Давление впрыска. Эффективность рабочего процесса дизеля зависит не только от характеристики подачи и момента впрыска топлива, но и от качества распыливания. Топливо должно быть распределено по всему объему камеры сгорания. В каждой единице объема сжатого воздуха должно содержаться одинаковое количество как можно более мелких частиц впрыскиваемого топлива.
Топливо дробится и равномерно распределяется в камере сгорания топливоподающей аппаратурой и возникающими в камере воздушными вихрями. В частности, в вихрекамерных двигателях топливо дополнительно дробится потоками воздуха, перетекающего из рабочего цилиндра в камеру, и при обратном прохождении газов из камеры сгорания.
Эффективность распыливания топлива повышается с увеличением числа оборотов двигателя.
Качество распыливания топлива определяют тонкостью и однородностью, дальнобойностью и углом конуса струи, а также относительным распределением топлива по длине и в поперечном сечении струи.
Тонкость распыливания топлива оценивается средним диаметром капли. Чем меньше диаметр, тем тоньше распыливание. Однородность распыливания определяется пределами изменения величины диаметра капель: чем меньше разница между наибольшим и наименьшим диаметрами капель в струе, тем однороднее распыливание.
- Под дальнобойностью струи понимается глубина проникновения конца струи в толщу воздуха в зависимости от времени.
- Углом конуса называют угол между касательными к контуру струи, сходящимися у сопла форсунки.
- Форма и характер разрушения струи в процессе проникновения ее в камеру сгорания зависят от давления впрыска, противодавления,
Рис. 5. Зависимость скорости Wф движения переднего фронта факела и диаметра dK капель топлпва от давления Рф впрыска.
Рис. 6. Распределение капель топлива среднего диаметра dK в струе при перепаде давления:
1 — 400 кГ/см2; 2—292 кГ/см2; 3 — 160 кГ/см2‘; 4—62,5 кГ/см2; 5—31,6 кГ/см2.
т. е. плотности среды, в которую впрыскивается топливо, скорости вращения кулачкового вала, вязкости топлива и конструкции сопла.
Давлением впрыска называется давление топлива перед сопловым отверстием в момент впрыска. Величина давления впрыска зависит от величины давления начала отрыва иглы форсунки, т. е. от регулировки форсунки и скоростного режима. С повышением давления впрыска увеличивается скорость истечения топлива и уменьшается средний диаметр капель (рис. 5).
Распределение капель разного размера в струе топлива зависит от перепада давления (рис. 6). По оси абсцисс отложен средний диаметр капель dк, по оси ординат — отношение А объема капель одинакового диаметра к объему всех капель в этой части струи в %. Чем выше перепад давлений, тем меньше диаметр капель и тем однороднее распыливание.
Рис. 7. Зависимость дальнобойности Lф факела от давления впрыска
Рис. 8. Зависимость дальнобойности Lф факела от скорости вращения кулачкового вала топливного насоса: т — время от начала впрыска.
Рис. 9. Зависимость величины цикловой подачи топлива q от давления начала впрыска топлива форсункой Рф.пр кг/см2 при положениях рейки насоса, соответствующих подаче топлива: 1—100%; 2—75%; ;3—50%; 4—25%.
При уменьшении перепада давлений средний диаметр капель возрастает, ухудшается однородность распыливания и повышается дальнобойность струи. Особенно большое значение эти факторы имеют для двигателей непосредственного впрыска. Для двигателей вихрекамерного смесеобразования их влияние сказывается в меньшей степени, так как качество смесеобразования улучшается благодаря воздушным вихрям.
Если у вихрекамерных двигателей дальнобойность струи мала, то топливо распределяется в небольшом объеме камеры сгорания и на ее периферии появляются зоны с избытком воздуха, в центре же камеры может быть недостаток его. Сгорание в этом случае будет перемещаться в такт расширения. При большой дальнобойности струи топливо попадает на стенки камеры сгорания и днище поршня, что для этого типа двигателей нежелательно.
Экономичность двигателя при этом ухудшается. Дальнобойность струи для каждого типа дизелей должна представлять собой определенную величину. Однако она не является постоянной, а зависит от давления впрыска, быстроходности двигателя, величины подачи топлива.
При увеличении давления впрыска возрастает перепад давления в сопле форсунки и в камере сгорания, что и приводит к увеличению дальнобойности факела распыленного топлива.
Зависимость дальнобойности факела от давления впрыска за время 0,0025 сек при постоянном противодавлении показана на рисунке 7. С увеличением давления дальнобойность возрастает. При повышении скорости вращения кулачкового вала топливного насоса увеличивается скорость движения плунжера, а это также способствует росту дальнобойности струи (рис. 8).
Давление начала впрыска оказывает влияние на момент начала и продолжительность впрыска, тонкость и однородность распыливания топлива и резкость отсечки. Подача топлива за цикл возрастает по мере снижения давления начала впрыска (рис. 9). В этом случае игла форсунки поднимается раньте и садится в гнездо позже.
Поздняя посадка вызывается значительным снижением давления конца впрыска при малом давлении начала впрыска. При снижении давления начала впрыска ухудшается запуск двигателя.
Скачать реферат: У вас нет доступа к скачиванию файлов с нашего сервера. КАК ТУТ СКАЧИВАТЬ
Пароль на архив: privetstudent.com
Характеристика давления впрыска
С точки зрения идеального процесса распыливания желательно, чтобы давление перед распылителем в процессе всего впрыска оставалось постоянным или имело максимум в начале впрыска, когда в цилиндр вводятся первые порции топлива, обеспечивающие самовоспламенение. Однако в реальных процессах давление, при котором топливо впрыскивается в цилиндр через форсунку, не является постоянным, и характер его изменения, как правило, далек от идеала.
Характер изменения давления перед распылителем в значительной степени зависит от типа топливной системы, режима работы двигателя, состояния элементов топливной аппаратуры и ряда других факторов.
На рисунке 5.
17 представлены зависимости изменения давления перед распылителем по углу поворота, называемые характеристиками давления впрыска для трех основных типов топливных систем, используемых в современных СДВС.
Наиболее стабильное давление в течение всего впрыска обеспечивает аккумуляторная система малооборотного дизеля серии RT-flex фирмы Wärtsilä. Наличие большого объема аккумулирующего пространства позволяет на протяжении всего впрыска поддерживать давление на постоянном, достаточно высоком уровне в независимости от режима работы двигателя.
Стабильный впрыск обеспечивает система подачи топлива с гидравлическим электроуправляемым приводом ТНВД, используемая на двигателях серии ME фирмы MAN. Наличие гидравлического привода позволяет получить закон подачи топлива в камеру сгорания, практически независящий от частоты вращения двигателя.
У дизелей серии MC этой же фирмы, оборудованных системой впрыска с механическим приводом, при снижении частоты вращения отмечается снижение давления впрыска, пропорциональное уменьшению скорости плунжера.
Параметры топливоподачи, определяющие характер протекания процесса впрыска, делят на статические (геометрические) и динамические.
Статические параметры характеризуют процесс топливоподачи насосом высокого давления, динамические — форсункой.
Эти параметры характеризуют топливоподачу с качественной стороны, они показывают, как располагаются фазы впрыска топлива относительно ВМТ поршня и определяют начало, конец и продолжительность подачи топлива насосом (φнпн, φкпн, φн) и форсункой (φнпф, φкпф, φф). Эти данные являются основой для анализа процессов сгорания, экономических и динамических показателей рабочего процесса двигателя.
Взаимное влияние статических и динамических фаз топливоподачи показано на рисунке 5.18. На нем видно, что динамические фазы сдвинуты по отношению к статическим в сторону вращения коленчатого вала. Основная причина такого смещения фаз — упругость топлива, заполняющего линию высокого давления.
Схематично представленные на рисунке 5.18 кривые изменения давлений в полости топливного насоса (Pн) и перед распылителем форсунки (Pф) характерны для систем непосредственного действия с нагнетательным клапаном, установленным в насосе. Кроме кривых давления на диаграмме представлены график подъема иглы форсунки и круговая диаграмма процесса топливоподачи.
До начала подачи рабочая полость насоса заполняется топливом под давлением Pнпн, создаваемым подкачивающим насосом.
После перекрытия верхней кромкой плунжера наполнительного отверстия наблюдается резкое увеличение давления Pн, что свидетельствует о начале активного хода плунжера (φнпн).
Угловой промежуток между началом подачи топлива насосом и ВМТ двигателя определяет угол опережения подачи по насосу (φопн).
Установленный в ТНВД нагнетательный клапан открывается, когда давление Pн возрастает до остаточного давления Pост, поддерживаемого в линии нагнетания между впрысками. До этого момента система нагнетания перекрыта с одной стороны иглой форсунки, с другой — нагнетательным клапаном насоса.
После открытия нагнетательного клапана рост давления будет происходить по всей линии нагнетания.
Волна давления, создаваемая плунжером, движется к форсунке и, достигая ее, приводит к увеличению давления перед форсункой Pф.
При достижении Pф давления начала подачи форсунки Pнпф, величина которого определяется предварительным затягом пружины игольчатого клапана, игла поднимается, пропуская топливо в сопловый наконечник.
Момент появления струи топлива из сопловых отверстий распылителя форсунки, отнесенный к положению коленчатого вала двигателя, называется углом начала впрыска. Начало впрыска, отнесенное к положению поршня в ВМТ, называется углом опережения подачи топлива (φоп). Если впрыск осуществляется до прихода поршня в ВМТ, угол опережения имеет положительное значение, если после — отрицательное.
Запаздывание начала подачи форсунки относительно начала подачи насоса определяется в основном временем, необходимым на увеличение давления топлива в системе нагнетания от давления подкачки (Pпод = Pнпн) до давления начала подачи форсунки (Pнпф).
Поэтому чем больше объем системы, меньше остаточное давление Pост и сильнее затяг пружины, тем больше угол запаздывания подачи форсункой φзп.
Угловой промежуток между началом подачи форсункой и ВМТ двигателя называется динамическим углом опережения подачи по форсунке (φуоп).
Как видно из рисунка 5.18, в момент открытия форсунки на кривой Pф отмечается характерный провал, связанный с тем, что при поднятии иглы происходит увеличение объема подыголочного пространства. После постановки иглы на упор увеличение подыголочного пространства прекращается и Pост давления продолжается. Характерный провал присутствует и на диаграммах, приведенных на рисунке 5.17.
Совпадение отсечной кромки с разгрузочным отверстием (или открытие отсечного клапана) сопровождается резким падением давления Pн.
Нагнетательный клапан садится, и топливо под действием перепада давлений быстро перепускается в полость низкого давления. Этот момент соответствует концу подачи насоса (φкпн).
Угловой промежуток между началом и концом подачи называется продолжительностью подачи насоса φппн.
Через некоторое время волна падения давления Pн от насоса доходит до форсунки и дальнейший впрыск происходит только за счет расширения топлива, отчего давление Pф падает. Когда оно упадет до уровня давления Pкпф, игла распылителя садится на седло (φкпф). Угловой промежуток между началом и концом подачи топлива форсункой называется продолжительностью подачи форсунки φппф.
Из рисунка 5.18 видно, что давление Pф к концу подачи топлива форсункой меньше, чем в момент начала подачи. Это явление называется дифференциальным эффектом иглы.
Объясняется оно тем, что в момент открытия форсунки давление в полости распылителя действует только на часть торцевой поверхности игольчатого клапана, не прижатую к седлу, создавая меньшую силу, чем когда игла открыта и давление действует на всю ее торцевую поверхность.
При регулировании ТНВД по началу подачи с уменьшением нагрузки двигателя фаза подачи насосом все больше сдвигается на участок снижения скорости плунжера. Это приводит к нарушению баланса между подачами насоса и форсунки.
При снижении оборотов на малых ходах подача насоса становится настолько вялой, что игла форсунки садится на место раньше, чем закончится активный ход плунжера.
Именно по этой причине такой способ регулирования в чистом виде на судовых дизелях практически не применяется.
При регулировании ТНВД по концу подачи, в момент отсечки, давление резко падает и через еще поднятый нагнетательный клапан, расположенный в насосе, формируется обратный поток топлива. Закрытие клапана сопровождается гидравлическим ударом, от которого возникают волны давления, идущие к форсунке.
За счет энергии этих волн игла форсунки может продолжать стоять на упоре, затягивая впрыск тем дольше, чем больше цикловая подача. В случае, когда к моменту прихода волны игольчатый клапан уже закрылся, волна может открыть его повторно.
Если давление во фронте волны превысит давление открытия форсунки, произойдет подвпрыск.
Из рисунка 5.18 видно, что по мере подъема плунжера давление перед распылителем сначала возрастает от давления начала подачи форсункой Pнпф до некоторого максимума Pmaxф , а затем падает до давления конца подачи форсункой Pкпф.
Учитывая переменный характер давления в системе, под термином давление впрыска принято подразумевать максимальное давление перед распылителем: Pвпр = Pmaxф . Именно уровень Pmaxф определяет гидравлические нагрузки на элементы линий высокого давления и места их соединений, т. е. в конечном счете надежность работы топливной аппаратуры.
На протяжении последних лет наблюдается устойчивая тенденция повышения давления впрыска с целью сокращения периода впрыскивания и улучшения качества распыливания топлива, что в конечном счете обеспечивает повышение экономичности дизелей. У современных судовых дизелей давление впрыска лежит в пределах 60…200 МПа, а в некоторых случаях может доходить до 250 МПа.
Продолжительность впрыска определяется моментами подъема и посадки иглы форсунки (линия h, рис 5.18). У судовых дизелей она составляет φф = 20…40° ПКВ.
Как было показано выше (формула (5.12)), характер изменения давления впрыска зависит от конструктивных и эксплуатационных параметров элементов системы топливоподачи, от режима их работы и физических свойств топлива.
- К конструктивным параметрам в первую очередь относится скорость подъема плунжера c = dhп/dφ, которая для систем с гидравлическим приводом зависит от скорости поступления управляющего масла в полость гидравлического цилиндра, а для систем с механическим приводом — от профиля кулачковой шайбы топливного насоса.
- При механическом приводе ТНВД выбор профиля топливного кулачка осуществляется на основе расчетов основных геометрических размеров топливной аппаратуры и кинематической характеристики плунжера топливного насоса (средней скорости плунжера cm на участке геометрического полезного хода плунжера).
- К числу основных относятся параметры, обеспечивающие заданные характеристики впрыска топлива по продолжительности подачи: геометрические размеры рабочего профиля топливного кулачка, угол подъема и величина полного подъема профиля.
В судовых дизелях наиболее часто используются профили топливных кулачков, определяющие трапецеидальный и треугольный или близкие к ним законы изменения скорости плунжера в зависимости от угла поворота кулачкового вала (рис. 5.19).
Первый из указанных профилей (рис. 5.
19а) характеризуется неизменной скоростью плунжера в процессе впрыска топлива, что создает определенные удобства при регулировании топливной аппаратуры на двигателе по опережению впрыска. Второй (рис. 5.
19б) позволяет получить наибольшую среднюю скорость плунжера на участке его активного хода и в максимальной степени использовать заданный полный подъем профиля топливного кулачка.
Достаточно часты случаи, когда в качестве рабочей используется только участок восходящей ветви скорости (рис. 5.19в).
Средние скорости плунжеров для профилей топливных кулачков с треугольным законом изменения скорости при прочих равных условиях на 6…12% выше.
Допустимое ускорение плунжера обычно лежит в пределах 200…400 м/с2, а в отдельных случаях оно может достигать величины 500 м/с2 и более.
Величина ускорения является исходной для выбора плунжерной пружины, которая должна обеспечивать постоянный контакт ролика толкателя с профилем топливного кулачка.
На практике достаточно часто для обеспечения заданных параметров впрыска применяют несимметричные законы изменения скорости плунжера, при которых наибольшая скорость достигается на участке, когда подъем плунжера осуществляется средним, наиболее крутым участком профиля кулачковой шайбы. В этот период давление впрыска достигает своего максимума, обеспечивая высокое качество распыливания.
На рисунке 5.
20 приведены диаграммы скорости и перемещения плунжера ТНВД для случая, когда период подачи топлива насосом (геометрический период подачи) φ2 приходится на участок высоких значений скорости плунжера c.
Отсечка при высокой скорости плунжера в конце подачи обеспечивает резкое падение давления впрыска и резкую посадку иглы форсунки. Период впрыска при низких значениях Pф перед посадкой иглы непродолжителен.
При эксплуатации дизелей для настройки топливной аппаратуры непосредственного действия с механическим приводом используют статические фазы топливоподачи насоса, которые еще называют геометрическими. Эти фазы доступны для контроля и регулирования без применения специальной аппаратуры.
Чтобы обеспечить заданные действительные фазы впрыска топлива форсункой, необходимо установить такие геометрические фазы подачи топлива, которые учитывали бы гидродинамические свойства системы топливоподачи. Для удобства анализа процесс топливоподачи разбивают на отдельные периоды.
Исходя из сказанного выше, таких периодов можно выделить три (рис. 5.18):
- 1) период задержки впрыска (φзп)— угловой промежуток между началом подачи насосом и началом подачи форсункой, обусловленный сжимаемостью топлива, упругостью нагнетательного трубопровода, конечной скоростью распространения волны давления в нем, остаточным давлением в трубопроводе pост и давлением открытия иглы Pнпф. По опытным данным, у судовых малооборотных дизелей продолжительность периода составляет 2…19° ПКВ;
- 2) период активного впрыска — угловой промежуток между началом подачи форсункой (φнпф) до конца подачи насосом (φкпн), в течение которого в цилиндр впрыскивается основная часть цикловой порции топлива. Продолжительность его зависит от нагрузки дизеля. Характер изменения давления в течение периода активного впрыска в значительной степени зависит от скорости подъема плунжера ТНВД;
- 3) период свободного истечения — угловой промежуток от конца подачи насосом (φкпн) и до конца подачи форсункой (φкпф). Процесс впрыска происходит за счет энергии сжатого топлива и упругости нагнетательного трубопровода. Впрыск топлива происходит при постепенно снижающемся давлении Pф, что обусловливает ухудшение качества распыливания. Топливо в этот период впрыскивается уже на линии расширения в цилиндре, что приводит к увеличению продолжительности догорания топлива и снижению экономичности дизеля.
Системы впрыска дизельных двигателей
Концептуально двигатели внутреннего сгорания – бензиновые и дизельные практически идентичны, но существует между ними ряд отличительных особенностей. Одной из основных является разное протекание процессов горения в цилиндрах.
У дизеля топливо загорается от воздействия высоких температур и давления. Но для этого необходимо, чтобы дизтопливо подавалось непосредственно в камеры сгорания не только в строго определенный момент, но еще и под высоким давлением.
И это обеспечивают системы впрыска дизельных двигателей.
Постоянное ужесточение экологических норм, попытки получить больший выход мощности при меньших затратах топлива обеспечивают появление все новых конструктивных решений в топливной системе дизеля.
Принцип работы у всех существующих видов впрыска дизеля идентичен. Основными элементами питания являются топливный насос высокого давления (ТНВД) и форсунка.
В задачу первой составляющей входит нагнетание дизтоплива, благодаря чему давление в системе значительно повышается.
Форсунка же обеспечивает подачу топлива (в сжатом состоянии) в камеры сгорания, при этом распыляя его для обеспечения лучшего смесеобразования.
Стоит отметить, что давление топлива напрямую влияет на качество сгорания смеси. Чем оно выше, тем дизтопливо лучше сгорает, обеспечивая больший выход мощности и меньшее содержание загрязняющих веществ в отработанных газах.
И для получения более высоких показателей давления использовали самые разные конструктивные решения, что и привело к появлению разных видов систем питания дизеля. Причем все изменения касались исключительно указанных двух элементов – ТНВД и форсунок.
Остальные же составляющие – бак, топливопроводы, фильтрующие элементы, по сути, идентичны во всех имеющихся видах.
Типы дизельных систем питания
Дизельные силовые установки могут быть оснащены системой впрыска:
- с рядным насосом высокого давления;
- с насосами распределительного типа;
- с насос-форсунками;
- аккумуляторного типа (Common Rail).
Далее рассмотрим лишь некоторые особенности, которыми обладают указанные системы впрыска дизельных двигателей, а также их положительные и отрицательные качества.
С рядным насосом
Система питания с рядным ТНВД можно считать «родителем» всех остальных, поскольку она является первой, используемой на дизельных моторах. Но сейчас она уже считается устаревшей и практически не используется.
Рядный ТНВД на 8 форсунок
Изначально эта система была полностью механической, но после в ее конструкции начали использоваться электромеханические элементы (касается регуляторов изменения цикловой подачи дизтоплива).
Основная особенность этой системы заключена в насосе. В нем плунжерные пары (прецизионные элементы, создающие давление) обслуживали каждый свою форсунку (количество их соответствовало количеству форсунок). Причем эти пары размещались в ряд, отсюда и название.
К достоинствам системы с рядным насосом можно отнести:
- Надежность конструкции. Насос имел систему смазки, что обеспечивало узлу большой ресурс;
- Невысокая чувствительность к чистоте топлива;
- Сравнительная простота и высокая ремонтопригодность;
- Большой ресурс насоса;
- Возможность работы мотора при отказе одной секции или форсунки.
Но недостатки у такой системы более существенны, что и привело к постепенному отказу от нее и отданию предпочтения более современным. Негативными сторонами такого впрыска считаются:
- Невысокие быстродействие и точность дозировки топлива. Механическая конструкция просто не способна это обеспечить;
- Сравнительно невысокое создаваемое давление;
- В задачу ТНВД входит не только создание давления топлива, но еще и регулировка цикловой подачи и момент впрыска;
- Создаваемое давление напрямую зависит от оборотов коленчатого вала;
- Большие габариты и масса насоса.
Эти недостатки, и в первую очередь – невысокое создаваемое давление, привело к отказу от этой системы, поскольку она просто перестала вписываться в стандарты по экологичности.
С насосом распределенного типа
ТНВД распределенного впрыска стала следующим этапом в развитии систем питания дизельных агрегатов.
Изначально такая система была тоже механической и отличалась от описанной выше лишь конструкцией насоса. Но со временем в ее устройство добавили систему электронного управления, которая улучшила процесс регулировки впрыска, что позитивно сказалось на показателях экономичности мотора. Определенный период такая система вписывалась в стандарты экологичности.
Особенность этого типа впрыска сводилась к тому, что конструкторы отказались от использования многосекционной конструкции насоса.
В ТНВД начала использоваться всего одна плунжерная пара, обслуживающая все имеющиеся форсунки, количество которых варьируется от 2 до 6.
Для обеспечения подачи топлива на все форсунки, плунжер совершает не только поступательные движения, но еще и вращательные, которые и обеспечивают распределение дизтоплива.
ТНВД с насосом распределенного типа
Позже эта система добавилась новым типом насоса – роторным, у которого устанавливаются несколько плунжеров, но распределенная подача осталась. Это позволило увеличить создаваемое насосом давление.
К положительным качествам таких систем относились:
- Малые габаритные размеры и масса насоса;
- Лучшие показатели по топливной экономичности;
- Использование электронного управления повысило показатели системы.
К недостаткам же системы с насосом распределенного типа относятся:
- Небольшой ресурс плунжерной пары;
- Смазка составных элементов осуществляется топливом;
- Многофункциональность насоса (помимо создания давления он еще управляется подачей и моментом впрыска);
- При отказе насоса система прекращала работать;
- Чувствительность к завоздушиванию;
- Зависимость давления от оборотов двигателя.
Широкое распространение такой тип впрыска получил на легковых авто и небольшом коммерческом транспорте.
Насос-форсунки
Насос-форсунки можно считать отдельной веткой в дизельных системах питания, поскольку в конструкции ТНВД как таковой не используется.
Особенность этой системы заключена в том, что форсунка и плунжерная пара объединены в единую конструкцию. Привод секции этого топливного узла осуществляется от распределительного вала.
Примечательно, что такая система может быть как полностью механической (управление впрыском осуществляется рейкой и регуляторами), так и электронной (используются электромагнитные клапаны).
Насос-форсунка
Некой разновидностью этого типа впрыска является использование индивидуальных насосов. То есть для каждой форсунки предусматривается своя секция, приводимая в действие от распределительного вала.
Секция может располагаться непосредственно в ГБЦ или быть вынесенной в отдельный корпус. В такой конструкции используются обычные гидравлические форсунки (то есть, система механическая).
В отличие от впрыска с ТНВД, магистрали высокого давления – очень короткие, что позволило значительно увеличить давление. Но такая конструкция особого распространения не получила.
К положительным качествам насос-форсунок питания можно отнести:
- Значительные показатели создаваемого давления (самые высокие среди всех используемых типов впрыска);
- Небольшая металлоемкость конструкции;
- Точность дозировки и реализации многократного впрыска (в форсунках с электромагнитными клапанами);
- Возможность работы двигателя при отказе одной из форсунок;
- Замена поврежденного элемента не сложная.
Но имеются в таком типе впрыска и недостатки, среди которых:
- Неремонтопригодность насос-форсунок (при поломке требуется их замена);
- Высокая чувствительность к качеству топлива;
- Создаваемое давление зависит от оборотов двигателя.
Насос-форсунки получили широкое распространение на коммерческом и грузовом транспорте, а также эту технологию использовали некоторые производители легковых авто. Сейчас она не очень часто используется из-за высокой стоимости обслуживания.
Common Rail
Аккумуляторная система (Common Rail) пока является самой совершенной в плане экономичности. Также она полностью вписывается в последние стандарты экологичности. К дополнительным «плюсам» можно отнести ее применяемость на любых дизельных двигателях, начиная от легковых авто и заканчивая морскими судами.
Система впрыска Common Rail
- Особенность ее заключена в том, что многофункциональность ТНВД не требуется, и в его задачу входит только нагнетание давления, причем не для каждой форсунки отдельно, а общую магистраль (топливную рампу), а уже от нее дизтопливо подается на форсунки.
- При этом топливные трубопроводы, между насосом, рампой и форсунками имеют сравнительно небольшую длину, что позволило повысить создаваемое давление.
- Управление работой в этой системе осуществляется электронным блоком, что значительно увеличило точность дозировки и скорость работы системы.
- Положительные качества Common Rail:
- Высокая точность дозировки и использование многорежимного впрыска;
- Надежность ТНВД;
- Нет зависимости значения давления от оборотов мотора.
Негативные же качества у этой системы такие:
- Чувствительность к качеству топлива;
- Сложная конструкция форсунок;
- Отказ системы при малейших потерях давления из-за разгерметизации;
- Сложность конструкции из-за наличия ряда дополнительных элементов.
Несмотря на эти недостатки автопроизводители все больше отдают предпочтение Common Rail перед другими видами систем впрыска.
Система впрыска дизельного двигателя
Система впрыска дизельного двигателя отличается от бензинового. В камере сгорания дизельного двигателя происходит воспламенение топлива. В бензиновом поджигается топливная смесь. Приготовленная, вне камеры сгорания и в определенном соотношении.
Поэтому воспламенение топлива дизельного двигателя имеет свои особенности. Основываются ни на физических свойствах воздуха и непосредственно дизельного топлива. Эти свойства определяют конструктивные особенности. Различных систем впрыска топлива.
Воспламенение дизельного топлива
Поршень сжимает воздух в камере сгорания. Поршневая группа позволяет создать компрессию в камере сгорания выше 25 вар. Если это происходит. Температура сжимаемого воздуха поднимается до 700- 900 градусов по цельсию.
Нагрев воздуха в камере сгорания
Нагрев воздуха происходит. Из а того , что при сжатии уменьшаются расстояния между молекулами воздуха . Молекулы находятся в постоянном движении. И чем меньше между ними расстояние.
тем чаще они сталкиваются друг с другом. В результате выделяется большое количество кинетической энергии. Которая переходит в тепловую. Чем сильнее давление на воздух тем меньше расстояние между молекулами.
Те выше поднимается температура сжимаемого воздуха.
Как происходит воспламенение
Сжатый воздух нагрет до температуры 700-900 градусов. В момент когда поршень начинает подходить к верхней мертвой точке. Форсунка впрыскивает топливо под давлением. Топливо распыляется на мелкие капли. Капля от движения начинает испаряться и вокруг неё образуется облако пара.
Температура воспламенения дизельного топлива составляет 350 градусов по Цельсию. То есть при температуре сжатого воздуха даже в 500 градусов. Пары топлива гарантированно самовоспламеняются. И от горения начинают расширяться. Создаётся давление в цилиндре.
К моменту когда поршень подойдет к верхней мертвой точке. Топливо воспламенится все полностью и создаст максимальное давление в камере сгорания. Это давление и будет совершать работу двигателя. По мере удаления поршня от верхней мертвой точки топливо догорает.
Создавая тем самым дополнительное давление на поршень.
Качество сгорания топлива во многом определяет давление с которым происходит впрыск топлива в камеру сгорания. Чем быстрее и эффективнее сгорает топливо тем выше создаваемое им давление.
Чем выше давление распыления в форсунках. Тем капли мельче и быстрее движутся. Соответственно быстрее сгорают.
Поэтому при одном и том же объёме камеры сгорания можно достичь повышение мощности двигателя за счет увеличения давления впрыска топлива.
Увеличение мощности двигателя
Современные системы впрыска позволяют поднять давление распыления до 2000 Вар. Выше создать давление не получается из за конструктивных особенностей двигателя внутреннего сгорания. То есть двигатель может не справиться с возникающим давлением и разрушится
Увеличение объёма воздуха в камере сгорания
Мощность двигателя можно повысить за счет увеличения объема воздуха поступающего в камеру сгорания. Так как воздух содержит кислород. И чем его больше тем интенсивнее происходит сгорание топлива. Цилиндр имеет рабочий объём, который изменить нельзя. Но можно в этот объём разместить большее количество воздуха. Если предварительно его сжать.
Происходит это с помощью турбокрмпрессора. Он создаёт избыточное давление поступающего в цилиндр воздуха. В результате его попадет большее количество. Если бы поршень закачивал воздух самостоятельно. Но в результате попадания воздуха в турбокомпрессор он нагревается от температуры турбины и от создаваемого им сжатия. Требуется его охлаждение.
При охлаждении движение молекул замедляется. В результате чего они начинают занимать меньший объём в пространстве. Технически охлаждение воздуха происходит путем применения радиатора. Его называют интеркулер. В интеркулере воздух охлаждается встречным потоком воздуха.
При движении автомобиля. Сжатый воздух дополнительно охлаждается и подаётся в цилиндры. Но применение интеркулера возможно только при наличии турбокомпрессора. Потому что если применять его отдельно, он затруднит поступление воздуха в цилиндры.
И повышения мощности не произойдет.
Топливо попавшее в цилиндр должно сгореть полностью. От этого зависит эффективная работа двигателя. Безусловно дополнительная порция воздуха помогает это сделать. Но не решает проблемы в целом. Двигатель работает в разных режимах. При увеличении оборотов. Уменьшается время на горение топлива. А не полное его сгорания снижает мощность работы.
В связи с уменьшением возникающего давления на поршень. Автомобили несут на себе разную нагрузку. При одних и тех же оборотах двигателя требуется разное количество топлива для движения автомобиля. Поэтому постоянно разрабатываются различные системы впрыска топлива. Которые пытаются более точно регулировать объём поступающего топлива в цилиндры.
При работе на разных режимах работы двигателя.
Классическая система впрыска топлива
Основана на использовании топливного насоса высокого давления. Он распределяет давление топлива по цилиндрам. В зависимости от схемы работы данного двигателя. Полость ТНВД наполняется топливом при помощи подкачивающего насоса. Который расположен на корпусе ТНВД и приводится в действие от вала ТНВД.
Подкачивающий насос закачивает топливо из бака Направляет его в фильтры тонкой очистки. И затем топливо попадает в ТНВД. Полость топливного насоса высоко давления наполняется. В ней находятся плунжерные пары. Они захватывают топливо. И создают высокое давление. Которое и подаётся к форсункам.
Форсунка устроена таким образом. Что накапливает получаемое давление от плунжера. И при достижении нужного давления открывает каналы через которые распыляется топливо. Это классическая схема. Насос позволяет менять частоту вращения коленчатого вала двигателя.
Путем изменения количества подаваемого топлива в цилиндры.
Кроме этого некоторые насосы имеют возможность изменять угол опережения зажигания. За счет применения центробежных грузиков. При увеличении числа оборотов двигателя происходит смещение вала насоса относительно привода.
Эта система рассчитывается на средние показатели работы двигателя. На различных предполагаемых режимах работы. И не может влиять на не предусмотренные нагрузки. Такие как уменьшение или увеличении перевозимого груза. Спуск подъем. Дорожное покрытие.
Количество топлива будет соответствовать только количеств требуемых оборотов двигателя.
Соответственно топлива будет либо не хватать. Либо подаваться избыточное количество. В результате не достигается полное сгорание топлива в цилиндрах, и как результат низкий коэффициент полезного действия. Влияющий отрицательно на расход топлива и мощность двигателя и показатели экологии.
