Какая плотность воздуха в камере сгорания дизельного двигателя

Дизельный двигатель, принцип работы

Принципиальное отличие дизельного двигателя от бензинового заключается в том, как формируется, воспламеняется и сгорает топливно-воздушная смесь. У дизельного ДВС отсутствуют свечи зажигания и, соответственно, воспламенение топливно-воздушной смеси происходит от сжатия. При этом, воздух и солярка подаются раздельно. Также следует отметить, что практически ни один современный дизель не обходится без системы наддува, которая используется для повышения рабочих характеристик агрегата. Для оптимизации наддува в максимально широком диапазоне оборотов используются турбонагнетатели с изменяемой геометрией. Дизельный агрегат имеет более высокий коэффициент полезного действия, но он тяжелее и выдает больший крутящий момент при низких оборотах, нежели бензиновый ДВС.

Принцип работы дизельного двигателя:

Как работает дизельный двигатель и, самое главное, как происходит воспламенение топлива в камере сгорания, если у агрегата данного типа нет свечей зажигания? Сперва воздух поступает в цилиндры. В конце такта сжатия, когда поршень почти достиг верхней мертвой точки, температура воздуха в камере сгорания достигает высоких значений (порядка 700-800 градусов) и затем в цилиндры впрыскивается дизельное топливо, которое воспламеняется самостоятельно, без искрового зажигания. Тем не менее, свечи в дизельном агрегате все-таки есть, но то – свечи накаливания, а не зажигания, которые нагревают камеру сгорания для облегчения запуска двигателя в холодное время.

Они представляет собой спираль (бывают с металлической и керамические), могут быть установлены в вихревой камере или в форкамере (если речь идет об агрегатах с раздельной камерой сгорания) или непосредственно в камере сгорания (если она нераздельная). При включении зажигания свечи накаливания практически мгновенно, за считанные секунды они раскаляются до температур в районе тысячи градусов и нагревают воздух в камере сгорания, облегчая процесс самовоспламенения топливно-воздушной смеси.

Типы дизельных двигателей:

Широко распространены моторы с раздельной камерой сгорания – топливо впрыскивается в специальную камеру в головке блока над цилиндром и соединенную с ним каналом, а процесс горения происходит не совсем так как у бензиновых ДВС. В этой вихревой камере поток воздуха интенсивнее закручивается, что способствует более эффективному смесеобразованию и самовоспламенению, которое продолжается в основной камере сгорания. Кстати, дизельные моторы с раздельной камерой сгорания менее шумные из-за того, что применение вихревой камеры снижает интенсивность нарастания давления при самовоспламенении.

Источник

Какая плотность воздуха в камере сгорания дизельного двигателя

Расчет количества воздуха и продуктов сгорания производится на 1 кг топлива.

Элементарный состав топлива в весовых долях определяется так: С — углерода, Н — водо­рода, О — кислорода и S — серы. Следовательно, С+Н+0+S= 1.

Процесс сгорания заключается в окислении составных элементов топ­лива, и в случае полного сгорания продуктами его будут СO 2 ; Н 2 O и SO 2 .

При определении необходимого количества воздуха для сгорания 1 кг топлива исходят из реакций окисления составных элементов топлива, т. е. из стехиометрических соотношений.

Расчеты при этом удобнее производить в килограмм-молях (молях).

Килограмм-молекулой (сокращенно моль) называется такой объем газа, вес которого (в кг) равен числу, выражающему его молекулярный вес. Объем одного моля любого газа при 0° С и 760 мм рт. ст. равен 22,4 м 3 , а при 0° С и давлении в одну техническую атмосферу (735,6 мм рт. ст.) он равен 23, 15 м 3 .

Реакция окисления С в СO 2 :

Из уравнения (41) следует, что если пренебречь объемом углерода ввиду его относительной малости, то при сгорании С в СO 2 изменения числа молей, а следовательно, и объема не происходит.

Из уравнения (42) следует, что если пренебречь объемом водорода, вхо­дящего в состав жидкого топлива, ввиду его относительной малости, то при сгорании Н в Н 2 O происходит удвоение числа молей газов. При сгора­нии же газообразного водорода происходит уменьшение числа молей до 2 / 3 .

Реакция окисления S в SO 2 :

При допущениях, названных ранее, следует, что при сгорании S в SO 2 количество молей не изменяется.

Суммируя результаты подсчета необходимого кислорода для сгорания составных элементов топлива по уравнениям (41), (42) и (43), получим теоре­тически необходимое количество кислорода для сгорания 1 кг топлива. Имея в виду, что в воздухе содержится кислорода 21 % по объему и что в самом топливе содержится 0 весовых долей кислорода, теоретическое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива будет равно

Читайте также:  Двигатель бензин форсунки стук

Ввиду неоднородности рабочей смеси и возможности работы двигателя с перегрузкой в рабочий цилиндр вводят избыток воздуха. Коэффициент избытка воздуха при сгорании равен

Теоретическое количество воздуха можно выразить через так называе­мую характеристику топлива:

Для жидкого топлива среднего элементарного состава

Значения ? при номинальном режиме работы двигателя в зависимости от камеры сгорания и типа двигателя изменяются в следующих пределах:

Количество и состав продуктов сгорания. Количество продуктов сгорания в молях определяется из уравнений (41), (42), (43).

и, как видно из полученной формулы (50), оно зависит от содержания водо­рода и кислорода в топливе и не зависит от величины ?.

Для оценки изменения количества молей газов при сгорании топлива служит теоретический коэффициент молекулярного изменения ? , равный отношению количества молей продуктов сгорания 1 кг топлива к количеству молей свежего заряда воздуха, т. е.

Для жидкого топлива среднего состава

Как следует из формулы (51 а), ? для жидкого топлива всегда больше единицы и уменьшается при увеличении а. Для дизелей ? = 1,032 + 1,045.

Действительным коэффициентом молекулярного изменения называется отношение количества молей продуктов сгорания к количеству молей све­жего заряда воздуха с учетом остаточных газов М r :

Если обозначить через х долю топлива, сгоревшего к данному моменту от всего впрыскиваемого топлива, то ? x этот момент будет равен:

В период процесса сжатия, когда х = 0, из полученной формулы (53) следует ? x ==1; в конце процесса сгорания х=1, а

Источник

Соотношение воздух-топливо — почему оно важно в бензиновых двигателях?

Двигатели внутреннего сгорания сжигают топливо для создания кинетической энергии.

Сжигание топлива — это химическая реакция топлива с кислородом. Количество кислорода в этом процессе является ограничивающим фактором для количества топлива, которое можно сжечь.

Большого количества топлива в воздушно-топливной смеси, сгорает не полностью и выбрасывается через выпускной клапан.

А, большое количество воздуха, с небольшим количеством топлива становится причиной быстрого сгорания при высокой температуре, в то время как наоборот, с большим количеством топлива, смесь сгорает медленно и при низких температурах.

При наличии чрезмерно большого количества топлива и практически без воздуха, воспламенение может вообще не произойти.

При конструировании двигателя, очень точно рассчитывается соотношение воздух-топливо, при котором весь доступный кислород должен быть использован для того чтобы топливо полностью сгорало или хотя бы до лучшего значения.

Это соотношение называется стехиометрическим соотношением воздушно-топливной смеси. Для бензиновых двигателей стехиометрическое соотношение составляет 14,7:1. Такое соотношение — это компромисс между максимальной мощностью двигателя и минимальным расходом топлива.

Теоретически, это соотношение существует только для идеальной стехиометрической смеси, но на практике это соотношение не бывает одинаковым для различных двигателей до сих пор.

Соотношение воздух-топливо менее 14,7 означает богатую смесь, а соотношение более 14,7 означает обеднённую смесь.

Для холодного запуска (когда детали двигателя не прогреты) электронный блок управления (ЭБУ) двигателя рассчитывает соотношение 9:1 (переобогащенную смесь).

Для холостого хода (при остановке без выключения двигателя) — 12:1 (богатая смесь).

Для крейсерской скорости (при работе двигателя на постоянных средних оборотах двигателя/ экономичной скорости), подаётся соотношение 16:1 (обедненная смесь).

При ускорении автомобиля — 13: 1 (богатая смесь, но требующая меньше топлива, чем на холостом ходу).

Самый низкий расход топлива, получается при обедненной воздушно-топливной смеси, с соотношением от 15.4:1.

Максимальная мощность двигателя вырабатывается при богатой воздушно-топливной смеси, с соотношением 12.6:1.

Важным компонентом для полноценной работы двигателя является — лямбда зонд (датчик кислорода).

Этот датчик измеряет уровень кислорода в выхлопных газах и отправляет информацию в электронный блок управления двигателем (ЭБУ).

На основании значения показаний датчика кислорода, ЭБУ бензинового двигателя регулирует количество топлива, чтобы поддерживать соотношение воздух-топливо на уровне стехиометрического уровня (λ = 1,00).

Например, в бензиновых двигателях, если уровень кислорода выше порогового значения для стехиометрического уровня (следовательно, мы имеем бедную смесь), в следующем цикле впрыска количество впрыскиваемого топлива будет увеличено, чтобы использовать избыток воздуха.

Имейте в виду, что двигатель всегда будет переходить от обедненной смеси к обогащенной смеси между циклами впрыска, что даёт «среднее» стехиометрическое соотношение воздух-топливо.

