Из Википедии, свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Схема системы впрыска УВВ в разрезе (аннотации на немецком языке)
Боковой вид
Боковой вид
Дизельный двигатель Langen & Wolf с воздушным впрыском, 1898 г.
Вид сбоку, компрессор и баллоны со сжатым воздухом хорошо видны
Вид сбоку, компрессор и баллоны со сжатым воздухом хорошо видны
Распределительный вал и коромысла, вид сверху
Распределительный вал и коромысла, вид сверху
Дизельный двигатель производства Grazer Waggon- & Maschinen-Fabriks-Aktiengesellschaft vorm. Джон Вайцер ГРАЗ , 1915 г.

Воздушный впрыск - это историческая система прямого впрыска для дизельных двигателей . В отличие от современных конструкций, дизельные двигатели с воздушным впрыском не имеют впрыскивающего насоса. Вместо этого для подачи топлива в форсунку используется простой топливоподкачивающий насос низкого давления. При впрыске струя сжатого воздуха вдавливает топливо в камеру сгорания, отсюда и название впрыск сжатого воздуха.. Сжатый воздух поступает из резервуаров сжатого воздуха, которые питают форсунку. Для повторного заполнения этих баков используется большой компрессор с приводом от коленчатого вала; размер компрессора и низкая частота вращения коленчатого вала двигателя означают, что дизельные двигатели с воздушным впрыском имеют огромные размеры и массу, в сочетании с проблемой, заключающейся в том, что впрыскивание воздушным ударом не позволяет быстро изменять нагрузку [1] делает его пригодным только для стационарных применений и плавсредств. До изобретения впрыска в камеру предварительного сгорания , воздушно- дутьевое впрыскивание было единственным способом построить правильно работающую внутреннюю систему воздушно-топливной смеси, необходимую для дизельного двигателя. В течение 1920-х годов [2]Воздушное впрыскивание устарело из-за превосходной конструкции системы впрыска, которая позволяла использовать гораздо меньшие, но более мощные двигатели. [3] Рудольф Дизель получил патент на нагнетание УВВ в ноябре 1893 г. (DRP 82 168). [4]

История [ править ]

Впервые система впрыска воздушной струи была использована Джорджем Бейли Брайтоном в 1872 году для двухтактного газового двигателя. Рудольф Дизель хотел построить двигатель с прямым впрыском, для которого он попытался использовать аккумулирующее в 1893 году. [5] Из-за использования дизельного топлива с высокой вязкостью и термического дожигания принцип накопления не работал в достаточной степени. Поэтому Дизелю пришлось усовершенствовать систему впрыска. Немецкий инженер Фридрих Засс говорит, что Дизель знал об изобретении Брайтона и поэтому весьма вероятно, что Дизель решил заменить свою низкую систему впрыска на систему впрыска с воздушным ударом, аналогичную системе Брайтона. [6] Дизель сделал это в феврале 1894 г. [4]Однако, поскольку он не мог придумать лучшего решения, с тех пор Дизель хотел заменить систему впрыска воздушной струи более совершенной системой; Усовершенствованная система накопления, которая допускала прямой впрыск без огромного компрессора, была запатентована Дизелем и Рудольфом Брандштеттером в 1905 году. [7] Тем не менее, эта улучшенная система все еще была недостаточной, и Дизель считал прямой впрыск без огромного компрессора «невозможным». Потребовалось еще десять лет, чтобы первые работающие дизельные двигатели с непосредственным впрыском, которые не подвергались воздушному впрыску, появились в 1915 году; [8] камера предварительного сгорания, которая сделала возможными автомобильные дизельные двигатели, была изобретена в 1909 году. [9]

Дизайн [ править ]

Конструкция атомайзера [ править ]

Первоначально для форсунок использовались амтомайзеры ситового типа, пока сита не стали широко заменяться дисками. [1] Также в некоторых двигателях использовались кольцевые форсунки. [10]

Распылитель кольцевого типа основан на принципе различных скоростей воздуха, возникающих внутри сопла, что заставляет топливо смешиваться с воздухом. [11] Распылители дискового типа имеют небольшие перфорированные диски, расположенные друг над другом с небольшими зазорами между ними (как показано на рис. 6 в разрезе справа). Диски слегка смещены для увеличения сужения. В зависимости от мощности двигателя и, следовательно, количества впрыскиваемого топлива на одно впрыскивающее сопло используются два, три или четыре диафрагмы. Материал диска зависит от типа топлива. В основном используется литье из бронзы и литье из фосфористой бронзы; для двигателей, работающих на каменноугольной смоле , диски обычно изготавливают из стали. [12]

Для двигателей с дисковыми форсунками давление впрыска должно быть синхронизировано с частотой вращения коленчатого вала. Это означает, что с увеличением частоты вращения необходимо увеличивать и давление воздуха. [13] Обычно при впрыске через сопло впрыскивается 97% воздуха и 3% топлива. [8] Давление впрыска составляет от 5 до 7 МПа, что ограничивает частоту вращения. Также при увеличении нагрузки на двигатель давление впрыска необходимо снижать, чтобы предотвратить пропуски зажигания. [13]

Ни расчет диаметра отверстий диска, ни правильный размер дисков не были известны инженерным знаниям в начале 20 века. Конструкции дисков обычно основывались на опыте инженеров. В то время как большие отверстия требуют много сжатого воздуха и, следовательно, потребляют больше мощности двигателя, слишком маленькие отверстия снижают выходную мощность двигателя. Julius Магг рекомендует диаметр диска отверстия в зависимости от указанной выходной мощности цилиндра: . - диаметр отверстия в миллиметрах, - выходная мощность в PS . [14]

Схема сопла [ править ]

В начале 20-го века были распространены две разные конструкции форсунок для двигателей с воздушным впрыском: открытая форсунка и закрытая форсунка. [15]

Конструкция с закрытым соплом была первоначальной и наиболее распространенной конструкцией, она обычно встречается в вертикальных двигателях (таких как двигатель Langen & Wolf, как показано справа). Может использоваться как для двух-, так и для четырехтактных двигателей. В форсунку подается топливо от топливоподкачивающего насоса, при этом постоянно подается сжатый воздух из бака сжатого воздуха. Это означает, что топливный насос должен преодолевать сопротивление, вызванное давлением нагнетаемого воздуха. Отдельный кулачок на распределительном валу (как показано на рис. 5 и на двухцилиндровом двигателе Johann-Weitzer справа) активировал впрыскивающий клапан, так что сжатый воздух затем давил топливо в камеру сгорания. До открытия клапана впрыска ни топливо, ни сжатый воздух не могут попасть в камеру сгорания. [16]Конструкция с закрытым соплом позволяла в то время получать хорошую топливно-воздушную смесь, что делало его очень полезным для двигателей большой мощности. Это также привело к снижению расхода топлива по сравнению с конструкцией с открытым соплом. Самыми большими недостатками были более высокая стоимость производства и ограничения на форсунки, которые значительно затрудняли проектирование двигателей с горизонтальными цилиндрами [17], поскольку в двигателях с горизонтальными цилиндрами сжатый воздух может легко входить в цилиндр, не вдавливая достаточное количество топлива в камеру сгорания, что приводит к пропуску зажигания в двигателе или последующему зажиганию. [18]

Конструкция с открытым соплом в основном использовалась для двигателей с горизонтальными цилиндрами и необычна для двигателей с вертикальными цилиндрами. Его можно использовать только для четырехтактных двигателей. [17] Как и в конструкции с закрытым соплом, топливо подается в сопло впрыска. Однако клапан впрыска только предотвращает попадание сжатого воздуха в цилиндр; топливо постоянно поступает в форкамеру над камерой сгорания в цилиндре. Между форкамерой и камерой сгорания расположены дисковые распылители, которые отделяют камеры друг от друга. При впрыске сжатый воздух будет продавливать топливо через распылители дискового типа в камеру сгорания. [19]Изготовление двигателей с открытым соплом было значительно дешевле и проще, чем изготовление двигателей с закрытым соплом. Это также позволяет использовать гудрон в качестве топлива. Однако подача топлива недостаточна, и в начале впрыска в камеру сгорания попадает слишком много топлива, что вызывает слишком сильное повышение давления внутри цилиндра. Это, а также проблема, заключающаяся в том, что невозможно обеспечить двигатели большой мощности достаточным количеством топлива, означает, что конструкция с открытым соплом может использоваться только для двигателей меньшего размера. [17]

