Основные типы газопоршневых двигателей

 

Использование газообразного топлива в двигателях внутреннего сгорания имеет ряд неоспоримых преимуществ по сравнению с жидким топливом. Во первых, в 1,5 – 2 раза снижается износ основных деталей или повышается моторесурс двигателя; во вторых, снижается токсичность выхлопных газов; в третьих, возрастает срок работы смазочных материалов. КПД газопоршневых двигателей приближается к КПД дизелей такого же класса [27].

Однако при применении газообразного топлива требуется температура, практически в два раза превышающая температуру воспламенения дизельного (жидкого) топлива. Это, в свою очередь, приводит к возрастанию теплонапряженности рабочих цилиндров, к ухудшению смесеобразования и управления началом воспламенения.

В настоящее время газопоршневые двигатели делят в зависимости от способа воспламенения рабочей смеси, способа смесеобразования и числа тактов.

По способу воспламенения газопоршневые двигатели классифицируют на:

1) двигатели с искровым зажиганием;

2) двигатели с зажиганием от дизельного топлива;

3) двигатели с форкамерно-факельным зажиганием.

На рис.7.5 показаны схемы работы четырехтактных газовых двигателей с искровым зажиганием (7.5 а), с зажиганием от дизельно-

го топлива (7.5 б), с форкамерно-факельным зажиганием (7.5 в) [27].

 

 

Рис.7.5. Схемы работы различных типов двигателей внутреннего сгорания:

а – с искровым зажиганием; б – с зажиганием воспламеняющей дозой жидкого топлива (газодизель); в – с форкамерно-факельным воспламенением;

1 – газовоздушный смеситель; 2 – свеча зажигания; 3 – дизельная форсунка; 4 – форкамера

 

В двигателях с искровым зажиганием газ от ре­дуктора давления подается к смесителю, где он смешивается в нужной пропорции с воздухом и затем через управляемую за­слонку газовоздушная смесь поступает в цилиндр двигателя, в котором воспламеняется искрою. Такие двигатели, как уже указывалось, работают по циклу Отто.

Газовые двигатели с зажиганием от воспламеняющей дозы жидкого топлива подразделяются на два типа [27]:

1. В рабочие цилиндры подается газовоздушная смесь, при сжатии которой температура повышается, но не до величины самовоспламенения газа. Однако этой температуры достаточно для воспламенения дизельного топлива, которое впрыскивается в газовоздушную смесь и зажигает ее.

2. В рабочие цилиндры подается воздух, температура которого в конце хода сжатия повышается до величины, превышающей температуру самовоспламенения жидкого топлива. Последнее впрыскивается в цилиндр и вос­пламеняется, еще больше повышая температуру. Газовое топли­во с температурой 30-50 °С и давлением порядка 35 МПа впрыс­кивается в цилиндр, где высокая температура приводит к его воспламенению. Такие двигатели получили наименование двух­топливных.

В двигателях с форкамерно-факельным зажиганием, помимо основной камеры сгорания, имеется дополнительная – форкамера, объем которой составляет 2-5 % от основной. В ней размещена свеча зажигания. Основная камера и форкамера имеют раздельные системы пи­тания. Благодаря этому, а также подбору параметров форкаме­ры, в последней на всех режимах работы двигателя обеспечи­вается обогащенная смесь, наиболее благоприятная для воспламенения. Выбрасываемый из форкамеры в основную камеру факел горящих газов, который является более интенсив­ным источником зажигания чем искра, воспламеняет газовоз­душную обедненную смесь, находящуюся в ней [27].

В большинстве рассмотренных схем газовых двигателей, за исключением второй разновидности системы зажигания от воспламеняющей дозы жидкого топлива, применяют так на­зываемую систему внешнего смесеобразования, при которой га­зовоздушная смесь приготовляется вне цилиндров двигателя.

Система, при которой газ и воздух подают в цилиндры дви­гателя раздельно, а их смешение происходит внутри каждого цилиндра или непосредственно перед цилиндром, называют системой внутреннего смесеобразования [27].

Схемы подвода газа к газопоршневым двигателям аналогичны схемам подвода газа к горелкам паровых и водогрейных котлов.

На рис. 7.6 приведены схемы топливных систем с внешним смесеобразованием. Регулирующим элементом в этих схемах является газовая заслонка 1. После заслонки газ поступает в газовоздушный смеситель 2. Абсолютное давление газа на входе в газовоздушный смеситель, как правило, несколько ниже атмосферного давления и составляет 90...100 кПа.

В двигателях, не имеющих системы наддува (рис. 7.6 а), регулирование подачи топливной смеси осуществляется газовоздушной заслонкой 3, установленной в смесителе. После смесителя газовоздушная смесь поступает во впускной коллектор 4 и далее – через впускные клапаны в цилиндры двигателя [27].

 

 

Рис.7.6. Схемы топливных систем газопоршневых двигателей с газовоздушным смесителем:

а – без системы наддува; б – с турбонаддувом; в - с форкамерой и турбонаддувом; 1 – управляемая газовая заслонка; 2 – газовоздушный смеситель; 3 – газовоздушная дроссельная заслонка; 4 – впускной коллектор; 5 – выпускной коллектор; 6 – исполнительное устройство регулятора частоты вращения; 7 – турбокомпрессор; 8 – клапан подачи газа в форкамеру; 9 – форсунка с обратным клапаном; 10 – форкамера; 11 – газовый коллектор; 12 – регулятор давления

 

В двигателях с наддувом смесители 2 устанавливаются перед компрессором (рис.7.6 б и 7.6 в), а газовоздушные заслонки - после компрессора.

Во всех трех схемах на рис.7.6 управление газовоздушными заслонками осуществляется исполнительным устройством 6 регулятора частоты вращения.

