Топливовпрыскивающая аппаратура дизеля является одним из основных элементов двигателя, она обеспечивает его топливом. Тепловая энергия, получаемая в цилиндрах в результате его сгорания, преобразуется в механическую работу, отдаваемую потребителю энергии. От количества поступившего в цилиндр топлива, качества его распыливания и фаз подачи (начала и конца) зависят
величина производимой работы и эффективность преобразования энергии топлива в работу – к.п.д. двигателя и его экономичность.
Топливовпрыскивающая аппаратура функционально подразделяется на два элемента – топливный насос высокого давления (ТНВД) и форсунка. В задачи ТНВД входят:
- Отмеривание (дозирование) порции подаваемого в цилиндр топлива (величины цикловой подачи) в полном соответствии с заданным режимом работы двигателя.
- Обеспечение требуемого момента начала подачи топлива (угла опережения) и продолжительности и характеристики впрыска (закона подачи).
- Сжатие топлива до давлений впрыска, при которых будет обеспечена необходимая тонкость его распыливания в цилиндрах двигателя.
В задачи форсунки входит – обеспечить впрыск отмеренной и сжатой в насосе цикловой подачи при одновременном ее распыливании и распределении по объему камеры сгорания.
ТНВД (см. рис 12.1) по конструкции подразделяются на насосы клапанного типа и золотниковые. Во всех конструкциях ТНВД , несмотря на их многообразие, основным элементом является плунжерная пара, состоящая из плунжера и прецизионно подогнанной к нему втулки с зазором 4 – 5 мкм. Осуществляемое в современных двигателях увеличение давлений впрыскивания до 1600 – 2000 бар потребовало уменьшения зазора в плунжерных парах до 2,5 мкм.
Регулирование цикловой подачи осуществляется путем:
- Изменения количества перепускаемого топлива на части хода плунжера с использованием клапанов, открытие и закрытие которых осуществляется специальным приводным механизмом (насосы клапанного типа).
- Изменения количества перепускаемого топлива на части хода плунжера с использованием в качестве регулирующего органа самого плунжера (насосы золотникового типа).
В обоих вариантах используются три способа организации подачи топлива:
- Перепуск излишнего количества топлива осуществляется в конце подачи (насосы с регулированием по концу подачи);
- Перепуск излишнего количества топлива осуществляется в начале подачи (насосы с регулированием по началу подачи);
- Перепуск излишнего количества топлива осуществляется в начале и в конце подачи (насосы со смешанным регулированием).
На диаграмме топливоподачи (рис 12.2) показаны моменты и продолжительности подачи топлива, выраженные в углах п.к.в. (углы отсчитывают от ВМТ). Рост давления газов в цилиндре в начале сгорания должен происходить сразу же за ВМТ. Поэтому впрыск топлива (начало подачи) всегда осуществляется до прихода поршня в ВМТ, с опережением, необходимым для подготовки топлива к самовоспламенению. Угол поворота кривошипа (отсчитанный от ВМТ), при котором происходит впрыск топлива, называется углом опережения подачи топлива φоп Его назначают в зависимости от частоты вращения двигателя . В двигателях высокооборотных φоп = 20 30° п к в., в малооборотных φо=2-5° п.к.в.; общая продолжительность подачи топлива, выраженная в углах п.к.в., составляет 15-25°п.к.в. При снижении нагрузки двигателя она, естественно, снижается.
Диаграмма и графики рис.12.2,а соответствуют регулированию дц за счет изменения начала подачи топлива. На всех режимах конец подачи насоса (КПН) происходит в точке 4. Угол п.к.в., в течение которого происходит впрыск топлива, изменяется за счет изменения угла опережения подачи топлива φоп1 Наибольшей подаче соответствуют точки 1 на диаграмме топливораспределения и на графике пути плунжера – угол опережения фоп1 и полезный ход плунжера φоп1. При уменьшении gц начало подачи последовательно смещается в точки 2 и 3, угол опережения уменьшается до φоп2, φоп3 и полезный ход плунжера становится ha2 и ha3.
Следовательно, регулирование цикловой подачи в рассматриваемом варианте приводит только к изменению угла опережения подачи. Недостатком этого способа регулирования является малая скорость плунжера в конце подачи, что приводит к «вялому» распыливанию в конце подачи.
Диаграмма и графики рис. 12.2, б соответствуют регулированию за счет изменения кониа подачи топлива. Началу подачи всегда соответствует точка 1, при уменьшении gц конец подачи перемещается из точки 4 в точки 3 и 2 и соответственно изменяется полезный ход плунжера. Угол опережения подачи топлива φоп на всех режимах остается неизменным. Скорость плунжера во время впрыска высокая, вся порция топлива хорошо распыливается.