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Рюдигер Тайхманн, Гюнтер П. Меркер (издатель): Grundlagen Verbrennungsmotoren: Funktionsweise, Simulation, Messtechnik , 7-й выпуск, Springer, Wiesbaden, 2014, ISBN  978-3-658-03195-4 , стр. 381.
  2. ^ Рюдигер Тайхманн, Гюнтер П. Меркер (издатель): Grundlagen Verbrennungsmotoren: Funktionsweise, Simulation, Messtechnik , 7-й выпуск, Springer, Wiesbaden, 2014, ISBN 978-3-658-03195-4 , стр. 382. 
  3. ^ Антон Pischinger, Отто Кордье: Gemischbildung унд Verbrennung - им Dieselmotor , Springer, Wien, 1939, ISBN 978-3-7091-9724-0 , стр. 1 
  4. ^ a b Рудольф Дизель: Die Entstehung des Dieselmotors , Springer, Berlin 1913, ISBN 978-3-642-64940-0 , стр. 21 год 
  5. ^ MAN Nutzfahrzeuge AG: Leistung und Weg: Zur Geschichte des MAN Nutzfahrzeugbaus. Шпрингер, Берлин / Гейдельберг, 1991, ISBN 978-3-642-93490-2 . п. 440 
  6. ^ Фридриха Сасс: Geschichte де Deutschen Verbrennungsmotorenbaus фон 1860 бис 1918 , Springer, Berlin / Heidelberg 1962, ISBN 978-3-662-11843-6 , стр. 414 
  7. ^ MAN Nutzfahrzeuge AG: Leistung und Weg: Zur Geschichte des MAN Nutzfahrzeugbaus. Шпрингер, Берлин / Гейдельберг, 1991, ISBN 978-3-642-93490-2 . п. 417 
  8. ^ a b MAN Nutzfahrzeuge AG: Leistung und Weg: Zur Geschichte des MAN Nutzfahrzeugbaus. Шпрингер, Берлин / Гейдельберг, 1991, ISBN 978-3-642-93490-2 . п. 419 
  9. ^ Фридрих Засс: Bau und Betrieb von Dieselmaschinen: Ein Lehrbuch für Studierende. Группа Erster: Grundlagen und Maschinenelemente , 2-й выпуск, Springer, Berlin / Heidelberg, 1948, ISBN 9783662004197 , стр. 94 и 95 
  10. ^ Юлиус Магг : Die Steuerungen der Verbrennungskraftmaschinen , Springer, Berlin, 1914, ISBN 978-3-642-47608-2 , стр. 270 
  11. ^ Юлиус Магг: Die Steuerungen der Verbrennungskraftmaschinen , Springer, Berlin, 1914, ISBN 978-3-642-47608-2 , стр. 271 
  12. ^ Юлиус Магг: Die Steuerungen der Verbrennungskraftmaschinen , Springer, Berlin, 1914, ISBN 978-3-642-47608-2 , стр. 265 
  13. ^ a b Юлиус Магг: Die Steuerungen der Verbrennungskraftmaschinen , Springer, Berlin, 1914, ISBN 978-3-642-47608-2 , p. 269 
  14. ^ Юлиус Магг: Die Steuerungen der Verbrennungskraftmaschinen , Springer, Berlin, 1914, ISBN 978-3-642-47608-2 , стр. 274 
  15. ^ Юлиус Магг: Die Steuerungen der Verbrennungskraftmaschinen , Springer, Berlin, 1914, ISBN 978-3-642-47608-2 , стр. 261 
  16. ^ Юлиус Магг: Die Steuerungen der Verbrennungskraftmaschinen , Springer, Berlin, 1914, ISBN 978-3-642-47608-2 , стр. 263 
  17. ^ a b c Юлиус Магг: Die Steuerungen der Verbrennungskraftmaschinen , Springer, Berlin, 1914, ISBN 978-3-642-47608-2 , p. 280 
  18. ^ Юлиус Магг: Die Steuerungen der Verbrennungskraftmaschinen , Springer, Berlin, 1914, ISBN 978-3-642-47608-2 , стр. 268 
  19. ^ Юлиус Магг: Die Steuerungen der Verbrennungskraftmaschinen , Springer, Berlin, 1914, ISBN 978-3-642-47608-2 , стр. 275