Як працює система живлення дизельного двигуна?

Принцип роботи дизельної системи Система нагнітає та впорскує паливо у камеру згоряння з повітрям під великим тиском. Система впорскування дизельного палива включає: ТНВД – нагнітає тиск палива. Паливопровід високого тиску подає паливо в паливну форсунку. Кеш

Для чого призначена система живлення дизельного двигуна?

Система живлення дизеля призначена для зберігання дизельного палива, очищення палива і повітря та подачі їх в циліндри двигуна, а також для виведення продуктів згоряння в атмосферу. Кеш

Яким вимогам має відповідати система живлення дизеля?

Система живлення дизелів має відповідати таким вимогам: ■ створювати високий тиск упорскування палива в циліндр; ■ дозувати порції палива відповідно до навантаження дизеля; ■ впорскувати паливо в камеру згоряння в певний момент, протягом заданого проміжку часу і з певною інтенсивністю; ■ добре розпилювати й рівномірно ... Кеш

Дизельный двигатель — Википедия Ди́зельный дви́гатель (в просторечии — дизель) — поршневой двигатель внутреннего сгорания, работающий по принципу самовоспламенения распылённого топлива от воздействия разогретого при квазиадиабатном сжатии воздуха . Применяется в основном на судах, … See more

Система живлення дизельних двигунів

У сучасних дизельних двигунів, у тому числі й у всіх вітчизняних моделей, застосована роздільна система упорскування палива в циліндри. Така система передбачає установку одного об'єднаного насоса високого тиску й окремих форсунок закритого типу на кожен циліндр двигуна.

Система живлення дизельних двигунів складається з ліній низького і високого тиску. По лінії низького тиску паливо подається з основного бака до насоса високого тиску. Лінія високого тиску служить для упорскування дозованої кількості палива в циліндри двигуна відповідно до порядку їхньої роботи.

Принципова схема системи живлення дизельного двигуна показана на мал. 1. Насос низького тиску 6 (практично цей насос установлюють звичайно на корпусі насоса високого тиску) засмоктує паливо з бака 1 через фільтр грубого очищення 7 у свою порожнину усмоктування. Далі цей насос нагнітає паливо через фільтр тонкого очищення 3, у паливний насос високого тиску 4. Останній упорскує його через форсунки 2 безпосередньо в камери згоряння двигуна. Надлишкове паливо разом з повітрям, що потрапило в систему, відводяться по дренажних трубках у паливний бак. У нього також зливається паливо, що проникло в порожнини пружин форсунок. Паливні баки, застосовувані на автомобілях з дизельними двигунами, розраховані на великий запас ходу (350-400 км); установлюють їх на кронштейнах, закріплюючи хомутами.

Усередині паливних баків виконані перегородки, що підвищують їхню міцність і запобігають хлюпанню палива.

У корпус бака уварена заливна горловина з герметично закриваючоюся пробкою, у якій розташовані два клапани: впускний, що відкривається при зниженні тиску до 0,097- 0,098 МПа, і випускний, що відкривається при підвищенні тиску в баці до 0,11-0,115 МПа.

Рис. 1. Принципова схема системи живлення дизельного двигуна:

1 - паливний бак; 2 - форсунка; 3 - фільтр тонкого очищення палива; 4 - паливний насос високого тиску; 5 - регулятор; 6 - паливний насос низького тиску; 7 - фільтр грубого очищення палива

ЛІНІЯ ПОДАЧІ ПАЛИВА НИЗЬКОГО ТИСКУ

У лінію низького тиску входять фільтри грубого і тонкого очищення палива, паливоподаючий насос з додатковим насосом для ручного прокачування системи і паливопроводи низького тиску.

Фільтр грубого очищення палива призначений для затримки великих часточок, що забруднюють паливо перед його подачею в паливоподаючий насос. Будову такого фільтра показано на мал. 2. Фільтр складається з корпуса 4, у якому розташований фільтруючий елемент 3, що складається із сітчастого металевого каркаса з навитим на нього ворсистим бавовняним шнуром. Паливо, проходячи між витками шнура, залишає на його ворсинках механічні домішки. Очищене паливо надходить у внутрішню порожнину фільтруючого елемента і далі в відвідний паливопровід. У нижній частині корпуса мається зливальний отвір із пробкою 5 для зливу відстою. Зверху корпус закритий кришкою 1 з ущільнювальною прокладкою 2. У кришці виконані гнізда з різьбленням для приєднання штуцерів що підводить і відводить паливопровід.

Фільтр тонкого очищення служить для остаточного очищення палива перед його подачею в паливний насос високого тиску. Його розташовують у найвищій точці системи живлення, що полегшує збір і видалення повітря, що потрапило в паливну систему.

Пристрій фільтра тонкого очищення показано на мал. 3. Він служить для більш ретельного очищення палива. Через середину корпуса цього фільтра проходить стрижень 5, на який надітий фільтруючий елемент 4 у виді сталевого сітчастого каркаса. Усередині каркаса проходить трубка з отворами, обмотана тканиною. На тканину нанесений спеціальний состав (деревне борошно, просочене пульвербакелитом), поверх якого накладено кілька витків марлі. З торців фільтруючий елемент закритий пластинчастими фланцями. До кришки корпуса фільтра елемент притискається циліндричною пружиною 2 за допомогою шайби 3. У кришці розташований жиклер 6, через який у зливальний трубопровід проходить частина палива і повітря, що потрапила в систему. Відстій зливається через пробку 1.

В даний час використовуються фільтри зі змінним паперовим патроном, що, зокрема , застосовується на автомобілях КАМАЗ.

Паливоподаючий насос поршневого типу застосовують у більшості автомобільних дизельних двигунів. Будову такого насоса показане на мал. 4.

Рис. 2. Фільтр грубого очищення палива:

1 - кришка; 2 - прокладка; 3 - фільтруючий елемент; 4 - корпус; 5 - пробка для зливу відстою

Рис. 3. Фільтр тонкого очищення палива:

1 - пробка для зливу відстою; 2 - пружина; 3 - шайба; 4 - фільтруючий елемент; 5 - стрижень; 6 - жиклер; І - зливши палива; ІІ - до насоса високого тиску

Рис. 4. Паливоподаючий насос:

а - основний насос, що подає; б - ручний насос, що підкачує; І - корпус; 2 - дренажний канал; 3 і ІІ - поршні; 4 - возпратная пружина поршня; 5 - пробка; 6 - шток; 7 і 13 - клапани; 8 і 12 - пружини; 9 - рукоятка; 10 - цнлиндр ручного насоса

Розміщений в корпусі 1 поршень 3 переміщається в одному напрямку під дією штока 6, що піднімається ексцентриком на кулачковому валу насоса. Усередині поршня встановлена пружина 4 (опорою для неї служить виточення в пробці 5), що повертає поршень у зворотному напрямку. У корпус насоса паливо надходить через клапан 7, що відкривається під дією розрідження і закривається під тиском пружини 8. До насоса високого тиску паливо подається при відкритті клапана 13, навантаженого пружиною 12.

Робота паливоподаючого насосу показана на мал. 5. Поршень 3, переміщаючи під дією штока 4, витісняє паливо з порожнини А через нагнітальний клапан, що відкривається, 1 у порожнину Б. Коли поршень змінює напрямок свого руху і переміщається під дією пружини 8, тиск у порожнині Б підвищується і паливо подається до насоса високого тиску. Під час цього ходу під поршнем створюється розрідження, у результаті чого впускний клапан 2 відкривається і паливо надходить з бака через фільтр грубого очищення в порожнину насоса А.

Якщо треба підкачати паливо при непрацюючому двигуні, користаються насосом з ручним приводом, установленим на паливоподаючому насосі.

У лінії низького тиску використовуються трубопроводи, виготовлені зі сталі, міді чи маслобензостойкої пластмаси. У лінії високого тиску застосовують сталеві трубопроводи великої міцності, по кінцях яких зроблені висадження для утримання накидних гайок, що кріплять їх до штуцерів паливного насоса високого тиску і до форсунок.

ЛІНІЯ ПОДАЧІ ПАЛИВА ВИСОКОГО ТИСКУ

Для забезпечення гарного розпилення палива, що впорскується в середовище щільно стиснутого повітря, необхідно подавати його під високим тиском. З цією метою дизельні двигуни мають насос високого тиску, що разом з форсунками і трубопроводами утворить лінію високого тиску.

У циліндри двигуна під дією насоса високого тиску через форсунки закритого типу в строго визначених дозах (у залежності від навантаження двигуна і режиму його роботи) упорскується паливо.

Рис. 5. Схема роботи паливоподаючого насоса:

а - рух поршня вниз - паливо подається до насоса високого тиску; б - рух поршня нагору - паливо заповнює порожнину Б; 1 - нагнітальний і 2 - впускний клапани; 3 - поршень; 4 - шток; 5 - ролик; 6 - кулачок вала приводу; 7 і 8 - пружини; А и Б - порожнини

Таким чином, паливний насос високого тиску насамперед відміряє визначені дози палива, подавані в кожен циліндр за один робочий хід. Тому що ці дози повинні бути дуже незначними й однаковими для кожного циліндра. Насоси високого тиску виконують з великим ступенем точності.

Паливо подають паливним насосом високого тиску в строго визначений момент, за дуже короткий проміжок часу, з можливістю зміни моменту випередження упорскування стосовно проходу поршня через в.м.т. наприкінці ходу стиску. Паливний насос обслуговує всі циліндри двигуна.

Паливні насоси високого тиску, застосовувані в сучасних автомобільних дизельних двигунах, відносяться до плунжерного типу з окремою секцією на кожен циліндр двигуна. Усі секції об'єднані в одному корпусі і приводяться в дію від загального кулачкового вала, що одержує обертання через шестерний привід від розподільного вала двигуна.

У більшості насосів високого тиску всі плунжерні секції розташовані в один ряд, у деяких насосів, наприклад установлюваних на двигунах ЯМЗ-740, плунжерні секції розташовуються в два ряди під кутом 75° одна до іншої.

Пристрій насоса високого тиску показане на мал. 6. Він складається з корпуса 7 насоса, плунжерних секцій, кулачкового вала 1, регулятора частоти обертання і муфти випередження упорскування. Кожна секція насоса являє собою гільзу 11 із плунжером, що рухається усередині неї, 12.

Гільзи встановлені в розточеннях корпуса насоса і фіксуються в ньому стопорними гвинтами 6. Верхній отвір у гільзі впускний, він сполучається з каналом Б підведення палива в корпусі насоса. Нижній (пропускний) отвір у гільзі з'єднано з каналом А відводу палива. На зовнішній поверхні верхньої частини плунжера мається кругова проточка. Вище її розташований фасонний паз, що починається знизу гвинтовою канавкою і закінчується прямолінійною вертикальною канавкою. Цей паз з'єднує простір над плунжером з кільцевою порожниною, утвореною круговим виточенням на плунжері. Зверху до гільзи прилягає сідло нагнітального клапана 10, що притискається до торцевої поверхні гільзи штуцером 8, укрученим у корпус насоса. До штуцера приєднаний нагнітальний трубопровід високого тиску.

Плунжери всіх секцій приводяться в рух від загального кулачкового вала 1, розташованого в нижній частині корпуса і встановленого на конічних роликових підшипниках. Кулачок діє на плунжер 12 через роликовий штовхальник 18, що постійно притискається до кулачка пружиною 15. Під дією цієї пружини, що спирається на тарілку 2, плунжер рухається вниз. Провертанню штовхальника перешкоджає вісь 19 ролика, що має виступи, що входять у пази на розточеннях корпуса. Ролик 21 штовхальника встановлений на втулці, що плаває, 20. Для регулювання моменту початку подачі палива в штовхальник 18 укручений регулювальний гвинт 16, що фіксується у визначеному положенні контргайкою 17.

Рис. 6. Поперечний розріз насоса високого тиску:

1 - кулачковый вал; 2 - нижня тарілка; 3 - поворотна втулка; 4 - верхня тарілка; 5 - зубцюватий сектор; 6 - стопорний гвинт; 7 - корпус; 8 - штуцер; 9 - пружина нагнітального клапана; 10 - нагнітальний клапан; 11 - гільза; 12 - плунжер; 13 - гвинт обмеження ходу рейки; 14 - пальці ведучої напівмуфти; 15 - пружина; 16 - регулювальний БИНТ; 17 - контргайка; 18 - штовхальник; 19 - вісь ролика; 20 - втулка, що плаває; 21 - ролик; А и Б - канали відводу і підведення палива.

Розглянемо роботу насоса високого тиску. Коли плунжер 2 (мал. 7) опускається (положення І), простір над ним заповнюється паливом, що надходить через отвір Д в гільзі 1 і канал Б (див. мал. 6) підведення палива. При русі плунжера нагору (мал. 7, положення ІІ) цей отвір перекривається торцевою крайкою плунжера і тиск у просторі над плунжером підвищується. Зі збільшенням тиску до 1,2-1,8 МПа відкривається нагнітальний клапан 10 (див. мал. 6) і паливо через штуцер каналу А відводу палива і трубопровід високого тиску надходить до форсунки. Плунжер продовжує підніматися і відповідно підвищує тиск.

Рис. 7. Плунжер форсунки:

а - схема роботи; б - нагнітальний клапан; 1 - гільза; 2 - плунжер; 3 - робоча гвинтова канавка плунжера; 4 - корпус нагнітального клапана; 5 - нагнітальний клапан; А и Б - пропускні отвори плунжера і гільзи; В и Е - паливні канали в корпусі насоса; Г - розвантажувальний пасок клапана; Д - вхідний отвір; Ж - горизонтальний отвір плунжера; 3 - неробоча гвинтова канавка плунжера; І - заповнення гільзи паливом; ІІ й ІІІ - положення плунжера на початку і кінці середньої подачі; ІV і V - положення плунжера при повній і нульовій подачах,

Коли його величина досягає 15 МПа, піднімається голка форсунки і доза палива, подана насосом, впорскується в циліндр двигуна. При підході плунжера до в.м.т. (мал. 7, положення ///) його крайка відкриває пропускний отвір Б гільзи, що з'єднує порожнину гільзи з каналом, що відводить, у результаті чого тиск над плунжером і в трубопроводі, що веде до форсунки, падає. Нагнітальний клапан закривається, і надходження палива в циліндр припиняється. Для більш кращого процесу згоряння необхідно, щоб подача палива завершувалася чітким відсіченням. Для цього на нагнітальному клапані 5 роблять розвантажувальний пасок Г, що збільшує обсяг у паливопроводі між форсункою і клапаном.

Величина дози палива, що впорскується, залежить від тривалості подачі, тобто від моменту відкриття крайкою гвинтової канавки і плунжера пропускного отвору Б. Чим пізніше відкривається пропускний отвір, тим більша кількість палива впорскується в циліндр. Більш раннє відкриття пропускного отвору зменшує кількість палива, що впорскується.

Для зміни тривалості упорскування плунжер повертають так, щоб крайка гвинтоподібної канавки раніш чи пізніше відкрила пропускний отвір.

Для повороту плунжера в гільзі кожної секції мається втулка. У верхній частині ця втулка несе на собі зубцюватий вінець, утримуваний стяжним гвинтом, а в нижній частині виконані два вертикальних пази, у котрі входять повідці плунжера. Завдяки великій довжині пазів повідці можуть переміщатися в них на всю довжину ходу плунжера.

З зубцюватими вінцями всіх секцій знаходиться в зачепленні зубцювата рейка, встановлена в корпусі насоса високого тиску, і приводи системою тяг від відцентрового регулятора, що керує подачею палива.

Подовжнє переміщення рейки викликає поворот утулок на гільзах і відповідне зміна положення плунжерів. Усуваючи рейку в корпус насоса, збільшують подачу палива, а висуваючи - зменшують.

Момент подачі палива в циліндр повинний бути зв'язаний з положенням його поршня. Надходження палива в циліндр повинне завершуватися до приходу поршня у в.м.т. Зі збільшенням частоти обертання вала двигуна зменшується час кожного ходу поршня. Відповідно повинний змінюватися і момент подачі палива, щоб уся порція вприснутого палива встигла запалитися і згоріти в той час, коли поршень знаходиться біля в.м.т.

Кут випередження подачі палива змінюється поворотом кулачкового вала насоса. При повороті кулачкового вала по напрямку його обертання кут випередження подачі палива збільшується, проти - зменшується. Змінюється кут випередження автоматично під дією відцентрової муфти, установленої на передньому кінці кулачкового вала насоса.

Між моментом початку подачі палива насосом, обумовленим відкриттям нагнітального клапана, і моментом упорскування палива форсункою мається невелика різниця в часі. Це пояснюється деякою деформацією паливопровода високого тиску і стискальністю палива.

Форсунки, застосовувані на сучасних дизельних двигунах, закритого типу з гідравлічним підйомом голки, тобто прохідний перетин розпилювача перекривається голкою, що піднімається тиском палива в момент упорскування.

На мал. 8 показаний пристрій форсунки закритого типу. Вона складається зі сталевого корпуса 4, до якого гайкою 3 приєднаний корпус 2 розпилювача. У корпусі розпилювача встановлена голка І, що складає разом з корпусом розподільника прецизійну пару. У нижній частині розпилювача маються чотири соплових отвори для упорскування палива.

Загальні відомості про систему живлення дизельного двигуна

Система живлення дизеля призначена для зберігання дизельного палива, очищення палива і повітря та подачі їх в циліндри двигуна, а також для виведення продуктів згоряння в атмосферу.

Система живлення містить паливний бак 1, фільтри грубої і тонкої очистки палива 4 і 8, паливопідкачувальний насос (помпу) 5, паливний насос високого тиску 6, форсунки 10 і паливопроводи низького і високого тиску 7 і 12. Повітря очищається у повітроочиснику 9.

Паливо з бака всмоктується підкачувальним насосом і через фільтр тонкої очистки подається до паливного насоса високого тиску. Між підкачувальним насосом і паливним баком розміщено фільтр грубої очистки.

Фільтри грубої і тонкої очистки звільняють паливо від домішок перед надходженням до секцій паливного насоса, звідки під тиском воно подається до форсунок. Форсунки впорскують паливо у дрібнорозпиленому вигляді у циліндри двигуна. Паливо, що пройшло крізь нещільності деталей форсунки, відводиться зливною трубкою 11 до фільтра тонкої очистки. Через трубку 13 надлишки палива з головки ПНВТ відводяться до паливопідкачувальної помпи.

Повітря всмоктується у повітроочисник, очищається там і через впускний трубопровід і відкритий клапан надходить у циліндр двигуна.

Відпрацьовані гази виводяться випускними трубопроводами і викидаються в атмосферу через вихлопну трубу.

Дизельне паливо

Дизельне паливо виробляють з нафти при перегонці шляхом нагрівання до температури 200. 360°С, коли википають продукти, що й утворюють це паливо.

Для забезпечення мащення тертьових поверхонь перед пуском дизеля, що полегшує пуск і зменшує спрацювання деталей, на дизелях модифікації СМД-60 і ЯМЗ-240 встановлений насос передпускового прокачування масла.

В Україні чинний державний стандарт технологічних умов з виготовлення дизельного палива ДСТУ 3868-99. Цим стандартом передбачено дві марки дизельного пального: Л — літнє, яке використовується при температурі зовнішнього повітря не нижче мінус -5°С і 3 — зимове, яке використовується при температурі повітря мінус 5°С і вище.

Згідно із державними стандартами регламентуються такі основні фізико-хімічні показники дизельного палива: цетанове число, в’язкість, зольність, наявність сірки, механічних домішок та води, температура самозаймання, помутніння, застигання та ін.

Схильність палива до самозаймання оцінюється за цетановим числом: чим воно вище, тим коротший період затримки запалювання і легша робота дизеля.

Цетанове число визначають на спеціальній моторній установці, для автотракторних дизелів воно має бути 40. 50.

Важливим фактором, який впливає на роботу паливної системи, є кінематична в’язкість (м2/с) палива. Її вимірюють у сантистоксах (сСт), якими характеризується текучість рідини. Чим густіше середовище, тим більшою кількістю одиниць оцінюється в’язкість. Підвищення температури палива зменшує в’язкість. Таким чином, застосування зимового малов’язкого палива влітку зумовить зниження продуктивності паливної групи дизеля. Тому вміст сірки у паливі для швидкохідних дизелів не може перевищувати 0,2 %.

Температура самозаймання палива характеризує його пожежонебезпечність при зберіганні, а температура застигання — можливість використання у холодних умовах без підігрівання.

Стандарти не допускають присутності у паливі механічних домішок та води. Найчастіше причинами виходу з ладу паливної апаратури є забруднення і обводнення палива під час транспортування, зберігання і заправки у польових умовах.

Перед заправкою паливо повинно відстоятися не менше 48 годин у спеціальних резервуарах, обладнаних поплавцями-забірниками. Заправка паливних баків тракторів повинна бути механізованою і провадитись закритим способом.

Якість дизельного палива в країнах Європейської спільноти (специфікація EN 590) нормується за такими мірками:

введена	Масова частка сірки, %, не більше	Цетановий індекс, не менше	Вміст поліароматичних вуглеводнів, %, не більше
Євро-2	з 1996	0,05	49	11
Євро-3	з 2000	0,035	51	11
Євро-4	з 2005	0.005	51	11
Євро-5	з 2010	0.001	51	11

Сумішоутворення в дизельних двигунах

Для повного згоряння 1 кг дизельного палива теоретично необхідно 15 кг (12,5 м3) повітря. У циліндри дизеля надходить значно більше повітря ніж теоретично необхідно. Тому на кожний кілограм палива в циліндри подається не 15, а .24 кг повітря. За таких умов кожна частка палива матиме навколо себе необхідну для повного згоряння кількість кисню.

Наповнення циліндрів двигуна повітрям залежить також від способу його подачі. Застосування турбонаддуву дозволяє значно збільшити заряд повітря, який надходить у циліндри двигуна.

Підвищене наповнення циліндрів повітрям дає можливість подавати і спалювати більшу кількість палива, завдяки цьому потужність двигуна із турбонаддувом підвищується на 25. 30%.

Паливо впорскується форсункою в циліндри двигуна під тиском, який в кілька разів перевищує тиск повітря в камері стиску зі швидкістю 150. 500 м/с.

Суміш утворюється в циліндрах дизеля протягом тисячних часток секунди (0,002. 0,003 с).

На процес приготування однорідної суміші впливає також форма камери згоряння. Нерозділена камера згоряння обмежена фасонним днищем поршня та поверхнями головки і стінок циліндра. Завдяки компактності цієї камери у дизелів з нерозділеною камерою згоряння менші теплові витрати, тому вони порівняно легко пускаються й економічніші. До однокамерних дизелів належать тракторні двигуни Д-21А, Д-120, Д-37Е, Д-144, Д-65М, Д-240, СМД-60, ЯМЗ-240Б та ін.

Тракторні дизелі з нерозділєними камерами згоряння можуть мати об’ємне або плівкове сумішоутворення. При об’ємному сумішоутворенні паливо рівномірно розпилюється по камері згоряння, при плівковому — основна його частина подається форсункою на гарячі стінки камери згоряння у вигляді тонкої плівки. Близько 5% разової подачі розпилюється у стисненому повітрі і забезпечує займання робочої суміші.

Робоча суміш у дизелях утворюється в циліндрах двигуна. Такі двигуни ще називають двигунами з внутрішнім сумішоутворенням, а карбюраторні двигуни — із зовнішнім сумішоутворенням.