Схема подачи воздуха в двигатель

Другие статьи по этой теме

Определение характеристик компрессорных установок

В процессе определения параметров компрессорной установки необходимо принять ряд решений для обеспечения максимальной экономии производственных затрат и подготовки к будущему расширению. Узнайте больше.

Установка компрессора

В последнее время процесс установки компрессорных систем заметно упростился. Но все же нужно помнить о ряде условий, а также о том, где лучше всего разместить компрессор и как организовать пространство вокруг него. Здесь вы найдете всю необходимую информацию.

Что такое воздушный ресивер?

Воздушный ресивер, который также называют резервуаром сжатого воздуха, является неотъемлемой частью любой системы сжатого воздуха. Предлагаем вам больше узнать об этом устройстве.

Новый способ приготовления горючей смеси в ДВС - Энергетика и промышленность России - № 22 (234) ноябрь 2013 года - WWW.EPRUSSIA.RU

Газета "Энергетика и промышленность России" | № 22 (234) ноябрь 2013 года

Влияние вида сжигаемого топлива

На сегодняшний день двигатели внутреннего сгорания разработаны практически для каждого вида углеводородного горючего. Многие эксплуатационные показатели топлива, как известно, являются обязательными и необходимыми для выполнения теплового расчета ДВС.

Именно от планируемого к использованию топлива зависят тактико-технические характеристики и функциональные возможности двигателя. Так, элементарный состав топлива формирует качество сжигаемого горючего и его калорийность (теплоту сгорания или теплотворную способность), которые определяют расходы топлива, воздуха и продуктов сгорания, а также коррозионный износ цилиндров, газовыпускного тракта и экологическую чистоту двигателя. Вязкость и плотность используемого топлива влияют не только на прокачиваемость, качество распыла и испарение топлива, но и на маневренность двигателя (например, на время запуска и на время перехода с одного режима работы на другой), его взрывопожаробезопасность. Кроме того, элементарный состав топлива определяет полноту и теплонапряженность процесса сгорания топлива, а в конечном счете – мощность двигателя и его долговечность.

Влияние параметров топлива

На работу двигателей внутреннего сгорания не последнее влияние оказывают параметры подаваемого в него топлива. Основными параметрами подачи топлива в ДВС являются его давление и расход, при этом каждый тип двигателя имеет свои показатели указанных параметров. Необходимо отметить, что расход топлива на двигатель – это производная от его давления: чем выше давление топлива, тем больше его расход, и наоборот. Поскольку воспламенение и сгорание любого вида топлива происходят только в парогазовой фазе, то качественному и полному сгоранию топлива в двигателе должно обязательно предшествовать его полное испарение. Для перевода в паровую фазу жидкое горючее необходимо мелко распылить – между тем хорошо известно, что качество распыла определяется в том числе и величиной давления подаваемого топлива. Так, в двигателях внутреннего сгорания с искровым зажиганием для испарения топлива, происходящего до цилиндров в карбюраторе или инжекторе, достаточно атмосферного давления. В то же время в двигателях с воспламенением от сжатия (дизелях) для нормального процесса парообразования топлива, реализуемого во внутренней полости цилиндров, горючее необходимо подавать с избыточным давлением.

Таким образом, расход подаваемого в цилиндры топлива определяет мощность двигателя, а его давление – качество и полноту протекания процесса сгорания в цилиндрах.

Влияние воздуха

Атмосферный воздух, включающий в свой состав природный окислитель кислород, является обязательным и необходимым для организации и протекания процесса горения компонентом. Количество и способ подачи воздуха в двигатель влияют на количественно-качественные характеристики цепной реакции окисления горючего и, в конечном итоге, на мощность, экономичность и экологичность двигателя.

По Менделееву, на сжигание 1 килограмма углеводородного топлива теоретически необходимо 10 килограммов атмосферного воздуха. Недостаток, равно как и избыток, подаваемого в двигатель воздуха негативно сказывается на его работе. Так, недостаточное количество воздуха приводит к приготовлению обогащенной горючей смеси, снижению экономичности, долговечности, повышенному нагарообразованию на внутренних стенках цилиндров и газовыходного тракта двигателя и к интенсивному загрязнению природной среды продуктами неполного сгорания. В то же время избыток подаваемого на горение воздуха формирует обедненную смесь, что вызывает повышенное окисление конструкционных материалов внутренних полостей цилиндров и газовыходного тракта, снижение мощности двигателя, перерасход топлива, интенсивное тепловое загрязнение атмосферы и т. п.

Известно, что вид и структура углеводородных молекул, а также соотношение углерода к водороду (С:Н) в них различны и в процессе подачи топлива на горение изменяются ежемоментно. В связи с этим для полного сжигания топлива количество воздуха, подаваемого на приготовление горючей смеси, заранее завышается по сравнению с теоретически необходимым. Превышение количества фактически подаваемого воздуха над теоретически необходимым его количеством отражается через значение коэффициента избытка воздуха α, который при традиционном способе приготовления горючей смеси в сегодняшних двигателях внутреннего сгорания составляет от 1,1‑1,5 (при атмосферной подаче воздуха на приготовление горючей смеси) до 5,0 (при турбокомпрессорной подаче воздуха на приготовление горючей смеси).

О топливоподающей системе и подаче воздуха

Используемые сегодня топливоподающие системы ДВС были разработаны еще в начале XX века и, несмотря на ужесточение старых и появление новых (например, экологических) требований к двигателям, применяются до сих пор без принципиальных изменений.

Приоритет в совершенствовании топливных систем ДВС за прошедшее столетие отдавался главным образом количественным показателям. В частности – давлению топлива перед форсунками двигателя, величина которого выросла с 10‑50 кг / см² в начале XX века до 2000 кг/см² в начале XXI века. Повышение давления подаваемого топлива позволило, в конечном итоге, при сохранении массогабаритных характеристик двигателей добиться значительного увеличения их мощности.

Следует отметить, что сегодня топливоподающие системы двигателей внутреннего сгорания включают практически те же элементы, что и сто лет назад: топливную емкость, фильтры грубой и тонкой очистки, насос (для дизелей – топливоподкачивающий насос и топливный насос высокого давления), карбюратор или инжектор (для бензиновых двигателей), форсунки (для дизелей) и всасывающий, напорный, сливной трубопроводы.

Одновременно с топливоподающими системами стал применяться используемый до сих пор атмосферный способ подачи воздуха в двигатели.

Приоритет в совершенствовании способов подачи воздуха в двигатели отдавался не только количественным, но и качественным показателям, в частности увеличению напора и расхода воздуха, подаваемого на смешение с топливом, а также повышению степени турбулизации воздушного потока. Итогом такого подхода явилось широкое внедрение вентиляторного, а затем и турбокомпрессорного способов подачи воздуха в двигатель.

При атмосферном способе воздух поступает в воздушный коллектор за счет перепада давлений в атмосфере и в цилиндре двигателя при движении поршня в нижнюю мертвую точку. При вентиляторном способе формируется ламинарный воздушный поток, принудительно подаваемый в воздушный коллектор посредством приводимого во вращение от коленчатого вала вентилятора. Турбокомпрессорный способ предусматривает получение и подачу в воздушный коллектор турбулентного воздушного потока с помощью воздушного компрессора, приводимого во вращение расположенной в выходном коллекторе двигателя газовой турбиной.

Совершенствование способов подачи воздуха в ДВС позволило, не повышая расхода топлива и сохранив массогабаритные характеристики, достичь более высоких показателей мощности двигателей – главным образом за счет активизации и интенсификации процесса горения и повышения, таким образом, теплонапряженности в цилиндрах. Так, применение вентиляторного способа позволило увеличить мощность двигателя в полтора-два раза, а турбокомпрессорного – в два – два с половиной и более раз по сравнению с использованием атмосферного способа подачи воздуха.

Традиционный способ

Сегодня во всех двигателях внутреннего сгорания используется одинаковый способ приготовления горючей смеси, в котором в качестве первичной среды выступает топливо, а вторичной – воздух. Этот способ применяется более ста лет и стал уже традиционным. Суть его в следующем. Распыленное до мельчайших (20 мкм и менее) частиц топливо подается в поток атмосферного воздуха, который, перемешиваясь с горючим, образует топливовоздушную аэрозоль. Впоследствии горючая аэрозоль зажигается электрическим разрядом от свечи (в бензиновых двигателях) или самовоспламеняется от сжатия (в дизельных двигателях) и сгорает.

Условно процесс сгорания топлива в цилиндре можно разделить на три стадии (начальную, среднюю, конечную). В начальной стадии топливовоздушная смесь охватывается пламенем, происходит ее воспламенение и формирование первичного очага пламени, интенсивное испарение поверхностного слоя горючего и его горение в тонкой паровой фазе.

Продолжительность начальной стадии определяется скоростью тепловыделения реакции окисления. Средняя стадия процесса горения характеризуется интенсивным распространением пламени по всему объему горючей смеси. Скорость сгорания смеси резко увеличивается вследствие увеличения площади контакта взаимодействующих компонентов (поверхности испарения) и турбулизации смеси. На конечной стадии происходит догорание топлива, падение скорости и прекращение распространения пламени, вызванные резким снижением количества кислорода.

Следует отметить, что в реакции окисления углеводородного топлива участвует только теоретически необходимое количество воздуха. Остальной же воздух (избыток) в реакции горения (окисления) участия не принимает, а проходит транзитом через зону горения и, мгновенно нагреваясь от температуры окружающей среды до температуры в цилиндре, сбрасывается горячим в составе выхлопных газов в атмосферу, являясь причиной ее интенсивного теплового загрязнения. При этом на нагрев избыточного воздуха дополнительно затрачивается углеводородное топливо, что приводит к его перерасходу. Очевидно, что с повышением избытка воздуха увеличивается и количество затраченного на его нагрев сжигаемого топлива.

О новом способе приготовления горючей смеси

Наряду с традиционно применяемым способом приготовления горючей смеси существуют и другие способы, например струйно-кавитационный.

В основу этого способа положены физические явления, возникающие во внутренних полостях струйных аппаратов при их прокачке жидкими и газообразными средами. При струйно-кавитационном способе приготовления горючей смеси в качестве первичной среды используется не топливо, а атмосферный воздух.

Суть его заключается в следующем. Заданное (как правило, близкое к теоретически необходимому) количество воздуха всасывается из атмосферы и под давлением выше атмосферного подается в струйный насос. При высокоскоростном течении воздуха через внутреннюю полость проточной части насоса в его приемной камере создается разрежение, достаточное для самовсасывания вторичной среды – жидкого топлива.

При самовсасывании топлива его углеводородные молекулы расщепляются на молекулы меньшей молекулярной массы, отдельные атомы и топливные радикалы и в таком виде смешиваются с воздухом. В результате на выходе из насоса получается высококачественная гомогенная (размеры топливных частиц не превышают 10 мкм) воздушно-топливная (а не топливо-воздушная) аэрозоль, которая затем поступает непосредственно на горение. Количество топлива в смеси регулируется расходом воздуха на насос, а качество распыла (дисперсность) – давлением рабочего воздуха. С увеличением давления и количества подаваемого воздуха повышается и количество всасываемого топлива, и наоборот.

Характеристики подаваемой на горение горючей смеси, близкие к оптимальным, поддерживаются расходом и давлением воздуха перед насосом. Использование струйно-кавитационного способа приготовления горючей смеси позволяет регулировать мощность двигателя посредством изменения расхода и давления воздуха, подаваемого в струйный насос.

Струйно-кавитационный способ приготовления горючей смеси можно считать универсальным, поскольку он применим ко всем видам углеводородного топлива и топливосжигающим установкам.

Очевидно, что использование струйно-кавитационного способа приготовления горючей смеси потребует и принципиального качественно-количественного изменения топливо- и воздухоподающих систем двигателей.

На сегодняшний день струйно-кавитационный способ приготовления горючей смеси прошел лабораторные и промышленные испытания.

Выводы

Научно-технический прогресс, как известно, не стоит на месте и даже самые эффективные в свое время инженерные решения с годами устаревают и требуют замены на более совершенные. XXI век выдвигает новые требования и ставит новые задачи, в том числе и в области использования природных ресурсов, включая углеводородное топливо.

Все сказанное относится и к традиционному способу приготовления горючей смеси в двигателях внутреннего сгорания, который используется вот уже более ста лет.

Система подачи воздуха в салон автомобиля

Сегодня невозможно представить себе автомобиль без кондиционера, или системы обогрева салона. Полноценная регулировка системы подачи воздуха в салон автомобиля производится посредством кнопок и рычагов, которые расположены на центровой части приборной панели автомобиля.

Устройство центровой составляющей приборной панели автомобиля

Каждый автомобиль оборудован комплектом специальных направляющих заслонок, необходимых для регулирования подачи воздушных потоков. Фиксирование температурного режима воздуха, который поступает в салон автомобиля, производится за счет перемешивания нагретых и холодных воздушных масс посредством прохождения через теплообменник, расположенный в отопительной системе.

Подача воздуха производится за счет набегающего потока, который формируется в процессе движения машины, а также благодаря специальному вентилятору, направляющему воздух через центральные и боковые дефлекторы приборной панели. В некоторых моделях автомобилей дополнительно устанавливаются заводские «колодцы» подачи воздуха в ножные сектора со стороны заднего ряда сидений. Но такая функция доступна чаще в дорогих автомобилях, приближенных к бизнес-классу.

Для того, чтобы перевести отопительную систему в рабочий режим, необходимо, прежде всего, поставить ключ зажигания в рабочее положение, так как в цепи питания электродвигателя автомобиля находится специализированное реле.

Отопительные системы бывают двух типов:

• штатные (заводские)
• дополнительные (установлены автолюбителями самостоятельно)

Но если говорить об иномарках, то в них, как правило, отопительная система и кондиционер реализованы в едином блоке и образуют целостную климатическую систему.

Регулирование скоростных и температурных режимов подачи теплого воздуха производится за счет специального тумблера или ползунка, расположенного на центральной части приборной панели. Чаще всего он выглядит как поворотная рукоять с нанесенной шкалой синего и красного цвета, где синий – это холод, а красный означает тепло.

Регулировка подачи воздуха в салон автомобиля

С помощью поворотной рукояти с пятью режимами производится регулировка направления подачи воздуха. А благодаря регулировочному ползунку на приборной панели осуществляется переключение режимов циркуляции воздушных потоков (рециркуляция и подача воздуха с улицы).

В крайнем левом режиме происходит перемешивание воздуха внутри салона. При переключении в правое положение включается подача свежего воздуха извне. Режим рециркуляции очень важен, поскольку позволяет осуществлять прогрев салона намного быстрее и предотвращает попадание в авто плохих запахов с улицы.

Максимальная эффективность рециркуляции актуальна в автоматических режимах в составе климат-контроля. Центральный блок управления климатом получает информацию от сенсоров газоанализаторов, установленных в машине. И по результатам полученной информации, активирует режим рециркуляции при обнаружении вредных веществ и взвесей в воздухе за бортом. После нормализации микроклимата этот режим отключается. Следует помнить, что долгое использование режима рециркуляции может привести к сильному запотеванию стекол.

В центральной части приборной панели тоже можно найти ползунок регулировки отопительного режима. У него есть 4 положения. Например, крайний левый – это полное отключение системы. А перемещение вправо увеличивает температурный режим и скорость прогрева автомобиля. Однако при резком включении ползунка на максимальное тепловое значение не происходит моментального нагрева в салоне. Воздух, поступающий из «печки», нагревается постепенно и спустя пару минут формирует выбранный микроклимат в авто.

В каждом автомобиле есть кнопка включения/выключения кондиционера (охлаждения). При включении она загорается, при выключении – затухает. Кроме того, регулировать направление воздушных потоков в салоне можно посредством дефлекторов, расположенных по краям приборной панели и в середине. Дефлекторы оборудованы специальными жалюзийными решетками, при перемещении которых водитель или пассажир могут определять направление воздушного потока.

Важно помнить, что, используя систему подачи воздуха в салон автомобиля, режимы нужно чередовать и не практиковать их ежедневно в одном положении. Поскольку система циркуляции может перегреваться или охлаждаться, и есть риск, что воздух в салоне будет застаиваться.

Схемы систем воздухоснабжения

Система воздухоснабжения предназначена для подачи в цилиндры дизеля достаточного количества чистого воздуха, необходимого для сжигания впрыснутого топлива, а также для их продувки. На современных тепловозах применяются только дизели с наддувом. Это значит, что в цилиндры подается воздух, предварительно сжатый компрессором. Воздушный заряд цилиндров соответственно возрастает, что дает возможность подать и сжечь в цилиндрах значительно большее количество топлива и получить в результате большую мощность при тех же размерах двигателя. Совокупность устройств, обеспечивающих подачу в цилиндры двигателя требуемого количества воздуха с заданными давлением и температурой, называется системой воздухоснабжения.

Дизель 10Д100. На дизеле 10Д100 применено двухступенчатое сжатие наддувочного воздуха, обычно исполь зуемое в двухтактных дизелях. Это вызвано тем, что турбокомпрессоры при пуске дизеля и на холостом ходу практически не работают вследствие недостаточной энергии выпускных газов из-за низкой их температуры. Следовательно, количество воздуха и его давление, создаваемые турбокомпрессорами, не обеспечивают нормальную работу дизеля. В эти периоды воздух в цилиндры поступает от нагнетателя второй ступени, который приводится в действие механическим способом, и подача его от энергии газов не зависит. Как видно из схемы (рис. 106), воздух через жалюзи 9 из окружающей среды или из машинного помещения поступает в воздушные фильтры-воздухоочистители 7, расположенные с правой и левой стороны тепловоза, и далее к всасывающим патрубкам турбокомпрессоров, которые являются первой ступенью сжатия воздуха. Из нагнетателей 6 правого и левого турбокомпрессоров сжатый воздух подается по расположенным с обеих сторон в верхней части дизеля воздуш-

Put-. 106. Принципиальная схема системы воздухоснабжения дизеля ЮДЮО (тепловоз

2ТЭ10В):

1 - дизель; 2 - редуктор повышающий; 3 - нагнетатель второй ступени проводной центробежный; 4 - охладитель наддувочного воздуха; 5 газовые турбины; b - нагнетатели первой ступени; 7 - воздухоочиститель: 8 - дверки для эвбора воздуха из кузова; 9 - жалюзи для забора воздуха из атмосферы; 10 -

стенка кузованым трубопроводам к агрегату второй ступени наддува - центробежному нагнетателю 3, который приводится во вращение через редуктор от верхнего коленчатого вала дизеля. После дополнительного сжатия в нагнетателе второй ступени воздух подается в охладители 4, установленные по обеим сторонам двигателя, и далее в наддувочные коллекторы (ресиверы), откуда через впускные окна во втулках поступает в цилиндры дизеля. Подача воздуха в цилиндры регулируется как бы автоматически: чем больше нагрузка дизеля, тем больше подается топлива в цилиндры, тем больше тепловой энергии в выпускных газах и выше частота вращения ротора турбокомпрессора, а следовательно, выше давление наддувочного воздуха и больше воздуха подается в цилиндры. Главными агрегатами системы воздухоснабжения дизеля ЮДЮО являются турбокомпрессоры, приводной нагнетатель с редуктором и воздухоохладители.

Дизель ПД1М. Дизель ПД1М, установленный на маневровом тепловоза ТЭМ2, четырехтактный, и поэтому энергии отработавших газов на всех режимах работы достаточно для привода турбокомпрессора, т. е. для по

Рис. 107. Принципиальная схема системы воздухоснабжения дизеля ПД1М (тепловоз ТЭМ2):

1 - жалюзи для забора воздуха из атмосферы; 2 - стенка кузова; 3 - воздухоочиститель непрерывного действия; 4 - нагнетатель: 5 - воздухоохладитель; 6 - коллектор наддувочный: 7 - турбина газовая: 8 - клапан выпускной; 9 - форсунка: 10 -- клапан впускной; 11 - цилиндр дизеля: 12 поршень; 13 - шатун; 14 - коленчатый вал: 1-ї трубопровод выпускной; 16' - рукав гибкий; 17 - дверки для забора воздуха из-под капота Рис. 108. Принципиальная схема системы воздухоснабжения дизеля 2А-5Д49 (тепловоз ТЭП70):

1 - жалюзи на кузове; 2 - кассета подвижная; 3 - стенка кузова; 4 - воздухоочиститель; 5 жалюзи внутренние; 6 - кассета неподвижная; 7 - турбокомпрессор: 8 - охладитель наддувочного воздуха: 9 - воздушный ресивер; 10 -- выпускной патрубок; 11 - дизель; 12 - клапандачи в цилиндры необходимого количества воздуха требуемого давления. Следовательно, в применении двухступенчатого сжатия воздуха с использованием нагнетателя, имеющего механический привод от коленчатого вала, нет необходимости.

Воздух из окружающей среды (рис. 107) через жалюзи 1 (или из кузова через открытые дверки 17) поступает в воздухоочиститель 3 непрерывного действия, расположенный с правой стороны тепловоза, а оттуда через гибкий рукав к всасывающей полости центробежного нагнетателя 4 турбокомпрессора. Сжатый в нагнетателе воздух направляется в воздухоохладитель 5, где его температура понижается. Далее сжатый воздух по впускному (наддувочному) коллектору и впускным патрубкам поступает к впускным клапанам, расположенным в цилиндровых крышках. В период наполнения, когда впускные клапаны 10 открыты, воздух проходит в цилиндры и заполняет пространство, освобождаемое движущимся вниз поршнем. Отработавшие газы удаляются из цилиндра через выпускные клапаны 8 и по выпускному трубопроводунаправляются к газовой турбине 7 турбокомпрессора; здесь тепловая энергия отработавших газов преобразуется в механическую энергию вращения ротора турбокомпрессора.

Дизель 2А-5Д49. На боковых стенках с обеих сторон кузова (рис. 108) в средней части его расположены двухступенчатые воздухоочистители 4, предназначенные для фильтрации воздуха, поступающего в дизель. Воздух засасывается из окружающей среды через регулируемые жалюзи 1 или из машинного помещения через жалюзи 5. Пройдя фильтры, воздух поступает в нагнетатель И турбокомпрессора 7. Дизель 2А-5Д49, как и другие тепловозные дизели, снабжен системой газотурбинного наддува с одноступенчатым сжатием воздуха и последующим его охлаждением в трубчатом воздухоохладителе 8. После охлаждения воздух поступает в ресивер 9 блока, проходящий в развале цилиндровых рядов вдоль всего дизеля, а оттуда через впускные клапаны в период наполнения проходит в полости цилиндров.

Нагнетатель турбокомпрессора приводится во вращение от газовойтурбины Т. Нагнетатель и газовая турбина смонтированы в одном корпусе и представляют единый агрегат - турбокомпрессор. Отработавшие газы из цилиндров дизеля через открытые в период выпуска клапаны 12 поступают в выпускные патрубки 10, расположенные с наружной стороны дизеля, и далее в газовую турбину, где энергия газов используется для приведения во вращение ротора турбокомпрессора. Из турбины отработавшие газы по выпускному патрубку направляются в глушитель и далее в атмосферу.

⇐ | Система управления дизелем ПД1М | | Тепловозы: Механическое оборудование: Устройство и ремонт | | Оборудование систем воздухоснабження дизелей | ⇒

Особенности двигателя TSI в автомобилях Volkswagen

Силовыми агрегатами TSI комплектуются все современные модели Volkswagen. Аббревиатура от Turbo Stratified Injection обозначает двигатель, в котором впрыск топлива происходит непосредственно в цилиндр, а воздух нагнетается двойным турбонаддувом.

В результате эксплуатационные характеристики мотора более высокие, чем у двигателя с обычной турбиной, но из-за этого ему требуется более качественное обслуживание, которое нереально осуществить в кустарных условиях.

Этот тип двигателя самый популярный среди автомобилей Volkswagen. На Passat В8, Passat СС, Tiguan устанавливают сейчас (2016 года) только двигатели типа TSI. На  Golf и Jetta кроме TSI устанавливают также MPI. Единственная модель, которая не комплектуется TSI — Туарег.

Каким образом работает двойной турбонаддув?

Для понимания принципа действия двойного турбонаддува стоит рассмотреть, как формируется воздушно-топливная смесь на разных оборотах:

• до 2 400 об/мин работает исключительно механический компрессор, а турбокомпрессор простаивает, поскольку нет необходимости в дополнительной мощности и недостаточно давления выхлопных газов;
• от 2 400 до 3 500 об/мин для нагнетания воздуха подключается турбокомпрессор, но только если электроника регистрирует очень динамичное увеличение потребности в мощности, к примеру, при резком старте с места;
• от 3 500 об/мин и выше заслонка турбокомпрессора полностью открыта и он один работает на нагнетание воздуха.

В результате такого комплексного подхода становится возможным тонкое изменение мощности двигателя в большом диапазоне оборотов. Практически отсутствует «турбояма», которая характерна для силовых агрегатов с классической турбиной. В механическом нагнетателе используется редуктор, благодаря которому скорость вращения компрессора достигает 17 500 об/мин для наиболее эффективного давления в системе подачи воздуха.

Особенности охлаждения моторов TSI

Здесь применяется система охлаждения из двух контуров: один для головки блока цилиндров, а второй для самого блока. Количество охлаждающей жидкости в 2 раза больше в головке цилиндров, чтобы быстрее выполнялся прогрев и снижалась вероятность её перегрева, поскольку она изначально нагревается более интенсивно, чем блок цилиндров. Дополнительно система оснащена двумя термостатами, которые срабатывают при температуре в 80 и 95 °C.

Для охлаждения турбины используется еще более интересная схема. Дополнительный водяной насос с электроприводом охлаждает её в течение еще 15 мин. после остановки двигателя. В результате сложный механизм никогда не перегревается, что увеличивает его ресурс.

Недостатки технологии

Наибольшим минусом этих двигателей является их относительно плохой прогрев в холодное время года. Классическая схема разогрева на холостых оборотах в минусовую температуру малоэффективна — вам придётся долго ожидать тепла из дефлектора отопителя. В такую погоду на рабочую температуру мотор выходит достаточно долго даже при езде. К сожалению, такая плата за отменные рабочие параметры этих силовых агрегатов.

Рекомендации по эксплуатации

Любая вещь, созданная человеком, рано или поздно придёт в негодность и даже такие качественные двигатели не вечны. Однако если вы будете использовать качественные расходники и уделите пристальное внимание на состояние цепи ГРМ, то детище немецких инженеров не будет расстраивать вас форс-мажорными поломками в течение многих десятков тысяч километров.

Нюанс с долгим прогревом можно просто решить. Достаточно установить автономный предпусковой подогреватель мотора. Ведь такие приспособления уже не первое десятилетие используются в грузовиках и в нашем случае они помогут вам не мёрзнуть во время коротких зимних поездок.

Системы пуска и реверсирования - MirMarine

Системы пуска

Задача пусковой системы состоит в раскручивании двигателя до оборотов, при которых создаваемые в цилиндрах давление и температуры сжимаемого воздуха будут достаточны для самовоспламенения впрыскиваемого топлива. Раскручивание судовых дизелей осуществляется сжатым воздухом, и лишь пуск быстроходных двигателей небольшой мощности производится с помощью электростартера или пусковой турбинки, работающей на сжатом воздухе.

Процесс пуска включает следующие три этапа:

• интенсивный разгон двигателя в начальный период под действием давления пускового воздуха, поступившего в цилиндр, поршень которого находился в пусковом положении;
• последующий разгон двигателя под давлением воздуха, поступающего в остальные цилиндры в соответствии с порядком их работы;
• переход двигателя на работу на топливе.

Подача пускового воздуха осуществляется в тот цилиндр, поршень которого находится в положении, соответствующем такту расширения. Обычно это соответствует положению соответствующего колена вала на участке 1-6° за ВМТ и до 100-110° п.к.в. В этот момент в цилиндр через специальный пусковой клапан поступает сжатый воздух. Под его давлением поршень движется вниз, вращая коленчатый вал. В дальнейшем в период пуска воздух поступает последовательно во все цилиндры в порядке их работы. Особенно тяжелые условия пуска создаются в главных судовых дизелях с прямой передачей на гребной винт, так как энергия пускового воздуха должна преодолеть не только энергию на раскручивание самого двигателя, но и сопротивление вращению гребного винта с присоединенными к нему массами воды.

В системе с пневматически управляемыми пусковыми клапанами (рис. 13.1) сжатый воздух подводится от главного пускового (маневрового) клапана 3 по трубе 4 одновременно ко всем пусковым клапанам 5 цилиндров. Однако клапаны пока остаются закрытыми. Когда поршень какого-либо цилиндра находится в пусковом положении к его пусковому клапану от воздухораспределителя 1, соединенного с главным пусковым клапаном трубопроводом 2, будет подан воздух. Он откроет клапан, и рабочий воздух поступит в цилиндр и, надавив на поршень, приведет вал во вращение.

Пуск сжатым воздухом может производиться как с одновременной подачей топлива в цилиндры (смешанный пуск), так и без нее (раздельный пуск).

Минимальное число цилиндров, при котором обеспечивается пуск из любого положения коленчатого вала, составляет у дизелей: четырехтактных i_мин = 6, двухтактных i_мин =4.

Устройство пусковой системы.

Главный пусковой клапан служит для осуществления многократных пусков при открытых разобщительных клапанах на баллонах пускового воздуха и разгрузки пусковой магистрали после завершения пуска.

Главный пусковой клапан дизеля (рис. 13.2) состоит из тарелки 3, вспомогательного разгрузочного клапана 4 и поршня 2 управляющего цилиндра, нагруженного пружиной 1. Воздух из пусковых баллонов поступает в полость Б главного пускового клапана и одновременно через клапан управления пуском на посту управления в полость А управляющего цилиндра. При этом главный пусковой клапан закрыт, а пусковой трубопровод через вспомогательный клапан 4 сообщен с атмосферой. При установке рукоятки на посту управления в положение «Пуск» клапан управления пуском сообщает полость А управляющего цилиндра с атмосферой. Главный пусковой клапан открывается, и воздух поступает к пусковым клапанам рабочих цилиндров; клапан 4 разобщает пусковую магистраль с атмосферой.

В аварийных случаях клапан может быть открыт или закрыт с помощью штока с маховиком. Воздухораспределитель служит для управления моментами открытия и закрытия пусковых клапанов на цилиндрах в порядке их работы. По конструкции воздухораспределители подразделяются на дисковые, золотниковые и клапанные.

Принцип работы золотникового воздухораспределителя (рис. 13.3). При открытии главного пускового клапана воздух заполняет полость А. За счет разности площадей поясков 2 и 3 золотник прижимается к шайбе 4, имеющей отрицательный профиль. При вращении шайбы и попадании хвостовика золотника во впадину шайбы полость А соединяется с каналом В, ведущим к управляющему цилиндру пускового клапана одного из цилиндров. После закрытия главного пускового клапана золотник с помощью пружины 1 отжимается от шайбы 4. Канал В сообщается с полостью Б, соединенной с атмосферой, и магистраль управляющего воздуха разгружается. При реверсе распределительный валик воздухораспределителя сдвигается в осевом направлении, и под хвостовики золотников подводится второй комплект кулачных шайб.

Поступающий к воздухораспределителю пусковой воздух давит на все управляющие клапаны 5, сидящие на кулаке 2. В зависимости от положения управляющих клапанов 5 пусковой клапан под давлением воздуха, поступающего от соответствующего управляющего клапана, открывается в том цилиндре, поршень которого находится в пусковом положении (за ВМТ). Под действием давления воздуха поршень приходит в движение и вращает коленчатый вал.

Кулак 2 также вращается, и следующий по порядку работы цилиндров управляющий клапан 5 активируется и подает воздух в следующий цилиндр. При достижении заданных оборотов система ДАУ включает подачу топлива, и пусковой режим прекращается. Подача сжатого воздуха в пусковую систему прекращается, и она сообщается с атмосферой, управляющие клапаны 5 пружинами поднимаются над кулаками, и процесс пуска прекращается.

В двигателях «МАН Бурмейстер и Вайи» при реверсе распределительный валик воздухораспределителя смещается, в осевом направлении и под хвостовики золотников подводится второй комплект кулачных шайб, соответствующих заднему ходу.

Пусковые клапаны служат для подачи сжатого воздуха в цилиндры при пуске дизеля. Клапаны открываются воздухом, поступающим к их управляющим поршням от воздухораспределителя.

Пусковой клапан дизеля «Бурмейстер и Вайн» (рис.13.5а) состоит из штока 6 с тарелкой 8 и направляющими ребрами 7, уравновешивающего поршня 5, пружины 4 и управляющего поршня 3. Масленка 2 и тавотница 1 служат для подачи смазки. Воздух от главного пускового клапана подводится в полость между уравновешивающими поршнем и тарелкой клапана, а от воздухораспределителя - в полость над управляющим поршнем.

Пусковой клапан дизеля «Зульцер» (рис.13.56) состоит из корпуса, штока 6, клапана с тарелкой 7 и уравновешивающим поршнем 5, управляющих поршней 4 и 3 и пружины 1. Управляющий поршень 3 выполнен дифференциальным. Управляющий воздух для открытия клапана подается от воздухораспределителя в полость А; одновременно полость под поршнем 4 воздухораспределитель сообщает с атмосферой. Давление управляющего воздуха действует вначале только на меньшую площадь дифференциального поршня 3. Клапан начнет открываться, если давление управляющего воздуха равно или больше давления в цилиндре. Этим предотвращается забрасывание пламени из цилиндра в пусковой трубопровод при применении смешанного пуска, когда в цилиндр подаются одновременно сжатый воздух и топливо.

После небольшого перемещения поршня 3 вниз уплотнительное кольцо малого поршня открывает прорези 2, через которые воздух поступает в полость Б, и клапан начинает быстро открываться за счет давления на полную площадь дифференциального поршня.

Для закрытия клапана управляющий воздух из воздухораспределителя подается в полость В; одновременно полости А и Б сообщаются с атмосферой. Клапан начинает закрываться за счет воздействия воздуха на поршень 3. Перед посадкой клапана на седло управляющий поршень 4 отсекает поступление воздуха в полость В, и закрытие осуществляется путем воздействия воздуха на поршень 4; одновременно малый поршень 3 разобщает полость Б с атмосферой. Оставшийся в полости Б воздух по каналам К перетекает в полость В, что обеспечивает торможение и мягкую посадку клапана на седло.

Надежность пуска зависит от следующих факторов:

• степень износа цилиндро-поршневой группы и в первую очередь поршневых колец;
• тепловое состояние двигателя перед пуском;
• давление пускового воздуха;
• состояние топливовпрыскивающей аппаратуры, давление распыливания и величина цикловой подачи при пуске.

При пуске холодного двигателя от сжимаемого в цилиндрах воздуха отбирается большое количество тепла, в итоге температура и давление в цилиндре могут оказаться низкими и недостаточными для самовоспламенения впрыскиваемого топлива. Приходится долго раскручивать двигатель на воздухе, подаваемое топливо, не воспламеняясь, скапливается в цилиндре и при воспламенении очередной порции топлива в реакцию сгорания вовлекается ранее не сгоревшее топливо. Это приводит к чрезмерному росту давлений в цилиндре, подрываются предохранительные клапаны, увеличиваются механические нагрузки на подшипники, донышки поршней и крышек цилиндров. Известны случаи появления в них трещин. К подобным явлениям приводит также пуск двигателя при низких давлениях пускового воздуха. Скорость вращения его на воздухе мала, увеличиваются потери сжимаемого воздуха через неплотности поршневых колец, давления и температуры в конце сжатия оказываются недостаточными для надежного самовоспламенения. Этому также способствует низкое давление распыливания, создаваемое ТНВД при низких оборотах. К взрывам в цилиндрах может приводить также чрезмерно большая цикловая подача топлива, поступающего в цилиндр при совмещенном пуске.

Практические рекомендации.

1. Избегать пуска двигателя при низких давлениях пускового воздуха, особенно если двигатель не был предварительно прогрет.

2. Обязательно прогревать двигатели перед пуском. Для этого осуществлять прокачивание через блок двигателя горячей воды, выходящей из работающих дизелей.

3. Подбирать величину цикловой подачи топлива такой, чтобы она не была чрезмерно большой и не вызывала взрывного сгорания и в то же время была достаточной для должного распыливания и самовоспламенения. При пуске со взрывами - при наличии ДАУ внести изменения в ее программу.

Системы реверсирования

Система реверса служит для изменения направления вращения коленчатого вала мало- и среднеоборотных судовых дизелей. Независимо от принципа работы и способа исполнения устройство для реверсирования дизеля должно обеспечивать правильное чередование и изменение фаз распределения органов пуска, газораспределения, топливоподачи, а также реверсирование навешенных на дизель вспомогательных механизмов. Необходимость изменения фаз распределения при реверсировании дизеля вытекает из следующего. Предположим, что кривошипы коленчатого вала шестицилиндрового дизеля занимают положение, показанное на рис. 13.6а. В рассматриваемом варианте для пуска дизеля в направлении «Вперед» необходимо подать воздух в пятый цилиндр, который в рассматриваемом случае находится в пусковом положении, и диск дискового воздухораспределителя (или пусковая шайба воздухораспределителя со звездообразным расположением золотников) соответственно должен находиться в положении, при котором воздух после открытия главного пускового клапана должен поступить к пусковому клапану пятого цилиндра (рис. 13.66). При этом пусковая шайба будет вращаться против часовой стрелки.

Для пуска дизеля «Назад» из того же положения пусковой воздух необходимо подать в четвертый цилиндр.

Для этого диск (или шайбу) необходимо повернуть в положение, показанное на рис. 13в; диск будет вращаться по часовой стрелке.

Очевидно, что воздухораспределитель с рядным расположением золотников должен иметь по две кулачные шайбы (переднего и заднего хода) для каждого золотника, и его распределительный валик при реверсировании должен смещаться в осевом направлении.

Предположим также, что при работе четырехтактного дизеля «Вперед» в одном из цилиндров закончился процесс расширения и поршень находится в НМТ. Так как выпускной клапан начинает открываться до НМТ, то при рассматриваемом положении поршня выступ кулачной шайбы 3 уже набежит на ролик 1 толкателя выпускного клапана (рис. 13.7а), и он будет открыт на величину h. Если с этого момента вал дизеля должен изменить направление вращения на обратное, то процесс выпуска независимо от направления вращения должен продолжаться, а следовательно, должен открываться и выпускной клапан. Однако при обратном вращении распределительного вала кулачная шайба 3 уже не может открыть клапан и требуется установка второй шайбы 2, зеркально расположенной по отношению к первой. Таким образом, для возможности работы дизеля «Вперед» и «Назад» необходимо иметь по две кулачные шайбы для каждого клапана.

Подача топлива в цилиндр обычно начинается до ВМТ и заканчивается после нее по прошествии 20-25° п.к.в. Следовательно, при положении поршня в ВМТ плунжер ТНВД еще продолжает свой нагнетательный ход, и кулачная шайба топливного насоса должна быть заклинена по отношению к кривошипу с отставанием на угол φ (рис.13.76). Точки НП и КП на профиле шайбы соответствуют началу и концу подачи топлива; их расположение зависит от способа регулирования ТНВД и цикловой подачи топлива. При реверсировании дизеля рабочий участок шайбы НП-КП находится на другой стороне ее профиля. Поэтому распределительный вал необходимо развернуть на угол 2 φ (если шайбы имеют симметричный профиль) или сместить его в осевом направлении и подвести под ролики толкателей ТНВД другой комплект кулачных шайб.

В двигателях МАН-МС (см. рис. 13.8) топливный кулак имеет симметричный профиль и реверсирование фаз топливоподачи не требует разворота распределительного вала, а осуществляется перекидыванием ролика 3 с помощью сервомотора 4 с профиля кулака 1 на 2 или наоборот.

Процесс реверсирования главных судовых дизелей является весьма напряженным, так как при реверсировании во время хода судна приходится быстро тормозить не только вращающийся вал двигателя, но и гасить инерцию движения судна. После подачи сигнала «Стоп» (выключения подачи топлива) крутящий момент двигателя падает до нуля, но его вал продолжает вращаться под действием инерции движущихся масс двигателя, а также в силу того, что гребной винт за счет продолжающегося движения судна переходит в режим гидротурбины. Процесс торможения составляет 2-10 минут в зависимости от скорости хода судна, его водоизмещения и характеристик гребного винта. Реверсирование двигателя может быть осуществлено лишь после остановки двигателя. Если же на ходу судна поступает команда «Полный назад», то обстоятельства заставляют прибегнуть к быстрой остановке двигателя за счет подачи контрвоздуха в цилиндры, в которых в этот период происходит такт сжатия.

Реверсирование двигателя на ходу судна включает следующие операции:

• выключение подачи топлива;
• реверсирование газораспределительных органов и топливоподачи из положения «Вперед» в положение «Назад» еще при вращающемся вале;
• торможение двигателя контр-воздухом;
• пуск двигателя в требуемом направлении и перевод на работу на топливе.

Торможение контрвоздухом осуществляется после реверсирования воздухораспределителя, тогда пусковой воздух к пусковым клапанам начнет поступать за 65-110° п.к.в. до прихода поршней в ВМТ и тем самым тормозить их движение.

Нужно иметь в виду, что режим реверсирования с контрвоздухом является весьма напряженным и к нему следует прибегать лишь в экстренных ситуациях.

Литература

Судовые двигатели внутреннего сгорания - Возницкий И.В. Пунда А.С. [2010]

Похожие статьи

Типы систем подачи топлива двигателя: типы впрыска

Впрыск топлива - это способ доставки топлива в двигатель внутреннего сгорания - так можно сказать в широком смысле. Дизельные двигатели используют гидравлическую систему впрыска топлива, в то время как двигатели с искровым зажиганием (работающие на бензине, КПГ, СНГ, этаноле и т. Д.) Немного отличаются.

Двигатели с искровым зажиганием можно разделить на системы по типу и расположению топливных форсунок:

SPI - Одна форсунка, расположенная в коллекторе, подает топливо во все цилиндры и управляется электроникой.Он имеет узел впрыска, содержащий электромагнитный топливный инжектор, расположенный по центру перед дроссельной заслонкой, и дозирует топливо по частям во впускной коллектор. Системы Bosch SPI имеют маркировку Mono-Jetronic (впрыск не интегрирован в систему зажигания) или Mono-Motronic (впрыск интегрирован в систему зажигания). Теперь, когда технология продвинулась вперед, они менее эффективны, чем новые приложения, но представляют собой очень важный шаг в развитии движка.

MPI - Обозначение, среди прочего, используемых бензиновых двигателей.в в автомобилях VW, Seat и Skoda с многоточечным впрыском топлива. В двигателях этого типа каждый цилиндр имеет отдельный инжектор, который расположен в коллекторе перед впускным клапаном. В эпоху повсеместной электроники время открытия форсунок контролируется компьютером и электроникой, что гарантирует более высокую точность и аккуратность. Это своего рода более сложная инъекция, но очень эффективная и экологически чистая.

См. Также: Различия между прямым и непрямым впрыском

Из-за управления несколькими форсунками в системе MPI существуют разные решения:

• последовательный (SFI - последовательный впрыск топлива) - каждая форсунка управляется независимо и имеет независимо рассчитанный крутящий момент, иногда также дозу топлива, обычно для каждого цилиндра отдельно
• Группа - форсунки соединены группами и управляются в зависимости от системы, система вычисляет дозу для «среднего» цилиндра или коллектора (например,популярные старые системы Ford EECIV)
• общий - в настоящее время не используется, система MPI управляется совместно, как одна система SPI, но с несколькими инжекторами.

DI - форсунка размещена в цилиндре.

Также следует помнить, что раньше был еще и карбюраторный подвод, внутри которого топливо обогащалось воздухом.В результате образовалась топливно-воздушная смесь, питающая двигатель. Огромным преимуществом карбюраторной системы является ее простота и удобство использования. Когда он был «забит», его легко было снять и почистить. Кроме того, в случае сложного зимнего запуска бензин можно было впрыскивать непосредственно в центральную часть карбюратора, что значительно облегчало запуск. То же было и в случае нехватки топлива и попыток запуска без топлива - воздух был выпущен в систему, но непосредственно доставленная доза поддерживала двигатель, поэтому топливо снова всасывалось по трубам.К сожалению, сегодня это невозможно.

Но были и недостатки: он был безумно неэффективным, тратил много топлива. В незапамятные времена, когда топливо было дешевым, это было не так, но сегодня заправка старого двигателя топливом может быть головной болью. Впрыски позволили повысить КПД (лучшее смешивание воздуха и топлива), уменьшить сгорание, но также увеличили сложность двигателя, что увеличило затраты на возможный ремонт.Кроме того, системы впрыска более экологичны, и это, видимо, сегодня важно.

См. Также: Как работает газовая установка с впрыском СНГ в жидкой фазе?

Дизельные двигатели (типы впрыска):

Секционный насос - исторически первое устройство, используемое для гидравлического впрыска топлива (1910 г.). Представляет собой набор насосов нагнетания топлива (так называемые секции впрыска), каждая секция обслуживает один цилиндр. Все секции соединены между собой зубчатой ​​рейкой, которая поворотом всех поршней по продольной оси регулирует дозу топлива (мощность двигателя).

Достоинства секционного насоса:

• технология изготовления разработана,
• небольшой сложный ремонт.

Недостатки секционного насоса:

• сложность получения соответствующего класса выбросов
• нестабильность оборотов двигателя
• сложность точной регулировки дозы топлива для всех секций насоса,
• высокая стоимость изготовления (прецизионная обработка много деталей),
• более высокий удельный расход топлива по сравнению с другими технологиями впрыска.

См. Также: Как работает инжектор?

Распределительный насос - устройство, используемое в двигателе с воспламенением от сжатия, представляет собой крыльчатый насос, внутри которого находится цилиндр и поршни, обеспечивающие соответствующую дозу топлива. Он также используется для двигателей с непрямым и прямым впрыском.

Распределительный насос превосходит секционный в следующих областях:

• более точное дозирование топлива, чем в секционном насосе
• меньший удельный расход топлива двигателем
• стабильность работы (доза топлива не увеличивается с увеличение оборотов)
• более высокая чистота выхлопных газов
• технология освоена, сравнительно невысокая цена
• малые внешние размеры (простота монтажа)

Распределительный насос также имеет недостатки, среди которых: очень малые рабочие зазоры и простота монтажа. изъять в случае загрязнения)

Все более строгие стандарты на выбросы выхлопных газов и требования к низкому расходу топлива создают дополнительные условия, к которым система впрыска и система управления дизельным двигателем должны адаптироваться. Чтобы соответствовать этим требованиям и получить правильную смесь, система впрыска должна впрыснуть дозу топлива в камеру сгорания под высоким давлением. Дозировка топлива должна быть максимально точной.

Динамичным развитием дизельных двигателей мы обязаны разработке Bosch ТНВД и повышению точности форсунок. Десятилетия работы над новыми конструктивными решениями привели к созданию нескольких типов систем впрыска .

Система впрыска с роторным насосом

Традиционная система заправки дизельного двигателя. Используется в системах впрыска низкого давления. Роторный (распределительный) насос, благодаря своей относительно простой конструкции, дешево отремонтировать или купить.

Несмотря на многочисленные преимущества, эта система постепенно заменяется более новыми системами впрыска топлива. В основном это связано с высокими выбросами углекислого газа на единицу работы.

Система Common Rail

Несмотря на то, что это кажется совершенно новым решением, эта система уже была разработана в 1986 году. Технологические проблемы вызвали значительную задержку внедрения этой системы в серийное производство. Однако примерно через 10 лет, когда эта система получила широкое распространение, она быстро стала очень популярной.

Система Common Rail

(фото: пресс-материалы / Bosch)

Характерной чертой Common Rail является электронное, очень точное управление форсунками. Это позволяет разделить работу форсунки на несколько этапов , в зависимости от текущего рабочего состояния двигателя.

Он отличается от традиционных систем впрыска Common Rail в основном более плавной работой, меньшим расходом топлива, лучшей производительностью, а также более низким уровнем шума и выбросов выхлопных газов.Непрерывная работа по совершенствованию системы привела к созданию системы CR четвертого поколения. Характерной чертой является высокое давление впрыска от 1300 до 2000 бар. Простая конструкция и небольшое количество механических элементов позволяют относительно небольшой вес двигателя.

Насос-форсунки

Впервые они были применены в грузовике Volvo в 1994 году. Система состоит из впрыскивающего элемента и поршневого насоса. Они приводятся в действие распределительным валом, на который должны опираться дополнительные кулачки. Давление впрыска составляет примерно 2000–2200 бар.