CC BY
54
УДК 621.435.001
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ СОСТАВОМ ГОРЮЧЕЙ СМЕСИ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ПРИ ЕГО СТЕНДОВЫХ ИСПЫТАНИЯХ
А.А. Савастенко, М.В. Азанов, А.А. Савастенко
Кафедра теплотехники и тепловых двигателей Российский университет дружбы народов ул. Орджоникидзе, 3, Москва, Россия, 115419
В статье приводится описание способов регулирования состава рабочей смеси в двигателях внутреннего сгорания, предлагаются новые методы применения с усовершенствованной конструкцией, а также необходимые расчеты.
Ключевые слова: регулировочная характеристика, дроссельная заслонка, карбюратор, жиклер, диффузор, горючая смесь, разряжение, коэффициент расхода топлива
При проведении экспериментальных исследований двигателей внутреннего сгорания с искровым зажиганием (ДсИЗ) часто требуется снятие регулировочных характеристик по составу смеси. Характеристики представляют собой зависимость параметров ДсИЗ, таких как, например, эффективная мощность двигателя, удельный эффективный расход топлива, концентрация вредных веществ в отработавших газа, в зависимости от коэффициента избытка воздуха, при постоянной частоте вращения коленчатого вала и фиксированном положении дроссельной заслонки во впускном тракте.
Несмотря на то, что в современных автомобильных ДсИЗ системы впрыскивания топлива практически полностью вытеснили традиционные карбюраторы, в малоразмерных двигателях, применяющихся на средствах малой механизации и в маломощных бензоэлектроагрегатах, карбюратор по-прежнему является основным устройством для подготовки горючей смеси. Среди различных типов карбюраторов довольно редко встречаются конструкции, в которых существует возможность изменять состав горючей смеси (коэффициент избытка воздуха) на режимах, отличных от холостого хода. На рисунке 1 приведена схема отечественного карбюратора К-22П, имеющего такую возможность. Регулировочная игла 7 позволяет менять проходное сечение в блоке жиклеров главной дозирующей системы 12 на работающем двигателе.
Применение такого способа регулирования состава смеси на карбюраторах, не имеющих регулировочной иглы, требует их доработки, что осложнено следующим. Установка резьбовой пробки под регулировочную иглу точно напротив топливного жиклера главной дозирующей системы не всегда возможна из конструктивных особенностей карбюратора, а доступ к регулировочной игле может быть затруднен из-за компоновки карбюратора на двигателе (особенно в мало-
габаритных конструкциях). Также требуется нарушение заводской регулировки (конструкции) карбюратора, так как необходимо увеличить диаметр жиклера главной дозирующей системы.
Рис. 1. Схема карбюратора К-22П, используемого на стационарных двигателях
Известно, что при неизменном давлении окружающей среды, постоянном положении дроссельной заслонки и частоте вращения коленчатого вала двигателя количество горючей смеси и ее состав не меняются. При засорении воздухоочистителя, установленного на двигателе, смесь обогащается. Подобное явление объясняется тем, что сопротивление воздухоочистителя возрастает и воздуха поступает в карбюратор меньше, а разрежение в узком сечении диффузора возрастает, и топлива из распылителя поступает больше. С целью устранения влияния работы воздухоочистителя на состав смеси в настоящее время полость поплавковой камеры сообщают не с атмосферой, а с приемным воздушным патрубком карбюратора (канал 14 на рис. 1). Тогда засорение воздухоочистителя будет сопровождаться понижением давления не только в узком сечении диффузора, но также и в поплавковой камере. Такие карбюраторы получили название балансированных [1].
Предлагается решение для изменения состава смеси, не требующее существенного изменения конструкции карбюратора. Для этого балансировочный канал карбюратора разобщается с приемным патрубком, а поплавковой камере создается разряжение или избыточное давление от стороннего источника давления (разряжения), например от центробежной воздуходувки (рис. 2).
Рис. 2. Электрическая воздуходувка с давлением — разряжением около 5 кПа
Рис. 3. Схема регулирования состава горючей смеси
На рис. 3 приведена схема управления составом горючей смеси: 1 — ДсИЗ, имеющий поплавковую камеру карбюратора 2, связанную трубопроводом 3 с ресивером 4. Давление (разряжение) в ресивере 4 контролируется с помощью водяного пьезометра 5. Воздуходувка 7, с приводом от высокооборотного электродвигателя, связана с ресивером через блок заслонок 6. Блок заслонок имеет два положения. В первом положении воздух забирается воздуходувкой из окружающего пространства и после сжатия поступает в ресивер (р^ > ратм). Во втором положении воздух забирается из ресивера, создавая в нем разряжение (р < ратм)> и после воздуходувки выбрасывается в атмосферу. Для изменения величины управляющего давления (разряжения) в ресивере 4 электродвигатель привода воздуходувки 7 питается через регулятор напряжения — диммер 8, позволяющий менять обороты рабочего колеса воздуходувки, дистанционно управляя составом горючей смеси.
Сделаем оценку необходимого управляющего давления (разряжения) в поплавковой камере для обеспечения регулирования состава смеси в диапазоне изменения коэффициента избытка воздуха а = 0,80.. .1,20.
Известно, что коэффициент избытка воздуха определяется как отношение действительной массы воздуха GB (кг/с), расходуемого двигателем, к теоретически необходимому количеству воздуха GB , требуемому для полного сгорания поступающего в цилиндры топлива GT (кг/с)
в = = (1)
GB GT ' l0
теор
где l0 = 15 кг воздуха/кг топлива — теоретически необходимое количество воздуха, требуемое для сжигания 1 кг бензина.
