ФОРКАМЕРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ — это… Что такое ФОРКАМЕРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ?
- ФОРКАМЕРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
двигатель внутр. сгорания, имеющий в пространстве сжатия форкамеру (предкамеру, аванкамеру). См. рис. и ст. Предкамера.
К ст. Форкамерный двигатель. Камера сгорания с форкамерой: 1 — отверстие для форсунки; 2 — свеча подогрева; 3 — выемка в поршне; 4 — форкамера
Большой энциклопедический политехнический словарь. 2004.
- ФОРКАМЕРА
- ФОРМА
Смотреть что такое «ФОРКАМЕРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ» в других словарях:
ФОРКАМЕРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ — двигатель внутреннего сгорания с дополнительной камерой (25 40% от объема пространства сжатия) для улучшения условий воспламенения … Большой Энциклопедический словарь
форкамерный двигатель — двигатель внутреннего сгорания с дополнительной камерой (25 40% объёма пространства сжатия) для улучшения условий воспламенения.
форкамерный двигатель — prieškamerinis variklis statusas T sritis Energetika apibrėžtis Vidaus degimo variklis, suspaudimo ertmėje turintis prieškamerį. atitikmenys: angl. engine with precombustion chamber vok. Motor mit Vorkammer, m rus. форкамерный двигатель, m pranc … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas
ГАЗ-3102 — ГАЗ 3102 … Википедия
Motor mit Vorkammer — prieškamerinis variklis statusas T sritis Energetika apibrėžtis Vidaus degimo variklis, suspaudimo ertmėje turintis prieškamerį. atitikmenys: angl. engine with precombustion chamber vok. Motor mit Vorkammer, m rus. форкамерный двигатель, m pranc … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas
engine with precombustion chamber — prieškamerinis variklis statusas T sritis Energetika apibrėžtis Vidaus degimo variklis, suspaudimo ertmėje turintis prieškamerį.
atitikmenys: angl. engine with precombustion chamber vok. Motor mit Vorkammer, m rus. форкамерный двигатель, m pranc … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynasmoteur à antichambre de combustion — prieškamerinis variklis statusas T sritis Energetika apibrėžtis Vidaus degimo variklis, suspaudimo ertmėje turintis prieškamerį. atitikmenys: angl. engine with precombustion chamber vok. Motor mit Vorkammer, m rus. форкамерный двигатель, m pranc … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas
prieškamerinis variklis — statusas T sritis Energetika apibrėžtis Vidaus degimo variklis, suspaudimo ertmėje turintis prieškamerį. atitikmenys: angl. engine with precombustion chamber vok. Motor mit Vorkammer, m rus. форкамерный двигатель, m pranc. moteur à antichambre de … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas
atitikmenys: angl. engine with precombustion chamber vok. Motor mit Vorkammer, m rus. форкамерный двигатель, m pranc … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynasДизельный двигатель типы дизельного двигателя и принцип его работы
Топливо в дизельных двигателях воспламеняется от соприкосновения со сжатым воздухом.
Бензиновый двигатель является довольно неэффективным и способен преобразовывать всего лишь около 20-30% энергии топлива в полезную механическую работу. Стандартный дизельный двигатель обычно имеет коэффициент полезного действия в 30-40%, а с турбонаддувом и промежуточным охлаждением свыше 50% (например, MAN S80ME-C7 тратит только 155 гр на кВт*ч, достигая эффективности 54,4%). Дизельный двигатель из-за использования впрыска высокого давления не предъявляет требований к летучести топлива, что позволяет использовать в нём низкосортные тяжелые масла (даже на подсолнечном масле дизель может работать практически без потери мощности).
Д.Чаромского и Т.М.Мелькумова). На максимальной эксплуатационной мощности смесь в дизеле не догорает, приводя к выбросу облаков сажи (есть народная поговорка «тепловоз дает медведя»).По сравнению с бензиновыми двигателями, в выхлопных газах дизельного двигателя, как правило, меньше окиси углерода (СО), но теперь, в связи с применением каталитических конвертеров на бензиновых двигателях, это преимущество не так заметно.
Другим важным аспектом, касающимся безопасности, является то, что дизельное топливо нелетучее (то есть легко не испаряется) и, таким образом, вероятность восгорания у дизельных двигателей намного меньше, тем более, что в них не используется система зажигания, попросту говоря, у дизеля нет свечей зажигания. Вместе с высокой топливной экономичностью это стало причиной широкого применения дизелей на танках, поскольку в повседневной небоевой эксплуатации уменьшался риск возникновения пожара в моторном отделении из-за утечек топлива. Меньшая пожароопасность дизельного двигателя в боевых условиях является мифом, поскольку при пробитии брони снаряд или его осколки имеют температуру, сильно превышающую температуру вспышки паров дизельного топлива и так же способны достаточно легко поджечь вытекшее горючее.
Конечно, существуют и недостатки, среди которых характерный стук дизельного двигателя при его работе и маслянистость топлива. Однако, они замечаются в основном владельцами автомобилей с дизельными двигателями, а для стороннего человека практически незаметны.
Явными недостатками дизельных двигателей являются необходимость использования стартера большой мощности, помутнение и застывание летнего дизельного топлива при низких температурах, сложность в ремонте и регулировке топливной аппаратуры (ТНВД), так как насосы высокого давления являются устройствами, изготовленными с высокой точностью.
Также дизель-моторы крайне чувствительны к загрязнению топлива механическими частицами и водой. Такие загрязнения очень быстро выводят топливную аппаратуру из строя. Ремонт дизель-моторов, как правило, значительно дороже ремонта бензиновых моторов аналогичного класса. Литровая мощность дизельных моторов также, как правило, уступает аналогичным показателям бензиновых моторов, хотя дизель-моторы обладают более ровным крутящим моментом в своём рабочем диапазоне. Экологические показатели дизельных двигателей значительно уступали до последнего времени двигателям бензиновым. На классических дизелях с механически управляемым впрыском возможна установка только окислительных нейтрализаторов отработавших газов («катализатор» в просторечии), работающих при температуре отработавших газов свыше 300°C, которые окисляют только CO и CH до безвредных для человека углекислого газа (CO2) и воды. Также раньше данные нейтрализаторы выходили из строя вследствие отравления их соединениями серы (количество соединений серы в отработавших газах напрямую зависит от количества серы в дизельном топливе) и отложением на поверхности катализатора частиц сажи.
Так что, по сложности современный и экологически такой же чистый, как и бензиновый дизель-мотор ничем не уступает своему бензиновому собрату, а по ряду параметров сложности и значительно его превосходит. Так, например, если давление топлива в форсунках обычного дизеля с механическим впрыском составляет от 100 до 400 бар, то в новейших системах «Common-rail» оно находится в диапазоне от 1000 до 2500 бар, что влечёт за собой немалые проблемы. Также каталитическая система современных транспортных дизелей значительно сложнее бензиновых моторов, так как катализатор должен «уметь» работать в условиях нестабильного состава выхлопных газов, а в части случаев требуется введение так называемого «сажевого фильтра».
В сажевом фильтре развивается высокая температура, при которой частички сажи способны окислиться остаточным кислородом, содержащимся в выхлопных газах. Однако часть сажи не всегда окисляется, и остается в «сажевом фильтре», поэтому программа блока управления периодически переводит двигатель в режим очистки «сажевого фильтра» путём так называемой «постинжекции», то есть впрыска дополнительного количества топлива в цилиндры в конце фазы сгорания с целью поднять температуру газов, и, соответственно, очистить фильтр путём сжигания накопившейся сажи. Стандартом де-факто в конструкциях транспортных дизель-моторов стало наличие турбонаддува (или даже двойного наддува), а в последние годы— и так называемого «интеркулера»— то есть устройства, охлаждающего сжатый турбонагнетателем воздух.
Нагнетатель позволил поднять удельные мощностные характеристики массовых дизель-моторов, так как позволяет пропустить за рабочий цикл большее количество воздуха через цилиндры.
В своей основе конструкция дизельного двигателя подобна конструкции бензинового инжекторного двигателя. Однако, аналогичные детали у дизеля обычно тяжелее и более устойчивы к высокому давления сжатия, имеющим место у дизеля. Головки поршней, однако, специально разработаны под особенности сгорания в дизельных двигателях и часто (но не всегда) рассчитаны на повышенную степень сжатия. Кроме того, головки поршней в дизельном двигателе находятся выше верхней плоскости блока цилиндров, когда поршень находится в верхней точке своего хода. Во многих случаях головки поршней содержат в себе камеру сгорания.
КОНСТРУКЦИЯ
Особенности двигателя
Как уже отмечалось, конструкция дизельного двигателя подобна конструкции бензинового двигателя. Однако аналогичные детали у дизеля существенно усилены, чтобы воспринимать более высокие нагрузки — ведь степень сжатия у него намного выше (16-24 единиц против 9-11 у бензинового).
Характерная деталь в конструкции дизелей — это поршень. Форма днища поршней у дизелей определяется типом камеры сгорания, поэтому по форме легко определить, какому двигателю принадлежит данный поршень. Во многих случаях днище поршня содержит в себе камеру сгорания. Днища поршней находятся выше верхней плоскости блока цилиндров, когда поршень находится в верхней точке своего хода. Так как воспламенение рабочей смеси осуществляется от сжатия, в дизелях отсутствует система зажигания, хотя свечи могут применяться и на дизеле. Но это не свечи зажигания, а свечи накаливания, которые предназначены для подогрева воздуха в камере сгорания при холодном пуске двигателя.
Технические и экологические показатели автомобильного дизельного двигателя в первую очередь зависят от типа камеры сгорания и системы впрыскивания топлива.
Типы камер сгорания
Форма камеры сгорания значительно влияет на качество процесса смесеобразования, а значит и на мощность и шумность работы двигателя.
Камеры сгорания дизельных двигателей разделяются на два основных типа: неразделенные и разделенные.
Несколько лет назад на рынке легкового машиностроения доминировали дизели с разделенными камерами сгорания. Впрыск топлива в этом случае осуществляется не в надпоршневое пространство, а в специальную камеру сгорания, выполненную в головке блока цилиндров. При этом различают два процесса смесеобразования: предкамерный (его еще называют форкамерным) и вихрекамерный.
При форкамерном процессе топливо впрыскивается в специальную предварительную камеру, связанную с цилиндром несколькими небольшими каналами или отверстиями, ударяется об ее стенки и перемешивается с воздухом. Воспламенившись, смесь поступает в основную камеру сгорания, где и сгорает полностью. Сечение каналов подбирается так, чтобы при ходе поршня вверх (сжатие) и вниз (расширение) между цилиндром и форкамерой возникал большой перепад давления, вызывающий течение газов через отверстия с большой скоростью.
Во время вихрекамерного процесса сгорание также начинается в специальной отдельной камере, только выполненной в виде полого шара. В период такта сжатия воздух по соединительному каналу поступает в предкамеру и интенсивно закручивается (образует вихрь) в ней. Впрыснутое в определенный момент топливо хорошо перемешивается с воздухом.
Таким образом, при разделенной камере сгорания происходит как бы двухступенчатое сгорание топлива. Это снижает нагрузку на поршневую группу, а также делает звук работы двигателя более мягким. Недостатком дизельных двигателей с разделенной камерой сгорания являются: увеличение расхода топлива вследствие потерь из-за увеличенной поверхности камеры сгорания, больших потерь на перетекание воздушного заряда в дополнительную камеру и горящей смеси обратно в цилиндр. Кроме того, ухудшаются пусковые качества.
Дизельные двигатели с неразделенной камерой называют также дизелями с непосредственным впрыском. Топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр, камера сгорания выполнена в днище поршня.
До недавнего времени непосредственный впрыск использовался на низкооборотистых дизелях большого объема (проще говоря, на грузовиках). Хотя такие двигатели экономичнее моторов с разделенными камерами сгорания, их применение на небольших дизелях сдерживалось трудностями организации процесса сгорания, а также повышенными шумом и вибрацией, особенно в режиме разгона.
Система питания дизеля
Важнейшим звеном дизельного двигателя является система топливоподачи, обеспечивающая поступление необходимого количества топлива в нужный момент времени и с заданным давлением в камеру сгорания.
Топливный насос высокого давления (ТНВД), принимая горючее из бака от подкачивающего насоса (низкого давления), в требуемой последовательности поочередно нагнетает нужные порции солярки в индивидуальную магистраль гидромеханической форсунки каждого цилиндра. Такие форсунки открываются исключительно под воздействием высокого давления в топливной магистрали и закрываются при его снижении.
Существует два типа ТНВД: рядные многоплунжерные и распределительного типа. Рядный ТНВД состоит из отдельных секций по числу цилиндров дизеля, каждая из которых имеет гильзу и входящий в нее плунжер, который приводится в движение кулачковым валом, получающим вращение от двигателя. Секции таких механизмов расположены, как правило, в ряд, отсюда и название — рядные ТНВД. Рядные насосы в настоящее время практически не применяются ввиду того, что они не могут обеспечить выполнение современных требований по экологии и шумности. Кроме того, давление впрыска таких насосов зависит от оборотов коленвала.
Распределительные ТНВД создают значительно более высокое давление впрыска топлива, нежели насосы рядные, и обеспечивают выполнение действующих нормативов, регламентирующих токсичность выхлопа. Этот механизм поддерживает нужное давление в системе в зависимости от режима работы двигателя. В распределительных ТНВД система нагнетания имеет один плунжер-распределитель, совершающий поступательное движение для нагнетания топлива и вращательное для распределения топлива по форсункам.
Эти насосы компактны, отличаются высокой равномерностью подачи топлива по цилиндрам и отличной работой на высоких оборотах. В то же время они предъявляют очень высокие требования к чистоте и качеству дизтоплива: ведь все их детали смазываются топливом, а зазоры в прецизионных элементах очень малы.
Ужесточение в начале 90-х законодательных экологических требований, предъявляемых к дизелям, заставило моторостроителей интенсивно совершенствовать топливоподачу. Сразу же стало ясно, что с устаревшей механической системой питания эту задачу не решить. Традиционные механические системы впрыска топлива имеют существенный недостаток: давление впрыска зависит от частоты вращения двигателя и нагрузочного режима. Это значит, что при низкой нагрузке давление впрыска падает, в результате топливо при впрыске плохо распыляется, попадая в камеру сгорания слишком крупными каплями, которые оседают на ее внутренних поверхностях. Из-за этого уменьшается КПД сгорания топлива и повышается уровень токсичности отработанных газов.
Кардинально изменить ситуацию могла только оптимизация процесса горения топливовоздушной смеси. Для чего надо заставить весь её объём воспламениться в максимально короткое время. А здесь необходима высокая точность дозы и точность момента впрыскивания. Сделать это можно, только подняв давление впрыска топлива и применив электронное управление процессом топливоподачи. Дело в том, что чем выше давление впрыска, тем лучше качество его распыления, а соответственно – и смешивания с воздухом. В конечном итоге это способствует более полному сгоранию топливовоздушной смеси, а значит и уменьшению вредных веществ в выхлопе. Хорошо, спросите вы, а почему бы не сделать такое же повышенное давление в обычном ТНВД и всей этой системе? Увы, не получится. Потому что есть такое понятие, как «волновое гидравлическое давление». При любом изменении расхода топлива в трубопроводах от ТНВД к форсункам возникают волны давления, «бегающие» по топливопроводу. И чем сильнее давление, тем сильнее эти волны.
И если далее повышать давление, то в какой-то момент может произойти обыкновенное разрушение трубопроводов.
В результате были разработаны два новых типа систем питания – в первом форсунку и плунжерный насос объединили в один узел (насос-форсунка), а в другом ТНВД начал работать на общую топливную магистраль (Common Rail), из которой топливо поступает на электромагнитные (или пьезоэлектрические) форсунки и впрыскивается по команде электронного блока управления. Но с принятием Евро 3 и 4 и этого оказалось мало, и в выхлопные системы дизелей внедрили сажевые фильтры и катализаторы.
Насос-форсунка устанавливается в головку блока двигателя для каждого цилиндра. Она приводится в действие от кулачка распределительного вала с помощью толкателя. Магистрали подачи и слива топлива выполнены в виде каналов в головки блока. За счет этого насос-форсунка может развить давление до 2200 бар. Дозированием топлива, сжатого до такой степени и управлением угла опережения впрыска занимается электронный блок управления, выдавая сигналы на запорные электромагнитные или пьезоэлектрические клапаны насос-форсунок. Насос-форсунки могут работать в многоимпульсном режиме (2-4 впрыска за цикл). Это позволяет произвести предварительный впрыск перед основным, подавая в цилиндр сначала небольшую порцию топлива, что смягчает работу мотора и снижает токсичность выхлопа. Недостаток насос-форсунок – зависимость давления впрыска от оборотов двигателя и высокая стоимость данной технологии.
Система питания Common Rail используется в дизелях серийных моделей с 1997 года. Common Rail – это метод впрыска топлива в камеру сгорания под высоким давлением, не зависящим от частоты вращения двигателя или нагрузки. Главное отличие системы Common Rail от классической дизельной системы заключается в том, что ТНВД предназначен только для создания высокого давления в топливной магистрали. Он не выполняет функций дозировки цикловой подачи топлива и регулировки момента впрыска. Система Common Rail состоит из резервуара – аккумулятора высокого давления (иногда его называют рампой), топливного насоса, электронного блока управления (ЭБУ) и комплекта форсунок, соединенных с рампой. В рампе блок управления поддерживает, меняя производительность насоса, постоянное давление на уровне 1600-2000 бар при различных режимах работы двигателя и при любой последовательности впрыска по цилиндрам. Открытием-закрытием форсунок управляет ЭБУ, который рассчитывает оптимальный момент и длительность впрыска, на основании данных целого ряда датчиков – положения педали акселератора, давления в топливной рампе, температурного режима двигателя, его нагрузки и т. п. Форсунки могут быть электромагнитными, либо более современными- пьезоэлектрическими. Главные преимущества пьезоэлектрических форсунок — высокая скорость срабатывания и точность дозирования. Форсунки в дизелях c Common rail могут работать в многоимпульсном режиме: в ходе одного цикла топливо впрыскивается несколько раз – от двух до семи. Сначала поступает крохотная, всего около миллиграмма, доза, которая при сгорании повышает температуру в камере, а следом идет главный «заряд». Для дизеля — двигателя с воспламенением топлива от сжатия — это очень важно, так как при этом давление в камере сгорания нарастает более плавно, без «рыбка». Вследствие этого мотор работает мягче и менее шумно, снижается количество вредных компонентов в выхлопе. Многократная подача топлива за один такт попутно обеспечивает снижение температуры в камере сгорания, что приводит к уменьшению образования окиси азота- одной из наиболее токсичных составляющих выхлопных газов дизеля. Характеристики двигателя с Common Rail во многом зависят от давления впрыска. В системах третьего поколения оно составляет 2000 бар. В ближайшее время в серию будет запущено четвертое поколение Common Rail с давлением впрыска 2500 бар.
