Система подачи воздуха в двигатель: запчасти и детали

Для эффективной работы двигателя в цилиндрах сжигается не просто топливо, а топливно-воздушная смесь. Забор воздуха осуществляется при помощи определенных механизмов и деталей, которые являются частью впускной системы мотора или как еще называют системой подачи воздуха.

В основном состоит данная система из таких деталей: воздухозаборник, воздушный фильтр, дроссельная заслонка, впускной коллектор, а также дополнительно может присутствовать турбокомпрессор.

Подобрать запчасти в каталоге «Система подачи воздуха»

Подача воздуха на бензиновых двигателях

Принципом подачи воздуха на инжекторных бензиновых моторах является взаимодействие таких элементов, как воздухозаборник, воздушный фильтр, ресивер, а также впускной и дроссельный патрубки.

Через воздухозаборник атмосферный воздух проникает в двигатель, очищаясь при помощи воздушного фильтра. Ресивер совместно с дроссельным патрубком отвечают за поступление воздуха в нужном объеме. Для этого дроссельная заслонка напрямую связана с педалью акселератора. Некоторые современные автомобили оборудованы электронной педалью газа. В этом случае сигнал идет на электродвигатель, который, в свою очередь, и управляет дроссельной заслонкой. Система подачи воздуха может дополнительно оснащаться всевозможными датчиками, отвечающими за массовый расход воздуха, положение дроссельной заслонки и за регулирование холостого хода.

 

Подача воздуха на дизельных моторах

Чтобы процесс подачи воздуха на дизельных авто был успешным, силовой агрегат дополнительно оснащается турбокомпрессором. Подобная система предполагает поступление воздуха через воздуховод, очищение его воздушным фильтром, прохождение по турбине и охлаждение в радиаторе, после чего он под давлением попадает в камеру сгорания.
 

Типовые проблемы и неисправности впускной системы двигателя

Важно приобретать и устанавливать качественные воздушные фильтры, так как это напрямую влияет на качество всасываемого воздуха и, следовательно, на долговечность элементов двигателя. За снижение мощности и срока службы двигателя отвечают такие факторы, ка:

• Неработоспособное состояние турбонаддува
• Неправильная эксплуатация турбин
• Разгерметизация системы подачи воздуха
• Повреждения патрубков
• Трещины на корпусе воздушного фильтра, несвоевременная его замена

В итоге воздух поступает в мотор неочищенный, топливно-воздушная смесь оказывается неподходящего качества и объема, появляется задымление двигателя. В этом случае проводится диагностика, ремонт или замена неисправных комплектующих.

Конструкция системы впуска, способы увеличения подачи воздуха

Воздух – крайне необходимый элемент для образования рабочей смеси. Многое зависит от атмосферного давления, количества воздуха, его чистоты. Немаловажна и геометрия движения впускного воздуха, от чего зависит стабильность работы двигателя, а также его КПД.

Конструкция впускной системы двигателя

Простейшая система впуска инжекторного двигателя состоит из следующих деталей:

• резонатор (воздухозаборник),
• корпус воздушного фильтра с фильтром,
• резиновая гофра от корпуса фильтра до дроссельной заслонки,
• ДМРВ или датчик абсолютного давления и датчик температуры воздуха,
• дроссельная заслонка с регулятором холостого хода (РХХ) и датчик положения дроссельной заслонки (ДПДЗ),
• впускной коллектор (ресивер).

Обзор элементов системы впуска двигателя

Резонатор

Представляет собой пластиковый воздухозаборник, который, как правило, установлен под фарами возле радиаторов. Патрубок устанавливается по ходу движения автомобиля, чтобы захватывался поток воздуха.

Конструкция воздухозаборника осуществлена таким образом, чтобы избежать попадания воды в цилиндры.

Корпус воздушного фильтра

Пластиковый короб, в котором устанавливается фильтр. Корпус максимально герметичен, обычно имеет отстойник для мусора.

Фильтр расположен во всей площади корпуса, в составе которого целлюлозная бумага с прорезиненными краями. Рассчитан фильтр таким образом, чтобы обеспечить необходимое сопротивление.

Дроссельный патрубок

Обычно представляет собой гофрированный патрубок. В гофре имеется отдельный патрубок, через который во впускной коллектор попадают картерные газы. К патрубку присоединяется ДМРВ, крепится хомутами с двух сторон во избежание подсоса неучтенного воздуха.

ДМРВ

Датчик имеет в своей основе платиновую проволоку и никелевую сетку в качестве чувствительного элемента. Работа датчика заключается в подсчете впускаемого воздуха, а полученная информация уже передается на электронный блок управления.

Получив данные от датчика массового расхода воздуха, блок управления уже знает, в каком количестве подать топливо.

Дроссельная заслонка

Дроссельная заслонка нужна для дозирования впускаемого воздуха, непосредственно влияющее на количество впрыскиваемого топлива.

За положением открытия заслонки отвечает электронный потенциометр ДПДЗ (датчик положения дроссельной заслонки). В зависимости от открытия заслонки корректируется количество подачи топлива.

Устанавливаемый либо на дросселе, либо на коллекторе, регулятор холостого хода (РХХ), отвечает за поток воздуха в обход закрытого дросселя в режиме холостого хода.

Впускной коллектор

Впускной коллектор равномерно распределяет воздух по цилиндрам, создавая необходимую геометрию потока, а также играет роль в смесеобразовании.

Может быть пластиковым или железным. У современных двигателей ресивер с изменяемой геометрией потока воздуха, а за геометрию отвечают двигающиеся шторки.

Доступные методы увеличения подачи воздуха

От количества попадающего воздуха зависит мощность двигателя. Установка турбины – метод радикальный, однако существуют более простые и дешевые способы:

Установка воздушного фильтра нулевого сопротивления

К данному способу относятся скептически, но эффективность ФНС доказана. Оправдана установка подобного фильтра только в случае комплексного тюнинга, но и без того прибавляет скромных 1-3% мощности за счет снижения сопротивления, а значит, увеличения объема воздуха в камере сгорания.

Холодный впуск

Существуют готовые комплекты холодного впуска. Не на всех автомобилях воздухозаборник способен забирать холодный воздух, температура подкапотного пространства не позволяет.

Конструкция холодного впуска дает возможность попадать в коллектор холодному воздуху, а значит в цилиндры попадает больше воздуха – горение смеси будет более эффективно.

Установка впускного коллектора с иной геометрией

Для автомобилей ВАЗ предусмотрены коллектора под разные потребности: с короткими каналами — мотор будет «верховым», с длинными каналами обеспечить достаточный крутящий момент с холостых до средних оборотов.

Резюме

Вышеуказанные операции по изменению количества впускаемого в систему воздуха, а также геометрии его движения, приводят к незначительному увеличению мощности. Для обеспечения стабильной работы впускной системы требуется ежегодная промывка дросселя и датчиков, а также сокращенный срок замены воздушного фильтра.

Семь распространенных неисправностей воздушного фильтра

1. Странные шумы двигателя

При работе двигателя на холостом ходу или когда автомобиль стоит, чувствуются и слышны плавные вибрации эффективно работающего двигателя. Если появляются необычные шумы, в частности похожие на кашель или хлопок, это означает, что приток воздуха в двигатель недостаточен, и воздушный фильтр необходимо заменить.

То, что на самом деле имеет место в вашем двигателе — это загрязненный или засоренный воздушный фильтр. Такой фильтр уменьшает приток воздуха, изменяя состав топливо-воздушной смеси. Богатая топливная смесь способствует образованию черной сажи, которая оседает на свечах зажигания. Шум возникает  из-за свечей зажигания, которые не работают должным образом из-за этих отложений. Грязные свечи зажигания могут также вызывать проблемы с запуском двигателя и пропуски воспламенения.

2. Ухудшение рабочих характеристик

Автомобиль реагирует правильно на нажатие педали газа? Или он продолжает двигаться медленно и разгоняется вяло? Если второе, то есть высокая вероятность того, что грязный воздушный фильтр не дает двигателю получать чистый воздух, который необходим ему для оптимальной работы. Простая замена воздушного фильтра может устранить эту неисправность.

3. Снижение топливной экономичности

Снижение топливной экономичности является четким признаком неисправного или загрязненного воздушного фильтра. Неисправный или загрязненный воздушный фильтр ограничивает приток воздуха, уменьшая количество кислорода в смеси. Двигатель компенсирует эту нехватку, потребляя больше топлива, чтобы генерировать мощность, достаточную для перемещения на то же самое расстояние или с той же самой скоростью, что и с чистым фильтром.

4. Черный дым или пламя из выхлопной трубы

При недостаточной подаче воздуха двигатель работает на смеси, богатой топливом, которая не сгорает полностью до попадания в выпускную систему и выбрасывается из автомобиля в виде напоминающего сажу черного осадка. Этот осадок проявляет себя как дым черного цвета. Или же имеющееся в выпускной системе тепло может воспламенять несгоревшее топливо, что вызывает пламя на конце выхлопной трубы и хлопки.

5. Запах бензина в выхлопных газах

Если при пуске двигателя появляется запах бензина, это значит, что в систему впрыска топлива поступает недостаточное количество воздуха и избыточное несгоревшее топливо выходит из выхлопной трубы автомобиля (поэтому и появляется запах). После замены воздушного фильтра запах должен исчезнуть.

6. Воздушный фильтр внешне загрязнен

Новый воздушный фильтр имеет белый или белесый цвет, который постепенно темнеет по мере накопления в нем со временем пыли и грязи. Визуальный осмотр воздушного фильтра при ярком свете выявит большое количество грязи, но увидеть все мелкие частицы может быть нелегко.

7. Активация индикатора «Проверить двигатель»

Недостаточная подача воздуха может вызвать отложение нагара в двигателе, что в конечном итоге вызовет активацию индикатора на панели приборов «Проверить двигатель». При его появлении проверьте, не нужно ли заменить воздушный фильтр, перед проведением другой диагностики. Поэтому большинство производителей рекомендуют заменять воздушный фильтр примерно через каждые 20 000 км или каждые 12 месяцев – что наступит раньше – независимо от того, выглядит воздушный фильтр грязным или нет.

Системы принудительной подачи воздуха: Турбокомпрессоры



Теория наддува

Мощность, которую может развивать двигатель внутреннего сгорания (ДВС), зависит от количества воздуха и топлива, которые поступают в камеру сгорания. Таким образом, добиться увеличения мощности можно, увеличив одну из этих составляющих. Но повышать только лишь количество топлива совершенно бессмысленно, если пропорционально не увеличивать объем воздуха для его сгорания. Тем самым, одно из решений к повышению мощности силового агрегата автомобиля является принудительная подача воздуха. Сжатого воздуха.

Системы принудительной подачи (нагнетания) воздуха можно разделить на системы, работающие за счет энергии отработавших газов (турбонаддув, турбина или просто «турбо») и системы с механическим приводом (объемный турбокомпрессор, кулачковый компрессор, винтовой или суперчарджер).

Сила вторичной энергии

 Первый турбонагнетатель использовавший энергию отработанных газов появился в 1905 году, его изобрел швейцарский инженер Альфред Бюши (Alfred Buchi).

Преимущества турбокомпрессорного двигателя

Двигатель, оснащенный турбокомпрессором, обладает техническими преимуществами по сравнению с атмосферным (безнаддувным) двигателем.

• Соотношение «масса/мощность» у двигателя с турбокомпрессором выше, чем у атмосферного двигателя.
• Двигатель с турбокомпрессором лучше адаптирован к специфическим условиям эксплуатации (например, в высокогорье).
• Турбокомпрессор обеспечивает лучшее сгорание топлива и как следствие, способствует снижению токсичных веществ в отработавших газах.

Если обобщить, то любой турбокомпрессор состоит из воздушного насоса (центробежного типа) и турбины, связанных между собой при помощи общей жесткой оси. Оба устройства вращаются в одном направлении и с единой скоростью. Энергия потока отработавших газов, которая в атмосферных двигателях не используется, здесь преобразуется в крутящий момент, который в свою очередь приводит в действие компрессор.

Схема работы турбины

То есть отработавшие газы, выходящие из цилиндров двигателя, именно благодаря высокой температуре и давлению, разгоняются до большой скорости, вступают в контакт с лопатками турбины, превращая кинетическую энергию в энергию вращения.

Это преобразование энергии сопровождается снижением температуры газов и их давления. Компрессор засасывает воздух через воздушный фильтр, сжимает его и подает в цилиндры двигателя. При этом количество топлива, которое можно смешать с воздухом, легко увеличить, повысив тем самым заветную мощность.

Отсюда можно сделать первый вывод: частота вращения турбонагнетателя, использующего энергию отработанных газов напрямую не зависит от числа оборотов двигателя. Изначально увеличивается подача топлива, в следствии — энергия потока отработанных газов, затем только увеличиваются обороты турбины и давление нагнетаемого воздуха в цилиндры силового агрегата. Промежуток времени, до вывода в рабочий цикл турбины получил название порог срабатывания или турбояма.

Турбокомпрессоры завоевали популярность в дизельных грузовых и легковых автомобилях, тракторах, локомотивах и судах. Среди бензиновых автомобилей их можно встретить очень редко, так как они дают «прирост» лишь на некотором скоростном промежутке. В качестве примера можно привести Cord Model 812 (1937), Saab 99 Turbo (1977) и гоночные болиды Формулы-1.

Источники:

• С.Б. Асташенко - "Турбокомпрессоры". Изд-во Автостиль, 2002г.
  
  Г.М. Савельев, Е.Н. Зайченко - "Турбокомпрессоры и теплообменники наддувочного воздуха автомобильных двигателей". Изд-во Ярославль, 1983г.

Cистема подачи вторичного воздуха (2) · Technipedia · Motorservice

«Проверка на ощупь» на клапане вторичного воздуха в BMW 520i (выделено) Если на этой стороне есть отложения,
то обратный клапан негерметичен и должен быть заменен. Проверка клапана вторичного воздуха с помощью ручного вакуумного насоса Открытый клапан вторичного воздуха слева: повреждения из-за конденсата отработавших газов, справа: в новом состоянии Жидкий конденсат отработавших газов из насоса вторичного воздуха Взгляд на вход насоса вторичного воздуха Агрессивный конденсат отработавших газов в приводном двигателе насоса вторичного воздуха

Cистема подачи вторичного воздуха и OBD

В европейской системе бортовой диагностики (EOBD) система подачи вторичного воздуха проверяется только относительно электрического присоединения, но не на её действие.
Электрическое присоединение контролируется на наличие короткого замыкания на массу, короткого замыкания на напряжение питания и на наличие разрыва.

В американской системе бортовой диагностики (OBD II) система подачи вторичного воздуха проверяется на её действие:
Для контроля насос вторичного воздуха подключается при прогретом двигателе один раз в течение ездового цикла. Вследствие этого лямбда-зонд регистрирует избыток кислорода. Сигнал зонда сверяется в приборе управления с заданными параметрами.

Возможные коды неисправностей OBD:

• P0410 функциональная нeисправность
• P0411 недостаточное количество

Открыто стоящий клапан вторичного воздуха может привести к тому, что сигнал лямбда-зонда будет ошибочно воспринят как «смесь слишком бедна». Это может привести к следующему сообщению об ошибке:

• Лямбда-зонд – предел регулирования достигнут

Рекомендации к поиску неисправности

Самыми частыми рекламациями в связи с системой подачи вторичного воздуха являются:

• насос вторичного воздуха производит шумы
• насос вторичного воздуха не функционирует

В большинстве случаев конденсат отработавших газов попадает через неисправный обратный клапан или дефектное управление клапана вторичного воздуха в насос вторичного воздуха и повреждает его. Практика показывает, что при ремонте часто заменяется только насос вторичного воздуха. По этой причине уже по прошествии короткого периода времени часто снова поступают рекламации.

Выход из строя только одного элемента конструкции в системе подачи вторичного воздуха может привести к повреждениям других компонентов. Поэтому в случае неполадки все компоненты должны быть всегда проверены.

Проверка: насос вторичного воздуха

При холодном двигателе насос вторичного воздуха должен макс. через 90 секунд после запуска двигателя слышимо прийти в действие. Для испытания по конструктивному типу при прогретом двигателе штекер насоса вторичного воздуха можно вытянуть и питать от напряжения бортовой цепи.

Указание:
Насос вторичного воздуха не предназначен для непрерывной эксплуатации, т.е. не давать ему работать более 90 секунд!

• Если насос вторичного воздуха не функционирует или работает, но при этом производит скребущие, свистящие или царапающие звуки, то он должен быть заменен.
• Проверьте в этом случае также и другие компоненты насоса вторичного воздуха.
• Проверьте фильтр для очистки воздуха двигателя на наличие загрязнения. Если впуск вторичного воздуха происходит не из всасывающего тракта, а непосредственно из подкапотного пространства, то перед насосом вторичного воздуха находится отдельный фильтр для очистки воздуха, который может быть засорен.

Агрессивный конденсат отработавших газов в приводном двигателе насоса вторичного воздуха Взгляд на вход насоса вторичного воздуха Жидкий конденсат отработавших газов из насоса вторичного воздуха

Проверка: клапан вторичного воздуха

Действие управляемого вакуумом клапана вторичного воздуха можно проверить в демонтированном состоянии с помощью ручного вакуумного насоса:

• Если клапан вторичного воздуха не открывает, когда появляется пониженное давление, то его нужно заменить.
• Если клапан вторичного воздуха открывает, когда появляется пониженное давление, то нужно проверить настраивающий магнитный клапан (электрический переключающий клапан) и вакуумные шланги.
• Если вакуум, созданный с помощью ручного вакуумного насоса, уменьшается, то тогда неплотна мембрана клапана вторичного воздуха.
• Отложения со стороны насоса вторичного воздуха (проверка на ощупь, см. помещённое рядом изображение) указывают на неплотный обратный клапан.
• Для проверки отделить соединительный шланг между насосом вторичного воздуха и клапаном втори чного воздуха.

В этом случае насос вторичного воздуха мог уже получить повреждение: насос вторичного воздуха проверить и при необходимости заменить.

Открытый клапан вторичного воздуха слева: повреждения из-за конденсата отработавших газов, справа: в новом состоянии Проверка клапана вторичного воздуха с помощью ручного вакуумного насоса «Проверка на ощупь» на клапане вторичного воздуха в BMW 520i (выделено) Если на этой стороне есть отложения,
то обратный клапан негерметичен и должен быть заменен.

Проверка: электрический переключающий клапан

Подверженный коррозии электрический переключающий клапан (открыт)

Электрический переключающий клапан на время нагнетания дополнительного воздуха (фаза запуска двигателя в холодном состоянии) подпитывается. Подпитывается электрический переключающий клапан через проводку, без электрического тока проходимость через проводку прервана.

• Проходимость и плотность могут быть проверены с помощью ручного вакуумного насоса.
• Во время нагнетания дополнительного воздуха в штекерной колодке электрического переключающего клапана должно быть напряжение бортовой цепи, иначе обнаружатся электрические сбои, которые должны локализоваться с помощью принципиальной схемы электрооборудования.

Проверка: вакуумная система

• Неплотности могут привести к тому, что пониженное давление управления не достигается.
• С помощью манометра, например, в ручном вакуумном насосе, можно проверить пониженное давление управления («вакуум») в электрическом переключающем клапане и управляемом вакуумом клапане вторичного воздуха.
• Если пониженное давление управления не достигает минимум 390 мбар (соотв. абсолютное давление 610 мбар), то всю вакуумную систему нужно проверить на наличие герметичности, и повреждённая часть должна быть заменена.

Причиной неисправности могут быть:

• дефектные шланги (пористые, прокусы куницы)
• негерметичные присоединения в пневматических клапанах
• негерметичные обратные клапаны / вакуумные резервуары
• дефектные /пористые мембраны или прокладки на пневматических исполнительных элементах
• неплотность во впускной трубе
• дефектный вакуумный насос

Проверка: присоединение к выпускному коллектору

Дефектное уплотнение может привести к тому, что выхлопной газ слышимо выходит на соединительном фланце.

• Присоединение проверить на герметичность и, при необходимости, вновь уплотнить.

как работает подача воздуха в двигатель?

В этой статье пойдёт речь об узле, который контролирует подачу топлива в мотор, он позволяет нам контролировать работу силового агрегата и регулировать его обороты нажатием педали газа. Итак, нам предстоит выяснить, что такое дроссельная заслонка, как она устроена, и какие у неё имеются разновидности.

Дроссельная заслонка: что это такое

Первым делом пройдёмся по теории. Как Вы уже, наверняка, знаете, чтобы двигатель работал, нам необходимо подать в его цилиндры топливно-воздушную смесь, которая в зависимости от типа агрегата воспламеняется сама от сжатия или от искры свечи зажигания.

Как бы то ни было, необходимо два компонента – топливо и кислород. Первый мы подаём дозировано из бака, а второй — берём из окружающей среды.

 

Чем больше забортного воздуха, а с ним и кислорода попадёт внутрь, тем активней будет происходить процесс горения смеси и тем больше выделится энергии, которая затем преобразуется в лошадиные силы и крутящий момент мотора. Контролируя объёмы поступающего воздуха, мы можем управлять параметрами двигателя.

Вот что такое дроссельная заслонка и зачем она нужна. Она, по сути, является клапаном, открывающим и закрывающим доступ кислорода к цилиндрам, а мы, являясь водителями, регулируем степень открытия этого механизма педалью газа.

Механическая или электрическая заслонка: что лучше?

Мы с Вами выяснили, что это дроссельная заслонка является тем сам клапаном, который заставляет мотор крутиться быстрее или медленнее, регулируя подачу кислорода к его цилиндрам.

Теперь давайте рассмотрим разновидности этого устройства и их конструктив. Различают такие типы заслонок:

• с механическим приводом;
• с электрическим приводом.

Механическая система является классикой и встречается не только на старых автомобилях, но и на вполне современных, но только в бюджетном сегменте.

Её суть заключается в том, что связь между педалью газа и заслонкой осуществляется простым металлическим тросом. Логика работы устройства элементарна – нажали на газ, дроссель открылся и пустил воздух к цилиндрам.

Помимо непосредственно самой поворачивающейся заслонки и тросика, идущего к ней, в состав узла входит датчик положения и регулятор холостого хода.

Назначение первого понятно – датчик отслеживает, насколько сильно открылась заслонка, и передаёт эту информацию, к примеру, в блок управления мотора.

Что же касается регулятора, то он нужен для того, чтобы на холостом ходу двигатель получал необходимую для минимальных оборотов порцию кислорода. Представляет он собой отдельный небольшой клапан с электроприводом.

Что такое дроссельная заслонка с электрическим приводом?

Она гораздо более современная и технологичная. Главное отличие от механической системы заключается в отсутствии непосредственной связи с педалью, всем управляет электроника.

В этом случае отдельные датчики следят за тем, насколько сильно мы нажимаем на газ и уже компьютер принимает решение, как сильно отклонить заслонку при помощи электропривода.

Кстати, в этой разновидности нет необходимости устанавливать отдельный клапан для регулировки оборотов на холостом ходу – воздух в любом случае проходит через основную дроссельную заслонку.

К слову, преимуществ электрической системы перед механической масса. Так как всем процессом заправляет электроника, удаётся достичь лучшей экономичности двигателя и меньшего уровня выбросов вредных веществ.

Короче говоря, механические варианты хоть и просты в конструкции, но уже являются устаревшими не только физически, но и морально.

Надеюсь, теперь у Вас не возникнет вопроса: «А что такое дроссельная заслонка и зачем она нужна?» Подписывайтесь, ведь публикации статей об устройстве автомобилей продолжаются.

 

Оптимизация подачи сжатого воздуха в цилиндры двигателя внутреннего сгорания на различных режимах Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

ными, широкополосными и могут быть отнесены к стационарным и эргодическим при длительности реализации не менее 220-250 с.

2. Качественный анализ динамической нагруженности трактора при выполнении бульдозерных работ позволил выявить источники крутильных колебаний в трансмиссии и оценить энергию их проявлений.

Литература

1. Цветков, В.И. Нестационарные случайные процессы и их анализ / В.И. Цветков. — М.: Энергия, 1971.

2. Климов, А.А. О выборе закона распределения параметров мобильных агрегатов в процессе их экспериментальных исследований / А.А. Климов // Совершенствование конструкций и повышение надежности тракторов и погрузчиков. — Красноярск, 2003. — С. 39.

3. Упиров, П.П. Совершенствование методов оценки нагруженности и долговечности деталей на примере механической и гидромеханической трансмиссий промышленной модификации гусеничного сельскохозяйственного трактора: дис. … канд. техн. наук / П.П. Упиров. — Красноярск, 1977.

4. Климов, А.А. Экспериментальный промышленный трактор для исследования оптимизации энергонасыщенности / А.А. Климов // Совершенствование конструкций и повышение надежности тракторов и погрузчиков: сб. ст. КрасГАУ. — Красноярск, 2003. — С. 18-27.

———♦’———-

УДК 621.541 С.М. Макушин

ОПТИМИЗАЦИЯ ПОДАЧИ СЖАТОГО ВОЗДУХА В ЦИЛИНДРЫ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ НА РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ

Приведены результаты первичных испытаний двигателей внутреннего сгорания, переоборудованных под микропроцессорное управление МИКАС-7.1 с распределенным впрыском топлива и подачей сжатого воздуха в цилиндры при помощи воздухораспределителя. Получена итоговая зависимость оптимального угла подачи воздуха на различных частотах.

В настоящее время остро встает проблема рационального использования природных ресурсов, в том числе и нефти, запасы которой на Земле неуклонно сокращаются. Автомобильный транспорт является одним из основных потребителей жидкого топлива нефтяного происхождения. В этих условиях, во многих странах, в том числе и в России, разрабатываются и внедряются в жизнь программы по более экономичному и рациональному использованию топливно-энергетических ресурсов.

Одним из вариантов снижения потребления жидких топлив нефтяного происхождения является применение различных видов альтернативных топлив или, в частности, разработки гибридных или комбинированных бензиновых двигателей.

Проблема выбора исполнительного механизма как раз и возникла при воплощении в жизнь идеи создания комбинированного двигателя [1]. В данном двигателе наряду с жидким топливом в качестве дополнительного источника энергии применяется сжатый воздух, закачанный под большим давлением в ресиверы на компрессорной станции.

В комбинированном двигателе сначала сгорает запальная доза (бензин+воздух), после чего, практически вслед за фронтом пламени, подается сжатый воздух в цилиндры двигателя из ресиверов через исполнительный механизм. Благодаря наличию своей собственной внутренней энергии у сжатого воздуха и свободной энергии, не перешедшей в механическую, от сгорания топлива совершается дополнительная работа, повышая тем самым термический КПД.

Таким образом, чтобы совершить одинаковую работу бензиновому двигателю и таким же, но в комбинированном исполнении, последнему понадобится затратить меньше традиционного топлива. Отсюда следует, что в атмосферу выброс вредных веществ транспортом заметно снизится, а это благоприятный фактор улучшения экологической обстановки, особенно в больших городах.

Для подачи сжатого воздуха можно воспользоваться одним из трех способов. Первый из них подразумевает применение электропневматических клапанов для каждого из цилиндра. У таких клапанов отсутствуют какие-либо утечки сжатого воздуха, что является достаточно ценным свойством. Также достаточно легко реализовывается их включение и выключение. Для этого можно использовать электрические импульсы от распределителя зажигания. Положительным моментом здесь является и то, что нет необходимости продумывать систему смазки самого исполнительного механизма. А это в свою очередь значительно упрощает конструкцию. Но значительным недостатком данного способа является относительно длительное время срабатывания клапанов. Следует отметить, что для подачи сжатого воздуха отводится период времени, равный 15 градусам поворота коленчатого вала, это составляет 20 м/с. У имеющегося на сегодняшний день электромагнитного клапана с рабочим давлением до 5,0 МПа время срабатывания на открытии находится в пределах 50 м/с [1], что затрудняет осуществление своевременной подачи сжатого воздуха. Если увеличивать продолжительность подачи по углу коленчатого вала до 37,5 градусов, что соответствует 50 м/с, то это значительным образом скажется на протекании основного процесса горения топлива в цилиндрах двигателя. И мы получим обратный эффект — неполное сгорание топлива вследствие нарушения фронта и скорости распространения пламени, а это в свою очередь приведет к перерасходу топлива.

Следующий способ — применение механических клапанов. Основным достоинством в данном случае являются простота и герметичность конструкции, а также точность и своевременность подачи воздуха вследствие применения механического привода. Но сложность как раз и заключается в осуществлении данного привода клапанов. К тому же он должен быть устроен таким образом, чтобы было возможно сжатый воздух подавать в цилиндры двигателя с учетом частоты вращения коленчатого вала, то есть осуществлять опережение впуска. Можно, конечно, данный клапанный механизм использовать и без опережения воздухо-подачи, но при этом снизится эффективность использования энергии сжатого воздуха. Если этим пренебречь, то в таком случае привод воздушных клапанов возможен от дополнительных кулачков на распределительном вале.

Третий способ — это применение воздухораспределителя. Такие воздухораспределители цилиндрического и дискового типа [2] используются для запуска судовых и танковых дизельных двигателей большого объема. Здесь данный механизм работает в условиях кратковременной нагрузки, так как запуск сам по себе непродолжителен, поэтому масла, поступившего по каналам 1 и 2 (рис. 1) в пару трения корпус — золотник от штатной система смазки, достаточно для данных условий. При этом излишки масла, попадая в цилиндры двигателя, сгорают вместе с дизельным топливом, и форсунки не загрязняются.

При работе на комбинированном двигателе возникает проблема в обеспечении трущихся деталей некоторой постоянно работающей системой маслоподачи под давлением, превосходящим давление воздуха (5 МПа). Здесь несколько путей. Первый из них — это использование прерывистой работы воздухораспределителя в комбинированном двигателе. Данный вариант предполагает периодичное снятие нагрузки с трущихся деталей, то есть отключение воздухоподачи и некоторое время работы двигателя в обычном режиме. За безнагрузочный период пара трения насытится смазкой через имеющиеся каналы 1 и 2 (см. рис. 1). Но данный вариант снижает эффективность использования идеи комбинированного двигателя. К тому же его конструкция еще и дополнительно усложнится, так как появится необходимость в наличии некоторого следящего механизма для прерывистой работы воздухораспределителя.

Другой способ напрашивается сам по себе — обеспечение принудительной смазкой пары трения золотник — корпус. Для этого можно воспользоваться уже имеющимся каналом 2 (см. рис. 1). В этот канал есть возможность ввернуть штуцер, а к нему в свою очередь под большим давлением порядка 6,0-7,0 МПа подводить масло от независящего от штатной системы питания масляного насоса высокого давления. Но сложность как раз и заключается в данном насосе, так как серийно они не выпускаются, хотя имеются в авиационной технике, где большое количество механизмов приводится в действие гидравликой.

Применение в комбинированном двигателе в качестве топлива бензина и, как следствие, свечей зажигания делает затруднительным осуществлять обильную смазку золотника, так как излишки масла, попав в цилиндры, образуют нагар в первую очередь на свечах зажигания, ухудшая их работу или приводя к отказу. Таким образом, второй способ может быть принят лишь при обеспечении пары трения корпус — золотник очень маленькими дозами масла под высоким давлением. В качестве масляного насоса высокого давления в данном случае можно использовать ТНВД. Конечно же, его необходимо перенастроить и рассчитать привод, обеспечив необходимую частоту вращения вала насоса.

Рис. 1. Воздухораспределитель: 1, 2 — отверстия для смазки; 3 — отверстие золотниковое в диске распределителя; 4, 5 — каналы в корпусе распределителя; 6 — муфта регулировочная; 7 — корпус;

8 — колпак; 9 — диск распределительный; 10 — крышка; 11 — штифт; 12 — валик; 13 — пружина;

14 — прокладка; 15 — зажим

Привод воздухораспределителя легко сделать от имеющегося штатного распределителя зажигания. Здесь можно через муфту осуществлять передачу вращающего момента от валика распределителя с грузиками к валу воздухораспределителя. Наличие грузиков позволяет делать опережение впуска воздуха в зависимости о частоты вращения коленчатого валя. Но наряду с простотой следящего механизма усложняется электрическая схема зажигания. Вместо контактного штатного механизма необходимо будет применять зажигание с микропроцессорным управлением. Хотя здесь следует отметить то, что оно является серийно выпускаемым (МИКАС-7.1).

Еще одна сложность в том, что данный исполнительный механизм в условиях длительной работы, как в нашем случае, имеет ощутимые потери сжатого воздуха, что является значительным недостатком. Но наряду с этим применение воздухораспределителя позволяет достаточно точно и практически мгновенно без задержек в определенном положении коленвала подавать воздух в цилиндры двигателя и также мгновенно отсекать эту подачу.

Таким образом, идеального способа пока нет. Необходимо каким-либо качеством, свойством исполнительного механизма пренебречь при создании комбинированного двигателя с минимальными переделками из серийного. Но в перспективе следует двигаться в направлении разработки электропневмоклапана с малым временем срабатывания.

На сегодняшний день для проведения первоначальных испытаний в лаборатории кафедры АТ АС и ФО автотранспортного факультета ПИ СФУ разработана и действует экспериментальная установка на базе серийного двигателя ЗМЗ 4021.10, переоборудованного под микропроцессорное управление МИКАС-7.1, с распределенным впрыском топлива и подачей сжатого воздуха в цилиндры при помощи воздухораспределителя (см. рис. 1). На данной установке проводились замеры при частичной нагрузке в 5 кВт удельного расхода топлива с различным опережением подачи воздуха, момента искрообразо-вания и на различных частотах вращения коленчатого вала. Результаты испытаний представлены на рисунках 2-5.

Рис. 2. Влияние угла опережения подачи воздуха р при давлении в 30 МПа и частоте вращения коленвала 850 мин-1 на удельный расход топлива дт

Рис. 3. Влияние угла опережения подачи воздуха р при давлении в 30 МПа и частоте вращения коленвала 1000 мин-1 на удельный расход топлива дт

Рис. 4. Влияние угла опережения подачи воздуха р при давлении в 30 МПа и частоте вращения коленвала 1250 мин-1 на удельный расход топлива дт

Рис. 5. Влияние угла опережения подачи воздуха р при давлении в 30 МПа и частоте вращения коленвала 1500 мин-1 на удельный расход топлива дт

Из вышеприведенных графиков (см. рис. 2-5) видно, что эффективность работы комбинированного двигателя падает при подаче воздуха с ростом частоты вращения, что объясняется уменьшением времени тепломассообмена в цилиндрах. Общеизвестно, что пневмодвигатели лучше работают при малых частотах, в противоположность ДВС.

На основании исследований получена итоговая зависимость оптимального угла подачи воздуха на разных частотах (рис. 6). Совершенно неожиданный характер зависимости — с ростом частоты вращения коленвала оптимальный угол опережения подачи воздуха падает, объясняется тем, что на больших частотах эффективность работы пневмодвигателей вообще снижается. В данном случае проявляется «мешающее» влияние пневматической составляющей цикла работы комбинированного двигателя. Чтобы избавиться от этого эффекта, необходимо радикально изменить конструкцию камеры сгорания-расширения.

Рис. 6. Зависимость оптимально угла подачи воздуха на разных частотах

вращения коленвала

Как оказалось в ходе экспериментов воздухораспределитель является достаточно инертным и не обладает необходимой пропускной способностью для эффективной работы двигателя на более высоких оборотах.

В перспективе планируется провести испытания для проведения сравнительного анализа по топливной экономичности, а также расчета индикаторных показателей.

Данный двигатель может также работать в качестве пневматического, без затрат топлива, а также в качестве бензинового двигателя при исчерпании запаса сжатого воздуха. В заключение можно сказать, что работа комбинированного пневмобензодвигателя целесообразна в условиях движения по городскому циклу, а для оптимизации подачи сжатого воздуха следует исполнительный механизм в составе воздухораспределителя заменить на более экономичный в составе электропневмоклапанов.

Литература

1. Сухов, А. Выхлоп чище воздуха / А. Сухов // За рулем. — 2001. — № 2. — С. 40-42.

2. Сизых, В.А. Судовые энергетические установки / В.А. Сизых. — М.: РКонсультант, 2003. — 264 с.

3. Интернет-сайт http://www.festo.ru.

4. Кудрин, В.А. Руководство по эксплуатации В2-РЭ / В.А. Кудрин. — М.: Внешторгиздат, 1990. — 186 с.

5. Успенский, В.А. Пневматический транспорт / В.А. Успенский. — М.: Металлург, 1959. — 254 с.

6. Хаджикоз, Р.Н. Повысить эффективность пневматических установок / Р.Н. Хаджикоз // Уголь Украины. -1965. — № 7 с.

———♦————

УДК 630.37 В.П. Корпачев, Д.Н. Седрисев

ДИНАМИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ ВОЗБУЖДЕННОГО ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ СТРУЕЙ ПОТОКА НА ЛЕСОТРАНСПОРТНЫЕ ЕДИНИЦЫ*

В работе рассматривается теоретическое решение определения параметров движения лесотранспортной единицы в потоке, возбужденном затопленной гидравлической струей.

Строительство ГЭС внесло изменение в гидрологический режим естественного потока. Скорости потока на акватории водохранилища стали близки к нулевым значениям, снизились скорости потока и на устьевых участках рек, впадающих в водохранилище. В связи с этим, при разработке технологий транспортного освоения водохранилищ используются различного типа потокообразователи потока для продвижения лесоматериалов. Для совершенствования их конструкций, расчета производительности необходимо определить основные параметры движения лесоматериалов в потоке, возбужденном затопленной гидравлической струи.

Физическая картина движущегося в водном потоке, возбужденном затопленной гидравлической струей (ГС), лесоматериала очень сложна [1]. Если учитывать физическое взаимодействие всех действующих сил (нестационарность движения, ветровое и волновое сопротивление, сопротивление воды при вращательном движении и т.д.), то при решении поставленной задачи возникают большие математические трудности. Поэтому при изучении движения лесоматериала в водном потоке мы вынуждены вводить определенные ограничения. п йУт „

—т > 0, то Р > 0, а если —- < 0, то Р<0.

йг йг

Гидравлическое сопротивление жидкости движению лесоматериалов и воздействующая сила опреде-

лятся по зависимостям:

* Работа выполнена при финансовой поддержке совместного гранта РФФИ и ККФН «Енисей-2007» №07-05-96800.

Система забора воздуха: как это работает

Каждый двигатель внутреннего сгорания, от крошечных двигателей для скутеров до колоссальных корабельных двигателей, требует для работы двух основных вещей — кислорода и топлива — но просто выбросить кислород и топливо в контейнер — еще не сделать двигатель. Трубки и клапаны направляют кислород и топливо в цилиндр, где поршень сжимает смесь для воспламенения. Взрывная сила толкает поршень вниз, заставляя коленчатый вал вращаться, давая пользователю механическое усилие для перемещения транспортного средства, запуска генераторов и перекачки воды, и это лишь некоторые из функций автомобильного двигателя.

Система впуска воздуха имеет решающее значение для работы двигателя, поскольку она собирает воздух и направляет его в отдельные цилиндры, но это еще не все. Следуя за типичной молекулой кислорода через систему впуска воздуха, мы можем узнать, что делает каждая часть, чтобы ваш двигатель работал эффективно. (В зависимости от автомобиля эти детали могут быть в разном порядке.)

Трубка забора холодного воздуха обычно расположена там, где она может забирать воздух из-за пределов моторного отсека, например, на крыле, решетке или ковше капота.Трубка забора холодного воздуха отмечает начало прохождения воздуха через систему забора воздуха, единственное отверстие, через которое воздух может поступать. Воздух из-за пределов моторного отсека обычно имеет более низкую температуру и более плотный, следовательно, более богатый кислородом, который лучше для сгорания, выходной мощности и эффективности двигателя.

Воздушный фильтр двигателя

Затем воздух проходит через воздушный фильтр двигателя, обычно расположенный в «воздушной коробке». Чистый «воздух» представляет собой смесь газов: 78% азота, 21% кислорода и следовых количеств других газов.В зависимости от местоположения и сезона воздух также может содержать многочисленные загрязнители, такие как сажа, пыльца, пыль, грязь, листья и насекомые. Некоторые из этих загрязнителей могут быть абразивными, вызывая чрезмерный износ деталей двигателя, в то время как другие могут засорить систему.

Экран обычно задерживает наиболее крупные частицы, такие как насекомые и листья, а воздушный фильтр задерживает более мелкие частицы, такие как пыль, грязь и пыльца. Типичный воздушный фильтр улавливает от 80% до 90% частиц размером до 5 мкм (5 мкм — это размер эритроцита).Воздушные фильтры премиум-класса улавливают от 90% до 95% частиц размером до 1 мкм (размер некоторых бактерий может составлять около 1 мкм).

Измеритель массового расхода воздуха

Чтобы правильно измерить, сколько топлива нужно впрыснуть в любой момент, модуль управления двигателем (ECM) должен знать, сколько воздуха поступает в систему впуска воздуха. В большинстве автомобилей для этой цели используется массовый расходомер воздуха (MAF), в то время как в других используется датчик абсолютного давления в коллекторе (MAP), обычно расположенный на впускном коллекторе. Некоторые двигатели, например двигатели с турбонаддувом, могут использовать оба.

На автомобилях, оборудованных MAF, воздух проходит через экран и лопатки, чтобы «выпрямить» его. Небольшая часть этого воздуха проходит через сенсорную часть MAF, которая содержит устройство для измерения горячей проволоки или термопленки. Электричество нагревает провод или пленку, что приводит к уменьшению тока, в то время как поток воздуха охлаждает провод или пленку, что приводит к увеличению тока. Контроллер ЭСУД коррелирует результирующий текущий расход с воздушной массой, что является критическим расчетом в системах впрыска топлива. Большинство систем впуска воздуха включают датчик температуры воздуха на впуске (IAT) где-то рядом с MAF, иногда как часть того же блока.

Воздухозаборная трубка

После измерения воздух продолжает поступать через воздухозаборную трубку к корпусу дроссельной заслонки. Попутно могут быть резонаторные камеры, «пустые» баллоны, предназначенные для поглощения и гашения колебаний в воздушном потоке, сглаживая поток воздуха на пути к корпусу дроссельной заслонки. Также стоит отметить, что, особенно после MAF, в системе впуска воздуха не может быть утечек. Попадание неизмеренного воздуха в систему приведет к искажению соотношения воздух-топливо. Как минимум, это может привести к тому, что контроллер ЭСУД обнаружит неисправность, установит диагностические коды неисправностей (DTC) и контрольную лампу двигателя (CEL).В худшем случае двигатель может не запуститься или будет плохо работать.

Турбокомпрессор и интеркулер

На автомобилях, оснащенных турбонагнетателем, воздух затем проходит через впускное отверстие турбонагнетателя. Выхлопные газы раскручивают турбину в корпусе турбины, вращая колесо компрессора в корпусе компрессора. Поступающий воздух сжимается, увеличивая его плотность и содержание кислорода — большее количество кислорода может сжигать больше топлива для большей мощности от меньших двигателей.

Поскольку сжатие увеличивает температуру всасываемого воздуха, сжатый воздух проходит через промежуточный охладитель, чтобы снизить температуру и снизить вероятность пинга, детонации и преждевременного воспламенения двигателя.

Корпус дроссельной заслонки

Корпус дроссельной заслонки соединен электронно или кабелем с педалью акселератора и системой круиз-контроля, если таковая имеется. Когда вы нажимаете педаль акселератора, дроссельная заслонка или «дроссельная заслонка» открывается, позволяя большему количеству воздуха поступать в двигатель, что приводит к увеличению мощности и скорости двигателя. При включенном круиз-контроле отдельный кабель или электрический сигнал используется для управления дроссельной заслонкой, поддерживая желаемую водителем скорость автомобиля.

Контроль холостого хода

На холостом ходу, например, когда вы стоите на стоп-сигнале или двигаясь накатом, небольшое количество воздуха все еще должно поступать к двигателю, чтобы он продолжал работать. В некоторых новых автомобилях с электронным управлением дроссельной заслонкой (ETC) частота вращения двигателя на холостом ходу регулируется с помощью минутных регулировок дроссельной заслонки. На большинстве других автомобилей отдельный клапан регулировки холостого хода (IAC) управляет небольшим количеством воздуха для поддержания холостого хода двигателя. IAC может быть частью корпуса дроссельной заслонки или подсоединен к впуску через впускной шланг меньшего размера, от основного впускного шланга.

Впускной коллектор

После того, как всасываемый воздух проходит через корпус дроссельной заслонки, он попадает во впускной коллектор, серию трубок, по которым воздух поступает к впускным клапанам каждого цилиндра. Простые впускные коллекторы перемещают всасываемый воздух по кратчайшему маршруту, в то время как более сложные версии могут направлять воздух по более окольному маршруту или даже по нескольким маршрутам, в зависимости от оборотов двигателя и нагрузки. Такой способ управления воздушным потоком может повысить мощность или эффективность, в зависимости от потребности.

Впускные клапаны

Наконец, непосредственно перед тем, как попасть в цилиндр, всасываемый воздух регулируется впускными клапанами. На такте впуска, обычно от 10 ° до 20 ° до ВМТ (перед верхней мертвой точкой), впускной клапан открывается, позволяя цилиндру втягивать воздух при опускании поршня. На несколько градусов ABDC (после нижней мертвой точки) впускной клапан закрывается, позволяя поршню сжимать воздух, когда он возвращается в ВМТ.

Как видите, система забора воздуха немного сложнее простой трубки, идущей к корпусу дроссельной заслонки.Из-за пределов автомобиля к впускным клапанам всасываемый воздух движется извилистым путем, чтобы подавать чистый и измеренный воздух в цилиндры. Знание функции каждой части системы впуска воздуха также может облегчить диагностику и ремонт.

Система подачи воздуха в систему впрыска топлива

Это изобретение относится к системе подачи воздуха, которая может быть объединена с двигателем внутреннего сгорания, имеющим систему впрыска топлива, в которой потребляется сжатый воздух.

Известны системы впрыска топлива, в которых сжатый воздух необходим для выполнения дозирования и / или впрыска топлива, и, таким образом, необходимо обеспечить воздушную систему, которая будет обеспечивать достаточную подачу воздуха для работы системы обращения с топливом при все время. Хотя удобно использовать компрессор с приводом от двигателя в качестве средства подачи сжатого воздуха, этот источник воздуха создает некоторые проблемы.

Во-первых, следует принять во внимание, что без обеспечения некоторой формы запасенной подачи воздуха не будет немедленно доступной подачи воздуха под давлением при запуске двигателя, и поэтому двигатель должен быть проверен стартером. в течение периода до того, как компрессор будет подавать давление воздуха, достаточное для запуска двигателя.

Хотя задержка в доведении воздушной системы до необходимого рабочего давления очень мала, производители автомобилей предъявляют строгие требования в этом отношении.

В том случае, если обеспечивается запасная подача воздуха, остается возможность утечки воздуха в периоды простоя, и эта вероятность увеличивается, если резервуар постоянно сообщается со всем воздушным контуром системы инжектора.

Время, необходимое для доведения подачи воздуха до рабочего давления, может быть сокращено за счет поддержания минимального объема воздушного пространства в трубопроводах и оборудовании между компрессором и инжектором.Однако, хотя это полезно для достижения быстрого запуска, это вредно для уменьшения величины пульсаций в подаваемом воздухе. Самая экономичная конструкция компрессора представляет собой поршневой компрессор возвратно-поступательного действия, и желательно, чтобы размер компрессора оставался небольшим для экономии потребления энергии и производственных затрат. Это приводит только к ограниченному избытку воздуха, доступному в системе, и вместе с минимальным объемом в системе вызывает значительную пульсацию давления в воздушной системе, которая не способствует стабильной работе системы топливного инжектора.

Таким образом, целью настоящего изобретения является создание системы подачи воздуха для систем впрыска топлива, работающих со сжатым воздухом, которая преодолевает или уменьшает описанные выше эксплуатационные проблемы.

С учетом вышеупомянутой цели в соответствии с настоящим изобретением предоставляется система подачи воздуха для системы впрыска топлива двигателя внутреннего сгорания, содержащая компрессор, приспособленный для привода от двигателя и для подачи воздуха к впрыскиванию топлива. система с помощью воздуховода, воздушного резервуара, клапана резервуара, способного выборочно соединять резервуар для воздуха с воздуховодом, и средства управления, работающие, когда давление воздуха в канале ниже заданного значения, чтобы закрыть клапан резервуара, чтобы изолировать резервуар от воздуховода.

Средство управления выполнено с возможностью изоляции воздуховода от резервуара до тех пор, пока давление в воздуховоде не достигнет уровня, достаточного для работы системы топливного инжектора в условиях запуска. Такое расположение позволяет давлению в воздуховоде повышаться быстрее, чем если бы резервуар постоянно сообщался с воздуховодом, из-за меньшего объема, необходимого для нагнетания компрессором до давления. После запуска двигателя мощности компрессора достаточно, чтобы быстро довести весь воздушный контур, включая резервуар, до полного рабочего давления.

Удобно, чтобы клапан резервуара оставался закрытым до тех пор, пока давление в воздуховоде не поднимется до заданного значения, которое может быть ниже нормального рабочего давления воздушного контура системы топливной форсунки, но давления, достаточного для эффективного управления впрыском. система во время пуска двигателя. Когда давление в воздуховоде достигнет заданного значения, клапан резервуара начнет открываться, позволяя воздуху течь в резервуар.Однако, поскольку давление в воздуховоде все еще ниже нормального рабочего давления, клапан резервуара не будет открываться полностью, и предпочтительно он устроен так, чтобы постепенно увеличивать степень его открытия, когда давление в воздуховоде поднимается выше заданного давления, чтобы полностью открываться только при достижении нормального рабочего давления.

Резервуар также увеличивает пропускную способность воздушной системы между компрессором и блоком топливной форсунки и тем самым обеспечивает гашение импульсов давления от компрессора, так что давление в значительной степени стабилизируется или, по крайней мере, величина импульсов значительно снижается. , на блоке топливной форсунки.

Удобно, чтобы резервуар можно было использовать для обеспечения запасенной подачи воздуха в дополнение к работе в качестве аккумулятора для гашения пульсаций давления в воздухе, подаваемом компрессором. В этой компоновке средство управления клапаном резервуара будет приспособлено для изоляции резервуара от системы подачи воздуха, когда двигатель не работает, и тем самым снижает риск потери давления воздуха из-за утечки в течение относительно длительных периодов, когда двигатель работает. не работает.Однако при инициировании процедуры запуска двигателя, например, при включении цепи зажигания двигателя, если давление в резервуаре на заданную величину выше, чем в остальной части системы подачи воздуха, клапан резервуара откроется. для подачи воздуха в систему из резервуара и тем самым повышения давления в воздушной системе.

Также будет понятно, что после прекращения зажигания двигателя произойдет еще несколько оборотов двигателя, прежде чем он окончательно станет неподвижным.Эти дополнительные обороты могут использоваться для обеспечения дополнительной подачи сжатого воздуха в резервуар, во-первых, обеспечивая, чтобы клапан резервуара был открыт в течение периода после выключения зажигания двигателя, а во-вторых, увеличивая рабочее давление воздуха. системы подачи и, следовательно, повысить давление воздуха в резервуаре.

Средство управления предпочтительно расположено так, чтобы клапан резервуара оставался открытым и увеличивалось рабочее давление предохранительного клапана в течение заданного периода времени после прекращения подачи энергии в систему зажигания двигателя.По истечении этого периода клапан резервуара закроется и изолирует резервуар от остальной части системы подачи воздуха, и после этого предохранительный клапан вернется к своему нормальному рабочему давлению.

Естественно, если давление в системе подачи воздуха, включая резервуар, падает ниже заданного значения, например, из-за утечки в системе, общий выход воздуха из компрессора направляется в систему впрыска топлива, и воздух не поступает. отводится в резервуар для создания в нем давления.Это состояние будет существовать только в течение очень короткого периода времени во время и после запуска двигателя, после чего резервуар будет подключен к контуру, чтобы в нем мог быть накоплен запас воздуха и пульсации давления в системе подачи воздуха. уменьшенный.

Изобретение будет легче понять из следующего описания со ссылками на прилагаемые чертежи различных практических схем системы подачи воздуха, включающей изобретение.

На чертежах

РИС.1 представляет собой схематическое изображение одного варианта осуществления контура подачи воздуха с резервуаром и регулирующим клапаном, подробно показанными в разрезе.

РИС. 2 — схематическое изображение второго варианта контура подачи воздуха.

РИС. 3 — вид в разрезе регулируемого регулятора давления воздуха.

РИС. 4 — вид в перспективе в разрезе части альтернативной конструкции воздушной камеры и регулирующего клапана.

Обратимся теперь к фиг. 1 на чертежах двигатель 70 представляет собой обычный поршневой двигатель внутреннего сгорания, однако настоящее изобретение может быть применено к другим формам двигателей внутреннего сгорания и к топливным системам, работающим на бензине, спирте или дизельном топливе.

Поршневой компрессор 71 соединен ременной передачей с коленчатым валом двигателя 70, так что компрессор будет работать всякий раз, когда коленчатый вал вращается. Блок 78 впрыска топлива измеряет и впрыскивает топливо в соответствующие камеры сгорания двигателя и принимает сжатый воздух от компрессора 71 по трубопроводу 72 и топливо из топливного бака 74 через насос 73.

Камера 50 является сформированный как единое целое с узлом 51 диафрагменного клапана, имеющим впускные и выпускные отверстия 52 и 53, соединенные в трубопроводе 72.

Мембранный клапан 51 включает камеру 58, постоянно сообщающуюся с портами 52 и 53 и имеющую одну стенку, образованную диафрагмой 59. Клапанный элемент 60 прикреплен к диафрагме 59 и взаимодействует с портом 61 камеры. для обеспечения избирательного сообщения между камерой 58 и камерой 50. Пружина 62 удерживается в сжатом состоянии между диафрагмой 59 и кольцевым выступом 63 на корпусе 64, который выпускается в атмосферу.

Таким образом, клапанный элемент 60 под действием пружины 62 и атмосферного давления движется в направлении, закрывающем порт 61 камеры, в то время как давление воздуха в камере 58, действующее на диафрагму 59, подталкивает клапанный элемент к противоположному направление открытия порта камеры 61.Усилие, прикладываемое к диафрагме пружиной 62, выбирается таким образом, чтобы оно позволяло элементу 60 клапана начать открываться, когда давление в камере 58 будет на выбранном значении ниже нормального рабочего давления системы подачи воздуха. Это позволит ограничить поток воздуха в резервуар 50 без серьезного истощения подачи воздуха в блок 78 топливной форсунки. В системе с рабочим давлением 550 кПа клапан может начать открываться примерно при 200 кПа.

По мере того, как давление в камере 58 продолжает расти, клапанный элемент постепенно перемещается дальше от порта 61 и тем самым увеличивает поток воздуха в камеру 50 до тех пор, пока за короткий период давления в камере и резервуаре не сравняются с порт 61 полностью открыт.

Камера 50 будет доведена до рабочего давления системы в пределах от 2 до 21/2 секунды после запуска двигателя. Даже в этом случае остальная часть системы доводится до рабочего давления значительно быстрее, чем было бы достигнуто, если бы камера находилась в неконтролируемом постоянном сообщении с источником воздуха с момента инициирования процедуры запуска двигателя.

Еще одно преимущество камеры 50 состоит в том, что она увеличивает объемную емкость воздушной системы между компрессором и блоком топливной форсунки.Эта увеличенная производительность обеспечивает способность поглощать импульсы давления, возникающие из-за циклического характера работы поршневого компрессора 71, так что импульсы давления в узле 78 впрыска топлива существенно уменьшаются.

В системе подачи воздуха, имеющей объемную емкость 200 мл, включая камеру 50 на 100 мл, импульсы давления в блоке топливной форсунки уменьшаются примерно на 50%, когда резервуар сообщается с остальной частью системы.В этом устройстве с номинальным давлением в системе 550 кПа величина импульсов давления без подключенной камеры 50 составляет примерно 13 кПа, а с подключенной камерой импульсы уменьшаются примерно до 6 кПа.

Система подачи воздуха включает в себя регулятор 65 давления для поддержания рабочего давления на требуемой величине, и этот регулятор может иметь обычную конструкцию. В качестве альтернативы регулятор может быть таким, как показано на фиг. 3, но без возможности изменения регулируемого давления.Эта конструкция будет описана более подробно ниже.

Обратимся теперь к фиг. 2, который иллюстрирует альтернативную подачу воздуха. В этой системе многие элементы системы такие же, как показано на фиг. 1 и имеют такую ​​же ссылочную позицию. Система, показанная на фиг. 2 особенно подходит для применения в автоматических транспортных средствах, где важно короткое время пуска и желательно иметь запас воздуха.

На ФИГ. 2, воздушный резервуар 77 сообщается с трубопроводом 72 через электромагнитный клапан 87 и дозирующее устройство 78, а регулятор 83 давления также сообщается с трубопроводом 72.

В состав регулятора 83 входит регулятор 84 давления, который также может приводиться в действие соленоидом, благодаря чему давление, при котором работает регулятор, может изменяться между двумя заданными настройками. Нижнее давление из двух настроек является нормальным рабочим давлением системы подачи воздуха.

Фактическое давление в трубопроводе 72 измеряется датчиком 85 давления, который соединен с электронным контроллером 86, а также электромагнитным клапаном 87 и регулятором 84 давления регулятора.

В установившемся режиме работы компрессор 71 будет подавать воздух непосредственно к блоку топливной форсунки 78, а регулятор 83 будет поддерживать постоянное давление в трубопроводе 72, это давление возникает из-за нижнего положения регулятора 83, которое рабочее давление в воздушной системе.

Когда давление в трубопроводе 72 соответствует нормальному рабочему давлению, датчик 85 подает сигнал процессору 86 открыть соленоидный клапан 87, так что резервуар 77 находится в постоянном сообщении с трубопроводом 72.Таким образом, резервуар 77 будет действовать как демпфер для импульсов давления, поступающих от поршневого компрессора 71, чтобы обеспечивать постоянное давление в блоке 78 топливной форсунки. Вышеописанное условие существует, когда система подачи воздуха работает в условиях нормальные условия.

Контроллер 86 ​​также подключен к системе 79 зажигания двигателя и устроен так, что при выключении системы зажигания регулятор 84 давления регулятора находится под напряжением и увеличивает давление сброса регулятора 83.Как объяснялось ранее, двигатель будет продолжать вращаться в течение нескольких оборотов после выключения зажигания из-за инерции вращающихся компонентов двигателя. Таким образом, хотя зажигание выключено, компрессор продолжит работу в течение нескольких тактов. В то время как регулятор 84 давления регулятора находится под напряжением для увеличения давления в трубопроводе 72, электромагнитный клапан 87, соединяющий резервуар 77 с трубопроводом 72, также удерживается в открытом положении, так что давление в резервуаре также будет увеличиваться в ответ на повышенное давление сброса.

Электронный контроллер 86 ​​устроен так, что электромагнитный клапан 87 удерживается открытым в течение заданного интервала времени, измеряемого от момента прекращения зажигания до двигателя, а затем закрывается, таким образом изолируя воздух высокого давления в резервуаре от остальной части воздушный контур. После закрытия электромагнитного клапана 87 регулятор 84 отключается, так что регулятор 83 давления возвращается к более низкому значению, соответствующему нормальному рабочему давлению в системе подачи воздуха.

Когда двигатель должен быть запущен в следующий раз, при включении цепи зажигания двигателя, если датчик 85 давления обнаруживает, что подача воздуха в трубопровод 72 ниже предварительно выбранного значения, тогда контроллер 86 ​​срабатывает, чтобы открыть электромагнитный клапан 87, так что воздух под высоким давлением в резервуаре 77 подается в трубопровод 72, чтобы, таким образом, обеспечивать блок 78 впрыска топлива воздухом с полным рабочим давлением. После запуска двигателя компрессор 71 будет работать в качестве источника воздуха для продолжения работы блока 78 топливной форсунки и повышения давления в резервуаре до того же давления, которое устанавливается регулятором 83.Обратный клапан 89 предусмотрен в трубопроводе 72 между регулятором 83 и датчиком давления 85 для предотвращения обратного потока воздуха во время процедуры запуска, особенно когда электромагнитный клапан 87 открыт для подачи воздуха в систему из резервуара. 77.

Если во время подачи питания на цепь зажигания и после сообщения резервуара 77 с трубопроводом 72 давление в трубопроводе 72, измеренное датчиком 85 давления, ниже заданного значения, указывающего на то, что в нем мало воздуха. резервуара, тогда контроллер 86 ​​сработает, чтобы закрыть электромагнитный клапан 87.Таким образом, весь воздух, подаваемый компрессором, будет подаваться непосредственно в узел 78 впрыска топлива, и давление в воздушной системе поднимется до значения, установленного регулятором 83, быстрее, чем если бы также было необходимо привести резервуар 77 до рабочего давления.

Контроллер 86 ​​может быть устроен так, что соленоидный клапан 87 открывается циклически, чтобы позволить небольшим количествам воздуха проходить в резервуар 77, без серьезного истощения подачи воздуха в узел 78 впрыска топлива.Таким образом, резервуар 77 постепенно доводится до необходимого давления.

В типичной конструкции резервуар 77 может иметь вместимость от 100 до 500 мл или более. Нижняя цифра выбирается требуемой степенью гашения пульсаций давления, а верхняя — желаемой емкостью накопителя воздуха для запуска двигателя. Удобный нижний показатель составляет не менее 50% объема воздушной системы без резервуара, когда демпфирование имеет значение.

Подходящая конструкция регулируемого регулятора давления для использования в системе подачи воздуха, описанной со ссылкой на фиг.2, показан на фиг. 3 рисунков.

Регулируемый регулятор давления 83 содержит воздушную камеру 90, соединяемую через канал 91 с воздуховодом 72 между компрессором 71 и обратным клапаном 89 на фиг. 2. Одна стенка камеры 90 образована диафрагмой 92, которая зажата по своему периметру между двумя секциями 93 и 94 корпуса регулятора.

Клапанный элемент 95 прикреплен к диафрагме 92 для взаимодействия с выпускным отверстием 96, сообщающимся через канал 97 в атмосферу.Пружина 98, расположенная в полости 99, находится в сжатом состоянии между диафрагмой 92 и опорной пластиной 100, упирающейся в упор 101 в торцевой стенке 102 корпуса регулятора. Сила, создаваемая сжатым состоянием пружины 98, толкает диафрагму 92 в направлении, чтобы закрыть часть 96 клапанным элементом 95. Сила, создаваемая давлением воздуха в камере 90, толкает диафрагму 92 в направлении откройте порт 96. Полость 99 сообщается с атмосферой через канал 103.

Опорная пластина 100 поддерживается гибким диском 108 для ограниченного перемещения в полости 99 в осевом направлении пружины 98. Степень осевого перемещения опорной пластины 100 ограничивается прилеганием к упору 101 в одном направлении. и упираясь в кольцевой буртик 104 секции 94 корпуса регулятора в другом направлении. Электрическая катушка 105, расположенная концентрически относительно кольцевого плеча 104, образует электромагнит. При подаче питания на катушку 105 опорная пластина 100, которая сделана из магнитного материала и функционирует как якорь, смещается из положения, показанного на фиг.4 в положение, примыкающее к кольцевому выступу 104.

Это движение опорной пластины 100 увеличивает степень сжатия пружины 98 и, соответственно, увеличивает силу на диафрагму 92, удерживающую элемент клапана 95 напротив порта 96, закрывая порт . Следовательно, давление воздуха в камере 90, необходимое для открытия порта 96, повышается, и, следовательно, регулируемое давление воздуха в воздуховоде 72, подаваемом в блок 78 топливного инжектора и резервуар 77, увеличивается.

Включение катушки 105 управляется электронным контроллером 86, так что катушка возбуждается в ответ на размыкание цепи зажигания для остановки двигателя. Контроллер выполнен с возможностью поддерживать катушку под напряжением в течение заданного интервала времени после размыкания цепи зажигания, чтобы регулятор оставался на более высоком значении давления до тех пор, пока двигатель окончательно не прекратит вращение. Как описано ранее, это повышение давления регулятора при остановке двигателя приведет к увеличению давления воздуха, хранящегося в резервуаре, и, таким образом, увеличит количество воздуха, доступного для следующего запуска двигателя.

Обычно нормальное регулируемое рабочее давление системы подачи воздуха составляет от 500 до 600 кПа, и при остановке двигателя регулятор может быть отрегулирован для увеличения регулируемого давления на 150–250 кПа.

Регулятор, описанный выше со ссылкой на фиг. 3 может использоваться в модифицированном виде в качестве регулятора давления воздуха в системе, описанной со ссылкой на фиг. 2. Модификация будет включать только устранение электрической катушки 105, гибкого диска 108 и упора 101.Опорная пластина 100 будет тогда упираться в торцевую стенку 102 корпуса регулятора, и регулятор будет работать при фиксированном регулирующем давлении.

Другая альтернативная форма воздушной камеры, особенно подходящая для использования в многоцилиндровых двигателях с прямым впрыском в цилиндр, показана на фиг. 4.

В этой конструкции воздуховод для подачи воздуха от компрессора частично образован трубкой 120, образованной за одно целое с трубкой 121, которая составляет упомянутую выше воздушную камеру.Узел 120, 121 трубки расположен относительно двигателя, так что инжектор для каждого цилиндра может напрямую сообщаться с трубкой 120 для приема воздуха для подачи топлива непосредственно в камеру сгорания цилиндра.

Один из инжекторов 122 прикреплен к трубному узлу 120, 121 ступенчатым корпусом 123 клапана, имеющим круглое поперечное сечение. Корпус клапана имеет резьбу на конце 124 для зацепления с резьбовым отверстием 125 в инжекторе 122. Заплечик 126 на корпусе 123 через уплотнительное кольцо 127 входит в зацепление с внутренней стенкой 128 узла трубки, так что корпус 123 клапана зажимает трубку в сборе к форсунке.Между узлом трубки и инжектором предусмотрено дополнительное уплотнение 130. Между корпусом клапана и стенкой 132 трубного узла также предусмотрено уплотнительное кольцо 131.

Внутреннее отверстие 135 корпуса клапана обеспечивает сообщение между инжектором и внутренней частью трубки 120 через отверстия 136, а внешнее отверстие 137 сообщается с внутренней частью трубки 121 через отверстия 138. На стыке внутреннего и в наружных отверстиях предусмотрено седло 140 в форме усеченного конуса.

Клапанный элемент 141 входит с возможностью скольжения во внешнее отверстие 137 с уплотнительным кольцом между ними.Пружина 142 сжимается между основанием полости 143 в клапанном элементе и торцевой крышкой 144 корпуса клапана и подталкивает закрытый конец 145 клапанного элемента к герметичному зацеплению с седлом 140.

Отверстие 150 в крышка 144 сообщает этот конец наружного канала с атмосферным давлением. Усилие, прилагаемое пружиной 142 к элементу 141 клапана, выбирается таким образом, чтобы элемент клапана нарушал уплотнительный контакт с седлом 140, когда давление в трубке 120 превышает атмосферное, чтобы преодолеть силу пружины, при этом давление составляет ниже нормального рабочего давления.Затем воздух начнет течь из трубки 120 в трубку 121, и по мере дальнейшего повышения давления в трубке 120 клапанный элемент 141 будет постепенно открываться дальше, пока при нормальном рабочем давлении в трубке 120 клапанный элемент не откроется полностью. Затем лампы 120 и 121 будут уравновешены.

Как указывалось ранее, трубка 121 функционирует как воздушная камера 50, упомянутая со ссылкой на фиг. 1 и выполняет ту же функцию, что и для обеспечения минимального объема воздушной системы во время запуска двигателя, который может быть увеличен по мере того, как система достигает рабочего давления, чтобы обеспечить гашение импульсов давления, возникающих от поршневого компрессора, подающего воздух.

В конструкции, показанной на фиг. 4, корпус 123 клапана и связанные с ним компоненты описанной выше конструкции могут использоваться для соединения каждого инжектора с источником воздуха, образованным трубным узлом 120, 121, или такой корпус клапана может использоваться для соединения только одного из ряда инжекторов. В последнем варианте другие форсунки соединены с трубным узлом с помощью компонента, внешне аналогичного корпусу клапана, но не имеющего внешнего отверстия 137, отверстий 138 или элемента 141 клапана.

В одной конструкции согласно фиг. 4 объемная емкость воздушной системы до трубки 120 включительно составляет 100 мл, а объем трубки 121 также составляет 100 мл. Конструкция обеспечит существенное гашение импульсов давления в воздушной системе.

Формула изобретения, определяющая изобретение, заключается в следующем.

Воздухозаборники — обзор

17.2.2 Область аэрации

В области аэрации воздух увлекается как через верхнюю, так и через нижнюю границы раздела струй, а также за счет погружения струи на пересечении струи с рециркуляционным бассейном, образующимся на конец полости (рис.17-1 (В)). В конце дефлектора поток подвергается быстрому перераспределению давления от квазигидростатического до нулевого (или отрицательного) градиента давления. При нулевом градиенте давления в струе (т. Е. ΔP = 0) вода теряет гравитацию на конце дефлектора. Когда давление в полости под покровом ниже атмосферного (т. Е. ΔP> 0), пузырьки воздуха, увлекаемые в свободную струю, подвергаются понижающемуся градиенту давления (т. Е. DP / dZ> 0). И сила плавучести вызывает движение пузыря вниз: i.е., скорость падения, которую можно оценить как (CHANSON 1988,1989a):

(17-1) ur2 = urHyd2 * PN * cos ‐ ρairρw

, где (u _r ) _Hyd — скорость подъема одиночного пузырька воздуха в градиенте гидростатического давления, P _N — это число градиента давления (P _N = ΔP / (ρ _w * g * d _o )), θ — угол между водой струи и горизонтали, ρ _воздух и ρ _w — плотность воздуха и воды соответственно (см.C).

На нижней границе раздела струи поле потока соответствует двумерному слою свободного сдвига. Распределение концентрации и скорости воздуха подробно описано в главе 15 (например, рис. 15-7).

На уровне на верхней свободной поверхности визуальные наблюдения (например, рис. 17-2 (A)) и измерения содержания воздуха (рис. 17-3) показывают значительное количество вовлекаемого воздуха. Автор (CHANSON 1988) провел несколько лабораторных экспериментов с идентичными условиями набегающего потока, но с разными разреженными давлениями в полости.Результаты явно показали увеличение «аэрации верхней свободной поверхности» с увеличением пониженного давления в полости. Анализ диффузии пузырьков воздуха на верхней свободной поверхности дает аналитическое решение проблемы уноса верхней оболочки (CHANSON 1991). Безразмерное количество воздуха, вовлеченного в верхнюю границу раздела, можно выразить как:

(17-2) QairupperQw = 0,1755 * Ldo * tanψU ‐ 2 * QairoQw * Ln1 + 12 * tanψUQairoQw * Ldo ‐ 0.90 * Ldo * urVo * cosα

, где Q _воздух ^{верхний} — чистый унос воздуха на верхней свободной поверхности струи, Q _w — расход воды, L — расстояние от конца дефлектора, u _r — это скорость подъема пузырьков воздуха при отрицательном градиенте давления (ур.(17-1)), где u _r отрицательное значение для скорости падения, d _o и V _o — глубина потока и скорость на конце дефлектора, а ψ ^U — поперечное распространение струя. CHANSON (1991) указал, что для низкого градиента давления угол распространения струи можно оценить как ψ ^U = 0,75 градуса, но когда воздухозаборники закрыты, можно ожидать, что угол распространения будет функцией градиент давления. Уравнение (17-2) (в сочетании с ур.(17-1)) предсказывает усиление аэрации верхней свободной поверхности с увеличением пониженного давления в полости. Его успешно сравнили с данными модели (CHANSON 1991).

В задней части вентилируемой полости может происходить процесс рециркуляции воздуха (CHANSON 1989a, ZARRATI 1993). Подобный процесс рециркуляции наблюдали ERVINE и AHMED (1982).

В целом уравнение непрерывности для воздуха , примененное к области аэрации, дает:

(17-3) Qairmax = Qairupper + Qairvent + Qairo

, где Q _воздух ^max — количество воздуха, захваченного в конце струи (т.е. на участке 1, рис. 17-1 (B) и 17-5), Q _воздух ^{вентиляция} — выпуск воздуха, подаваемый системой подачи воздуха, и (Q _воздух ) _o — начальная аэрация свободной поверхности в конце дефлектор.

Выпуск воздуха, подаваемого через воздухозаборники Q _воздух ^{, выпуск} , и пониженное давление в полости ΔP рассчитываются из потерь напора в воздуховоде и воздухововлекающей способности потока над аэратором ¹ (LOW 1986, RUTSCHMANN et al. .1986). Эти расчеты фиксируют расход воздуха, подаваемого через впускные отверстия, разрежение в полости под струей и, следовательно, траекторию струи.

Зная Q _воздух ^{вентиляционное отверстие} (из модельных испытаний) и Q _воздух ^{верхний} (уравнение (17-2)), можно оценить аэрацию потока в конце форсунки. Q _воздух ^макс (уравнение (17-3)). Пессимистический подход может предполагать отсутствие начальной самоаэрации: то есть (Q _воздух ) _o = 0.

Сравнение с экспериментальными данными

На рисунке 17-4 показан типичный пример экспериментальных результатов. Он показывает безразмерное количество увлеченного воздуха в потоке Q _air / Q _w как функцию расстояния от конца дефлектора. Уравнение (17-2) также отображается и сравнивается с данными.

Рис. 17-4. Количество воздуха, захваченного над устройством аэрации

Сравнение экспериментальных данных (CHANSON 1988), уравнения (17-2) и расчетов потока ниже по потоку.Участок 873-2: q _w = 0,273 м ² / с, d _o = 0,031 м, Q _воздух ^{вентиль} / Q _w = 0, P _N = 0,7.

Следует отметить, что на рисунке 17-4 дальнейшая аэрация происходит в области потока ниже по потоку. Действительно, автор (CHANSON 1989b) показал, что нисходящий поток ведет себя как самовентилирующийся поток: содержание воздуха будет стремиться к равномерной равновесной средней концентрации, которая для наклона 52,3 градуса (как на рис. 17-4) подразумевает верхний предел (Q _воздух / Q _w ) около 1.9.

Траектория струи

Траектория струи может быть вычислена как функция свойств потока в конце дефлектора и пониженного давления в полости, используя аналитические методы, численные методы или метод конечных элементов. Для инженерных приложений TAN (1984) представил простой и точный метод, в то время как CHANSON (1988) разработал двумерные расчеты струи, которые учитывают аэрацию свободной поверхности, распределение пониженного давления вдоль струи, профили скорости и условия потока при ударе струи.Оба метода кратко описаны в приложении J.

Engine Intake Charge Management

Engine Intake Charge Management

Ханну Яэскеляйнен, Магди К. Хаир

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Реферат : Управление подачей воздуха и других компонентов всасываемого заряда цилиндра в камеру сгорания является важным процессом для обеспечения стабильной и надежной работы современных двигателей.Управление всасываемым зарядом охватывает все аспекты, которые влияют на количество, состав, температуру, давление, объемное движение и чистоту содержимого цилиндра в начале периода тепловыделения. Подробная информация о системе впуска, конструкции головки цилиндров и клапанного механизма, технологии повышения давления и требований к разбавлению заряда — все это важные аспекты управления всасываемым воздухом.

Введение

Управление подачей всасываемого заряда до начала сгорания является критическим аспектом современных двигателей и может повлиять на выбросы, производительность и экономию топлива.Управление всасываемым зарядом — это процесс, который используется для обеспечения того, чтобы всасываемый заряд, подаваемый в камеру сгорания во всех рабочих условиях, соответствовал ряду требований, включая:

• имеется достаточное количество кислорода для обеспечения полного сгорания,
• присутствует достаточное количество разбавителя (например, EGR) для регулирования температуры сгорания,
• контролируется температура и давление (плотность) наддувочного воздуха,
• наддувному воздуху в цилиндре передается подходящее объемное движение и кинетическая энергия для поддержки смешивания воздуха, топлива и промежуточных продуктов сгорания, и
• размер и концентрация примесей, таких как пыль и грязь, являются приемлемыми.

Обычно элементы этого процесса обозначаются как управление воздухом . Однако термин «управление воздушным потоком» четко не определен и также может вводить в заблуждение, поскольку подразумевает, что необходимо управлять только воздушным потоком. Для современных двигателей содержимое цилиндра в начале сгорания может также включать разбавители, такие как рециркулируемый выхлопной газ, а в двигателях SI — также топливо. Таким образом, необходим термин, более точно включающий эти элементы. В этой статье используется управление расходами на входе .

В более старых конструкциях дизельных двигателей, которые не должны были соответствовать строгим требованиям по выбросам выхлопных газов, системы управления заправкой на впуске фактически были системами управления воздухом и были относительно простыми. В некоторых случаях было достаточно просто убедиться, что воздух был чистым, а пропускная способность впускной системы была достаточной для обеспечения максимального крутящего момента и мощности. Эти дизельные двигатели также обычно создавались так, чтобы создавать завихрение воздуху, когда он входил в камеру сгорания, чтобы поддерживать систему впрыска топлива в задаче смешивания воздуха и топлива.Как правило, не требовалось никакого активного управления каким-либо оборудованием на стороне впуска. Даже когда многие двигатели начали использовать турбокомпрессоры и другие формы сжатия всасываемого воздуха, этого было достаточно, чтобы просто обеспечить надлежащее соответствие между двигателем и компрессором. Безнаддувные бензиновые двигатели SI имели дроссельную заслонку для управления нагрузкой и дополнительно усложняли предварительное смешивание воздуха и топлива во впускной системе. Система впуска должна быть спроектирована таким образом, чтобы распределение воздуха и топливной смеси, создаваемой карбюратором, соответствовало проектным требованиям двигателя и чтобы были приняты меры для минимизации накопления пленки жидкого топлива во впускной системе.

Давление для снижения выбросов при сохранении или улучшении других рабочих параметров двигателя требовало лучшего управления и согласования свойств всасываемого воздуха в соответствии с условиями работы двигателя. Это потребовало внедрения дополнительных аппаратных средств для управления этими свойствами всасываемого воздуха. В дизельных двигателях, например, было введено управление перепускным клапаном на турбонагнетателе, чтобы обеспечить улучшенное усиление всасываемого воздуха на более низких оборотах двигателя и ограничить частоту вращения турбины на высоких оборотах двигателя, были введены клапаны для смешивания некоторого количества выхлопных газов (EGR) с всасываемым воздухом на некоторых В условиях работы двигателя органы управления турбонагнетателем становятся более сложными, чтобы обеспечить выполнение требований к наддува и рециркуляции отработавших газов, а все более и более высокие давления всасываемого воздуха требуют ограничения более высоких температур всасываемого воздуха в результате сжатия.Вся эта дополнительная сложность потребовала включения более сложных систем управления с датчиками и сложными алгоритмами управления, чтобы все работало должным образом.

Существует ряд важных аспектов управления расходами на поступление, в том числе:

• Управление давлением наддува. Управление давлением всасываемого заряда имеет решающее значение для удельной мощности. В дизельных двигателях турбокомпрессоры были обычным явлением, потому что низкая удельная мощность, обусловленная общей обедненной природой процесса сгорания, была бы неприемлема для многих применений.В бензиновых двигателях регулирование нагрузки обычно достигается за счет изменения плотности топливно-воздушной смеси во впускном коллекторе.
• Управление температурой заряда. Управление температурой содержимого цилиндра во время впрыска топлива в дизельных двигателях имеет решающее значение для обеспечения правильной работы двигателя. Действия по ограничению этой температуры могут быть предприняты как во впускной системе, так и в цилиндре. Есть два аспекта управления температурой всасываемого заряда:
  • , ограничивающая максимальную температуру, и
  • , управляющий низкими температурами заряда для облегчения запуска двигателя, прогрева и контроля выбросов.
  Если температура заряда слишком высока, плотность всасываемого заряда будет ниже, а температура сгорания может стать слишком высокой. Это может ограничить мощность двигателя и привести к увеличению выбросов выхлопных газов. Если температура слишком низкая, запуск двигателя при низких температурах может быть проблематичным, и / или выбросы во время прогрева двигателя могут стать чрезмерными. Для достижения надлежащей температуры заряда обычно используются различные элементы оборудования двигателя. В двигателях с наддувом используются охладители наддувочного воздуха, чтобы температура наддувочного воздуха не становилась слишком высокой, они могут передавать тепло от наддувочного воздуха охлаждающей жидкости двигателя, окружающему воздуху или отдельной жидкости с более низкой температурой.Обеспечение достаточной температуры наддувочного воздуха для холодного пуска и ее поддержания во время прогрева может быть достигнуто с помощью свечей накаливания, электрических нагревателей сети или вспомогательных средств пламенного типа.
• Управление составом заряда (рециркуляция выхлопных газов). Рециркуляция выхлопных газов (EGR), процесс рециркуляции части выхлопных газов обратно во впускную систему, является важной технологией, которая позволила современным дизельным двигателям достичь очень низкого уровня выбросов NOx. Как можно представить, введение выхлопных газов с относительно высокой температурой во всасываемый воздух может иметь значительное влияние на температуру и состав воздуха для горения, подаваемого в камеру сгорания.Чтобы обеспечить надлежащую работу двигателя с рециркуляцией отработавших газов, необходимо ввести различные аппаратные компоненты, такие как клапаны и охладители, для управления потоком, температурой и распределением подачи рециркуляции отработавших газов и полученной смеси с всасываемым воздухом. Кроме того, это может повлиять на выбор размера турбокомпрессора и выбор технологии, и необходимо принять меры для обеспечения наличия достаточного количества кислорода для сгорания и достаточного потока рециркуляции отработавших газов во всех условиях работы двигателя.
• Контроль потока в камеру сгорания и из нее. Из впускного коллектора поток должен передаваться на цилиндр. В четырехтактных двигателях это достигается с помощью порта, расположенного в головке блока цилиндров, с тарельчатым клапаном для открытия и закрытия порта. Другой набор клапанов контролирует синхронизацию потока выхлопных газов из цилиндра в выхлопное отверстие. Выбор фаз газораспределения в четырехтактных двигателях может быть фиксированным или регулируемым.

  В двухтактных двигателях отверстия в гильзе цилиндра, расположенные рядом с местом НМТ поршня, которые попеременно закрываются и не закрываются поршнем, обычно используются для регулирования потока на впуске.После завершения сгорания сгоревшие газы от двухтактного двигателя выводятся из цилиндра либо через выпускные клапаны, либо через другой набор выпускных отверстий, расположенных рядом с положением НМТ поршня. Часть цикла, доступная для удаления выхлопных газов и впуска газов во впуск в двухтактном режиме, относительно коротка. Как правило, впускные газы должны находиться под давлением, чтобы позволить поступающему воздуху быстро заполнить цилиндр и очистить его от выхлопных газов.

• Вентиляция картера. Двигатели с закрытой системой вентиляции картера отводят газы из картера в систему впуска воздуха для рециркуляции в двигатель. Этот рециркуляционный продувочный газ необходимо надлежащим образом контролировать. Кроме того, хотя рециркулируемые газы фильтруются, небольшое количество масла и твердых частиц все еще может попадать во впускную систему и накапливаться на критических компонентах, таких как компрессор. Со временем, если произойдет достаточное накопление этого материала, это может оказать значительное влияние на работу двигателя.

###

Повышение производительности двигателя на сжиженном природном газе (СПГ) за счет подачи всасываемого воздуха

Основные моменты

•

Предложен и исследован подход подачи всасываемого воздуха для двигателя СПГ.

•

Очевидно, что крутящий момент двигателя можно улучшить на низких оборотах за счет подачи всасываемого воздуха.

•

Время разгона двигателя СПГ сокращается на 14,7–30% за счет подачи всасываемого воздуха.

•

Время реакции давления на впуске может быть уменьшено на 23,6–67,7% за счет подачи воздуха на впуске.

Реферат

Для улучшения характеристик разгона и набора высоты автомобиля, работающего на природном газе, был предложен и затем исследован подход подачи всасываемого воздуха для двигателя СПГ. Разработан комплект устройства подачи всасываемого воздуха, который сопряжен с двигателем СПГ. Затем были проведены стендовые испытания подачи всасываемого воздуха для двигателя СПГ как в переходном, так и в установившемся режиме, и производительность двигателя на СПГ с подачей всасываемого воздуха сравнивалась с исходным двигателем.Результаты показывают, что крутящий момент двигателя может быть улучшен, очевидно, на низких оборотах, в то время как удельный расход газа (SGC) практически не изменяется при подаче всасываемого воздуха. При 1000 об / мин крутящий момент может быть увеличен на 31%, а SGC уменьшен на 1,64%. По результатам испытаний определено оптимальное давление нагнетания подаваемого воздуха на различных скоростях. Наконец, испытание автомобиля на подачу всасываемого воздуха также проводилось в дорожных условиях. По сравнению с оригинальным автомобилем, работающим на природном газе, время разгона уменьшено на 14.7–30% за счет подачи всасываемого воздуха, а более высокое передаточное число способствует лучшему ускорению. При этом время срабатывания давления на входе можно уменьшить на 23,6–67,7%.

Ключевые слова

Двигатель СПГ

Подача воздуха

Стендовые испытания

Дорожные испытания

Переходные характеристики

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

Полный текст

© 2016 Elsevier Ltd. Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Ссылки на статьи

Подача воздуха в машинное отделение

В то время, когда стоимость «подпитки» наших дизельных двигателей выше, чем когда-либо, кажется странным говорить о том, что эти двигатели «умирают от голода».Тем не менее, по словам морского инженера Энди Маршалла, именно это и происходит.

Маршалл, который является менеджером по обслуживанию в General Marine Services в Вестхейвене, говорит, что «удивительно большое» количество дизельных двигателей на новозеландских лодках буквально умирает преждевременной смертью. Причина? Они голодают. Не топлива, а воздуха.

«Хотя двигатели, которые мы сейчас устанавливаем, намного больше, мощнее и сложнее, чем они были десять лет назад или около того, конструкция машинных отделений почти такая же», — говорит он.

«Новым дизельным двигателям требуется гораздо больше воздуха, чем их предшественникам, и простой, печальный и дорогой факт в том, что они не получают его. В результате двигатели изнашиваются раньше срока; слишком горячие машинные отделения (что приводит к повреждению другого оборудования, например генераторов и насосных систем), пониженная топливная эффективность и черный маслянистый дым, который повреждает лакокрасочное покрытие, древесину и мебель ».

Несмотря на то, что современные дизели с повышенным энергопотреблением выдвигают на первый план проблему, на самом деле она не нова.По словам Маршалла, раньше страдали и старые двигатели; это было просто менее заметно.

«Старые двигатели с меньшей мощностью обычно работают на более низких оборотах», — говорит он. «Они боролись, поэтому никто особо не обращал внимания на вентиляцию. Фактически, во многих старых конструкциях вообще не было вентиляционных систем, они просто полагались на трещины в половицах, чтобы впускать достаточно воздуха! »

Однако даже эти двигатели с меньшей мощностью во многих случаях фактически не работали; проблему было труднее обнаружить.В наши дни, когда современные двигатели с турбонаддувом часто работают со скоростью до 3600 об / мин, проблема может быть гораздо более серьезной.

«Также не помогает то, что машинные отделения не стали больше, даже несмотря на то, что у двигателей есть», — говорит Маршалл. По его словам, это ведет к порочной спирали, которая часто приводит к катастрофическим и дорогостоящим сбоям.

«Как правило, в машинное отделение не поступает достаточно воздуха, чтобы правильно питать двигатель и поддерживать температуру воздуха в машинном отделении на приемлемом уровне.Вследствие этого воздухозаборник двигателя нагревается сильнее, чем должен, и начинаются проблемы: более горячий двигатель нагревает воздух в машинном отделении еще больше, а затем двигатель вдыхает этот слишком горячий воздух, что приводит к его работе, выходящей за рамки спецификаций производителя ».

Двигатели, которым не хватает холодного воздуха, просто не работают так долго. Они также потребляют больше топлива и часто работают намного хуже своих лучших. Другое оборудование в слишком горячем машинном отделении также подвергается нагрузке и с большей вероятностью выйдет из строя преждевременно или будет бороться с максимальной эффективностью.

«Я сравниваю его с турбонаддувом на двигателе, за исключением заднего хода. Всем известно, что если добавить воздух через турбонагнетатель, двигатель будет работать лучше. Недостаточная подача воздуха имеет прямо противоположный эффект; это как если бы вы заглушили двигатель «.

По словам Маршалла, это широко распространенная проблема, затрагивающая как недавно построенные суда, так и более старые, оснащенные современными двигателями. Это происходит на небольших 9 или 10-метровых катерах, на более крупных моторных и суперяхтах, а также на коммерческих судах.Это не ограничивается только моторными лодками.

«Мы видим много проблем с парусными лодками», — говорит Маршалл. «Двигатели часто находятся в крошечных помещениях, где практически нет воздушного потока. Это достаточно плохо, если двигатель используется только для того, чтобы заходить в пристань и выходить из нее; когда это на яхте, которая много вращается, это может иметь катастрофические последствия ».

Несмотря на то, что проблема кажется широко распространенной, а последствия часто ужасающими, решение относительно простое: подать больше холодного воздуха в машинное отделение и отвести больше горячего воздуха наружу.

«Большинство людей, вероятно, знают, что двигателям нужен воздух, чтобы дышать, но они просто не осознают, сколько воздуха им нужно».

Как и в большинстве других механических устройств, существует формула, которая описывает, сколько воздуха необходимо дизельному двигателю для эффективной работы: в основном 2,5 кубических футов воздуха в минуту на каждую производимую мощность. Кроме того, для охлаждения машинного отделения требуется также достаточное количество воздуха. Все это составляет значительную сумму, вероятно, поэтому ее так часто не получают.

«Раньше мы могли ставить дорадные ящики, и в них поступало достаточно воздуха», — говорит Маршалл. Однако дорадовые ящики и воронки уже не могут справиться с требованиями современных двигателей, прожорливых по воздуху.

«Чтобы получить максимальную отдачу от этих двигателей, мы должны обеспечить подачу значительного количества холодного воздуха в нужную часть машинного отделения и, что не менее важно, нам необходимо удалить как можно больше горячего воздуха, генерируемого двигатель, насколько это возможно ».

В наши дни морские инженеры, такие как Маршалл и его команда, используют специальные морские вентиляторы и воздуходувки, чтобы нагнетать воздух в машинное отделение и из него.

«Мы используем высококачественные установки Gianneschi итальянского производства», — говорит Маршалл. «Вентиляторы и нагнетатели должны работать непрерывно в течение длительного времени. Они должны справляться с засоленным воздухом, они должны быть изготовлены из прочных материалов морского класса, а кронштейны и корпус должны быть прочными и выдерживать удары, с которыми они столкнутся в большом море ».

Маршалл говорит, что время от времени команда General Marine сталкивается с установками, в которых владелец или неопытный судостроитель использовал приспособления для ванных комнат, такие как вытяжки, для создания воздушного потока.

«Лучшее место для установки вентилятора или воздуходувки часто — это не самая доступная часть машинного отделения», — говорит он. «Вы хотите использовать устройство, которое прослужит долго, а не тот, который вам придется постоянно втискивать и заменять».

Маршалл говорит, что домашние мастера могут сами установить нагнетатели и вентиляторы, особенно на небольших лодках, но он все же рекомендует сначала получить совет.

«Важно, чтобы воздух поступал в нужное место. Также важно убедиться, что в машинное отделение не попадает слишком много соли и влаги, а в машинном отделении поддерживается правильное давление воздуха.”

Итак, как владелец узнает, что в его двигателе недостаточно воздуха? Маршалл предлагает владельцам задавать следующие вопросы: Излучает ли двигатель черный дым на полной мощности? Двигатель тормозит? Двигатель сильно дышит через сапун картера?

«Если ответ на любой из этих вопросов — да, потенциально существует серьезная проблема с потоком воздуха в машинном отделении. Это должно быть как можно скорее проверено экспертом ».

Система управления соотношением воздух-топливо для двигателей внутреннего сгорания с регулированием подачи вторичного воздуха (Патент)

Оцука, К., Нарасака, Ш, и Шумпей, Х. Система управления соотношением воздух-топливо для двигателей внутреннего сгорания с управлением подачей вторичного воздуха . США: Н. П., 1984. Интернет.

Otsuka, K, Narasaka, Sh, & Shumpei, H. Система управления соотношением воздух-топливо для двигателей внутреннего сгорания, имеющая управление подачей вторичного воздуха . Соединенные Штаты.

Оцука, К., Нарасака, Ш, и Шумпей, Х.Вт. «Система управления соотношением воздух-топливо для двигателей внутреннего сгорания с регулированием подачи вторичного воздуха». Соединенные Штаты.

@article {osti_6272679,
title = {Система управления соотношением воздух-топливо для двигателей внутреннего сгорания, имеющих управление подачей вторичного воздуха},
author = {Оцука, К. и Нарасака, Ш и Шумпей, Х},
abstractNote = {Система управления соотношением воздух / топливо для использования с двигателем внутреннего сгорания, которая включает трехкомпонентный катализатор, расположенный в выхлопной системе двигателя, электрическую цепь, оперативно соединяющую датчик O / sub 2 / с регулировкой количества топлива средство, осуществляющее управление с обратной связью соотношением воздух / топливо смеси, производимой средством регулирования количества топлива и подаваемой в двигатель, в ответ на выходной сигнал, производимый датчиком O / sub 2 /, и подачей вторичного воздуха средство для подачи атмосферного воздуха в выхлопную систему в зоне перед датчиком O / sub 2 /.

No related posts.