Система питания дизеля
Мои статьи по теме "Дизель"
Почему дизель экономичнее
Дизель экономичнее, потому, что у него меньше камера сгорания, чем у бензинового двигателя
Цетановое число
Что лучше бензиновый двигатель или дизель
Преимущества и недостатки дизеля и бензинового двигателя
В чем разница между бензиновым двигателем и дизелем?
Бензиновыми двигателями называются двигатели с принудительным воспламенением. Для того, чтобы зажечь смесь в таком двигателе, нужна искра, и, значит нужна, система зажигания.
Дизельными двигателями называются двигатели с самовоспламенением или с воспламенением от сжатия, это значит, что не нужна искра и не нужна система зажигания.
Отличия дизеля:
1. Важным отличием бензинового и дизельного двигателя является то, что в бензиновом используется предварительное смесеобразование, и в цилиндр попадает уже готовая смесь. В дизельном двигателе смесеобразование происходят прямо в цилиндре, начинается в конце такта сжатия и продолжается в процессе сгорания
2. Воспламенение в бензиновом двигателе происходит от искры. Воспламенение в дизеле происходит от высокой температуры сжатого воздуха.
3. Степень сжатия бензинового двигателя не может быть больше 11. Степень сжатия дизельного двигателя может быть до 24
4. Регулирование бензинового двигателя количественное, мощность меняется с помощью дроссельной заслонки, которая пропускает больше или меньше смеси в цилиндр
5. Регулирование дизельного двигателя качественное. Дроссельной заслонки нет, количество воздуха в цилиндре не меняется, изменение мощности достигается изменением массы впрыснутого топлива, то есть обогащением или обеднением смеси.
Преимущества дизеля
1. Высокая экономичность, подробно смотри http://genrem.ucoz.ru/publ/dizel/pochemu_dizel_ehkonomichnee/11-1-0-108
2. Отсутствие системы зажигания.
3. Работа без детонации, что позволяет повысить степень сжатия и делать двигатели любых размеров
4. Большой крутящий момент
Недостатки дизеля
1. Тяжелый
2. Шумный
3. Дорогой
4. Сложный в ремонте
5. Плохо заводится зимой
Дизель больше подходит для тяжелых грузовых автомобилей
Принцип действия системы питания дизеля
Система питания должна обеспечивать мелкое распыление топлива в сжатый воздух в цилиндре. Для этого система должна иметь специальную форсунку для распыления и насос, который обеспечивает подачу топлива под высоким давлением к форсунке. Мелко распыленное топливо в камере сгорания быстро перемешивается с воздухом и получается горючая смесь.
Для самовоспламенения топлива, воздух должен быть нагрет до температуры прядка 900 градусов в конце такта сжатия. Чтобы получить такую температуру необходимо сжать воздух до 30 атмосфер, степень сжатия дизеля должна обеспечить такое давление
При степени сжатия от 14 до 22 достигается нужная температура воздуха, при которой надежно воспламеняется впрыснутое топливо. Топливо к форсунке подводится под давлением от насоса высокого давления - ТНВД. Сгорание начинается фактически сразу с появлением факела топлива из форсунки, т. е. сразу начинается рост давления и, значит, следующие порции топлива должны впрыскиваться в более высокое давление. Максимальное давления процесса сгорания достигает 100 атмосфер, но при этом ещё продолжается впрыск, значит, форсунка должна обеспечивать подачу топлива под давлением 1000 и более атмосфер. Чем выше давление, тем лучше качество распыления.
Форсунка
Форсунка это игольчатый клапан с дозирующим отверстием, вставленный в камеру сгорания. Важнейшим регулировочным параметром форсунки является давления начала подъёма иглы.
Игла форсунки поджата пружиной, которая отрегулирована на определённое давление (двигатели ЯМЗ -200 атмосфер, КАМАЗ - 180 атмосфер.)
Форсунка должна обеспечивать точное начало впрыска и точное окончание впрыска, факел топлива должен сразу появляться и сразу отсекаться.
Топливный насос высокого давления - ТНВД
ТНВД предназначен для подачи к форсункам топлива под высоким давлением. Кроме того, ТНВД регулирует количество топлива, которое подаётся за цикл, для того чтобы регулировать мощность двигателя.
В бензиновом двигателе регулирование мощности называется количественным, потому что при нажатии газа, дроссельная заслонка открывается, (закрывается) пропускает большее или меньшее количество смеси.
В дизельном двигателе регулирование мощности называется качественным. Дроссельной заслонки нет вообще, поэтому количество воздуха в цилиндре практически постоянное, а изменение мощности производится изменением состава смеси - обеднением или обогащением, для этого впрыскивается больше или меньше количества топлива. Такой процесс называется изменением качества смеси.
Основным элементом ТНВД является плунжерная пара. Многоплунжерные ТНВД состоят из набора плунжерных пар. Каждая пара работает на свой цилиндр (сколько цилиндров, столько плунжерных пар). Плунжерная пара прецизионная, то есть, точно подогнанная пара, не допускающая, отдельной замены плунжеров и гильз.
Гильза сверху закрыта нагнетательным клапаном. По обеим сторонам плунжерных пар, в корпусе ТНВД имеются каналы, они проходят через весь корпус и все плунжерные пары имеют отверстия в эти каналы. С одной стороны канал нагнетательный, откуда топливо попадает в плунжерную пару, с другой стороны отсечной канал, куда сбрасывается лишнее топливо.
Плунжерная пара
Плунжерная пара это поршневой насос, который создает высокое давление топлива для форсунки и регулирует количество топлива, которое нужно подать за цикл, обеспечивая заданную мощность двигателя.
Давление создается перемещением плунжера вверх, под действием кулачка, а регулирование количества топлива обеспечивается поворотным положением плунжера. Педалью газа плунжеры одновременно поворачиваются зубчатой рейкой в заданное положение. Ход плунжера постоянная величина, которая определяется высотой кулачка. Максимальную подачу топлива можно получить, если давление будет действовать весь ход плунжера. Для регулирования подачи топлива надо подавать топливо не весь ход плунжера, а только часть хода, т.е., плунжер поддерживает давление часть хода, затем наступает отсечка, давление сбрасывается и остальную часть хода плунжер идет вхолостую.
Если на газ не нажимать, рейка держит плунжеры в таком положении, что давление начинает нарастать, и тут же наступает отсечка, то есть за цикл подается под давлением очень мало топлива, которого достаточно, для поддержания минимальных оборотов холостого хода. Нажимаем на газ, рейка поворачивает плунжеры, в такое положение, что отсечка наступает позже и за цикл подается больше топлива. При полном нажатии на газ, рейка выставит плунжеры в положение самой поздней отсеки, и получится максимальная цикловая подача топлива, что обеспечивает максимальную мощность двигателя.
Плунжер под действием кулачка двигается вверх и его верхняя кромка пересекает отсечное, а потом нагнетательное отверстие. Над плунжером получается замкнуто пространство, в котором поднимается давление топлива, оно через нагнетательный клапан подается в форсунку и происходит впрыск. На поверхности плунжера есть спиральная канавка, которая связана с пространством над плунжером, то есть, в ней то же самое давление. Когда кромка канавки (при движении вверх) доходит до отсечного отверстия гильзы, происходит сброс давления, игла форсунки затыкается, и впрыск мгновенно прекращается. Для регулирования цикловой подачи плунжер поворачивают. При разных положениях поворота плунжера, спиральная канавка позже или раньше достигает отсечного отверстия. Чем позже спиральная канавка коснется отсечного отверстия, тем больше получится цикловая подача.
Работа спиральной канавки на плунжере
Правая спиральная канавка – рабочая, левая компенсирующая, они абсолютно одинаковы и симметричны. Через вертикальное и горизонтальное отверстие они связаны с надплунжерным пространством. Когда там возникает давление, то через эти отверстия оно передается в канавки, и они симметрично отжимают плунжер от стенок (это обеспечивает равномерный износ плунжерной пары). Спиральная форма правой канавки позволяет соприкоснуться с отсечным отверстием раньше или позже, в зависимости от поворота плунжера. На рисунке показано положение касания правой канавки отсечного отверстия, то есть момент сброса давления. По рисунку можно понять, что если плунжер повернуть по направлению стрелки, то к отсечному отверстию кромка канавки подойдет при более высоком (более позднем) положении плунжера, значит, давление будет поддерживаться дольше и количество впрыснутого топлива возрастет.
Нижняя часть плунжера вставлена в специальную поворотную
втулку. На поворотной втулке имеется шестерня, которая входит в зацепление с зубчатой рейкой. Водитель, нажимая на педаль, двигает зубчатую рейку назад и вперед, при этом все плунжеры поворачиваются, изменяя цикловую подачу.
В первом положении на рисунке, плунжер двигаясь вверх, перекрыл отсечное отверстие. Надплунжерное пространство заполнено топливом через входное отверстие . Во втором положении плунжер уже перекрыл входное отверстие, над плунжером образовалось замкнутое пространство, возникает давление, топливо открывает нагнетательный клапан и уходит к форсунке. В третьем положении спиральная канавка плунжере достигла отсечного отверстия. Спиральная канавка соединяется с надплунжерным пространством осевым и радиальным сверлением, в ней такое же давление как над плунжером. В момент касания канавки и отсечного отверстия, происходит сброс топлива в отсечное отверстие и давление скачком падает, впрыск прекращается. Количество топлива, которое под давлением попало в форсунку определяется ходом плунжера от момента перекрытия впускного отверстия до момента касания спиральной канавки с отсечным отверстием.
Если повернуть плунжер, то он в более высоком положении совместит канавку с отсечным отверстием, и значит активный ход плунжера увеличится, и объем поданного топлива также увеличится.
Нагнетательный клапан.
Нагнетательный клапан играет очень важную роль формирования начала и окончания факела топлива. Для полного сгорания смеси факел топлива должен скачком появиться из форсунки и скачком исчезнуть. Это достигается правильной совместной работы нагнетательного клапана и форсунки. Зажатый пружиной нагнетательный клапан обеспечивает рост давления над плунжером. Давление в форсунке появится только тогда, когда нагнетательный клапан скачком открывается, Над ним в трубке, скачком появится давление и форсунка открывается так же скачком, и сразу появляется факел топлива.
В момент отсечки падает давление под нагнетательным клапаном, он садится в седло, освобождая объем, над клапаном от этого в трубке давление падает скачком, что позволяет игле форсунке закрываться скачком. Факел топлива мгновенно гаснет.
Если факел будет постепенно появляться и нарастать, то первые порции топлива при слабом давлении не перемешаются с воздухом и не сгорят, а просто вылетят в трубу. Если последние порции топлива будут поступать с плавным снижением факела, они тоже не сгорят и тоже вылетят в трубу. Появится черное дымление и повысится расход топлива.
Топливоподкачивающий насос
.
На корпусе ТНВД смонтирован подкачивающий насос. Это позволяет обеспечить привод подкачивающего насоса от эксцентрика на распредвалу ТНВД.
Топливный насос поршневой. Эксцентрик на валу толкает толкатель, который нажимает на поршень. Поршень поднимается и сжимает пружину. Под поршень засасывается топливо из бака На обратном ходе пружина толкает поршень вниз, клапан закрывается и топливо идет в нагнетательный канал ТНВД. Все насосы для подкачки топлива работают на обратном ходе поршня (от пружины, а не от кулачка), чтобы поршень свободно выбирал свое положение. Иначе жидкость в замкнутом пространстве может заклинить насос.
Подкачивающий насос состоит из ручной и механической части. Насос ручной подкачивающий нужен для того, чтобы закачать систему топливом, если она по какой - то причине пуста. Кроме того, ручным насосом можно прокачать систему, чтобы удалить воздух. Пузыри воздуха в топливной системе дизеля недопустимы.
Всережимный регулятор
Дизельный двигатель с механической системой впрыска склонен к разносу, это значит, если он работает на минимальных оборотах без нагрузки (холостой ход), то обороты начнут повышаться, и будут расти без ограничения, что приведет к разносу, поэтому дизель нуждается в ограничителе числа оборотов.
Почему двигатель сам может набирать обороты и идти в разнос?
При малых оборотах, впрыскивается порция топлива. Если двигатель крутиться свободно (холостой ход, без нагрузки), то следующий ход плунжера ТНВД будет чуть быстрее. Часть топлива, которое сжимает и выталкивает плунжер, просачивается под давлением между стенками гильзы и плунжером обратно. При увеличении скорости плунжера, успевает просачиваться меньшая часть топлива и значит больше топлива уйдет в форсунку, двигатель свободен, он прибавляет обороты и скорость плунжера возрастает, просачивается еще меньше топлива и больше попадает в форсунку, так происходит раскрутка свободного двигателя. На слишком высоких оборотах произойдет разрушение двигателя (разнос)
Ограничитель максимально числа оборотов автоматически уменьшает подачу топлива, если обороты достигают предельного значения.
Дизельным двигателем сложно управлять. Грубое движение педалью не позволяет тонко регулировать подачу топлива, поэтому водитель, неизбежно, после нажатия на педаль, вынужден будет приотпускать ее, чтобы попасть в желаемый режим, это сильно затрудняет управление автомобилем. Для того, чтобы управление было более точным, ограничитель числа оборотов дополняется функциями регулирования минимального числа оборотов (холостого хода), а так же поддержания постоянного числа оборотов на заданом режиме движения. Таким образом, ограничитель числа оборотов становится всережимным регулятором. Всережимный регулятор предназначен для ограничения максимального числа оборотов, поддержание минимального числа оборотов, и для поддержания заданного числа оборотов на любом режиме.
Принцип действия всережимного регулятора основан на том, что центробежный автомат управляет рейкой топливного насоса, т. е. он вдвигает и выдвигает рейку в зависимости от числа оборотов.
Цикловая подача топлива зависит от положения рейки в топливном насосе. Рейка должна подчиняться нажатию на педаль газа. Для этого педаль связана с рейкой через сложную систему рычагов всережимного регулятора. Независимо от педали, рейка подчиняется центробежному регулятору, который в определенном диапазоне обеспечивает точный режим работы двигателя для каждого заданного положения педали.
Если обороты возрастают, то грузы центробежного автомата расходятся и давят на рычаги, которые задвигают рейку назад, и подача топлива уменьшается, обороты уменьшаются. Если обороты слишком сильно уменьшаются, то грузы сходятся и пружины снова задвигают рейку вперед, чтобы увеличить подачу топлива.
Муфта опережения впрыска
Топливный насос и двигатель работают синхронно, но связь между двигателем и топливным насосом не жесткая, а через муфту. Муфта позволяет автоматически изменять угол опережения впрыска при изменении числа оборотов.
В верхней мертвой точке такта сжатия достигается максимальное давление и температура воздуха. К этому моменту в цилиндре уже должно быть некоторое количество распыленного топлива, поэтому топливо надо начинать впрыскивать еще до прихода поршня в верхнюю мертвую точку, с опережением от 0 град до 7 градусов.
Угол опережения впрыска должен изменяться в зависимости от числа оборотов. Чем больше число оборотов, тем меньше времени получается на подачу топлива тем раньше нужно начинать впрыск. За этим и следит муфта опережения впрыска.
Распредвал ТНВД вращается от двигателя через муфту опережения впрыска. Она позволяет сдвинуть распредвал ТНВД вперед или назад, на заданный угол по вращению. В корпусе муфты имеется ценробежный автомат из тяжелых грузов, которые сходятся и расходятся при изменении оборотов. Муфта состоит из 2 -х половин, которые связаны с грузами центробежного автомата. Передняя половина жестко связана с шестернёй привода от двигателя. Задняя половина жестко сидит на распределительном валу ТНВД. Между обеими половинами существует пружинная связь, которая позволяет сдвигаться задней части муфты вперед или назад по вращению, изменяя угол опережения впрыска. Поворачиваясь под действием центробежной силы, грузы сдвигают распредвал вперед или назад по вращению, от этого впрыск начинается раньше или позже.
Остальные статьи по теме "Дизель"
| 
