Архив WinRAR_1 / 2 - Двигатели / 40 - системы питания дизелей

Системы питания дизельных двигателей

Топливная система дизеля обеспечивает хранение, подготовку и подачу топлива в определенный период рабочего цикла и его распределение в камере сгорания. Система также осуществляет дозирование топлива при его подаче в цилиндры.

Для сгорания в цилиндре топливо распыливается на капли размером несколько десятков микрон. Это оказывается возможным при впрыскивании топлива через отверстия форсунок диаметром до 0.15мм со скоростью 200...400м/с. Последнее требует подачи топлива под давлением до 150 МПа, а иногда и выше.

На начальном этапе дизелестроения смесеобразование в цилиндрах осуществлялось пневматическим распыливанием. При этом способе в форсунку от насоса низкого давления подавалась отмеренная цикловая порция топлива, а от поршневого компрессора - сжатый воздух под давлением, на 1.5-3 МПа больше, чем давление в конце процесса сжатия. Несомненное преимущество этого способа - хорошее перемешивание топлива с воздухом. Совершенствование технологии позволило перейти на насосное впрыскивание топлива.

Топливные системы дизельных двигателей разделяют на системы непосредственного (насосного) впрыскивания и аккумуляторные. Кроме того, насосные системы рассматривают как схемы разделенного и неразделенного типов. Система разделенного типа включает следующие основные узлы и элементы:

1. Топливный бак с указателем или датчиком уровня топлива.

2. Фильтр грубой очистки топлива.

3. Подкачивающий топливный насос.

4. Фильтр тонкой очистки топлива.

5. Топливный насос высокого давления.

6. Топливопроводы низкого и высокого давления.

7. Форсунки.

Топливные фильтры предохраняют топливную систему от загрязнения и по конструкции аналогичны фильтрам систем смазки и питания карбюраторных двигателей. Трубопроводы высокого давления должны обеспечивать надежную работу системы при пульсирующих давлениях до 250 МПа в условиях достаточно высокой вибрации. Поэтому изготовляют их обычно из вязкой легированной стали.

Характерной особенностью топливных систем высокого давления являются возникающие в них при работе волновые явления, обусловленные сжимаемостью жидкого топлива. Движение и отражение волн давления могут вносить существенные отклонения в работу топливной системы при изменении скорости вращения двигателя и вызывать, в частности, вторичное впрыскивание топлива через форсунку. По этой причине стремятся снизить длины топливопроводов высокого давления до минимальных значений (не более 1.5м). Если это осуществить не удается, то устанавливают отдельные насосы для каждого цилиндра или группы цилиндров.

Система неразделенного типа отличается тем, что в ней применяются топливный насосы высокого давления и форсунки, объединенные в один агрегат. Такие системы применяются значительно реже, чем разделенные, хотя и являются более перспективными.

Устройство и принцип действия топливных насосов высокого давления золотникового типа.

Топливные насосы двигателей с воспламенением от сжатия (дизелей) выполняют следующие функции:

а) дозирование подаваемого под высоким давлением топлива в цилиндр соответственно режиму работы двигателя;

б) обеспечение подачи топлива в камеру сгорания в требуемый момент (функция фазирования), за определенный период времени и по заданной характеристике впрыскивания (закону подачи).

Наиболее распространенными типами насосов являются плунжерные. Их разделяют на многосекционные, в которых каждая секция подает топливо только в один цилиндр, и распределительные. У последних каждая секция подает топливо в несколько (до шести) цилиндров двигателя.

Рядные топливные насосы обычно объединяют в одном корпусе несколько насосных элементов (секций). Плунжер приводится в движение кулачком вала через роликовый толкатель. Обратное движение плунжер совершает под действием пружины. Работа насосной секции происходит следующим образом. Когда плунжер двигается вниз, топливо через канал и окно заполняет надплунжерное пространство. При движении вверх плунжер перекрывает окно в гильзе. С этого момента топливо в надплунжерном пространстве начинает сжиматься и при давлении порядка 1 МПа поднимает нагнетательный клапан, преодолевая усилие его пружины. Когда давление достигает 12-16 МПа, форсунка производит впрыскивание топлива в цилиндр. В тот момент, когда отсечная кромка выемки на плунжере откроет перепускное окно, сжатое топливо с большой скоростью устремляется в перепускную полость. Давление над плунжером быстро снизится и нагнетательный клапан под действием пружины и давления топлива начнет опускаться вниз. С целью резкой отсечки подачи топлива, нагнетательный клапан имеет разгрузочный поясок. При входе цилиндрического пояска в направляющий канал седла клапана происходит разъединение трубопроводов высокого давления от нагнетающей полости насоса. Разгрузочный поясок, опускаясь ниже резко снижает давление в трубопроводах, вследствие увеличения объема нагнетательной полости на величину объема, описываемого цилиндрической частью притертого пояска клапана.

Резкая отсечка подачи топлива и снижение остаточного давления в нагнетательном трубопроводе предотвращают подтекание топлива из сопел форсунки и повторное впрыскивание.

После окончания впрыскивания запирающий конус нагнетательного клапана отделяет объем трубопроводов от надплунжерного пространства. Небольшое и почти постоянное давление в нагнетательных трубопроводах обуславливает идентичную подачу топлива на различных режимах работы двигателя.

Регулирование количества впрыскиваемого топлива осуществляется поворотом плунжера вокруг его продольной оси. Обычно это осуществляется с помощью зубчатой рейки. При повороте плунжера, благодаря косой отсечной кромке изменяется момент открытия перепускного окна, т.е. изменяется подача топлива насосной секцией. Соответствующим профилированием кромки, определяющей момент закрытия наполнительного окна, можно изменять момент начала впрыскивания.

Увеличение скорости движения плунжера приводит к росту давления в надплунжерном пространстве, сокращению продолжительности впрыскивания и улучшению распыливания. Однако увеличение скорости плунжера ведет к возрастанию инерционных сил и износу деталей насоса. Поэтому стремятся кулачку придать такую форму, при которой экономичная работа получалась бы при удовлетворительной износостойкости.

Продолжительность процесса впрыскивания в зависимости от типа двигателя и режима его работы лежит в пределах 15-30° поворота коленчатого вала. Закон подачи топлива (характеристика впрыскивания) выбирается исходя из тех соображений, чтобы за период запаздывания самовоспламенения в цилиндр была впрыснута небольшая часть всей порции топлива, и к концу впрыскивания скорость подачи нарастала. Второе требование удовлетворяется за счет роста к концу впрыскивания давления распыливания или увеличения сечения сопловых отверстий (штифтовой распылитель).

Материалы, используемые для плунжерных пар, должны обладать высокой износостойкостью и твердостью, сохранять размеры и геометрическую форму, иметь малый коэффициент линейного расширения. Для втулки и плунжера используют легированные стали ШХ15 и ХВГ, хромомолибденовые стали типа 30ХН3ВА. Высокие требования предъявляются к качеству механической обработки этих деталей. Отобранные плунжерные пары сортируют на группы по гидроплотности. В насос устанавливают пары одной группы. После притирки и проверки плунжерную пару не разукомплектовывают. С помощью селективной сборки удается обеспечить диаметральный зазор в них 1-3 мкм.