- •Двигатели внутреннего сгорания
- •Часть II
- •Содержание
- •1. Кривошипно-шатунный механизм
- •Общие сведения и классификация
- •Конструкция кривошипно-шатунного механизма
- •1.2.1. Остов двигателя
- •1.2.2. Поршневая группа
- •Шатунная группа
- •1.2.4. Коленчатый вал и маховик
- •Кинематика кривошипно-шатунного механизма
- •Динамика кривошипно-шатунного механизма
- •1.4.1. Приведение масс движущихся деталей кривошипно-шатунного механизма
- •1.4.2. Силы инерции кривошипно-шатунного механизма и силы давления газов
- •Силы, действующие на поршневой палец, шатунные и коренные шейки
- •1.5. Уравновешивание двигателей внутреннего сгорания
- •1.5.1. Уравновешивание одноцилиндрового двигателя
- •1.5.2. Уравновешивание четырехцилиндрового однорядного двигателя
- •1.5.3. Уравновешивание двухцилиндрового V-образного двигателя
- •1.5.4. Уравновешивание восьмицилиндрового V-образного двигателя
- •Равномерность хода и расчет маховика двигателя
- •1.6.1. Общие положения
- •1.6.2. Расчет маховика
- •2. Газораспределительный механизм
- •2.1. Классификация и конструктивный обзор газораспределительных механизмов
- •2.1.1. Расположение клапанов
- •2.1.2. Привод к распределительному валу
- •2.2. Элементы механизма газораспределения
- •Система охлаждения двигателя
- •3.1. Классификация систем охлаждения
- •3.2. Жидкостная система охлаждения
- •3.2.1. Элементы жидкостной системы
- •3.2.2. Основы расчета жидкостной системы охлаждения
- •3.3. Воздушная система охлаждения
- •4. Система смазки двигателя
- •4.1. Классификация и устройство систем смазки
- •4.2. Механизмы и аппараты системы смазки
- •4.3. Основы расчета системы смазки двигателей
- •4.3.1. Расчет масляного насоса
- •4.3.2. Расчет масляного радиатора
- •5. Система питания бензиновых и газовых двигателей
- •5.1. Система питания карбюраторного двигателя
- •5.1.1. Устройство элементарного карбюратора
- •5.1.2. Основы теории карбюрации
- •5.1.3. Влияние состава горючей смеси на работу двигателя
- •5.1.4. Характеристика желаемого карбюратора
- •5.1.5. Характеристика элементарного карбюратора
- •5.1.6. Главное дозирующее устройство
- •5.1.7. Дополнительные дозирующие устройства
- •5.1.8. Определение основных размеров карбюратора
- •5.2. Система питания двигателя с впрыском бензина
- •5.3. Система питания газовых двигателей
- •6. Система питания дизельных двигателей
- •6.1. Схемы системы питания дизельных двигателей
- •6.2. Распыливание топлива в цилиндре дизельного двигателя
- •6.3. Камеры сгорания дизельных двигателей
- •6.4. Основные приборы системы питания
- •6.5. Определение основных размеров секции тнвд и форсунки
- •7. Система пуска двигателей
- •7.1. Способы пуска двигателей
- •7.2. Параметры пускового устройства
- •8. Система зажигания
- •8.1. Устройство и основы теории батарейного зажигания
- •8.2. Зажигание от магнето
- •8.3. Электронные системы зажигания
- •9. Система регулирования двигателей внутреннего сгорания
- •9.1. Теоретические основы регулирования скоростных режимов двигателей
- •9.2. Классификация и конструкции регуляторов
- •10. Двигатели внутреннего сгорания
- •10.1. Вредные выбросы в составе отработавших газов и их воздействие на живую природу
- •10.2. Законодательные ограничения выбросов вредных веществ
- •10.3. Альтернативные топлива
- •10.4. Совершенствование систем питания и зажигания
- •10.5. Нейтрализация
- •Список литературы
5.1.1. Устройство элементарного карбюратора
Схема элементарного карбюратора показана на рис. 5.4. Топливо из бака поступает по топливопроводу в поплавковую камеру 3 карбюратора. В поплавковой камере плавает пустотелый поплавок 2. На поплавок опирается запорная игла 1, пропускающая топливо в камеру при понижении уровня и прекращающая доступ топлива, когда уровень достиг необходимой высоты. Поплавковая камера через воздушное отверстие сообщается с атмосферой, в связи с чем в камере поддерживается атмосферное давление.
Из поплавковой камеры через калиброванное отверстие, называемое жиклером 4, топливо поступает в распылитель 5. Выходное отверстие распылителя размещено в горловине диффузора 7, на 5–6 мм выше уровня топлива в поплавковой камере.
Воздух поступает в карбюратор через воздухоочиститель. При прохождении через диффузор скорость воздушного потока возрастает, а давление в диффузоре падает.
Истечение топлива из распылителя происходит под действием разности давлений в поплавковой камере (атмосферное давление) и горловине диффузора (разрежение). Скорость потока воздуха, проходящего через горловину диффузора, значительно превышает скорость топлива, истекающего из распылителя. При истечении из распылителя топливо распыливается потоком воздуха, частично испаряется и, перемешиваясь в смесительной камере с воздухом, образует горючую смесь.
Рис. 5.4. Схема элементарного карбюратора
Дроссельная заслонка 6 служит для регулирования количества смеси, поступающей в цилиндры двигателя, а следовательно, и мощности, развиваемой двигателем.
5.1.2. Основы теории карбюрации
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:
,
где D – диаметр цилиндра двигателя, м;
S – ход поршня, м;
ρвоз – плотность воздуха при температуре и давлении окружающей среды, кг/м3;
ηv – коэффициент наполнения двигателя;
n – число оборотов коленчатого вала, c;
i – число цилиндров двигателя, обслуживаемых данным карбюратором;
τ – тактность двигателя.
Часовой расход воздуха, проходящего через диффузор карбюратора и далее поступающего в двигатель:
,
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:
,
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.
Площадь горловины диффузора подбирают так, чтобы:
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;
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:
.
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:
,
где ηжикл – коэффициент скорости, учитывающий трение в топливных каналах и жиклере, а также местные сопротивления при переходе от одного сечения к другому;
ρтопл – плотность топлива при температуре и давлении окружающей среды, кг/м3.
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.
Скорость протекания топлива через жиклер зависит от режима работы двигателя и изменяется в пределах от 0 до 5 м/с.
Для перехода от скорости вытекающего топлива к часовому весовому расходу необходимо учесть площадь жиклера Fжикл:
или
.
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).
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.