Promlebedka.ru

Авто ДРайв
4 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Давление при подаче дизельного топлива в дизельных двигателях

Трубопроводы высокого давления дизеля

Топливный насос высокого давления подает топливо к форсункам посредством специальных трубопроводов, к которым предъявляются очень строгие требования. Это связано не только с тем, что трубопроводы (трубки) подвержены воздействию значительных механических перегрузок динамического характера, но и с необходимостью строгого дозирования топлива, подаваемого от нагнетательной секции насоса к форсунке.

Условия работы трубок высокого давления, действительно, очень напряженные. Топливо поступает в трубки под давлением до 20 МПа (и даже более), при этом давление на стенки трубок имеет импульсный характер, связанный с особенностью впрыска дизеля.
В системах питания Common Rail топливопроводы высокого давления менее подвержены импульсным нагрузкам, поскольку в них давление выдерживается относительно постоянным, равным давлению в рампе, а вот в классической системе питания дизеля трубки напряжены колоссальными динамическими (переменными) нагрузками, сопровождающимися гидравлическими ударами различной интенсивности.

Импульсное перемещение топлива по трубкам – не единственный негативный фактор, влияющий на долговечность трубопроводов высокого давления. При определенных условиях, зависящих от длины трубок и частоты импульсов подачи топлива, в трубках могут возникнуть резонансные явления, которые способны разорвать даже трубопровод, выполненный с многократным запасом прочности.

Чтобы исключить или свести к минимуму вероятность резонанса в трубках, конструкторы производят сложные расчеты, связанные, в первую очередь, с подбором оптимальной длины трубок и их внутреннего диаметра. По этой причине все трубки высокого давления в дизеле конкретной модели имеют одинаковую длину, наименее склонную к резонансу с импульсными толчками топлива.

Технология изготовления трубок высокого давления тоже достаточно сложная. К требованиям повышенной прочности прилагаются и требования к точному дозированию перемещаемого по трубкам топлива. Для выполнения этого условия трубки должны иметь калиброванное проходное сечение, а также минимальную шероховатость внутренней поверхности.

По этим причинам трубки изготавливаются из специальных сталей, канал в них выполняется сверлением с последующим упрочнением. Внутренний диаметр трубок и их длина строго дозируются.

Следует отметить, что трубопроводы высокого давления являются паразитическим звеном в системе подачи топлива дизельных двигателей. Они ограничивают давление подачи топлива к форсункам, и часто становятся причиной отказа системы питания из-за механических разрушений (разрывы, трещины и т. п.). Этих недостатков лишены системы питания типа насос-форсунка, в которых отпадает необходимость в трубопроводах высокого давления.

Определение и история появления

Плунжерная пара представляет собой механизм, состоящий из двух элементов. Первый из них, давший наименование всему узлу, называется плунжер или поршень, а второй – так называемая гильза или втулка. Принцип работы пары основан на том, что плунжер совершает возвратно-поступательное движение внутри втулки. В результате, при помощи каналов, расположенных внутри механизма, топливо или другая рабочая жидкость под высоким давлением подается в пространство, расположенное над поршнем.

Необходимость в разработке ТНВД на основе одной или нескольких плунжерных пар появилась после изобретения дизельного двигателя, совершенного Рудольфом Дизелем. В число ключевых особенностей агрегата входила подача топлива в камеры внутреннего сгорания под давлением, что выступало обязательным условием его гарантированного самовоспламенения. На первых моделях для решения этой задачи использовался громоздкий и тяжелый компрессор, наличие которого заметно снижало общий КПД дизельного двигателя.

Разработка в 20-х годах прошлого века Робертом Бошем ТНВД, использующего в качестве основного рабочего узла плунжерную пару, позволило значительно сократить габариты дизельного двигателя, сохранив его впечатляющие эксплуатационные характеристики в виде экономичности, эффективности и высокого уровня мощности. Дальнейшее совершенствование плунжерной пары состояло в повышении качества изготовления поршня и гильзы, а также использовании более современных материалов.

Продолжительность впрыска и кривая интенсивности подачи (впрыска)

Термин «интенсивность подачи» описывает кривую характеристику количества впрыснутого в камеру сгорания топлива как функцию угла поворота коленчатого или кулачкового вала (соответственно углы поворота коленчатого или кулачкового вала).