В двигателях, оборудованных форкамерами (рис.7.6 в), дав­ление газа перед клапаном 8, подающим газ в форкамеру, как правило, составляет 300 - 400 кПа. С целью понижения давления газа, необходимого для нормальной работы смесителя 2, в схеме предусмотрен дополнительный регулятор давления 12. В форкамере 10 устанавливается также свеча зажигания, не показанная на рисунке.

В схемах рис. 7.6 а и 7.6 б устройство зажигания газовоздуш­ной смеси также не показано, так как в этих схемах может ис­пользоваться либо свеча зажигания, либо форсунка, впрыски­вающая дизельное топливо. В газодизелях используют также форкамерно-факельное зажигание. При этом в форкамере ус­танавливается форсунка, впрыскивающая малую дозу запаль­ного дизельного топлива [27].

На рис. 7.7 представлены топливные системы газопоршневых двигателей, в которых газ подводится к каждому цилиндру перед впускным клапаном. Смесеобра­зование в таких системах начинается во впускных патрубках, а завершается внутри цилиндра на тактах всасывания и сжатия.

 

 

Рис.7.7. Схемы топливных систем газопоршневых двигателей с подводом газа к каждому цилиндру перед впускными клапанами:

а, б – без наддува, с воздушной дроссельной заслонкой; в, г – с турбонаддувом без воздушной заслонки;

1 – газовая заслонка; 2 – газовый коллектор; 3 – исполнительное устройство регулятора частоты вращения; 4 – жиклер с регулировочным дросселем; 5 – выпускной коллектор; 6 – впускной коллектор; 7 – воздушная дроссельная заслонка; 8 – электромагнитный газовый клапан; 9 – турбокомпрессор; 10, 11 – перепускные клапаны; 12 – клапан подачи газа в форкамеру; 13 – форсунка с обратным клапаном; 14 – форкамера

 

В каждой схеме на рис. 7.7 газ поступает в газовый коллек­тор 2, а затем - во впускной патрубок каждого цилиндра двигате­ля через индивидуальное устройство дозирования подачи газа.

В схеме рис. 7.7 а имеется общая для всех цилиндров газовая заслонка 1, управляемая исполнительным устройством 3 регу­лятора частоты вращения, а индивидуальным дозирующим уст­ройством для каждого цилиндра является жиклер 4 с регули­ровочным дросселем. В такой схеме газ подается непрерывно во впускные патрубки, частично попадая во впускной коллек­тор 5. Давление газа перед газовой заслонкой может находиться в пределах 70...150 кПа.

Дроссельные заслонки 7 в схемах рис. 7.7 а и 7.7 б используются для регулирования состава газовоздушной смеси путем изменения количества воздуха, поступающего во впускной кол­лектор 5.

В схемах рис. 7.7 б -7.7 г индивидуальным дозирующим устрой-

ством для каждого цилиндра является управляемый газовый клапан 8, смонтированный во впускном патрубке перед впускным клапа­ном. Этим клапаном управляет система регулирования частоты вращения. В схеме на рис. 7.8 г для каждого цилиндра необходим еще один клапан 12, дозирующий подачу газа в форсунку 13 форкамеры 14. Давление газа перед клапанами 8 и 12 может находиться в пределах 250...500 кПа.

Принципиальным отличием схем рис. 7.7 б и 7.7 г от схемы 7.7 а является так называемая фазированная подача газа в каждый цилиндр двигателя — клапаны 8 открывают на такте впуска, причем только после окончания фазы продувки цилиндров, т. е. после закрытия выпускных клапанов двигателя. Продолжи­тельность фазы открытого состояния клапана 8 зависит от по­требного количества подаваемого в цилиндры газа. Угол пово­рота коленчатого вала, в течение которого клапан остается открытым, может достигать 150 º после верхней мерт­вой точки.

Следует отметить, что на тактах сжатия и рабочего хода элек­тромагнитные клапаны 8 изолированы от высокого давления в цилиндрах, так как впускные клапаны данного цилиндра за­крыты, а для предохранения клапана 12 от воздействия высо­кого давления и температуры газов необходимо устанавливать обратный клапан, который, как правило, является элементом конструкции газовой форсунки 13, как показано на рис. 7.7 г.

В схемах на рис. 7.7 в и 7.7 г изменение количества пода­ваемого воздуха осуществляется с помощью регулируемых пе­репускных клапанов 10 или 11. Клапан 10 способен снижать давление наддувочного воздуха, перепуская его на вход комп­рессора агрегата наддува 9, а клапан 11 - путем перепуска выпускных газов в выпускной тракт, минуя турбину агрегата наддува 9.

На рис. 7.8 приведены схемы топливных систем с непос­редственным впрыскиванием газа в каждый цилиндр. Во всех схемах управление началом впрыскивания и продолжительно­стью впрыскивания осуществляется по командам системы ре­гулирования частоты вращения [27].

 

 

Рис. 7.8. Схемы топливных систем газопоршневых двигателей с непосредственным впрыскиванием газа:

а – с газовой форсункой в двухтактном двигателе; б – с газовой форсункой в четырехтактном газодизеле;

1 – газовый коллектор; 2 – газовый клапан; 3 – газовая форсунка; 4 – свеча зажигания; 5 – впускной коллектор; 6 – выпускной коллектор

 

В схемах рис. 7.8 а и 7.8 б газ из газового коллектора 1 по­ступает через клапан 2 в газовую форсунку 3. Впрыскивание газа в цилиндры двигателей производится на такте сжатия. В различных конструкциях двигателей давление газа перед фор­сункой составляет 2,2-25 МПа.

 

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: