РїСЂРёСЃРѕСЃР° РІРѕР·РґСѓС…Р° через неплотности РІ РѕР±РјСѓСЂРѕРІРєРµ котла, РІ то время как сам процесс горения протекает либо СЃ недостатком РІРѕР·РґСѓС…Р°, либо РІ условиях плохого перемешивания компонентов РІ процессе горения.  [6]

Возможность работы ДВС СЃ принудительным воспламенением РЅР° спиртовом топливе СЃ высоким коэффициентом избытка РІРѕР·РґСѓС…Р° обеспечивает снижение выбросов РѕРєРёСЃРё углерода Рё углеводородов, Р° пониженная максимальная температура продуктов сгорания РІ цилиндре РїСЂРёРІРѕРґРёС‚ Рє уменьшению образования окислов азота.  [7]

Очень часто РїСЂРё испытаниях котлов выясняется, что, несмотря РЅР° высокий коэффициент избытка РІРѕР·РґСѓС…Р° Р·Р° котлом, РІ продуктах сгорания топлива присутствует РѕРєРёСЃСЊ углерода РЎРћ, являющаяся продуктом незавершенных реакций горения метана Рё РґСЂСѓРіРёС… углеводородных газов. Это обстоятельство может быть следствием только чрезмерного РџСЂРёСЃРѕСЃР° РІРѕР·РґСѓС…Р° через неплотности РІ РѕР±РјСѓСЂРѕРІРєРµ котла, РІ то время как сам процесс горения протекает либо СЃ недостатком РІРѕР·РґСѓС…Р°, либо РІ условиях плохого перемешивания компонентов РІ процессе горения. Р’ этих случаях СЃ помощью несложных замеров содержания кислорода РІ дымовых газах РїРѕ тракту котельной можно точно установить величину РїСЂРёСЃРѕСЃРѕРІ РІРѕР·РґСѓС…Р°, выяснить истинную причину указанных явлений Рё принять меры Рє РёС… недопущению.  [8]

Отличительными особенностями этой установки было большее количество дымовых газов против расчетного Рё весьма небольшое ( РёР·-Р·Р° высокого коэффициента избытка РІРѕР·РґСѓС…Р°) РёС… влагосодержание, Р° также весьма низкая температура газов Рё сравнительно высокая РІРѕРґС‹ РЅР° РІС…РѕРґРµ РІ экономайзер.  [9]

Наиболее целесообразно применение форсажных камер РІ комбинированных силовых установках СЃ двухтактными двигателями, имеющими выпускные газы СЃ высоким коэффициентом избытка РІРѕР·РґСѓС…Р° Рё относительно РЅРёР·РєРѕР№ температурой.  [10]

Наименьший коэффициент избытка воздуха принимается для газообразного топлива.

Высокий коэффициент избытка РІРѕР·РґСѓС…Р° РїСЂРёРІРѕРґРёС‚ Рє повышенному расходу топлива РёР·-Р·Р° расхода тепла РЅР° нагрев избыточного РІРѕР·РґСѓС…Р°, РєСЂРѕРјРµ этого, избыточный кислород, уходящий СЃ дымовыми газами, активно воздействует РЅР° конструкции дымохода Рё дымовой трубы, РїСЂРёРІРѕРґСЏ Рє РёС… разрушению.  [11]

Так как РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕРµ расширение динаса РїСЂРѕРёСЃС…РѕРґРёС‚ РїСЂРё нагреве кладки РґРѕ 300 РЎ, то РґРѕ этой температуры наиболее важно довести РІСЃРµ Р·РѕРЅС‹ кладки СЃ наименьшей разностью РїРѕ высоте. Благодаря увеличению объема теплоносителя РїСЂРё сжигании топлива СЃ высокими коэффициентами избытка РІРѕР·РґСѓС…Р° удается сохранить заданное соотношение температур. РџСЂРё составлении графика РёСЃС…РѕРґСЏС‚ РёР· того, что суточное расширение кладки РЅРё РІ РѕРґРЅРѕР№ РёР· трех Р·РѕРЅ РЅРµ должно превышать установленных практикой безопасных границ.  [12]

Высокая температура стенки трубы является причиной окисления ее металла, приводящего Рє образованию окалины, которое начинается СЃ наружной поверхности. Р’ камерах печи среда почти всегда окислительная, особенно РїСЂРё высоких коэффициентах избытка РІРѕР·РґСѓС…Р°.  [13]

Коэффициент наполнения компрессора Я также зависит главным образом от давления газа за СПГГ или, точнее, от степени повышения давления в компрессоре.

Величина Сѓ РїСЂРё неизменных условиях окружающей среды может быть принята постоянной, Р° параметр С†0 РїСЂРё высоком коэффициенте избытка РІРѕР·РґСѓС…Р° мало отличается РѕС‚ единицы.  [14]

Газовоздушная смесь, выходящая из отверстий, попадает в кольцевое пространство между стабилизатором 2 и огневым насадком 1, теряет свою скорость и выходит из огневого насадка с малой скоростью.

Р’ результате эта часть газовоздушной смеси РіРѕСЂРёС‚ Сѓ огневого насадка без отрыва, поджигает РѕСЃРЅРѕРІРЅРѕР№ поток смеси Рё обеспечивает устойчивый факел Сѓ запальника РїСЂРё высоких коэффициентах избытка РІРѕР·РґСѓС…Р°.  [15]

Страницы:      1    2

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector