Устройство газораспределительного механизма

ПРИНЦИП РАБОТЫ

Постоянные усилия разработчиков по улучшению процессов сгорания, оптимизации управления системами двигателя достигли определённой точки, при которой требовались новые методы и способы для уменьшения выбросов вредных веществ в атмосферу многочисленными автомобилями. Разработаны и применяются т.н. нейтрализаторы отработанных газов, которые устанавливаются в выпускной системе. В настоящее время используются нейтрализаторы нескольких типов: каталитические, термические, накопительные и др. В каталитических процесс нейтрализации интенсифицируется за счёт применения катализаторов, а в термических — за счёт высокой температуры с добавлением воздуха к отработанным газам.

Каталитические нейтрализаторы называют окислительными, т.к. они предназначены для окисления СО и СН, находящихся в отработанных газах. За короткое время, пока газы проходят через нейтрализатор, все реакции должны завершиться при температуре 250 — 800 град.

При температуре менее 250 град, эффективность нейтрализатора мала, а при температуре выше 1 000 гр. происходит «спекание» мелких кристаллов платины и разрушение активной поверхности, т.е. дезактивация нейтрализатора.

Рис. Окислительный нейтрализатор

На рисунке представлена конструкция каталитического нейтрализатора. 1 — керамическая пористая основа с нанесённым покрытием из платины и родия, 2 — изоляционные и теплоотводящие компоненты, 3 — датчик содержания кислорода в отработанных газах. Дезактивация катализатора особенно велика в первые 20 тыс.км. Особенно быстро дезактивация наступает при использовании этилированного бензина. Повторим, что рабочая температура в нейтрализаторе 400-700 гр., поэтому для быстрого прогрева и эффективной работы нейтрализатор располагают ближе к выпускному коллектору. Такое расположение является положительным фактором при холодном пуске и прогреве двигателя — нейтрализатор быстрее начинает работать, но при этом повышается его эксплуатационная температура, а это может способствовать дезактивации катализатора.

Блок-носитель каталитического нейтрализатора делают из керамики сотовой структуры, гофрированной фольги из нержавеющей стали или в виде сферических гранул из оксида алюминия, которые укладывают в металлический цилиндр, закрытый по торцам сетками. На поверхность носителя наносится каталитический материал и помещают внутрь корпуса из нержавеющей жаропрочной стали. Между блоком-носителем и корпусом ставится терморасширяющаяся прокладка. Для уменьшения вибрационных нагрузок нейтрализатор присоединяется шарнирными соединениями или компенсаторами колебаний.

Рис. Эффективная зона работы нейтрализатора

На рисунке показана зона эффективной работы нейтрализатора. Заштрихованная область — зона «стехиометрической» смеси, по оси абсцисс (В) отображено отношение «воздух-топливо», по оси ординат (А)-эффективность работы нейтрализатора.

В зоне «богатых» смесей — от 10 до 14,6 преобладают высокие концентрации оксида азота(NОх) и низкие СО и СН. Нейтрализаторы, преобразующие СО, СН, N0, называют трёхкомпонентными или бифункциональными. Для нейтрализации смеси оксида азота, получающегося в процессе сгорания смеси, используются реакции его восстановления до азота N2 и аммиака NH3. В материалах, служащих катализатором при нейтрализации вредных веществ, используются платина, палладий, родий и др.

Трёхкомпонентные нейтрализаторы являются окислительными и восстановительными. В связи с тем, что состав вредных веществ резко меняется в зависимости от «обогащения» или «обеднения» топливовоздушной смеси, необходимо поддерживать работу двигателя в районе «стехиометрической» смеси.

Для выполнения такой задачи используется электронное управление работой двигателя с системой обратной связи (замкнутая система). Датчики, обеспечивающие работу обратной связи, называются: лямбда зондами (отношение «воздух-топливо») и устанавливаются до и после нейтрализатора, а также термометры газов в зоне процессов нейтрализации и окисления вредных веществ.

Термические нейтрализаторы представляют собой камеру, в которой при высокой температуре окисляются СО и СН. При работе двигателя на обогащенной смеси, требуется подача воздуха перед нейтрализатором. При работе на обеднённой смеси температура будет не высокой и требуется дополнительный прогрев нейтрализатора. Термический нейтрализатор начинает работать при температуре 600 гр, что существенно выше, чем у каталитических нейтрализаторов. Кроме этих требований, нужны более прочные и жаростойкие материалы, стойкость к высокой коррозионной агрессивности. Не получили широкого распространения.

Ранее отмечалось, что нейтрализатор не работает на режимах прогрева двигателя, т.к. температура в нём не достаточно высока, кроме того, двигатель в это время работает на обогащенных смесях и в отработанных газах нет достаточного количества кислорода, необходимого для окисления СН в нейтрализаторе.

Для ускоренного прогрева нейтрализатора уменьшается угол опережения зажиганием, или электрическим подогревом нейтрализатора путём сжигания перед ним топлива в горелке, или подачи воздуха в, поток отработанных газов с помощью специального насоса.

Рис. Методы подогрева нейтрализатора: 1 — топливная форсунка, 2 — нейтрализатор, 3 — свеча для поджигания смеси, 4 — воздушный насос

В некоторых системах используют «стартовый» нейтрализатор, который устанавливается перед или параллельно основному При параллельном расположении весь поток отработанных газов направляется в стартовый нейтрализатор, который быстро прогревается и начинает эффективно работать.

После прогрева двигателя поворотом заслонки поток газов направляется в основной нейтрализатор. На рисунке приведена одна из схем построения системы с параллельным и основным нейтрализаторами.

Рис. Система со стартовым нейтрализатором: 1 — двигатель, 2 — стартовый нейтрализатор, 3 — глушитель, 4 — основной нейтрализатор, 5 — кислородный датчик (лямбда-зонд), 6 — заслонка

При очистке отработанных газах дизельных двигателей внимание уделяется сокращению содержания твёрдых частиц и оксидов азота (NOx). Приведём краткое описание некоторых способов очистки ОГ, применяемых в дизельных двигателях.

Фильтр твёрдых частиц используется для сбора и их дальнейшей регенерации. Используется с окислительным нейтрализатором. Перед и после нейтрализатора и фильтра твёрдых частиц устанавливаются датчики давления и температуры, по которым косвенным способом определяется загрязнение элементов. Далее ЭБУ двигателем переводит работу двигателя на разные режимы для запуска системы регенерации твёрдых частиц.

Накопительный нейтрализатор NOx собирает на своей поверхности оксиды азота, а затем конвертирует их в азот (N2). При холодном пуске ОГ нагреваются для сокращения количества NOx. ЭБУ двигателем периодически обогащает, а затем обедняет рабочую смесь и, тем самым, создаёт условия для разложения оксидов азота.

РАСПОЛОЖЕНИЕ

После выпускного коллектора сразу в подкапотном пространстве или под днищем автомобиля. Обычно снизу дополнительно защищен металлической сетчатой пластиной.

НЕИСПРАВНОСТИ

Засоряется от некачественных (или несгоревших) топлив и масел. Разрушается при уларах. Обычно двигатель не запускается при правильности всех параметров, т.к. отработанным газам некуда выходить — выпускная система забита.

МЕТОДИКА ПРОВЕРКИ

Если возникли подозрения на неисправность нейтрализатора, необходимо проверить давление газов перед нейтрализатором. Холостой ход — не более 0,9 bar и режим нагрузок (примерно 3000 оборотов) не более 2,5 bar. Если нет измерительного манометра — просто выкрутить кислородный датчик для выпуска отработанных газов. Если двигатель запустился, значит нейтрализатор «забит». Признаком неисправности нейтрализатора служат раскалённые газы, идущие из выпускной системы; перегрев двигателя и «хлопки» во впускной коллектор.

РЕМОНТ

Ремонту не подлежит. Пробивать отверстие в нейтрализаторе нельзя, можно разрезать и удалить все внутренности, что не приветствуется по причине нарушения экологических норм выброса отравляющих веществ. Лучше заменить на новый, как обычный сменный элемент со своим сроком службы (примерно 150 тыс.км.).

 

 

37 Общее устройство системы электронного управления ДВС с впрыском топлива во впускной трубопровод.

Форсунка впрыскивает топливо во впускной трубопровод под острым углом к направлению движения воздуха. При этом частицы топлива двигаются почти параллельно попутному потоку воздуха, что как раз и не способствует их интенсивному перемешиванию.
Многосекционное распыление форсунки (для случая с двумя впускными клапанами) также не отличается интенсивностью перемешивания. Как известно, качественного перемешивания можно достичь несколькими путями: за счет существенного увеличения скорости одного из компонентов смеси, за счет их соударения или увеличения времени контакта, причем соударение дает больший эффект. В классическом случае ни то, ни другое практически не наблюдается. Значит, чтобы улучшить смесеобразование необходимо использовать один из способов. Поскольку изменить соотношение скоростей простым путем не представляется возможным, закономерен вывод о создании дополнительного потока воздуха в плоскости, перпендикулярной впрыску топлива. Такой дополнительный вихревой поток воздуха приведет к дальнейшему дроблению капель топлива, а также улучшит качество смесеобразования. Причем путем правильного конфигурирования и организации дополнительных тонких вихревых струй и потоков возможно получить, как дробление и интенсификацию перемешивания с воздухом, так и сбалансированное расслоение топливного заряда воздухом либо отработанными газами (частичная рециркуляция).

бсолютная величина давления топлива в трубопроводе не зависит от режима работы двигателя. Разность между абсолютным давлением топлива в системе и абсолютным давлением воздуха во ВТ за дроссельной заслонкой поддерживается постоянной, равной 0,3 МПа.

Топливопровод снабжен входным и выходным участками, регулятором давления 8, размещенным на выходном участке и сообщенным через сливной трубопровод 18 с бензиновым баком 20, и четырьмя ЭМФ 7.

Система впрыска топлива обеспечивает подачу необходимого его количества в цилиндры двигателя на всех рабочих режимах. Топливо подают в двигатель с помощью четырех ЭМФ 7, установленных во ВТ.

 

38. Определение удельного эффективного расхода топлива g_е при испытаниях дизельного ДВС

 

 

Определение удельного расхода топлива, приведенного к нормальным атмосферным условиям в карбюраторном двигателе, работающем при полном открытии дроссельной заслонки, проводятся по формуле: 3 ео т eo 10 N G g = ⋅,       кВт⋅ч г (25) а в дизеле при предельном положении рейки ТНВД по фор- муле: 3 ео то eo 10 N G g = ⋅       кВт⋅ч г (26) Для определения парциального давления водяных паров в воздухе необходимо знать абсолютную или относитель- ную влажность воздуха. Напомним, что абсолютной влаж- ностью воздуха называется вес пара, содержащегося в 1 м3 воздуха, а относительной влажностью воздуха - отношение 57 содержания водяного пара при данном давлении и темпера- туре. С достаточной точностью можно считать, что парциаль- ное давление водяных паров равно: 100 Р Р n н п ⋅ = ϕ (27) где ϕп - относительная влажность воздуха в %; Рн - парци- альное давление насыщенного водяного пара в воздухе при данной температуре. Если известна относительная влажность и температура воздуха, то с помощью таблицы 2 и формулы (27) можно определить парциальное давление водяного пара Pп. Таблица 2 º С 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 4,58 4,95 5,29 5,68 6,10 6,54 7,01 7,51 8,05 8,61 10 9,21 9,84 10,52 11,23 11,98 12,79 13,63 14,53 15,48 16,48 20 17,54 18,65 19,83 21,07 22,38 23,76 25,21 26,74 28,35 30,04 30 31,82 33,69 55,66 37,73 39,90 42,17 44,56 47,07 49,69 52,44 40 55,32 58,34 61,50 64,60 68,26 71,88 75,65 79,60 63,71 88,02 50 92,51 97,18 102,2 112,5 118,0 123,8 129,8 129,8 136,1 142,6 Табличное значение Рн находится на пересечении гори- зонтальной строки, имеющей в заголовке десятки градусов, и столбца, соответствующего последней цифре температу- ры. Например, при температуре 34 º С в четвертой строке и пятом столбце находим Рн = 39,90 мм рт. ст. Влажность воздуха можно определить с помощью пси- хрометра. Психрометр состоит из двух одинаковых термо- метров, у одного из которых шарик с жидкостью обернут легкой тканью, смоченной водой. В результате испарения жидкости с поверхности ткани и теплообмена между жид- костью и окружающим воздухом температура, показывае- мая вторым термометром (смоченным) tсм будет ниже, чем температура сухого термометра. Температура смоченного термометра зависит от условий движения воздуха около шарика термометра. Поэтому в со- 58 временных психрометрах, как правило, осуществляется принудительное движение воздуха около термометра со скоростью 2 м/сек (психрометры Ассмана). По разности показаний сухого и смоченного термометра с помощью таблицы, или специальных графиков, прилагае- мых к прибору, можно определить относительную влаж- ность воздуха. При отсутствии таких графиков величину парциального давления водяного пара в воздухе можно оп- ределить с достаточной точностью по психометрической формуле: п н сух cм Во Р = Р − к ⋅(t − t)⋅ (28) где Рн - парциальное давление насыщенного водяного пар при температуре, показываемой смоченным термометром (определяется по табл. 2); tсух - температура сухого термо- метра; tсм - температура смоченного термометра; Во - баро- метрическое давления в мм рт. ст.; К - постоянный коэффи- циент психрометра (для аспирационного психрометра типа Ассмана к = 0,000662). По ГОСТ 14846-81 точность определения относительной влажности воздуха при испытаниях двигателей должна со- ставлять ±2 %. Вопросы для са

 

 

39. Общие сведения о системах топливоподачи дизелей. Классификация типов топливных систем.

Топливная система дизельного двигателя влияет на все основные характеристики двигателя. От качества впрыска топлива в двигатель зависят мощность, экономичность, экологичность, ресурс двигателя и др. В связи с большим влиянием топливной системы на характеристики двигателя, топливная аппаратура двигателя постоянно модернизируется и имеет различные варианты конструкций.

Дизельный двигатель был изобретен Рудольфом Дизелем. Первый функционирующий образец был собран в 1897 году. Изначально работа дизельного двигателя основывалась на применении сжатого воздуха. Такой агрегат был довольно громоздкий и не удобный в использовании. Однако благодаря своим качествам он нашел применение на электростанциях, в кораблестроении и на силовых установках.

Первые координальные изменения дизельного двигателя произошли в 20-х годах 20 века. Немецкий инженер Роберт Бош усовершенствовал работу топливного насоса, а позже разработал и свой двигатель с воспламенением от сжатия. Давление впрыска было небольшим (около 0,2МПа), но его хватало для того, чтобы в подаваемом топливе не было пузырьков воздуха.

Изобретение топливного насоса высокого давления (ТНВД) позволило охарактеризовать дизельные двигатели по двум типам:

Первый - агрегат, использующий насосную систему. Принцип действия заключается в том, что каждая секция насоса связана с отдельной форсункой.

Второй тип использует аккумуляторную систему. При этом работа насоса и форсунок не как не связана. Насос подает топливо в аккумулятор, а затем под давлением топливо подается к форсункам.

Главными требованиями, предъявляемыми к системе подачи топлива дизеля, являются:

1) создание как можно более высоких давлений впрыска, что способствует более мелкому распылу топлива, а значит, уменьшает время испарения и перемешивания топлива с воздухом;

2) обеспечение строго ступенчатой характеристики подачи, что исключает подтекание топлива в распылителе, а значит, препятствует его закоксовыванию и дымлению мотора;

3) возможность многоступенчатого впрыска для минимизации периода индукции воспламенения и осуществления управляемого горения, следствием чего являются меньшие шумность, токсичность и динамические нагрузи;

4) строго идентичное дозирование топлива по цилиндрам для минимизации динамических нагрузок, а значит, для уменьшения материалоёмкости и увеличения ресурса двигателя.

Важным моментом является обеспечение указанных требований на всех режимах работы – от минимального скоростного до номинального.

Специалисты различают несколько принципиальных схем систем подачи топлива дизелей:

1) разделенного типа, когда ТНВД и форсунки связаны довольно длинными трубопроводами высокого давления;

2) с насос-форсунками, когда вышеуказанные трубопроводы отсутствуют;

3) аккумуляторного типа.

Каждая из схем имеет как достоинства, так и недостатки. Например, первая наиболее проста, технологична, а значит, при прочих равных условиях имеет меньшую стоимость, поэтому наиболее широко применяется в отечественной технике. В зависимости от конструкции имеются следующие виды топливных насосов высокого давления: рядный, распределительный.

Рядный ТНВД имеет плунжерные пары по числу цилиндров. Плунжерные пары установлены в корпусе насоса, в котором выполнены каналы для подвода и отвода топлива. Движение плунжера осуществляется от кулачкового вала, который, в свою очередь, имеет привод от коленчатого вала двигателя. Плунжеры постоянно прижимаются к кулачкам с помощью пружин.