Одним из главных параметров, влияющих на кривую интенсивности подачи, является продолжительность впрыска. Она измеряется в углах поворота коленчатого или кулачкового вала или в миллисекундах и является периодом, в течение которого открыта форсунка и топливо впрыскивается в камеру сгорания, На рисунке показано, как подача количества впрыскиваемого топлива начинается с помощью кулачкового вала насоса и как топливо впрыскивается из форсунки (как функция угла поворота кулачкового вала). Можно видеть, что характеристика давления и кривая интенсивности подачи сильно изменяются между элементом насоса и форсункой, и что на них влияют детали, которые определяют впрыск (кулачок, элемент насоса, нагнетательный клапан, топливопровод (магистраль подачи) и форсунка).

Рис. Продолжительность впрыска и кривая интенсивности подачи

Рис. rl — период задержки воспламенения; 1. Подъем кулачка, скорость подъема; 2. Давление в камере элемента насоса; 3. Подъем клапана; 4. Давление в топливопроводе на стороне насоса; 5. Давление в топливопроводе на стороне форсунки; 6. Подъем иглы форсунки; 7. Кривая интенсивности подачи; 8. Угол поворота кулачка, град.

Различные системы дизельных двигателей требуют различной продолжительности впрыска в каждом из случаев. Двигатели с непосредственным впрыском требуют примерно 25 — 30° поворота коленчатого вала при определенном числе оборотов, а двигатели с предкамерой — угла поворота коленчатого вала в 35 — 40°. Продолжительность впрыска при 30°- повороте коленчатого вала, соответствующем повороту на 15° кулачкового вала, означает продолжительность впрыска в 1,25 миллисекунд для числа оборотов ТНВД, равному 2000 об/мин.

Читать еще:  Форсунка двигателя назначение устройство работа и неисправности

Для поддержания расхода топлива и выбросов серы на низком уровне, продолжительность впрыска должна быть определена как функция рабочей точки и зависит от начала впрыска. При начале впрыска должно протекать лишь малое количество топлива, тогда как в конце требуется большое количество топлива. Форсунка затем должна закрыться как можно быстрее. Такая кривая интенсивности подачи приведет к медленному повышению давления сжатия. Сгорание, таким образом, будет «мягким». В двигателях с непосредственным впрыском шум от сгорания заметно меньшается, если малая часть топлива, впрыснутого в камеру сгорания, мелко распылена перед основным впрыском.

Рис. as — начало впрыска в градусах поворота коленчатого вала до ВМТ; 1. Расход топлива; 2. г/кВт-ч; 3. Продолжительность впрыска; 4. Сера; 5. Градусы поворота коленчатого вала; 6. Окислы азота (NOx); 7. Углеводороды (НС); 8. г/ч.

Такой метод впрыска остается очень дорогим. В двигателях с разделенной камерой сгорания (с предкамерой или вихревой камерой) используются игольчатые дросселирующие форсунки. Эти форсунки образуют одну струю топлива и определяют кривую интенсивности подачи. Форсунки управляют поперечным сечением выхода как функцией хода клапана впрыска (нагнетательного клапана).

Вторичный впрыск (или так называемое «капание») особенно нежелателен и происходит из-за быстрого повторного открывания форсунки после ее закрывания, и она впрыскивает плохо подготовленное топливо позже в процессе сгорания. Эго топливо сгорает не полностью или вообще не сгорает и выходит через выхлопные газы как несгоревшие углеводороды.

Быстрозакрывающиеся форсунки предотвращают такое «капание». «Мертвый объем» в нижней части у седла форсунки производит эффект, подобный «капанью». Пары топлива, накапливающиеся в этом объеме, выходят в камеру сгорания после окончания сгорания и также поступают в выхлопные газы, где увеличивают выбросы несгоревших углеводородов. Наименьший «мертвый объем» получается у форсунок с седлом с отверстиями.

Сommon Rail в действии

Топливный насос низкого давления (его роль может выполнять подкачивающая секция, расположенная в корпусе ТНВД либо электрический насос в топливном баке) подает топливо под давлением 2,6-7 бар к ТНВД, в котором и происходит нагнетание давления топлива. При прокрутке двигателя стартером ТНВД способен создавать давление 500-600 бар. После запуска двигателя эта величина вырастает до 1300-2000 бар.

В рейке постоянно поддерживается оптимальное давление, величина которого контролируется с помощью датчика давления, лишнее топливо сбрасывается регулятором в магистраль обратного слива. Регулятор может располагаться в топливной рейке либо в корпусе ТНВД. Дополнительно в рейке может быть вмонтирован клапан экстренного сброса топлива, предотвращающий разрыв рейки в случае нештатной ситуации. Также для более точной работы в некоторых системах в топливную рампу вмонтирован датчик температуры топлива. В некоторых вариантах системы можно встретить отдельную форсунку, использующуюся для увеличения дозировки топлива и прожига сажевого фильтра, в других системах работа двигателя в режиме прожига достигается изменением ЭБУ момента впрыска и количества подаваемого в цилиндры дизеля.

Форсунки

Под давлением топливо подается к форсункам, которые могут быть 2 видов.

  • Электрогидравлические. Представляют собой обычные электромагнитные форсунки, поднятие иглы распылителя и подача топлива в которых осуществляется после подачи напряжения на электромагнитный клапан. Электромагнитные форсунки очень надежные и имеют высокий уровень ремонтопригодности.
  • Пьезоэлектрические. Пьезокристалл при подаче на него напряжение очень быстро расширяется, позволяя игле подыматься в 3-4 раза быстрее, нежели в случае с электромагнитной форсункой. Это повышает быстродействие форсунки, благодаря чему за такт можно осуществить большее количество впрыска дизеля в камеру сгорания, а также точнее отмерить подаваемую порцию горючего. Но сложность конструкции оборачивается меньшим ресурсом и трудностями в ремонте.

Топливная система Сommon Rail была разработана специалистами компании Bosch, которой и принадлежит основная доля рынка дизельных систем впрыска. На данный момент существует 5 генераций ТНВД Bosch системы Сommon Rail.

  • СР1 – трехплунжерный ТНВД с подкачивающей секцией, расположенной в баке. Насос лишен клапана дозирование топлива, его функцию выполняет регулятор давления, вмонтированный в рейку (отличительная черта систем с СР1). Чаще всего СР1 комплектуются электромагнитными форсунками.
  • СР1Н – усовершенствованный вариант СР1. Вместо подкачивающего насоса в баке, в корпус ТНВД вмонтирована механическая подкачивающая секция. Главная особенность – наличие клапана регулировки количества топлива, нагнетаемого в рейку. По сравнению с СР1, обеспечивает большое давление – 1600-1800 бар. Также большая эффективность достигается за счет возможности принудительного отключения одного из плунжеров, когда в большом количества горючего нет необходимости.
  • СР2 – ТНВД, предназначенные для тяжелого коммерческого транспорта.
  • СР3. Отличительная черта – количество нагнетаемого топлива регулируется не в контуре высокого давления, а еще на подходе к плунжерам путем контроля объема топлива, подаваемого к насосу. СР3 имеет механическую топливоподкачивающую секцию (варианты с электронасосами крайне редки). Двигатели с ТНВД СР3 оснащались только пьезоэлектрическими форсунками CRI 3.
  • СР4. ТНВД имеет две модификации: одноплунжерный CP 4.1 (создаваемое давление – 1800 бар) и 2-плунжерный CP 4.2 (максимальное давление – 2000 бар). ТНВД имеет встроенный регулятор давления и механическую секцию низкого давления (5 бар). Большинство двигателей с СР4 оснащаются пьезофорсунками, но существуют системы и с электрогидравлическими инжекторами.
Читать еще:  Большой расход топлива на пассате б3 двигатель 2е

Помимо Bosch, производством компонентов и усовершенствованием системы Сommon Rail занимаются Delfi (Lukas), Densо и др.

Управление

Посредством данных, полученных от датчика положения педали газа, ЭБУ понимает желаемый водителем уровень крутящего момента. Считывая данные с ДВКВ, ДВРВ, ДМРВ, ДТОЖ, датчика наддува, датчика температуры топлива в рампе, электронный блок управления двигателем оценивает фактическую режимную нагрузку на мотор и решает, в какой момент нужно подать сигнал на форсунки и сколько топлива впрыснуть в цилиндры за цикловую подачу.

Далее топливо подается под высоким давлением по топливопроводу в топливную рампу и затем к форсункам. С помощью которых осуществляется впрыск топлива в камеры сгорания двигателя. Избыточное топливо, а также попавший в систему воздух отводятся от форсунок и ТНВД по топливопроводам слива топлива в топливный бак. Максимальное давление впрыска топлива составляет 1450 бар.

Схема системы подачи топлива аккумуляторного типа Common Rail CRS2.0 относящейся к двигателю ЗМЗ-51432 CRS Евро-4 автомобилей УАЗ Патриот и УАЗ Пикап.

Не следует полностью вырабатывать топливо из системы питания. Так как смазка трущихся деталей ТНВД осуществляется топливом и это неминуемо приведет к выходу ТНВД из строя.

Топливный насос высокого давления (ТНВД) BOSCH CP1H системы подачи топлива Common Rail CRS2.0 на дизельном двигателе ЗМЗ-51432 CRS Евро-4.

Топливный насос высокого давления (ТНВД) BOSCH CP1H радиально-плунжерного типа. Со встроенным шестеренным топливоподкачивающим насосом. Нагнетание топлива осуществляется тремя плунжерами в одну полость высокого давления. Регулирование расхода топлива происходит посредством дозирующего электромагнитного клапана. По сигналу из блока управления двигателем.

Преимущество этого способа заключается в повышении энергетического КПД системы Common Rail CRS2.0. Благодаря этому снижаются затраты мощности на привод ТНВД, и уменьшается нагрев топлива.

Устройство топливного насоса высокого давления BOSCH типа СР1Н в системе подачи топлива Common Rail CRS2.0.

Основной функцией насоса является нагнетание топлива в топливную рампу под высоким давлением. Величина которого зависит от оборотов и нагрузки на двигатель. Максимальное давление 1450 бар.

ТНВД BOSCH СР1Н в сборе с кронштейном.

Сам ТНВД установлен на общем с генератором кронштейне, с левой стороны двигателя. ТНВД на кронштейне закреплен при помощи трех болтов (874015-П29 М8-6g×38). С фланцем и шестигранной головкой с размером под ключ S=10 мм. Для удобства монтаж и демонтаж ТНВД рекомендуется выполнять совместно с кронштейном. Предварительно демонтировав с двигателя датчик указателя давления масла. В случае его наличия в комплектации двигателя.

Привод ТНВД осуществляется совместно с водяным насосом и генератором поликлиновым ремнем 6РК1600 от шкива коленчатого вала. Натяжение ремня производится автоматически механизмом натяжения ремня. Частота вращения вала ТНВД не превышает 3360 мин-1. ТНВД смазывается и охлаждается проходящим через него топливом.

Три плунжера, радиально расположенные по окружности через 120°, сжимают топливо внутри ТНВД. Три рабочих хода каждого плунжера за один оборот вала ТНВД позволяют обеспечить незначительную и равномерную нагрузку на вал привода с эксцентриковыми кулачками. Крутящий момент, достигающий величины 25 Нм, составляет около 1/9 от амплитуды момента, необходимого для привода распределительного ТНВД VE.

Таким образом, система Common Rail CRS2.0 функционирует с меньшими затратами на привод. Необходимая для привода ТНВД мощность возрастает пропорционально частоте вращения вала насоса и давлению в аккумуляторе высокого давления.

Шестеренный насос.

Является механическим топливоподкачивающим насосом. Этот насос повышает давление поступающего из ФТОТ топлива до уровня, которое необходимо для обеспечения работы ТНВД на всех режимах работы двигателя. Шестеренный насос установлен непосредственно на ТНВД и приводится от приводного вала ТНВД.

Устройство шестеренного топливоподкачивающего насоса ТНВД BOSCH СР1Н.

В корпусе шестеренного насоса расположены две шестерни, вращающиеся в противоположных направлениях. Одна из этих шестерен соединена с ведущим валом ТНВД. При вращении шестерен находящееся в объемах между зубьями топливо транспортируется вдоль внутренних стенок насоса в направлении к полости нагнетания. Далее топливо направляется в корпус насоса высокого давления. Находящиеся в зацеплении зубья шестерен предотвращают возврат топлива в полость всасывания.

Читать еще:  Что будет если поставить в двигатель другие свечи

Дозирующий электромагнитный клапан.

Установлен и закреплен на корпусе ТНВД. При отсутствии подачи напряжения – находится в закрытом состоянии. Перекрывая подачу топлива в плунжерные секции ТНВД. Требуемую величину давления топлива в аккумуляторе, дозирующий клапан устанавливает путем изменения количества топлива поступающего к плунжерным парам. Излишки топлива отводятся по топливопроводу в топливный бак.

Если требуется снизить давление топлива в аккумуляторе, ЭБУ на дозирующий клапан подает сигнал с малой шириной импульсов. Запорный орган клапана ограничивает подачу топлива к плунжерным парам ТНВД. В результате чего ТНВД подает топливо в аккумулятор с пониженным давлением. Подаваемое шестеренным насосом избыточное топливо направляется через сливную магистраль в бак.

Работа дозирующего клапана системы Common Rail CRS2.0 при снижении давления топлива подаваемого ТНВД BOSCH CP1H в топливный аккумулятор.

При необходимости повышения давления топлива подаваемого ТНВД в аккумулятор, ЭБУ на дозирующий клапан подает сигнал с большой шириной импульсов. В результате проходное сечение под запорным органом клапана увеличивается. Обеспечивая поступление большего количества топлива от шестеренного насоса к плунжерным парам. При поступлении большего количества топлива насос создает соответственно большее давление.

Работа дозирующего клапана системы Common Rail CRS2.0 при повышении давления топлива, подаваемого ТНВД BOSCH CP1H в топливный аккумулятор.

Аккумулятор высокого давления (Rail) с датчиком давления топлива.

Аккумулятор высокого давления служит для накопления подаваемого под высоким давлением топлива. Затем оно впрыскивается в цилиндры двигателя. Благодаря достаточно большому объему аккумулятора сглаживаются колебания давления топлива. Возникающие из-за неравномерной подачи насоса высокого давления и в процессе впрыска.

Аккумулятор высокого давления представляет собою трубу, изготовленную из кованой стали. На ней расположены штуцеры подвода топлива от ТНВД и отвода топлива к форсункам. А также установлен датчик давления топлива. Топливо из ТНВД направляется через топливопровод высокого давления к впускному штуцеру аккумулятора. Из аккумулятора оно распределяется по выпускным штуцерам к отдельным форсункам. Давление внутри аккумулятора измеряется датчиком давления топлива. А регулируется дозирующим клапаном ТНВД.

Ремонт или регулировка топливного насоса высокого давления следует делать если:

  1. Увеличенный расход топлива.
  2. Отсутствует подача топлива от насоса к форсунке
  3. Слезает ремень ГРМ с шестеренки.
  4. При течи топлива из ТНВД
  5. Неизвестные шумы в ТНВД.
  6. Обильные количества дыма из выхлопной трубы.

Важную роль в «дизеле» отводится форсунке — это элемент осуществляет впрыск в камеру сгорания. Форсунка — это элемент топливной аппаратуры в который подается высокое давление дизельного горючего. Если в форсунке низкое давление, то форсунка откроется раньше-появление черного дыма. Если высокое давление, форсунка откроется позже- белый дым.

Подкачивающий насос дизельного двигателя

Кроме топливного насоса, обеспечивающего высокое давление (ТНВД), в конструкцию дизеля также входит насос, поставляющий солярку под низким давлением (ТННД). Задача данного приспособления – забор дизтоплива из топливного бака и последующая транспортировка по патрубкам к ТНВД. Подкачивающая помпа расположена на корпусе насоса ТНВД или в непосредственной близости к нему. Обе помпы соединены между собой посредством специальных трубок.

ТННД обеспечивает движение горючего под сравнительно низким напором. Перед подачей солярки в полость насоса ТНВД, она проходит через специальные фильтры. Работа подкачивающего насоса проходит в два этапа:

  1. Подготовительный.
  2. Рабочий.

На подготовительном этапе дизтопливо очищается от инородных твердых частиц при помощи фильтрующих устройств. В рабочем режиме – очищенное горючее подается на ТНВД.

Интересно: При работе помпы низкого давления через нее перекачивается дизтопливо в завышенном объеме. Количество солярки немного превышает нужный объем, достаточный для равномерной работы дизеля. Такое подкачивание с запасом помогает стабилизировать давление в системе питания при повышении нагрузок на силовой агрегет.

Достоинства и недостатки ТНВД

Говорить о достоинствах ТНВД сложно, так как это уникальный в своем роде узел, и сравнить его можно было бы только с другим подобным инженерным решением. Недостатков несколько, и все они — следствие сложности устройства насоса. В конструкции узла используется много прецизионных частей, которые требуют бережной эксплуатации и, к тому же, смазываются при помощи проходящего через насос топлива. По этой причине срок службы ТНВД зависит от качества и чистоты топлива. Любые посторонние абразивные примеси и вода существенно увеличивают износ. По этой причине необходимо заправлять автомобиль, в котором установлен двигатель с ТНВД, только в проверенных местах, где продают топливо одного и того же высокого качества.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector