Система питания дизельного двигателя

Система питания дизеля

Дизельные двигатели относятся к тепловым двигателям внутреннего сгорания поршневого типа с внутренним смесеобразованием и самовоспламенением рабочей смеси. По принципу работы они существенно отличаются от бензиновых двигателей, использующих для воспламенения рабочей смеси внешние тепловые источники – искровое электрическое зажигание или специальный тепловой элемент.

Кроме того, у многих бензиновых двигателей смесеобразование протекает вне цилиндров двигателя – в специальном смесителе (карбюраторе), продолжается во впускном трубопроводе, и заканчивается в цилиндрах во время тактов впуска и сжатия.

У инжекторных двигателей с центральным и распределенным впрыском смесеобразование осуществляется во впускном трубопроводе, продолжаясь в цилиндрах вплоть до воспламенения смеси свечой. И лишь инжекторные двигатели с непосредственным впрыском принципиально схожи по характеру смесеобразования с дизельными двигателями, но, тем не менее, тоже имеют ряд отличий в процедуре и результатах смешивания топлива с воздухом.

Общий принцип работы четырехтактного дизельного двигателя можно описать следующим сценарием:

• всасывание чистого воздуха в цилиндр через впускной клапан при движении поршня к нижней мертвой точке;
• быстрое и сильное сжатие воздуха до раскаленного состояния при закрытых клапанах и перемещении поршня к верхней мертвой точке;
• впрыск топлива в цилиндр, смешивание его с воздухом в камере сгорания и последующее самовоспламенение рабочей смеси с выделением теплоты, повышающей давление в цилиндре;
• движение поршня вниз под действием высокого давления газообразных продуктов сгорания топлива, в результате чего совершается полезная механическая работа;
• выброс отработавших газов в атмосферу при открытом выпускном клапане и перемещении поршня к верхней мертвой точке.

Далее описанный сценарий повторяется.

Двухтактный дизель работает по сокращенному «сценарию» - очистка цилиндров от продуктов сгорания (отработавших газов) и впуск свежего заряда воздуха осуществляется в период, когда поршень движется от ВМТ к НМТ и продолжается еще некоторое время после прохождения поршнем нижней мертвой точки (перекладки поршня) и движения его к ВМТ.

Затем впускное и выпускное окно в цилиндре перекрываются боковой поверхностью поршня, и начинается резкое сжатие воздуха, поступившего в цилиндр.

После сжатия и сильного разогрева воздуха осуществляется впрыск топлива, его перемешивание с воздухом, и самовоспламенение рабочей смеси. При перемещении поршня к НМТ под действием давления продуктов сгорания смеси выполняется полезная работа, и после того, как выпускное и затем впускное окна откроются, выполняется продувка цилиндра свежим зарядом воздуха.

Итак, основные отличия двигателя от классического бензинового двигателя – внутреннее смесеобразование и самовоспламенение рабочей смеси. Эти различия имеют и положительные, и отрицательные стороны.

Так, внутреннее смесеобразование позволяет эффективно использовать наддув, а у двухтактных двигателей – исключить потери топлива при продувке цилиндров, поскольку впускается чистый воздух, а не горючая смесь. Но с другой стороны, - при внутреннем смесеобразовании отводится лишь краткий миг для перемешивания топлива с воздухом, а без этого горение невозможно либо будет протекать малоэффективно.

Самовоспламенение смеси в дизелях позволяет отказаться от достаточно сложной системы зажигания, применяемой в бензиновых двигателях.

Но, если перефразировать известную пословицу, - не бывает добра без худа - для подачи топлива в цилиндры под высоким давлением (а это крайне необходимо для качественного распыливания топлива) применяется чрезвычайно дорогостоящая аппаратура - насосы высокого давления и форсунки.

Высокая степень сжатия, используемая в дизельных двигателях, тоже приводит к отрицательным последствиям, поскольку влечет за собой применение массивных деталей цилиндропоршневой группы, способных выдержать колоссальные давления.

Кроме того, из-за высоких рабочих давлений дизели работают жестче и шумнее, чем их бензиновые «собратья».

Но, как бы то ни было, дизели по сравнению с бензиновыми двигателями имеют ряд существенных преимуществ, и основным из них является высокая топливная экономичность. Так, расход топлива для получения единицы мощности у дизелей на 25…30% меньше, чем, например, у карбюраторных двигателей.

Кроме того, с учетом более высокой плотности дизельного топлива по сравнению с бензином, запас хода по топливу у дизельных автомобилей на 35…45% выше, чем у бензиновых «собратьев».

Себестоимость дизельного топлива меньше, чем себестоимость бензина, поскольку оно получается прямой перегонкой.

Немаловажно и то, что в продуктах сгорания дизельного топлива содержится меньше токсичных веществ, чем в отработавших газах бензиновых двигателей. Да, дизели зачастую сильно дымят, чадят и коптят при работе, особенно, если система питания плохо отрегулирована, но, как это ни парадоксально звучит, в этой копоти меньше яда, чем в безобидном сизом дымке из выхлопной трубы карбюраторного двигателя.

Но не только топливная экономичность и относительная экологичность выгодно отличает дизель от бензинового двигателя. Дизели надежнее. Для них характерны стабильная экономичность во всем диапазоне нагрузок, лучшая приемистость и возможность работы с нагрузкой без полного прогрева.

Дизельный двигатель «довезет» свое колесное чадо вместе с водителем и грузом до места назначения, даже если откажет бортовая электросеть – в своей работе дизель полностью автономен, если не считать пускового устройства.

Преимущества дизеля над бензиновым двигателем с точки зрения термодинамики подробнее описаны в разделе сайта, посвященном теплотехнике.

Как уже указывалось выше, слабым звеном двигателей с внутренним смесеобразованием, в том числе – дизельных двигателей, является слишком короткий отрезок времени, в течение которого топливо должно перемешаться с воздухом. Конструкторам приходится решать сложную задачу – как в течение сотых долей секунды получить топливовоздушную смесь высокого качества, способную быстро и эффективно сгореть и отдать тепло для преобразования в механическую энергию.

Это возможно применением специальных камер и объемов для смешивания топлива с воздухом, которые зачастую приводят к замысловатой форме камеры сгорания и днища поршней, для того, чтобы обеспечить завихрение и перемешивание компонентов горения.

Второй путь повышения эффективности смесеобразования – применение впрыска под очень высоким давлением, что приводит к интенсивному распыливанию порции топлива по всему объему камеры сгорания.

В результате изысканий в указанных направлениях конструкторы разработали различные устройства и технологии, значительно повышающие качество и скорость смесеобразования в дизелях и бензиновых двигателях с непосредственным впрыском, о которых будет рассказано в других статьях сайта.

Здесь мы рассмотрим классическую схему системы питания дизельного двигателя, которая включает следующие основные механизмы, приборы и устройства ( см. рис. 1 ):

• топливный бак;
• топливопроводы низкого давления;
• топливоподкачивающий насос;
• топливные фильтры грубой и тонкой очистки;
• топливный насос высокого давления (ТНВД);
• топливопроводы высокого давления;
• форсунки;
• топливопроводы системы отвода излишков топлива от форсунок и ТНВД.

Кроме перечисленных элементов, предназначенных для подачи топлива из бака в цилиндры, система питания дизеля (как и бензинового двигателя) включает:

• воздушный фильтр с впускным трубопроводом для воздуха;
• трубопроводы удаления отработавших газов;
• приборы для очистки продуктов сгорания от вредных веществ и примесей;
• устройства для снижения уровня шума при выхлопе отработавших газов (глушители, резонаторы и т. п.).

Главная страница

Устройство автомобилей

• Экзаменационные билеты

для группы Т-21 (IV семестр)

для группы Т-31 (V семестр)

для группы Т-31 (VI семестр)

КГБПОУ «Каменский агротехнический техникум»

Материалы: http://k-a-t.ru/dvs_pitanie/60-dizel_1/index.shtml

Когда в 1897 г. Рудольф Дизель создал первый работоспособный двигатель, он не мог предвидеть, какие изменения претерпит его идея. Особенно большие изменения в системе питания дизелей произошли в последние годы, что сделало эти двигатели более пригодными для применения не только на грузовых, но и на современных легковых автомобилях. Более дешевое топливо, высокая экономичность дизельных двигателей, по сравнению с бензиновыми, всегда привлекали автомобилистов, но широкое применение дизелей сдерживалось присущими им недостатками — шумностью при работе, повышенным дымлением и сложностью пуска холодного двигателя. Современные конструкции дизелей в большинстве не имеют этих недостатков.

Система питания дизеля обеспечивает подачу очищенного дизельного топлива к цилиндрам, сжимает его до высокого давления, подает его в мелкораспыленном виде в камеру сгорания и смешивает с горячим (700–900 °С) от сжатия в цилиндрах (3–5 МПа) воздухом так, чтобы оно самовоспламенилось. После завершения рабочего хода необходимо очистить цилиндры от продуктов сгорания.

Дизельное топливо отличается от бензина более высокой плотностью и смазывающей способностью. Для оценки способности дизельного топлива к самовоспламенению служит цетановое число. Существующие дизельные топлива имеют цетановое число 45–50; при этом для современных дизельных двигателей предпочтительнее более высокие числа.

Варианты впрыска топлива в камеру сгорания дизеля.

Разделенная (а) и неразделенные (б, в) камеры сгорания:

а — вихревая (фирма «Перкинс»);

б — дельтавидная (двигатель Д-245);

в — тороидальная (двигатель КамАЗ);

1 — вставка вихревой камеры;

2 — головка цилиндров;

А — полость вихревой камеры;

Б — полость в поршне

Двигатели, выполненные по первому варианту, называются дизелями с разделенной камерой сгорания и обозначаются IDI (In Direct Injection), а выполненные по второму варианту — дизелями с непосредственным впрыском — DI (Direct Injection). Дизели с разделенной камерой сгорания мягче работают и меньше шумят. Тем не менее, двигатели с непосредственным впрыском все более широко используются на автомобилях, потому что их топливная экономичность примерно на 20 % выше.

Основной функциональной задачей систем питания двигателей обоих типов является подача точного количества топлива в соответствующий цилиндр и в точно определенное время. В высокооборотных дизелях легковых автомобилей процесс впрыска занимает всего тысячную долю секунды, и при этом впрыскивается только небольшая доза топлива.

Схема системы питания дизеля:

1 — топливный бак;

2 — подкачивающий насос;

3 — топливный фильтр;

4 — топливный насос высокого давления;

6 — сливная магистраль

Для облегчения пуска дизеля в холодное время часто применяются свечи накаливания, которые отличаются от искровых свечей зажигания тем, что они являются просто электрическими нагревателями и подогревают холодный воздух перед подачей его в цилиндры двигателя в процессе пуска. Топливный бак должен удовлетворять требованиям безопасности. Топливо из бака поступает в нагнетательный трубопровод, а затем к топливному фильтру, с помощью подкачивающего насоса. Топливный фильтр должен очистить топливо от возможных загрязнений, чтобы механические примеси не попали в ТНВД и далее. К топливному баку присоединяется также сливной трубопровод, по которому в бак сливаются излишки топлива из ТНВД и форсунок.

Самым сложным и дорогим устройством системы питания дизеля является топливный насос высокого давления (ТНВД). При создании первых стационарных двигателей Рудольф Дизель выяснил, что для надежного самовоспламенения топлива оно должно подаваться в цилиндр под высоким давлением. В его конструкциях для этого использовался мощный и громоздкий компрессор. В 20-е годы. Роберт Бош разработал компактный и надежный ТНВД. Первый серийный ТНВД для грузового автомобиля был выпущен фирмой Bosch еще в 1927 году, а в 1936 был налажен выпуск ТНВД для легковых автомобилей.

ТНВД не только создает давление топлива, но и распределяет его по форсункам соответствующих цилиндров в соответствии с порядком работы двигателя. Форсунки соединяются с ТНВД трубопроводами высокого давления. Форсунки входят своей нижней частью — распылителями — в камеры сгорания. Распылители имеют очень маленькие отверстия, необходимые для того, чтобы топливо поступало в камеру сгорания в мелко распыленном виде и легко воспламенялось.

Воздушный фильтр устанавливается на впускном трубопроводе двигателя и очищает поступающий в цилиндры воздух. Выпускная система содержит трубопроводы, глушитель и часто оборудуется каталитическими нейтрализаторами и другими устройствами для снижения количества вредных веществ в отработавших газах.

Материалы: http://wiki.zr.ru/%D0%A1%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%B0_%D0%BF%D0%B8%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F_%D0%B4%D0%B8%D0%B7%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8F

Саратовский государственный технический университет

Кафедра «Автомобили и двигатели»

Отчет по лабораторно-практической работе

Работа №8:Система питания дизельных двигателей

Студента: Сауткина Е.Ю.

КОМПОНОВКА ТОПЛИВНЫХ СИСТЕМ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ.

В компоновку системы питания дизельного двигателя (на примере КамАЗ 740) входят:

Фильтр грубой очистки топлива дизеля предназначается для первоначальной очистки топлива. Он установлен с левой стороны на раме автомобиля.

фильтр тонкой очистки топлива дизеля предназначен для вторичной, окончательной очистки топлива от примесей. Он устанавливается в верхней части топливной системы (на правой задней стороне двигателя).

Оба фильтра включены в систему последовательно.

Топливо подкачивающий насос предназначен для подачи топлива из топливного бака через фильтры к насосу высокого давления. В настоящее время применяются насосы поршневого типа. Он расположен между фильтрами грубой и тонкой очистки.

Топливный насос высокого давления предназначен для подачи в форсунки необходимые порции топлива и в строго определенные моменты. Число секций топливного насоса соответствует числу цилиндров двигателя, каждая секция обслуживает один цилиндр. Топливный насос располагается между рядами цилиндров и приводится в действие от зубчатых колес распределительного вала.

Форсунка обеспечивает подачу топлива в камеру сгорания при определенном давлении и в мелкораспыленном виде.

Система выпуска отработавших газов аналогична карбюраторным двигателям.

У автомобиля КамАЗ 740 глушитель и трубопроводы соединены гибким патрубком.

Система подачи и очистки воздуха дизеля : воздухоочиститель сухого типа (без масла) он состоит из корпуса, фильтрующего элемента крышки. В качестве фильтрующего элемента используется гофрировочный картон.Воздухоочиститель прикреплен к левому лонжерону рамы. Воздухозаборник находится за кабиной водителя.

СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕ В ДИЗЕЛЯХ.

Особенностью системы питания дизеля является то, что осуществляется раздельная подача воздуха и топлива в цилиндры, вследствие чего последние смешиваются только внутри цилиндра. На их смешивание, испарение и нагревание до самовоспламенения предусмотрен определенный промежуток времени, который называется периодом задержки воспламенения . Его длительность зависит от сорта топлива, физико-химических свойств топлива и конструктивных особенностей двигателя. Чем значительнее периодом задержки воспламенения, тем больше давление газов на поршневую группу, двигатель работает жестче, происходит значительный износ деталей двигателя. Мелкое распыление топлива в завихренный воздух приводит к уменьшению периода задержки воспламенения. Задача смесиобразовательного процесса заключается в мелком распылении и хорошем перемешивании определенной порции топлива с воздухом.

ТРЕБОВАНИЯ К ПОДГОТОВКЕ СМЕСИ.

РАЗДЕЛЬНЫЕ И НЕРАЗДЕЛЬНЫЕ КАМЕРЫ СГОРАНИЯ.

Для улучшения смесеобразования в дизелях применяют нераздельные и раздельные камеры сгорания.

В нераздельные камеры топливо подается под большим давлением 50-100 МПа, что позволяло тонко распылять топливо, и как следует перемешивать, достигать полного сгорания. Двигатель развивает наибольшую мощность.

В раздельных камерах создается сильное завихрение топлива, это обеспечивает лучшее смесеобразование и позволяет подавать топлива через форсунки с меньшим давлением 12,5-18,5 МПа.

НАЗНАЧЕНИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ФОРСУНОК.

Форсунка обеспечивает подачу топлива в камеру сгорания при определенном давлении и в мелкораспыленном виде. Форсунки бывают: открытые или закрытые , с распылителем , имеющим одно или несколько отверстий. Закрытые форсунки могут быть штифтовыми или бесштифтовыми .

КОНСТРУКЦИЯ И РАБОТА НАСОСОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ.

Топливный насос состоит из: корпуса, конического вала, горизонтальной перегородки, которая делит на пополам нижнюю и верхнюю часть корпуса, кулачкового вала и толкателей, расположенных в нижней части корпуса, в верхней части расположены плунжерные пары. В перегородке имеется 6 отверстий и пазы для установки и управления движения толкателей. Кулачковый вал приводит в движение плунжеры через ролики толкателей с регулировочными болтами. В нижнюю часть корпуса наливают масло через отверстие, закрытое сапуном, уровень которого контролируют указателем.

Все секции насоса работают одинаково, поэтому рассмотрим работу только одной. При вращении кулачкового вала, кулачек набегает на ролик толкателя, который, поднимаясь, сжимает пружину и перемещает плунжер вверх во втулке, при этом секция подает топливо. Затем кулачек сходит с ролика и опускает плунжер вниз, при этом происходит наполнение надплунжерного пространства. Перемещение рейки вызывает поворачивание рейки на некоторый угол, плунжер совершает возвратно-поступательное и одновременно вращательное движение.

При нижнем положении плунжера, топливо заполняет надплунжерное пространство, проходит через осевое и диаметральное отверстие к спиральным канавкам. При поднятии плунжера топливо вытесняется через впускное отверстие, пока плунжер не перекроет его, Затем оставшееся топливо сжимается до 1-1,8 МПа, после чего поднимается нагнетательный клапан, сжимает пружину и пропускает топливо в штуцер, а затем к форсунке.

КОНСТРУКЦИЯ И РАБОТА ПЛУНЖЕРНЫХ ПАР.

Плунжер и втулка вместе образуют плунжерную пару

диаметр плунжера - 9мм

ход плунжера - 10мм

Зазор между плунжером и втулкой не должен превышать 0,0015 – 0,0020мм для создания высокого давления. Положение втулки в насосе фиксируется стопорным болтом, в верхней части втулки имеются впускные и перепускные отверстия. Плунжер может перемещаться внутри втулки в вертикальном направлении и повёртываться при помощи двух направляющих выступов, входящих в пазы поворотной втулки, последняя в свою очередь поворачивается закрепленным на ней зубчатым венцом, находящимся в зацеплении с рейкой. В продольный паз рейки входит стопорный винт, определяющий ее положение. На головке плунжера профрезерованы две спиральные канавки. При наличии спиральных канавок давление топлива с обеих сторон плунжера одинаково, и долговечность секций насоса увеличивается. Между нижней частью плунжера и корпусом установлена пружина. В верхней части каждой секции насоса ввернут штуцер с седлом нагнетательного клапана, пружиной и упором клапана. От штуцера через ниппель топливо поступает в топливопровод, ведущий к форсунке.

НАЗНАЧЕНИЕ И КОНСТРУКЦИЯ НАГНЕТАТЕЛЬНЫХ КЛАПАНОВ.

Нагнетательный клапан предназначен для пропускания топлива находящегося под давлением, в наплунжерном пространстве, в штуцер, а затем к форсунке. Клапан поджимается пружиной к седлу, и открывается при достижении давления способного преодолеть жесткость пружины, а именно 1-1,8 МПа. При дальнейшем движении плунжера давление повышается до 16,5 МПа, при котором игла форсунки поднимается и открывает проход топлива в камеру сгорания.

КОНСТРУКЦИЯ ПРИВОДА НАСОСА.

топливные насосы расположены между рядами цилиндров и приводятся в действие от зубчатых колес распределительного вала. На одном конце вала привода топливного насоса установлено зубчатое колесо, а другой конец вала соединен с центробежной муфтой опережения впрыскивания топлива. За два оборота коленчатого вала кулачковый вал насоса делает один оборот, и топливо подается во все цилиндры. (На примере КамАЗ 740).

Е.В.Михайловский, К.Б.Серебряков, Е.Я.Тур

«Конструкция автомобильных и тракторных двигателей»

Краткий автомобильный справочник.

ДОБАВИТЬ КОММЕНТАРИЙ [можно без регистрации]

перед публикацией все комментарии рассматриваются модератором сайта - спам опубликован не будет

Материалы: http://mirznanii.com/a/221075/sistema-pitaniya-dizelnykh-dvigateley