Распределительные топливные насосы высокого давления, в отличие от рядного ТНВД, имеют один или два плунжера, обслуживающих все цилиндры двигателя. Распределительные насосы обладают меньшей массой и габаритными размерами, а также обеспечивают большую равномерность подачи. С другой стороны, их отличает сравнительно низкая долговечность сопряженных деталей. Все это определяет область применения данных насосов, в основном, на двигателях легковых автомобилей.

Конструкции распределительных ТНВД могут иметь различный привод плунжера: торцевой кулачковый привод, внутренний кулачковый привод, внешний кулачковый привод. Предпочтительными в плане эксплуатации являются первые два типа привода плунжеров, так как в них отсутствуют силовые нагрузки от давления топлива на узлы приводного вала и, соответственно, выше долговечность.

Во втором случае создания высокого давления и впрыска топлива объединены в одном устройстве — насос-форсунке. Применение этого способа позволяет повысить мощность двигателя, снизить расход топлива, выбросы токсичных веществ, а также уровень шума. Система с насос-форсунками позволяет развивать наибольшие давления впрыска (p_в > 200 МПа), но и с её помощью затруднительно получить строго одинаковые цикловые подачи по цилиндрам, и, кроме того, она дороже секционного ТНВД.

Аккумуляторная система Common rail имеет электронный блок управления, обеспечивая разнообразные характеристики. В этой системе ТНВД существенно проще по конструкции в сравнении с системой первого типа, т. к. является только источником давления и не регулирует цикловую подачу топлива. Однако конструктивна и технологическая сложности форсунок очень высоки, что обусловливает высокую стоимость и сравнительно низкий ресурс. К тому же КПД этой системы существенно ниже первых двух, что связано с необходимостью поддержания постоянного высокого давления в гидроаккумуляторе и высокой энергии электрического импульса управления каждой форсункой (напряжение U и > 70 В; сила тока I и > 20 А).

В системе Common Rail реализуется многократный впрыск топлива в течение одного цикла работы двигателя. При этом различают предварительный, основной и дополнительный впрыск.

Высокое давление, под которым топливо подается в цилиндр, создается уже при самом малом числе оборотов коленвала. Благодаря ему, а также электронному управлению процессом впрыска достигается значительно лучшая подготовка смеси в цилиндрах, что приводит к уменьшению расхода топлива и снижению токсичности выхлопных газов.

В Common Rail электроника регулирует момент впрыска, количество впрыскиваемого топлива и алгоритм его подачи. Именно этим и достигается оптимальный на каждом конкретном режиме работы дизеля результат.

Развитие системы впрыска Common Rail идет по пути увеличения давления впрыска: первое поколение — 140 МПа, с 1999 г.; второе поколение — 160 МПа, с 2001 г.; третье поколение — 180 МПа, с 2005 г.; четвертое поколение — 220 МПа, с 2009 г.

Еще одной системой подачи топлива дизеля является HEUI, название которой происходит от Hydraulically actuated Electroniсally controlled Unit Ingection, что можно перевести как «Устройство впрыска с гидроприводом и электронным управлением». Эта система представляет собой усовершенствованные насос-форсунки, которые управляются с помощью гидравлического привода, заменившего кулачковый вал. Основным рабочим телом в данном случае является масло, которое по специальному трубопроводу из системы смазки двигателя подается к насос-форсункам. Последние создают давление впрыска топлива, превышающее 210 МПа. Столь мощная энергетика позволяет добиться лучшего распыления топлива и его оптимального смешивания с воздухом, находящимся под давлением. Caterpillar выпускает систему с 1992 года. В качестве стандартного оборудования ее ставят на самый совершенный и наиболее технически насыщенный двигатель компании – 3126В. Также она устанавливается на дизелях автомобилей Isuzu, а также Ford (с двигателями Navistar International).

В сравнении с Common Rail система HEUI выглядит более сложной. Действительно, она имеет не одну, а целых две «общих магистрали» – масляную и топливную, связанные между собой насос-форсунками с гидроприводом. Для сравнительно небольших дизелей легковых автомобилей такая система выглядит громоздкой. Однако не будем забывать, что на более тяжелых моторах подвижные части форсунок крупнее, а потому добиться хорошего быстродействия электромагнитной форсунки для Common Rail очень сложно.

