Система питания дизельного двигателя: устройство

Сегодня это уже не тот двигатель, который был десять лет назад, современный мотор на солярке ничем не уступает бензиновому по шумности, комфорту, экологическим показателям. А по некоторым, таким как экономичность, крутящий момент, мощность, динамические характеристики даже превосходит.

Делая свой выбор в пользу силовой установки на дизельном топливе, пользователь получает современное устройство, эксплуатация которого, с точки зрения простого обывателя, не будет достаточно сложной. Тем не менее, разница в обслуживании между бензиновым мотором и дизелем есть. Основное отличие между двумя установками, процесс воспламенения рабочей смеси.

Для его нормального осуществления не менее важно эту смесь правильно приготовить. Устройство и работа системы питания в дизельных двигателях намного сложней бензинового, чтобы правильно эксплуатировать агрегат необходимо понимать, как работает каждый её механизм.

Особенности и требование к дизельному топливу

Процесс воспламенения в дизельном агрегате происходит самостоятельно, свеча зажигания из него полностью исключена. Для подогрева воздуха, поступающего в цилиндр, может быть установлена свеча накаливания, сделано это с целью помочь мотору быстрей прогреться, при холодном запуске. При прогреве установки, свечи отключают.

Устройство топливной системы дизельного двигателя, в частности, требования, предъявляемые к ней, в основном зависят от специфических особенностей топлива. Дизель представляет собой смесь фракций, в основном керосина и газойля, полученных после извлечения из нефти бензина.

Солярка, в сравнении с бензином, обладает такими свойствами и требованиями:

• Большой вязкостью, в результате чего процесс воспламенения проходит медленней;
• Высокой температурой кипения, следовательно, испаряемость её ниже;
• Способность самостоятельно воспламеняться, пожалуй, самое главное свойство. Показатель оценивается цетановым числом, в современных видах топлива оно имеет значение 45-50, чем оно выше, тем лучше топливо.
• Чистота, это одно из главных условий нормальной подачи топлива в силовую установку. Она осуществляется посредством топливного насоса, создающего высокого давления (ТНВД), он сжимает солярку, повышая давление, после чего форсунка подаёт и распыляет её в виде тумана непосредственно в камере сгорания. Смешиваясь с горячим воздухом и одновременно сжимаясь до давления от 3 до 5 МПа, топливо само воспламеняется. При несоблюдении чистоты, подача топлива будет сильно усложнена, как результат, вся работа системы нарушена и остановлена. Поэтому в дизельных моторах очень важно использовать качественные фильтры очистки горючего от механических примесей, парафина, воды.
• Высокая плотность;
• Хорошая смазывающая способность, благодаря которой срок службы дизельных силовых установок намного превосходит бензиновые аналоги;
• Температура застывания. Этот показатель позволяет разбить топливную смесь на сорта: летние, зимние, арктические.

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.

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. 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:

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

Основные положения

Дизельная силовая установка является двигателем внутреннего сгорания, поршневого типа, процесс смесеобразования в котором происходит внутри цилиндра, а воспламенение смеси осуществляется за счет сжатия. Этим агрегат отличается от бензинового, для воспламенения смеси которого, необходимо применение внешнего источника, искровую свечу, либо тепловой элемент.

Ещё один процесс, протекающий в двигателе, с отличаем от его собрата, является процесс смесеобразования. В бензиновом агрегате смесеобразование протекает за пределами цилиндра, в специальном устройстве, смешивающем бензин и воздух, затем перемещается в трубопровод и завершается в цилиндре, во время процессов впуска и сжатия.

Максимальная схожесть с дизельным мотором по смесеобразованию присуща агрегатам с инжектором, в которых подача топлива происходит путем непосредственного впрыска в цилиндр. Однако процесс и результат смешивания в этих установках все равно существенно разнится.

Принцип работы дизельного мотора

Общий принцип работы дизельного агрегата, выполняющего четыре такта в процессе эксплуатации можно описать так:

• Процесс наполнения цилиндра чистым воздухом при движении поршня в положение нижней мертвой точки, воздух проходит через впускной клапан;
• Сжатие воздуха до его максимального нагрева, поршень движется в положение верхней мертвой точки, впускной и выпускной клапана закрыты;
• Впрыск горючего в цилиндр, его смесь с воздухом и самовоспламенение, при этом вырабатывается большое количество теплоты, увеличивается давление;
• Процесс совершения полезной работы за счет движения поршня вниз, стимулирует этот процесс действие давления газов;
• Движение поршня в положение верхней мертвой точки, выброс отработанных газов через выпускной клапан.