Требования предъявляемые к экологии в конечном итоге оказались главным фактором эволюции системы впрыска. Чем топливо лучше сгорает в камере сгорания. Тем образуется меньше вредных выбросов окружающую среду. Соответственно чем эффективнее сгорание топлива лучше характеристики двигателя.
Конструктора длительное время усовершенствовали систему впрыска дизельного топлива.
Но всё это были как правило вариации на тему ТНВД. Впрыск топлива производился в полном объёме. Поэтому при работе дизельного двигателя слышен характерный стук. Воспламеняется топливо поданное в цилиндр, давление возрастает В ВМТ до максимальной величины. И происходит сильный удар.
Современная система впрыска дизельного двигателя способна производить подачу впрыска в несколько этапов. Как производить производить предварительный поджог топлива.
Предварительная подача топлива называется пилотным впрыском. Когда поршень проходит отметку угла опережения зажигания происходит предварительный впрыск топлива. Небольшое количество топлива загорается.
Затем даётся еще какое то количество топлива.
Таких предварительных впрысков может достигать до 5. После пилотного впрыска происходит основной впрыск. Уже в горящее топливо. Основное количество топлива быстрее загорается и сгорает более эффективно.
В результате двигатель работает плавно без резких ударов. А более полное сгорание топлива обеспечивает низкий уровень выброса вредных веществ и повышение мощностных характеристик двигателя.
Подобный впрыск может обеспечить только система Комон рейл
Система Комон рейл
Управление впрыском топлива происходит при помощи электронного блока управления.
Количество подаваемого топлива учитывается от числа оборотов двигателя, скорости движения и возникающих нагрузок в процессе движения автомобиля.
Система впрыска дизельного двигателя комон рейл позволят достичь максимально возможного давления впрыска топлива. Поэтому она и получила широкое распространение на современных двигателях.
Система common rail принцип работы
Насос создаёт высокое давление не для каждой форсунки в отдельности а для всех сразу. Давление аккумулируется в расширительной трубке рейле. Все форсунки соединены с рейлом. Впрыск топлива осуществляется за счет работы электро магнитного клапана в форсунках. Управление клапанами осуществляет электронный блок. На основании данных которые он получает от датчиков.
- положение коленчатого вала
- положение распределительного вала
- температуры поступающего воздуха-
- количество сгоревшего топлива
В зависимости от полученных данных ЭБУ определяет время открытия и закрытия форсунок. То есть количество необходимого топлива. Угол опережения зажигания.
Достигается максимальное сгорание топлива на разных режимах работы двигателя.
Устройство системы комон рейл
Система комон рейл состоит из элементов низкого и высокого давления топлива.
Элементы низкого давления обеспечивают подачу топлива до насоса высокого давления. Низкое давление является составной частью нагнетания высокого. То есть оно должно иметь определённую величину. Чтобы насос высокого давления эффективно работал.
В систему низкого давления входят топливоподводящие трубки. Фильтра грубой и тонкой очистки топлива. И как правило шестеренный насос низкого давления.
Элементы высокого давления производят нагнетание рабочего давления топлива в камере сгорания.
К ним относятся:
- Подводящие трубки к форсункам
- Форсунки распыляющие топливо в камере сгорания
В связи с тем что система подводит давление к форсункам одновременно. Затрудняется поиск неисправностей. Если одна форсунка вышла из строя. Например перестала сдерживать рабочее давление. Двигатель работать не сможет. Потеря давления в одной форсунке не позволит создать давление во всей системе.
Неплотное соединение между элементами высокого давления так же позволит создать давление нагнетания.
Например очень часто форсунки подключаются к рейл при помощи удлинителей(морковок) Форсунка имеет конусное отверстие. И в это отверстие прилегает конус удлинителя. Если в соединении трубки удлинителя и форсунки будет повреждение. И трубка не плотно приляжет к форсунке. Давление в системе уже не создаться.
И двигатель не заведется. Все соединения должны быть надёжными и предельно прочными. Попадание малейших частиц грязи приведет к неисправности. Иногда требуется ремонт форсунок. Их снимают везут в мастерскую. Соединительные трубки остаются в пыли и грязи ждать форсунки.
При установке отремонтированных форсунок их прикручивают как они и лежали. Мотор естественно не заводится из за попавшей грязи в форсунки. А винить начинают мастеров. Диагностика неисправности системы впрыска комон рейл производится при помощи тестера. Который считывает коды ошибок выдаваемых электронным блоком.
Но этих данных бывает недостаточно для определения истинной причины неисправности.
Система впрыска дизельного двигателя подвергается постоянной эволюции. Связано это с требованиями экологии. По уменьшению вредных выбросов отработанных газов. А это в свою очередь и есть путь к повышению эффективности работы двигателя и экономии топлива.
Загрузка...
