Не поступает бензин в камеру сгорания: Не поступает топливо в камеру сгорания

Система питания двигателя автомобиля

Система питания двигателя автомобиля

Система питания карбюраторного двигателя (рис. 103) предназначается для приготовления горючей смеси и подачи ее в цилиндры.

Она включает: топливный бак, топливный фильтр, топливный насос, карбюратор, воздушный фильтр, впускной трубопровод, выпускной трубопровод, глушитель и топливопроводы.

Топливо (бензин) из бака насосом подается в карбюратор, где распыливается и смешивается в определенной пропорции с воздухом, поступающим через воздушный фильтр. Полученная горючая смесь по впускному трубопроводу поступает в цилиндры двигателя.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

Отработавшие газы из цилиндров отводятся через выпускной трубопровод и глушитель в атмосферу.

Смешение топлива и воздуха, т. е. приготовление горючей смеси, осуществляется в карбюраторе. Простейший карбюратор состоит из следующих основных частей: поплавковой камеры с поплавком и игольчатым клапаном; дозирующего устройства, состоящего из жиклера и распылителя смесительной камеры, включающей диффузор, дроссель и воздушную заслонку.

Рис. 103. Схема системы питания и устройство простейшего карбюратора

Топливо, поступившее из бака по трубопроводам в поплавковую камеру карбюратора, поддерживается в. ней на определенном уровне при помощи поплавка с игольчатым клапаном.

Поплавковая камера соединена с атмосферой отверстием, а через жиклер и распылитель — со смесительной камерой.

В распылителе, так же как и в поплавковой камере, топливо все время находится на определенном уровне (1—1,5 мм ниже верхнего конца распылителя). Если часть топлива израсходована, то поплавок опускается, игольчатый клапан открывает отверстие и топливо из бака поступает в поплавковую камеру. По достижении определенного (нормального) уровня поплавок поднимается и игольчатый клапан, закрыв отверстие, приостановит подачу топлива.

Жиклер представляет собой дозирующее устройство в виде пробки с калиброванным отверстием, которое пропускает к распылителю определенное количество топлива. Из распылителя, выполненного в виде тоненькой трубочки, топливо поступает в смесительную камеру, представляющую собой патрубок, соединенный одним концом с воздушным фильтром, а другим с впускным трубопроводом двигателя.

За счет разрежения, создаваемого в карбюраторе при движении поршня в цилиндре двигателя при такте впуска, поток воздуха движется в смесительной камере от воздушного фильтра к цилиндру. Диффузор обеспечивает увеличение скорости воздушного потока и разрежения около конца распылителя. Вследствие разности давле< ний в поплавковой (атмосферное) и смесительной (разрежение) камерах топливо вытекает из отверстия распылителя, распыливается и смешивается с потоком воздуха, образуя горючую смесь, поступающую в цилиндры.

Дросселем, управляемым из кабины педалью или ручным приводом, изменяют проходное сечение смесительной камеры и тем самым регулируют подачу горючей смеси в цилиндры, в результате чего двигатель развивает необходимую мощность, а автомобиль — определенную скорость движения.

При помощи воздушной заслонки изменяют проходное сечение патрубка для воздуха, поступающего в смесительную камеру, и тем самым увеличивают или уменьшают разрежение в ней, а следовательно, и подачу топлива. Воздушную заслонку обычно используют только при пуске двигателя.

Состав горючей смеси, приготовляемой в карбюраторе, оценивается коэффициентом избытка воздуха а, который представляет собой отношение количества воздуха, участвующего в процессе сгорания, к его теоретически необходимому количеству. Для полного сгорания 1 вес. ч. топлива (бензина) необходимо 15 вес. ч. воздуха. Если обеспечивается такое весовое соотношение, то смесь называется нормальной, а коэффициент

При недостатке воздуха в смеси она называется обогащенной (а= 1+0,9) или богатой (а=0,9+0,4), при излишке воздуха— обедненной (а=1,0+1,1) или бедной (а= 1,1 + 1,35).

Карбюратор должен обеспечивать приготовление горючей смеси необходимого состава на различных режимах работы двигателя, причем наибольшую мощность двигатель развивает при <х=0,9, а наиболее экономичная его работа достигается при а=1,1.

Простейший карбюратор не обеспечивает требуемого изменения состава горючей смеси при изменении режима работы двигателя (пуск, малые числа оборотов холостого хода, средние нагрузки, большие нагрузки, разгон), поэтому современные карбюраторы имеют устройства и системы, устраняющие недостатки простейшего карбюратора. К этим устройствам относятся главное дозирующее устройство и системы холостого хода, экономайзера, ускорительного насоса и пускового устройства.

Главное дозирующее устройство обеспечивает постепенное обеднение смеси при переходе от малых нагрузок к средним (компенсация смеси).

Наибольшее распространение получило главное дозирующее устройство с пневматическим торможением топлива (рис. 104, а). По мере открытия дросселя и увеличения разрежения в диффузоре количество топлива, поступающего через главный жиклер и распылитель, как и в простейшем карбюраторе, стремится увеличиться в большем количестве, чем количество поступающего новое устронство (воздушная заслонка), воздуха, в результате чего должно происходить обогащение смеси.

Однако этому препятствует торможение топлива воздухом, поступающим через воздушный жиклер. Чем больше сечение воздушного жиклера, тем больше обедняется горючая смесь.

Рис. 104. Схема устройства карбюратора

Таким образом, воздух, поступающий в распылитель, регулирует состав горючей смеси, обеспечивая предварительное эмульсирование топлива воздухом в распылителе, что улучшает процесс смесеобразования в карбюраторе.

Система холостого хода предназначена Для приготовления горючей смеси при малом числе оборотов коленчатого вала двигателя, когда главное дозирующее устройство не работает.

При работе двигателя на малых оборотах холостого хода, когда дроссель (рис. 104, б) прикрыт, используется большое разрежение, имеющееся под дросселем. Под действием этого разрежения топливо из поплавковой камеры через главный жиклер поступает к топ-дивному жиклеру холостого хода, где смешивается с воздухом, поступающим через воздушный жиклер. Образовавшаяся эмульсия вытекает из отверстия и распыляется воздухом, поступающим через щель между дросселем и стенкой смесительной камеры.

Через отверстие поступает воздух, который смешивается с проходящей по каналу эмульсией. Состав горючей смеси на режиме холостого хода регулируют винтом холостого хода с пружиной.

Винт дросселя служит для регулировки количества горючей смеси на режиме холостого хода. Отверстие 13 обеспечивает плавный переход от режима холостого хода к малым нагрузкам.

Экономайзер представляет собой устройство, при помощи которого автоматически обогащается смесь при работе двигателя на больших нагрузках. Экономайзер может быть с пневматическим или механическим приводом. При механическом приводе клапан (рис. 104, в) экономайзера открывается при помощи рычага дросселя, штока, планки и толкателя, когда дроссель открыт более чем на 75—85%. В результате расход топлива, поступающего в смесительную камеру, увеличится за счет топлива, поступающего через клапан и жиклер экономайзера.

Ускорительный насос служит для обогащения смеси при резком открытии дросселя. Схема ускорительного насоса с механическим приводом, часто объединяемого с приводом экономайзера, показана на рис. 104, г. При резком открытии дросселя связанный с ним рычаг через шток и планку сжимает пружину, которая перемешает поршень вниз. В результате увеличивается давление в колодце и закрывается обратный клапан, что пре« пятствует перетеканию топлива в поплавковую камеру. Через открывшийся нагнетательный клапан и жиклер насоса топливо дополнительно поступает в смесительную камеру и смесь обогащается.

Пусковое устройство служит для обогащения смеси пря пуске и прогреве холодного двигателя. Пусковое устройство имеет воздушную заслонку (рис. 104, д), установленную в воздушном патрубке карбюратора. При пуске двигателя воздушная заслонка прикрывается, чем увеличивается разрежение в смесительной камере. Горючая смесь в смесительной камере сильно обогащается.

Когда двигатель начнет работать, из-за недостатка воздуха он может «заглохнуть». Чтобы этого не произошло, автоматически открывается клапан, выполненный в воздушной заслонке и пропускающий воздух в смесительную камеру.

Поплавковую камеру карбюратора балансируют, т. е. соединяют ее каналом с воздушным патрубком. Благодаря этому при загрязнении воздушного фильтра не происходит обогащения горючей смеси из-за увеличения перепада разрежений в диффузоре и в поплавковой камере карбюратора.

Максимальное число оборотов коленчатого вала двигателя обычно ограничивается пневматическим устройством, действующим на дроссели карбюратора.

На двигателях отечественных автомобилей устанавливают карбюраторы с падающим потоком, в которых горючая смесь движется сверху вниз. Для улучшения наполнения и равномерного распределения смеси по цилиндрам применяют двухкамерные карбюраторы.

Карбюратор К-88А. На двигателе автомобиля ЗИЛ-ISO устанавливают двухкамерный карбюратор К-88А с падающим потоком горючей смеси и балансированной поплавковой камерой (рис. 105). В каждой камере карбюратора приготовляется смесь только для четырех цилиндров двигателя. Главное дозирующее устройство обеспечивает пневматическое торможение топлива. Поплавковая камера, входной патрубок с воздушной заслонкой, экономайзер и ускорительный насос являются общими для обеих камер карбюратора.

Каждая камера имеет самостоятельное главное дозирующее устройство и систему холостого хода. Ускорительный насос имеет два распылителя — по одному на каждую камеру. Оба дросселя жестко закреплены на одной оси.

При пуске двигателя, когда воздушная заслонка закрыта, одновременно при помощи рычагов и тяг, соединяющих заслонку с валиком дросселей, немного приоткрываются оба дросселя. Большое разрежение в смесительных камерах обеспечивает вытекание топлива из кольцевых щелей малых диффузоров и эмульсии из отверстий системы холостого хода. Горючая смесь при этом очень богатая.

При работе двигателя на малых оборотах холостого хода, когда дроссели немного приоткрыты, скорость воздуха и разрежение в диффузорах невелико и топливо из кольцевых щелей малых диффузоров не вытекает. За дросселями создается большое разрежение, которое передается через нижнее отверстие в эмульсионный канал, а затем в жиклеры холостого хода.

Под действием этого разрежения топливо из поплавковой камеры через главный жиклер поступает в распылители, а из них к жиклерам холостого хода, затем смешивается с воздухом, поступающим через верхнее отверстие этого жиклера. Получившаяся эмульсия движется по эмульсионному каналу, где смешивается с воздухом, поступающим через верхнее отверстие, и через регулируемые отверстия выходит в смесительную камеру.

Рис. 105. Карбюратор К-88А:
1 — сетчатый фильтр, 2 — балансировочный канал, 3 — жиклер холостого хода, 4 — воздушный жиклер главной дозирующей системы, 5 — распылитель главной дозирующей системы, 6 — малый диффузор, 7 — полый винт, 8 — воздушная заслонка, 9 — толкатель клапана экономайзера, 10 — шток экономайзера, 11 — планка, 12 — шток поршня ускорительного насоса. 13 — тяга, 14 — поршень ускорительного насоса, 15 — впускной клапан, 16 — шариковый клапан экономайзера, 17 — рычаг дросселей, 18 — жиклер полной мощности, 19 — дроссель, 20 — распылитель ускорительного насоса, 21 — винты регулировки качества смеси, 22—нагнетательный клапан, 23 — регулируемое отверстие системы холостого хода, 24 — нерегулируемые отверстия системы холостого хода, 25 — большой диффузор, 26 — главный жиклер, 27 — поплавок, 28 — игольчатый клапан

По мере открытия дросселя верхнее отверстие попадает в зону большого разрежения и тогда эмульсия выходит из обоих отверстий. Этим обеспечивается плавный переход от работы системы холостого хода к работе главной дозирующей системы.

Качество смеси при работе системы холостого хода регулируют винтами, а число оборотов холостого хода — упорным винтом, изменяющим степень прикрытия дросселя.

Рис. 106. Диафрагменный топливный насос восьмицилиндрового двигателя:
1 — сетчатый фильтр, 2 — выпускные клапаны, 3 —диафрагма, 4, 11 — пружины, 5 — ось, 6 — штанга, 7 — эксцентрик, 8, 9 — рычаги, 10 — шток, 12 — впускные клапаны

По мере открытия дросселя вступает в работу главная дозирующая система. Топливо из поплавковой камеры, проходя через главный жиклер и жиклер полной мощности, по пути смешивается с воздухом, поступающим через воздушный жиклер. Получившаяся эмульсия выходит через распылитель и кольцевую щель малого диффузора. Воздухом, поступающим через жиклеры, тормозится вытекание топлива из главного жиклера и горючая смесь обедняется.

При работе двигателя с полной нагрузкой смесь обогащается экономайзером с механическим приводом. При полном открытии дросселя шток нажмет на толкатель и откроет шариковый клапан экономайзера, что увеличит приток топлива к жиклерам полной мощности. В результате смесь обогатится.

При резком открытии дросселей, что необходимо при трогании автомобиля с места и при разгоне, кратковременное обогащение смеси обеспечивается работой ускорительного насоса. При резком открытии дросселя тяга с планкой, перемещаясь вниз, через пружину опускает поршень. Клапан закрывается, а нагнетательный клапан открывается. Топливо под давлением проходит через отверстие полого винта, а затем впрыскивается из распылителя ускорительного насоса в смесительные камеры.

Топливный насос служит для подачи топлива из бака в поплавковую камеру карбюратора. На рис. 106 показан диафрагменный топливный насос восьмицилиндрового двигателя, приводимый в действие эксцентриком распределительного вала через штангу и рычаг, качающийся на оси.

Когда под воздействием рычага диафрагма прогибается вниз, впускные клапаны под действием создавшегося разрежения открываются и топливо из бака через сетчатый фильтр заполняет полость над диафрагмой. Выпускные клапаны при этом закрыты. При дальнейшем повороте эксцентрика рычаг возвращается в первоначальное положение пружиной. Одновременно пружиной диафрагма прогибается вверх и топливо через открывшиеся выпускные клапаны выталкивается в поплавковую камеру карбюратора. Впускные клапаны при этом закрыты.

Если поплавковая камера заполнена топливом, диафрагма остается в нижнем положении, а рычаг перемещается по штоку вхолостую и топливо к карбюратору не поступает. Для ручного привода диафрагменного насоса служит рычаг.

Топливные фильтры предназначаются для очистки топлива от механических примесей. Сетчатые топливные фильтры устанавливают в заливной горловине топливного бака, в крышке корпуса топливного насоса и в штуцере поплавковой камеры. На ряде автомобилей (ГАЗ-53А, ЗИЛ-164А) установлены фильтры-отстойники между баком и топливным насосом.

На автомобиле ЗИЛ-130 устанавливается два фильтра: фильтр-отстойник и фильтр тонкой очистки. Фильтр-отстойник (рис. 107) имеет металлический корпус, к которому болтом и стержнем прикреплен отстойник. Фильтрующий элемент пластинчато-щелевого типа. Латунные пластины фильтрующего элемента, имеющие небольшие выступы на поверхности, сжимаются пружиной.

Через входное отверстие А топливо поступает из бака в отстойник фильтра. В отстойнике вода (более тяжелая, чем топливо) и механические примеси оседают на дно, а топливо через щели между пластинами и отверстия в пластинах поступает через выходное отверстие Б к топливному насосу. Отстой из фильтра сливается через отверстие, закрытое пробкой.

Рис. 107. Фильтр-отстойник

Воздушный фильтр служит для очистки воздуха от пыли и других примесей. Наибольшее распространение получили инерционно-масляные воздушные фильтры (рис. 108). Воздушный фильтр крепится к воздушному патрубку карбюратора.

Под действием разрежения поток воздуха в фильтре направляется вниз, ударяется о поверхность масла и, резко изменив направление, движется через сетчатый фильтрующий элемент в воздушный патрубок карбюратора. При этом частицы пыли оседают на поверхности масла.

Система питания дизеля устроена следующим образом (рис. 109). Дизельное топливо из бака под действием разрежения, создаваемого топливоподкачивающим насосом, подается к фильтру грубой очистки, затем от топливо-подкачивающего насоса через фильтр тонкой очистки поступает в насос высокого давления. Излишек топлива из фильтра тонкой очистки через жиклер поступает обратно в топливный бак.

Рис. 108. Воздушный фильтр:
1 — масло, 2 сетчатый фильтрующий элемент

Рис. 109. Схема системы питания топливом дизеля ЯМЗ-236:
1 — топливный бак, 2 — фильтр тонкой очистки, 3 — жиклер, 4 — сливная трубка, 5 —форсунка, 6 — перепускной клапан, 7 — топливный насос высокого давления, 8—ручной насос, S — топлнво-подкачивающий насос, 10 — фильтр грубой очистки; 1, II, III, IV, V, VI — номера цилиндров двигателя

От насоса высокого давления топливо под давлением около 14,7 Мн/м2 (150 кГ/см2) поступает к форсункам. Избыточное топливо из насоса высокого давления при давлении 147 кн/м2 (1,5 кГ/см2) через перепускной клапан 6 отводится в топливный бак.

Рис. 110. Форсунка дизеля ЯМЗ-236:
1 — распылитель, 2 — игла, 3 — кольцевая камера, 4 — гайка распылителя, 5 — корпус, 6 — топливный канал, 7 — шток, S —опорная шайба, 9 — пружина, 10 — гайка, 11 — уплотни-тельная шайба, 12 — регулировочный винт, 13 — контргайка, 14 — колпачок, 15 — гнездо фильтра, 16 — сетчатый фильтр, 17 — штуцер, 18 — резиновый уплотнитель

Топливо в цилиндр двигателя впрыскивается форсункой через четыре отверстия диаметром 0,32 мм каждое (двигатели ЯМЭ-236 и ЯМЗ-238). Высокое давление впрыска и мелкое распиливание топлива необходимы для быстрого и полного испарения топлива и хорошего его смешения с воздухом.

От насоса высокого давления топливо через сетчатый фильтр (рис. 110) форсунки по топливному каналу подается в кольцевую камеру (полость). По мере поступления топлива из насоса давление в кольцевой полости возрастает и начинает все сильнее передаваться на коническую поверхность иглы. Когда сила давления топлива превысит усилие 14,7 Мн/м2 (150 кГ/см2), создаваемое пружиной, игла приподнимется. Топливо из форсунки начнет поступать к четырем отверстиям распылителя и произойдет впрыск в камеру сгорания двигателя. По окончании нагнетания топлива пружина через шток быстро опустит иглу, которая закроет отверстия распылителя.

Основные неисправности системы питания карбюраторного двигателя. Бедная смесь (недостаточное количество топлива в смеси) является результатом неисправности карбюратора или приборов подачи топлива. Обычно работа двигателя на бедной смеси сопровождается его перегревом, хлопками в карбюраторе и резким падением мощности. Причинами подобных неисправностей могут быть засорение фильтров, трубопроводов и жиклеров, неисправность топливного насоса, низкий уровень топлива в поплавковой камере, негерметичность соединения деталей, в результате чего происходит подсос воздуха, и др.

Богатая смесь (излишнее содержание топлива в смеси) является результатом неисправности игольчатого клапана, жиклеров, неполного открытия воздушной заслонки. Работа двигателя на богатой смеси сопровождается выстрелами в глушителе и черным дымом, двигатель теряет мощность, перерасходует топливо и в цилиндрах интенсивно отлагается нагар.

Типичные неисправности мотоблока и их ремонт. Роль качества запчастей

АВТОЗАПЧАСТИ HAITUO Автомобильные запасные части. Прямые поставки из Китая.

 Расширенный поиск

Как правило, неисправности мотоблока выглядят следующим образом:

• двигатель не удается завести совсем;
• двигатель работает неправильно (с перебоями, не выдает требуемую мощность, глохнет при работе).

Часто неработающий агрегат можно «реанимировать» собственными силами. Совсем не обязательно нести его в мастерскую и покупать запчасти для двигателей. Достаточно провести технические мероприятия. Рассмотрим некоторые, наиболее часто встречающиеся характерные неисправности.

Не удается запустить двигатель

Если мотоблок не удается завести вообще, то нужно предпринять следующие действия.

Проверить:

• наличие топлива;
• систему зажигания;
• закрыта ли воздушная заслонка при запуске;
• топливопроводы.

Иногда причину неисправности можно определить без разборки двигателя, просто выкрутив свечу зажигания. Если она сухая, значит, горючее в цилиндр не поступает. Следует еще раз проверить топливопроводы и карбюратор, почистить фильтр, жиклеры, топливный клапан. Если свеча мокрая, это свидетельствует о переизбытке бензина. В этом случае нужно просушить цилиндр.

Второй этап — проверка карбюратора. Если горючее в него не поступает, открутите топливный кран, разберите его и очистите от грязи фильтр. Если бензин поступает в карбюратор, но не попадает в цилиндр, нужно проверить топливный клапан и промыть жиклеры.

Часто неисправность заключается именно в электрической части. Если свеча грязная, она нуждается в очистке. Кроме того, нужно проверить межэлектродный зазор (он составляет 0,8 мм). Зафиксировать появление и величину искры. Ее отсутствие говорит о неисправности цепи или о большом зазоре между магнитопроводом и катушкой. Еще одна причина — севший аккумулятор или сгоревший предохранитель (при наличии электрического стартера).

Двигатель работает, но с перебоями

Вы уверены в качестве запчастей для двигателя. Тем не менее, мотор, хоть заводится и даже работает, но с перебоями (чихает, не набирает мощности, глохнет и так далее). В этом случае наиболее распространенными причинами являются:

• Грязный воздушный фильтр. Если воздух подается в карбюратор в недостаточном объеме, то качество смеси неудовлетворительное и мощность падает.
• Неисправность зажигания. Необходимо проверить свечу, межэлектродные зазоры, проводку.
• Засорился глушитель. Нужно разобрать и очистить глушитель от продуктов сгорания.
• Неправильная настройка карбюратора или его засорение. Нужно снять эту деталь, почистить, установить на место и после этого провести ее проверку и настройку.
• Износ цилиндров и поршней. Недостаточная компрессия может быть причиной падения мощности. Чтобы проверить ее уровень, можно отсоединить свечу, присоединить к отверстию манометр и провернуть двигатель вручную. Нормальное значение компрессии — около 8 атм.

передовых стратегий сжигания | Министерство энергетики

Офис автомобильных технологий

URL видео

Слева видео в реальном времени сгорания обычного дизельного топлива. Топливная форсунка впрыскивает 8 струй жидкого топлива в камеру сгорания. Компрессионный нагрев воспламеняет топливо, создавая пламя. Сажа образуется в виде струй, которые светятся красным, оранжевым и желтым цветом.

DOE

Управление транспортных технологий (VTO) финансирует исследования, направленные на углубление понимания процессов сгорания в двигателе и того, как образуются выбросы в цилиндрах двигателя, а также того, как сгорание и выбросы зависят от таких факторов, как характеристики распыления топлива, воздух в цилиндрах движения и вид топлива. Это более глубокое понимание поможет исследователям разработать стратегии передовых двигателей внутреннего сгорания с более высоким КПД, такие как низкотемпературное сгорание, сгорание разбавленного (обедненного) бензина и чистое сгорание дизельного топлива, которые производят очень низкие выбросы оксидов азота (NOx) и твердых частиц на выходе из двигателя ( ВЕЧЕРА).

Исследования сосредоточены на трех основных стратегиях сжигания топлива:

• Низкотемпературное сгорание
• Сжигание разбавленного (или обедненного) бензина
• Сжигание чистого дизельного топлива отраслевая тенденция к уменьшению размера двигателя и увеличению его мощности для повышения экономии топлива автомобиля. Кроме того, он также поддерживает исследования материалов, которые могут выдерживать высокие рабочие температуры и давления, необходимые для извлечения выгоды из потенциальных преимуществ этих двигателей.

  Низкотемпературное сгорание

  Низкотемпературное сгорание (LTC) представляет собой беспламенное ступенчатое сжигание топлива (бензина, дизельного топлива или биотоплива) в камере сгорания двигателя при более низких температурах, чем при сгорании в обычном двигателе. Исследования показывают, что LTC может повысить эффективность на 20% по сравнению с существующими дизельными двигателями. Беспламенное сгорание при более низкой температуре является результатом сжатия топливно-воздушной смеси, разбавленной либо избыточным воздухом, либо рециркулирующими выхлопными газами. Этот процесс повышает плотность и температуру разбавленной смеси и вызывает ее автогинит (процесс, известный как воспламенение от сжатия).

  В процессе LTC двигатель сжимает разбавленную топливно-воздушную смесь, повышая ее плотность и температуру. Этот процесс, известный как воспламенение от сжатия, вызывает самовоспламенение топливно-воздушной смеси. Чтобы разбавить топливно-воздушную смесь, чтобы в ней было меньше топлива, чем при обычном сгорании, двигатель использует либо избыточный всасываемый воздух, либо рециркулирующий выхлопной газ.

  Ступенчатое горение — другой ключевой элемент LTC — достигается за счет контроля времени самовоспламенения и скорости выделения тепла. Этот процесс направлен на устранение чрезмерных скоростей сгорания, которые могут вызвать шум двигателя и повреждение конструкции, особенно при более высоких нагрузках.

  VTO исследует ряд форм LTC, включая воспламенение от сжатия с однородным зарядом (HCCI), воспламенение от сжатия с предварительно смешанным зарядом (PCCI) и воспламенение от сжатия с регулируемой реактивностью (RCCI).

  LTC предлагает ряд преимуществ по сравнению с современными двигателями:

  • Топливно-воздушная смесь и свойства продуктов сгорания делают двигатель более эффективным, чем обычные двигатели внутреннего сгорания.
  • Благодаря более низкой температуре сгорания двигатель теряет меньше энергии через стенки цилиндров в окружающую среду. Часть этой уменьшенной потери энергии позволяет цилиндру поддерживать более высокое давление в течение более длительного периода времени, позволяя двигателю выполнять больше работы. Часть энергии проявляется в виде более высокой энергии выхлопных газов, которую частично может улавливать турбонаддув.
  • LTC ​​на основе бензина не требует дросселирования всасываемого воздуха для регулирования нагрузки, что является основной причиной неэффективности современных бензиновых двигателей с искровым зажиганием.
  • LTC ​​не ограничен «детонацией» (взрывное, неконтролируемое сгорание), как бензиновые двигатели с искровым зажиганием. В результате LTC позволяет бензиновым двигателям иметь высокую степень сжатия, аналогичную дизелям, увеличивая их топливную экономичность.
  • LTC ​​может достичь сверхнизких выбросов выхлопных газов, что может значительно снизить требования к последующей обработке, затраты и штрафы за экономию топлива.

  В 2019 ФГ было продемонстрировано снижение расхода топлива автомобиля на 19,4% (по сравнению с базовым уровнем 2015 модельного года) благодаря стратегии сжигания, в которой используется LTC. Подробности этой оценки можно найти здесь.

  ВТО поддерживает работу по решению ряда критических проблем, связанных с развитием низкотемпературного горения, таких как:

  • Сложность управления началом горения из-за отсутствия искры или впрыска топлива
  • Расширение ассортимента нагрузок двигателя
  • Управление скоростью выделения тепла
  • Уменьшение отсутствия контроля во время переходных процессов, таких как изменение нагрузки и ускорение
  • Снижение потенциально более высоких выбросов углеводородов (HC) и монооксида углерода (CO)
  • Понимание того, может ли LTC быть более эффективным в сочетании с топливом, характеристики которого отличаются от характеристик бензина и дизельного топлива

  Вернуться к началу

  Сжигание разбавленного (или обедненного) бензина

  ) смеси топлива и воздуха. В этом процессе двигатель разбавляет топливо либо большим количеством воздуха, чем требуется для его сжигания (избыток всасываемого воздуха), либо рециркулирующими выхлопными газами. Исследование Управления транспортных технологий (VTO) сосредоточено на версии без предварительного смешения (расслоения), поскольку она предлагает самый высокий потенциал для повышения эффективности. Эти двигатели могут работать на существующем бензине и смесях бензин/этанол и в первую очередь предназначены для автомобилей и легких грузовиков. Эта технология сгорания может обеспечить улучшение экономии топлива до 35% по сравнению с 2009 годом.базовый бензиновый автомобиль.

  В послойном варианте процесса топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр. Он рассчитан таким образом, чтобы во время искры возле свечи зажигания образовывалась должным образом расслоенная горючая топливно-воздушная смесь.

  Сгорание разбавленного бензина приводит к улучшению экономии топлива, потому что:

  • Двигатель использует количество впрыскиваемого топлива для управления нагрузкой, а не ограничивает поток всасываемого воздуха (дросселирование) для его управления. Большинство бензиновых автомобилей на дорогах имеют бензиновые двигатели с впрыском топлива в порт (PFI), которые используют дросселирование, что гораздо менее эффективно.
  • При частичной нагрузке продукты сгорания позволяют двигателю выполнять работу более эффективно по сравнению с обычными двигателями.
  • Двигатель имеет более низкую температуру продуктов сгорания при частичных нагрузках, чем обычный двигатель, и в результате теряет меньше тепла.

  VTO поддерживает работу по решению важнейших задач, включая:

  • Определение наиболее эффективных стратегий смешивания топлива с воздухом, которые связаны с проблемами конфигурации портов, характеристиками распыления топлива и характеристиками смешивания
  • Инициирование воспламенения и распространение пламени в расслоенных смесях
  • Решение проблем со стохастическими пропусками зажигания и детонацией (взрывное, неконтролируемое сгорание)
  • Сокращение выбросов, отличных от тех, которые происходят с обычными (PFI) двигателями

  Вернуться к началу

  Чистое сгорание дизельного топлива

  При чистом сгорании дизельного топлива процесс сжигания очень похож на процесс сжигания обычного дизельного топлива. При обычном дизельном сгорании (также известном как диффузионное сгорание) скорость, с которой топливная струя смешивается с воздухом внутри цилиндра, прежде чем она достигнет пламени, определяет скорость, с которой топливо и воздух сгорают в пламени. При чистом сгорании дизельного топлива перед пламенем происходит большее смешивание топлива с воздухом. Это обеспечивает более чистое сгорание с меньшим образованием сажи, а также сохраняет или улучшает высокую эффективность дизельных двигателей. Добавление рециркулирующих выхлопных газов к потоку всасываемого воздуха разбавляет топливно-воздушную смесь, что приводит к снижению температуры сгорания и уменьшению образования NOx. Поскольку внутри цилиндра образуется меньше выбросов, чистые дизельные двигатели не должны так сильно полагаться на технологии последующей обработки для дальнейшего снижения выбросов.

  Управление автомобильных технологий (VTO) поддерживает исследования, направленные на дальнейшее улучшение чистого сгорания дизельного топлива и обеспечение его конкурентоспособности по стоимости для всех легковых и коммерческих автомобилей. Это требует продвижения современных технологий, таких как компьютерное управление, многоимпульсный впрыск топлива, впрыск топлива под высоким давлением, использование рециркуляции выхлопных газов и управление потоками газа в цилиндрах.

  Исследования VTO по экологически чистым дизельным двигателям внутреннего сгорания для легковых и грузовых автомобилей направлены на решение важнейших задач, в том числе:

  • Контроль количества и температуры выхлопных газов, используемых для рециркуляции выхлопных газов, для минимизации выбросов
  • Улучшение топливных форсунок, давления впрыска и контроль над распылением топлива и типами распыления при впрыске под высоким давлением и многоимпульсном впрыске
  • Улучшение горения с поднятым пламенем, когда пламя, отрывающееся от топливной форсунки, стабилизируется ниже по потоку от топливной струи. Чистые дизельные двигатели должны обеспечивать самовоспламенение обедненной топливом смеси непосредственно перед пламенем.
  • Улучшение впрыска дожигания для снижения выбросов как в цилиндрах, так и за счет доочистки

  Глава 11: Горение (обновлено 31.

  05.10) Глава 11: Горение (обновлено 31.05.10)

  Глава 11: Возгорание
  (Спасибо к Дэвид Bayless за помощь в написании этот раздел)

  Введение — До этого точка теплоты Q во всех задачах и примерах была либо заданной значение или было получено из отношения первого закона. Однако в различных тепловые двигатели, газовые турбины и паровые электростанции полученный в результате процессов сжигания с использованием либо твердого топлива (например, уголь или дрова). жидкое топливо (например, бензин, керосин или дизельное топливо), или газообразное топливо (например, природный газ или пропан).

  В этой главе мы познакомимся с химией и термодинамика горения родовых углеводородных топлив — (C _x H _y ), в котором окислителем является кислород, содержащийся в атмосферном воздухе. Обратите внимание, что мы не будем рассматривать сжигание твердого топлива или сложные смеси и смеси углеводородов, входящие в состав бензин, керосин или дизельное топливо.

  Атмосферный воздух содержит примерно 21% кислорода (O ₂ ) по объему. остальные 79% «других газов» в основном азот (N ₂ ), т.е. будем считать, что воздух состоит из 21 % кислорода и 79 % азота. объем. Таким образом, каждый моль кислорода, необходимый для окисления углеводорода, сопровождается 79/21 = 3,76 моль азота. Используя эту комбинацию молекулярная масса воздуха становится 29 [кг/кмоль]. Обратите внимание, что это предполагается, что азот обычно не подвергается никакому химическому воздействию. реакция.

  Процесс горения — Основной процесс горения можно описать топливом (т. углеводород) плюс окислитель (воздух или кислород), называемый Реагенты , которые подвергаются химическому процессу с выделением тепла с образованием Продукты сгорания так, чтобы масса сохранялась. в простейший процесс горения, известный как стехиометрический Сгорание , весь углерод в топливе образует двуокись углерода (CO ₂ ) и весь водород образует воду (H ₂ O) в продуктах, поэтому химическую реакцию можно записать так:

  
  где z известен как стехиометрический коэффициент для окислителя (воздуха)

  Обратите внимание, что эта реакция дает пять неизвестных: z, a, b, c, d, поэтому нам нужно решить пять уравнений. стехиометрический сжигание предполагает, что в продуктах нет избыточного кислорода, поэтому d = 0. Остальные четыре уравнения получаем из балансировки числа атомов каждого элемента в реагентах (углерод, водород, кислород и азот) с количеством атомов этих элементов в продукты. Это означает, что ни один атом не разрушается и не теряется в реакция горения.

  Элемент	Сумма в реагентах	=	Сумма в продуктах	Сокращенное уравнение
  Углерод (C)	х		а	а = х
  Водород (H)	и		2b	б = у/2
  Кислород (O)	2z		2а+б	z = а + b/2
  Азот (N)	2(3,76)z		2с	c = 3,76z

  Обратите внимание, что образовавшаяся вода может находиться в виде пара или жидкой фазы в зависимости от температуры и давления продукты горения.

  В качестве примера рассмотрим стехиометрическое горение метана (СН ₄ ) в атмосферном воздухе. Приравнивание моляра коэффициенты реагентов и продуктов получаем:

  Теоретическое соотношение воздух-топливо и воздух-топливо -The минимальное количество воздуха, обеспечивающее полное сгорание топлива называется Теоретическая Air (также называемый Стехиометрический воздух ). В этом случае продукты не содержат кислорода. Если мы поставляем меньше, чем теоретический воздух, тогда продукты могут содержать углерод монооксида (CO), поэтому нормальная практика заключается в подаче более теоретический воздух, чтобы предотвратить это явление. это Превышение Air приведет к появлению кислорода в продукты.

  Стандартная мера количества воздуха, используемого в процесс сгорания Air-Fuel Соотношение (AF), определяемое следующим образом:

  Таким образом, рассматривая только реагенты метана сгорания с теоретическим воздухом, представленным выше, получаем:

  Решенная проблема 11. 1 — В этой задачи мы хотим разработать уравнение горения и определить соотношение воздух-топливо для полного сгорания н-бутана (C ₄ Н ₁₀ ) с а) теоретическим воздухом и б) 50% избытком воздуха.

  
  

  Анализ продуктов сгорания — Горение всегда происходит при повышенных температурах и будем считать, что все продукты сгорания (включая воду пар) ведут себя как идеальные газы. Так как газ у них разный. постоянных, удобно использовать уравнение состояния идеального газа в через универсальную газовую постоянную следующим образом:

  При анализе продуктов сгорания имеется интересны несколько пунктов:

  • 1) Что такое объемный процент конкретных продуктов, в частности двуокиси углерода (CO ₂ ) и углерод монооксид (СО)?

  • 2) Что такое роса точка водяного пара в продуктах сгорания? Это требует оценка парциального давления паровой составляющей водяного пара продукты.

  • 3) Имеются экспериментальные методы объемного анализ продуктов сгорания, как правило, делается на Сухой Основа , что дает объемный процент всех компонентов, кроме водяного пара. Это позволяет простой метод определения фактического соотношения воздух-топливо и избытка используемого воздуха в процессе горения.

  Для идеальных газов мы находим, что мольная доля y _i i-го компонента в смеси газов при удельном давлении P а температура T равна объемной доле этого компонента.
  Так как из молярного отношения идеального газа: P.V = N.R _у .Т, у нас есть:

  Кроме того, поскольку сумма объемов компонентов V _i должны равняться общему объему V, имеем:

  Используя аналогичный подход, мы определяем частичную давление компонента с использованием закона парциальных давлений Дальтона:

  Решенная проблема 11. 2 — В эта проблема Пропан (C ₃ H ₈ ) сжигается с 61% избыточного воздуха, который поступает в камеру сгорания при 25°С. Предполагая полное сгорание и полное давление 1 атм. (101,32 кПа), определите а) соотношение воздух-топливо [кг воздуха/кг топлива], б) объемный процент двуокиси углерода в продуктах, и c) температура точки росы продуктов.

  Решенная проблема 11.3 — В эта проблема этан (C ₂ H ₆ ) сжигается атмосферным воздухом, а объемный анализ сухие продукты сгорания дают следующее: 10% CO ₂ , 1% CO, 3% O ₂ и 86% N ₂ . Развивать уравнение горения, и определить а) процент избытка воздух, б) соотношение воздух-топливо, и в) точка росы сгорания продукты.

  
  

  Анализ первого закона горения — Основной целью горения является получение тепла за счет изменения энтальпии от реагентов к продуктам. Из первого закона уравнение в контрольном объеме без учета кинетической и потенциальной энергии изменения и при условии, что работа не выполняется, мы имеем:

  , где суммирование проводится по всем продукты (p) и реагенты (r). N относится к количеству молей каждого компонента, а h [кДж/кмоль] относится к молярной энтальпии каждый компонент.

  Поскольку существует ряд различных веществ нам необходимо установить общее эталонное состояние для оценки энтальпии, обычно выбирают 25 ° C и 1 атм, что обычно обозначается верхним индексом о. Проф. С. Бхаттачарджи из Государственный университет Сан-Диего разработал экспертную веб-систему в < www.thermofluids.net > называется ТЕСТ ( Т он E эксперт S система для T (гермодинамика) в который он включил набор таблиц свойств идеального газа, основанных на на энтальпии h ^или = 0 по этой общей ссылке. Мы адаптировали некоторые из этих таблиц специально для этого раздела, и их можно найти в по следующей ссылке:

  Горение Таблицы молярной энтальпии

  В качестве примера снова рассмотрим полное сгорание метана (CH ₄ ) с теоретическим воздухом:

  Обратите внимание, что в реагентах и ​​продуктах В приведенном выше примере у нас есть основные элементы O ₂ и N ₂ как а также соединения CH ₄ , CO ₂ и H ₂ O. Когда соединение образуется, изменение энтальпии называется Энтальпия пласта , обозначаемый h _f ^o , и для нашего примера:

  Вещество	Формула	hfo [кДж/кмоль]
  Углекислый газ	СО 2 (г)	-393 520
  Водяной пар	Н 2 О(г)	-241 820
  Вода	Н 2 О(л)	-285 820
  Метан	CH 4 (г)	-74 850

  где (g) относится к газу и (l) относится к жидкость.

  Знак минус означает, что процесс Экзотермический , т. е. при образовании соединения выделяется тепло. Обратите внимание, что энтальпия образования основных элементов O ₂ и N ₂ составляет нуль.

  Сначала рассмотрим случай, когда имеется достаточно теплообмен таким образом, что и реагенты, и продукты находятся в 25°C и давление 1 атм, и что водный продукт является жидким. С заметного изменения энтальпии нет, уравнение энергии принимает вид:

  Это тепло (Qcv) называется энтальпией . Сгорания или Отопление Значение топлива. Если продукты содержат жидкую воду, то это Высшее Теплота сгорания (как в нашем примере), однако, если продукт содержит водяной пар, то это Нижний Теплотворная способность топлива. энтальпия сгорания – это наибольшее количество тепла, которое может быть выделяется данным топливом.

  Адиабатическая температура пламени — Противоположная крайность приведенного выше примера, в котором мы оценивали энтальпией сгорания является случай адиабатического процесса, в котором тепло не выделяется. Это приводит к значительной температуре увеличение продуктов сгорания (обозначается Адиабатическая Температура пламени ), которая может быть уменьшается за счет увеличения соотношения воздух-топливо.

  Решенная проблема 11.4 — Определить адиабатическая температура пламени для полного сгорания Метан ( CH ₄ ) с 250% теоретического воздуха в адиабатическом контрольном объеме.

  Это уравнение может быть решено только итеративным метод проб и ошибок с использованием таблиц Sensible Энтальпия против температуры для всех четырех составные части продукции — СО ₂ , Н ₂ О, О ₂ , и N ₂ . Быстрый приближение к адиабатической температуре пламени может быть получено с помощью при условии, что продукты полностью состоят из воздуха. Этот подход был представил нас Поттер и Somerton в их Schaum’s Краткое изложение термодинамики для инженеров , в котором они предполагали, что все продукты будут N ₂ . Мы находим более удобным использовать воздух, предполагая репрезентативное значение Конкретный Теплоемкость воздуха : С _{р, 1000К} = 1,142 [кДж/кг.К].

  Таким образом, суммируя все моли продуктов, мы имеем:

  Использование таблиц Sensible Энтальпия против температуры мы оценили энтальпии всех четырех продуктов при температуре 1280К. Этот в результате общая энтальпия составила 802 410 [кДж/кмоль топлива], что составляет очень близко к требуемому значению, что оправдывает такой подход.

  Проблема 11.5 — — Определить адиабатическую температуру пламени. полное сгорание пропана ( C ₃ H ₈ ) с 250% теоретического воздуха в адиабатическом контрольном объеме [T = 1300К].

  __________________________________________________________________________________________

  
  Инженерная термодинамика Израиля Уриэли находится под лицензией Creative Commons Attribution-Noncommercial-Share Alike 3.