Дизельный двигатель 4ЧН10.5\13

Размещено на http://www.allbest.ru

Курсовая работа:

Дисциплина

«Теория рабочих процессов»

Тема

Дизельный двигатель 4ЧН10.5\13



1. Техническое описание двигателя 4ЧН10,5/13

Назначение, конструктивные особенности и характеристики дизелей и дизель-генераторов

Дизели ряда 44 10,5/13 являются четырехцилиндровыми, четырехтактными, нереверсивными, однорядными, вертикальными двигателями внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. Дизели выпускаются нескольких модификаций, которые в зависимости от назначения выполняются с некоторыми конструктивными особенностями. Конструкция дизелей обеспечивает возможность продолжительной их эксплуатации при крене 22,5° и дифференте до 10°. Кратковременная эксплуатация дизелей обеспечивается при крене до 45° и дифференте до 15°.

Дизели с водоводяной системой охлаждения

Дизель К-962 (рис. 1) с водоводяной системой охлаждения, с полуразделенной камерой сгорания (камера в поршне) является базовой моделью дизелей 4 10,5/13 мощностью 29,4 кВт. Дизель К-962 выполнен с правым постом управления, если смотреть со стороны маховика. Дизель предназначен для привода электрогенераторов постоянного или переменного тока в судовых условиях. Отбор мощности осуществляется со стороны маховика. Водоводяная система охлаждения предусматривает охлаждение жидкости внутреннего контура проточной водой внешнего контура в холодильнике. Система пуска дизеля -- электрическая. Для зарядки аккумуляторных батарей на дизеле установлены зарядный генератор, реле-регуляторная коробка, вольтамперметр с шунтом и выключатель возбуждения. Дизель в составе агрегата автоматизирован по первой степени (ГОСТ 10032--69): он имеет реле частоты вращения, закрепленное на крышке крепления агрегатов, надставка с электромагнитом фиксации заслонки, устанавливаемая на впускном коллекторе, комбинированное реле КРД-3 с одним температурным и двумя манометрическими элементами, пульт АПС и ревун. На дизеле установлен четырех плунжерный топливный насос с однорежимным регулятором частоты вращения (САРС третьего класса ГОСТ 10511--72). Дизель К-562М (рис. 2) в отличие от базовой модели имеет электро подогреватели масла и охлаждающей жидкости. На регуляторе частоты вращения установлен электромагнит нормальной остановки дизеля и может быть установлен мотор дистанционного изменения частоты вращения. Дизель К-562М применяется в автоматизированном по второй степени ГОСТ 10032--69 дизель-генераторе ДГА25-9М. Дизель К-564 отличается от базовой модели наличием работомера, устанавливаемого на крышке крепления агрегатов, расширительного бачка с датчиком реле уровня, бачка автоматического долива масла в поддон дизеля и электромагнита нормальной остановки. Кожух маховика выполнен фланцевым для присоединения генератора. Подготовленный к автоматизации по первой степени дизель; имеет марку К-564А2. На нем устанавливаются датчик реле уровня охлаждающей жидкости и надставка с электромагнитом фиксации заслонки. Подготовленный к автоматизации по второй степени дизель имеет марку К-564А2. На нем устанавливаются датчик реле уровня жидкости, реле частоты вращения, надставка с электромагнитом фиксации заслонки, электромагнит нормальной остановки и электро подогреватели масла и охлаждающей жидкости. Дизель К-564 предназначен для привода генератора переменного тока в стационарном автоматизированном дизель-электрическом агрегате АСДА-20. Дизель не имеет устройств зарядки аккумуляторных батарей.

Дизель К-167 (рис. За, Зb, Зс) отличается от базовой модели тем, что он является главным судовым дизелем, устанавливаемым на суда каботажного плавания и речного флота, как на пассажирские, так и на грузовые. На дизель К-167 установлен предельный выключатель, состоящий из надставки с электромагнитом фиксации заслонки и датчика предельной частоты вращения, закрепленного на кожухе маховика; всережимный регулятор частоты вращения со шкивом для дистанционного изменения частоты вращения (САРС четвертого класса ГОСТ 10511--72); муфта дополнительного отбора мощности (до 7 кВт) со свободного конца коленчатого вала; сетевой фильтр для снижения помех радиоприему. Кожух маховика выполнен фланцевым для присоединения к дизелю реверс-редуктора РРП-20.Дизель, на котором установлен реверс-редуктор с передаточным отношением 1 : 2, имеет марку К-167-2, а с передаточным отношением 1 : 3 -- К-167-3.

Рис. 1. Дизель-генератор ДГР25/1500П (дизель К-962, генератор П72М): а - вид со стороны управления; b - вид со стороны газовыпуска

Рис. 2. Дизель-генератор ДГА25-9М (дизель К-562М, генератор МСК82-4): а - вид со стороны управления; b - вид со стороны газовыпуска; 14-19 - точки смазки; 20 - кран



Рис. 4. : а- дизель-генератор 4ДМ12М (дизель К-362М,генератор ЕСС5 82-42). Вид со стороны газовыпуска; b- дизель К-362М. Вид со стороны управления

Дизель К-167 комплектуется двухплечим рычагом для дистанционного управления (при помощи штуртросов) включением и выключением реверс-редуктора и дополнительным щитом контроля. На дизеле отсутствуют элементы автоматики.