Усовершенствование топливной системы направлено на повышение эксплуатационных характеристик в целом. В тоже время следует отметить, что усложнение конструкции, введение электроники и гидравлики требует дополнительных рекомендаций по обеспечению работоспособности двигателя. В то же время увеличивается значимость, т.е. влияние топливной системы на двигатель в целом, что позволяет сделать вывод о недостаточности знаний о конструктивном и эксплуатационном совершенстве рассмотренных выше топливных систем ДВС.

Следует уделить больше внимания механизму сервисного сопровождения топливной системы, чего в настоящее время многие производители не делают.

 

 

40. Анализ регуляторной характеристики дизельного ДВС.

Регуляторная характеристика

Для анализа работы двигателя, устанавливаемого на тракторе, ГОСТом предусмотрено построение по данным испытаний регуляторной характеристики. На рис. 122 показана в качестве примера регуляторная характеристика тракторного дизеля.

На регуляторнои характеристике параметры двигателя построены в зависимости от развиваемой им мощности. Кривая АВ характеризует работу двигателя на регуляторнои ветви, когда регулятор при снижении нагрузки уменьшает количество подаваемого топлива в дизеле или прикрывает дроссельную заслонку в двигателе с искровым зажиганием. Ветвь ВС характеризует работу двигателя по внешней скоростной характеристике.

Токсические характеристики

В дизелях, кроме этих параметров, проводят также анализ газов на наличие сажи (дымность). Наиболее полное представление о содержании отдельных токсических компонентов можно получить при анализе многопараметровых характеристик, где построены зависимости постоянных значений одного из указанных

компонентов от нагрузки и частоты вращения. В качестве примера на рис. 124 приведены такие графики для шести исследованных двигателей на автополигоне НАМИ при их испытаниях на моторных стендах.

Для получения указанных характеристик необходимо проведение большого объема исследований с соответствующим отбором и анализом газовых проб. Испытания ведутся или на стенде с беговыми барабанами, где имитируются условия работы двигателя в эксплуатации, или на обычных моторных стендах.

у двигателей с форкамерно-факельным зажиганием такое же, как и у обычных карбюраторных двигателей.

Аналогичные характеристики можно получить при анализе зависимости от режимов двигателя концентрации токсичных составляющих в газах, выбрасываемых в атмосферу из картера двигателя. На рис. 125 приведены универсальные характеристики, полученные при испытании автомобиля на стенде с беговыми барабанами.

Результаты проведенных исследований не позволяют при их анализе установить закономерную связь между режимами работы двигателя и содержанием токсических компонентов. Обнаруживается лишь некоторая Рис. 125. Зависимость количества картерных газов и концентрации токсических компонентов в них от режимов работы карбюраторного двигателя, установленного на легковом автомобиле:

а количество картерных газов (в м3/ч); б концентрация С^Н (в мг/л); в концентрация СО (в % по объему); е концентрация NO^. (в мг/л); в концентрация С02 (в % по объему)

Существуют специально разработанные нормы для проведения таких испытаний. В частности, имеются Европейские нормы, рекомендуемый правилами ЕЭК ООН № 15 для испытания автомобилей с бензиновыми двигателями.

зависимость между количеством газов, проникающих в картер, и содержанием углеводородов в картерных газах.

Для предотвращения выбросов картерных газов в атмосферу применяют различные замкнутые системы вентиляции, при которых картерные газы поступают во впускную систему двигателя. Наилучшие результаты достигнуты при использовании комбинированной системы, когда картерные газы поступают во впускную систему одновременно в местах до и после карбюратора. При этом ликвидируется выброс углеводородов с картерными газами при незначительном изменении содержания СО и NOK в продуктах сгорания.

В том случае, когда нет необходимости в получении сведений, характеризующих токсичность двигателей на всех режимах их работы, или ведутся исследования, при которых требуется получить данные о токсических компонентах только для газового анализа исследуемых режимов, по результатам исследований строят характеристики, определяющие изменение токсичности только в зависимости от зтих режимов (например, нагрузочные, внешние, холостого хода и различные регулировочные).

 

41. Краткая техническая характеристик двигателя внутреннего сгорания. Компоновочные решения двигателя.

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) - тепловой двигатель, в котором сгорание приготовленной горючей смеси и преобразование выделенной при этом теплоты в механическую работу происходит внутри замкнутой рабочей полости (в цилиндре) двигателя. Первый ДВС был сконструирован в 1860 году французским изобретателем ЭЛенуаром. В настоящем Пособии рассматриваются вопросы, связанные с устройством и эксплуатацией на маломерных судах только отечественных стационарных двигателей и подвесных лодочных моторов. Сведения о двигателях и ПЛМ, разрабатываемых за рубежом, приводятся лишь для сведения или как представляющие интерес с точки зрения технических решений рассматриваемой проблемы. Двигатели внутреннего сгорания условно классифицируются по месту установки, конструктивным и иным признакам. Так, по способу установки на маломерном судне они подразделяются на стационарные двигатели (на катерах) и подвесные лодочные моторы (на мотолодках), по способу преобразования энергии они могут быть поршневыми и беспоршневыми (газотурбинными, реактивными, комбинированными). В поршневых ДВС сгорание топлива и превращение тепловой энергии в механическую совершается внутри цилиндра, в газотурбинных - сгорание происходит в специальной камере, а энергия преобразуется из одного вида в другой на лопатках газовой турбины, у реактивных - за счет выброса струи отработанного газа из сопла специальной формы. Привлекают большое внимание конструкторов роторные двигатели (Ванкеля), которые по способу преобразования энергии являются поршневыми (РПД), но вместо поступательного движения поршней применяется вращающийся в корпусе с внутренней рабочей поверхностью в виде цилиндрической эпитрохоиды трехгранный ротор, выполняющий функции поршня. Поскольку роторный двигатель находит применение на маломерных судах в настоящее время и может найти в перспективе - есть необходимость рассмотреть принцип его работы (рис. 53). При вращении все три вершины ротора постоянно касаются поверхности корпуса, образуя три отдельные седловидные камеры, которые четыре раза за один оборот ротора меняют свой объем. Благодаря этому осуществляется работа двигателя по четырехтактному циклу, причем циклы рабочего процесса происходят одновременно во всех трех камерах со сдвигом в 120°. Однороторный РПД по сложности и количеству деталей вполне сравним с двухцилиндровым ДВС, но его детали конструктивно проще и надежнее. Функционально однотипны и практически не имеют принципиальных различий с ним другие узлы и детали систем охлаждения, зажигания, выпуска отработавших газов и пускового механизма. РПД легче традиционных четырехтактных ДВС в среднем на 15 - 20%, обладает лучшими тяговыми характеристиками, меньшей чувствительностью к изменению октанового числа бензина и повышенным КПД. Один из типов отечественного РПД был создан в объединении Авто-ВАЗ, выпустившем партию ав­томобилей с роторными двига­телями ВАЗ-311. Но поскольку на большинстве отечественных маломерных судов все - таки применяются поршневые ДВС, именно они и станут основой для дальнейшего изучения. Поршневые двигатели внутреннего сгорания, применяемые в качестве силовых установок на маломерных судах подразделяются:

> по роду применяемого топлива: на жидкостные и газовые;

> по рабочему циклу: непрерывного действия, 2-х и 4-х

> способу смесеобразования и воспламенения топлива:

с внешним смесеобразованием и принудительным зажиганием смеси (карбюраторные с электрическим зажиганием смеси и газовые) и внутренним смесеобразованием и воспламенением топлива от соприкосновения с предварительно сжатым в цилиндре воздухом, имеющим t = 600 -700 "С (дизельные);

> по конструкции охлаждения: с жидкостным (вода, антифриз) охлаждением и воздушным;

>по конструкции газораспределительного механизма: верхнеклапанные и нижнеклапанные.

 

http://www.boatyard.ru/html/2-1_files/image002.jpg

Несколько слов о преимуществах и недостатках тех или иных двигателей..

 

http://www.boatyard.ru/html/2-1_files/image004.jpgПреимущества карбюраторного двигателя, при одинаковой мощности вес в 2 раза меньше облегченно­го быстроходного дизеля, обладает меньшей шумностью и вибрацией, дешевле в приобретении, всегда обеспечен запчастями из-за повсеместного применения. Недостаток один - топливо - бензин - огне и взрывоопасен, значительно дороже дизельного топлива и двигатель его расходует в среднем на 40% больше.

Преимущества дизельного двигателя: более высокий эффективный КПД, чем у карбюраторных двигателей, отсутствие системы зажигания (принцип самовоспламенения рабочей смеси за счет повышения температуры воздуха при сильном сжатии), отсутствие карбюратора (вспрыск топлива непосредственно в цилиндр через форсунки), работа на дешевом (тяжелом) топливе и меньший удельный его расход по сравнению с карбюраторным. Недостатки: как правило, больший вес установки (за счет конструктивной необходимости усиления корпуса из-за высоких давления и температуры в цилиндрах), затрудненный пуск при низких температурах, необходимость тщательной фильтрации топлива, большая шумность.

 

Именно из-за большого веса подвесные дизели предназначаются для эксплуатации только на больших служебных, спасательных и рыболовецких судах. Прогресс в совершенствовании конструкции дизелей, применение современных материалов и технологий стирает их весовые и габаритные отличия, все более наглядным становится их экономическое преимущество. Справедливости ради необходимо сказать, что у современных дизельных двигателей сохранился один недостаток - высокая стоимость, поскольку высокооборотные дизеля (3000

4500 об/мин), применяющиеся на маломерных судах за рубежом по размерам, весовым и иным характеристикам практически не отличаются от бензиновых.

Преимущества двигателей, работающих на газовом топливе: первое и основное - его низкая стоимость по сравнению с другими видами топлива, кроме того, газовые двигатели долговечнее из - за отсутствия тяжелых углеводородов в топливе и, соответственно, нагара в цилиндрах, уменьшаются люфты в механических соединениях и расход масла..Недостатки: необходимость встраивать отдельную систему смазки на двухтактных двигателях, т.к. масло не смешивается с газом и требует отдельного вспрыска, высокая температура в камерах сгорания (седла клапанов требуют спецстали для их изготовления).

 

 

http://www.boatyard.ru/html/2-1_files/image006.jpg

Преимущества подвесных лодочных моторов (рас. 54): удачное совмещение двигателя и сменного движителя в единой компактной конструкции, применяемой в качестве силовой установки на судах различного назначения с большим диапазоном мощности двигателя и водоизмещения судов, небольшой удельный вес (1-5 кг/л.с.), простота монтажа на судне и легкость обслуживания, относительная экономичность и достаточно большой моторесурс, экономия внутренних объемов корпуса за счет подвешивания на транце (или на борту - мотор-весло). Отечественные подвесные электромоторы (рис. 55) рассчитаны на питание от аккумуляторной батареи емкостью не менее 45 А/час, напряжением 12 В, имеют мощность до 750 W (1 л.с.), используются в 2-х режимах работы (экономическом и максимальном). Время непрерывной работы зависит от емкости используемой АБ и режима работы и состав­ляет 3,5 -15 часов, масса без источников питания 5—17 кг. Положительные свойства электромоторов: бесшумность работы, экологическая чистота, пожаробезопасность, простота конструкции и эксплуатации, высокая надежность. Отечественные электромоторы, поступающие в розничную продажу ("Форель", "Снеток") могут использоваться на лодках длиной до 4м и водоизмещением не более 300 кг, при этом скорость будет в пределах 3-6 км/час. Как правило, электромоторы используются как дополнительное средство передвижения на воде непосредственно в районе рыбной ловли или охоты, куда лодка доставляется на буксире или под другим двигателем.

 

http://www.boatyard.ru/html/2-1_files/image008.jpgОсновными двигателями внутреннего сгорания, применяемыми в качестве силовых установок на большинстве маломерных судов являются стационарные и подвесные, двух и четырехтактные поршневые карбюраторные ДВС, изучение устройства и эксплуатации которых и ляжет в основу вопросов, рассматриваемых в данном пособии.

Устройство большей части узлов, систем и механизмов стационарного четырехтактного карбюраторного двигателя и двухтактного подвесного лодочного мотора в этом разделе пособия рассматривается на примерах малолитражного двигателя М - 412 и ПЛМ "Вихрь" (без модификаций), с учетом того, что у всех двигателей устройство основных узлов принципиально аналогично и они отличаются только некоторыми конструктивными решениями.

В настоящее время существует пять типов механической установки, применяемой на маломерных судах:

стационарный двигатель, работающий непосредственно на гребной вал;

стационарный двигатель с угловой передачей на гребной вал;