Конструкция и работа системы питания дизеля воздухом

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.

ТУРБОДИЗЕЛЬ

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.

Назначение принцип действия конструкция всережимного регулятора.

Всережимный регулятор служит для автоматического поддержания постоянной частоты вращения коленчатого вала соответственно положению педали подачи топлива при различной нагрузке двигателя.

Регулятор также устанавливает минимальную частоту вращения коленчатого вала на холстом ходу и ограничивает максимальную частоту вращения. Регулятор приводится в действие от кулачкового вала топливного насоса высокого давления.

Педаль 6 (рис. 4) подачи топлива соединена с рычагом 2 управления рейкой / насоса высокого давления через растянутую пружину 3, действующую на рычаг с усилием Рпр. При работе двигателя на рычаг 2 через подпятник 7 передается сила Qгр. от вращающихся грузов, шарнирно закрепленных на валу 9, который соединен с кулачковым валом насоса высокого давления.

Если двигатель работает с частотой вращения коленчатого вала, соответствующей данному положению педали 6, то сила Qгр. грузов 8 уравновешивается усилием Рпр пружины 3.

При увеличений частоты вращения коленчатого вала грузы регулятора расходятся. Они преодолеют сопротивление пружины и переместят рейку 1. При этом подача топлива уменьшится и частота вращения не будет возрастать.

При уменьшении частоты вращения коленчатого вала грузы будут сходиться, рейка 1 усилием Рпр пружины переместится в обратном направлении и подача топлива увеличится, а частота вращения коленчатого вала возрастет до значения, заданного положением педали 6.

1 — рейка; 2 — рычаг; 3 — пружина; 4, 5 — упоры; 6 — педаль; 7— подпятник; 8 — груз; 9 — вал; Рпр — усилие пружины; Qгр. — сила грузов.

Минимальная частота при работе на холостом ходу и максимальная частота вращения коленчатого вала двигателя ограничиваются соответственно регулируемыми упорами 5 и 4.

Виды наддува

В ДВС применяют три типа наддува: резонансный –при котором используется кинетическая энергия объема воздуха во впускных коллекторах (нагнетатель в этом случае не нужен).

механический – в этом варианте компрессор приводится во вращение ремнем от двигателя.

газотурбинный (или турбонаддув) – турбина приводится в движение потоком отработавших газов.

Механический наддув. (воздух закачивается компрессором).

Механические нагнетатели позволяют довольно простым способом существенно поднять мощность мотора. Имея привод непосредственно от коленчатого вала двигателя, компрессор способен закачивать воздух в цилиндры при минимальных оборотах и без задержки увеличивать давление наддува строго пропорционально оборотам мотора.

Существует два вида механических нагнетателей: объемные и центробежные.

Конструкция Roots напоминает масляный шестеренчатый насос. Два ротора вращаются в противоположные стороны внутри овального корпуса. Оси роторов связаны между собой шестернями. Особенность такой конструкции в том, что воздух сжимается не в нагнетателе, а снаружи – в трубопроводе, попадая в пространство между корпусом и роторами.

Еще один способ нагнетать во впускной коллектор воздух под избыточным давлением в свое время предложил инженер Лисхольм.

Внутри корпуса установлены два взаимодополняющих винтовых насоса (шнека). Вращаясь в разные стороны, они захватывают порцию воздуха, сжимают и загоняют ее в цилиндры. Характерна такая система внутренним сжатием и минимальными потерями, благодаря точно выверенным зазорам. Кроме того, винтовые наддувы эффективны практически во всем диапазоне оборотов двигателя, бесшумны, очень компактны, но чрезвычайно дороги из-за сложности в изготовлении.

Центробежные нагнетатели по конструкции напоминают турбонаддув. Избыточное давление во впускном коллекторе также создает компрессорное колесо (крыльчатка). Его радиальные лопасти захватывают и отбрасывают воздух в окружной тоннель при помощи центробежной силы. Отличие от турбонаддува лишь в приводе.

Схема управления механическим нагнетателем довольно проста. При полной нагрузке заслонка перепускного трубопровода закрыта, а дроссельная открыта — весь поток воздуха поступает в двигатель. При работе с частичной нагрузкой дроссельная заслонка закрывается, а заслонка трубопровода открывается — избыток воздуха возвращается на вход нагнетателя. Входящий в схему охладитель наддувочного воздуха (Intercooler) является почти непременной составной частью не только механических, но и газотурбинных систем наддува. При сжатии в компрессоре (либо в нагнетателе) воздух нагревается, в результате чего его плотность уменьшается. Это приводит к тому, что в рабочем объеме цилиндра воздуха, а, следовательно, и кислорода, по массе помещается меньше, чем могло бы поместиться при отсутствии нагревания. Поэтому сжатый воздух перед подачей его в цилиндры двигателя предварительно охлаждается в интеркулере. По своей конструкции это обычный радиатор, который охлаждается либо потоком набегающего воздуха, либо охлаждающей жидкостью. Понижение температуры наддувочного воздуха на 10 градусов позволяет увеличить его плотность примерно на 3%. Это, в свою очередь, позволяет увеличить мощность двигателя примерно на такой же процент.

Турбокомрессор.

Принцип действия турбокомпрессоров для наддува ДВС заключается в следующем - выхлопные газы ДВС, обладая большой скоростью и большой температурой попадают на сопловой аппарат турбины, где происходит их максимальный разгон и подача на рабочие лопатки турбины под правильным углом, при подаче на рабочие лопатки турбины происходит вращение турбины, которая в свою очередь вращает крыльчатку компрессора, насаженную на один вал с колесом турбины. Колесо компрессора представляет собой вращающий направляющий аппарат и крыльчатку, которые чаще всего соединены вместе в одну деталь.

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.

ТУРБОДИЗЕЛЬ

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. 8) 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:

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

 

15. Способы смесеобразования в дизелях.

Объемное смесеобразование. Топливо впрыскивается непосредственно в объем камеры сгорания, заключенный между поршнем, крышкойи стенками втулки цилиндра. Для равномерного распределения топлива по всему объему камеры сгорания его впрыскивают через многодырчатые распылители форсунок. Качест­во смесеобразования при этом существенно зависит от наличия организованного вихреобразования потоков заряда в камере сгорания. Вихреобразование обеспечивается благодаря движению поршня и вытеснению заряда из наиболее узких мест надпоршневого пространства. В двухтактных дизелях вихреобразование дополнительно создается благодаря наклонному расположению продувочных окон во втулке цилиндра.

Объемно-пленочное смесеобразование. Это один из наиболее совершенных способов смесеобразования для высокооборотных дизелей с небольшими диаметрами цилиндров. Основная часть объема камеры сгорания размещена в поршне.

Топливо впрыскивается через многодырчатую форсунку в центре крышки цилиндра. Топливные струи под углом направляются на кромку горловины поршня. Топливо, попадая под острым углом на внутреннюю поверхность горловины и на торцовую поверхность поршня, растекается по поверхности тонким слоем и относительно быстро испаряется, не образуя нагара. Пары топлива хорошо перемешиваются с воздухом благодаря интенсивному вихревому движению последнего в объеме камеры сгорания. Вихреобразование создается вследствие вытеснения заряда из надпоршневого пространства при подходе поршня к ВМТ. Часть капель факела топлива успевает испариться в объеме камеры сгорания, не соприкасаясь со стенками поршня.

Пристеночное. Сгорания почти все топливо направляется в пристеноч-ную зону, т. е. имеет место пристеночное смесеобразование. При таком смесеобразовании камера сгорания может быть расположена соосно с цилиндром, а форсунка смещена к ее периферии. Одна или две струи топлива направляются либо под острым углом на стенку камеры сгорания, имеющей сферическую форму (см. рис. 7.1, г), либо вблизи и вдоль стенки камеры сгорания (см. рис. 7.1, д). В обоих случаях заряд приводится в достаточно интенсивное вращательное движение, способствующее распространению топливных капель вдоль стенки камеры сгорания.

16. Назначение, принцип действия, конструкция ТННД и ТНВД. Топливоподкачивающий насос низкого давления предназначен для подачи топлива из топливного бака к впускной полости насоса высокого давления через фильтры грубой и тонкой очистки.. Топливоподкачивающий насос поршневого типа приводится в действие от эксцентрика кулачкового вала насоса высокого давления. Насос установлен на задней крышке регулятора и приводится от эксцентрика кулачкового вала топливного насоса высокого давления.

Насос низкого давления работает следующим образом. При опускании толкателя 1 поршень 2 под действием пружины 3 движется вниз. При этом в полости А создается разрежение и впускной клапан 4, сжимая пружину, перепускает топливо в эту полость по топливопроводу от фильтра грубой очистки. Одновременно топливо, находящееся в нагнетательной полости Б, вытесняется к топливному насосу высокого давления (ТНВД).

При движении поршня 2 вверх под давлением предварительно поступившего топлива закрывается впускной клапан 4 и открывается выпускной клапан 6. В этом случае топливо из полости А через перепускной канал поступает в полость Б и при последующем перемещении поршня 2 вниз вышеописанный цикл работы насоса повторяется.

При различных режимах работы дизеля постоянное давление в перепускном канале достигается переменным ходом поршня 2, обеспечиваемым специально подобранной пружиной 3. На режимах частичных нагрузок дизеля при малых расходах топлива в полости Б возникает давление и поршень 3 не совершает своего полного хода, поэтому шток толкателя частично перемещается вхолостую, вследствие чего подача топлива уменьшается.

К фланцу насоса низкого давления крепится насос 5 ручной подкачки топлива, который служит для заполнения системы питания топливом и удаления из нее воздуха после проведения ремонтно-профилактических работ или длительной стоянки автомобиля. В системе питания дизелей КамАЗ установлен второй насос ручной подкачки топлива аналогичного типа, который крепится через кронштейн к картеру сцепления. Этот насос позволяет подкачивать топливо без опрокидывания кабины, что создает значительные удобства при пуске двигателя в условиях эксплуатации автомобилей.

Топливный насос высокого давления служит для подачи через форсунки в цилиндры двигателя под большим давлением, требуемых порций топлива в определенные моменты времени. Насос состоит из одинаковых по конструкции секций, число которых равно числу цилиндров двигателя. Каждая секция насоса соединена топливопроводом 13 (рис. 2) с форсункой 16.

Плунжер 6 и гильза 5 секций насоса изготовлены с высокой точностью и чистотой поверхности. Зазор между ними не превышает двух микрон. На плунжере имеются вертикальный паз 9, скошенная кромка 11 и кольцевая проточка 7. Шестерня 2, закрепленная на плунжере, находится в зацеплении с зубчатой рейкой 3, перемещением которой поворачивается плунжер в гильзе. Пружина 4 прижимает плунжер к эксцентрику 1 кулачкового вала насоса, который приводится во вращение от коленчатого вала. В гильзе имеются впускное 8 и выпускное 10 отверстия, а в верхней ее части установлен нагнетательный клапан 12. Пружина 14 прижимает иглу 15 форсунки к соплу 18 и закрывает полость 77, которая заполнена топливом. При нижнем положении плунжера 6 отверстия 8 и 10 открыты, и через них над плунжером циркулирует топливо. Нагнетательный клапан 12 в этом случае закрыт, и в полости 17 форсунки поддерживается избыточное давление топлива.

При движении плунжера вверх при вращении кулачка перекрывается выпускное отверстие 10, а затем впускное отверстие 8. Под давлением топлива открывается клапан 12, и в полости 17 форсунки создается высокое давление. При этом игла 15 форсунки преодолевает сопротивление пружины 14, поднимается вверх, и через открывшееся сопло 18 топливо впрыскивается в цилиндр двигателя.

Впрыск топлива заканчивается, когда кромка 11 открывает выпускное отверстие 10. При этом давление топлива уменьшается, игла 15 опускается вниз и закрывает сопло 18. Одновременно закрывается клапан 12, и в полости 17 форсунки топливо остается под избыточным давлением.

Рис. 2. Схема работы топливного насоса высокого давления:

1 — эксцентрик; 2 — шестерня; 3 — рейка; 4, 14 — пружины; 5 — гильза; 6 — плунжер; 7 — проточка; 8, 10 — отверстия; 9 — паз; 11 — кромка; 12 — клапан; 13 — топливопровод; 15 — игла; 16 — форсунка; 17 — полость; 18 — сопло.

Поворотом плунжера 6 в гильзе 5 изменяют конец подачи топлива и его количество, впрыскиваемое за один ход плунжера. Подача топлива прекращается при совмещении вертикального паза 9 с выпускным отверстием 10, и двигатель останавливается.

С топливным насосом высокого давления соединены муфта опережения впрыска топлива, всережимный регулятор частоты вращения коленчатого вала двигателя и топливоподкачивающий насос с насосом ручной подкачки топлива.

18.