Дизели с водовоздушной системой охлаждения

Дизель К-362М (рис. 4) с полуразделенной камерой сгорания (камера в поршне) мощностью 29,4 кВт является базовой моделью дизелей 44 10,5/13 с водовоздушной системой охлаждения.

Дизель К-362М предназначен для привода генератора переменного тока в стационарных установках. Отбор мощности от дизеля может осуществляться также при помощи плоскоременной передачи, для чего на маховике вместо полумуфты закрепляется шкив.

Водовоздушная система предусматривает охлаждение масла и охлаждающей жидкости в радиаторах потоком воздуха, создаваемым вентилятором. Выпускной коллектор дизеля не охлаждается.

В остальном конструкция дизеля К-362М идентична конструкции дизеля К-962.

Дизель К-360М (рис. 5) в отличие от базовой модели имеет реле частоты вращения, установленное на месте зарядного генератора, бачок уровня жидкости с датчиком, надставку с электромагнитами фиксации заслонки и нормальной остановки, бачок автоматического долива масла в поддон и работомер.

Дизель предназначен для привода генератора переменного тока на необслуживаемых станциях радиорелейных линий связи в агрегате ДГА-24М, автоматизированном по второй или третьей степени ГОСТ 10032--69.

Дизель К-364М (рис. 6) в отличие от базовой модели имеет работомер, бачок уровня охлаждающей жидкости, бачок автоматического долива масла в поддон, электромагниты фиксации заслонки и нормальной остановки. Дизель не имеет устройств зарядки аккумуляторных батарей. Кожух маховика выполнен с фланцем для присоединения генератора.

Подготовленный к автоматизации по первой степени дизель имеет марку К-364МА1. На нем устанавливаются датчик реле уровня и надставка с электромагнитом фиксации заслонки.

Подготовленный к автоматизации по второй степени дизель имеет марку К-364МА2. На нем устанавливаются датчик реле уровня, реле частоты вращения, надставка с электромагнитом фиксации заслонки, электромагнит нормальной остановки, электро подогреватели масла и охлаждающей жидкости. двигатель внутреннее сгорание пьезоуправление

Дизель К-364М предназначен для привода генератора переменного тока в стационарном автоматизированном дизель-электрическом агрегате АСДА-20.

Дизель 4ДМ13М (рис. 7) входит в состав аварийного судового дизель-генератора, используемого в качестве резервного источника электроэнергии.

Таблица 1

Основные характеристики дизель-генератора ( число цилиндров - 4; диаметр цилиндра - 105 мм; ход поршня - 130 мм; порядок работы цилиндров - 1 - 3 - 4 - 2)

Наименование показателей и размерность	Марка дизель-генератора
	ДГР25/1500П	ДГР25/1500	ДГА-25-9М	4ДМ12М	ДГА-24М	4ДМ13М
Марка дизеля в дизель-генераторе	К-962	К-962	К-562М	К-362М	К-360М	4ДМ13М
Мощность дизель-генератора, кВт: номинальная максимальная в течение одного часа	22   24,2	25   27,5	25   27,5	24   26,5	24   26,4	25   27,5
Номинальная частота вращения коленчатого вала, об/мин	1480
Марка генератора в агрегате	П72М	МСК82-4 или МСС82-4	ЕСС82-42	МСС82-4
Напряжение, В	115 или 230	230 или 400	400	230 или400
Род тока	постоянный	переменный
Время необслуживаемой работы,ч	4	4	16	-	200	-
Степень автоматизации по ГОСТ 10032-69	1	1	2	-	2 или 3	-
Фазы газораспределения по углу поворота коленчатого вала: открытие впускного клапана до в.м.т. закрытие впускного клапана до н.м.т. открытие выпускного клапана до н.м.т. закрытие выпускного клапана после в.м.т.	15+- 5°   35+- 5°   40+- 5°   10+- 5°
Удельный расход топлива мкг/Дж (г/кВт ч)	93-99 (336-355)	82-86 (296-311)	86-90 (308-323)	81-85 (290-305)	82-86 (296-311)
Удельный расход масла на угар, не более, мкг/Вт ч)	2,27 (8,2)	2,0 2,8 (7,2) (7,5)	2,0 (7,2)
Масса агрегата (сухого), кг	1285	1250	1200	1450	1470

 

Примечание: 1. Масса наиболее тяжелой детали (блок-картера) - 137 кг. 2, Размеры агрегатов указаны на габаритном чертеже, поставляемом с каждым агрегатом. 3. Расход масла и топлива, мощность и продолжительность работы на максимальной мощности, минимальная частота вращения, масса воды и масла в агрегате и допустимые температуры, ресурс агрегата, марка генератора и напряжение, степень автоматизации и др. данные указаны в формуляре. 4. направление вращения коленчатого вала левое, если смотреть со стороны маховика.

Дизель 4ДМ13М в отличие от базовой модели подготовлен для автоматизации поддержания его в «горячем» резерве пуска и приема нагрузки, для чего на нем установлены реле частоты вращения, электроподогреватель масла и охлаждающей жидкости и комбинированное реле КРД-4. Если электроподогреватель не устанавливается, то вместо КРД-4 ставится КРД-1.