А теперь посмотрите обучающие и очень интересное видео о дизельном двигателе.
Турбодизель. Система турбонаддува.
Эффективным средством повышения мощности и гибкости работы дизеля является турбонаддув. Он позволяет подать в цилиндры дополнительное количество воздуха и соответственно увеличить подачу топлива на рабочем цикле, в результате чего увеличивается мощность двигателя. Давление выхлопных газов дизеля в 1,5-2 раза выше, чем у бензинового мотора, что позволяет турбокомпрессору обеспечить эффективный наддув с самых низких оборотов, избежав свойственного бензиновым турбомоторам провала — «турбоямы». Отсутствие дроссельной заслонки в дизеле позволяет обеспечить эффективное наполнение цилиндров на всех оборотах без применения сложной схемы управления турбокомпрессором. На многих автомобилях устанавливается промежуточный охладитель наддуваемого воздуха — интеркулер, позволяющий поднять массовое наполнение цилиндров и на 15-20 % увеличить мощность.
Надув позволяет добиться одинаковой мощности с атмосферным мотором при меньшем рабочем объеме, а значит, снизить массу двигателя. Турбонаддув, помимо всего прочего, служит для автомобиля средством повышения «высотности» двигателя — в высокогорных районах, где атмосферному дизелю не хватает воздуха, наддув оптимизирует сгорание и позволяет уменьшить жесткость работы и потерю мощности. В то же время турбодизель имеет и некоторые недостатки, связанные в основном с надежностью работы турбокомпрессора. Так, ресурс турбокомпрессора существенно меньше ресурса двигателя. Турбокомпрессор предъявляет жесткие требования к качеству моторного масла. Неисправный агрегат может полностью вывести из строя сам двигатель. Кроме того, собственный ресурс турбодизеля несколько ниже такого же атмосферного дизеля из-за большой степени форсирования. Такие двигатели имеют повышенную температуру газов в камере сгорания, и чтобы добиться надежной работы поршня, его приходится охлаждать маслом, подаваемым снизу через специальные форсунки.
История ГАЗ-3102, или почему «Волга» не стала «Мерседесом»
У Горьковского автозавода был шанс сделать из «Волги» аналог мерседесовского S-class. Но, желание сэкономить, поставило крест на всех интересных задумках, которые легли в основу ГАЗ-3102
Редакция
Мерседес по дешевке
При разработке ГАЗ-3102 перед заводчанами ставилась сложная задача: сменить на конвейере ГАЗ-24 должен был настоящий советский Мерседес – что-то похожее на Mercedes-Benz в кузове W116 начала семидесятых. Так сказать, нашенский S-класс. Заводчане, было, обрадовались, но вскоре приуныли: им дали понять, что делать мерседес придется фактически из того, что есть – никаких суперрешений бюджет не потянет.
Конструкторы Горьковского автозавода старались сделать невозможное. Под капот поставили необычный движок с форкамерным зажиганием. Тормоза стали дисковыми. Кузов обрел клиновидное оперение, мягкое торпедо, красивые сиденья и большой бензобак за задним сиденьем: на Мерсе он находился именно там. Пассивная безопасность при этом была на высоте. Любопытно, что изначально бензобак по привычке запихнули вниз, но потом взглянули на W116 и сделали, как надо.
Успех и провал
Машина получилась классная. Но это ее и погубило. Чиновники дружно проголосовали «За!», но тут же возмутились – о том, чтобы на элитной машине ездили «обычные» ученые и прочие народные артисты, не могло быть и речи. В такси, само собой, путь был также закрыт – там должно было ездить нечто простенькое. Поэтому было принято решение резко ограничить выпуск удачной машины, подчеркнув лишний раз ее элитность. А на замену ГАЗ-24 решили запустить некий промежуточный вариант между ГАЗ-24 и ГАЗ-3102 – так появилась ГАЗ-24-10. Мотор древний, тормоза барабанные, торпедо жесткое – и так сойдет.
Дальше – хуже. Форкамерный двигатель испытаний временем не выдержал и был потихоньку заменен привычным мотором – безо всяких экономий и форкамер. Но чиновникам до этого не было никакого дела: заправляться – не их дело. Под шумок была решена и судьба бензобака. Серийной оснастки на большой бак не было, да и кому он нужен, если чиновнику расположение запаски и бака абсолютно безразличны? Поглядывать на Мерседес перестали, а на 3102 поставили убогий старый бензобак от ГАЗ-24.
Дело – бак
Тем, кто уже не помнит, как выглядела ГАЗ-3102, напомним, о чем речь. Смотрим на древнее фото из заводской брошюры: лючок бензобака находится в верхней части заднего левого крыла. Такие автомобили иногда попадаются на дорогах и сегодня – и эта конструктивная особенность сразу выдает их преклонный возраст. А вот на более поздних фотографиях лючок находится ниже – там же, где у «обычных двадцатьчетверок» – разве что открывается в сторону, а не вниз.
Что в этом плохого? А то, что в первоначальном варианте на 3102 был 70-литровый бензобак. При волговской прожорливости это было правильное решение. При этом багажник выглядел огромным и был удобен, поскольку запасное колесо помещали под полом. А вот после странной модернизации испортилось сразу всё: в багажник переехало огромное колесо, занявшее огромную часть пространства, а бак похудел аж на 15 литров – его запихнули вниз. Визиты на АЗС участились, а плоский бак то и дело капризничал, норовя выплеснуть бензин обратно.
А если хочется?
По сравнению с «двадцатьчетверкой» багажник чуть приподнялся сзади и чуть вырос. Впрочем, на ГАЗ-24 были свои проблемы: под полкой задка устанавливали вентиляцию обдува заднего стекла, что съедало пространство для поклажи. А на 24-10 стекло сделали обогреваемым и багажник получил новые литры объема… Но 55-литровый бак оставался недомерком… Однако вскоре прошел слух: освоен выпуск 70-литровых бензобаков!
Откуда они появились? 70-литровые баки предназначались для редких волжанок с восьмицилиндровыми моторами, а также с роторными движками. Они соответствовали посадочным местам 55-литровых баков, потому замена не была особо сложной. Надо было только не забыть позаботиться об удлинении бензоприемника – иначе «лишний» бензин всегда оставался бы на донышке. Отличить старый бак от нового можно было не только по «пузатости», но и по числу продольных штамповок. Но это решение не было серийным, а потому 55-литровый бак ушел в историю вместе с ГАЗ-31105.
Редакция рекомендует:
Хочу получать самые интересные статьи
Газ 3102 история создания автомобиля — 5 Марта 2011
Газ 3102 история создания автомобиля
К середине 70х годов «Волга» ГАЗ-24 устарела внешне и технически в сравнении с своими европейскими аналогами. В конце с70х с участием НАМИ были проведены масштабные испытания текущей модели ГАЗ-24, призванные выявить её недостатки и найти способы к их устранению. Эксперты отметили недостаточную курсовую устойчивость автомобиля на высоких скоростях, низкую пассивную безопасность, повышенную шумность. Для исправления этих недостатков были предложены конкретные меры, введение бесшкворневой передней и пружинной задней подвески, были даже определены некоторые даты, новую подвеску планировалось внедрить к 1978 году.
Но для осуществления этих планов на деле не хватило ресурсов и финансирования. Заводу пришлось обойтись рестайлингом и техническим обновлением «Волги».
Ввиду устаревания базовой модели Волги — ГАЗ-24, требовалось разработать новую машину с модернизированной «начинкой», а главное — обновлённой внешностью, в основном для обслуживания номенклатуры — то есть машину, промежуточную по престижности между «Чайкой» (которая после начала выпуска в 1976 году намного более длинной и тяжёлой, чем предыдущая модель, ГАЗ-14, «ушла» в более высокий класс, вплотную приблизившись к автомобилям ЗИЛ) и ГАЗ-24, престижность которой за прошедшее с начала серийного выпуска время несколько снизилась из-за увеличения количества частных автомобилей этой модели. Эта ниша в те годы стала заполняться чешской моделью Tatra 613, которую необходимо было заменить автомобилем отечественного производства.
Главной технической новинкой был форкамерно-факельный двигатель ЗМЗ-4022.10.
Первые разработки форкамерных двигателей на ГАЗ-е относятся к пятидесятым годам. Они велись в целях повышения топливной экономичности.
В таком двигателе поджиг рабочей бензовоздушной смеси осуществлялся не непосредственно искрой на свече зажигания, а факелом раскалённых газов, вырывающимся из специальной форкамеры (предкамеры) — частично отделённой от остального объёма камеры сгорания полости, в которой располагалась свеча (по одной на цилиндр).
В форкамеры через небольшие дополнительные клапаны в головке двигателя (то есть всего у 4-цилиндрового двигателя было 12 клапанов — 8 впускных и 4 выпускных, а у 6-цилиндрового, соответственно, 18) подавалась обогащённая смесь, которая, в свою очередь, поджигалась искрой и инициировала горение непосредственно в цилиндре, куда подавалась, наоборот, относительно бедная рабочая смесь. Соответственно, карбюратор был трёхкамерным — первичная, вторичная и третья, подающая обогащённую смесь в форкамеры.
Однако в ходе испытаний выяснились и недостатки — в первую очередь, недостаточное улучшение экономичности (не более 3-5 %), что, в сочетании с отмечавшейся неустойчивостью работы на переходных режимах, не окупало существенного усложнения конструкции форкамерного двигателя. Как результат, в крупносерийное производство такие моторы тогда не пошли.
Тем временем работы продолжались. Для автомобиля ГАЗ-24 также готовился двигатель с форкамерной системой зажигания (ГАЗ-24Ф), однако разработчики столкнулись с теми же проблемами, и до серийного производства он допущен не был.
К идее вернулись при разработке модели, предназначенной на смену «двадцать четвёртой» «Волге», имея в виду уже не только повышение топливной экономичности, но и необходимость снижения вредных выбросов в атмосферу — форкамерный механизм позволял достичь этого за счёт обеспечения работы двигателя на обеднённой бензовоздушной смеси.
Результатом многолетних разработок стал серийный двигатель модели ЗМЗ-4022.10.
Мощность его возросла до 105 л.с. (по сравнению с 95 л.с. у обычного ЗМЗ-24), при этом топливная экономичность, по данным производителя, существенно улучшилась (расход топлива снизился с 10,5 л. на 100 км пробега при постоянной скорости 80 км/ч — до 8,5 л. на 100 км в тех же условиях, то есть почти на 20 %).
Динамика «Волги» ГАЗ-3102 с таким двигателем также существенно улучшилась — разгон с места до 100 км/ч занимал теперь 16,2 с. против 21 с. у ГАЗ-24 — то есть почти столько же, сколько у считавшегося в то время весьма динамичным ВАЗ-2106.
Кроме того, благодаря использованию обеднённой смеси новый двигатель оказался существенно экологичнее своего предшественника.
Однако же , будучи вполне работоспособной и доведённой до ума конструкцией, серийный форкамерный двигатель имел и большие, существенные недостатки. В первую очередь следует отметить проблемы с перегревом: несмотря на радиатор увеличенной ёмкости, температурный режим двигателя был довольно напряжённым. Кроме того, система оказалась чувствительной к настройке и квалификации обслуживающего персонала. Довольно сложным и трудоёмким было и обслуживание трёхкамерного карбюратора К-156.
В результате двигатель приобрёл у ремонтников довольно отвратительную репутацию, а после прекращения его выпуска запасные части стали весьма дефицитны, и впоследствии в процессе длительной эксплуатации на большинстве машин форкамерные двигатели после выработки моторесурса были заменены на обычные, модели ЗМЗ-402.10. В настоящее время «Волги» ГАЗ-3102 в раннем кузове (с расположенным за задним сидением бензобаком и, соответственно, его лючком под задней стойкой крыши) с родными форкамерными двигателями достаточно редки, очень нечасто встречаются и запчасти.
В 1997 году автомобиль ГАЗ-3102 был модернизирован. Обновления: 5ти-ступенчатая коробка передач, карданный вал с промежуточной опорой, неразрезной задний мост, гидроусилитель руля, передние вентилируемые дисковые тормоза, 15-дюймовые колёса и новые колпаки, панель приборов и сиденья типа и другое оснащение салона. Кроме того Газ 3102 серийно оснащался струйным омывателем передних фар. Что очень облегчало эксплуатацию автомобиля в труных климатических условиях.
Волга 3102 технические характеристики:
Габаритные размеры
Длина, мм 4960
Ширина, мм 1800
Высота, мм 1422
Колесная база, мм 2800
Дорожный просвет, мм 156
Отзыв владельца автомобиля ГАЗ 21 «Волга» 1960 года ( ): 21Л 2.5 MT (75 л.с.)
Всем доброго времени суток! Господа читая Ваши отзывы о той или иной марке автомобиля , я с каждым разом удивляюсь откуда у Вас стока негатива ко всем маркам автомобилей выпущенных не в Европе или в Америке. Господа вернитесь на землю с небес и осмотритесь вокруг себя создается такое впечатление ,что Вы все имели автомобили только зарубежного производства. Вернемся немного назад во времени и посмотрим на каких авто ездили простые граждане великой и могучей страны название которой Вы сами уже и забыли. Что такое Волга 21-я это понтиак континенталь 50-60 годов, но с нашими доработками, а ведь отличная машина и на сегодняшний день ценится знатоками а не коллекционерами, Волга 24 - это форд и не просто форд, а форд мустанг но только в 4-х дверном исполнении. Волга 3102 это мерин в 123 кузове, и к стати за эту модель наш Автопром заплатил немалый международный штраф в 1982 году, когда из-за этой модели был сорван договор с МВ о выпуске" меренов" на Горьковском автозаводе. Причина убожества нашего автопрома в том ,что у нас нет хороших дизайнеров и инженеров которые смогли бы внести что то новое в наше производство автомобилей, ведь мы берем от запада лишь негатив и то с огромным опозданием, а если берем что то хорошее то это ни когда не доводим до логического конца и не можем хоть со своими доработками довести до конца. Простой пример где был в первые собран и опробован форкамерный двигатель для тех кто не понял это система рециркуляции или проще говоря дожига отработанных газов или в карбюраторе или в отдельной камере в двигателе. Так вот для не посвященных и очень "грамотных" этот двигатель был в первые разработан и опробован на Горьковском заводе и именно на модели Волги 3102 но к сожалению данный авто на испытательном стенде развалился кто знает что означает это значение тот поймет и не будет задавать вопросов. Примеров по поводу нашего автопрома можно приводить и приводить ведь у нашей страны кроме машины марки "Победа" да и то с большими оговорками как собственного производства нет и вряд ли появится может когда то но у вы господа не при нашей с Вами жизни. Уважайте мнение владельцев других марок выпущенных не в Европе ив Америке. Российский автопром еще себя покажет и это будет не "ваз " а именно Горьковский завод . Удачи на дорогах и больше позитива на Форумах господа с Уважением F18/
Deutz 413 — лучший среди всех дизелей | Обоснование
Это серия уникальных дизельных двигателей Deutz 413
УНИКАЛЬНОСТЬ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ DEUTZ СЕРИИ 413
ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЕЙ DEUTZ СЕРИИ 413
ОСОБЕННОСТИ И ПРЕИМУЩЕСТВА DEUTZ СЕРИИ 413
МАРКИРОВКА ДВИГАТЕЛЕЙ DEUTZ СЕРИИ 413
МОДЕЛИ ДВИГАТЕЛЕЙ DEUTZ СЕРИИ 413
ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ ДВИГАТЕЛЕЙ DEUTZ СЕРИИ 413
АДАПТАЦИЯ КОМПРЕССОРНОГО ДВИГАТЕЛЯ НА ШАССИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
ПОПУЛЯРНАЯ СЕРИЯ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ DEUTZ СЕРИИ 1013
ОПИСАНИЕ ДВИГАТЕЛЕЙ DEUTZ СЕРИИ 1013
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ DEUTZ СЕРИИ 1013
РАСШИФРОВКА МАРКИРОВКИ ДВИГАТЕЛЕЙ DEUTZ СЕРИИ 1013
СКАЧАТЬ ИНСТРУКЦИЮ ПО РЕМОНТУ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ DEUTZ СЕРИИ 1013, 1012
СКАЧАТЬ КАТАЛОГ ЗАПЧАСТЕЙ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ DEUTZ СЕРИИ 1013
Уникальные дизельные двигатели серии Deutz 413 являются продукцией старейшего производителя различных типов двигателей немецкой компании Deutz AG (произносится как «Дойтц»).
УЗНАТЬ БОЛЬШЕ О БРЕНДЕ DEUTZ
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЕЙ DEUTZ
История производства знаменитых дизелей серии 413, отходят к периоду второй мировой войны, когда компания переходит к выпуску военной продукции, в том числе и двигателей необходимых фронту. Один из главных объектов производства был дизель Deutz FL312, специально спроектированный для эксплуатации в составе тяжелой колесной и гусеничной техники. В техническом задании значилось использование воздушного охлаждения, как один из главных инструментов по поднятию ресурса и надежности дизеля в условиях жесткой зимы России. Двигатель оказался настолько удачен, что послужил прототипом серии 413, которая, несмотря на долгий срок производства находится до сих пор в строю, и производится как силовой промышленный агрегат для спецтехники. Долгие годы эксплуатации, фактически привели к получению колоссального опыта, что незамедлительно сказалась на устранении слабых мест, и сделал этот дизельный мотор «де факто» символом надежности и большого ресурса в сложных условиях. Говоря о компании Deutz, следует понимать серию двигателя 413, и наоборот. Фактически этот двигатель и сделал «лицо» компании. И это после 60 лет производства! Также этот дизель и на текущий момент остается главным силовым агрегатом машин логистической поддержки стран НАТО. Этот двигатель применяется в первую очередь на таких известных машинах как MAN KAT1, грузовиках Iveco, тяжелых тягачах FAUN, на аэродромных буксировщиках большой и особо большой массы.
В бывшем СССР дизель Deutz 413 тоже имел славные традиции. В первую очередь, это связано с получением крупной партии грузовых автомобилей Magirus-Deutz с дизелями Deutz 413. По отзывам водителей и механиков, это самый лучший мотор всех времен и народов. Надежный, неприхотливый, с большим ресурсом. Помимо грузового автотранспорта, этот двигатель применяется на специальной промышленной технике, в том числе на карьерной, где крайне высокие требования предъявляются к качеству ДВС. Это подземные и наземные фронтальные погрузчики, породопогрузочные машины, самосвалы, автогрейдеры, в том числе двигатель используется на гусеничных машинах. Значительное число силовых агрегатов серии 413 установлены на сельскохозяйственной технике — комбайнах, тяговых пропашных тракторах. Большая номинальная мощность с низкими оборотами + отличные тяговые характеристики делают этот силовой агрегат универсальным во всех отраслях промышленности и сельского хозяйства. Не исключение флот. Мотор применяется как судовой дизель привода главных винтов кораблей различного назначения. Использование дизеля с воздушным охлаждением цилиндров снимает более 50% всех неисправностей моторных установок судов.
Итог известен. СССР купил под ключ завод по производству дизелей этой серии. До сих пор можно наблюдать грузовики Урал с дизелями Deutz 413. К сожалению, жесткие требования по нормам выброса отработанных газов, закрыли доступ этого двигателя на рынок магистральных грузовых машин и грузовиков общего назначения. В настоящий момент этот дизель применяется на спецтехнике. Но ничто не мешает произвести монтаж силовых агрегатов Deutz на саму разную технику — от тягачей до самосвалов.
Существует множество сервисных служб, которые занимаются установкой и ремонтом таких двигателей на спецтехнику. Мы можем поставить из стран Евросоюза б/у двигатели Deutz серии 413 в хорошем состоянии, с гарантией, а также детали двигателя данной серии.
ПЕРЕЙТИ К ВЫБОРУ ДВИГАТЕЛЕЙ И ДЕТАЛЕЙ ДВИГАТЕЛЯ DEUTZ
Характеристики двигателей Deutz 413
Дизельный двигатель Deutz series 413 — это:
- 4-х тактные 4, 6, 8, 10 и 12 — ти цилиндровые дизельные моторы с V-образной архитектурой цилиндров (V-twin),
- с верхним расположением клапанов газораспределения OHV.
- Диапазон мощностей двигателя лежит от 115 л.с. (84 кВт) в случае модели с четырьмя цилиндрами F4L413FR до 525 л.с. (386 кВт) как на модели с двенадцатью цилиндрами серии BF12L413FC.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВСЕХ ДВИГАТЕЛЕЙ DEUTZ
Особенности и преимущества дизеля Deutz 413Унификация: в двигателе реализован модульный принцип унификации, с максимальной возможной стандартизацией узлов и агрегатов. Что включает в себя универсальные: цилиндры, головки, поршни, шатуны, выпускные и впускные коллекторы, масляную систему, вентилятор и систему контроля температуры. Такой принцип построения двигателя резко упрощает ремонт, и делает склад запасных частей максимально унифицированным для всех серий двигателя Дойц 413.
Воздушное охлаждение: уникальный метод охлаждения двигателя значительно упрощает эксплуатацию и делает этот двигатель невосприимчивым к экстремальным погодным условиям. От жаркой местности песков Туркмении до полярного круга, этот дизель не будет испытывать неудобств. Проверено.
Механический впрыск топлива: это фактически стандарт надежности и ремонтопригодности. Механический топливный насос высокого давления и форсунки впрыска — это надежный и проверенный метод впрыска. При этом, каждый двигатель может иметь два варианта впрыска — непосредственный, с помощью оригинально пристеночно-пленочного смесеобразования, и второй вариант, использование двух ступенчатого впрыска с помощью форкамеры.
Используемые инициалы обозначения двигателя Deutz серии 413- B: двигатель с турбонаддувом.
- F: двигатель с воздушной системой охлаждения.
- F (второе): модернизированный.
- L: двигатель с удлиненным ходом.
- C: двигатель с интеркулером охлаждения наддувочного воздуха.
- W: форкамерный двухступенчатый впрыск топлива.
Т.е. обозначение F10L413F V10 означает: двигатель с воздушной системой охлаждения, 10 цилиндровый, с удлиненным ходом серии 413, с V-образным расположением 10 цилиндров, модернизированный. Самый мощный дизельный двигатель в гамме это BF12L413FC, с рабочим объемом цилиндров в 19,2 литра, с двумя турбокомпрессорами и промежуточным охладителем нагнетаемого воздуха, и мощностью 525 лошадиных сил. Этот мощный силовой агрегат применяется на тяжелой колесной и гусеничной технике. Известен как двигатель тяжелых тягачей поставляемых в СССР, серии Faun Koloss 6×6, Faun Goliath 8×8, FAUN HZ Gigant.
Модели моторов Deutz 413 с прямым впрыском топлива в цилиндр| Тип двигателя | Конфигурация | Рабочий объем цилиндров, л | Диаметр цилиндра/ход поршня, мм | Снаряженный вес, кг | Мощность, л.с. (кВт) / об/мин |
| F4L413FR | R4 | 6,381 | 125х130 | 650 | 128(94)/2500 |
| F5L413FR | R5 | 7,977 | 125х130 | 710 | 160(118)/2500 |
| BF6L413FR | R6 | 9.572 | 125х130 | 790 | 192(141)/2500 |
| F6L413F(V) | V6 | 9.572 | 125х130 | 675 | 242(178)/2200 |
| F8L413F | V8 | 12.763 | 125х130 | 850 | 192(141)/2500 |
| BF8L413F | V8 | 12.763 | 125х130 | 900-950 | 320(235)/2650 |
| F10L413F | V10 | 15.953 | 125х130 | 910-1020 | 320(235)/2650 |
| BF10L413F | V10 | 15.953 | 125х130 | 920-1100 | 360(265)/2050 |
| F12L413F | V12 | 19.144 | 125х130 | 1120 | 384(282)/2650 |
| BF12L413F | V12 | 19.144 | 125х130 | 1250 | 480(353)/2500 |
| BF12L413FC | V12 | 19.144 | 125х130 | 1335 | 525(386)/2650 |
| Тип двигателя | Конфигурация | Рабочий объем цилиндров, л | Диаметр цилиндра/ход поршня, мм | Снаряженный вес, кг | Мощность, л.с. (кВт) / об/мин |
| F6L413FW | V6 | 9.572 | 125х130 | 660 | 139(102)/2300 |
| F8L413FW | V8 | 12.763 | 125х130 | 830 | 185(136)/2300 |
| F10L413FW | V10 | 15.953 | 125х130 | 990 | 231(170)/2300 |
| F12L413FW | V12 | 19.144 | 125х130 | 1120 | 277(204)/2300 |
| BF12L413FW | V12 | 19.144 | 125х130 | 1300 | 326(240)/2300 |
Дизельный двигатель Deutz серии 413, имеет гибкую структуру, т.е. является быстро адаптирующимся к различным условиям эксплуатации. Двигатели серии 413 имеют большую мощность, высокую экономичность, хорошую ремонтопригодность, высокую жесткость и компактность конструкции.
Тип дизеля: V-образный и R-образный четырехтактный дизельный двигатель, с непосредственным или форкамерным впрыском топлива в цилиндр, верхним расположением клапанов, и углом развала между цилиндрами 90 градусов. Вследствие применения на дизеле эффективной очистки топлива, воздуха и масла, хорошо подобранной надежной системы питания и выпуска отработавших газов, высокой степени сжатии, достигнута высокая литровая мощность и минимальный удельный расход топлива.
Запуск двигателя: у двигателей серии 413 обеспечены высокие пусковые качества при низких температурах. Двигатели надежно пускаются без предварительного подогрева при температуре -15 градусов. Пуск дизелей при более низких температурах, обеспечивается за счет применения устройства облегчения пуска, в виде электрофакельного подогрева топлива во впускном коллекторе, и встроенного предпускового нагревателя. Для работы в условиях экстремальных низких температур допускается постоянная эксплуатация двигателей на смеси топлив: 50% дизельного топлива и 50% керосина, 90% дизельного топлива и 10% бензина, без снижения ресурса в течении всего срока службы.
Силовой каркас дизелей с V-образной компоновкой: имеют в своем составе раздельные картера и блоки цилиндров. Картер совместно с установленными на нем блоками составляет силовой остов двигателя, воспринимающий внутренние и внешние силы, действующие на двигатель. Картер состоит из верхней и нижней половин. Плоскость разъема картера проходит по оси коленчатого вала. В верхней части картера имеются две наклонные под углом 45 градусов к вертикальной плоскости, на которые устанавливаются раздельные блоки цилиндров — левый и правый. Картер двигателя отлит из специального чугуна с высокими механическими свойствами. Пространство внутри карьера разделено поперечными перегородками на отсеки, в каждом из которых устанавливается по одному цилиндру левого и правого ряда. Перегородки имеют оребрение и вместе с боковыми стенками карьера создают жесткую конструкцию. В нижней части картера они заканчиваются толстостенными арками, образующие коренные опоры коленчатого вала, к площадкам которых крепятся крышки коренных опор. В картере имеются сверленые каналы для подвода масла из центрального канала к подшипникам коленчатого и распределительного валов. Над коренными опорами коленчатого вала располагаются опоры с подшипниками для установки распределительного вала. Снизу картер закрыт поддоном, который служит для защиты кривошипно-шатунного механизма от попадания грязи и одновременно является резервуаром для масла.
Цилиндры двигателя: дизельные моторы имеют раздельные, взаимозаменяемые цилиндры, изготовленные из чугуна. Каждый цилиндр имеет три сквозных отверстия для крепления его вместе с головкой к картеру двигателя. Нижняя цилиндрическая часть служит для установки цилиндра в посадочные гнезда картера. Сами цилиндры для улучшения теплового обмена имеют оребренные наружные поверхности, что резко повышает площадь охлаждения.
Головки цилиндров: как и сами цилиндры, имеет раздельную конфигурацию, отливаются из алюминиевого сплава, и тоже имеют развитые ребра на боковой поверхности. В головке цилиндров выполнены выпускные и выпускные каналы, установлены вставные седла и направляющие втулки клапанов. Впускной канал выполнен в верхней части головки, а выпускной в боковой части — в сторону от двигателя. На внутренней боковой стороне головки цилиндров размещены механизмы крепления и привода клапанов. Клапанная головка, в которой размещены детали, закрывается крышкой. Седла клапанов изготовлены из жаропрочного чугуна и запрессованы в головку с натягом. В междуклапанных перемычках головок цилиндров имеются залитые высокопрочные вставки, которые увеличивают износостойкость головок. В модификациях с форкамерным впрыском, дополнительно в головке цилиндров имеется форкамера, в которую впрыскивается топливо из форсунки.
Поршень: изготовлен из высококремнистого алюминиевого сплава. В толстостенном днище поршня выполнена специальная камера для пристеночно-пленочного смесеобразования, либо со специальной выемкой для форкамерного смесеобразования. В головке поршня имеется четыре канавки для поршневых колец. Для износостойкости и приработки поршня к цилиндру, поверхность юбки покрыта специальным графитом. Из четырех колец, три компрессионных верхних, и один нижний маслосъемный. Наружное компрессионное кольцо из чугуна, покрыто слоем хрома. Остальные кольца покрыты молибденом.
Шатун: стальной, кованый, стержень его имеет двутавровое сечение. Верхняя головка шатуна неразъемная, нижняя выполнена с косым разрезом. Для предотвращения вкладышей от проворачивания и осевых перемещений в крышке шатуна установлен центрирующий штифт.
Коленчатый вал: высокопрочный, изготовлен из высококачественной стали и имеет шесть коренных и пять шатунных шеек, закаленных токами высокой частоты, которые связаны между собой щеками, и сопрягаются с ними переходными галтелями. Для равномерного чередования рабочих ходов расположение шатунных шеек коленчатого вала выполнено под углом 72 градуса друг к другу. К каждой шатунной шейке присоединяются два шатуна: один правого и один левого ряда цилиндров. Шатунные шейки смазываются через просверленные в щеках каналы, идущие от коренных шеек. В целях снижения массы коленчатого вала, шатунные шейки выполнены полыми, а внутренняя их полость используется для дополнительной центробежной очистки масла. В просверленные отверстия шатунных шеек вставлены маслонаправляющие втулки с грязеуловителями. Грязевые частицы центробежной силой отбрасываются к грязеуловителям, а чистое масло через отверстия подаются к шатунным подшипникам. Для уравновешивания сил инерции и уменьшения вибраций коленчатый вал имеет восемь противовесов, крепящихся болтами к площадкам, сделанных на щеках вала. А в передней части установлено демпферное устройство. На переднем конце вала имеется шестерня привода масляных насосов, на заднем конце — шестерная привода распределительного вала, топливного насоса, вентилятора и гидравлического насоса.
Коренные и шатунные подшипники: промышленные дизельные двигатели Deutz 413 серии, как и современные быстроходные дизельные двигатели, имеет подшипники трения, выполненные в виде тонкостенных вкладышей, залитых для уменьшения трения тонким слоем антифрикционного сплава. Вкладыши коренных и шатунных подшипников изготовлены из стальной ленты толщиной 2,5 мм, покрытой слоем свинцовистой бронзы толщиной 0,45 мм, слоем свинцовооловянистого сплава толщиной 0,015-0,025 мм и слоем оловянистой пудры толщиной 0,003-0,004 мм. Крышки коренных и шатунных подшипников изготовлены из ковкого чугуна. Крепятся крышки коренных и шатунных подшипников при помощи болтов. При этом крышки коренных подшипников, кроме обычных вертикальных болтов крепления, имеют горизонтальные стяжные болты, которые затягивают во вторую очередь.
Газораспределительный механизм: клапанного типа с верхним расположением клапанов включает в себя шестерни, распределительный вал, толкатели, штанги, коромысла с деталями крепления, клапаны, пружины и направляющие втулки. При вращении коленчатый вал через зубчатую передачу приводит во вращение распределительный вал. При этом кулачок вала поднимает толкатель и штангу вверх. Штанга, упираясь в регулировочный винт коромысла, поворачивает его вокруг оси, а опускающееся при этом другое плечо коромысла нажимает на клапаны, и открывает отверстие впускного или выпускного каналов. Закрывается клапан пружиной при сбеге кулачка распределительного вала с толкателя.
Распределительный вал откован из стали. На валу имеются кулачки, по два на каждый цилиндр, и опорные шейки, выполненные как одно целое с валом. Кулачки по длине вала чередуются в соответствии с расположением клапанов. Профили кулачков впускных и выпускных клапанов одинаковы. Поверхности кулачков и опорных шеек термически обработаны для получения повышенной износостойкости и тщательно отшлифованы. Распределительный вал установлен на шестиопорных шейках. В отверстия для опорных шеек вала запрессованы бронзовые втулки.
Система охлаждения дизеля: служит для принудительного отвода тепла от цилиндров двигателя и передачи его окружающему воздуху. В работающем двигателе только часть тепла используется на полезную работу. Остальное тепло теряется на нагрев деталей двигателя и уносится продуктами сгорания. Средняя температура рабочего цикла составляет 800-900°С. При такой температуре необходимо искусственное охлаждение двигателя. Необходимость в системе охлаждения вызывается тем, что детали двигателя, соприкасающиеся с раскаленными газами, при работе сильно нагреваются. Перегрев двигателя приводит к уменьшению наполнения цилиндров, выгоранию смазки, чрезмерному расширению и заклиниванию поршней, выплавлению подшипников и другим неисправностям. Двигатель не должен также переохлаждаться. Переохлаждение судового двигателя приводит к потере полезного тепла, к ухудшению условий смесеобразования и сгорания топлива, к снижению его экономичности, осмолению деталей двигателя, повышению жесткости работы. К увеличенному износу двигателя добавляется смывания и разжижения смазки в картере топливом и к повышению вязкости смазочных материалов под влиянием низких температур, особенно в период пуска.
Особенностями воздушной системы охлаждения дизеля Дойц 413 являются: удачный выбор воздушного вентилятора с гидроприводом, устройство дефлектирования, обеспечивающее равномерное распределение температур в цилиндрах и их головках, а также оригинальное автоматическое регулирование теплового режима. Температурный режим двигателя определяется степенью нагрева головок цилиндров и масла в системе смазки. Нормальная температура головок цилиндров 170-175°С, а масла 115-120°С. Для контроля за температурой головок цилиндров во второй и седьмой головках в специальных приливах установлены термодатчики, а на панели приборов — два указателя температуры. В головке некоторых цилиндров установлены термодатчики аварийной температуры двигателя. Контроль за температурой масла осуществляется с помощью датчика, установленного в корпусе масляного фильтра, и аварийной лампочки. Система воздушного охлаждения двигателя включает в себя многолопастный вентилятор с гидравлическим приводом, терморегулятор, воздушные и масляные и трубопроводы, накладки, перегородки и направляющие дефлекторы, образующие воздушный тракт охлаждения. Воздушный тракт системы охлаждения двигателя представляет собой систему воздушных каналов, определяющих траекторию движения охлаждающего воздуха от места входа его в указанные каналы до места выхода из них. Местом входа в воздушный тракт является вентилятор, а местом выхода-межреберные каналы цилиндров и их головок. Воздушный тракт проходит по развалу цилиндров и во избежание утечки воздуха огражден от окружающего пространства с помощью металлических листов и отражателей. Данное дефлектирование служит для направления охлаждающего воздуха к ребристым нагретым поверхностям цилиндров и их головок с целью надлежащего и равномерного охлаждения всех поверхностей этих деталей. Тепловой режим двигателя в значительной степени зависит от скорости движения охлаждающего воздуха, т.е. от вращения вентилятора.
Для правильной работы двигателя требуется, чтобы температура его не имела значительных колебаний, как при различных нагрузках, так и при разных температурах окружающего воздуха. Поэтому на двигателе применено автоматическое регулирование теплового режима без участия водителя. Оно осуществляется с помощью терморегулятора, установленного в выпускном трубопроводе. Автоматическое регулирование учитывает три параметра: температуру масла, воздуха, выходящего из воздушного тракта, и отработавших газов. Отдача тепла от протекающего масла терморегулятору достаточно интенсивна, а нагрев масла равномерный. Поэтому температура масла принята за один из основных параметров регулирования охлаждения двигателя. Но для этого необходимо, чтобы сохранялось определенное отношение температуры масла к температуре головки цилиндров. Так масляный поддон, подвергающийся интенсивному обдуву, может в зимних условиях способствовать поддержанию низкой температуры масла, даже если температура головок цилиндров будет очень высокой. В этом случае целесообразно применять щитки для защиты поддона. Температура выходящего воздуха быстро изменяется в зависимости от изменения температуры головок, поэтому она так же использована для автоматического регулирования охлаждения. При одинаковой температуре головок цилиндров большое влияние на температуру выходящего воздуха имеет температура нагнетаемого наружного воздуха.
Температура отработавших газов для регулирования охлаждения имеет первостепенное значение, так как она в большей степени зависит от нагрузки двигателя. Если нагрузку двигателя принять за основной критерий для регулирования, то назначение терморегулятора сводится к выравниванию колебаний внешней температуры путем изменения частоты вращения вентилятора. Для поддержания наиболее выгоднейшего теплового режима двигателя привод вентилятора осуществляется посредством гидромуфты, увеличение и уменьшение частоты вращения которой происходит автоматически в зависимости от температуры двигателя и количества масла, подаваемого под давлением на ее лопасти. Когда масла поступает большее количество (при увеличении частоты вращения коленчатого вала двигателя или когда оно при повышении температуры понизило вязкость), вентилятор вращается быстрее, следовательно, поток воздуха увеличивается, и охлаждение двигателя происходит интенсивнее. При уменьшении частоты вращения коленчатого вала двигателя и низкой температуре окружающего воздуха, когда вязкость масла увеличивается и уменьшается его прокачиваемость, вентилятор вращается медленнее и уменьшается интенсивность охлаждения двигателя.
Вентилятор с гидромуфтой: охлаждающий дизель установлен спереди в верхней части двигателя. Он расходует до 5% его мощности. Привод вентилятора осуществляется валом от распределительных шестерен. Вал привода вентилятора соединяется с ведущим валом с помощью соединительной муфты с резиновыми амортизаторами. Соединительная муфта состоит из четырехгранного корпуса с четырьмя резиновыми амортизаторами и крышки. К другому концу ведущего вала с помощью болта прикрепляется ведущее колесо гидромуфты. Оно вместе с валом постоянно вращается при работе двигателя. Вал вентилятора вращается в 2 раза быстрее коленчатого вала. Ведомое колесо гидромуфты вместе с крыльчаткой вентилятора вращается свободно. При поступлении в гидромуфту масла, ведущее колесо увлекает и вращает ведомое. Разница в частоте вращения колес составляет 2%. Масло в гидромуфте находится на определенном уровне. Излишнее масло при работе гидромуфты, выходит из-под ведомого колеса, и поступает в поддон картера. При резком переходе двигателя на холостой ход масло продолжает в большом количестве поступать в гидромуфту. Для отвода избыточного количества масла в корпусе ведущего колеса имеется отверстие. Гидромуфта одновременно выполняет роль масляного фильтра (центрифуги). В зависимости от температуры выходящего воздуха и отработавшего газа терморегулирующий стержень, который изготовлен из специального металла имеет постоянный коэффициент линейного расширения, изменяется в размерах и воздействует на шариковый клапан. При увеличении температуры проходное сечение для масла увеличивается, что увеличивает его поток и заставляет вентилятор вращаться с большей частотой. Количество проходящего масла зависит так же от его температуры, а следовательно, от вязкости.
Система смазки двигателя: служит для обеспечения подачи масла ко всем трущимся поверхностям и охлаждения их при работе двигателя, вследствие чего снижаются потери мощности на трение между деталями, и уменьшается их износ. Подача масла к трущимся поверхностям должна быть беспрерывной. Недостаточная подача масла вызывает потерю мощности, усиленный износ, перегрев и даже расплавление подшипников, заклинивание поршней и прекращение работы двигателя. При чрезмерной подаче масла часть его попадает в камеру сгорания, что увеличивает отложение нагара и ухудшает условия работы двигателя. Кроме того, масло, проходя между трущимися деталями двигателя, уносит продукты износа. При продолжительной работе масло в двигателе постепенно загрязняется, разжижается, и поэтому его необходимо в установленные сроки заменять. В зависимости от времени года и климатических условий для смазки двигателя следует применять масло различной вязкости. В двигателе применена комбинированная система смазки, при которой часть деталей смазывается под давлением, а часть разбрызгиванием. Под давлением смазываются подшипники коленчатого и распределительного валов, сферы наконечников штанг, подшипники осей коромысел, топливный насос высокого давления, компрессор и гидромуфта привода вентилятора. Все остальные трущиеся поверхности смазываются разбрызгиванием. Система смазки состоит из двух масляных насосов с маслозаборниками, системы масляных каналов, двух полнопоточных фильтров, фильтра центробежной очистки масла, масляного радиатора с термостатом, поддона картера, маслоизмерительного стержня, маслозаливного патрубка и сапунов. При работающем двигателе масло из поддона через маслоприемник засасывается масляным насосом и нагнетается под давлением через последовательно включенные два полнопоточные фильтра в главную масляную магистраль. Из насоса часть масла в случае необходимости через термостат может быть направлена в масляный радиатор для охлаждения, а из радиатора охлажденное масло стекает в поддон. Давление масла в системе ограничивается редукционным клапаном, расположенным в нагнетающем масляном насосе. В главной масляной магистрали имеется клапан слива масла. Основная часть масла из главной масляной магистрали по каналам подается под давлением к коренным и шатунным подшипникам коленчатого вала, подшипникам распределительного вала, к терморегулятору управления гидромуфтой вентилятора, к топливному насосу высокого давления и регулятору частоты вращения, к компрессору. От подшипников распределительного вала, масло по сверленым трубкам подается к толкателям через полые штанги толкателя к регулировочным винтам, в которых имеются соответствующие сверления, затем по каналам в коромыслах к втулкам. Масло, вытекающее из подшипников коромысел, разбрызгиванием смазывает стержни клапанов и механизмы их поворота. Скапливающееся масло в коробках клапанных механизмов стекает по магистралям в поддон двигателя.
Масло, выдавливаемое из шатунных подшипников коленчатого вала, под действием центробежной силы разбрызгивается в картере, создает в нем масляный туман, и осаждаясь на поверхности деталей, смазывает их. Таким способом смазываются стенки цилиндров, поршни с кольцами, поршневые пальцы, приводные шестерни и другие трущиеся поверхности. Между коренными опорами коленчатого вала на против каждого цилиндра установлены масляные трубки (форсунки) для масляного охлаждения поршней. Для контроля за давлением и температурой масла в системе смазки установлены два датчика, а на панели приборов имеются указатель давления и контрольная лампочка. На двигателе установлены два масляных насоса, напорный и отсасывающий. Напорный масляный насос служит для создания необходимого давления в системе смазки и для подачи масла к трущимся поверхностям деталей двигателя, а отсасывающий — для перекачки масла с задней части поддона в переднюю при поперечных и продольных кренах судового дизеля. Оба насоса шестеренчатые, односекционные.
Производительность каждого насоса, в зависимости от модели от 156 до 200 л/мин при частоте вращения ведущего валика насоса 3480 об/мин. Эта производительность значительно выше той, которая необходима для надежной смазки деталей двигателя. Это сделано для обеспечения необходимого давления масла на всех режимах работы двигателя, в том числе и на холостом ходу.
Фильтр центробежной очистки предназначен для очистки масла от мелких механических примесей и от продуктов окисления и осмоления. Он установлен в передней части гидромуфты вентилятора. Главной деталью центробежного фильтра является корпус, который крепится к гидромуфте тремя болтами с помощью дистанционных втулок. При работе двигателя корпус фильтра постоянно вращается с ведущими деталями гидромуфты. Масло к центробежному фильтру подается по магистрали. При вращении корпуса центробежного фильтра тяжелые частицы, загрязняющие масло, отбрасываются на его стенки, на которых и оседают. Очищенное масло поступает в гидромуфту, а затем в поддон двигателя. Центробежный фильтр подключен в масляную магистраль параллельно, поэтому через него проходит только часть масла.
Масляный радиатор: во время работы двигателя, особенно в жаркое время и при эксплуатации в тяжелых условиях, масло нагревается, становится менее вязким и легче выдавливается из зазоров между трущимися поверхностями. Давление в системе смазки падает. Чтобы не допустить возникновения полу и сухого трения, необходимо масло охлаждать, поддерживая его температуру в определенных пределах. Масло частично охлаждается в поддоне двигателя, однако для современных морских двигателей естественного охлаждения масла в поддоне недостаточно. Поэтому для охлаждения масла на двигателе применен алюминиевый масляный радиатор трубчато-пластинчатого типа. Он установлен в левой передней части двигателя.
Система питания дизеля: система питания двигателя обеспечивает подачу воздуха в цилиндры, питание топливом и выпуск отработавших газов. Она очищает воздух и топливо от механических примесей, подает топливо в цилиндры двигателя под высоким давлением и регулирует количество подаваемого топлива в строго определенный момент такта сжатия и в зависимости от нагрузки двигателя. В двигателе применена система питания раздельного типа, т.е. функции топливного насоса высокого давления и форсунки разделены. Топливо при работе двигателя засасывается из топливного бака топливоподкачивающим насосом через топливный отстойник и двухступенчатый топливный фильтр в топливный насос высокого давления. Из насоса топливо подается по топливопроводам высокого давления к форсункам, которые впрыскивают топливо в цилиндры двигателя в соответствии с их порядком работы. Излишки топлива отводятся через перепускной клапан топливного насоса в бачок отопителя, затем в топливный бак. Воздух в цилиндры поступает через всасывающие трубы, воздушные фильтры и впускные трубопроводы. Выпуск отработавших газов осуществляется через выпускные трубопроводы, выпускные трубы и глушитель. При установке дизеля на судно, не требуется использование водяной системы охлаждения выпускного коллектора. Коллектор обдувается воздухом, и требуется только его экранирование. Некоторые модели дизелей, а именно BF6L413FR, BF8L413F, BF10L413F, BF12L413F и BF12L413FC имеют турбокомпрессоры для нагнетания воздуха в цилиндры под избыточным давлением.
Топливный насос высокого давления ТНВД: производства Bosch, предназначен для дозирования топлива при работе двигателя на различных режимах, подачи его в цилиндры двигателя в соответствии с порядком их работы под давлением, необходимым для впрыска топлива в цилиндры. Топливный насос блочной конструкции установлен в развале цилиндров двигателя. Он приводится в действие от шестерни распределительного вала через автоматическую муфту опережения впрыска, расположенной в ведущей шестерне привода вентилятора системы охлаждения, и многодисковую (пластинчатую) муфту. С другой стороны насоса смонтирован всережимный регулятор частоты вращения коленчатого вала двигателя. Блок топливного насоса высокого давления изготовлен из алюминиевого сплава. В нем выполнены необходимые топливные каналы гнезда и полости для установки и крепления насосных секций, кулачкового вала и регулировочной рейки. Форсунка закрытого типа, проходное сечение распылителя перекрыто иглой. Игла открывает отверстие форсунки только в момент впрыска, когда давление топлива достигает 175+183 кгс/см.квадратный и преодолевает пружину. В распылителе имеются два сопловых отверстия диаметром 0,47 мм.
Впрыск топлива происходит следующим образом. Топливо к входному отверстию форсунки подводится по топливопроводу от насоса высокого давления. Поступившее топливо проходит по вертикальному каналу корпуса форсунки и далее в топливную полость распылителя. Когда давление топлива, создаваемое насосом, начинает превышать давление пружины, игла поднимается, и топливо через сопловые отверстия распылителя впрыскивается в камеру сгорания. С понижением давления в топливопроводе ниже усилия, создаваемого пружиной, игла распылителя под действием пружины опускается вниз и закрывает доступ топлива к сопловым отверстиям распылителя. Этот момент соответствует окончанию впрыска топлива. Под действием высокого давления просочившееся топливо через зазор в паре «распылитель-запорная игла» отводится по вертикальному каналу корпуса форсунки к сливному трубопроводу. Выпускные трубопроводы изготовлены из чугуна. Каждый трубопровод состоит из двух половин, соединенных между собой кольцами с уплотнительными прокладками. Фланцы выпускных патрубков крепятся к каждой головке цилиндра двумя шпильками. Уплотнение между фланцами и головками цилиндров обеспечивается устанавливаемыми между ними металлоасбестовыми прокладками. Для уменьшения противодавления на выпуске, отработавшие газы отводятся в начале раздельно из каждого цилиндра, затем в выпускных трубопроводах патрубки соединяются в общие трубы.
Как уже было сказано, имея компактные размеры, двигатели Deutz серии 413 применяются во многих секторах промышленности и сельского хозяйства. В самоходной технике двигатель привода движителя, как правило сцепляется с коробкой переключения передач. Именно это вариант наиболее массовый в использовании силовых установок. Двигатель этой серии применяется для установки от легких транспортных средств как пикапы и джипы, до карьерных самосвальных машин и тяжелых балластных тягачей. Именно этот массовый транспортный сектор и дал обобщение в суммарном опыте эксплуатации. В порядке убывания двигатели применяются на спецтехнике, как в качестве главного привода, так и мотора привода оборудования — фронтальные погрузочные машины, подземные самоходные машины, экскаваторы и бульдозеры, буровые машины.
Компания Техноактив Инвест предлагает продажу дизельных двигателей Deutz 413 б/у (после эксплуатации в станах Евросоюза), в хорошем состоянии, предоставляет гарантию. Такие двигатели или детали двигателя надежно послужат Вам еще много лет. Проведение капитального ремонта с заменой текущей силовой установки на Deutz 413 позволяет резко поднять возможности машины и снизить затраты на технику. К примеру, установка мотора Deutz 413 на самосвалы, значительно повышает их надежность при работе в сложных условиях. Для оформления заказа в нашем интернет-магазине Вы можете самостоятельно подобрать себе марку и модель двигателя или детали двигателя в соответствующих разделах:
ПЕРЕЙТИ К ВЫБОРУ ДВИГАТЕЛЕЙ
ПЕРЕЙТИ К ВЫБОРУ ДЕТАЛЕЙ ДВИГАТЕЛЯ
ПЕРЕЙТИ К ВЫБОРУ СПЕЦТЕХНИКИ
ПЕРЕЙТИ К ВЫБОРУ ДРУГИХ ЗАПЧАСТЕЙ ТЕХНИКИ
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВСЕХ ДВИГАТЕЛЕЙ DEUTZ
УЗНАТЬ БОЛЬШЕ О БРЕНДЕ DEUTZОЗНАКОМИТЬСЯ С ДРУГИМИ БРЕНДАМИ
Если Вы не нашли на нашем сайте интересующую Вас модель двигателя или детали двигателя Deutz — не расстраивайтесь, Вы можете обратиться к нашим менеджерам за помощью, указав марку и модель двигателя или спецтехники. Закрепленный за Вами менеджер подготовит информацию по указанной модели (или подберет наиболее оптимальный вариант) и укажет Вам возможность, стоимость и сроки доставки.
ОСТАВИТЬ ЗАЯВКУ МЕНЕДЖЕРУ
Один из вариантов адаптации мощного компрессорного двигателя Deutz BF12L 413FC на шасси транспортного средства. Наиболее рационально устанавливать силовой 12 цилиндровый агрегат в подкапотное пространство машины капотной компоновки, либо вагонной. Это упрощает как монтаж, так и последующую эксплуатацию. В таком случае, например, для двигателя разрабатывают схему подачи воздуха для охлаждения двигателя и интеркулера с верхней части машины, с помощью специального углового воздухопровода, с герметичным коллектором, для возможности преодоления водных препятствий. Трансмиссия спецшасси применена типа ZF Transmatic WSK, моноблочного типа с промежуточным валом.
ПЕРЕЙТИ К ВЫБОРУ ДВИГАТЕЛЕЙ И ДЕТАЛЕЙ ДВИГАТЕЛЯ DEUTZ
ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВСЕХ ДВИГАТЕЛЕЙ DEUTZ
Обзор форкамерных систем зажигания как технологии экономичного сгорания для двигателей SI
https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2017.08.118Получить права и содержаниеОсновные моменты
- •
Понятия об однородной и стратифицированной форкамере представлены системы зажигания.
- •
Краткое изложение дается по основным работам, касающимся форкамерных систем зажигания.
- •
Обсуждается влияние на характеристики горения и выбросов.
- •
Выявлены ключевые преимущества и проблемы применения технологии форкамерного зажигания.
Реферат
Использование обедненных или сверхбедных соотношений воздух-топливо — эффективная и проверенная стратегия снижения расхода топлива и выбросов загрязняющих веществ. Предыдущие работы показывают, что обедненные смеси для сжигания улучшают тепловой КПД двигателя за счет улучшения качества сгорания, снижения потерь тепла и увеличения возможности применения более высоких степеней сжатия.Однако более низкая концентрация топлива в цилиндре препятствует воспламенению смеси, требуя большей энергии для начала сгорания. Чтобы способствовать процессу воспламенения, было изучено несколько методов источников высокой энергии. Между ними, система форкамерного зажигания обеспечивает потенциальное снижение уровней выбросов и расхода топлива, работая с обедненными смесями горения и демонстрируя высокую стабильность горения. В этой статье был сделан обзор литературы по системам форкамерного зажигания как технологии обедненного сжигания, в котором основное внимание уделяется нескольким исследованиям, касающимся характеристик сгорания и выбросов, и представлены ключевые преимущества и проблемы в применении технологии форкамерного зажигания.Из этого обзора можно заметить, что система форкамерного зажигания является важным способом повышения термического КПД, снижения расхода топлива и выбросов в двигателях с искровым зажиганием.
Сокращения
ACISУсовершенствованная система зажигания коронным разрядом
APIRСамовоспламенение, вызванное радикальным впрыском
BMEPСреднее эффективное давление тормоза
BPIЗажигание форкамеры
BSFCМертвая точка торможения
BT CFDComputational Fluid Dynamics
CFRCooperative Fuel Research
CNGСжатый природный газ
COVКоэффициент вариации
CVCCСжигание с контролируемым вихревым составом
EGRРециркуляция выхлопных газов
HAJI000 Hgnition HgnitionIgnition
с помощью водорода Ignition
ICEДвигатели внутреннего сгорания
IMEPСреднее эффективное давление
IMEP nСреднее эффективное давление нетто
IPCCМежправительственная группа экспертов по изменению климата
JISCEСтруйные двигатели со стратифицированным наддувом
LAGЗажигание за счет зажигания AAG
Активация
LPGСжиженный нефтяной газ
MAPАбсолютное давление в коллекторе
PCIСистема форкамерного впрыска
PSIEФоркамерные двигатели искрового зажигания
RCMМашина быстрого сжатия
SKSTEX0008 Система контроля горения 9CC8
Устойчивое ядро сгорания
Котел, генерирующий турбулентность
TJIТурбулентное струйное зажигание
Ключевые слова
Бедное горение
Форкамерные системы зажигания
Факельное зажигание
Выбросы
Горение
Рекомендуемые статьи Цитирование статей (полный текст)
Все права защищены.Рекомендуемые статьи
Ссылки на статьи
Frontiers | Влияние движения заряда на горение предкамеры и основной камеры в сильно разбавленном двигателе с реактивным зажиганием
Введение
Все более жесткое глобальное законодательство в отношении выбросов парниковых газов в транспортном секторе требует постепенного изменения эффективности двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Для достижения этой цели изучается метод сжигания разбавленного бензина (Bunce et al., 2014; Банс и Блэксилл, 2016). Основным ограничением при разработке систем сгорания с разреженным газом является менее благоприятное качество воспламенения смеси. Это потребовало разработки источников воспламенения с более высокой энергией (Quader, 1974; Yamamoto, 1999). Предварительная камера сгорания является одной из таких технологий (Germane et al., 1983; Heywood, 1988; Husted et al., 2009). Концепции предкамерного горения продемонстрировали потенциал для стабильного горения в основной камере при высоких уровнях разбавления (Attard et al., 2010).
ДвигателиSI, в которых используются форкамеры, обычно сохраняют свечу зажигания, но перемещают ее в форкамеру и используют в качестве источника зажигания для топливовоздушного заряда, присутствующего в форкамере. Продукты от этого сгорания затем передаются в основную камеру через отверстие (отверстия) или клапан, термохимически воспламеняя топливно-воздушный заряд основной камеры (Biswas et al., 2016; Mastorakos et al., 2017). Это обеспечивает большую энергию зажигания по сравнению со стандартной одноточечной свечой зажигания.Это приводит к увеличению продолжительности горения с камерами сгорания с форкамерой примерно на 30-50% по сравнению с обычными двигателями с искровым зажиганием при аналогичных условиях.
Концепции предкамерного сгорания продемонстрировали потенциал для стабильного сгорания в основной камере при более высоких уровнях разбавления, чем допустимо в типичных двигателях SI (Attard et al., 2010; Bureshaid et al., 2019). Они также продемонстрировали способность противодействовать потере воспламеняемости обедненного топливовоздушного заряда. Эта возможность приводит к увеличению предела обедненной смеси двигателя.По мере очистки топливовоздушного заряда часть этого заряда, поступающая в форкамеру, становится регрессивно воспламеняемой при использовании стандартной свечи зажигания. Дополнительная заправка топливом в форкамеру может компенсировать облагораживание этого поступающего заряда, еще больше увеличивая предел обедненной смеси и позволяя двигателю работать в режиме сгорания на сверхбедной (лямбда> 1,6). Технология топливных форсунок с прямым впрыском (DI) устранила один из основных технологических барьеров и возродила интерес к этой концепции (Toulson et al., 2010), а также современные методы обработки, которые позволяют использовать меньшие объемы форкамеры, чем это допускалось ранее.
MAHLE Powertrain с 2009 года разрабатывает концепцию форкамерной камеры сгорания, известную как MAHLE Jet Ignition (MJI) ® (Bunce et al., 2014; Chinnathambi et al., 2015; Bunce and Blaxill, 2016). Использование топливного инжектора DI с микропотоком в предкамере MJI позволяет точно и последовательно отмерять небольшие количества топлива в каждом цикле и точно нацеливать брызги топлива.Возможности современных систем впрыска топлива с прямым впрыском топлива высокого давления также обеспечивают относительно поздний впрыск топлива в предкаму, что, в свою очередь, позволяет топливной стратегии использовать локальное движение заряда внутри предкамеры во время такта сжатия. Это нововведение в концепции струйного зажигания рассматривается как критическое для 1) успешной работы с жидким топливом форкамеры и 2) эффективного и разумного использования топлива форкамеры для обеспечения значительного повышения эффективности системы. Сборка прототипа форкамеры MJI показана на рисунке 1.
РИСУНОК 1 . Вид в разрезе форкамеры MJI (слева) и узла форкамеры MJI (справа) в головке блока цилиндров типичного двигателя легкового автомобиля.
MJI включает в себя характеристики многих концепций струйного зажигания, исследованных с начала 1990-х годов, а именно: предварительная камера небольшого объема (<5% от объема зазора) и сопло с несколькими отверстиями с диаметрами отверстий, которые способствуют высокой степени гашения пламени. . Эти характеристики являются общими как для пассивного (без вспомогательного топлива), так и для активного (вспомогательное топливо) вариантов струйного зажигания.Процесс гашения и повторного зажигания был подтвержден изображениями, полученными с оптически доступного двигателя, показанного на рисунке 2. На изображениях на этом рисунке показаны светящиеся струи без задней подсветки, выходящие из форкамеры. Содержание пламени в этих форсунках минимальное. Впоследствии форсунки создают отчетливые места воспламенения в основной камере, видимые на передних кромках форсунок, особенно в нижнем ряду изображений. Эти места воспламенения создают отчетливые фронты пламени, которые поглощают заряд и в конечном итоге соединяются во время этого процесса.Более подробная информация об этом исследовании представлена в (Bunce et al., 2014).
РИСУНОК 2 . Хемилюминесцентные высокоскоростные изображения процесса воспламенения струи (скорость: 1500 об / мин, полное указанное среднее эффективное давление (IMEPg): 5,5 бар, лямбда = 1,2), полученные с оптически доступного двигателя. См. Bunce et al., (2014) для получения более подробной информации об этом исследовании.
Пиковая тепловая эффективность тормозов (BTE), опубликованная на сегодняшний день для двигателя MJI, составляет 42% (Bunce and Blaxill, 2016), что примерно на 20% больше, чем у базовой версии двигателя SI, и на 10% выше самого высокого сообщил о намерении производства BTE с двигателем SI на момент написания этой статьи.Последующее исследование двигателей MJI в обзоре продемонстрировало пиковое значение BTE> 43,5% и минимальный удельный расход топлива при торможении (BSFC) <190 г / кВт · ч при использовании современных смазочных материалов и бензиновых топлив (рукопись, представленная Обществом автомобильных инженеров, озаглавленная: «Влияние современных топлив и смазочных материалов на тепловую эффективность в сильно разбавленном двигателе»).
Концепции струйного зажигания в целом и MJI в частности обладают множеством параметров, которые можно оптимизировать, чтобы увеличить BTE, минимизировать выбросы из двигателя или облегчить практическую работу двигателя.Хотя многие из этих параметров были тщательно изучены авторами (Bunce et al., 2014) и другими (Gussak et al., 1979; Dale and Oppenheim, 1981; Wakai et al., 1993; Murase and Hanada, 2000; Biswas et al., 2016; Mastorakos et al., 2017), одним из параметров, для которого существует минимальное количество опубликованных данных о его влиянии на процессы горения струйного зажигания, является движение заряда.
Движение заряда в двигателях SI обычно используется для приведения в действие или улучшения подготовки смеси в цилиндре. С появлением двигателей DI SI роль движения заряда в приготовлении смеси стала особенно важной для обеспечения успешного сгорания и низкого уровня выбросов.Распространенным типом движения заряда, используемым в двигателях SI, является кувырок, который обычно взаимодействует с большей частью распыляемой струи. Падение требует определенных масштабов длины и имеет тенденцию к ухудшению по мере приближения поршня к верхней мертвой точке (ВМТ) (Qi et al., 2015; Ruhland et al., 2017; Bozza et al., 2018), хотя этот эффект сильно зависит от Геометрия камеры сгорания, особенно степень сжатия и отношение рабочего диаметра. Она превращается в общую неупорядоченную кинетическую энергию турбулентности (TKE) с высокой скоростью, но без однородного поля потока.Поскольку такое опрокидывающее движение само по себе не вносит значительного вклада в горение, но высокие уровни TKE, присутствующие во время процесса горения, могут увеличить скорость турбулентного пламени, тем самым увеличивая скорость горения. Этот эффект особенно полезен для бедных двигателей, поскольку он помогает компенсировать снижение ламинарной скорости пламени, присущее более холодной обедненной среде сгорания. Однако высокие уровни турбулентности могут иметь пагубный эффект, растягивая искровое ядро, приводя к пропускам зажигания, а также увеличивая теплопотери в цилиндрах.
Вихревое движение, как правило, не используется целенаправленно в серийных двигателях SI, поскольку оно дает мало преимуществ при приготовлении смеси. Он не разлагается вблизи ВМТ почти в той же степени, что и кувырок, и, следовательно, это потенциально полезная форма движения заряда для концепций обедненного сгорания, поскольку она существует во время процесса сгорания. Литература (Hill, Zhang, 1994; Patrie et al., 1998; Loeper et al., 2014) и предыдущие модели, выполненные MAHLE Powertrain, показали противоречивые эффекты завихрения на обедненное сгорание топлива.
Quader (и др.) Продемонстрировал, что движение заряда оказывает конкурирующее влияние на формирование ядра и распространение фронта пламени в двигателях SI с однородным обедненным сгоранием (Quader, 1974; Peters and Quader, 1978). Высокие уровни движения заряда, независимо от типа, могут привести к растяжению ядра пламени, что приведет к пропускам зажигания. Напротив, высокие уровни движения заряда полезны для увеличения скорости пламени, поскольку пламя медленно поглощает обедненный заряд. Послойное сжигание обедненной смеси с целенаправленной подготовкой смеси для обеспечения наличия воспламеняющейся смеси вблизи свечи зажигания — одно из возможных решений, которое было предложено для смягчения проблемы образования ядра в двигателях с высоким крутящим моментом и разбавленным двигателем (Urushihara et al., 1996; Соломон и Секели, 2003). В качестве альтернативы концепции предкамеры могут эффективно отделить и изолировать свечу зажигания от большей части поля потока основной камеры сгорания. Это потенциально может привести к высоким уровням TKE в основной камере, что способствует сокращению продолжительности горения и увеличению очистки при одновременном снижении риска растяжения ядра. Хотя поток в форкамеру во время такта сжатия может образовывать высокоскоростной столб заряда, тщательная конструкция форкамеры может минимизировать влияние этого потока на формирование ядра.
Исторически концепции струйного зажигания имели ограниченный успех в достижении приемлемой стабильности горения при работе с низкой нагрузкой, включая холостой ход и режим нагрева катализатора (Vedula et al., 2017; Sens et al., 2018). Эти условия требуют высокой степени способности к замедлению искры, которой обычно не хватает в концепциях струйного зажигания. Катализаторам для эффективной работы требуется тепловая энергия. Прежде чем достигнуть состояния выключения при высокой температуре, большая часть выхлопных газов из двигателя проходит через некатализируемые или неуловленные выхлопные трубы.Поэтому агрессивный прогрев катализаторов имеет решающее значение для обеспечения соответствия автомобиля законодательным требованиям к выбросам. Обычным решением для обеспечения быстрого поступления тепла в катализатор является замедление момента зажигания до такой степени, что сгорание происходит исключительно во время такта расширения. Более поздний процесс горения приводит как к повышенной температуре выхлопных газов, так и к увеличению потока выхлопных газов, последнее из-за дросселирования, необходимого для поддержания умеренной нагрузки двигателя в крайне неэффективных условиях.Комбинированное увеличение температуры выхлопных газов и расхода приводит к относительно высокой энтальпии выхлопных газов в этих условиях. Запаздывание искры и его способность генерировать высокую энтальпию выхлопных газов, следовательно, являются важным элементом операции нагрева катализатора, что делает номинальное отсутствие такового в предварительных камерах серьезной проблемой. Предыдущее исследование авторов продемонстрировало способность MJI преодолевать традиционное ограничение запаздывания искры в форкамере (Bunce et al., 2019). Однако влияние уровня и типа движения заряда на способность замедления искры MJI неизвестно.
Это исследование направлено на понимание влияния уровня и типа движения заряда на характеристики сгорания с реактивным зажиганием и на количественную оценку потенциала теплового КПД оптимизированного движения заряда в двигателе с реактивным зажиганием. Это исследование также направлено на количественную оценку чувствительности нагрева катализатора к уровню и типу движения заряда.
Материалы и методы
Экспериментальная установка
Двигатель с реактивным зажиганием, используемый в качестве исследовательской платформы в настоящем исследовании, представляет собой рядный трехцилиндровый двигатель с турбонаддувом на основе 1.2 L MAHLE DI3 Демонстрационный образец уменьшения размеров, разработка которого хорошо задокументирована (Bassett et al., 2017). Ход был удлинен, чтобы увеличить рабочий объем до 1,5 л. Он может быть преобразован либо в режим прямого впрыска топлива, либо в порт впрыска топлива (PFI) для заправки топливом в главную камеру и используется в конфигурации PFI для этого исследования. Степень сжатия (CR), используемая в этом исследовании, составляет 15: 1, что немного выше, чем типичное CR 14: 1, использованное в предыдущих исследованиях. Это было сделано для того, чтобы гарантировать, что двигатель будет работать в условиях детонации при работе на обедненной смеси, чтобы можно было сравнить чувствительность движения заряда в условиях без ограничения детонации с таковой в условиях с ограничением по детонации.Технические характеристики двигателя перечислены в таблице 1, а схема двигателя и испытательной камеры показана на рисунке 3.
ТАБЛИЦА 1 . Технические характеристики двигателя.
РИСУНОК 3 . Двигатель DI3 (слева) и схема испытательной установки (справа) .
Двигатель имеет идентичный узел форкамеры в каждом цилиндре. В блоке форкамеры размещены топливная форсунка, свеча зажигания и высокоскоростной датчик давления (основная камера — Kistler 6041, форкамеру — AVL Gh24).Корпус форкамеры и сопло представляют собой отдельные детали, что позволяет использовать сменное оборудование. Геометрические характеристики форкамеры и сопла были определены с использованием запатентованных соотношений (Bunce and Blaxill, 2018), разработанных в рамках предыдущих проектов.
Скорость двигателя контролируется автомобильным динамометром. В каждом рабочем состоянии блок управления двигателем (ECU) изменяет положение дроссельной заслонки и количество топлива в основной камере для достижения заданного среднего эффективного давления в тормозной системе (BMEP) при заданной общей лямбде в режиме замкнутого контура.Заданная лямбда контролируется широкополосным кислородным датчиком (O 2 ), расположенным в выпускном коллекторе. Это показание датчика подтверждается расчетным лямбда-выражением по измеренным выбросам выхлопных газов, а также по измерениям расхода воздуха и топлива. Выбросы выхлопных газов измеряются с помощью испытательного стенда AVL AMA i60, который содержит диоксид углерода (CO 2 ), монооксид углерода (CO), общее количество углеводородов (THC), метан (CH 4 ), O 2 и оксиды азота. (NO x ) анализаторы.По мере того, как двигатель выходит за пределы лямбда = 1,3, ширина импульса DI форкамеры увеличивается, чтобы поддерживать коэффициент вариации (COV) общего показанного среднего эффективного давления (IMEPg) менее 3%. Расход топлива в основной камере и в форкамере измеряется с помощью расходомера Кориолиса MicroMotion и расходомера Кориолиса Bronkhorst M13 соответственно. Если не указано иное, все показатели эффективности и расхода топлива рассчитываются с использованием общего расхода топлива в обе камеры.
Давление топлива PFI в основной камере и вспомогательного DI в предкамере обеспечивается снаружи в испытательной ячейке и номинально установлено на 4 и 100 бар, соответственно.Штраф за трение при работе топливного насоса для питания форкамеры высокого давления DI невелик из-за низкого расхода топлива, используемого форкамерой. При давлении топлива 100 бар при консервативном КПД топливного насоса 60% результирующее влияние на представленные здесь значения эффективности торможения будет менее 0,1%. Этот штраф за трение не принимается во внимание в целях настоящего исследования.
Качество данных контролировалось с помощью серии ежедневных контрольных точек, которые включали стехиометрическую работу без вспомогательного топлива и работу на обедненном вспомогательном топливе.В этих ежедневных контрольных точках фиксировались ширина импульса топливной форсунки, положение дроссельной заслонки и время зажигания. Скользящее среднее ± 5% следующих параметров считалось приемлемым диапазоном изменения: IMEPg, указанная тепловая эффективность (ITE), продолжительность угла поворота коленчатого вала 10–90% сожженной массы топлива (CA10-90), угол 50% топлива сожженная масса (CA50), среднее эффективное давление трения (FMEP), COV, расход топлива (основная камера и форкамера), лямбда и NO x . Если какой-либо из этих параметров превышал порог ± 5%, источник ошибки определялся и исправлялся, а ежедневная контрольная точка регистрировалась заново.
Данные на низкой скорости были записаны и усреднены за 30-секундный интервал. Три из этих 30-секундных интервалов были записаны и усреднены последовательно, а три средних значения были снова усреднены. Эти три средних значения были оценены на соответствие. Данные о давлении на высокой скорости были получены от каждой из трех основных камер и предварительных камер, а также от впускного отверстия одного цилиндра, причем начало записи записи было одновременным с началом записи данных низкой скорости. Данные с высокой скоростью собирались для 300 последовательных циклов, а затем усреднялись.
Установка воздушного потока использовалась для оценки степени переворачивания и числа завихрений для нескольких вариантов движения заряда двигателя. Air Flow Rig заставляет воздух проходить через головку блока цилиндров, а высота подъема клапана регулируется статически с шагом 1 мм. Коэффициент опрокидывания и число завихрений рассчитываются путем интегрирования площади под результирующими безразмерными кривыми падения в зависимости от подъемной силы и завихрения в зависимости от подъемной силы, соответственно.
Были оценены четыре случая движения зарядов: исходный уровень, усиленное кувырок, введение завихрения и комбинация завихрения и кувырка (обозначается как «качание» в последующих разделах).Отличия движения заряда от базовой линии были вызваны использованием пластин-вставок в каждое из впускных отверстий (рис. 4). В базовой конфигурации не использовались вставки, и она представляет собой двигатель с умеренным перекосом, соответствующий уровням перекоса в современных двигателях DI SI (передаточное отношение примерно 3). Для варианта с переворачиванием использовалась пластина-вставка, которая направляла поток для выхода за клапан в более сильном опрокидывающем движении. Для варианта с завихрением использовалась разделительная пластина с небольшим наклоном по диаметру порта для создания завихрения.Вариант качания использовал завихряющую пластину и перекатывающую пластину последовательно. Относительное изменение коэффициента переворачивания и числа завихрений по отношению к базовому каналу (без вставок) показано в таблице 2.
РИСУНОК 4 . Изображение вставки качающейся пластины в двигателе с реактивным зажиганием объемом 1,5 л.
ТАБЛИЦА 2 . Относительное изменение коэффициента переворачивания и числа завихрений с различными конфигурациями вставки впускного канала по сравнению с базовой конфигурацией.
Методология
Двигатель использовался для экспериментальной количественной оценки влияния движения заряда на производительность путем сравнения данных с использованием всех 4 вариантов движения заряда.Были исследованы три категории условий эксплуатации:
Работа без ограничения детонации — состояние скорости / нагрузки, которое не проявляет тенденции к детонации в условиях обедненной смеси.
Работа с ограничением детонации — состояние скорости / нагрузки, которое действительно демонстрирует тенденцию к детонации. детонация в условиях обедненной смеси и, следовательно, требует замедления зажигания во избежание детонации.
Работа с задержкой искры при холодном запуске (CSSR) — состояние скорости / нагрузки, соответствующее условиям зажигания катализатора в современных производственных двигателях.
Для условий 1 и 2 были выполнены лямбда-развертки, при которых скорость и нагрузка поддерживались постоянными, поскольку лямбда двигателя увеличивалась с 1,0 до предела обедненной смеси с шагом 0,1. Предел обедненной смеси, определенный в этих тестах, представляет собой лямбду, при которой постоянные обнаруживаемые пропуски зажигания не позволяют двигателю выдерживать предписанные рабочие условия, или точка, в которой система наддува двигателя неспособна обеспечить достаточный воздушный поток для поддержания желаемой нагрузки.
Для условия 1 BMEP использовался в качестве параметра постоянной нагрузки из-за уменьшения влияния насосных потерь для режима без наддува, когда достигается полностью открытый дроссель при обедненной смеси.Для условия 2 IMEPg используется в качестве параметра постоянной нагрузки из-за значительного влияния насосных потерь, связанных с сильным наддувом.
Для обоих условий форсунка форкамеры используется для подачи вспомогательного топлива, когда в двигателе достигается лямбда = 1,4. По мере очистки двигателя количество топлива в форкамеру увеличивается. При всех вариантах движения заряда вспомогательное топливо в форкамеру поддерживается на минимально допустимом уровне для поддержания COV <3%. Базовый и вальцовый варианты использовали почти одинаковое количество вспомогательного топлива по сравнению слямбда, в то время как варианты завихрения и завихрения обычно требовали примерно вдвое больше этого количества при самых бедных испытанных условиях (лямбда> 1,8). Для всех вариантов по всем точкам данных максимальная масса топлива, впрыскиваемого с помощью топливной форсунки предварительной камеры, составляла приблизительно 1,5% от массы топлива, впрыскиваемой через топливную форсунку главной камеры.
Для условия ограничения детонации 2, CA50 продвигался в каждой лямбда-точке с каждым вариантом движения заряда до тех пор, пока двигатель не достигал ранее установленного чувствительного к скорости порога амплитуды детонации, рассчитанного с помощью высокоскоростных датчиков давления в основной камере, которые представляли отсутствие / свет состояние детонации.Эти результаты были качественно подтверждены в реальном времени с помощью акустической детонационной трубки. Детонации или преждевременного воспламенения в форкамерах обнаружено не было, что согласуется с результатами других испытаний этой конфигурации двигатель / форкамеры.
Условия 1 и 2 работали с перекрытием клапанов примерно 60 градусов, что было определено как оптимальное с точки зрения теплового КПД в этих условиях. Условие 1 обеспечивает полностью открытую дроссельную заслонку около предела обедненной смеси двигателя, при этом на протяжении всего испытания в этом состоянии использовался лишь небольшой наддув.Условие 2 обеспечивает полностью открытую дроссельную заслонку в области, близкой к обедненной, с максимальным давлением наддува примерно 1,5 бара около предела бедной смеси. В обоих условиях применялось противодавление через обратный клапан, чтобы имитировать эффект катализатора. Использование клапана обратного давления обеспечивало отрицательную дельту давления в двигателе при любых условиях.
Для условия 3 было выполнено изменение времени зажигания при постоянной скорости, нагрузке и лямбде с жидкостями, охлажденными до 25 ° C, для имитации условия нагрева катализатора CSSR.Указанные скорость и нагрузка соответствуют условиям CSSR для современных серийных двигателей. Чистое указанное среднее эффективное давление (NMEP) поддерживалось в качестве параметра постоянной нагрузки из-за уменьшения разницы в насосных потерях между вариантами движения заряда в этих условиях и для традиционной спецификации NMEP как соответствующей нагрузки для условий CSSR. Слегка обедненная лямбда была выбрана с использованием критериев, установленных в предыдущем исследовании работы реактивного зажигания CSSR, подробно описанном в (Bunce et al., 2019).
Предкамерное сгорание было проанализировано с использованием высокоскоростных датчиков давления, расположенных в предкамерах. Данные от этих датчиков были объединены с соответствующими датчиками давления в цилиндрах главной камеры, чтобы обеспечить четкое представление о поведении, основанном на внутрикамерном давлении. Для этого исследования представлены результаты высокоскоростной форкамеры и основной камеры для одного из трех цилиндров, чтобы избежать использования поправок на незначительные различия между цилиндрами.Каждая представленная точка высокоскоростных данных представляет собой анализ 300 последовательных циклов. Методология, использованная для анализа этих результатов, и относительная важность рассчитанных показателей подробно описаны в (Peters et al., 2020).
Результаты
Работа без детонации с ограничениями
Чувствительность двигателя с реактивным зажиганием к движению заряда сначала исследуется в условии 1 — условиях ограниченной частичной нагрузки без детонации (1500 об / мин, BMEP 6 бар). Результаты представлены по диапазону лямбда от 1.0 до предела обедненной смеси двигателя в этом состоянии. Детонация не характерна ни для одного из вариантов движения заряда, за исключением значений лямбда, ближайших к 1,0. На рисунке 5 показаны два соответствующих показателя стабильности горения: COV и наименьшее нормализованное значение IMEPg (LNV). ДВС современного производства обычно выдерживает ограничение COV ≤3%. Значение LNV <88% указывает на высокую вероятность того, что произошло событие частичного возгорания, в результате чего значительная часть топлива, присутствующего в цилиндре, не расходуется пламенем сгорания в нескольких прерывистых циклах.
РИСУНОК 5 . Показатели стабильности горения в сравнении с лямбда; 1500 об / мин, BMEP 6 бар, угол сгорания 50% массы топлива (CA50) = 8 ° после ВМТ.
Из рисунка 5 очевидно, что вариант с вращением сохраняет приемлемую стабильность во всем диапазоне лямбда от 1,0 до 2,0 без каких-либо событий частичного сгорания. Базовый вариант работает аналогично, но с повышенной нестабильностью от лямбда 1.5 и пределом стабильности от лямбда 1.9. Также наблюдается более выраженное ухудшение LNV в этом обедненном лямбда-диапазоне.Варианты завихрения и качания работают значительно хуже, с пределом устойчивости, достигнутым между лямбда 1,3 и 1,4.
На рис. 6 показан CA50 для вариантов заряда, подтверждающий, что легкий детонация может присутствовать около лямбда 1.0, но отсутствует для всех вариантов из лямбда 1.2. Нестабильность CA50 в области, близкой к обедненной (лямбда = 1,0–1,3), связана с колебаниями от цилиндра к цилиндру, которые проявляются в условиях обедненной смеси, но смягчаются добавлением вспомогательного топлива в камеру, начиная с лямбда = 1.4. Анализ сегментов продолжительности горения показывает, что два варианта, которые включают увеличенное опрокидывающее движение (варианты перекатывания и перекатывания), обеспечивают более быструю общую продолжительность горения. Разница в продолжительности горения между вариантами становится заметной в обедненных условиях с минимальным разделением при лямбда 1,0. В обедненных условиях вариант с завихрением показывает постоянно более медленное позднее горение (CA50-90), чем другие варианты.
РИСУНОК 6 . Показатели продолжительности записи в сравнении с лямбдой; 1500 об / мин, 6 бар BMEP.
Результаты продолжительности горения хорошо трансформируются в тенденции эффективности сгорания, показанные на рисунке 7. Хотя эффективность сгорания снижается с увеличением очистки, вариант с завихрением приводит к пониженной эффективности сгорания по сравнению с другими вариантами движения заряда в диапазоне лямбда, начиная с лямбда 1,2. Поскольку производительность позднего горения оказывает заметное влияние на эффективность сгорания, производительность этого варианта завихрения является ожидаемой. И наоборот, вариант с перемешиванием обеспечивает наивысшую относительную эффективность сгорания в обедненных условиях.Обратите внимание, что эффективность сгорания, показанная на Рисунке 7, особенно в обедненных условиях, ниже, чем можно было бы ожидать для этого типа системы сгорания. Это связано с относительно высоким CR для двигателя SI в сочетании с гомогенной смесью, что приводит к относительно большему процентному содержанию топлива в щели от общего количества топлива, чем в серийных двигателях. Также обратите внимание, что комбинация поршня и кольца, использованная в этом исследовании, не предназначена для производства и не основана на каких-либо существующих производственных конструкциях, и поэтому не оптимизирована для целей данной системы сгорания.
РИСУНОК 7 . Показатели эффективности и выбросов в сравнении с лямбда; 1500 об / мин, BMEP 6 бар, CA50 = примерно 8 ° после ВМТ.
Хотя это и не связано напрямую с традиционными стехиометрическими ДВС, КПД сгорания имеет некоторое влияние на тепловой КПД в условиях обедненной смеси. Конкурирующие пути эффективности — уменьшение тепловых потерь в цилиндрах и увеличение потерь на неполное сгорание (последние учитываются в метрике эффективности сгорания) с очисткой приводят к лямбде, которая соответствует пиковому тепловому КПД, возникающему при более высокой лямбде, чем предел обедненной смеси.Этот эффект также присутствует в этих результатах, при этом пиковое значение лямбда заушного слухового прохода происходит примерно между лямбда 1,6 и 1,7 для большинства вариантов. Поскольку BMEP оставался постоянным среди вариантов движения заряда при этом состоянии скорости / нагрузки, BTE обеспечивает наиболее точное сравнение. Здесь результаты в значительной степени отражают тенденции стабильности, продолжительности горения и эффективности сгорания, при этом вариант с перекатыванием дает наивысшее значение BTE, за ним следуют варианты базовой линии, колебания и завихрения, причем последний демонстрирует быстрое ухудшение BTE за пределами предела стабильности обедненной смеси.ITE, который не учитывает относительные потери накачки, возникающие при лямбда-развертке в этих условиях, демонстрирует аналогичные тенденции, но с разными значениями лямбда-пикового КПД.
Неизвестно, почему вариант завихрения превосходит вариант завихрения как в BTE, так и в ITE в диапазоне лямбда = 1,4–1,7, несмотря на то, что эта тенденция не отражается ни в показателях продолжительности горения, ни в показателях эффективности сгорания. Это могло произойти из-за незначительных расхождений в нагрузке между вариантами в этом диапазоне.
Анализ тенденций выбросов NO x для конкретных тормозов в зависимости от лямбда на Рисунке 7 показывает относительное равенство между вариантами движения заряда от лямбда = 1,0–1,6. Неустойчивые тенденции в диапазоне, превышающем лямбда = 1,6, по-видимому, не отражают тенденцию каких-либо других основных параметров и, вероятно, являются результатом нестабильного горения, особенно в данных вариантов завихрения и завихрения. Следовательно, не представляется, что движение заряда оказывает какое-либо заметное влияние на образование NO x в этих условиях.Однако сравнение рисунков 5 и 7 демонстрирует преимущество улучшенной стабильности сгорания в сверхобедненной области, а именно способность дополнительно снижать выбросы NO x за счет работы при стабильно более бедных значениях лямбда.
Анализ потери эффективности представлен на рисунке 8 для вариантов движения заряда при лямбда = 1,0 и 1,8. При условии lambda = 1.0 работа накачки скорректирована с учетом ограничения пластинчатых вставок в вариантах движения заряда; такая коррекция не требовалась при лямбда = 1.8 из-за снижения относительной значимости работы насоса. При обоих значениях лямбда вариант с вращением показывает немного увеличенные тепловые потери в цилиндре по сравнению с базовым уровнем, а варианты с завихрением и качанием демонстрируют самые высокие тепловые потери в цилиндре. Кроме того, особенно при обоих лямбда-условиях, вариант завихрения дает самые высокие потери при неполном сгорании, что соответствует тенденциям CA50-90.
РИСУНОК 8 . Анализ потерь эффективности в процентах от общей энергии топлива; 1500 об / мин, BMEP 6 бар, лямбда = 1.0 (слева) и лямбда = 1,8 (справа) .
На рис. 9 показан анализ данных о сгорании в предкамере, что дает представление о влиянии движения заряда на поведение в предкамере. Параметр с наиболее заметной корреляцией с COV в основной камере — это дельта-давление в камере. Как показано на верхнем левом изображении Фиг.9, дельта-давление в камере является наибольшей измеренной разницей давления в предкамере и в основной камере. Эта дельта максимальна во время события сгорания в форкамере, примерно в середине события повышения давления в форкамере.Предыдущие исследования показали, что эта точка обычно соответствует углу, под которым реактивные струи сначала выходят из форкамеры. Хотя величина дельта-давления в камере действительно несколько различается между четырьмя вариантами движения заряда, стандартное отклонение дельта-давления в камере, возможно, является наиболее надежным показателем стабильности сгорания в камере (Bunce et al., 2019). Верхний правый график показывает корреляцию между стандартным отклонением дельта-давления в камере и COV в основной камере для анализируемых точек данных (данные для всех четырех вариантов движения заряда при лямбда = 1.0, 1,4 и 1,8). Корреляция особенно устойчива в анализируемых самых бедных условиях, о чем свидетельствует нижний правый график. На практике это означает, что изменение пикового давления, создаваемого в предварительной камере в результате сгорания в предварительной камере, вызывает изменение характеристик сгорания в основной камере.
РИСУНОК 9 . Параметры сгорания предкамеры: изображение дельты давления в камере (вверху слева) ; стандартное отклонение дельты давления относительно лямбды (внизу слева) ; стандартное отклонение дельты давления vs.COV основной камеры для лямбда = 1.0–1.8 (вверху справа) ; стандартное отклонение дельта-давления относительно COV в основной камере для лямбда = 1,8 (справа внизу) .
Нижний левый график на Рисунке 9 показывает разницу в стандартном отклонении дельта-давления камеры между четырьмя вариантами движения заряда. Примечательно, что эти результаты отражают тенденции COV в основной камере и эффективности сгорания, обсуждавшиеся ранее, с четностью при условии лямбда = 1 и постоянно увеличивающимся несоответствием по мере улучшения двигателя.В самом бедном состоянии, рассматриваемом в этом наборе данных, лямбда = 1,8, вариант с перекатыванием показывает наименьшее изменение дельта-давления в камере и, следовательно, самый низкий COV в основной камере, за которым следует базовый вариант. Варианты завихрения и завихрения показали самую высокую степень вариации дельта-давления в камере.
Работа с ограничением детонации
С установленными характеристиками движения заряда с ограничением детонации двигатель был испытан при условии 2 (3000 об / мин, 13,5 бар IMEPg), где детонация встречается на большей части лямбда-развертки.IMEPg был выбран в качестве параметра постоянной нагрузки, чтобы исключить влияние насосных потерь в этом сильно увеличенном состоянии. Результат CA50 на рисунке 10 показывает, что для всех вариантов движения заряда требуется замедленная фазировка сгорания, чтобы избежать опрокидывания некоторой части лямбда-развертки. Варианты завихрения и качания ограничены детонацией по всей длине лямбда-развертки, в то время как варианты базовой линии и опрокидывания полностью свободны от детонации при значениях лямбда примерно от 1,7. В результате такой переменной детонационной характеристики среди вариантов движения заряда тенденции продолжительности горения по лямбда-развертке отличаются от тенденций, наблюдаемых в условиях отсутствия детонации.В этом состоянии наибольшее расхождение в продолжительности горения происходит в диапазоне лямбда, близком к обедненной, 1,2–1,4. Варианты с наиболее замедленной фазировкой горения, завихрением и завихрением демонстрируют самую короткую продолжительность позднего горения (CA50-90) в этом почти обедненном диапазоне из-за более низкого фонового давления в цилиндре, связанного с замедленной фазировкой. Эта тенденция становится менее заметной при значениях лямбда за пределами области, близкой к обедненной, по мере увеличения продолжительности горения в объеме из-за увеличения чувствительности характеристик двигателя к лямбда.В этих ультра-обедненных условиях (лямбда> 1,6) вариант с переворачиванием показывает самую быструю относительную продолжительность горения.
РИСУНОК 10 . Показатели продолжительности записи в сравнении с лямбдой; 3000 об / мин, 13,5 бар IMEPg.
Из-за относительно высокой эффективности сгорания в области, близкой к обедненной, различия продолжительности горения в этой области не приводят к каким-либо значительным различиям в эффективности сгорания. Напротив, эта тенденция похожа на тенденцию в условиях отсутствия детонации, при этом вариант с вращающимся двигателем обеспечивает явно более высокую эффективность сгорания в сверхобедненной области (рис. 11).На этом рисунке также показаны тенденции ITE и BTE, первый из которых обеспечивает более точное сравнение в этом состоянии, поскольку IMEPg остается постоянным. Варианты swirl и swumble демонстрируют дефицит ITE по сравнению с другими, что хорошо согласуется с различиями в CA50. Опять же, вариант с переворачиванием демонстрирует превосходный пиковый ITE и высокий устойчивый ITE в ультра-скудной области по сравнению с другими вариантами.