Дорогие Друзья! Если данная статья была Вам полезна, то пожалуйста не забудьте проголосовать за неё нажав на кнопку с пальцем вверх, а также подписаться на канал и поделится с друзьями в соцсетях!

Источник

Какая плотность воздуха в камере сгорания дизельного двигателя

Сам процесс горения происходит при наличии нескольких компонентов – материала горения, кислорода в нужном объеме и источника воспламенения. Помимо пламени или искры источником воспламенения может стать нагрев. Как известно, дизельное топливо самовоспламеняется именно от нагрева. Воспламенение происходит в результате сжатия воздуха в цилиндре до нужной температуры. При этом температура воспламенения растет по мере роста давления, а температура самовоспламенения топлива уменьшается с ростом давления. Таким образом, топливовоздушная смесь в дизельном двигателе легко воспламеняется при высоком давлении, и это происходит тем лучше, чем больше разница этих температур.

Читайте также:  С каким двигателем покупать каравеллу

Стоит сразу оговориться, что дизельный двигатель работает с хорошей отдачей только тогда, когда в нем хорошо сгорает топливо. При этом высокое давление в цилиндре и правильный впрыск топлива являются ключевыми факторами для горения дизтоплива.

Что происходит в камере сгорания дизельного двигателя?

Этот процесс можно описать так. Топливо из форсунки впрыскивается в цилиндр дизельного двигателя, распыляется и самовоспламеняется, и пламя распространяется по всему цилиндру. В этот момент впрыск прекращается, а несгоревшее топливо продолжает догорать. Таким образом, весь процесс горения, которое продолжается совсем короткое время, можно разбить на несколько отдельных этапов.

Этап от впрыска топлива до начала его горения – период задержки воспламенения. В этой фазе форсунки впрыскивают горючее, оно распространяется в виде тумана в воздухе, нагретом высоким давлением. Этот туман состоит из микроскопических капель топлива, но мгновенно оно не воспламеняется, так как прежде ему нужно испариться под воздействием горячего воздуха. Топливо перемешивается с воздухом и нагревается до температуры самовоспламенения. Очень важно, чтобы период задержки воспламенения был максимально коротким, так как именно от эффективности этого этапа зависят последующие этапы горения.

С начала воспламенения и до момента, когда пламя распространилось по всему цилиндру, – это второй этап, называемый периодом распространения пламени. В этот момент смесь воздуха с топливом, образовавшаяся в предыдущий период, начинает возгорать. Она воспламеняется именно в тех местах, где топливо хорошо перемешалось с воздухом. Горение воздушно-топливной смеси повышает температуру внутри цилиндра, а это увеличивает давление в камере сгорания. Из-за этого ускоряются испарение топлива и его перемешивание с воздухом. В это время пламя быстро распространяется по всей топливной смеси, образовавшейся в период задержки воспламенения. В момент начала горения топлива давление в камере сгорания резко увеличивается. Однако, если период задержки воспламенения длится слишком долго, это приводит к неправильной работе всего мотора.

Решения для ремонта

Одна из ключевых особенностей современной системы впрыска дизельных двигателей Common Rail – высокое давление в топливной рампе, достигающее 2500 и более бар. Для его поддержания во многих современных автомобилях (как легковых, так и легких коммерческих) используется топливный насос высокого давления Bosch CP4. Помимо высокой эффективности он обладает еще целым рядом преимуществ по сравнению с моделями предыдущего поколения, включая небольшие габариты и вес. Bosch предлагает эффективные комплексные решения в области обслуживания систем Common Rail в целом, позволяя дизельным мастерским выполнять весь спектр услуг – от первичной диагностики систем впрыска до ремонта инжекторов и ТНВД. Задачу первичной диагностики успешно выполняют системные сканеры Bosch KTS, позволяющие определить неисправность в системе Common Rail благодаря высокоэффективному программному обеспечению Bosch ESI[tronic] 2.0. Дальнейшая локализация проблемы в системе проводится при помощи комплекта Bosch Diesel Set 3.1, который содержит все необходимое для оценки работоспособности ТНВД и клапана регулировки давления. После выявления неисправных узлов и демонтажа инжекторов или топливного насоса высокого давления проводится их проверка на стенде Bosch EPS 708 или 815. Благодаря выпуску специальных наборов дооснащения диагностические стенды Bosch позволяют проводить испытания насосов любых поколений. Новый комплект оборудования Bosch для ремонта ТНВД CP4 позволяет производить проверку, полную разборку и ремонт насоса в точном соответствии с утвержденной технологией ремонта. В состав комплекта входят специализированные инструменты и инструкции для выполнения требуемых процедур.

