Впрыск воздушной струи

Чертеж системы впрыска воздушной струи в разрезе (аннотации на немецком языке) Баллоны сжатого воздуха Боковой вид Дизельный двигатель Langen Wolf с воздушным впрыском, 1898 год Вид сбоку, компрессор и баллоны со сжатым воздухом хорошо видны Распределительный вал и коромысла, вид сверху Дизельный двигатель производства 1915 года

Воздушный впрыск - это историческая система прямого впрыска для дизельных двигателей. В отличие от современных конструкций, дизельные двигатели с воздушным впрыском не имеют нагнетательного насоса. Вместо этого для подачи топлива в форсунку используется простой топливоподкачивающий насос низкого давления. При впрыске струя сжатого воздуха вдавливает топливо в камеру сгорания, отсюда и название впрыска воздушным потоком. Сжатый воздух поступает из резервуаров сжатого воздуха, которые питают форсунку. Для повторного заполнения этих баков используется большой компрессор с приводом от коленчатого вала; размер компрессора и низкая частота вращения коленчатого вала двигателя означают, что дизельные двигатели с воздушным впрыском имеют огромные размеры и массу, это в сочетании с проблемой, заключающейся в том, что впрыскивание воздушным потоком не позволяет быстро изменять нагрузку, делает это только подходит для стационарных применений и гидроциклов. До изобретения впрыска в камеру предварительного сгорания , нагнетание воздушным дутьем было единственным способом создания правильно работающей системы воздушно-топливной смеси, необходимой для дизельного двигателя. В течение 20-х годов прошлого века воздушное впрыскивание стало устаревшим из-за превосходной конструкции системы впрыска, которая позволяла использовать гораздо меньшие, но более мощные двигатели. В ноябре 1893 г. Рудольф Дизель получил патент на впрыск воздушной струи (DRP 82 168).

Содержание

• 1 История
• 2 Конструкция
  • 2.1 Конструкция распылителя
  • 2.2 Схема форсунки
• 3 Ссылки

История

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

Конструкция

Конструкция распылителя

Изначально для впрыска использовались амтомайзеры ситового типа. насадки, пока сита не стали широко заменяться дисками. Кроме того, в некоторых двигателях использовались распылители кольцевого типа.

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

Для двигателей с дисковыми форсунками давление впрыска должно быть синхронизировано с частотой вращения коленчатого вала. Это означает, что с увеличением частоты вращения необходимо увеличивать и давление воздуха. Обычно при впрыске через форсунку впрыскивается 97% воздуха и 3% топлива. Давление впрыска составляет от 5 до 7 МПа, что ограничивает частоту вращения. Кроме того, с увеличением нагрузки двигателя давление впрыска должно быть уменьшено, чтобы предотвратить пропуски зажигания.

Ни расчет диаметра отверстия диска, ни правильный размер дисков не были известны инженерным знаниям в начале 20-го века. Конструкции дисков обычно основывались на опыте инженеров. В то время как большие отверстия требуют много сжатого воздуха и поэтому потребляют больше мощности двигателя, слишком маленькие отверстия снижают выходную мощность двигателя. Юлиус Магг рекомендует диаметр отверстия под диск в зависимости от указанной выходной мощности цилиндра: $D\; 2\; =\; 0,\; 2\; N\; \{\backslash \; displaystyle\; D\; ^\; \{2\}\; =\; 0,2N\}$. $D\; \{\backslash \; displaystyle\; D\}$- диаметр отверстия в миллиметрах, $N\; \{\backslash \; displaystyle\; N\}$- выходная мощность в PS.

схеме сопел

В раннем В XX веке были распространены две разные конструкции форсунок для двигателей с воздушным впрыском: открытая форсунка и закрытая конструкция форсунки.

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

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

Ссылки

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