Для определенности зададимся параметрами одноцилиндрового четырехтактного ДсИЗ с воздушным охлаждением марки Hyundai IC200, рабочим объемом Vh = 200 см3 и номинальной частотой вращения коленчатого вала n = 3000 мин- 1. Секундный массовый расход воздуха может быть определен по зависимости.
G ' ^' V2 'рдифф ' Рв
где — коэффициент расхода воздуха, принятый равным 0,8; — площадь диффузора карбюратора в самом узком месте, м2; рдифф — разряжение в узком сечении диффузора, Па; Рв = 1,275кг/м3 — плотность воздуха при стандартных условиях: температуре 0 °С, давлении 100 кПа и нулевой влажности.
Ориентировочно площадь диффузора Fд может быть определена из уравнения сохранения массы для воздуха
FH ■ Сп ■ П = ^ ■ ^ (2)
где Fjj = Vh/Sn — площадь поршня, вычисляемая, через рабочий объем цилиндра Vh и ход поршня S„, м2; Сп = SH ■ n/30 — средняя скорость поршня, м/с2; n = 0,9 — ориентировочное значение коэффициента наполнения; юд — скорость воздуха в диффузоре карбюратора, имеющая значение около 85 м/с для современных ДсИЗ, м/с.
Таким образом, для двигателя Hyundai IC200 площадь в самом узком месте диффузора карбюратора, может быть принята равной
Fд = (Vh n n) / (30 Шд) = 0,00021 м2 (диаметр около 16 мм).
Расход бензина составит:
GB =Мт' /ж ' л!2' (рдифф +рупр)' Рт , (3)
где — коэффициент расхода топлива, принятый равным 0,8; /ж — площадь жиклера главной дозирующей системы, которая из предварительных расчетов, для обеспечения работы двигателя на стехиометрической смеси (а = 1) без управляющего давления, принята равной 0,602 ■ 10-6 м2 (внутренний диаметр жиклера 0,875 мм); рдифф — разряжение в узком сечении диффузора, Па; рупр — управляющее давление (разряжение) в поплавковой камере карбюратора, так же как и рдифф влияющие на массу протекающего через жиклер топлива, Па; Рт = 700 кг/м3 — плотность бензина.
Подставив (2) и (3) в выражение для коэффициента избытка воздуха (1) и сделав соответствующие численные подстановки, получим простую зависимость, которая позволяет произвести численный анализ влияния управляющего давления на коэффициент избытка воздуха при различных значениях разряжения в диффузоре (различных нагрузках):
а =
V
Рдифф р дифф + р упр
На рисунке 4 приведены результаты численного анализа. Как видно из данных расчета, при нагрузке двигателя близкой к максимальной, когда дроссельная заслонка практически полностью открыта и расход воздуха при данных оборотах коленчатого вала наибольший, разряжение в диффузоре карбюратора достигает наибольших значений (кривая рдифф = 10 кПа). При этом и размах управляющего давления достигает максимума. При снижении нагрузки (кривые с меньшими значениями рдифф) управляющее давление может изменяться в меньшем диапазоне. При малых нагрузках, близких к холостому ходу (кривая рдифф = 2 кПа) управляющее давление должно меняться незначительно от —50 кПа до +110 кПа для изменения состава смеси по коэффициенту избытка воздуха от 1,20 до 0,80.
1,20
1Д6
(О X 1,12
m О 1,08
m
го ас 1,04
к
VO 1,00
S
1-X 0,96
О)
г 0,92
-е-
-е- m 0,88
О
U, 84
0,80
-300 -200 -100 о 100 200 300 400 Управляющее давление Рупр, мм. вод. столба
• \ * \
ч —\ \ \ ч > \
-РД ифф = 10 кПа ифф= 8 кПа
\ \ > 4N \ ......Рд
---Рдифф = 6 кПа — — Рдифф = 4 кПа — • • Рдифф = 2 кПа н
\ ч «
• \ \ ч
N v ч 'О".
\ Ч N • •
500
Рис. 4. Влияние управляющего давления рупр на коэффициент избытка воздуха а при постоянной нагрузке, определяемой разряжением в диффузоре карбюратора рдифф
Таким образом, расчет показал, что предложенная система дистанционного регулирования состава горючей смеси в малоразмерном стационарном двигателе с искровым зажиганием при его стендовых испытаниях работоспособна и способна обеспечить изменение состава смеси во всем диапазоне изменения нагрузки двигателя.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Грибанов В.И., Орлов В.А. Карбюраторы двигателей внутреннего сгорания. Л.: Машиностроение, 1966. 283 с.
THE REMOTE CONTROL DEVICE OF INTERNAL COMBUSTION ENGINE FUEL MIXTURE COMPOSITION DURING STAND TESTING
A.A. Savastenko, M.V. Azanov, A.A. Savastenko
Department of Heat Engineering and Heat Engines
Peoples' Friendship University of Russia Miklukho-Maklaya str., 6, Moscow, Russia, 117198
Description of fuel mixture compound adjustment in internal combustion engines are receiving in the article, new methods of application with an improved construction and also all the necessary calculations are suggested.
Key words: adjusting characteristic, throttle, carburetor, nozzles, diffuser, ignitable mixture, depression, fuel consumption coefficient
REFERENCES
[1] Gribanov V., Orlov V Internal combustion engines carburators. L.: Mechanical engineering, 1966. 283 p. [Gribanov V.I., Orlov V.A. Karbyuratory dvigateley vnutrennego sgoraniya. L.: Mashinostroyeniye, 1966. 283 s.]