Рис. 7. дизель генератор 4ДМ13М (дизель 4ДМ13М, генератор МСС82-4): а- вид со стороны управления;b- вид со стороны газовыпуска

Наименование параметров и размерность	Марка дизеля
	К-167	К-564	К-364М
Мощность, кВт: номинальная (полная) на переднем ходу максимальная в течение одного часа	29,4 32,4
полная на заднем ходу	29,4	-	-
Суммарная, снимаемая с редукторного вала и муфты отбора дополнительной мощности	24,3	-	-
Максимальный момент, передаваемый реверс-редуктор, Н м	206
Частота вращения, об/мин: при номинальной (полной) мощности при максимальной мощности при суммарной мощности при реверсировании минимально устойчивая	1500 1545 1250 600-700 500	1480 - - - - - - 700
Продолжительность реверсирования, с	3	-	-
Удельный расход топлива, мкг/Дж (г/кВт ч)	72-75 (258-271)	70-73 252-265
Удельный расход масла на угар, мкг/Дж (г/кВт ч), не более		1,7 (6,12)
Масса дизеля (сухого), кг	К-167-2-950; К-167-3-965	645	530

 

Примечания:1. Масса наиболее тяжелой детали (блок-картера) - 137 кг.

2. Размеры агрегатов указаны в габаритном чертеже, поставляемом с каждым агрегатом.

3. Расход масла и топлива, мощность и продолжительность работы на максимальной мощности, минимальная частота вращения, масса воды и масла в агрегате и допустимые температуры, ресурс агрегата, степень автоматизации и другие данные указаны в формуляре. 4. Направление вращения коленчатого вала левое, если смотреть со стороны маховика. 

Состав дизеля или дизель-генератора

В эксплуатацию дизель или дизель-генератор поступает укомплектованным и готовым к работе. К каждому агрегату прилагается комплект запасных частей, необходимый для обеспечения эксплуатации дизеля до среднего ремонта (первый подъем поршней) и комплект инструмента и приспособлений, обеспечивающий монтаж дизеля и техническое обслуживание во время эксплуатации, включая выполнение среднего ремонта.

Дизель-генераторы укомплектованы устройствами охлаждения масла и охлаждающей жидкости, которые устанавливаются на одном с ним агрегате (4ДМ12М) или отдельным узлом (ДГА-24М и 4ДМ13М).

Конструкция агрегатной рамы позволяет эксплуатировать агрегат как на амортизаторах, так и без них.

Главный судовой дизель после изготовления жесткого фундамента готов для работы непосредственно на вал гребневого винта.

Стационарные дизель-генераторы комплектуются электрораспределительными щитами или панелями управления.

Судовые дизель-генераторы комплектуются регуляторами возбуждения или блоками управления.

Дизель-генераторы постоянного тока комплектуются генераторами серии П с самовозбуждением.

Дизель-генераторы переменного тока стационарного исполнения комплектуются синхронными генераторами трехфазного переменного тока серии ЕСС5 или ЕСС с возбуждением от полупроводниковых выпрямителей.

Автоматический регулятор напряжения генератора ЕСС обеспечивает поддержание напряжения в пределах ±2%. Генераторы ЕСС обеспечивают параллельную работу с сетью или с другими генераторами той же серии.

Генераторы ЕСС5 не предназначены для параллельной работы.

Стабилизирующее устройство обеспечивает автоматическое поддержание напряжения в пределах ±5%.

Судовые дизель-генераторы переменного тока комплектуются генераторами трехфазного тока серии МСС, МСК или МС. Генераторы серий МСК и МСС имеют возбуждение от полупроводниковых выпрямителей. Автоматический регулятор напряжения смонтирован в блоке управления.

Генератор серии МС имеет машинный возбудитель.

Генератор серии МСК выполнен с воздушной замкнутой системой вентиляции: воздух охлаждается в охладителе водой внешнего контура. Для перехода на открытую систему охлаждения предусмотрены люки и кран, отключающий воду.

Генератор серии МСС имеет только открытую воздушную систему охлаждения.

Техническое описание и инструкция по эксплуатации генераторов, щитов и панелей управления входит в комплект технической документации на изделия.

Устройство и работа

Все сборочные единицы закреплены на дизеле или на раме. В верхнюю часть блок-картера 24 (рис. Зс) запрессованы втулки 10 цилиндров, а в нижней -- на вкладышах коренных подшипников -- размещен коленчатый вал 21.

В средней части блок-картера со стороны поста управления находится распределительный вал.

Снизу блок-картер закрыт поддоном, в котором размещен приемный фильтр 22 с магнитами.

Сверху блок-картер закрыт головками 8 цилиндров (одна головка на два цилиндра), в которых размещены форсунки 5, впускные и выпускные клапаны.

На головках цилиндров расположены кронштейны 7 коромысел клапанов, а сбоку крепятся впускной и выпускной коллекторы и расширительный бачок 2.

На площадке переднего торца блок-картера закреплен масляный фильтр-холодильник с центрифугой.

Шатунно-поршенвая группа унифицирована для всех дизелей ряда 4Ч 10,5/13. Поршень 9 имеет три компрессионных кольца и четыре маслосъемных - по два в одну канавку. В головке поршня имеется камера сгорания с выборкой в горловине со стороны поста управления. Поршень соединен с шатуном 20 поршневым пальцем плавающего типа.



Форсунка 4ЧН 10,5/13

рис	поз.	Группа на все дизели
29	14	Форсунка
	3	Распылитель
	12	Стержень промежуточный
	2,3	Корпус
	4	Штуцер
	11	Пружина
	2	Гайка распылителя
	6	Колпак
	9	Колпак внутренний
	10	Винт регулирующий
	1	Прокладка
	1	Прокладка
	5	Прокладка
	8	Гайка



Рис. 8. Схема шестеренчатых передач к приводам механизмов дизеля: 1 -- шестерня привода топливного насоса, z=33; 2 -- ведущая шестерня привода топливного насоса, z=33; 3 -- шестерня распределительного вала, z=50; 4 -- шестерня насоса внутреннего контура, z=22; 5 -- паразитная шестерня, z=31; 6 -- шестерня привода зарядного генератора, z=13; 7 -- шестерня коленчатого вала малая, z=25; 8 -- большая шестерня коленчатого вала; z=37; 9 -- шестерня привода насоса внешнего контура, z=22; 10 -- промежуточная шестерня, z=33; А -- метки на шестернях

От коленчатого вала к приводу топливного насоса передача осуществляется при помощи промежуточной шестерни 10 (рис. 8) и шестерни 2 и шестерни 3 распределительного вала.

Насосы внешнего 18 (рис. Зс) и внутреннего 16 контуров получают вращение от шестерен коленчатого вала.

С переднего торца блок-картер закрыт крышкой 15 крепления агрегатов, на которой установлены водяные насосы внешнего и внутреннего контуров, масляный насос 17, реле частоты вращения и работомер.

Со стороны поста управления на кронштейне установлен топливный насос 6 с регулятором частоты вращения.

Со стороны отбора мощности блок-картер закрыт кожухом маховика и крышкой уплотнения коленчатого вала. На кожухе маховика установлены щит контрольных приборов, предельный выключатель, сетевой фильтр и электростартер.

Со стороны газовыпуска на блок-картере размещены зарядный генератор (или реле частоты вращения), реле-регуляторная коробка, электроподогреватель охлаждающей жидкости, сетевой фильтр и коробка зажимов. Там же расположен штуцер для подсоединения манометрического элемента КРД к системе смазки дизеля.

Система газораспределения

Система газораспределения предназначена для управления процессами впуска свежего воздуха в цилиндры и выпуска из них отработавших газов.

Движение от коленчатого вала распределительному валу передается при помощи шестерен 3, 7, 10(рис. 8). В определенной последовательности кулачки распределительного вала приводят в действие толкатели штанг коромысел. Штанги сообщают качательное движение коромыслам, которые, преодолевая сопротивление пружин, открывают клапаны. Клапаны закрываются под действием пружин.

Фазы газораспределения устанавливаются по меткам А.

Регулировка зазоров между коромыслом и торцом клапана производится болтом при помощи отвертки и ключа (эскиз 1, приложение 3).

Топливная система и регулирование частоты вращения

Топливная система служит для подачи в цилиндры дизеля топлива в распыленном виде в строго определенные моменты времени.

Система состоит из топливного насоса 3 (рис. 9) с регулятором частоты вращения, подкачивающего насоса 1, насоса ручной подкачки 4, фильтра 9 тонкой очистки, форсунок 6 и трубопроводов высокого 5 и низкого 7, 10, И давления.

Из топливного бака подкачивающий насос 1 засасывает топливо и подает его под давлением около 147 кПа (1,5 кгс/см²) к фильтру тонкой очистки. Очищенное от механических примесей топливо поступает в топливный насос, который под давлением подает его к форсункам 6.

Избыточное топливо и топливо, отсекаемое плунжерами, поступает через перепускные клапаны, установленные на насосе и фильтре тонкой очистки, обратно в бак. Топливо, просочившееся в зазор «плунжер--втулка», «втулка--толкатель», «игла--корпус распылителя» сливается по трубопроводам 2 и 8 в бачок слива топлива.

Топливный насос

 Все дизели ряда 44 10,5/13 имеют блочный четырехплунжерный топливный насос с автоматическим регулированием количества подаваемого топлива.

Рис. 9. Схема топливной системы: 1 -- подкачивающий насос; 2, 8 -- сливной трубопровод; 3-- топливный насос; 4 -- насос ручной подкачки; 5 -- трубопровод высокого давления; 6 -- форсунка; 7, 10, 11 -- трубопровод низкого давления; 9 -- фильтр тонкой очистки топлива; А -- подвод топлива; В -- слив топлива в бак

Плунжер со втулкой, нагнетательный клапан с седлом и толкатель подкачивающего насоса со втулкой являются прецизионными парами и заменять одну из деталей в них не разрешается.

Диаметр плунжера равен 6,5 мм, ход плунжера -- 8 мм.

При изготовлении насосы отрегулированы, места регулировки опломбированы. Снимать пломбы не разрешается.

Подкачивающий насос обеспечивает засасывание топлива на высоту не более 1 м.

Фильтр тонкой очистки На дизеле установлен фильтр тонкой очистки топлива с бумажным фильтрующим элементом. Для промывки его элемента без разборки на фильтре предусмотрен канал, куда подсоединяется трубопровод подвода топлива.

рис	поз.	колич	Группа на все дизели
36	-	*	Насос топливный с регулятором
	57	1	Корпус топливного насоса
	1	1	Основание корпуса регулятора
	16	4	Плунжерная пара
	14	4	Клапан нагнетательный
	65	1	Палец крестовины
	47	1	Букса подшипника
	35	1	Клапан перепускной
	53	1	Крышка люка
	8	4	Контргайка толкателя
	18	4	Тарелка пружины нижняя
	36	2	Пробка для спуска воздуха
	21	6	Прокладка
	54	1	Пробка
	59	1	Валик топливного насоса
	38	1	Гильза упора
	52	2	Маслоотражатель
	9	4	Болт толкателя
		4	Пружина нагнетательного клапана
	17	4	Пружина плунжера
	15	4	Тарелка пружины верхняя
		4	Заглушка нижняя
	24	2	Стопорная планка
	25	*	Стопорная планка
	20	4	Винт фиксирующий
	7	4	Корпус толкателя
	5	4	Ролик.толкателя
	6	4	Палец толкателя
	4	4	Втулка плавающая
	50	1	Прокладка регулировочная Ь=0,5 мм (Ь=0,25 мм)
	48	1	Прокладка к буксе подшипника
	41	1	Упор ограничителя
	33	7	Прокладка
		1	Кольцо уплотнительное
	31	1	Пружина перепускного клапана
	3		Прокладка
	32	1	Упор
	27	2	Штуцер
	42	4	Болт штуцера
	45	1	Муфтодержател ь
	29	1	Штуцер клапана
	34		Гайка-колпачок
	37	1	Пробка
	26	2	Болт
	64	4	Винт
	46	4	Винт
	63	4	Винт
	40	1	Гайка
	43	1	Гайка
	51	1	Прокладка
	10	4	Гильза поворотная
	11	4	Венец зубчатый
	12	4	Шуруп венца
	23	4	Прокладка
	2	1	Регулирующая рейка
	19	1	Винт стопорный
	22	4	Штуцер нажимной
	44	1	Шайба
	28	1	Штифт
	60	2	Шпонка
	30	1	Шарик
	61	2	Подшипник
	49	2	Манжета

Регулятор частоты вращения

Регулятор частоты вращения служит для автоматического поддержания частоты вращения коленчатого вала дизеля путем изменения количества подаваемого в цилиндры дизеля топлива в зависимости от изменения нагрузки.

На дизель-генераторах установлен однорежимный регулятор частоты вращения, на главных судовых дизелях -- всережимный регулятор. Последний имеет зубчатый шкив для дистанционного управления частотой вращения. Если дистанционное управление не используется, то шкив стопорится специальной планкой 1 (см. рис. Зс). Регулятор состоит из следующих основных частей: привода, исполнительного механизма, устройства для изменения степени неравномерности, устройства для изменения частоты вращения как непосредственно на дизеле, так и дистанционно при помощи мотора МН-145Б, устройства для остановки дизеля как непосредственно, так и при помощи электромагнита нормальной остановки АСУ-5-24 В и Вз и катаракта.

2. Тепловой расчет двигателя 4ЧН10.5/13

По программе Diesel выполняем тепловой расчет двигателя 4ЧН10.5/13

· Среднее эффективное давление Ре=1Мпа

· Частота вращения n=1500 1\хв.

Расчет рабочего цикла двигателя внутреннего сгорания

1.Эффектинвая мощность двигателя определяется по зависимости:

Ne=13.1*D^2*S*n*z*i*Pe

2.Для опpеделения мощности необходимо задать:

D - Диаметp цилиндpа (м)........0,105

S - Ход поpшня (м)..............0,13

n - Частота вpащения (1/мин)....1500

Z - Тактность (2-x,4-x).........4

i - Число цилиндpов.............4

и pассчитать сpеднее эффективное давление Pe.

3.Расчет Pe пpоизводится пpи задании следующих исходных данных:

Давление наддува Pk (MПа)................ ...............0,1013

Давление окружающей среды P0 (МПа) ......................0,1

Температуру окружеющей среды Т0 (K) .....................293

Показатель политропы сжатия в компрессоре nk.............1,9

Потеря давления в воздухоохладителе DELTAPohl (МПа)......0,003

Cнижение температуры в воздухоохладителе DELTATohl (K)...108

Коэффициент потерь давления на впуске Ksia.............0,8

Подогрев заряда от стенок цилиндра DELTATa (K)...........6

Cтепень сжатия EPSILON....................................17

Коэффициент скругления индикаторной диаграммы ZETA.......0,98

Механический КПД двигателя ETAm..........................0,839

3. Условия процесса сгорания

Kоэффициент избытка воздуха для сгорания ALFA.................1,5

Коэффициент продувки FIa......................................1,3

Коэффициент остаточных газов GAMMAr...........................0,05

Температура остаточных газов Тr (K)...........................800

Доля топлива поданного за период задержки

самовоспламенения Xi..........................................0,5

Коэффициент использования тепла в точке z XIz.................0,8299

Коэффициент использования тепла в точке b XIb.................0,91

4. Maссовый состав топлива (кг/кг):

C=0,87

H=0,13

S=0

O=0,005

Процентное содержание воды в топливе Wn=0

5.Расчет процесса наполнения.

Температура воздуха за компрессором Тk..............294,80

Температура воздуха перед двигателем Ts.............186,80

Температура заряда к концу процесса наполнения Ta...221,71

Давление воздуха перед двигателем Рs................0,09830

Давление заряда к концу процесса наполнения Pa......0,07864

Коэффициент наполнения ETAH.........................0,6820

6 .Расчет процесса сжатия.

Avc.............................................19,29841

Bc..............................................0,002535

Теплоемкость смеси воздуха и остаточных газов

на ходе сжатия определяется по формуле: Cvc=19,29841+0,002535*T

Средний показатель политропы сжатия n1..........1,36640

Давление в конце сжатия (МПа)....................3,77510

Температуpа в конце сжатия (K)...................626,08

7.Расчет процесса сгорания.

Действительное количество воздуха для сгорания L (кмоль/кг)....0,74888

Химический коэффициент молекулярного изменения BETA0...........1,04361

Действительный коэффициент молекулярного изменения BETA........1,04153

Доля топлива сгоревшая в точке z xz............................0,9120

Коэффициент молекулярного изменения в точке z BETAz............1,03787

Avz............................................................19,99904

bz.............................................................0,003172

Avb............................................................20,06667

Bb.............................................................0,003233

Средняя мольная изохорная теплоемкость в точке z определяется по

формуле Cvz=19,99904+0,003172*T

Средняя мольная изохорная теплемкость в точке b определяется по

формуле: Cvb=20,06667+0,003233*T

Степень повышения давления при сгорании lambda.................2,163

Максимальное давление сгорания Pz (МПа)........................8,1643

Максимальная температуpа сгорания Tz (K).......................1 939,0

8.Расчет процесса расширения.

Степень предварительного расширения ro..........................1,486

Степень последующего расширения DELTA..........................11,438

Средний показатель политропы расширения n2.....................1,24234

Температура в конце процесса расширения Tb (K).................1 073,00

Давление в конце процесса расширения Pb (МПа)..................0,3955

9. Индикаторные показатели

Теоретическое среднее индикаторное давление Р1i (МПа)..........1,2280

Действительное среднее индикаторное давление Рi (МПа)..........1,2034

Индикаторный удельный расход топлива bi кг(кВт*ч)..............0,1724

Индикаторный КПД ETAI..........................................0,4847

10. Эффективные показатели

Среднее эффективное давление Ре (МПа)...........................1,0097

Удельный эффективный расход топлива be кг(кВт*ч)................0,2055

Эффективный КПД двигателя ETAE..................................0,4067

Мощность для данного двигателя Ne=56,87

3. Описание системы Common Rail

Система впрыска Common Rail является современной системой впрыска топлива дизельных двигателей. Работа системы Common Rail основана на подаче топлива к форсункам от общего аккумулятора высокого давления - топливной рампы (Common Rail в переводе общая рампа). Система впрыска разработана специалистами фирмы Bosch.

Применение данной системы позволяет достигнуть снижения расхода топлива, токсичности отработавших газов, уровня шума дизеля. Главным преимуществом системы Common Rail является широкий диапазон регулирования давления топлива и момента начала впрыска, которые достигнуты за счет разделения процессов создания давления и впрыска.

Конструктивно система впрыска Common Rail составляет контур высокого давления топливной системы дизельного двигателя. В системе используется непосредственный впрыск топлива, т.е. дизельное топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания. Система Common Rail имеет следующее устройство:

топливный насос высокого давления;

· клапан дозирования топлива;

· регулятор давления топлива (контрольный клапан);

· топливная рампа;

· форсунки;

· топливопроводы.

Топливный насос высокого давления(ТНВД) служит для создания высокого давления топлива и его накопления в топливной рампе. Современные топливные насосы высокого давления плунжерного типа.

Клапан дозирования топлива регулирует количество топлива, подаваемого к топливному насосу высокого давления в зависимости от потребности двигателя. Клапан конструктивно объединен с ТНВД.

Регулятор давления топлива предназначен для управления давлением топлива в системе, в зависимости от нагрузки на двигатель. Он устанавливается в топливной рампе.

Топливная рампа предназначена для выполнения нескольких функций:

· накопления топлива и содержание его под высоким давлением;

· смягчения колебаний давления, возникающих вследствие пульсации подачи от ТНВД;

· распределения топлива по форсункам.

Форсунка важнейший элемент системы, непосредственно осуществляющий впрыск топлива в камеру сгорания двигателя. Форсунки связаны с топливной рампой топливопроводами высокого давления. В системе используются следующие конструкции форсунок:

· электрогидравлическая форсунка;

· пьезофорсунка.

Впрыск топлива электрогидравлической форсункой осуществляется за счет управления электромагнитным клапаном. Активным элементом пьезофорсунки являются пьезокристаллы, значительно повышающие скорость работы форсунки.

Управление работой системой впрыска Common Rail обеспечивает система управления дизелем, которая включает:

· датчики;

· блок управления двигателем;

· исполнительные механизмы систем двигателя.

Система управления дизелем включает следующие датчики:

· датчик оборотов двигателя;

· датчик холла;

· датчик положения педали газа;

· расходомер воздуха;

· датчик температуры охлаждающей жидкости;

· датчик давления воздуха;

· датчик температуры воздуха;

· датчик давления топлива;

· кислородный датчик (лямбда-зонд);

· и др.

Основными исполнительными механизмами системы впрыска Common Rail являются:

· форсунки;

· клапан дозирования топлива;

· регулятор давления топлива.

Принцип действия системы впрыска Common Rail

На основании сигналов, поступающих от датчиков, блок управления двигателем определяет необходимое количество топлива, которое топливный насос высокого давления подает через клапан дозирования топлива. Насос накачивает топливо в топливную рампу. Там оно находится под определенным давлением, обеспечиваемым регулятором давления топлива.

В нужный момент блок управления двигателем дает команду соответствующим форсункам на начало впрыска и обеспечивает определенную продолжительность открытия клапана форсунки. В зависимости от режимов работы двигателя блок управления двигателем корректирует параметры работы системы впрыска.

С целью повышения эффективной работы двигателя в системе Common Rail реализуется многократный впрыск топлива в течение одного цикла работы двигателя. При этом различают:

· предварительный впрыск;

· основной впрыск;

· дополнительный впрыск.

Предварительный впрыск небольшого количества топлива производится перед основным впрыском для повышения температуры и давления в камере сгорания, чем достигается ускорение самовоспламенения основного заряда, снижение шума и токсичности отработавших газов. В зависимости от режима работы двигателя производится:

· два предварительных впрыска - на холостом ходу;

· один предварительный впрыск - при повышении нагрузки;

· предварительный впрыск не производится - при полной нагрузке.

Основной впрыск обеспечивает работу двигателя.

Дополнительный впрыск производится для повышения температуры отработавших газов и сгорания частиц сажи в сажевом фильтре (регенерация сажевого фильтра).

Развитие системы впрыска Common Rail осуществляется по пути увеличения давления впрыска:

· первое поколение - 140 МПа, с 1999 года;

· второе поколение - 160 МПа, с 2001 года;

· третье поколение - 180 МПа, с 2005 года;

· четвертое поколение - 220 МПа, с 2009 года.

Чем выше давление в системе впрыска, тем больше топлива можно впрыснуть в цилиндр за равный промежуток времени и, соответственно, реализовать большую мощность.



Схема системы впрыска Common Rail

1. топливный бак

2. топливный фильтр

3. топливный насос высокого дваления

4. топливопроводы

5. датчик давления топлива

6. топливная рампа

7. регулятор давления топлива

8. форсунки

9. электронный блок управления

10. сигналы от датчиков

11. усилительный блок (на некоторых моделях автомобилей)

Топливная система (другое наименование система питания топливом) предназначена для питания двигателя автомобиля топливом, а также его хранения и очистки.

Топливная система автомобиля имеет следующее устройство:

· топливный бак;

· топливный насос;

· датчик указателя запаса топлива;

· топливный фильтр;

· топливопроводы;

· система впрыска.

Топливная система бензинового и дизельного двигателей имеет, в основном, аналогичное устройство. Принципиальные отличия имеет система впрыска.

Топливный бак предназначен для хранения запаса топлива, необходимого для работы двигателя. Топливный бак в легковом автомобиле обычно располагается в задней части на днище кузова. Емкость топливного бака обеспечивает в среднем 500 км пробега конкретного автомобиля. Топливный бак изолирован от атмосферы. Вентиляцию топливного бака производит система улавливания паров бензина.

Топливный насос подает топливо в систему впрыска и поддерживает рабочее давление в топливной системе. Топливный насос устанавливается в топливном баке и имеет электрический привод. При необходимости используется дополнительный (подкачивающий) насос (не путать с топливным насосом высокого давления системы впрыска дизельных двигателей и системы непосредственного впрыска).

В топливном баке вместе с насосом устанавливается датчик указателя запаса топлива. Конструкция датчика включает поплавок и потенциометр. Перемещение поплавка при изменении уровня топлива в баке приводит к изменению положения потенциометра. Это, в свою очередь, приводит к повышению сопротивления в цепи и уменьшению напряжения на указателе запаса топлива.

Очистка поступающего топлива осуществляется в топливном фильтре. На современных автомобилях в топливный фильтр встроен редукционный клапан, регулирующий рабочее давление в системе. Излишки топлива отводятся от клапана по сливному топливопроводу. На двигателях с непосредственным впрыском топлива редукционный клапан в топливном фильтре не устанавливается.

Топливный фильтр топливной системы дизельных двигателей имеет несколько иную конструкцию, но суть его работы остается прежней. С определенной периодичностью производится замена топливного фильтра в сборе или, только, фильтрующего элемента.

Топливо в системе циркулирует по топливопроводам. Различают подающий и сливной топливопроводы. В подающем топливопроводе поддерживается рабочее давление. По сливному топливопроводу излишки топлива удаляются в топливный бак.

