Меню

Система питания грузового автомобиля с дизельным двигателем

Система питания дизельного двигателя

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;
3 — форсунка;
А — полость вихревой камеры;
Б — полость в поршне

Существует два варианта процесса смесеобразования в дизелях, обусловленных формой камеры сгорания. В первом варианте топливо впрыскивается в предварительную камеру (предкамеру), а во втором варианте впрыск топлива осуществляется непосредственно в камеру сгорания, выполненную 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 впрыскомDI (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;
5 — форсунка;
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.

Читайте также:  Агуша детская фирма питания

Источник

Грузовые автомобили. Система питания
Группа авторов, 2013

Система питания обеспечивает подачу очищенного воздуха и топлива в цилиндры. Книга рассказывает о системе питания автомобильных двигателей, карбюраторных и дизельных двигателях, горючей и рабочей, а также обедненной, обогащенной и богатой смесях. В издании подробно рассмотрены карбюраторы, система питания карбюраторного двигателя, принцип действия простейшего карбюратора, схема его устройства и работы, а также главная дозирующая система, система холостого хода, экомайзер и ускорительный насос. Кроме того, книга информирует об ограничителях максимальной частоты вращения коленчатого вала, топливных баках, подаче топлива к карбюратору, неисправностях в системе питания карбюраторного двигателя. Отдельно рассмотрены обслуживание системы питания карбюраторного двигателя, системы питания газовых и дизельных двигателей, система пуска двигателей, а также неисправности в системе питания дизельных двигателей и уход за ней.

Оглавление

  • Общие сведения о системе питания
  • Система питания карбюраторного двигателя

Из серии: Грузовые автомобили

Приведённый ознакомительный фрагмент книги Грузовые автомобили. Система питания предоставлен нашим книжным партнёром — компанией ЛитРес.

Общие сведения о системе питания

Система питания автомобильных двигателей обеспечивает подачу очищенного воздуха и топлива в цилиндры. По способу смесеобразования карбюраторные и дизельные двигатели имеют существенные различия. В дизельных двигателях приготовление горючей смеси происходит внутри цилиндров, в карбюраторных двигателях — вне цилиндров (внешнее смесеобразование).

Горючей смесью называется поступающая в цилиндры во время работы двигателя смесь распыленного и частично испаренного топлива с воздухом. После того, как горючая смесь смешается с отработавшими газами, оставшимися от предшествующего рабочего цикла ее называют рабочей смесью.

В процессе сгорания углерод и водород топлива соединяются с кислородом воздуха. Сгорание может быть полным или неполным, в зависимости от количества воздуха, поступающего в цилиндры двигателя. При полном сгорании образуются продукты сгорания состоящие из избыточного кислорода, азота, углекислоты и паров воды.

В случае нехватки кислорода сгорает только часть углерода топлива и образует углекислоту, остальной углерод образует окись углерода.

Для полного сгорания одного килограмма бензина требуется 14, 7 кг воздуха, или 12 м 3 . Смесь, содержащую такое количество воздуха считают нормальной, а количество воздуха — теоретически необходимым.

Смесь, содержащую на 1 кг бензина свыше 15 кг, но не более 17 кг воздуха, называют обедненной. Смесь, содержащую на 1 кг бензина меньше 15 кг воздуха, но не ниже 12 кг воздуха, называют обогащенной. Смесь, в которой на 1 кг бензина содержится менее чем 12 кг воздуха называют богатой.

Разное соотношение бензина и воздуха влияет на топливную экономичность и мощность двигателя.

Двигатель, работающий на нормальной смеси развивает мощность близкую к максимальной и расходует топливо в пределах, указанных в руководстве по эксплуатации автомобиля.

Двигатель, работающий на обогащенной смеси развивает максимальную мощность и расходует немногим больше топлива, чем работая на нормальной смеси.

Двигатель, работающий на богатой смеси, развивает меньшую мощность, однако расход топлива значительно возрастает и во время работы из выхлопной трубы идет черный дым, указывающий на неполное сгорание топлива.

Очень богатая смесь, где на 1 кг бензина требуется 5 и менее кг воздуха не воспламеняется, на ней двигатель работать не может.

Обедненная смесь — самая оптимальная для работы двигателя, обеспечивает наибольшую по сравнению со смесями других составов экономичность двигателя, но его мощность несколько ниже, чем при нормальной смеси.

У двигателя, работающего на бедной смеси, возрастает расход топлива и уменьшается мощность двигателя, так как скорость ее горения очень мала. Работая на такой смеси, двигатель перегревается, появляются перебои в работе цилиндров, вспышки в карбюраторе.

Читайте также:  Как проверить подделка или нет спортивное питание

Во время пуска и прогрева холодного двигателя смесь должна быть богатой, для устойчивой работы двигателя работающего на малых оборотах холостого хода, требуется обогащенная смесь.

Смесь должна быть обедненной, когда двигатель работает с неполной нагрузкой, что обеспечивает экономичность работы двигателя, а при полной нагрузке, смесь должна быть обогащенной, чтобы двигатель развивал максимальную мощность.

При нормальном горении топлива, скорость с которой распространяется пламя от свечи зажигания по всему объему камеры сгорания примерно 30 — 40 м/сек. Давление повышается быстро, но плавно.

Когда горение смеси осуществляется со скоростью свыше 200 м/сек, явление называется детонацией. Детонация носит характер взрыва. Характерным признаком детонации являются звонкие металлические стуки в цилиндрах.

При детонации топливо сгорает не полностью, ухудшается экономичность двигателя, снижается мощность, крошатся подшипники коленчатого вала, повреждаются поршни и другие детали двигателя из-за высокого и резкого повышения давления.

Принцип смесеобразования в дизельных двигателях происходит за очень короткое время. Необходимо за это время распылить топливо на мельчайшие частицы и чтобы каждая частица имела вокруг себя как можно больше воздуха, для полного сгорания топлива.

Для этого топливо в цилиндр впрыскивается под высоким давлением форсункой. Давление воздуха при такте сжатия в камере сжигания во много раз меньше. Чтобы показатели мощности и экономичности двигателя были высокие и топливо полностью сгорало, необходимо, чтобы топливо впрыскивалось в цилиндр до прихода поршня в верхнюю мертвую точку.

Источник



Топливные системы грузовых автомобилей.

Топливная система грузовых автомобилей претерпела от начала своего развития существенные изменения. Некогда популярный рядный топливный насос давно уже заменен электронными системами, а современная форсунка существенно отличается от своей предшественницы.
В этой статье мы не будем углубляться далеко в историю к временам основателя Рудольфа Дизеля, а вернемся всего лишь на три десятка назад. Из-за экономичности, высокого КПД и большой мощности дизельные двигателя получили всеобщее одобрение и широко используются на грузовых автомобилях, промышленных и судовых двигателях.
Знакомство с топливными системами грузовых автомобилей начнем с рядного топливного насоса.

Топливные системы с рядным насосом

Топливная система с рядным насосом состояла из подкачивающего насоса низкого давления, топливного насоса высокого давления, топливных трубок высокого давления и форсунок. Управление топливным насосом осуществлялось механически, педалью акселератора через трос или систему рычагов.

Принцип работы. Подкачивающий насос забирает топливо из топливного бака и подает его в полость насоса высокого давления. В зависимости от положения педали акселератора рейка топливного насоса занимает соответствующее положение и определенные дозы топлива через систему трубопроводов и форсунок впрыскиваются в цилиндры двигателя. Излишки топлива через обратный клапан возвращаются назад в бак. Для синхронизации насоса с двигателем существуют метки на топливном насосе и на маховике двигателя.

Дальнейшее совершенствование топливных систем грузовых автомобилей затронуло лишь управление подачей топлива. Управление уже не было механическим (с помощью тросика или системы рычагов). Управление подачей топлива взяла на себя электроника.

Обработав информацию, получаемую от датчиков и других электронных систем, блок посылает соответствующий сигнал на соленоид управления рейкой топливного насоса. Эти сигналы управляют топливоподачей в цилиндры двигателя.

Система управления позволила реализовать такие дополнительные функции, как стабилизация скорости автомобиля (круиз-контроль), установка оборотов двигателя вручную, ограничение скорости автомобиля, ограничение дымления, а также специальную программу холодного запуска двигателя.

Топливные системы с насос-форсунками

Следующим этапом развития топливных систем стали насос-форсунки. Подобную систему можно встретить с аббревиатурой PDE. Из привычной для нас топливной системы остался лишь подкачивающий насос, правда, давление топлива создаваемое ним, выросло примерно в два раза по сравнению с предыдущими системами. Топливо впрыскивается насос-форсункой непосредственно в цилиндр. Насос-форсунка приводится в действие распределительным валом. Движение от распределительного вала к насос-форсунке передается через роликовый толкатель, штангу толкателя и коромысло.

Насос-форсунки устанавливаются в каждом цилиндре двигателя, это позволяет электронному блоку управлять топливоподачей индивидуально для каждого цилиндра. Электронная система управления топливоподачей теперь получила возможность регулировать, как цикловую подачу каждой насос-форсунки, так и момент впрыскивания топлива в каждый цилиндр двигателя.

Читайте также:  Питание при повышенном гемостазе

Принцип работы. Шестеренчатый подкачивающий насос забирает топливо из топливного бака и подает его в топливный коллектор. Топливный коллектор распределяет топливо к насос-форсункам. Давление в топливном коллекторе поддерживается перепускным клапаном в пределах 4,5-7,5 bar. Топливо свободно протекает через насос-форсунку и только в момент впрыска, по сигналу электронного блока, закрывается клапан и тогда топливо, заключенное в форсунке, сжимается плунжером и впрыскивается распылителем в цилиндр двигателя. Моментом закрытия и открытия клапана регулируется электронным блоком.

Топливная система с насос-форсунками открытого типа

Следующая топливная система, устанавливаемая на грузовых автомобилях, система с насос-форсунками открытого типа. Это означает, что распылитель форсунки открыт в процессе фазы заполнения. Эта топливная система может встречаться с аббревиатурой HPI (High Pressure Injection).

Особенность ее заключается в том, что в ней цилиндры распределены на две группы: первая группа 1-2-3 цилиндры, вторая группа 4-5-6 цилиндры. Насос-форсунки каждой группа цилиндров управляются своей парой клапанов. Один из них регулирует количество топлива, подаваемое в цилиндры двигателя, а второй момент впрыска топлива. Таким образом, топливная система состоит из 6-ти насос-форсунок открытого типа, 4-х электромагнитных клапанов управляющих насос форсунками, и топливоподкачивающего насоса.

Принцип работы. Шестеренчатый подкачивающий насос забирает топливо из топливного бака и подает его в топливный коллектор через клапан отсечки топлива. Давление в топливном коллекторе поддерживается перепускным клапаном в пределах 14-16 bar (в более ранних системах 17-20 bar). Подача топлива из топливного коллектора к насос-форсункам осуществляется топливными клапанами, расположенными непосредственно на топливном коллекторе.
К насос-форсунке подходят три топливных канала: по одному каналу поступает топливо для подачи в цилиндр, по второму – топливо для регулирования опережения впрыскивания, по третьему каналу топливо отводится в бак. В процессе заполнения насос-форсунки топливом распылитель остается открытым. В конструкции форсунки отсутствует подпружиненная запорная игла, запирающая с определенным усилием распылитель. После впрыскивания топлива насос-форсунка механически закрывается усилием от кулачка распределительного вала. Затем насос-форсунка удерживается распределительным валом в закрытом положении до следующей фазы заполнения топливом.

Неисправность, связанная с повышенным давлением в топливной рампе системы HPI автомобиля Scania. Описание неисправности можно прочесть здесь.

Топливная система Common Rail

Требованию экологических норм Евро5 способствовали разработке топливной системы Common Rail, которая существенно отличается от всех предыдущих. Особенность этой системы заключается в том, что насос-форсунка системы Common Rail не имеет механической связи с кулачками распределительного вала. Форсунка управляется электронно, блоком управления двигателем.
Она состоит из поршня, иглы впрыскивающего сопла, пружины и топливного клапана, имеющего электромагнитное управление. Насос-форсунка постоянно находится под давлением, которое создается в гидроаккумуляторе насосом высокого давления и может колебаться от 500 до 2400 бар.
Когда на электромагнитный клапан подается питание, и он открывается, топливо впрыскивается в цилиндр. Момент впрыска топлива и цикловая подача задаются блоком управления двигателем. Длительность впрыска и давление топлива в накопителе определяют объем топлива, впрыскиваемого в цилиндр.

Принцип работы. Топливоподкачивающий насос забирает топливо из бака. Топливо поступает во всасывающий фильтр. Из всасывающего фильтра топливо поступает в охладитель блока управления, а затем из охладителя блока управления подается в подкачивающий насос. Подкачивающий насос поднимает давление топлива до 9-12 бар и подает топливо в напорный фильтр.
После напорного фильтра топливо подается к клапану дозирования топлива, установленному на топливном насосе высокого давления. Клапан дозирования топлива регулирует количество топлива, подаваемого в топливный насос высокого давления, по сигналу блока управления двигателем.
Насос высокого давления нагнетает давление до максимального значения 3 000 бар. Топливо поступает в накопитель через трубопровод высокого давления. От накопителя топливо проходит к соединительным штуцерам форсунок. Когда на электромагнитный клапан в форсунке подается питание, форсунка открывается, и топливо впрыскивается в цилиндр.

Современные топливные системы грузовых автомобилей снижают токсичность отработавших газов, улучшают топливную экономичность и комфорт управления. Они очень требовательны к качеству топлива. Максимальное содержание серы в дизельном топливе должно быть 10 ppm.

Источник