Система питания дизельного двигателя

1.

Система питания
дизельного двигателя

2.

Смесеобразование в дизельных двигателях
Особенностью двигателей с самовоспламенением от сжатия, или,
как их принято называть, дизелей (по имени изобретателя Р.
Дизеля), является приготовление горючей смеси топлива с
воздухом внутри цилиндров. В дизелях топливо поступает от
насоса высокого давления и посредством форсунки впрыскивается
в цилиндры под давлением, в несколько раз превышающим
давление воздуха в конце такта сжатия. Смесеобразование
начинается с момента поступления топлива в цилиндр. При этом в
результате трения о воздух струя топлива распыливается на
мельчайшие частицы, которые образуют топливный факел
конусообразной формы. Чем мельче распылено топливо и чем
равномернее распределено оно в воздухе, тем полнее сгорают его
частицы.

3.

Угол опережения впрыскивания топлива
Испарение и воспламенение топлива осуществляются за счёт высокой
температуры и давления сжатого воздуха (к концу такта сжатия
температура воздуха составляет 550-700°С, а давление —3,5—5,5 МПа).
Следует отметить, что после начала горения смеси температура и
давление в камере сгорания резко возрастают, что ускоряет процессы
испарения и воспламенения остальных частиц распыленного факела
топлива. Чтобы обеспечить наилучшие мощностные и экономические
показатели работы дизеля, необходимо впрыскивать топливо в его
цилиндры до прихода поршня в ВМТ.
Для того чтобы форсунка впрыскивала топливо с требуемым
опережением, топливный насос должен начинать подавать топливо ещё
раньше. Это вызвано необходимостью иметь некоторое время на
нагнетание топлива от насоса к форсунке. Угол, на который кривошип
коленчатого вала не доходит до ВМТ в момент начала подачи топлива
из топливного насоса, называют углом опережения подачи топлива.

4.

Коэффициент избытка воздуха в
дизельном двигателе
В цилиндры дизеля фактически поступает одно и то же количество
воздуха независимо от его нагрузки. При малой нагрузке в
цилиндрах практически всегда имеется достаточное количество
воздуха для полного сгорания топлива. В этом случае коэффициент
избытка воздуха имеет большую величину. С увеличением
нагрузки возрастает только подача топлива, но при этом значение
коэффициента избытка воздуха уменьшается, вследствие чего
ухудшается процесс сгорания топлива. Поэтому минимальное
значение коэффициента избытка воздуха для различных типов
дизелей, соответствующее их бездымной работе, устанавливают в
пределах α = 1,3-1,7, что обусловливает также высокую
экономичность дизелей по сравнению с карбюраторными
двигателями

5.

Способы приготовления рабочей смеси
объемное
объемно-пленочное
пленочное

6.

Камеры сгорания дизелей
неразделенные (однополостные)
разделенные (двухполостные)

7.

Неразделённые камеры сгорания
Неразделённые камеры сгорания представляют собой объём,
заключенный между днищем поршня, когда он находится в ВМТ и
плоскостью головки. Такие камеры называют также
однополостными с объёмным смесеобразованием, так как
процесс смесеобразования основан на впрыскивании топлива
непосредственно в толщу горячего воздуха, находящегося в
объёме камеры сгорания дизеля. При этом для лучшего
перемешивания частиц распыленного топлива с воздухом его
свежему заряду сообщают при впуске вращательное движение с
помощью завихрителей или винтовых впускных каналов, а форму
камеры сгорания стремятся согласовать с формой струи топлива,
подаваемой форсункой. Такой принцип смесеобразования
используется в дизелях ЯМЗ и КамаЗ.

8.

Плёночное смесеобразование
Плёночное смесеобразование, которое характеризуется тем, что
большая часть впрыскиваемого топлива подаётся на горячие
стенки шарообразной камеры сгорания, на которых оно образует
плёнку, а затем испаряется, отнимая часть тепла от стенок.
Принципиальная разница между объёмным и плёночным
способами смесеобразования заключается в том, что в первом
случае частицы распыленного топлива непосредственно
смешиваются с воздухом, а во втором основная часть топлива
сначала испаряется и в парообразном состоянии перемешивается
с воздухом при интенсивном вихревом движении его в камере.

9.

Объёмно-плёночное смесеобразование
Разновидностью способов смесеобразования является объёмно-плёночное
смесеобразование, которое обладает свойствами как объёмного, так и
плёночного смесеобразования. процесс смесеобразования происходит в
объёмной камере сгорания, расположенной в поршне б в виде наклонной
цилиндрической выемки со сферическим дном. Вращение воздушного заряда в
камере обеспечивается при помощи вихреобразующего канала, создающего
кольцевой вихрь. Топливо в камеру сгорания впрыскивается из двухдырочного
распылителя форсунки, расположенного в головке цилиндра. Пристеночная струя
направлена вдоль образующей камеры сгорания, объёмная струя пересекает
внутренний объём камеры ближе к её центру. Из-за пристеночной струи такой
процесс часто называют объёмным пристеночно-плёночным
смесеобразованием. Этот процесс по сравнению с другими способами
смесеобразования даёт хорошую экономичность и обеспечивает более мягкую
работу дизеля с плавным нарастанием давления в его цилиндрах, а также
улучшает пусковые качества дизеля, снижая его дымность и токсичность
отработавших газов.

10.

Разделённые камеры сгорания
Разделённые камеры сгорания состоят из двух
объёмов, соединенных между собой каналами:
основного объёма, заключённого в полости над
днищем поршня, и дополнительного, расположенного
чаще всего в головке блока. Применяются в основном
две группы разделённых, или двухполостных, камер:
предкамеры и вихревые камеры. Дизели с такими
камерами называют соответственно предкамерными
и вихревыми

11.

Разделённые камеры сгорания
В вихрекамерных дизелях объём дополнительной камеры
составляет 0,5— 0,7 общего объёма камеры сгорания. Основная и
дополнительная камеры соединяются каналом, который
располагается тангенциально к образующей дополнительной
камере, в результате чего обеспечивается вихревое движение
воздуха.
В дизелях с предкамерным смесеобразованием предкамера
имеет цилиндрическую форму и соединяется прямым каналом с
основной камерой, расположенной в днище поршня. В результате
частичного воспламенения топлива в момент его впрыскивания в
предкамере создается высокая температура и давление,
способствующие более эффективному смесеобразованию и
сгоранию топлива в основной камере.

12.

Камеры сгорания дизелей неразделенного типа: а — тороидальная в
поршне; б — полусферическая в поршне и головке цилиндра; в —
полусферическая в поршне; г — цилиндрическая в поршне; д —
цилиндрическая в поршне с боковым размещением; е — овальная в
поршне: ж — шаровая в поршне; з — тороидальная в поршне с
горловиной; и — цилиндрическая, образованная днищами поршней
и стенками цилиндра; к — вихревая в поршне; л — трапецеидальная
в поршне; м — цилиндрическая в головке под выпускным клапаном
Камеры сгорания дизелей разделенного
типа: а — предкамера; б — вихревая камера
в головке; в — вихревая камера в блоке

13.

Топливо для дизельных двигателей
Топливо для дизелей имеет следующие основные марки:
Л — летнее топливо, предназначено для работы двигателя при температуре
окружающего воздуха выше 0°С;
3 — зимнее топливо, предназначено для работы дизеля при температуре
окружающего воздуха от 0 до -30°С;
А — арктическое, предназначено для работы дизеля при температуре
окружающего воздуха ниже -30°С.
Температура замерзания дизельного топлива должна быть на 10 – 15°С ниже
температуры окружающего воздуха района эксплуатации. Температура
воспламенения дизельного топлива составляет 300 – 350°С .
Цетановое число — характеристика воспламеняемости дизельного топлива,
определяющая период задержки горения рабочей смеси (то есть свежего
заряда), промежуток времени от впрыска топлива в цилиндр до начала его
горения. Чем выше цетановое число, тем меньше задержка и тем более
спокойно и плавно горит топливная смесь.

14.

Данную систему питания дизелей относят к системам с раздельной топливной аппаратурой. В последнее
время широкое распространение получили и другие конструкции систем питания, в первую очередь –
система впрыска посредством насос-форсунок и система питания, называемая Common Rail. Эти две
системы имеют ряд существенных преимуществ перед классической раздельной системой питания, в
первую очередь благодаря возможности значительного увеличения давления впрыска, а также
применения компьютерного управления подачей топлива.

15.

Механизмы и узлы магистрали низкого давления
• топливный бак
• фильтр грубой очистки
• фильтр тонкой очистки
• топливный насос низкого давления
• насос для ручной подкачки топлива
• топливопроводы

16.

17.

Топливный насос низкого давления
Топливоподкачивающий насос низкого давления служит для подачи топлива из топливного бака к
насосу высокого давления (ТНВД). Он приводится в действие от эксцентрика кулачкового вала
насоса высокого давления.
Насос имеет поршень 19, который приводится в движение через роликовый толкатель 3,
состоящий из ролика 2, штока 5 и пружины 4, прижимающей толкатель к эксцентрику 21. При
движении поршня 19 вниз над ним образуется разрежение, под действием которого открывается
впускной клапан 13, и топливо заполняет надпоршневое пространство (полость А). Выпускной
клапан 15 при этом закрыт, прижатый пружиной 16 к своему седлу. При движении поршня вверх
давление топлива над ним возрастает, впускной клапан при этом закрывается, а выпускной
открывается, и топливо поступает к выпускному штуцеру 17, а также по перепускному каналу 22 в
полость Б под поршнем. При следующем ходе (движение поршня вниз) топливо вытесняется к
выпускному штуцеру и далее к фильтру тонкой очистки. Так как полость Б через канал 22
постоянно связана с последующей магистралью низкого давления, то при малых расходах топлива
поршень 19, поджимаемый топливом из полости Б, совершает неполные ходы, а шток 5 при этом
частично работает вхолостую. В результате в перепускном канале 22 и последующей магистрали
достигается постоянное давление топлива, которое обеспечивается пружиной 18. Топливо,
просочившееся между штоком 5 и его направляющей втулкой 20, поступает обратно в полость
впускного клапана 13 через дренажный канал 6.

18.

19.

Насос ручной подкачки топлива
На корпусе насоса низкого давления установлен насос ручной подкачки топлива,
который служит для заполнения системы питания топливом и удаления из нее
воздуха после длительной стоянки автомобиля. Он состоит из цилиндра 11,
поршня 8 со штоком 9 и рукоятки 10. Для ручной подкачки топлива отвертывают
рукоятку 10 с резьбового хвостовика 23 и, действуя ею как штоком в обычном
поршневом насосе, нагнетают в магистраль топливо и удаляют из нее воздух.
После окончания ручной подкачки рукоятку 10 навертывают на хвостовик 23 до
плотного прилегания поршня к прокладке 12, чтобы не допустить подсоса
воздуха в систему питания через насос ручной подкачки.

20.

Механизмы и узлы магистрали высокого давления
• топливный насос высокого давления
• муфта опережения впрыскивания
• форсунки
• топливопроводы

21.

Топливный насос высокого давления (ТНВД)
Топливный насос высокого давления (ТНВД) служит для точного
дозирования топлива и подачи его в определенный момент под
высоким давлением к форсункам.
В настоящее время многоплунжерные ТНВД с механическим
приводом постепенно уступают место в системах питания дизелей
более совершенным конструкциям, таким, как управляемые
компьютером система насос-форсунка и распределительным
насосам роторного типа, используемых в системах питания
Common Rail. Тем не менее, на многих автотракторных двигателях
насосы классической конструкции еще широко применяются.

22.

Классификация ТНВД
по числу плунжеров:
• многоплунжерные (на каждый цилиндр приходится один плунжер)
• распределительные (один плунжер подает топливо в несколько цилиндров)
• многоплунжерные ТНВД могут быть выполнены с рядным или V-образным
корпусом
по виду привода плунжера:
• механический
• гидравлический
• пневматический
по методу дозирования топлива:
• с регулированием количества подаваемого топлива за цикл (отсечкой)
• с регулированием цикловой подачи дросселированием на впуске (изменение
наполнения топливом надплунжерного объема с помощью дросселирующего
устройства в канале, подводящем топливо к впускному окну; применяется в
распределительных насосах)
Распределительные ТНВД подразделяются на плунжерные и роторные.

23.

24.

25.

Муфта опережения впрыска топлива
Муфта опережения впрыска топлива служит для автоматического изменения угла
опережения впрыска при изменении частоты вращения коленчатого вала.
Впрыск топлива в цилиндр двигателя должен осуществляться до прихода поршня
в ВМТ в конце такта сжатия, т. е. с некоторым опережением. Это необходимо для
того, чтобы топливо успело перемешаться с воздухом в цилиндре, и началось его
активное горение к приходу поршня в верхнюю мертвую точку. При этом момент
впрыска топлива рассчитывают из условия, чтобы максимальное давление газов
на поршень создалось уже после его прохождения ВМТ.
При увеличении частоты вращения коленчатого вала угол опережения впрыска
топлива должен увеличиваться. Несоблюдение этого требования ведет к
увеличению расхода топлива и потери мощности двигателя. Ведь с увеличением
частоты вращения значительно уменьшается время, отводимое на впрыск,
смесеобразование и начало активной фазы горения. При этом топливо просто не
успевает смешаться с воздухом для полного и качественного сгорания в
дальнейшем, а скорости горения не хватает для того, чтобы к моменту перехода
поршня через ВМТ процесс тепловыделения был максимальным.

26.

27.

Форсунки дизельного двигателя
Форсунка служит для подачи топлива в цилиндр двигателя, распыления и
распределения топлива по камерам сгорания.
Условия работы форсунок очень тяжелые – они подвержены воздействию
колоссальных давлений и тепловых нагрузок. Впрыск начинается при
температуре в камере сгорания 700…900 ˚С и давлении 3…6 МПа, а заканчивается
при температуре до 2000 ˚С и давлении 10…11 МПа.
К форсункам предъявляются следующие очень жесткие требования:
• оптимальная дисперсность, т. е. высокая степень дробления капель топлива, так
как чем меньше капли, тем больше их суммарная поверхность, быстрее
происходит нагрев и сгорание топлива, но при этом уменьшается длина факела
• обеспечение такой скорости струи топлива, чтобы оно достигало краев камеры
сгорания, поэтому капли не должны быть слишком мелкими – средний размер
капель (с учетом требования по первому пункту) – 30…50 мкм
• распределение впрыскиваемого топлива по всему объему камеры сгорания
• резкое начало впрыска и его прекращение