Диаграмма и графики рис. 12.2, в иллюстрируют регулирование gц за счет одновременного изменения начала и кониа подачи топлива.
Точки 1-6 соответствуют началу и концу подачи топлива при наибольшей величине gц. При уменьшении gц начало подачи последовательно смещается в точки 2 и 3, конец подачи – в точки 5 и 4. Так же как при первом способе регулирования, изменение цикловой подачи сопровождается изменением угла опережения подачи.
Для двигателей, работающих с постоянной частотой вращения (дизель-генераторы), второй способ регулирования наиболее удобен, так как при неизменном скоростном режиме постоянный угол опережения подачи топлива обеспечит воспламенение топлива при одном и том же угле поворота кривошипа, что будет создавать одинаковые условия протекания процесса сгорания на всех режимах работы двигателя.
У малооборотных дизелей, работающих с небольшим углом опережения подачи топлива (2-5° п.к.в.), регулирование дц за счет изменения начала подачи топлива неоправданно, так как такие ТНВД на режимах среднего и малого ходов начинают подавать топливо за ВМТ, что снижает экономичность двигателя. Поэтому в этих двигателях чаще применяют ТНВД со смешанным регулированием или регулированием по концу подачи.
Устройства, регулирующие цикловую подачу в насосах клапанного типа, могут выполняться в виде перепускных и отсечных клапанов, через которые на части хода плунжера топливо перепускается в приемную полость насоса; в насосах золотникового типа плунжер-золотник перепускает топливо в приемное окно в начале или в конце своего хода.
Для того чтобы максимально снизить расход топлива, в систему управления ТНВД встраивают специальные устройства, дающие возможность на ходу изменять фазы подачи топлива. В частности, при снижении мощности частоты вращения п и связанном с этим падении максимального давления рабочего цикла рг представляется возможным увеличить угол опережения подачи топлива, чтобы удержать максимальное давление цикла на уровне номинального режима и, тем самым .сохранить на возможно низком уровне удельный эффективный расход топлива g ( системы VIT).
Привод плунжеров осуществляется от кулачных шайб, откованных заодно с распределительным или специальным кулачковым валиком двигатели высоко- и среднеоборотные), или закрепленных на валу на шпонках или шлицевых соединениях, что позволяет их разворачивать для изменения угла опережения. В последние годы стал применяться гидравлический привод плунжеров, позволяющий отказаться от топливных кулачков и, что главное, – поддерживать постоянство давления впрыска в широком диапазоне оборотов.
Профили кулачных шайб:
Симметричные — применяются в 2-х тактных дизелях, позволяют осуществлять реверсирование с одним комплектом шайб, обеспечивающих одинаковые фазы распределения как на переднем, так и на заднем ходах. Несимметричные — применяются в 4-х тактных дизелях, позволяют осуществлять меньшую продолжительность впрыска топлива при большей скорости плунжера. Но для осуществления реверса требуется двойной комплект шайб — переднего и заднего хода. Стандартный профиль топливной шайбы образован дугами окружности и на участке активного хода обеспечивает движение плунжера с линейно увеличивающимися и далее постоянными скоростями Vп (см. рис. 12.2).
Форсунки служат для непосредственного впрыскивания топлива в цилиндр двигателя, распыливания его на частицы с размером желательно не более 5 -3 0 мкм и распределения их внутри камеры сгорания. Представленная на рис 12.3 форсунка закрытого типа (в качестве запорного органа используется игла 10), многодырчатая и неохлаждаемая. Размещается в крышке цилиндра и состоит из двух основных элементов – корпуса 5 и распылителя 1 с отдельным сопловым наконечником 11. Топливо от насоса подводится к штуцеру 8, в котором размещен сменный элемент фильтра тонкой очистки топлива 7. Далее топливо поступает в канал 14,откуда попадает в кольцевую выточку 15 на торце распылителя. При закрытом положении игла своим конусом сидит на конусе сопла и препятствует проникновению топлива в нижерасположенную камеру соплового наконечника 11. Игла 10 через толкатель нагружена пружиной 3, затяг которой может регулироваться винтом. Изменением силы затяга устанавливается давление отрыва иглы от седла (начальное давление впрыскивания -Рфо). Рядом со штуцером располагаеи- просочившегося топлив Рядом со штуцером штуцером располагается клапан выпуска воздуха 9, используемый при предварительной прокачке форсунок перед пуском.
По типу запорных органов и распыливающих отверстий применяются следующие виды распылителей:
– клапанные (с иглой) многодырчатые;
– клапанные однодырчатые
– штифтовые.
