6.1. Схемы системы питания дизельных двигателей

В дизельных двигателях применяются две наиболее распространенные схемы подачи топлива: разделенная и неразделенная. В разделенной топливоподающей аппаратуре топливо от отдельного насоса высокого давления подается по топливопроводам к форсункам. В неразделенной системе топливный насос высокого давления и форсунка конструктивно объединены в один узел – насос-форсунку, а топливопровод высокого давления отсутствует. Наибольшее распространение получила разделенная система питания (рис. 6.1). В этой системе топливо из топливного бака 1 по топливопроводу низкого давления поступает к подкачивающей помпе 2 через фильтр 6. Помпа нагнетает топливо к фильтру 3 и далее к топливному насосу высокого давления 4. Насос по топливопроводам высокого давления подает топливо к форсункам 5. Нагнетаемое к форсункам топливо впрыскивается в камеры сгорания цилиндров двигателя. Воздух поступает в цилиндры через впускной коллектор, пройдя предварительно воздухоочиститель. Мелкораспыленное топливо, впрыскиваемое форсунками, проникает в среду сжатого и нагретого воздуха, воспламеняется и сгорает. Отработавшие газы после сгорания отводятся из цилиндров двигателя через выпускной коллектор и выпускную трубу в окружающую среду.

Рис. 6.1. Система питания дизельного двигателя

Качество распыливания топлива в значительной мере предопределяет эффективность протекания процесса сгорания в двигателе, его экономичность и энергетические показатели.

Однако, несмотря на различные меры, предназначенные для улучшения смесеобразования, впрыскиваемое в камеру сгорания топливо распределяется недостаточно равномерно, что вызывает неполное сгорание. В целях более полного сгорания топлива работа дизельных двигателей происходит при высоком коэффициенте избытка воздуха (от 1.6 и более), что приводит к понижению среднего эффективного давления, литровой мощности и к увеличению веса двигателя.

Крайне ограниченное время, отводимое на смесеобразование, требует создания условий для быстрого и наиболее совершенного распыления топлива и распределения его в камере сгорания. Это обусловливает весьма напряженную работу топливоподающей системы.

Впрыск топлива в камеру сгорания при помощи форсунки производится под давлением от 10 до 150 МПа. Топливо впрыскивается в среду сжатого воздуха, давление которого составляет 3–4 МПа, а температура 750–950 К. При этом скорость истечения топлива достигает 100–400 м/с.

Распыливание топлива и распределение его в воздушной среде камеры сгорания зависит от ряда факторов: конструктивных параметров двигателя (форма камеры сгорания) и топливоподающей системы (давления впрыска), особенностей процесса, протекающего в цилиндре двигателя, и др.

6.2. Распыливание топлива в цилиндре дизельного двигателя

Оценка качества распыливания топлива, а следовательно, и выявление воздействия различных факторов на этот процесс могут быть проведены, если измерить размеры капель топлива.

Тонкость распыливания характеризуется средним диаметром большинства капель топлива.

Установлено, что качество распыливания улучшается:

• по мере увеличения скорости струи вследствие повышения давления впрыска (рис. 6.2а);

• с увеличением противодавления воздуха, сжатого в камере сгорания (рис. 6.2б);

• при переходе к меньшим диаметрам сопловых отверстий форсунки (рис. 6.2в).

а

б в

Рис. 6.2. Распыливания топлива

Однако уменьшение среднего диаметра капель не всегда сопровождается улучшением работы двигателя. Это объясняется тем, что более мелкие капли топлива, обладая меньшей массой, не имеют возможности пробиться через плотный воздух во все части камеры сгорания, и некоторые из них ввиду недостатка кислорода не сгорают.

Поэтому в процессе впрыска важно стремиться к образованию мелких капель топлива и, одновременно, чтобы капли обладали способностью глубокого проникновения по всем направлениям в среде сжатого воздуха в камере сгорания. Проникновение капель в среду сжатого воздуха зависит от дальнобойности струи топлива.

При пониженной дальнобойности струи капли топлива не могут проникнуть в наиболее отдаленные участки камеры сгорания, происходит неполное сгорание, удельный расход топлива возрастает, мощность двигателя снижается.

Повышенная дальнобойность струи приводит к тому, что часть капель, не успев воспламениться, оседает на стенках камеры сгорания и днище поршня. При сгорании эти капли образуют нагар, удельный расход топлива возрастает, мощность двигателя снижается.

Нормальная дальнобойность струи характерна тем, что все капли топлива успевают сгорать за промежуток времени, в течение которого струя, преодолев все пространство камеры, почти достигает противоположных стенок. При нормальной дальнобойности струи двигатель развивает наибольшую мощность и экономичность. Поэтому необходимо правильно сочетать дальнобойность струи с размерами камеры сгорания.

Дальнобойность струи топлива в основном зависит от двух факторов:

• давления впрыска (рис. 6.3а),

• противодавления воздуха в камере сгорания (рис. 6.3б).

Как уже отмечалось выше, на качество распыливания и равномерность распределения капель топлива большое влияние оказывает движение потоков воздуха в камере сгорания. Это достигается применением соответствующей формы камеры сгорания в днище поршня, применением разделенных камер и другими мерами, позволяющими осуществить такое движение потоков воздуха, при котором его скорость и направление улучшают распыливание и распределение капель топлива в камере сгорания.

а

б

Рис. 6.3. Дальнобойность струи топлива