Система питания топливом бензинового (карбюраторного) двигателя
Система питания топливом бензинового двигателя ⭐ предназначена для размещения и очистки топлива, а также приготовления горючей смеси определенного состава и подачи ее в цилиндры в необходимом количестве в соответствии с режимом работы двигателя (за исключением двигателей с непосредственным впрыском, система питания которых обеспечивает поступление бензина в камеру сгорания в необходимом количестве и под достаточным давлением).
Бензин, как и дизельное топливо, является продуктом перегонки нефти и состоит из различных углеводородов. Число атомов углерода, входящих в молекулы бензина, составляет 5 — 12. В отличие от дизелей в бензиновых двигателях топливо не должно интенсивно окисляться в процессе сжатия, так как это может привести к детонации (взрыву), что отрицательно скажется на работоспособности, экономичности и мощности двигателя. Детонационная стойкость бензина оценивается октановым числом.
Чем больше оно, тем выше детонационная стойкость топлива и допустимая степень сжатия. У современных бензинов октановое число составляет 72—98. Кроме антидетонационной стойкости бензин должен также обладать низкой коррозионной активностью, малой токсичностью и стабильностью.
Поиск (исходя из экологических соображений) альтернатив бензину как основному топливу для ДВС привел к созданию этанолового топлива, состоящего в основном из этилового спирта, который может быть получен из биомассы растительного происхождения. Различают чистый этанол (международное обозначение — Е100), содержащий исключительно этиловый спирт; и смесь этанола с бензином (чаще всего 85 % этанола с 15 % бензина; обозначение — Е85). По своим свойствам этаноловое топливо приближается к высокооктановому бензину и даже превосходит его по октановому числу (более 100) и теплотворной способности. Поэтому данный вид топлива может с успехом применяться вместо бензина. Единственный недостаток чистого этанола — его высокая коррозионная активность, требующая дополнительной защиты от коррозии топливной аппаратуры.
К агрегатам и узлам системы питания топливом бензинового двигателя предъявляются высокие требования, основные из которых:
- герметичность
- точность дозирования топлива
- надежность
- удобство в обслуживании
В настоящее время существуют два основных способа приготовления горючей смеси. Первый из них связан с использованием специального устройства — карбюратора, в котором воздух смешивается с бензином в определенной пропорции. В основу второго способа положен принудительный впрыск бензина во впускной коллектор двигателя через специальные форсунки (инжекторы). Такие двигатели часто называют инжекторными.
Независимо от способа приготовления горючей смеси ее основным показателем является соотношение между массой топлива и воздуха. Смесь при ее воспламенении должна сгорать очень быстро и полностью. Этого можно достичь лишь при хорошем смешении в определенной пропорции воздуха и паров бензина. Качество горючей смеси характеризуется коэффициентом избытка воздуха а, который представляет собой отношение действительной массы воздуха, приходящейся на 1 кг топлива в данной смеси, к теоретически необходимой, обеспечивающей полное сгорание 1 кг топлива.
Когда в цилиндры двигателя поступает смесь нормального состава, он работает устойчиво со средними показателями мощности и экономичности. При работе на обедненной смеси мощность двигателя несколько снижается, но заметно повышается его экономичность. На бедной смеси двигатель работает неустойчиво, его мощность падает, а удельный расход топлива возрастает, поэтому чрезмерное обеднение смеси нежелательно. При поступлении в цилиндры обогащенной смеси двигатель развивает наибольшую мощность, но и расход топлива также увеличивается. При работе на богатой смеси бензин сгорает неполностью, что приводит к снижению мощности двигателя, росту расхода топлива и появлению копоти в выпускном тракте.
Карбюраторные системы питания
Рассмотрим сначала карбюраторные системы питания, которые еще недавно были широко распространены. Они более просты и дешевы по сравнению с инжекторными, не требуют высококвалифицированного обслуживания в процессе эксплуатации и в ряде случаев более надежны.
Система питания топливом карбюраторного двигателя включает в себя топливный бак 1, фильтры грубой 2 и тонкой 4 очистки топлива, топливоподкачивающий насос 3, карбюратор 5, впускной трубопровод 7 и топливопроводы. При работе двигателя топливо из бака 1 с помощью насоса 3 подается через фильтры 2 и 4 к карбюратору. Там оно в определенной пропорции смешивается с воздухом, поступающим из атмосферы через воздухоочиститель 6. Образовавшаяся в карбюраторе горючая смесь по впускному коллектору 7 попадает в цилиндры двигателя.
Топливные баки в силовых установках с карбюраторными двигателями аналогичны бакам систем питания дизелей. Отличием баков для бензина является лишь их лучшая герметичность, не позволяющая бензину вытечь даже при опрокидывании ТС.
Для сообщения с атмосферой в крышке наливной горловины бака обычно устанавливают два клапана — впускной и выпускной. Первый из них обеспечивает поступление в бак воздуха по мере расходования топлива, а второй, нагруженный более сильной пружиной, предназначен для сообщения бака с атмосферой, когда давление в нем выше атмосферного (например, при высокой температуре окружающего воздуха).
Фильтры карбюраторных двигателей аналогичны фильтрам, применяемым в системах питания дизелей. На грузовых автомобилях устанавливаются пластинчато-щелевые и сетчатые фильтры. Для тонкой очистки используют картон и пористые керамические элементы. Кроме специальных фильтров в отдельных агрегатах системы имеются дополнительные фильтрующие сетки.
Топливоподкачивающий насос служит для принудительной подачи бензина из бака в поплавковую камеру карбюратора. На карбюраторных двигателях обычно применяют насос диафрагменного типа с приводом от эксцентрика распределительного вала.
В зависимости от режима работы двигателя карбюратор позволяет готовить смесь нормального состава (а = 1), а также обедненную и обогащенную смеси. При малых и средних нагрузках, когда не требуется развивать максимальную мощность, следует готовить в карбюраторе и подавать в цилиндры обедненную смесь. При больших нагрузках (продолжительность их действия, как правило, невелика) необходимо готовить обогащенную смесь.
Рис. Схема системы питания топливом карбюраторного двигателя:
1 — топливный бак; 2 — фильтр трубой очистки топлива; 3 — топливоподкачивающий насос; 4 — фильтр тонкой очистки; 5 — карбюратор; 6 — воздухоочиститель; 7 — впускной коллектор
В общем случае в состав карбюратора входят главное дозирующее и пусковое устройства, системы холостого хода и принудительного холостого хода, экономайзер, ускорительный насос, балансировочное устройство и ограничитель максимальной частоты вращения коленчатого вала (у грузовых автомобилей). Карбюратор может содержать также эконостат и высотный корректор.
Главное дозирующее устройство функционирует на всех основных режимах работы двигателя при наличии разрежения в диффузоре смесительной камеры. Основными составными частями устройства являются смесительная камера с диффузором, дроссельная заслонка, поплавковая камера, топливный жиклер и трубки распылителя.
Пусковое устройство предназначено для обеспечения пуска холодного двигателя, когда частота вращения проворачиваемого стартером коленчатого вала невелика и разрежение в диффузоре мало. В этом случае для надежного пуска необходимо подать в цилиндры сильно обогащенную смесь. Наиболее распространенным пусковым устройством является воздушная заслонка, устанавливаемая в приемном патрубке карбюратора.
Система холостого хода служит для обеспечения работы двигателя без нагрузки с малой частотой вращения коленчатого вала.
Система принудительного холостого хода позволяет экономить топливо во время движения в режиме торможения двигателем, т.
е. тогда, когда водитель при включенной передаче отпускает педаль акселератора, связанную с дроссельной заслонкой карбюратора.
Экономайзер предназначен для автоматического обогащения смеси при работе двигателя с полной нагрузкой. В некоторых типах карбюраторов кроме экономайзера для обогащения смеси используют эконостат. Это устройство подает дополнительное количество топлива из поплавковой камеры в смесительную только при значительном разрежении в верхней части диффузора, что возможно лишь при полном открытии дроссельной заслонки.
Ускорительный насос обеспечивает принудительный впрыск в смесительную камеру дополнительных порций топлива при резком открытии дроссельной заслонки. Это улучшает приемистость двигателя и соответственно ТС. Если бы ускорительного насоса в карбюраторе не было, то при резком открытии заслонки, когда расход воздуха быстро растет, из-за инерционности топлива смесь в первый момент сильно обеднялась бы.
Балансировочное устройство служит для обеспечения стабильности работы карбюратора.
Оно представляет собой трубку, соединяющую приемный патрубок карбюратора с воздушной полостью герметизированной (не сообщающейся с атмосферой) поплавковой камеры.
Ограничитель максимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя устанавливается на карбюраторах грузовых автомобилей. Наиболее широко распространен ограничитель пневмоцентробежного типа.
Инжекторные топливные системы
Инжекторные топливные системы в настоящее время применяются гораздо чаще карбюраторных, особенно на бензиновых двигателях легковых автомобилей. Впрыск бензина во впускной коллектор инжекторного двигателя осуществляется с помощью специальных электромагнитных форсунок (инжекторов), установленных в головку блока цилиндров и управляемых по сигналу от электронного блока. При этом исключается необходимость в карбюраторе, так как горючая смесь образуется непосредственно во впускном коллекторе.
Различают одно- и многоточечные системы впрыска. В первом случае для подачи топлива используется только одна форсунка (с ее помощью готовится рабочая смесь для всех цилиндров двигателя).
Во втором случае число форсунок соответствует числу цилиндров двигателя. Форсунки устанавливают в непосредственной близости от впускных клапанов. Топливо впрыскивают в мелко распыленной виде на наружные поверхности головок клапанов. Атмосферный воздух, увлекаемый в цилиндры вследствие разрежения в них во время впуска, смывает частицы топлива с головок клапанов и способствует их испарению. Таким образом, непосредственно у каждого цилиндра готовится топливовоздушная смесь.
В двигателе с многоточечным впрыском при подаче электропитания к электрическому топливному насосу 7 через замок 6 зажигания бензин из топливного бака 8 через фильтр 5 подается в топливную рампу 1 (рампу инжекторов), общую для всех электромагнитных форсунок. Давление в этой рампе регулируется с помощью регулятора 3, который в зависимости от разрежения во впускном патрубке 4 двигателя направляет часть топлива из рампы обратно в бак. Понятно, что все форсунки находятся под одним и тем же давлением, равным давлению топлива в рампе.
Когда требуется подать (впрыснуть) топливо, в обмотку электромагнита форсунки 2 от электронного блока системы впрыска в течение строго определенного промежутка времени подается электрический ток. Сердечник электромагнита, связанный с иглой форсунки, при этом втягивается, открывая путь топливу во впускной коллектор. Продолжительность подачи электрического тока, т. е. продолжительность впрыска топлива, регулируется электронным блоком. Программа электронного блока на каждом режиме работы двигателя обеспечивает оптимальную подачу топлива в цилиндры.
Рис. Схема системы питания топливом бензинового двигателя с многоточечным впрыском:
1 — топливная рампа; 2 — форсунки; 3 — регулятор давления; 4 — впускной патрубок двигателя; 5 — фильтр; 6 — замок зажигания; 7 — топливный насос; 8 — топливный бак
Для того чтобы идентифицировать режим работы двигателя и в соответствии с ним рассчитать продолжительность впрыска, в электронный блок подаются сигналы от различных датчиков.
Они измеряют и преобразуют в электрические импульсы значения следующих параметров работы двигателя:
- угол поворота дроссельной заслонки
- степень разрежения во впускном коллекторе
- частота вращения коленчатого вала
- температура всасываемого воздуха и охлаждающей жидкости
- концентрация кислорода в отработавших газах
- атмосферное давление
- напряжение аккумуляторной батареи
- и др.
Двигатели с впрыском бензина во впускной коллектор имеют ряд неоспоримых преимуществ перед карбюраторными двигателями:
- топливо распределяется по цилиндрам более равномерно, что повышает экономичность двигателя и уменьшает его вибрацию, вследствие отсутствия карбюратора снижается сопротивление впускной системы и улучшается наполнение цилиндров
- появляется возможность несколько повысить степень сжатия рабочей смеси, так как ее состав в цилиндрах более однородный
- достигается оптимальная коррекция состава смеси при переходе с одного режима на другой
- обеспечивается лучшая приемистость двигателя
- в отработавших газах содержится меньше вредных веществ
Вместе с тем системы питания с впрыском бензина во впускной коллектор имеют ряд недостатков.
Они сложны и поэтому относительно дорогостоящи. Обслуживание таких систем требует специальных диагностических приборов и приспособлений.
Наиболее перспективной системой питания топливом бензиновых двигателей в настоящее время считается довольно сложная система с непосредственным впрыском бензина в камеру сгорания, позволяющая двигателю длительное время работать на сильно обедненной смеси, что повышает его экономичность и экологические показатели. В то же время из-за существования ряда проблем системы непосредственного впрыска пока не получили широкого распространения.
Система питания двигателя
Система питания двигателя
Система питания двигателя предназначена для хранения возимого запаса топлива и подачи его в двигатель. В карбюраторных двигателях в цилиндры двигателя подается смесь бензина с воздухом. В дизелях дизельное топливо впрыскивается в камеры сгорания двигателя. Вот поэтому принципиальные схемы систем питания карбюраторных двигателей и дизелей различны.
Особенности устройства системы питания. Система питания карбюраторного двигателя состоит из ряда приборов и деталей. Бензин из бака, уровень в котором фиксируется указателем, проходит фильтр — отстойник. Насосом (он приводится в работу от двигателя) топливо подается к карбюратору. В карбюраторе образуется горючая смесь из частиц бензина и воздуха, поступающего через воздухоочиститель. Из впускной трубы эта смесь распределяется по цилиндрам двигателя 6. Отработавшие газы выпускной трубой выводятся к глушителю и далее в атмосферу.
Система питания дизеля вместо карбюратора имеет топливный насос высокого давления. Топливо подается топливным насосом в каждый цилиндр двигателя 9. Воздух из воздухоочистителя поступает во впускную трубу и от нее в камеры сгорания двигателя.
Рекламные предложения на основе ваших интересов:
Дополнительные материалы по теме:
Описанные приборы и детали сохраняются и у пожарного автомобиля.
Рис. 1. Система питания карбюраторного двигателя:
1 — бензиновый бак; 2 — указатель уровня бензина; 3 — воздухо—очиститель; 4 — карбюратор; 5 — впускная труба; 6 — двигатель; 7— выпускная труба; 8 — глушитель; 9 — насос; 10 — отстойник; 11 — топливный фильтр
После внесения изменений в конструкцию бензобаки испытывают под давлением 120 кПа (в течение 5 мин не должно обнаружиться течи воды).
Рис. 2. Система питания дизеля: 1 — топливный бак; 2 — указатель уровня топлива; 3 — топливный фильтр грубой очистки; 4 — топливоподающий насос; 5 — топливный фильтр тонкой очистки; 6 — топливный насос высо* кого давления; 7 — воздухоочиститель; 8 — впускная труба; 9 — двигатель; 10 — выпускная труба; 11 — глушитель
Рис.
3. Система выпуска отработавших газов:
1 — приемные патрубки; 2 —газоструйный вакуум-аппа-рат; 3 — глушитель; 4 — фланцевые соединения; 5 — телескопические соединения; 6 — обогреватель цистерны; 7 — обогреватель насосного отделения
Наибольшему изменению в системах питания двигателей базовых автомобилей, используемых для пожарных машин, подвергаются системы выпуска отработавших газов.
Система выпуска отработавших газов пожарных автомобилей показана на принципиальной схеме рис. 3. Она включает соединения с приемными патрубками, газоструйный вакуум-аппарат с сиреной, глушитель, обогреватели цистерны и насосного отделения. В системе используются фланцевые и телескопические соединения.
В зависимости от особенностей компоновки пожарного автомобиля, предполагаемых климатических условий его эксплуатации рассматриваемая схема системы выпуска отработавших газов может применяться полностью или частично.
У ряда автоцистерн нет обогревателей цистерн, например, АЦ-40 (131)-137, АЦ-30 (66)-146.
Обогрев цистерн у них обеспечивается размещением выпускных труб вблизи днищ цистерн. Суммарное сопротивление движению газов не должно превышать определенных пределов. Это обусловлено тем, что с увеличением сопротивлений повышается коэффициент остаточных газов в цилиндрах двигателя и, следовательно, уменьшается коэффициент наполнения и мощность двигателя.
При работе пожарного автомобиля на пожарах или учениях ухудшаются условия теплоотвода от деталей системы выхлопа, так как при работе на месте отсутствует омывание нагретых деталей потоком воздуха, имеющегося при движении автомобиля. Поэтому ряд деталей защищен теплоизоляционными щитками. С этой целью изгибают выхлопные трубы, удаляя их от механизмов трансмиссий (коробок передач, коробок отбора мощности и т. д.).
Обслуживание систем питания двигателей пожарных автомобилей производится с периодичностью и в объеме базового шасси.
—
Топливо из бака поступает в металлический ленточно-щелевой фильтр грубой очистки и по трубе в подкачивающий насос.
Рис. 4. Схема питания двигателя:
1 — соединительная трубка топливного бака; 2 — фильтр грубой очистки; 3 —фильтрующий элемент фильтра грубой очистки; 4 — спускная пробка; 5 — пружина; 6 —труба; 7 — регулятор; 8 — топливный насос; 9 — подкачивающий насос; 10 — воздухоочиститель; 11 — ручной насос; 12 — продувочная пробка; 13 — трубка от головки топливного насоса к подкачивающему насосу; 14 — трубка высокого давления; 15—впускной трубопровод; 16 — вихревая камера в головке двигателя; 17 — продувочный вентиль на фильтре тонкой очистки; 18 — форсунка; 19 — трубка от подкачивающего насоса к фильтру тонкой очистки; 20 — трубка от фильтра тонкой очистки к головке топливного насоса; 21 —трубка от фильтра тонкой очистки к бачку-компенсатору; 22 — бачок-компенсатор; 23 — фильтр тонкой очистки; 24 — пружина; 25 — трубка от бачка компенсатора к топливному манометру; 26 — топливный манометр
Ручной насос служит для заполнения топливной системы топливом перед пуском двигателя, а также для удаления воздуха из системы через вентиль и пробку в головке насоса.
При работе двигателя ручной насос выключают. От подкачивающего насоса топливо под давлением по трубке подается в фильтр тонкой очистки, который состоит из четырех фильтрующих элементов из хлопчатобумажной нити. Очищенное топливо по трубке нагнетается в головку топливного насоса, откуда попадает в плунжерные пары. Топливный насос с помощью регулятора в зависимости от нагрузки двигателя дозирует топливо и под давлением 10—14 МПа нагнетает его в необходимой очередности к форсунке по трубке высокого давления.
При давлении 0,5 МПа игла распылителя форсунки, отжимая пружину, приподнимается и топливо впрыскивается в вихревую камеру. Просачивающееся между иглой и корпусом распылителя топливо сливается через трубку. Излишнее топливо из головки топливного насоса по трубке возвращается в подкачивающий насос. Воздух для образования смеси всасывается из атмосферы через трехступенчатый воздухоочиститель и впускной трубопровод.
Топливный насос состоит из четырех плунжерных пар и кулачкового вала с приводом от шестерни коленчатого вала через промежуточную шестерню, шестерню привода, шлицевой фланец и шлицевую втулку.
Частота вращения кулачкового вала в два раза меньше частоты коленчатого вала. Кулачки на валу расположены так, чтобы обеспечить порядок работы цилиндров двигателя 1—3—4—2.
Перемещением рейки управляет центробежный регулятор. Рычагом регулятора первоначально устанавливают рейку, а значит, и плунжеры на определенные частоты вращения дизеля. В дальнейшем при увеличении нагрузки на дизель его частоты падают, на что реагируют грузики регулятора — они сходятся. Под действием пружин рейка идет вправо и поворачивает все плунжеры, увеличивая подачу топлива. Двигатель набирает необходимые частоты вращения. Допустим, нагрузка с двигателя снята, частоты вращения его начинают при прежней подаче топлива возрастать. И опять реагирует центробежный регулятор: под действием центробежной силы грузики регулятора разойдутся, сожмут пружины и через муфту и тягу переместят рейку влево. Подача топлива уменьшается, двигатель снова будет работать на необходимых частотах. Центробежный регулятор автоматически поддерживает заданную частоту вращения вала двигателя при изменении нагрузки.
Он также ограничивает наибольшую частоту вращения вала и обеспечивает устойчивую работу двигателя. При пуске дизеля натягивают рукоятку обогатителя (увеличивают ход рейки вправо) и подача топлива максимально увеличивается.
Бензиновый двигатель | Эксплуатация, топливо и факты
V-образный двигатель
См. все СМИ
- Ключевые сотрудники:
- Зигфрид Маркус Готлиб Даймлер Карл Бенц
- Похожие темы:
- рядный двигатель Г-образный двигатель двигатель Отто V-образный двигатель двигатель с верхним расположением клапанов
Просмотреть весь связанный контент →
бензиновый двигатель , любой из класса двигателей внутреннего сгорания, которые вырабатывают энергию за счет сжигания летучего жидкого топлива (бензина или бензиновой смеси, такой как этанол) с воспламенением, инициируемым электрической искрой. Бензиновые двигатели могут быть построены для удовлетворения требований практически любого мыслимого применения силовых установок, наиболее важными из которых являются легковые автомобили, небольшие грузовики и автобусы, самолеты авиации общего назначения, подвесные и небольшие внутренние морские установки, стационарные насосные станции среднего размера, осветительные установки, станки, электроинструменты.
Четырехтактные бензиновые двигатели используются в подавляющем большинстве автомобилей, легких грузовиков, средних и больших мотоциклов и газонокосилок. Двухтактные бензиновые двигатели менее распространены, но они используются для небольших подвесных судовых двигателей и во многих ручных садовых инструментах, таких как цепные пилы, кусторезы и воздуходувки.
Типы двигателей
Бензиновые двигатели можно разделить на несколько типов в зависимости от нескольких критериев, включая их применение, метод управления подачей топлива, зажигание, расположение поршня и цилиндра или ротора, ходы за цикл, систему охлаждения и клапан тип и расположение. В этом разделе они описаны в контексте двух основных типов двигателей: поршневых и цилиндровых двигателей и роторных двигателей. В поршне-цилиндровом двигателе давление, создаваемое сгоранием бензина, создает силу на головке поршня, которая совершает возвратно-поступательное или возвратно-поступательное движение по всей длине цилиндра.
Эта сила отталкивает поршень от головки цилиндра и совершает работу. Роторный двигатель, также называемый двигателем Ванкеля, не имеет обычных цилиндров с возвратно-поступательными поршнями. Вместо этого давление газа действует на поверхности ротора, заставляя ротор вращаться и, таким образом, выполнять работу.
Большинство бензиновых двигателей представляют собой поршневые двигатели с возвратно-поступательным движением. Основные узлы поршневого двигателя показаны на рисунке. Почти все двигатели этого типа работают либо по четырехтактному, либо по двухтактному циклу.
Четырехтактный цикл
Из различных методов извлечения энергии из процесса сгорания наиболее важным до сих пор был четырехтактный цикл, концепция которого впервые была разработана в конце 19 века. Четырехтактный цикл показан на рисунке. При открытом впускном клапане поршень сначала опускается на такте впуска. Воспламеняющаяся смесь паров бензина и воздуха всасывается в цилиндр за счет создаваемого таким образом частичного вакуума.
Смесь сжимается по мере того, как поршень поднимается в такте сжатия при закрытых обоих клапанах. По мере приближения к концу хода заряд воспламеняется электрической искрой. Затем следует рабочий такт, когда оба клапана все еще закрыты, а давление газа из-за расширения сгоревшего газа давит на головку или головку поршня. Во время такта выпуска восходящий поршень вытесняет отработавшие продукты сгорания через открытый выпускной клапан. Затем цикл повторяется. Таким образом, для каждого цикла требуется четыре хода поршня — впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск — и два оборота коленчатого вала.
Недостаток четырехтактного цикла заключается в том, что выполняется только половина рабочих тактов по сравнению с двухтактным циклом ( см. ниже ), и только вдвое меньше мощности можно ожидать от двигателя данного размера при заданная рабочая скорость. Однако четырехтактный цикл обеспечивает более надежную очистку от выхлопных газов (продувку) и перезагрузку цилиндров, уменьшая потерю свежего заряда в выхлопных газах.
Двигатель внутреннего сгорания для производства электроэнергии. Введение
Двигатели внутреннего сгорания — это хорошо известная технология, используемая в автомобилях, грузовиках, строительной технике, судовых силовых установках и источниках резервного питания.
В то время как паровые двигатели, которые приводили в действие промышленную революцию, приводились в движение паром, произведенным извне, современные двигатели внутреннего сгорания, используемые для производства электроэнергии, представляют собой двигатели внутреннего сгорания , в которых воздушно-топливная смесь сжимается поршнем и воспламеняется в цилиндре . Поршневые двигатели внутреннего сгорания (ДВС) характеризуются типом сгорания: искровым (СГ) или воспламенением от сжатия, также известным как дизель.
Что такое двигатель внутреннего сгорания?
Двигатели внутреннего сгорания используют расширение горячих газов для толкания поршня внутри цилиндра, преобразуя линейное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала для выработки мощности.
Как работает двигатель внутреннего сгорания?
Двигатель с искровым зажиганием (SG) основан на цикле Отто и использует свечу зажигания для воспламенения воздушно-топливной смеси, впрыскиваемой в верхнюю часть цилиндра. В цикле Отто топливная смесь не нагревается настолько, чтобы гореть без искры, что отличает его от цикла Дизеля.
В дизельных двигателях воздух сжимается до тех пор, пока его температура не поднимется до температуры самовоспламенения топлива. Когда топливо впрыскивается в цилиндр, оно сразу же сгорает вместе с горячим сжатым воздухом, расширяющиеся продукты сгорания толкают поршень ко дну цилиндра.
Каждое движение поршня внутри цилиндра называется ходом . Поршневые двигатели внутреннего сгорания характеризуются числом тактов для завершения одного силового цикла и частотой вращения коленчатого вала (выражается в оборотах в минуту, об/мин).
Для производства электроэнергии используются преимущественно четырехтактные двигатели.
Во время такта впуска предварительно смешанная смесь воздуха и топлива (двигатели SG) или воздух (дизельные двигатели) всасывается в цилиндр по мере того, как поршень движется вниз в положение «нижней мертвой точки». На такте сжатия в двигателях СГ топливовоздушная смесь сжимается поршнем и воспламеняется искрой от свечи. Самовоспламенение в двигателях SG предотвращается правильным ограничением степени сжатия.
В дизельных двигателях топливо впрыскивается в цилиндр ближе к концу такта сжатия, когда воздух достаточно сжат для достижения температуры самовоспламенения.
Сгорание топливовоздушной смеси вызывает ускоренное расширение газов под высоким давлением, которые прижимают поршень ко дну цилиндра во время рабочего такта, сообщая вращение коленчатому валу. Сгорание происходит периодически – только во время рабочего такта – тогда как в газовых турбинах сгорание происходит постоянно.
Когда поршень возвращается в верхнюю часть цилиндра во время такта выпуска, продукты сгорания (выхлопные газы) выталкиваются через выпускной клапан.
Несколько цилиндров соединены с коленчатым валом и ориентированы таким образом, что в то время как одни поршни сообщают вращение коленчатому валу во время рабочего такта, другие поршни толкаются обратно к верхней части цилиндров во время такта выпуска.
Размер и мощность двигателя внутреннего сгорания зависят от объема сжигаемого топлива и воздуха. Таким образом, размер цилиндра, количество цилиндров и частота вращения двигателя определяют количество энергии, генерируемой двигателем.
Что такое нагнетатель?
За счет увеличения подачи воздуха в двигатель с помощью воздуходувки или компрессора (так называемый наддув) выходная мощность двигателя может быть увеличена. Обычно используемый нагнетатель представляет собой турбокомпрессор 9.0022, в котором используется небольшая турбина в тракте выхлопных газов для извлечения энергии для привода центробежного компрессора.
Гибкость топлива в двигателях внутреннего сгорания
Двигатели внутреннего сгорания могут работать на различных видах топлива:
- Природный газ
- Дизельное топливо
- Мазут
- Биодизель 900 97
- Биотопливо
- Сырая нефть
Дизельные двигатели как правило, более эффективны, чем двигатели SG, но также производят больше оксидов азота (NOx), диоксида серы (SO2) и твердых частиц (PM).
Образование SO2 и PM зависит от топлива, поскольку природный газ дает низкий уровень выбросов. Образование NOx связано с температурой горения. В двигателях SG предварительное смешивание воздуха с топливом для создания «обедненных» условий (больше воздуха, чем необходимо для сгорания) снижает температуру сгорания и препятствует образованию NOx.
Были разработаны новые конструкции двигателей, использующие преимущества дизельного процесса при сохранении преимуществ сжигания обедненной смеси. Двухтопливные (ДТ) двигатели разработаны с возможностью сжигания как жидкого, так и газообразного топлива. При работе в газовом режиме газообразное топливо предварительно смешивается с воздухом, впрыскивается сразу после такта сжатия и воспламеняется пламенем пилотного топлива. В этом процессе пламя пилотного топлива действует как «свеча зажигания» для воспламенения обедненной газовоздушной смеси. Двигатели DF сохраняют возможность использования резервного жидкого топлива при прекращении подачи газа.