Третий этап – до момента окончания впрыска – период прямого горения. Форсунка продолжает впрыскивать топливо, которое сгорает немедленно, контактируя с открытым пламенем в камере сгорания. К этому этапу пламя распространяется уже по всей камере, а давление достигает максимального показателя.

Читайте также:  Стучит двигатель на холостых опель корса

Четвертый этап – до окончания горения – называется догорание. На этом этапе несгоревшее топливо должно полностью сгореть. Поршень движется вниз, в результате давление и температура падают. Однако для полного сгорания топлива нужно высокое давление в камере сгорания, которое обеспечивает самовоспламенение топлива, а также правильный впрыск топлива, произошедший в нужный момент и в требуемом объеме. В противном случае распространение пламени существенно повышает температуру в камере сгорания, и топливо загорается немедленно. А когда впрыск заканчивается, оставшееся топливо продолжает гореть.

В случае, когда давление в цилиндре меняется, водитель может услышать длительный стук или металлический звук. Такое возникает в условиях, когда давление в цилиндре понижается и смеси требуется больше времени, чтобы достичь температуры воспламенения. Из-за низкой компрессии удлиняется период самовоспламенения. И когда смесь все же возгорится, количество топлива в камере будет больше, чем то, что необходимо для нормального режима работы. Одномоментно воспламенится большое количество топлива, что приведет к резкому увеличению давления и росту температуры в камере. По этой причине возникает ударная волна, которая действует на днище поршня и стенки цилиндра и производит металлический стук.

По причине низкой компрессии может возникать и белый дым. Это происходит тогда, когда давление падает и топливо не самовоспламеняется при достижении поршня самой высокой мертвой точки. Когда поршень идет вниз, температура падает, и пламя не успевает распространиться. Дизтопливо продолжает испаряться в периоды прямого горения и догорания. Несгоревшее горючее выбрасывается из цилиндра в конце периода дожига, и именно поэтому возникает белый дым. Он может также появиться при позднем впрыске топлива. Компрессия и температура в камере сгорания достигают необходимого уровня, однако из-за слишком позднего впрыска у топлива не остается достаточно времени для того, чтобы испариться. И тогда воспламенение дизтоплива происходит, когда поршень начинает движение вниз. В этот момент давление и температура начинают падать, и пламя не успевает распространиться по всей камере сгорания, а потому и горение быстро прекращается. При этом испарение топлива продолжается, и его несгоревший остаток выбрасывается из цилиндра.

По причине большого объема впрыскиваемого топлива возникает черный дым. Если в камеру сгорания впрыскивается нормальный объем топлива, капли перемешиваются с воздухом, и топливо эффективно сгорает. Но при большом количестве топлива в условиях ограниченного объема кислород в камере полностью выгорает в период горения, а у оставшегося топлива просто не остается достаточно воздуха для перемешивания. А несгоревшее топливо преобразуется в углерод, который и вызывает черный дым.

Повысить КПД

Современные конструкторы ищут способы, чтобы увеличить КПД дизельного двигателя и понизить при этом токсичность отработавших газов в течение всего срока службы автомобиля. Одним из способов повысить КПД двигателя и снизить уровень вредных выбросов является более точное управление системой впрыска топлива. Дизельные форсунки могут распылять топливо до 10 раз в каждом рабочем цикле двигателя, поэтому прецизионное управление каждым отдельным моментом впрыска позволяет еще больше повысить топливную экономичность, снизить уровень вредных выбросов и уменьшить уровень шума в течение всего срока службы двигателя.

Инженеры Delphi разработали технологию управления насос-форсункой с обратной связью, реализуемую посредством аппаратного и программного обеспечения. С ее помощью поддерживается максимальная эффективность впрыска в течение продолжительного времени. Это достигается за счет использования дополнительного электрического провода внутри корпуса насос-форсунки, игла которой действует в качестве «электрического выключателя». Данный процесс обеспечивает передачу сигнала управления в реальном времени, что является более точным и более экономически выгодным решением, чем те, что реализованы в аналогичных системах.

Посылая электрический ток по игле распылителя, Delphi распознает моменты контакта иглы с седлом, ограничителем подъема или нахождения между этими двумя положениями. Этот процесс позволяет системе непрерывно перекалибровывать все моменты подачи топлива на протяжении всего срока службы автомобиля. Сочетание электрического выключателя и нового алгоритма управления создает уникальное решение, которое обеспечивает высокую точность многофазного впрыска. Такая конструкция работает независимо от настроек параметров впрыска и сгорания топлива, а также сложности конструкции двигателя или силовой установки.

Использование в конструкции форсунки «выключателя» и нового алгоритма работы электронного блока управления позволило инженерам добиться снижения уровня вредных выбросов и предложить эффективное решение для сложных технических задач.

Источник

Adblock
detector