РИСУНОК 11 . Показатели эффективности и выбросов в сравнении с лямбда; 3000 об / мин, 13.5 бар IMEPg.
На рис. 11 также показаны тенденции NO x для конкретных тормозов. Немного более низкие выбросы NO x с вариантами завихрения и качания от лямбда = 1,0 до по крайней мере лямбда = 1,6 отражают замедленную фазировку сгорания, требуемую для этих вариантов в этом диапазоне лямбда. Помимо косвенного эффекта этой чувствительности к детонации, оказывается, что движение заряда не оказывает какого-либо значительного влияния на NO x вне двигателя. Это согласуется с результатами в условиях отсутствия детонации.
Рис. 12 демонстрирует преимущество варианта с переворачиванием при размахе нагрузки, когда лямбда поддерживается на постоянном значении 1,65. Преимущество на 1–3 процентных пункта в эффективности сгорания наблюдается в диапазоне от 6 до 15 бар IMEPg, без серьезного ухудшения при низких нагрузках, характерного для варианта с завихрением. Это дает устойчивое преимущество в ITE с опрокидыванием во всем диапазоне нагрузок.
РИСУНОК 12 . Показатели эффективности по сравнению с IMEPg; 3000 об / мин, лямбда = 1.65.
CSSR Operation
Для условия CSSR 3 (1500 об / мин, 2 бар NMEP) используется предел устойчивости сгорания в 0,4 стандартного отклонения NMEP, что согласуется с таковыми для многих серийных двигателей. На рисунке 13 показано относительное равенство между вариантами движения заряда, за исключением варианта качания, который демонстрирует предел запаздывания искры на 10 градусов угла поворота коленчатого вала по сравнению с другими вариантами. Это представляет собой значительное снижение способности к замедлению искры для варианта с плавным перемещением.
РИСУНОК 13 . Стабильность горения, выбросы и показатели энтальпии выхлопных газов в зависимости от лямбда; 1500 об / мин, 2 бара NMEP, жидкости 25 ° C.
Как показано на рисунке 13, существует несоответствие в тенденциях эффективности сгорания для вариантов движения заряда, при этом вариант с переворачиванием показывает стабильно более высокую эффективность сгорания, чем другие варианты. Хотя этот результат не оказывает заметного влияния на удельную энтальпию выхлопных газов, он коррелирует с ключевым параметром выбросов THC + NO x , параметром выбросов, представляющим наибольший интерес при разработке калибровок CSSR.Тенденции выбросов THC сами по себе в целом отражают динамику эффективности сгорания. При общем CA50, равном 50 ° после ВМТ, вариант с перекатыванием имеет комбинированный уровень THC + NO x вдвое меньше, чем у варианта с переваливанием.
Обсуждение
Из результатов, представленных в предыдущем разделе, можно сделать однозначный вывод: характеристики двигателя с реактивным зажиганием можно оптимизировать за счет добавления опрокидывающего движения. Различия в ключевых параметрах горения, таких как продолжительность горения и уменьшение детонации, относительно невысоки при стехиометрических значениях лямбда.Расхождения постепенно увеличиваются с увеличением уровня разбавления. Ярчайшим примером этого во всех предпринятых условиях испытаний является постоянная тенденция эффективности сгорания. В то время как все варианты испытывают ожидаемое ухудшение полноты сгорания по мере того, как двигатель очищается, вариант с переворачиванием демонстрирует ухудшение с меньшей скоростью, чем все другие варианты. Варианты завихрения и завихрения демонстрируют наиболее быстрое ухудшение.
Результаты условий испытаний CSSR показывают эквивалентную тенденцию эффективности сгорания не с лямбда, а с задержкой искры.При этом условии несоответствие эффективности сгорания между вариантами движения заряда увеличивается с увеличением запаздывания зажигания. Согласовав этот результат с результатами испытаний на лямбда-развертку, очевидно, что переворачивание является наиболее выгодным в условиях низкой воспламеняемости, таких как улучшение или сильная задержка искры. Продолжительность горения и результаты выбросов подтверждают этот вывод, так как вариант с вращением способствует более быстрому сгоранию в основной камере и уменьшению количества продуктов неполного сгорания.
Таким образом, результаты показывают, что TKE, генерируемый в варианте с вращением, способствует более высокой скорости пламени в основной камере, что компенсирует более медленную тенденцию пламени в холодной, сильно разбавленной среде горения и в среде горения с низким фоновым давлением.Последний пункт подтверждается тенденцией эффективности сгорания по размаху нагрузки при общей обедненной лямбде, в результате чего эффективность сгорания, создаваемая вариантом с перекатыванием, не ухудшалась при более низких нагрузках в той же степени, что и в других вариантах. Потенциальной альтернативой или дополнительным эффектом к этому является потенциальное воздействие движения заряда на воздушную массу форкамеры во время искры. Хотя массу топлива в форкамере можно независимо модулировать через топливный инжектор предкамеры, массу воздуха нельзя модулировать напрямую, и поэтому любое связанное с движением заряда влияние на процесс заполнения предкамеры может повлиять на последующие события сгорания.Эта альтернативная гипотеза будет исследована в ходе будущего моделирования.
Вихрь оказывается в значительной степени вредным для сгорания в основной камере в условиях низкой воспламеняемости, таких как высокие уровни разбавления. Это может указывать на то, что вихревой пограничный слой служит для ускорения потери тепла от обедненного пламени к стенкам цилиндра, в отличие от опрокидывания, которое производит высокие уровни TKE, который также может отводить тепло из системы, но неоднородным образом. Распространение обедненного фронта пламени в значительной степени зависит от сохранения температуры для поддержания кинетики химической реакции топлива.Прекращение процесса нагрева могло бы остановить определенные области распространения обедненного пламени. Тенденции эффективности сгорания в сочетании с анализом потери эффективности подтверждают, что, хотя увеличенное вращение может привести к несколько более высоким тепловым потерям в цилиндрах, чем базовый уровень, введение завихрения приводит к более значительному увеличению этих потерь.
Варианты завихрения и качания всегда дают наименее оптимальные результаты. Хотя вариант качания обеспечивает такое же относительное увеличение опрокидывающего движения по сравнению с базовой линией, что и вариант опрокидывания, плохие результаты указывают на то, что субоптимальный эффект завихрения в условиях низкой воспламеняемости перевешивает выгоды от добавления коэффициента переворачивания в этом случае.
Анализ высокоскоростного давления в форкамере показывает, что опрокидывание приводит к более стабильному событию горения в предкамере, при этом стандартное отклонение дельта-давления в камере является точным суррогатом стабильности. Относительная стабильность события сгорания в предкамере в значительной степени влияет на COV в основной камере, тем самым влияя на эффективность сгорания при бедных условиях и способствуя определению предела обедненной смеси. Моделирование необходимо для понимания механизма, лежащего в основе этой улучшенной устойчивости сгорания сгорания в предкамере при опрокидывании и, наоборот, плохой устойчивости при завихрении, поскольку направление движения заряда основной камеры, вероятно, не переносится непосредственно в предкамеру.Возможные факторы чувствительности могут включать в себя влияние движения заряда на топливо и воздушную массу, поступающую в форкамеру во время такта сжатия, эффективность продувки во время такта впуска и продолжительность сгорания в форкамере.
В то время как высокая степень опрокидывания может пагубно повлиять на формирование ядра искры в условиях сильного разбавления, предварительная камера в двигателе с реактивным зажиганием эффективно закрывает свечу зажигания и в значительной степени меняет порядок движения основного заряда, поскольку содержимое проталкивается через отверстия сопла во время такт сжатия.Следовательно, двигатели с форкамерным реактивным зажиганием могут быть уникально приспособлены к высокой степени опрокидывающего движения, основанного на впуске, которое не приводит к чрезмерному снижению объемной эффективности из-за ограничения впускного канала. Поскольку добавление TKE является наиболее выгодным аспектом переворачивания, могут быть другие менее интрузивные методы (с точки зрения объемной эффективности) для генерации TKE во время процесса сгорания через камеру сгорания, клапан или конструкцию поршневого компонента, а не полагаться только на впускной канал. дизайн.
В то время как двигатель с реактивным зажиганием способен выдерживать широкий диапазон уровней и типов движения заряда, опрокидывающее движение оказывает наиболее положительное влияние на производительность. Для относительно скромного 13% -ного увеличения качающегося движения, представленного в этом исследовании, двигатель с реактивным зажиганием произвел увеличение максимального общего ITE на 0,5–1 процентный пункт и увеличение BTE на 0,5 процентного пункта, а лямбда, соответствующая точке пикового КПД, была сдвигается на 0,2–0,3 лямбды при некоторых условиях.Переход к более обедненным лямбдам пиковой эффективности в сочетании с в целом более высокой эффективностью сгорания при качающемся варианте позволяет двигателю работать с более высокой эффективностью с меньшими выбросами NO x , CO и, возможно, THC.
В этом исследовании изучалось несколько конкретных типов и уровней движения заряда, но для определения истинных оптимумов требуется параметрическая развертка. Этот оптимальный уровень, вероятно, будет зависеть от впускного канала двигателя, камеры сгорания и геометрии форкамеры.Например, более высокие уровни качания представят компромиссы объемной эффективности в конструкции впускного канала и компромиссы потерь тепла в цилиндрах, на которые может повлиять как геометрия камеры сгорания, так и геометрия предкамеры. Результаты этого исследования показывают ориентировочные тенденции для оптимизации на основе движения заряда и представляют приблизительные величины преимуществ стабильности, скорости горения и эффективности, которые могут быть реализованы.
С введением вторичного источника топлива и стратегии, а также лямбда в качестве переменной широкого диапазона, двигатели с активным реактивным зажиганием предлагают множество путей оптимизации.Движение зарядов исторически было малоизученным путем. Это исследование направлено на улучшение современного понимания влияния движения заряда на процесс сгорания с реактивным зажиганием и предоставляет дорожную карту для оптимизации двигателей с реактивным зажиганием.
Дальнейшая работа будет включать дальнейший анализ данных о сгорании в форкамере, чтобы понять влияние, которое изменение уровня и типа движения заряда оказывает на сгорание в форкамере. Данные испытаний двигателя также будут сопоставляться с результатами 3D-анализа, чтобы установить корреляцию и понять влияние движения заряда на подготовку смеси в предкамерной камере, в том числе то, как движение заряда около отверстий сопла влияет на наполнение предкамеры и предварительное заполнение. -движение камеры во время такта сжатия.3D-анализ также проанализирует, влияет ли движение заряда на относительное расположение места воспламенения и раннее формирование фронта пламени в основной камере. Возможные будущие исследования могут также включать подробный анализ чувствительности образования выбросов в предкамерной камере к движению заряда. Наконец, аспект этих результатов, который здесь не исследуется, заключается в том, можно ли адаптировать геометрию предкамеры для определенных типов движения заряда. Если это так, это может быть полезно в приложениях, где предварительная камера должна быть адаптирована к существующему двигателю с минимальной или отсутствующей способностью регулировать существующее движение заряда, например, в тяжелых дизельных двигателях, преобразованных в работу с искровым зажиганием.Результаты этого исследования могут помочь заложить начальную основу для таких будущих исследований.
Заявление о доступности данных
Наборы данных, представленные в этой статье, недоступны, поскольку данные были получены за счет финансирования, предоставленного MAHLE Powertrain. Запросы на доступ к наборам данных следует направлять по адресу [email protected].
Вклад авторов
Рукопись написана при участии всех авторов. Все авторы одобрили окончательную версию рукописи.В частности, исследование было проведено MB, NP и SS под руководством AC и HB.
Финансирование
Авторы заявляют, что это исследование финансировалось компанией MAHLE Powertrain. Спонсор не участвовал в разработке, сборе, анализе, интерпретации данных, написании этой статьи или решении представить ее для публикации.
Конфликт интересов
Авторы MB, SKPS, NP и HB работали в MAHLE Powertrain LLC. Авторы заявляют, что это исследование финансировалось компанией MAHLE Powertrain LLC.Спонсор не участвовал в разработке, сборе, анализе, интерпретации данных, написании этой статьи или решении представить ее для публикации.
Ссылки
Аттард, У., Тулсон, Э., Фрейзер, Э. и Парсонс, П. (2010). Система сгорания форкамеры с турбулентным реактивным зажиганием для значительного повышения экономии топлива в трансмиссии современных транспортных средств. SAE, Технический документ 2010-01-1457. doi: 10.4271 / 2010-01-1457
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Bassett, M., Холл, Дж., Кейнс, Т., Андервуд, М., Уолл, Р. и Ричардс, Б. Г. Р. (2017). Демонстратор динамического уменьшения габаритов бензина. SAE Int. J. Engines 10 (3), 884–891. doi: 10.4271 / 2017-01-0646
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Biswas, S., Tanvir, S., Wang, H., and Qiao, L. (2016). В механизмах воспламенения предварительно смешанных CH 4 / воздух и H 2 / воздух с использованием горячей турбулентной струи, создаваемой форкамерным сгоранием. Прил. Therm. Англ. 106, 925–937.doi: 10.1016 / j.applthermaleng.2016.06.070
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Bozza, F., De Bellis, V., Berni, F., D’Adamo, A., and Maresca, L. (2018). Уточнение модели турбулентности 0D для прогнозирования интенсивности кувырка и турбулентности в двигателях SI. Часть I: 3D-анализ. SAE, Технический документ 2018-01-0850. doi: 10.4271 / 2018-01-0850
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Банс, М., Блэксилл, Х., Кулатилака, В., и Цзян, Н. (2014). Влияние характеристик турбулентной струи на работу двигателя с форкамерной камерой сгорания.SAE, Технический документ 2014-01-1195. doi: 10.4271 / 2014-01-1195
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Банс, М., и Блэксилл, Х. (2016). BSFC менее 200 г / кВтч на легком бензиновом двигателе. SAE, Технический документ 2016-01-0709. doi: 10.4271 / 2016-01-0709
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Bunce, M., and Blaxill, H. (2018). Двигатель внутреннего сгорания . Патент США № 10 458 311.
Google Scholar
Бунс, М., Петерс, Н., Субраманьям, С.К. П., и Блэксилл, Х. (2019). «Оценка проблемы низких нагрузок для работы двигателя с реактивным зажиганием», в материалах конференции Института инженеров-механиков по двигателям внутреннего сгорания, 11–12 декабря 2019 г., Бирмингем, UKCRC Press.
Google Scholar
Бурешайд, К., Фэн, Д., Чжао, Х., и Бунс, М. (2019). Сжигание и выбросы бензина, безводного этанола и влажного этанола в оптическом двигателе с системой турбулентного струйного зажигания. Proc. Inst. Мех. Англ., Часть D 233 (13), 3528–3537. doi: 10.1177 / 0954407019825999
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Chinnathambi, P., Bunce, M., and Cruff, L. (2015). Основанное на RANS многомерное моделирование системы сгорания предкамеры сверхбедного сжигания с дополнительным впрыском жидкого бензина. SAE, Технический документ 2015-01-0386. doi: 10.4271 / 2015-01-0386
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Дейл Дж. И Оппенгейм А. (1981). Улучшенное зажигание для I.C. Двигатели с предварительно смешанными газами.SAE, Transactions Paper 810146, Vol. 90.
Google Scholar
Germane, G., Wood, C., and Hess, C. (1983). Бедное сгорание в двигателях внутреннего сгорания с искровым зажиганием — обзор. SAE, Технический документ 831694.
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Гусак, Л. А., Карпов, В. П., Тихонов, Ю. В. (1979). Применение лаг-процесса в форкамерных двигателях. SAE, Технический документ 7. doi: 10.4271 / 7
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Heywood, J.(1988). Основы двигателя внутреннего сгорания . Нью-Йорк: Макгроу-Хилл.
Google Scholar
Hill, P. G., and Zhang, D. (1994). Влияние завихрения и опрокидывания на горение в двигателях с искровым зажиганием. Прог. Энергия сгорания. Sci. 20, 373–429. doi: 10.1016 / 0360-1285 (94)-8
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Husted, H., Piock, W., and Ramsay, G. (2009). Повышение топливной эффективности за счет послойного сжигания обедненной смеси с помощью соленоидного инжектора.SAE, Технический документ 2009-01-1485.
Google Scholar
Лопер, П., Ра, Ю., Фостер, Д., и Ганди, Дж. (2014). Экспериментальная и расчетная оценка влияния завихрения на впуске на бензиновый дизельный двигатель малой мощности с воспламенением от сжатия (GCI). SAE, Технический документ 2014-01-1299. doi: 10.4271 / 2014-01-1299
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Mastorakos, E., Allison, P., Giusti, A., De Oliveira, P., Benekos, S., Wright, Y., et al. (2017). Фундаментальные аспекты струйного зажигания двигателей, работающих на природном газе. SAE Int. J. Engines 10 (5), 2429–2438. doi: 10.4271 / 2017-24-0097
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Murase, E., and Hanada, K. (2000). Усиление горения за счет впрыска радикалов. SAE, Технический документ 2000-01-0194. doi: 10.4271 / 2000-01-0194
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Patrie, M., Martin, J., and Engman, T. (1998). Геометрия входного порта и положение пламени, стабильность пламени и выбросы в двигателе с однородным зарядом SI.SAE, Технический документ 982056. doi: 10.4271 / 982056
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Петерс Б. и Куадер А. (1978). «Утолить» аппетит двигателей с искровым зажиганием к обедненному сгоранию. SAE, Технический документ 780234. doi: 10.4271 / 780234
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Петерс, Н., Кришна Похураджу Субраманьям, С., Банс, М., Блаксилл, Х., и Купер, А. (2020). Оптимизация лямбда на карте двигателя с целью максимизации теплового КПД двигателя с реактивным зажиганием. SAE Int. J. Adv. Curr. Практика Мобильность 2 (6), 3140–3150. doi: 10.4271 / 2020-01-0278
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Qi, Y., Ge, X., and Dong, L. (2015). Численное моделирование и экспериментальная проверка конструкции впускного отверстия для бензина. SAE, Технический документ 2015-01-0379. doi: 10.4271 / 2015-01-0379
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Quader, A. A. (1974). Бедное сгорание и ограничение пропусков зажигания в двигателях с искровым зажиганием. SAE, Технический документ 74105.doi: 10.4271 / 741055
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Ruhland, H., Lorenz, T., Dunstheimer, J., Breuer, A., and Khosravi, M. (2017). Исследование требований к движению заряда для ведущего в своем классе двигателя GTDI. SAE, Технический документ 2017-24-0065. doi: 10.4271 / 2017-24-0065
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Sens, M., Binder, E., Reinicke, P.-B., Riess, M., Stappenbeck, T., and Woebke, M. (2018). «Предкамерное зажигание и многообещающие дополнительные технологии», на 27-м коллоквиуме по автомобильным и двигательным технологиям в Аахене, Аахен, октябрь 2018 г., 957-998 гг.doi: 10.4271 / 2018-37-0003
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Соломон, А., Секели, Г. (2003). Характеристики сгорания двигателя с непосредственным впрыском и стратифицированным зарядом с обратным вращением. SAE, Технический документ 2003-01-0543. doi: 10.4271 / 2003-01-0543
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Toulson, E., Schock, H., and Attard, W. (2010). Обзор систем сгорания с форкамерным реактивным зажиганием. SAE, Технический документ 2010-01-2263.doi: 10.4271 / 2010-01-2263
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Urushihara, T., Nakada, T., Kakuhou, A., and Takagi, Y. (1996). Влияние завихрения / опрокидывания на образование смеси в цилиндрах в двигателе, работающем на обедненной смеси. SAE, Технический документ 961994. doi: 10.4271 / 961994
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Vedula, R., Song, R., Stuecken, T., Zhu, G., and Shock, H. (2017). Тепловой КПД двухрежимного двигателя с турбулентным реактивным зажиганием при обедненной и почти стехиометрической работе. Внутр. J. Engine Res. 18 (10), 1055–1066. doi: 10.1177 / 1468087417699979
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Wakai, K., Kito, S., and Sumida, I. (1993). Влияние пламени малой водородной струи на усиление обедненного горения. SAE, Технический документ 931943. doi: 10.4271 / 931943
CrossRef Полный текст | Google Scholar
Ямамото, Х. (1999). Исследование взаимосвязи между термическим КПД и образованием NOx при сверхбедном сжигании. Журнал SAE Journal Paper JSAE 9938083.Общество Автомобильных Инженеров.
CrossRef Полный текст | Google Scholar
1D численные и экспериментальные исследования сверхтонкого форкамерного двигателя
Это также появляется в Международный журнал двигателей SAE-V129-3EJ
В последние годы бензиновые двигатели с искровым зажиганием (SI) на обедненной смеси стали основным объектом исследований.Фактически с помощью этого решения можно одновременно снизить необработанные выбросы NO x и потребление топлива за счет уменьшения тепловых потерь, более высокой термодинамической эффективности и повышенной детонационной стойкости. Однако реальная применимость этого метода сильно ограничена увеличением циклических колебаний и возникновением пропусков зажигания, которые типичны для сгорания гомогенных обедненных топливовоздушных смесей. Использование форкамеры (ПК), в которой горение начинается до продолжения в основной камере сгорания, уже показало возможность значительного увеличения предела сжигания обедненной смеси.
В этой работе с помощью численного и экспериментального анализа представлен потенциал сверхэкономичного двигателя PC SI для значительного улучшения теплового КПД. Двигатель SI экспериментально исследуется с использованием ПК и без него с целью анализа реальной выгоды от этой инновационной системы сгорания. Для обеих конфигураций двигатель испытывается при различных скоростях, нагрузках и соотношении воздух-топливо. Коммерческое бензиновое топливо впрыскивается непосредственно в главную камеру (MC), в то время как PC подается в пассивном или активном режиме.В данном случае используется сжатый природный газ (CNG) или водород (H 2 ).
Одномерная модель исследуемого двигателя реализована в рамках коммерческого моделирования и интегрирована с подмоделями собственной разработки для моделирования явлений сгорания и турбулентности, возникающих в этом нетрадиционном двигателе. Численный подход позволяет воспроизводить экспериментальные данные с хорошей точностью, не требуя настройки констант модели в зависимости от конкретного случая.
Как численные, так и экспериментальные результаты показывают улучшение указанного теплового КПД активного ПК по сравнению с обычным устройством зажигания, особенно при высоких нагрузках и низких скоростях.Введение H 2 в ПК дает значительный эффект только для очень бедных смесей. При пассивной заправке ПК предел сжигания обедненной смеси расширяется в меньшей степени, что, в свою очередь, снижает потенциал улучшения теплового КПД.
Ford работает над форкамерной системой зажигания для двигателя Straight-Six
С тех пор, как мы занимаемся гоночными автомобилями, технологии автоспорта проникли в мир уличных автомобилей. И хотя мы склонны ассоциировать этот кроссовер с высококлассными спортивными автомобилями, вы можете быть удивлены количеством технологий, полученных из автоспорта, которые можно найти в вашем повседневном водителе.Дисковые тормоза, АБС, полный привод и даже турбонаддув — все это зародилось в мире гонок. Теперь, однако, похоже, что Ford скоро вырвет страницу из книги уловок F1, чтобы помочь улучшить свой пикап F-150. Согласно новому отчету MotorTrend , автопроизводитель исследует систему форкамерного зажигания для Ford F-150 и его двигателя EcoBoost.
Технология форкамерного зажигания уже не нова. Дизельные двигатели использовали эту технологию в виде свечей накаливания до эры прямого впрыска, и Honda даже поигралась с этой технологией еще в 1970-х годах.Однако совсем недавно Mercedes-AMG использовала эту технологию для повышения производительности своих автомобилей F1 на фоне ужесточения требований к топливу и мощности двигателя. Как следует из названия, эти системы функционируют за счет использования вторичной камеры над стандартным цилиндром. В зависимости от того, активна это система или нет, эта камера получает свою свечу зажигания и инжектор. Когда воздушно-топливная смесь в форкамере воспламеняется, небольшие отверстия в нижней части воронки камеры загораются в основную камеру, которая затем воспламеняет находящуюся там смесь.Это позволяет двигателю работать с обедненной смесью и, в свою очередь, увеличивает эффективность и мощность.
Изображение Через Ford.Ford работает с FEV и Национальной лабораторией Ок-Ридж над проектом стоимостью 10 миллионов долларов, который рассчитан на три года. Группа надеется повысить эффективность на 23 процента и снизить массу двигателя на целых 15 процентов по сравнению с нынешним двигателем Ford EcoBoost объемом 3,5 л, использующим систему форкамерного зажигания. Министерство энергетики частично финансирует проект и поставило перед троицей задачу решить пять основных проблемных областей: уменьшение детонации в двигателе, обедненное сгорание топлива, регулирование температуры, снижение трения и снижение веса.
В отличие от нынешнего двигателя EcoBoost объемом 3,5 л, Ford, как сообщается, рассматривает конструкцию рядного шестицилиндрового двигателя, чтобы помочь достичь этих целей по эффективности. Это связано с тем, что рядный двигатель может использовать интегрированную головку и выпускной коллектор, а также более простой клапанный механизм. К тому же, кто не любит рядную шестицилиндровую двигатель с двойным турбонаддувом? Тем не менее, люди в Maserati придерживаются прямо противоположного подхода. Вместо использования активной форкамерной системы зажигания производитель спортивных автомобилей использует пассивный блок на двигателе Nettuno V6 своего MC20.Однако они не гонятся за эффективностью, как Голубой овал. Тем не менее, оба двигателя будут использовать прямой и левый впрыск. Форд даже думает о том, чтобы добавить сюда систему инжектора сжатого воздуха, что означает, что на цилиндр будет по три инжектора. Это может оказаться довольно трудным в эксплуатации в долгосрочной перспективе.
Изображение через Maserati.Итак, прежде чем вы это узнаете, мы могли бы начать видеть некоторые технологии Формулы-1 в Ford F-150. Это предложение, которое вы, вероятно, не ожидали прочитать, но автомобильный мир быстро меняется.Мы все за идею найти способы продлить срок службы автомобиля с ДВС, особенно если мы сможем сделать это эффективно. Кроме того, мы бы хотели, чтобы в Ford F-150 вернулся рядный шестицилиндровый двигатель, просто из-за выхлопа.
Изображение Через Ford.Поделитесь этой автомобильной новостью:
Нравится:
Нравится Загрузка …
kfz-tech.de
Форкамера
Опять же, все это выглядит очень сложным, и все же мы хотим попытаться вернуть его на простую основу.Однако мы опускаем оригинальный патент Honda 1974 года, не в последнюю очередь потому, что он основан на карбюраторной технологии. В то время
технология G-Kat еще не была готова. Поэтому уже было обычной практикой подпитывать двигатель на частичной нагрузке сравнительно бедной смесью.
При желании можно было бы соответственно ускориться и достичь максимальной производительности, превышающей стехиометрическую смесь (14,7: 1), путем дальнейшего обогащения. Патент Honda пошел дальше, предложив, возможно, даже
слегка богатая смесь, чтобы гарантировать надежное зажигание свечи зажигания в любое время, но остальная часть камеры сгорания была на низком уровне топлива.Так родилась послойная зарядка.
Прежде чем мы продолжим, вот ограничение: сегодняшние бензиновые двигатели тесно связаны со своим трехходовым котлом. Они учитывают это со стехиометрической смесью, которая всегда строго регулируется. В качестве награды
Таким образом, вся система обеспечивает относительно хорошие показатели выбросов выхлопных газов, что намного дешевле, чем, например, дизельный двигатель. Таким образом, отклонение 14,7: 1 обычно приводит к дополнительной нейтрализации выхлопных газов.
сложный.
Это не единственное, хотя и довольно серьезное препятствие, которое стратифицированный заряд должен преодолевать в настоящее время. Второй — точное выделение участков со слегка жирной и довольно постной смесью, особенно с учетом
разные нагрузки и температуры. Слишком легко перепутать тонко продуманный порядок. Только представьте, что бедная смесь попадет на свечу зажигания, а более богатая — в камеру сгорания. Осечки
будут последствия.
И именно здесь используется конструкция предкамеры, которая использовалась в дизельном двигателе очень давно. Но будьте осторожны, в то время цель была почти противоположной, потому что в
форкамера должна попасть в основную камеру сгорания с определенной задержкой. Сегодня все наоборот. Требуется полная мощность с одновременным зажиганием всех частей основной камеры сгорания.
Первая реализация, очевидно, исходит от Формулы-1 Mercedes или Mahle в 2014 году, остальные участники последовали за ней.С тех пор были ограничения по расходу топлива и искали каждый грамм.
топлива, которое может быть эффективно преобразовано в энергию. Однако нигде мы не видели близкую к производству систему, в которой свеча зажигания размещалась в форкамере вместе с форсункой.
Тогда это будет так называемая активная система предкамеры. В Формуле 1 об этом вообще не могло быть и речи, потому что там разрешалось только одно инъекционное устройство. Но понимаете, мало дать постной смеси
толкается в форкамеру поршнем, стремящимся к ВМТ.
. Тем не менее, патент на Формулу 1 основан на единственном инжекторе с прямым впрыском и форкамере, которая относительно плотно закрывает свечу зажигания с, по общему признанию, не очень маленькими отверстиями для основного сгорания.
камера. А теперь идет особенность, а именно форсунка с многослойным соплом, где не все глухие отверстия имеют одинаковый диаметр.
Они должны быть изготовлены на заказ с инжектором, который точно регулируется во время сборки.Следовательно, одно из его глухих отверстий должно направлять струю, которая, в свою очередь, попадает в форкамеру через отверстие. Это звучит как
Проблема сама по себе, но тем более что обычная свеча зажигания F1, например, имеет резьбу всего лишь 10 мм в диаметре.
В новостях о Формуле 1 нет ничего достоверного, если только новостям не больше 10 лет. Предполагается, что также должна быть возможность изменить распределение смеси, а также между основной и
вторичная камера сгорания, в зависимости от того, требуется ли производительность или особая экономичность.Кроме того, очевидно, что каждая команда подмешивает собственное топливо.
Maserati MC 20 — новинка, производители которой, по всей видимости, построили автомобиль с нуля за 2 года. Предполагается также разработка двигателей нового поколения. Как это часто бывает, мы не очень верим в
версия с белым листом, но при широкой поддержке со стороны Ferrari, которая, вероятно, все еще на 90% принадлежит этой компании, несмотря на ее IPO. В качестве доказательства мы прежде всего упоминаем необычный для V6 угол наклона цилиндра 90, а также
схожесть всей конструкции привода с Ferrari.
V8 не имеет двух цилиндров, но вскоре может вернуться с технологиями, разработанными для Maserati. Почему не в Ferrari, возможно, даже с V12? В любом случае, если форкамера сейчас почти повсеместно используется в Формуле 1, то это
подтверждает наше предположение, что на разработку «нового» двигателя большое влияние оказала компания Ferrari. Но как этот принцип был реализован в этом движке, названном «Неттуно» (Нептун)?
Прежде всего, это узкая форкамера как продолжение вала основной свечи зажигания и инжектор (пассивная форкамера), установленный сбоку.Как ни странно, глядя на его положение, трудно понять
представьте, что одна из его струй может попасть в одно из отверстий в форкамере, но это также может быть связано с рисунком (рисунок выше).
Сильно отличается от Формулы 1 здесь и впускной коллектор, и непосредственный впрыск. Это не редкость для других двигателей, потому что первые связаны с эффектами лучшего перемешивания и меньшего количества энергии для накопления.
давление топлива. Вдобавок здесь вторая свеча зажигания, прямо на краю камеры сгорания.
Двойное зажигание и две системы впрыска сейчас, по общему признанию, очень редки. Есть основания подозревать, что это вовсе не настоящее двойное зажигание, а скорее то, что зажигание обеспечивается в определенных критических рабочих диапазонах. это
примечательно, что ни слова не сказано о возможной более сложной нейтрализации выхлопных газов.
Может быть интересно сравнение с меньшим, но тоже очень мощным двигателем от AMG. При рабочем объеме в два литра он развивает мощность 310 кВт при 6750 об / мин, т.е.е. почти такая же производительность на литр, но при 750 об / мин
раньше, чем Мазерати. Его удельный крутящий момент 250 Нм / литр почти на 17 Нм / литр выше.
Потрясающие выбросы CO 2 : 190–192 г / км по сравнению с 262 г / км у Maserati. Конечно, это не может быть две трети, потому что тогда литровый двигатель мощностью 103 кВт (140 л.с.) должен был бы иметь 87 г / км,
что, вероятно, кажется невозможным. Таким образом, двигатель AMG очень хорошо справляется с расходом топлива.
Характеристики форкамерного двигателя с воспламенением от сжатия — Цифровая библиотека ЕНТ
Версия PDF также доступна для скачивания.
Кто
Люди и организации, связанные либо с созданием этого отчета, либо с его содержанием.
Какие
Описательная информация, помогающая идентифицировать этот отчет.Перейдите по ссылкам ниже, чтобы найти похожие предметы в Электронной библиотеке.
Когда
Даты и периоды времени, связанные с этим отчетом.
Статистика использования
Когда последний раз использовался этот отчет?
Взаимодействовать с этим отчетом
Вот несколько советов, что делать дальше.
Версия PDF также доступна для скачивания.
Ссылки, права, повторное использование
Международная структура взаимодействия изображений
Распечатать / Поделиться
Печать
Электронная почта
Твиттер
Facebook
Tumblr
Reddit
Ссылки для роботов
Полезные ссылки в машиночитаемом формате.
Ключ архивных ресурсов (ARK)
Международная структура взаимодействия изображений (IIIF)
Форматы метаданных
Изображений
URL
Статистика
Мур, Чарльз С.И Коллинз, Джон Х., мл. Характеристики форкамерного двигателя с воспламенением от сжатия, отчет, 7 июля 1936 г .; (https://digital.library.unt.edu/ark:/67531/metadc66236/: по состоянию на 3 декабря 2021 г.), Библиотеки Университета Северного Техаса, Цифровая библиотека UNT, https://digital.library.unt.edu; кредитование Департамента государственных документов библиотек ЕНТ.
Превосходное качество и долговечность головки блока цилиндров для автозапчастей двигателя с форкамерой Вдохновляющие впечатления от вождения
Головка блока цилиндров для автозапчастей с форкамерой на Alibaba.com установлены на блоке двигателя и вместе с поршнем и цилиндром составляют часть камеры сгорания вашего автомобиля. Эта головка блока цилиндров с форкамерой двигателя , доступная на сайте, может помочь вам закрыть верхнюю часть цилиндра вашего автомобиля. В равной степени они могут предоставить вам монтажную конструкцию для различных компонентов, таких как форсунки, свечи зажигания и выпускные выпускные клапаны. Более того, форкамерная головка блока цилиндров для автомобильных запчастей помогает рассеивать тепло, производимое двигателем, что приводит к охлаждению.
Обеспечивая протекание охлаждающей жидкости, эти автомобильные детали для форкамерных двигателей в головке блока цилиндров имеют каналы и каналы, которые могут предотвратить перегрев и повреждение двигателя. Головка блока цилиндров для автозапчастей двигателя с форкамерой на Alibaba.com спроектирована таким образом, чтобы выдерживать экстремальные температуры, которым они обычно подвергаются. И наоборот, эта головка блока цилиндров форкамерных автомобильных деталей двигателя будет действовать как уплотнение камеры сгорания вашего автомобиля и механический блок управления двигателем.Они также помогают вам справиться со сжатием, возникающим в результате давления сгорания.
форкамерный двигатель автозапчасти Головка блока цилиндров , кроме того, предоставит вам место для установки необходимых деталей двигателя. Они также предлагают вам проходы для важных жидкостей и газов, которые могут попасть в двигатель и выйти из него. Эта головка блока цилиндров с форкамерой двигателя отличается прочностью, что позволяет двигателю вашего автомобиля выдерживать огромное давление, сохраняя при этом свою форму и форму.Конструкция головки блока цилиндров форкамерного двигателя различается в зависимости от того, есть ли у вашего автомобиля дизельный или бензиновый двигатель.
Выполните поиск на сайте Alibaba.com, чтобы найти головку блока цилиндров для форкамерных автомобильных запчастей двигателя , которые соответствуют вашему финансовому положению и требованиям. форкамеры двигателя автозапчасти головка блока цилиндров поставщики и оптовые торговцы предлагают сертифицированную продукцию в индивидуальной упаковке. Они обеспечивают постоянную смазку цилиндра вашего автомобиля. Получите его сейчас и создайте двигатель, который работает эффективно.