2553

закрепленная на рычаге 23. Рычаг вращается на оси 17. Масса пластины и рычага уравновешивается грузом 18.

При работе двигателя на пластину действует подъемная сила воздуха, стремящаяся повернуть рычаг 23. Момент, создаваемый этой силой, уравновешивается моментом, возникающим от давления топлива на плунжер 11. Поэтому каждому расходу воздуха соответствует определенный расход топлива. Для регулировки количества подаваемого топлива на малой частоте вращения коленчатого вала введен рычаг 24 с регулированным винтом.

При пуске холодного двигателя работает пусковая электромагнитная форсунка 4, в которую топливо поступает из нижней полости регулятора. Пусковая форсунка включается вместе со стартером и отключается датчиком 1 температурного режима двигателя. Кроме того, электрическая схема обеспечивает работу перепускного клапана 6, который по мере прогрева двигателя открывает перепускной канал, обеспечивая объединение смеси.

Состав смеси будет зависеть от расхода воздуха через кольцевую щель измерителя расхода воздуха и расхода воздуха топлива через зазор между выточкой плунжера 11 и окном в камеру над диафрагмой 10.

13.15.Система с электронным регулированием расхода воздуха и периодическим впрыском топлива

Система разработана фирмой Bosh и широко применяется на европейских легковых автомобилях. Дозирование топлива осуществляется электромагнитными форсунками, производящими двухразовое (один впрыск на один оборот) одновременное впрыскивание в зону впускного клапана за один рабочий цикл.

Топливо из бака 1 (рис. 81) подается насосом через фильтр 4 и редукционный клапан 16 к главным электромагнитным форсункам 7 и пусковой форсунке 10. Редукционный клапан 16 перепускает избыток топлива в бак, поддерживает в системе постоянный перепад давления 0,196 МПа между давлением топлива в корпусе форсунок и впускным трубопроводом. Поэтому объемная подача топлива зависит от продолжительности открытого состояния клапана форсунки.

170

15 ºС. Время включения форсунки увеличивается с понижением температуры охлаждающей жидкости и регулируется термометром 5. Состав смеси во время прогрева двигателя корректируется в зависимости от температуры охлаждающей жидкости, измеряемой датчиком 6. Обогащение смеси осуществляется в результате изменения длительности импульсов, управляющих работой основных форсунок. Для устойчивой работы на холостом ходу предусмотрено перепускное устройство 3.

На основе рассматриваемой системы разработано несколько их разновидностей. Для повышения стабильности работы перепускных устройств измеритель расхода воздуха заменен датчиком расхода, действующего по принципу термоанемометра. Срок службы такого измерителя близок к сроку службы автомобиля. Электронный блок заменен на блок, имеющий в своем составе микропроцессор, обеспечивающий более точную обработку сигналов датчиков.

Созданы системы, объединяющие управление зажиганием и подачей топлива. Блок таких систем представляет собой микроЭВМ. В системе используют датчики частоты вращения коленчатого вала, расхода воздуха, температуры охлаждающей жидкости и воздуха, положение дроссельной заслонки. Кроме регулирования состава смеси регулируют угол опережения зажигания.

Для автомобилей, оборудованных трехкомпонентными нейтрализаторами, созданы варианты системы с регулированием по составу отработавших газов с помощью кислородных датчиков. Стремление сократить стоимость топливной аппаратуры приводит к созданию систем с центральным впрыском топлива.

14. ПИТАНИЕ И СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕ В ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЯХ

Мощностные и экономические показатели дизельных двигателей в значительной степени зависят от качества работы топливной аппаратуры.

Топливная аппаратура должна обеспечить:

1)дозирование топлива в соответствии с нагрузочным и скоростным режимами работы двигателя;

2)одинаковую подачу топлива во всех циклах и во всех цилиндрах двигателя;

172

3)соответствующее качество распыливания топлива и распределение его по объему камеры сгорания;

4)получение оптимальных характеристик и фаз вспрыска топлива на всех скоростных и нагрузочных режимах работы двигателя;

5)длительную работу без изменения начальных регулировок;

6)минимальную массу, габариты, стоимость изготовления, а также удобство обслуживания и ремонта и т.д.

На автомобильных двигателях используют топливную аппаратуру двух типов:

1.Раздельную – насос высокого давления и форсунка выполняются отдельно.

2.Нераздельную – насос высокого давления и форсунка объединены в одном корпусе.

Топливная аппаратура обоих типов может быть выполнена, где цикловая подача изменяется плунжерной парой или с дросселированием на впуске.

У нераздельной топливной аппаратуры отсутствует трубопровод высокого давления, нет перепуска топлива в бак из фильтра тонкой очистки топлива, форсунка имеет клапанно-сопловой распылитель.

Кроме того, применяют топливную аппаратуру с топливным насосом высокого давления распределительного типа.

14.1. Процесс впрыска топлива

При перемещении плунжера давление над плунжером возрастает и когда превысит давление пружины нагнетательного клапана, а также остаточного давления в топливопроводе высокого давления, нагнетательный клапан начинает перемещаться и при этом увеличивается давление в объеме штуцера.

На входном конце нагнетательного топливопровода возникает волна давления, которая перемещается по топливопроводу со скоростью 1200–1400 м/с, и проходит расстояние до форсунки за время запаздывания .

зап LТ а ,

где LТ – длина трубопровода; а – скорость волны давления.

Угол поворота коленчатого вала за это время 6n зап , где n – частота вращения коленчатого вала.

173

При подходе волны к форсунке в ее объеме нарастает давление, под действием которого поднимается игла форсунки и происходит впрыск топлива. Перепад давлений Рв = Рф – Рц называется давлением впрыска. Рф – давление в форсунке, Рц – давление в цилиндре. Впрыск заканчивается после того, как плунжер откроет отсечное окно.

Прямая волна порождает обратную волну, которая помогает впрыску, если впрыск не закончен или вызывает дополнительный подвпрыск, что крайне нежелательно.

Протекание процесса впрыска характеризуется следующими параметрами:

1)началом и продолжительностью подачи;

2)изменением давления распыливания;

3)количеством топлива, поступающего из распылителя по времени или по углу поворота коленчатого вала.

Данные зависимости представляют в виде дифференциальных уравнений или в виде интегральных характеристик.

dVвпр d f ( ); dVвпр d f ( ).

Интегральные характеристики определяют количество топлива, поступившего из распылителя от начала подачи до любого момента.

Проинтегрировав функции от начала подачи до конца подачи, определяют цикловую подачу топлива. Зная плотность топлива, находят массовую подачу топлива Gц Vц ρТ (рис. 82).

174

Факторы, влияющие на протекание процесса впрыска топлива

Рис. 83. Определение схемы впрыскиваемого топлива

14.2. Топливные насосы высокого давления

Топливные насосы высокого давления (ТНВД) должны обеспечивать дозировку топлива в соответствии с режимом работы двигателя, подавать топливо к форсунке и обеспечивать надлежащее протекание рабочего процесса. Различают топливные насосы: односекционные, двухсекционные и многосекционные. Кроме того, применяют насосы распределительного типа. Момент закрытия впускного окна и начало открытия отсечной кромкой перепускного окна называется геометрическим началом и геометрическим концом подачи топлива. Ход плунжера между началом и концом подачи топлива называют активным ходом плунжера. Объем, описанный плунжером во время активного хода, представляет собой геометрическую подачу топлива.

Vг fпл Sпл ,

где fпл ‒ площадь плунжера; Sпл ‒ активный ход плунжера. При бесконечно малом перемещении плунжера:

Vг fпл d Sпл fпл d Sпл d d fпл Cпл d ,

где Cпл ‒ скорость плунжера.

dVг Cпл fпл.

d

Плунжер перемещается при подаче топлива кулачком, следовательно, скорость плунжера будет зависеть от профиля кулачка. В основном применяют выпуклые и тангенциальные кулачки. При тангенциальном кулачке скорость движения плунжера больше, что позволяет сократить продолжительность впрыска. Действительные фазы

176

подачи и форма волны давления значительно отличаются от геометрической из-за влияния следующих факторов: дросселирования в отверстиях втулки плунжера, нагнетательного клапана, сжимаемости топлива в объеме втулки и у штуцера насоса, утечек топлива через зазоры плунжерной пары, волны давления, отраженной от форсунки, жесткости деталей нагнетательной секции и привода.

14.3.Дросселирование

Вначале перемещения плунжера топливо из надплунжерного пространства перемещается во впускную полость. По мере перемещения плунжера скорость его возрастает, а отверстие, через которое перетекает топливо, уменьшается. Поэтому давление над плунжером возрастает и нагнетательный клапан может открыться значительно раньше, чем впускное окно перекроется плунжером. В конце подачи,

вначале открытия отсечного окна, его площадь мала и давление снижается постепенно, поэтому действительный конец подачи топлива наступает позже, в сравнении с геометрическим. Увеличение скорости плунжера приводит к усилению влияния дросселирования, особенно при уменьшении цикловой подачи.

14.4.Сжимаемость топлива

Сжимаемость топлива в объеме насоса и объеме нагнетательного клапана приводит к нарастанию давлений в этих объемах и к аккумулированию топлива в этих объемах. В результате действительная скорость подачи будет меньше геометрической. Когда давление начнёт снижаться, топливо расширяется и подача увеличивается, что приводит к запаздыванию конца подачи топлива. Влияние сжимаемости топлива тем больше, чем выше скорость нарастания давления и больше объем сжимаемого топлива. В итоге сжимаемость топлива приводит к запаздыванию начала и конца подачи топлива.

14.5. Утечка топлива через зазоры в плунжерных парах

Для снижения влияния утечек зазоры в плунжерных парах выполняют 0,5‒2,0 мкм. У многотопливных двигателей вводят смазку плунжерных пар или перепуск топлива, чтобы не было попадания топлива в корпус насоса.

177

14.6. Деформация топливной системы

Нагнетательный трубопровод должен иметь минимальные деформации, т.е. обладать высокой прочностью. Все трубопроводы должны иметь одинаковый внутренний объем (минимальный). Трубопроводы выполняют из легированной стали, с большой толщиной стенок (2‒3мм) и с внутренним диаметром 1‒3мм. У отечественных двигателей внутренние диаметры составляют 2мм, а длина не превышает 1,5 м.

14.7. Нагнетательный клапан

Нагнетательный клапан служит для разъединения полости надплунжерного пространства Vн и полости высокого давления в промежутке между вспрысками топлива или при неработающем двигателе. Тем самым исключается перетекание топлива при обратном ходе плунжера и попадания воздуха в систему. Создает условия в объемах Vн, V'н, Vф перед началом впрыска. Vф ‒ объем топлива в форсунке.

С помощью нагнетательного клапана можно корректировать скоростные характеристики.

Наибольшее распространение получили клапаны грибкового типа с разгрузочным пояском. Кроме того, применяют клапаны золотникового типа и двойного действия.

14.8. Форсунки и их характеристики

От форсунок зависит окончательный вид характеристик, качество распыливания топлива и его распределение по объему камеры сгорания. На автотракторных двигателях в подавляющем большинстве применяют форсунки закрытого типа. Запорный орган в закрытом состоянии может удерживаться предварительно затянутой пружиной или гидрозапорной жидкостью. Открытие запорного органа осуществляется под давлением вспрыскиваемого топлива. В последнее время работают над форсунками с быстродействующим магнитом.

Наиболее ответственной деталью является распылитель, который частью выступает в камеру сгорания и подвергнут действию высоких температур. Топливо и мелкие абразивные частицы двигаясь в распылителе с большой скоростью, изнашивают сопловые отверстия и посадочное гнездо. Посадочные гнезда изнашиваются в результате

178

удара при посадке иглы. Кроме того, в распылителе может быть износ кавитационного характера.

В распылителе между конусом иглы и гнездом образуется дросселирующее проходное сечение н fн, площадь которого по мере подъема иглы увеличивается. В клапанно-сопловом распылителе имеется дополнительное дросселирующее сечение 1 f1, а также дросселирующее сечение распыливающих отверстий c fc .

Число распыливающих отверстий колеблется от одного до семи, а их диаметры от 0,15 до 0,6 мм. На конце штифтового распылителя имеется штифт диаметром 1,0; 1,5; 2,0 мм. Концевая часть выполняется в виде двух усеченных конусов, сложенных меньшими основаниями. Штифтовые распылители имеют три дросселирующих сечения

– н fн, 1 f1, 2 f2. Штифтовые распылители применяют в дизелях с раздельными камерами.

Максимальное перемещение иглы не превышает 0,1‒0,5мм. Все дросселирующие сечения заменяют одним эквивалентным на основании равенства расхода топлива через него и дросселирующие сечения

(рис. 84).

р fр экв р fр 2 .

Изменение расхода топлива от перемещения иглы называется характеристикой распылителя.

Характеристики распылителей используют для расчета количества топлива, поступающего из распылителя в каждый момент времени, если известны Pф и перемещение иглы. Расчет осуществляют по

уровню расхода в каждый данный момент.

179