Система впрыска предназначена для образования топливно-воздушной смеси за счет впрыска топлива.

Работа топливной системы осуществляется следующим образом. При включении зажигания топливный насос закачивает топливо в систему. При прохождении через топливный фильтр происходит его очистка. Далее топливо поступает в систему впрыска, где происходит распыление и образование топливно-воздушной смеси.

На некоторых автомобилях рабочее давление в топливной системе создается при открытии водительской двери (включается топливный насос).

Топливный насос - основной конструктивный элемент топливной системы бензинового двигателя, обеспечивающий подачу под давлением определенного количества топлива к форсункам (двигатели с впрыском топлива) или карбюратору (карбюраторные двигатели). В зависимости от типа привода различают механические и электрические топливные насосы.

Механический топливный насос

Механический топливный насос (бензонасос) применяется на карбюраторных двигателях. Он имеет механический привод от распределительного вала (вала привода масляного насоса). Насос располагается непосредственно на двигателе.

Механический топливный насос является разновидностью поршневого насоса. Конструктивно он объединяет:

· корпус, состоящий из двух частей и закрытый сверху крышкой;

· диафрагму, установленную между верхней и нижней частью корпуса;

· шток, жестко соединенный с диафрагмой;

· возвратную пружину, насаженную на шток;

· всасывающий и нагнетательный клапаны в верхней части насоса;

· сетчатый фильтр в крышке насоса;

· механический привод.

Диафрагма является основным рабочим органом насоса. Она состоит из нескольких (2-3) мембран, между которыми расположены прокладки. Диафрагма соединена со штоком, который другим концом взаимодействует с элементами механического привода насоса. Различают разные схемы механического привода насоса. На отечественным автомобилях применяется конструкция, состоящая из толкателя и рычага с балансиром. У зарубежных производителей популярна схема с двуплечим рычагом (коромыслом).

Привод насоса осуществляется от эксцентрика распределительного вала. При вращении эксцентрика привод насоса перемещает шток с диафрагмой вниз, преодолевая усилие пружины. Объем полости над диафрагмой увеличивается, топливо за счет возникающего разряжения поступает в насос через всасывающий клапан из топливного бака. Нагнетательный клапан закрыт.

При дальнейшем движении эксцентрика рычаг привода насоса освобождается, а диафрагма перемещается вверх под действием возвратной пружины. Над диафрагмой создается давление, за счет которого открывается нагнетательный клапан, и топливо через нагнетательный патрубок поступает в карбюратор. Всасывающий клапан закрыт. Цикл работы насоса повторяется при каждом обороте эксцентрика. Когда поплавковая камера карбюратора заполняется, запорная игла отсекает доступ топлива в карбюратор. Диафрагма при этом остается в нижнем положении, а привод насоса работает вхолостую (ничего не перемещает). Производительность механического топливного насоса регулируется автоматически путем изменения амплитуды движения диафрагмы.



Устройство механического топливного насоса

1. всасывающий клапан

2. нагнетательный клапан

3. крышка насоса

4. распределительный вал

5. эксцентрик

6. приводной рычаг

7. возвратная пружина

8. диафрагма

9. корпус насоса

Электрический топливный насос

Электрический топливный насос применяется в топливной системе бензиновых двигателей с распределенным впрыском топлива. В двигателях с непосредственным впрыском топлива, а также дизельных двигателях электрический насос используется в контуре низкого давления для предварительной подачи топлива к насосу высокого давления. Электрический топливный насос создает давление топлива в пределе 0,3-0,4 Мпа (в двигателях с непосредственным впрыском - до 0,7 Мпа). Использование механических насосов в системах впрыска топлива невозможно по причине низкого давления подачи топлива.

Топливный насос с электрическим приводом может располагаться в топливопроводе или в топливном баке. На большинстве современных автомобилей топливный насос встроен в топливный бак. Такая схема обеспечивает лучшее охлаждение насоса, сокращает вероятность потерь за счет отсутствия всасывающей магистрали. С другой стороны, система имеет максимальную длину нагнетательного топливопровода, что повышает его уязвимость.

Электрический топливный насос состоит из электрического привода (электродвигатель) и насосной части (собственно насос), помещенных в металлический корпус. Все элементы топливного насоса находятся в контакте с топливом. Бензин имеет высокое электрическое сопротивление (более 1 МОм), предотвращающее короткое замыкание. Конструктивно топливный насос представляет собой модуль, в который помимо насоса включаются датчик расхода топлива, сетчатый топливный фильтр, топливозаборник.

Работу топливного насоса обеспечивают два клапана - обратный и редукционный. Обратный клапан запирает топливную систему при остановке двигателя. Редукционный клапан поддерживает определенное давление в системе, перепуская часть топлива обратно на впуск.

По конструкции различают следующие виды электрических топливных насосов:

· роликовый насос;

· шестеренный насос;

· центробежный насос.

В роликовом насосе топливо всасывается и нагнетается за счет вращения ротора и перемещения в нем роликов. При увеличении пространства между роликом и ротором создается разряжение, и топливо заполняет это пространство. Когда пространство заполнится полностью, подача топлива отсекает...