Нормальная работа топливной системы, условия

Что бы топливная система дизельного двигателя, включающая в себя аппаратуру и механизмы, работала стабильно, необходимо выполнение определённых требований:

• В камере сгорания должна быть обеспечена высокая температура и давление;
• Топливо и воздух, смешиваясь, должны создавать определённую пропорцию;
• Вращение коленчатого вала с определённой частотой должно соответствовать углу опережения впрыска топлива;
• Параметры воздушного заряда должны соответствовать наиболее оптимальному состоянию. Это требование очень важно, поскольку при попадании топлива в неподготовленную среду работа установки будет сильно осложнена. Параметры, оказывающие сильное влияние на процесс следующие: компрессия, температура головки поршня, количество и пропорция воздуха в камере сгорания.

Что касается степени сжатия, её параметры существенно отличаются от параметров бензинового мотора. В бензиновых силовых установках она имеет значение на уровне 10, тогда как в дизельных агрегатах может быть 20 и выше. Это обусловлено тем, большая степень сжатия позволяет создать большую температуру камеры сгорания, что значительно облегчает воспламенение топливовоздушной смеси и запуск силовой установки.

Схема топливной системы дизеля

Система подачи топлива дизельного двигателя имеет свои особенности. Во-первых, подача горючего в камеру сгорания осуществляется форсункой под колоссальным давлением. Собственно, за счет этого и происходит воспламенение смеси в цилиндрах. На инжекторных же двигателях смесь загорается при помощи искры, создаваемой свечой зажигания. Во-вторых, давление внутри системы образует ТНВД (топливный насос высокого давления).

То есть схема топливной системы (МАЗов и КамАЗов в том числе) такова, что для впрыска используются сразу два наоса. Один из них низкого давления, второй – высокого. Первый (его также называют подкачивающим) осуществляет подачу горючего из бака, а второй непосредственно занимается подачей топлива в форсунки.

Ниже представлена схема топливной системы (КамАЗ 5320):

Как видите, здесь используется гораздо больше элементов, чем на карбюраторных авто. Кстати, на некоторых модификациях КамАЗовских двигателей дополнительно устанавливают турбокомпрессор. Последний выполняет функцию снижения уровня токсичности отработавших газов и при этом повышает суммарную мощность ДВС. Такая схема топливной системы (КамАЗ 5320-5410) позволяет нагнетать горючее под более высоким давлением. При этом суммарный расход топлива остается на прежнем уровне.

Назначение топливной системы

Основное назначение системы питания дизельного двигателя, это транспортировка топлива к механизмам дозирования и распыления. Весь процесс происходит в условиях повышенного давления.

Особенностью работы системы является тот факт, что количество топлива должно подаваться строго в определённой норме, необходимой для успешной работы мотора. При увеличении либо уменьшении её возможны сбои и поломки.

Для этих целей на ТНВД устанавливается специальный прибор, всережимный регулятор.

Количество топлива и продолжительность его впрыска определяется положением цилиндра прибора, а начало и завершение процесса, зависит от прохождения определённых отверстий плунжером, которые имеются в цилиндре. Сам же уровень впрыска определяется давлением, при котором начинает открываться форсунка.

Система питания, устройство

Система питания дизельного двигателя характерна сложным строением, она включает в себя целый комплекс различных устройств. Для обеспечения правильного функционирования, топливо надо не просто подать к форсункам, а сделать это, выдержав определённое высокое давление. Это условие необходимо, поскольку только так производится точная регулировка топливной порции впрыска в цилиндр.

Система питания топливом выполняет следующие функции:

• Порционное дозирование топлива в зависимости от нагрузки и режима работы силовой установки;
• Подачу горючего в рабочую камеру с учётом заданного временного промежутка и определённой интенсивностью;
• Максимально эффективное распределение топливного тумана таким образом, что бы он равномерно обволакивал весь объём рабочей камеры;
• Максимальная очистка горючего перед подачей к механизмам и форсункам.

Форсунки

Главное предназначение форсунок – это распыление смеси в камеру сгорания. Сколько горючей смеси будет распылено, оценивается по тонкости и однородности распыления, равномерности, отсечке, поддержке необходимого давления.

Форсунки разделяют на две группы по особенностям конструкции. Различают открытые и закрытые детали. Самый ответственный элемент этого узла – распылитель. Эта деталь выбирается в зависимости от типа камеры сгорания и того, как создается смесь дизеля и воздуха.

В форсунке закрытого исполнения давление, которое необходимо для распыления смеси, напрямую зависит от отношения площадей сечений плунжера и отверстий в сопле. Давление, которого будет достаточно для открытия форсунки, определяют тем усилием, которое нужно для затяжки пружины, создающей нагрузку на запорную иглу.

Раньше широко применялись форсунки с управлением посредством гидравлической системы. Дизтопливо подается к форсунке с помощью трубопровода под высоким давлением. Трубопровод, в свою очередь, соединяется со штуцером. Внутри штуцер имеет фильтр в виде сетки. Когда горючее прошло фильтр, тогда оно проходит во внутренние каналы форсунки и распылителя. Система питания дизельного двигателя «Камаз» 740 оснащена именно такими форсунками.

Непосредственно впрыск начинается тогда, когда давление, которое создает насос высокого давления, растет, вследствие чего сжимается пружина и открывается проход смеси к соплам. Когда давление падает, игла опускается и закрывается сопла. Здесь впрыск заканчивается.

Распылители в форсунках такого типа имеют несколько отверстий. Общее число отверстий зависит от того, как выполняется смесеобразование. Закрытые форсунки имеют преимущество. Здесь лучше проходит распыление, особенно на пониженных оборотах. Меньше течет дизель, их гораздо проще регулировать.

Схема системы питания

Схема системы питания дизельного двигателя включает в себя основные компоненты, в число которых входят:

• Бак для топлива;
• Фильтры очистки топлива (грубой и тонкой);
• Насос топливный, подкачивающий;
• Насос топливный, создающий высокое давление (ТНВД);
• Форсунки;
• Трубопровод для перекачки топлива под низким давлением;
• Трубопровод высокого давления;
• Фильтр воздушный

Схема топливной системы имеет вспомогательные компоненты, к которым можно отнести электрические насосы, детали выпуска отработанных газов, фильтры очистки от сажи, глушители и т.п. Общее устройство системы питания предполагает деление топливной аппаратуры на две группы:

• Аппаратура, подводящая топливо;
• Аппаратура, подводящая воздух.

Топливная аппаратура дизельных двигателей может иметь различное устройство, система разделённого типа, на сегодняшний день является наиболее распространенной. Для этой системы характерно разделение ТНВД и форсунок на отдельно функционирующие устройства. Топливо проходит путь по путепроводам высокого и низкого давления. Проверка шлангов подачи топлива является обязательным условием эксплуатации силовой установки.

Хранение, фильтрация и подача к ТНВД происходит при невысоком давлении. После чего, топливный насос поднимает давление в системе для правильного дозирования и подачи порции топлива в камеру сгорания в нужный момент.

Систему питания дизельного мотора обслуживает два насоса:

• Насос, создающий высокое давление;
• Насос, подкачки топлива.

Насос подкачки топлива осуществляет подачу солярки из бака к фильтрам грубой и тонкой очистки и дальше к насосу, создающему высокое давление. Этот путь жидкость проходит с относительно невысоким показателем давления.

Проходя ТНВД, давление топлива нагнетается до высокого уровня. Порядок работы цилиндров определяет подачу рабочей смеси. Насос, создающий высокое давление имеет несколько секций, каждая из которых отвечает за определённый цилиндр двигателя.

Устройство системы питания дизельного двигателя, осуществляющего два такта, может иметь неразделённый тип. Для таких систем применяется специальное устройство, насос-форсунка. Это своего рода объединение топливного насоса, создающего высокое давление и форсунки в один прибор.

Такие моторы имеют небольшое распространение, поскольку срок службы изделия намного меньше, работа происходит жестко, с большим шумом. Конструкция не предусматривает наличие магистрали высокого давления.

Конструктивный принцип работы системы питания дизельного двигателя, получившего наибольшее распространение, предусматривает расположение форсунок в головке блока цилиндров. Основная задача такого расположения, точное распыление топлива в камере сгорания. К ТНВД, поступает большой объём солярки, её излишки отводятся обратно в бензобак по дренажным трубам.

Форсунки могут быть двух типов:

• Закрытого типа;
• Открытого типа.

Более широкое применение имеют форсунки закрытого типа. В устройстве таких форсунок есть специальная запорная игла, которая закрывает отверстие подачи топлива. Поэтому, полость форсунки соединяется с камерой сгорания только при открытии отверстия и впрыске жидкости.

Система питания дизеля

1. Описание устройства и работы систем питания дизельного

Система питания дизельного двигателя служит для раздельной подачи в цилиндры двигателя очищенного жидкого топлива и воздуха, распыливания топлива в камере сгорания и выпуска отработавших газов.

Рис. 1. Принципиальная схема системы питания дизельного двигателя

Состоит (рис. 1) из топливо и воздухоподводящей аппаратуры, выпускного газопровода и глушителя шума отработавших газов. В 4-ех тактных дизелях обычно применяется аппаратура раздельного типа. В этом случае топливный насос высокого давления (ТНВД) и форсунки конструктивно выполнены раздельно. Топливо подача осуществляется по двум основным магистралям: низкого и высокого давления. Назначение механизмов и узлов: магистраль низкого давления (МНД) – хранение, фильтрация и подача топлива к ТНВД, механизмы и узлы магистрали высокого давления МВД обеспечивают подачу и впрыскивание необходимого количества топлива в цилиндры двигателя. Конструктивные элементы: топливный бак – 13, топливозаборник – 14, фильтр грубой очистки – 15, топливоподкачивающий насос – 4, фильтр тонкой очистки – 2, насос высокого давления – 11, форсунка -9, воздушный фильтр – 8, камера сгорания – 10, М.Н.Д. – 16,12,5, М.В.Д. – 6, магистрали сливные – 1,7.

В некоторых топливных системах дизелей топливный насос высокого давления и форсунка объединены в одном узле – насос-форсунке, приводимой в действие от отдельного кулачка распределительного вала. Применение насос-форсунок позволяет избавиться от трубопроводов высокого давления, обеспечить более стабильную подачу топлива на различных режимах работы двигателя, достичь более высокого давления впрыска (до 150-200 МПа).

Топливо подается в цилиндры в конце такта сжатия, при этом давление в цилиндре достигает 2,5…5,0 МПа. Поэтому для хорошего распыливания топлива давление его впрыска должно быть значительно больше. Существует несколько способов подачи топлива: компрессорный

– подача топлива осуществляется с помощью сжатого воздуха при давлении 6,0 – 8,0 МПа (сложность конструктивная и большие размеры, но качественное распыливание);
бескомпрессорный
– механическим способом с помощью насоса высокого давления, который должен обеспечить тонкое и равномерное распыливание (распределение) частиц топлива в камере сгорания.

Топливом для дизелей служат продукты переработки нефти: газойль, соляровое масло и основной вид – дизельное топливо, обладающее следующими свойствами:

1. Низкой температурой самовоспламенения (350…380)˚С.
2. Малым периодом задержки воспламенения – 0,005 с.

Период задержки воспламенения оценивается «цетановым числом», определяемым по % содержанию цетана в смеси с α – метилнафталином, эквивалентной по воспламеняемости данному топливу. Цетан

(С16Н34) – углеводород, обладающий высокой склонностью к воспламенению, которая условно принята за 100 единиц.
Альфаметилнафталин
(С11Н10) в отличие от цетана обладает низкой склонностью к самовоспламененю (условно принята за 0 единиц). Установлена следующая связь между цетановым числом и поведением топлива в дизеле. С повышением цетанового числа топлива процесс сгорания протекает более плавно, двигатель работает экономичнее и не так жестко, как на низкоцетановом топливе. Мягкая работа дизельных двигателей обеспечивается 65 ≥ ц.ч. ≥40. При дальнейшем повышении цетанового числа топливо начинает сгорать не полностью, усиливается дымление и повышается расход топлива. Цетановое число топлива оказывает большое влияние на легкость пуска двигателя: чем оно выше, тем при более низкой температуре возможно запустить дизель. Выпускают топливо трех типов: ДЛ(летнее), ДЗ(зимнее), ДА – арктическое t˚C

https://akki-carsh.ru/dvigatel/sistema-toplivopodachi.html