Система питание дизельного двигателя

14.Назначение, принцип действия, конструкция системы питания дизеля.

Система питания дизеля служит для подачи в цилиндры двигателя воздуха и топлива и отвода отработавших газов. Топливо подается под большим давлением, в определенные моменты (характеризуемые углом опережения по. дачи топлива) и в определенном количестве в зависимости от нагрузки двигателя.

ПРИНЦИП РАБОТЫ. На первый взгляд дизельный двигатель почти не отличается от обычного бензинового — те же цилиндры, поршни, шатуны. Главные и принципиальные отличия заключаются в способе образования и воспламенения топливо-воздушной смеси. Способ образования и воспламенения топливо-воздушной смеси – непосредственно в цилиндре. В дизеле топливо воспламеняется не от искры, а вследствие высокой температуры воздуха в цилиндре. Рабочий процесс в дизеле происходит следующим образом: вначале в цилиндр попадает чистый воздух, который за счет большой степени сжатия разогревается до 700-900°С. Дизтопливо впрыскивается под высоким давлением в камеру сгорания при подходе поршня к верхней мертвой точке. А так как воздух уже сильно разогрет, после смешивания с ним происходит воспламенение топлива. Самовоспламенение сопровождается резким нарастанием давления в цилиндре — отсюда повышенная шумность и жесткость работы дизеля. Дизель имеет больший КПД и крутящий момент. К недостаткам дизельных двигателей обычно относят повышенную шумность и вибрацию, меньшую литровую мощность и трудности холодного пуска.

ТИПЫ КАМЕР СГОРАНИЯ

Камеры сгорания дизельных двигателей разделяются на два основных типа: неразделенные и разделенные. При форкамерном процессе топливо впрыскивается в специальную предварительную камеру, связанную с цилиндром несколькими небольшими каналами или отверстиями, ударяется об ее стенки и перемешивается с воздухом. Воспламенившись, смесь поступает в основную камеру сгорания, где и сгорает полностью. Сечение каналов подбирается так, чтобы при ходе поршня вверх (сжатие) и вниз (расширение) между цилиндром и форкамерой возникал большой перепад давления, вызывающий течение газов через отверстия с большой скоростью. Во время вихрекамерного процесса сгорание также начинается в специальной отдельной камере, только выполненной в виде полого шара. В период такта сжатия воздух по соединительному каналу поступает в предкамеру и интенсивно закручивается (образует вихрь) в ней. Дизельные двигатели с неразделенной камерой называют также дизелями с непосредственным впрыском. Топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр, камера сгорания выполнена в днище поршня ( на низкооборотистых дизелях – грузовики). СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ

Важнейшим звеном дизельного двигателя является система топливоподачи, обеспечивающая поступление необходимого количества топлива в нужный момент времени и с заданным давлением в камеру сгорания.

Система питания Common Rail . Common Rail – это метод впрыска топлива в камеру сгорания под высоким давлением, не зависящим от частоты вращения двигателя или нагрузки. Главное отличие системы Common Rail от классической дизельной системы заключается в том, что ТНВД предназначен только для создания высокого давления в топливной магистрали. Он не выполняет функций дозировки цикловой подачи топлива и регулировки момента впрыска.

ТУРБОДИЗЕЛЬ

Эффективным средством повышения мощности и гибкости работы дизеля является турбонаддув. Он позволяет подать в цилиндры дополнительное количество воздуха и соответственно увеличить подачу топлива на рабочем цикле, в результате чего увеличивается мощность двигателя.

Конструкция и работа системы питания дизеля воздухом

Система питания воздухом служит для забора окружающего воздуха, его очистки от пыли и распределения по цилиндрам двигателя.

Система питания воздухом (рис. 7) включает воздушный фильтр и впускной трубопровод. Она может быть с турбонаддувом или без турбонаддува.

Воздух поступает через сетку колпака 5 и трубу 4 воздухозаборника в воздушный фильтр 1. В фильтре воздух проходит через инерционную решетку 3 и резко изменяет направление движения. Сначала воздух освобождается от крупных частиц пыли, которые под действием инерции и вакуума выбрасываются через эжектор 6, установленный в выпускной трубе глушителя, в окружающий воздух. Более мелкие частицы пыли задерживаются в картонном фильтрующем элементе 2. Очищенный воздух по впускному трубопроводу подается в цилиндры 7 двигателя.

Воздушный фильтр (рис. 8) состоит из корпуса 3, крышки 1 и сменного фильтрующего элемента 2, состоящего из двух перфорированных стальных кожухов и гофрированного картона между ними. Патрубок 7 предназначен для отсоса пыли из корпуса фильтра.

Воздух поступает в фильтр через патрубок 5, очищается в нем и выходит через патрубок 6.

Наддув представляет собой подачу воздуха в цилиндры двигателя при такте впуска под давлением, создаваемым компрессором. При наддуве увеличивается количество воздуха, поступающего в цилиндры двигателя, количество сжигаемого топлива и повышается на 20…40 % мощность двигателя.

Рис. 8. Воздушный фильтр:

1 — крышка; 2 — фильтрующий элемент; 3 — корпус; 4 — диффузор; 5, 6, 7 — патрубки

В дизелях обычно применяется газотурбинный наддув (рис. 9) турбокомпрессором. При работе двигателя воздух в цилиндры 1 нагнетается под давлением центробежным компрессором 6, рабочее колесо которого приводится во вращение турбиной 5.

Рис. 9. Схема наддува дизеля воздухом:

1 – цилиндр двигателя; 2 — мембрана; 3 – пружина; 4 — клапан; 5 — турбина; 6 — компрессор

Принцип работы системы питания дизельного двигателя

При работе двигателя топливо из топливного бака засасывается топливоподкачивающим насосом через фильтр грубой очистки топлива и нагнетается через фильтр тонкой очистки к насосу высокого давления. Из насоса высокого давления топливо по топливопроводам высокого давления подается к форсункам, через которые в мелкораспыленном виде оно впрыскивается в цилиндры в соответствии с порядком работы двигателя. Излишнее топливо от насоса высокого давления и форсунок возвращается в топливный бак.

Воздух в цилиндры поступает после очистки его в воздушном фильтре. Топливный насос высокого давления предназначен для впрыска в цилиндры двигателя порции топлива под высоким давлением в определенной последовательности. Он расположен в развале блока цилиндров и приводится в действие от распределительного вала через шестерни.

Насос состоит из корпуса, кулачкового вала, секций и механизма поворота плунжеров. На передней части топливного насоса высокого давления установлен всережимный регулятор, который, изменяя количество подаваемого топлива в зависимости от нагрузки, поддерживает заданную водителем частоту вращения коленчатого вала двигателя.

На заднем конце кулачкового вала насоса расположена муфта опережения впрыска топлива, которая предназначена для изменения момента начала подачи топлива в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя. Секция насоса высокого давления состоит из плунжерной пары, роликового толкателя и нагнетательного клапана.

Плунжерная пара представляет собой гильзу с двумя отверстиями, расположенными на разных уровнях, и плунжер, в верхней части которого имеются два отверстия и винтовая канавка. Плунжер подогнан к гильзе с высокой точностью.

При движении плунжера вниз под действием пружины топливо под небольшим давлением, создаваемым топливоподкачивающим насосом, поступает через продольный впускной канал в корпусе в надплунжерное пространство. При движении плунжера вверх под действием кулачка и толкателя топливо перепускается в топливоподводящий канал до тех пор, пока торцевая кромка плунжера не перекроет окно гильзы. Дальнейшее движение плунжера вверх вызовет повышение давления в надплунжерном пространстве.

Когда давление достигнет величины, при которой открывается нагнетательный клапан, плунжер приподнимается и топливо по топливопроводу высокого давления поступает к форсунке. Движущийся плунжер, продолжая перемещаться, создает давление, преодолевающее натяжение пружины иглы форсунки. Игла поднимается, начинается впрыск топлива в цилиндр двигателя.

Впрыск продолжается до момента, когда кромка винтовой канавки открывает отверстие в гильзе; давление топлива падает, разгрузочный поясок нагнетательного клапана, опускаясь в гнездо под действием пружины, увеличивает объем в топливопроводе между форсункой и клапаном, за счет чего достигается четкая отсечка подачи топлива. При перемещении рейки плунжер поворачивается, и кромка винтовой канавки открывает отверстие гильзы раньше или позже, вследствие чего изменяется время, в течение которого закрыты отверстия гильзы, а, следовательно, и количество топлива, впрыскиваемого в цилиндр, для ввода в цилиндр двигателя дозы тонкораспыленного топлива под давлением.

Форсунка закрытого типа состоит из стального корпуса, гайки, распылителя, запорной иглы, штанги и фильтра. Поступившее топливо проходит через фильтр, вертикальный канал, кольцевую канавку и затем поступает в топливную полость корпуса распылителя. Когда давление в полости распылителя становится больше усилия пружины форсунки, запорная игла поднимается вверх и топливо через отверстия распылителя впрыскивается в камеру сгорания.

Все приборы системы питания дизельного двигателя соединены топливопроводами низкого и высокого давления. Топливопроводы низкого давления изготовлены из прозрачной маслобензостойкой пластмассы, а высокого давления — из толстостенных стальных трубок.

Для поддержания заданной частоты, вращения коленчатого вала служит регулятор, который относится к типу всережимных регуляторов прямого действия. Регулятор устанавливается в развале между двумя рядами топливных секций и состоит из ведущей шестерни и муфты, на которой шарнирно закреплены грузы.

Во время вращения грузы раздвигаются под действием центробежной силы и через упорный подшипник перемещают муфту. Муфта упирается в палец рычага, который связан одним концом с рейкой топливного насоса. При перемещении рейки одновременно перемещается один конец двуплечего рычага. Второй конец этого рычага, будучи соединен со второй рейкой, перемещает ее.

Рычаг управления подачей топлива связан с системой рычагов, с которыми, в свою очередь, связана калиброванная пружина, воздействующая на рычаг, соединенный с рейкой. Натяжение пружины зависит от положения педали привода, которой устанавливается режим работы двигателя.

MaZDa-BELARUSS ›
Блог ›
Система питания дизельного двигателя

Дизельный двигатель работает по другим принципам, совершенно не таким, по которым работает бензиновый двигатель. Именно этим и обусловлено устройство системы питания дизельного двигателя. Если упрощенно, то в дизелях, все построено на возникновении высокой температуры при сильном сжатии. Именно эта температура и является тем катализатором, который запускает горение топливной смеси.

Система питания дизельного двигателя
Как работает дизельный двигатель?

Изначально цилиндры дизеля заполняются воздухом. Поршень в цилиндре идет вверх, сжимая воздух, и при этом повышается температура сжатого воздуха. Причем повышается до такой температуры, которой достаточно для того, чтобы произошло воспламенение дизельного топлива, вернее смеси дизельного топлива и воздуха.

Как только температура доходит до максимальной, а это происходит в конце такта движения поршня, происходит впрыск дизтоплива посредством форсунки. Топливо не просто поступает струей, а распыляется в мелкодисперсное облако. И дальше под воздействием температуры сжатого воздуха происходит объемный взрыв воздушно-топливной смеси. Давление под воздействием взрыва критически вырастает, и именно это давление начинает двигать поршень, который идет вниз, и при этом совершается работа в физическом понимании этого термина.

Подачу топлива в двигатель и некоторые другие функции обеспечивает система питания дизельного двигателя.

Что входит в систему питания дизельного двигателя:

• топливный бак;
• подкачивающий насос;
• топливный фильтр;
• топливный насос высокого давления;
• свеча накаливания;
• форсунка.

Подкачивающий насос забирает топливо из топливного бака и направляет его в топливный насос высокого давления (ТНВД). В нем есть несколько секций. Число секций соответствует числу цилиндров в двигателе. Каждая из секций ТНВД работает на один цилиндр дизельного двигателя.

Топливный насос высокого давления (ТНВД) устроен следующим образом. Внутри насоса, по всей его длине в нижней части расположен вращающийся вал, который имеет кулачки. Вал ТНВД получает вращение от распределительного вала двигателя.

Кулачки оказывают воздействие на толкатели, которые, в свою очередь, заставляют работать плунжеры. Плунжер – это, по сути, поршень, который двигается вверх-вниз. Идя вверх, плунжер создает давление топлива внутри цилиндра. И именно это давление выталкивает топливо через топливную магистраль к форсунке.

Топливо, которое приходит в топливный насос высокого давления, находится под низким давлением и его явно не хватает, чтобы заставить топливо не только двигаться к форсунке, но и распыляться. Плунжер в нижней своей фазе подхватывает топливо и двигает его вверх секции (цилиндра). При этом давление значительно вырастает. Причем этого давления уже хватает для того, чтобы произошло качественное распыление дизтоплива внутри цилиндра. Давление топлива внутри секции топливного насоса может достигать показателя 2000 Атм.

Плунжер не только нагнетает топливо, но и регулирует количество подаваемого топлива на форсунку. Для этого у плунжера есть подвижная часть, которая может открывать или закрывать канавки внутри него. И эта подвижная часть соединена с педалью газа в кабине водителя. От угла поворота плунжера зависит степень открытия каналов прохождения топлива и зависит количество топлива, которое будет подаваться на форсунку. Поворот плунжера происходит за счет рейки, которая соединена с рычагом, который, в свою очередь, соединяется с педалью газа в кабине автомобиля.

В верхней части секции ТНВД находится клапан, который открывается под определенным давлением и закрывается, если давления недостаточно. Т.е. если плунжер находится в нижней точке, клапан закрыт и топливо из магистрали, которая идет к форсунке, не может обратно вернуться в ТНВД.

В секции создается давление, которого хватает для того, чтобы был произведен впрыск топлива в цилиндр. Топливо поступает к форсунке по магистрали. И уже форсунка, которая является управляемой, в нужный момент распыляет топливо внутри цилиндра.

Форсунки могут быть с механическим управлением или с электромагнитным управлением.

В обычной механической форсунке открытие отверстия распыления зависит от давления, которое возникло в топливной магистрали. Отверстие форсунки перекрыто иглой, которая соединена с неким подобием поршня, расположенным вверху форсунки. Пока давления нет, игла перекрывает выход топлива через отверстие распылителя. Как только топливо поступает под давлением, поршень идет вверх и тянет иглу. Происходит открытие отверстия, за которым следует распыление.

Свеча накаливания, которая находится в каждом цилиндре, не предназначена для того, чтобы непосредственно воспламенять топливную смесь. Свеча накаливания предварительно разогревает воздух в специальной камере перед тем, как этот воздух попадает в цилиндр.

Если разобраться, свеча накаливания всего лишь облегчает запуск двигателя, поскольку воздух, перед тем как попадать в цилиндр, уже нагрет до определенной температуры. В принципе в достаточно теплую погоду, или когда двигатель горячий, запуск дизеля может произойти и без предварительного подогрева воздуха. Но в холодную погоду, такое невозможно.

Более современная система питания дизельного двигателя предполагает наличие ТНВД, в котором нет секций по количеству цилиндров, зато есть общая магистраль для всех форсунок. Т.е. насос так и создает высокое давление, но оно общее для всех форсунок. И каждый цилиндр имеет индивидуальный впрыск топлива.

Форсунки, которые используются при такой системе, управляются не по механическому принципу, а посредством электрических импульсов, которые на них поступают от блока управления. По сути, в каждой форсунке стоит электромагнитный клапан, который открывает или закрывает распыление топлива.

Электронный блок управления двигателем получает информацию с нескольких датчиков и, переварив информацию, подает сигнал на электромагнитный элемент управления форсунки.

Такая система питания дизельного двигателя наиболее современна и наиболее экономична. Так как никакая механика не сравнится с электроникой.

Система питания дизельного двигателя предназначена для обеспечения запаса топлива на автомобиле, очистки топлива и равномерного распределения его по цилиндрам двигателя строго дозированными порциями в соответствии с порядком работы, скоростным и нагрузочным режимом работы двигателя. Основные отличия дизельного двигателя от карбюраторного состоят в следующем. В дизельном двигателе чистый воздух засасывается в цилиндры и в них подвергается очень высокой степени сжатия. Вследствие этого в цилиндрах создается температура, превышающая температуру воспламенения дизельного топлива.

Система питания дизельного двигателя

Когда поршень находится почти в верхней мертвой точке, в сильно сжатый, достигающий температуры +600 °C воздух впрыскивается дизельное топливо, которое состоит из смеси керосиновых, газойлевых и соляровых фракций. Дизельное топливо загорается само по себе, свечи зажигания не требуются. Чтобы достигалась высокая температура сжатого воздуха при холодном двигателе, в каждой вихревой камере двигателя находится свеча накаливания. Кроме того, дизельный двигатель оснащен ускорителем запуска в холодном состоянии, который включается кнопкой на панели приборов или автоматически.

Из топливного бака дизельное топливо засасывается насосом высокого давления через топливный фильтр, который задерживает воду и грязь. Топливо подается только в том случае, если в системе нет воздуха. В насосе создается необходимое для впрыска давление, и топливо распределяется по цилиндрам. Количество впрыскиваемого топлива регулируется нажатием педали газа. Через форсунки топливо подается в предкамеру соответствующего цилиндра. Так как дизельный двигатель не нуждается в зажигании и его цикл не прекращается при отключении напряжения в системе накального зажигания, в конструкции дизельного двигателя предусмотрен магнитный клапан. При выключении зажигания напряжение на нем исчезает и канал поступления топлива закрывается.

В систему питания дизельного двигателя грузового автомобиля (КамАЗ-740) входит топливный бак, фильтр грубой очистки воздуха, фильтр тонкой очистки воздуха, топливоподкачивающий насос, топливный насос высокого давления с регулятором частоты вращения и автоматической муфтой опережения впрыска топлива, форсунки, трубопроводы высокого давления, трубопроводы низкого давления, воздушный фильтр, выпускной газопровод, глушители шума отработанных газов.

Подача топлива осуществляется по двум магистралям: высокого и низкого давления. В магистрали низкого давления хранится топливо, происходит его фильтрация и подача под малым давлением к топливному насосу высокого давления. В магистрали высокого давления обеспечивается подача и впрыскивание необходимого количества топлива в цилиндры двигателя в определенный момент.

Топливоподкачивающий насос подает топливо из бака через фильтры грубой и тонкой очистки по топливопроводам низкого давления к топливному насосу высокого давления, который в соответствии с порядком работы цилиндров по топливопроводам высокого давления подает топливо к форсункам. Форсунки, расположенные в головках цилиндров, впрыскивают и распыляют топливо в камеры сгорания двигателя. Так как топливоподкачивающий насос подает топливному насосу высокого давления топлива больше, чем нужно, то его избыток, а с ним и попавший в систему воздух по дренажным трубопроводам отводятся обратно в бак.

Топливный насос высокого давления является основным прибором системы питания дизеля. Он предназначен для равномерной подачи строго определенной дозы топлива к форсункам двигателя под высоким давлением в течение определенного промежутка времени согласно порядку работы цилиндров двигателя. Состоит он из одинаковых секций по количеству цилиндров двигателя. Секция включает в себя корпус, втулку плунжера (гильзу), плунжер, поворотную втулку, нагнетательный клапан, который прижат штуцером к гильзе плунжера через прокладку.

Принцип работы ТНВД состоит в следующем. Под действием кулачка вала и пружины плунжер совершает возвратно-поступательное движение. При движении плунжера вниз внутреннее пространство гильзы наполняется топливом и топливо подается насосом низкого давления в подводящий канал корпуса насоса. При этом открывается впускное отверстие и топливо поступает в надплунжерное пространство. Далее под действием кулачка плунжер начинает подниматься вверх, перепуская топливо обратно в подводящий канал, до тех пор, пока верхняя кромка плунжера не перекроет впускное отверстие гильзы. После перекрытия этого отверстия давление топлива резко возрастает и топливо через зазор между втулкой и плунжером, преодолевая усилие пружины, поднимает нагнетательный клапан и поступает в топливопровод.

Продвижение плунжера вверх вызывает повышение давления выше уровня давления, которое создается пружиной форсунки. В результате этого игла форсунки приподнимается и происходит впрыскивание топлива в камеру сгорания. Подача топлива продолжается до тех пор, пока винтовая кромка плунжера не откроет выпускное отверстие в гильзе. В результате давление над плунжером резко падает, нагнетательный клапан под действием пружины закрывается и пространство над плунжером разъединяется с топливопроводом высокого давления. Далее плунжер перемещается вверх, топливо перетекает в сливной канал через винтовую кромку плунжера и продольный паз. Количество топлива подается в форсунку с помощью зубчатой рейки, втулки и связывающего поводка. Продолжительность впрыскивания соответствующих порций топлива, подаваемых в цилиндры двигателя, зависит от угла поворота плунжера, так как изменяется расстояние, проходимое плунжером от момента перекрытия впускного отверстия до момента открытия выпуского отверстия винтовой кромкой.

Чтобы остановить двигатель автомобиля, необходимо прекратить подачу топлива. В этом случае рейкой устанавливают плунжер в такое положение, чтобы винтовая канавка оказалась обращенной в выпускному отверстию, и при перемещении плунжера вверх все топливо над ним по канавке через выпускное отверстие и топливопроводы попадает в бак.

Заданную частоту вращения коленчатого вала автоматически поддерживает всережимный регулятор частоты вращения. Он находится в развале корпуса топливного насоса высокого давления и приводится в движение от его кулачкового валика. Во время работы двигателя с частотой вращения коленчатого вала, соответствующей данному положению педали управления подачи топлива, центробежные силы грузиков регулятора уравновешены усилием пружин. Если нагрузка на спуске уменьшится, то частота вращения коленчатого вала начнет возрастать и грузы регулятора, преодолевая сопротивление пружины, немного разойдутся и переместят рейку топливного насоса высокого давления в положение, уменьшающее подачу топлива. Если частота вращения уменьшается, то центробежная сила грузов также уменьшается и регулятор под действием силы пружины переместит рейку в обратном направлении, что приведет к увеличению подачи топлива.

Для изменения момента начала впрыскивания топлива в зависимости от частоты вращения коленчатого вала предназначена автоматическая муфта опережения впрыскивания топлива. Изменяя момент впрыскивания топлива, автоматическая муфта улучшает экономичность двигателя и его пусковые качества. На конической поверхности переднего конца кулачкового валика топливного насоса высокого давления крепится шпонкой и фиксируется гайкой ведомая полумуфта.

Ведущая полумуфта крепится на ступице ведомой и может на ней поворачиваться. Между ступицей и полумуфтой установлена втулка. Ведущая полумуфта приводится в действие распределительной промежуточной шестерней через вал с гибкими соединительными муфтами.На ведомую полумуфту вращение передается двумя грузами. Они качаются в плоскости, перпендикулярной к оси муфт на полуосях, запрессованных в ведомую полумуфту.

Одним концом приставка ведущей полумуфты упирается в палец груза, а другим – в профильный выступ. Пружины стремятся удержать грузы на упоре во втулке ведущей полумуфты. Если частота вращения коленчатого вала двигателя увеличивается, под действием центробежных сил грузы расходятся, и в результате ведомая полумуфта поворачивается относительно ведущей в направлении вращения кулачкового валика, что увеличивает угол опережения впрыска топлива. При уменьшении частоты вращения грузы под действием пружин сходятся. Ведомая полумуфта поворачивается вместе с валиком топливного насоса в противоположную сторону вращения, что уменьшает угол опережения впрыска топлива.

Оставьте комментарий