Методическое обеспечение темы «Система питания дизельных двигателей» предмета «Устройство и эксплуатация автомобиля» при подготовке сл

Изменение момента начала подачи топлива требуется при изменении частоты вращения коленчатого вала двигателя. Механическое регулирование момента подачи топлива производится с помощью центробежной муфты, расположенной на кулачковом валу. Внутри муфты находятся грузики, которые при увеличении оборотов двигателя расходятся под действием центробежных сил и поворачивают кулачковый вал относительно привода. При увеличении оборотов двигателя обеспечивается ранний впрыск топлива, при уменьшении – поздний.

Конструкция рядных ТНВД обеспечивает высокую надежность. Насосы смазываются моторным маслом системы смазки двигателя, поэтому могут работать на топливе низкого качества. Рядные топливные насосы высокого давления применяются на двигателях с раздельными камерами сгорания и непосредственным впрыском средних и тяжелых грузовых автомобилей. На легковых дизелях данный вид насоса применялся до 2000 года.

Распределительный топливный насос высокого давления

Распределительные топливные насосы высокого давления, в отличие от рядного ТНВД, имеют один или два плунжера, обслуживающих все цилиндры двигателя. Распределительные насосы обладают меньшей массой и габаритными размерами, а также обеспечивают большую равномерность подачи. С другой стороны их отличает сравнительно низкая долговечность сопряженных деталей. Все это определяет область применения данных насосов, в основном, на двигателях легковых автомобилей.

Конструкции распределительных топливных насосов высокого давления могут иметь различный привод плунжера:

• торцевой кулачковый привод (насосы Bosch VE);
• внутренний кулачковый привод (роторные насосы Bosch VR, Lucas DPC, Lucas DPS);
• внешний кулачковый привод (отечественные насосы НД-21, НД-22).

Предпочтительными в плане эксплуатации являются первые два типа привода плунжеров, т.к. в них отсутствуют силовые нагрузки от давления топлива на узлы приводного вала и, соответственно, выше долговечность.

 

Основным элементом распределительного ТНВД с торцевым кулачковым приводом плунжера (Bosch VE) является плунжер-распределитель, который совершает возвратно-поступательное и вращательное движение, обеспечивая нагнетание и распределение топлива по цилиндрам.

Возвратно-поступательное движение плунжера происходит при вращении кулачковой шайбы, которая обегает неподвижное кольцо по роликам. Шайба нажимает на плунжер, за счет чего создается давление топлива. В исходное положение плунжер возвращается с помощью пружины.

Вращение плунжера производится от приводного вала. При этом происходит распределение топлива по цилиндрам.

Регулирование величины подачи топлива осуществляется автоматически с помощью механического или электронного устройств. Механический регулятор включает центробежную муфту с грузами, которая через систему рычагов воздействует на дозатор, изменяющий величину топливоподачи. Электронный регулятор представляет собой электромагнитный клапан.

Регулирование величины опережения впрыска топлива в распределительном насосе производится путем поворота неподвижного кольца на определенный угол.

Рабочий процесс распределительного насоса включает впуск топлива в надплунжерное пространство, нагнетание и распределение в соответствующие цилиндры.

В распределительном насосе роторного типа нагнетание и распределение топлива по цилиндрам осуществляются разными устройствами плунжером и распределительной головкой. Нагнетание топлива производится с помощью двух противолежащих плунжеров, расположенных на распределительном валу. Плунжеры через ролики обегают профиль кулачковой обоймы и совершают возвратно-поступательное движение.

При движении плунжеров навстречу друг другу происходит рост давления топлива, после чего топливо по каналам распределительной головки и нагнетательным клапанам доставляется к форсункам соответствующих цилиндров.

Топливо к плунжеру (плунжерам) подается под небольшим давлением, которое создает топливоподкачивающий насос. В распределительных насосах топливоподкачивающий насос установлен на приводном валу в корпусе насоса. Конструктивно это может быть роторно-лопастной насос, шестеренный насос с внешним или внутренним зацеплением.

Смазка распределительного насоса высокого давления производится дизельным топливом, которое заполняет корпус насоса.

Магистральный топливный насос высокого давления

Магистральный топливный насос высокого давления используется в аккумуляторной системе впрыска топлива Common Rail, где он выполняет функцию нагнетания топлива в топливную рампу. Магистральные ТНВД обеспечивают более высокое давление топлива (в современных системах впрыска порядка 180 МПА и более).

Конструктивно магистральный насос может иметь один, два или три плунжера. Привод плунжеров осуществляется с помощью кулачкового вала или кулачковой шайбы.

При вращении кулачкового вала (эксцентрика кулачковой шайбы) под действием возвратной пружины плунжер движется вниз. Увеличивается объем компрессионной камеры и уменьшается давление в ней. Под действием разряжения открывается впускной клапан, и топливо поступает в камеру.

Движение плунжера вверх сопровождается ростом давления в камере, впускной клапан закрывается. При определенном давлении открывается выпускной клапан и топливо подается в рампу.

Управление подачей топлива производится в зависимости от потребности двигателя с помощью клапана дозирования топлива. В нормальном положении клапан открыт. По сигналу электронного блока управления клапан закрывается на определенную величину, тем самым регулируется количество поступающего в компрессионную камеру топлива.

Марки и основные свойства дизельного топлива.

Дизельное топливо должно обеспечивать легкий пуск двигателя, для чего в нем должно быть достаточное количество легких фракций; 50% топлива должно выкипать при температуре 225—290° С. Топливо должно обладать хорошей воспламеняемостью и большим цетановым числом.

Цетановое число дизельного топлива определяется процентным содержанием (по объему) цетана в такой смеси его с альфаметилнафталином, которая по воспламеняемости равноценна испытываемому топливу. Цетан и альфаметилнафталин — это химически чистые углеводороды, обладающие разными периодами запаздывания воспламенения. Периодом запаздывания воспламенения называется промежуток времени от начала впрыска до момента воспламенения топлива. В течение этого времени топливо испаряется, перемешивается с воздухом и подогревается до температуры самовоспламенения. Цетановое число цетана, обладающего минимальным запаздыванием воспламенения, принято за 100, а цетановое число альфаметилнафталина, обладающего наибольшим запаздыванием воспламенения, принято за 0.

При малом цетановом числе топливо имеет большой период запаздывания воспламенения, и поэтому до момента воспламенения его будет больше подано в цилиндр двигателя. В результате в цилиндре будет одновременно сгорать большое количество топлива, что вызовет резкое возрастание давления газов, а следовательно, и более жесткую работу двигателя. При применении топлива с большим цетановым числом, имеющего меньший период запаздывания воспламенения, двигатель будет работать мягче.

Дизельное топливо должно обладать низкой температурой застывания. Чем ниже температура застывания, тем лучше прокачиваемость и фильтрация топлива в холодное время.

Дизельное топливо должно обладать также необходимой вязкостью. При большей вязкости затрудняется фильтрация и прокачиваемость топлива, а также его распыление в цилиндре. При меньшей вязкости ухудшается смазка деталей топливных приборов и увеличивается их износ, а также увеличивается утечка топлива в зазорах сопряженных деталей приборов.

Дизельное топливо не должно содержать механических примесей, водорастворимых кислот и щелочей; ограничивается содержание серы. Наличие этих примесей ускоряет коррозию и износ приборов системы питания и двигателя.

Система питания топливом двигателя ЯМЗ-236.

Топливо из бака 1 (рисунок 3) под разрежением, создаваемым топливоподкачивающим насосом 9, подается к фильтру 10 грубой очистки, затем проходит топливоподкачивающий насос 9, фильтр 2 тонкой очистки и поступает в насос 7 высокого давления.

Топливо, нагнетаемое в фильтр тонкой очистки, частично проходит через фильтрующий элемент и очищенное поступает в насос высокого давления. Остальная же часть топлива без фильтрации проходит через жиклер 3 в топливный бак.

От насоса высокого давления топливо под давлением около 150 кГ/см2 подается к форсункам 5. Избыточное топливо из насоса 7 при давлении 1,3—1,5 кГ/см2, открывая перепускной клапан 6, стекает по топливопроводу в бак. Клапан 6 поддерживает в топливных каналах насоса избыточное давление, что необходимо для полного наполнения гильз топливом при быстром опускании плунжеров. В случае просачивания топлива между иглой и распылителем форсунки оно отводится от каждой форсунки по сливной трубке 4 в бак.

Рисунок 3 Схема системы питания топливом двигателя ЯМЗ-236

1 — топливный бак; 2 —  фильтр тонкой очистки; 3 — жиклер; 4 — сливная трубка; 5 — форсунка; 6 — перепускной клапан; 7 — топливный  насос высокого давления; 8 — ручной  насос; 9 — топливоподкачивающий  насос; 10 — фильтр грубой очистки; I, II, III, IV, V, VI — номера цилиндров  двигателя.

Очистка топлива.

В корпусе 4 фильтра грубой очистки топлива (рисунок 4, а) установлен фильтрующий элемент 3, нанизанный на перфорированный стальной каркас 5 с навитым на него хлопчатобумажным шнуром. Правильность установки фильтрующего элемента обеспечивается розеткой 7.

Фильтрующий элемент 3 фильтра тонкой очистки (рисунок 4, б) с торцов имеет резиновые уплотнительные прокладки. Элемент состоит из стального с мелкими отверстиями каркаса, обмотанного хлопчатобумажной лентой, на него установлен сменный фильтрующий элемент из древесной муки, пропитанной для связи особой смолой. Элемент обладает большой пористостью. Поверхность элемента обернута марлевой лентой.

Рисунок 4 Топливные фильтры: а — грубой очистки; б — тонкой очистки

1 — крышка; 2 и 5 — прокладки; 3 — фильтрующий элемент; 4 — корпус; 5—каркас фильтрующего элемента; 7 — розетка; 8 — сливная пробка; 9 — трубка; 10 — пробка для выпуска  воздуха; 11 — жиклер; 12 — пробка  для заливки топлива.

Особенности конструкции дизеля

Как уже отмечалось, конструкция дизельного двигателя подобна конструкции бензинового двигателя. Однако аналогичные детали у дизеля существенно усилены, чтобы воспринимать более высокие нагрузки - ведь степень сжатия у него намного выше (16-24 единиц против 9-11 у бензинового). Характерная деталь в конструкции дизелей — это поршень. Форма днища поршней у дизелей определяется типом камеры сгорания, поэтому по форме легко определить, какому двигателю принадлежит данный поршень. Во многих случаях днище поршня содержит в себе камеру сгорания. Днища поршней находятся выше верхней плоскости блока цилиндров, когда поршень находится в верхней точке своего хода. Так как воспламенение рабочей смеси осуществляется от сжатия, в дизелях отсутствует система зажигания, хотя свечи могут применяться и на дизеле. Но это не свечи зажигания, а свечи накаливания, которые предназначены для подогрева воздуха в камере сгорания при холодном пуске двигателя.

Технические и экологические показатели автомобильного дизельного двигателя в первую очередь зависят от типа камеры сгорания и системы впрыскивания топлива.

 

 

Типы камер сгорания

Форма камеры сгорания значительно влияет на качество процесса смесеобразования, а значит и на мощность и шумность работы двигателя. Камеры сгорания дизельных двигателей разделяются на два основных типа: неразделенные и разделенные.

Несколько лет назад на рынке легкового машиностроения доминировали дизели с разделенными камерами сгорания. Впрыск топлива в этом случае осуществляется не в надпоршневое пространство, а в специальную камеру сгорания, выполненную в головке блока цилиндров. При этом различают два процесса смесеобразования: предкамерный (его еще называют форкамерным) и вихрекамерный.

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. Впрыснутое в определенный момент топливо хорошо перемешивается с воздухом.