Эффективность рабочего процесса дизеля зависит не только от характеристики подачи и момента впрыска топлива, но и от качества распыливания. Топливо должно быть распределено по всему объему камеры сгорания. В каждой единице объема сжатого воздуха должно содержаться одинаковое количество как можно более мелких частиц впрыскиваемого топлива.
Топливо дробится и равномерно распределяется в камере сгорания топливоподающей аппаратурой и возникающими в камере воздушными вихрями. В частности, в вихрекамерных двигателях топливо дополнительно дробится потоками воздуха, перетекающего из рабочего цилиндра в камеру, и при обратном прохождении газов из камеры сгорания.
Эффективность распыливания топлива повышается с увеличением числа оборотов двигателя.
Качество распыливания топлива определяют тонкостью и однородностью, дальнобойностью и углом конуса струи, а также относительным распределением топлива по длине и в поперечном сечении струи.
Тонкость распыливания топлива оценивается средним диаметром капли. Чем меньше диаметр, тем тоньше распыливание. Однородность распыливания определяется пределами изменения величины диаметра капель: чем меньше разница между наибольшим и наименьшим диаметрами капель в струе, тем однороднее распыливание.
Под дальнобойностью струи понимается глубина проникновения конца струи в толщу воздуха в зависимости от времени.
Углом конуса называют угол между касательными к контуру струи, сходящимися у сопла форсунки.
Форма и характер разрушения струи в процессе проникновения ее в камеру сгорания зависят от давления впрыска, противодавления, т. е. плотности среды, в которую впрыскивается топливо, скорости вращения кулачкового вала, вязкости топлива и конструкции сопла.
Давлением впрыска называется давление топлива перед сопловым отверстием в момент впрыска. Величина давления впрыска зависит от величины давления начала отрыва иглы форсунки, т. е. от регулировки форсунки и скоростного режима. С повышением давления впрыска увеличивается скорость истечения топлива и уменьшается средний диаметр капель см рис.
Зависимость скорости Wф движения переднего фронта факела и диаметра dK капель топлпва от давления Рф впрыска.
Распределение капель разного размера в струе топлива зависит от перепада давления (рис. 6). По оси абсцисс отложен средний диаметр капель d
к, по оси ординат — отношение А объема капель одинакового диаметра к объему всех капель в этой части струи в %. Чем выше перепад давлений, тем меньше диаметр капель и тем однороднее распыливание.
При уменьшении перепада давлений средний диаметр капель возрастает, ухудшается однородность распыливания и повышается дальнобойность струи. Особенно большое значение эти факторы имеют для двигателей непосредственного впрыска. Для двигателей вихрекамерного смесеобразования их влияние сказывается в меньшей степени, так как качество смесеобразования улучшается благодаря воздушным вихрям.
Если у вихрекамерных двигателей дальнобойность струи мала, то топливо распределяется в небольшом объеме камеры сгорания и на ее периферии появляются зоны с избытком воздуха, в центре же камеры может быть недостаток его. Сгорание в этом случае будет перемещаться в такт расширения. При большой дальнобойности струи топливо попадает на стенки камеры сгорания и днище поршня, что для этого типа двигателей нежелательно.
Экономичность двигателя при этом ухудшается. Дальнобойность струи для каждого типа дизелей должна представлять собой определенную величину. Однако она не является постоянной, а зависит от давления впрыска, быстроходности двигателя, величины подачи топлива.
При увеличении давления впрыска возрастает перепад давления в сопле форсунки и в камере сгорания, что и приводит к увеличению дальнобойности факела распыленного топлива.
Зависимость дальнобойности факела от давления впрыска за время 0,0025 сек при постоянном противодавлении показана на рисунке 7. С увеличением давления дальнобойность возрастает. При повышении скорости вращения кулачкового вала топливного насоса увеличивается скорость движения плунжера, а это также способствует росту дальнобойности струи (рис. 8).
Давление начала впрыска оказывает влияние на момент начала и продолжительность впрыска, тонкость и однородность распыливания топлива и резкость отсечки. Подача топлива за цикл возрастает по мере снижения давления начала впрыска (рис. 9). В этом случае игла форсунки поднимается раньте и садится в гнездо позже.
Поздняя посадка вызывается значительным снижением давления конца впрыска при малом давлении начала впрыска. При снижении давления начала впрыска ухудшается запуск двигателя.
Форсунки для дизельных двигателей – это детали топливной аппаратуры, которые наиболее подвержены износу. Считаются самыми простыми в обслуживании и проведении диагностики в условиях сервисных центров. От того, насколько эффективно работают форсунки, зависит качество сгорания топлива в цилиндрах двигателя, его запуск, динамика разгона автомобиля, экономичность и количество вредных выбросов.
В зависимости от типа распылителей и топливной системы максимальное давление форсунок дизельных двигателей в распылителе в момент впрыска составляет порядка 200 МПа, а время – от 1 до 2 миллисекунд. От качества впрыска зависит уровень шума двигателя, количество выбросов в атмосферу сажи, окислов азота и углеводорода.
Современные модели различаются по форме корпуса, размеру распылителей, а также по способу управления. Отличие различных типов форсунок состоит в использовании различных систем впрыска и видов распылителей, которые бывают штифтовыми и дырчатыми. Штифтовые применяют в двигателях с форкамерной системой зажигания, дырчатые устанавливаются на дизелях с непосредственным впрыском топлива.
Основное назначение таких деталей заключается в дозировании и распылении топлива, а также герметичной изоляции камеры сгорания. В результате исследований были разработаны насосы-форсунки, которые устанавливаются в каждый цилиндр по отдельности. Принцип работы форсунки дизельного двигателя нового типа заключается в том, что она функционирует от кулачка распределительного вала через толкатель. Подача и слив топлива осуществляется через специальные каналы в головке блока. Дозирование топлива происходит через блок управления, который подает сигналы на запорные электромагнитные клапаны.
Работает насос-форсунка в импульсном режиме, что позволяет перед основным впрыском произвести предварительную подачу топлива. В результате чего значительно смягчается работа двигателя и снижается уровень токсичных выбросов.
Загрязнение этого элемента ведет к нарушению распыления топлива и приводит к неправильному образованию воздушно-топливной смеси. В идеале пульверизация должна быть максимально равномерной. Основной источник загрязнения – содержащиеся в топливе смолы. Промывка форсунок дизельного двигателя может устранить все нарушения подачи топлива в цилиндры.
Процесс очистки форсунок предусматривает удаление различных загрязнений в топливных каналах. В настоящее время применяется несколько способов:
Оцените статью:
(10 голосов, среднее: 2.9 из 5)
Поделитесь с друзьями!
Adblock
detector
| Консультации по покупке
Ключевым элементом для достижения максимальной производительности дизельного двигателя является увеличение количества сжигаемого дизельного топлива. На старых двигателях с механическим впрыском единственным способом сделать это была модификация форсунок и/или ТНВД. В новых электронных системах впрыска есть несколько способов увеличить подачу топлива в цилиндры, но в конечном итоге пиковая выработка мощности по-прежнему сводится к механическим ограничениям компонентов впрыска, которые создают давление топлива и впрыскивают дизельное топливо в камеры сгорания.
Топливная система большинства дизельных двигателей состоит из трех основных частей: форсунки, ТНВД и, в некоторых случаях, блока управления двигателем (ЭБУ). В большинстве дизельных двигателей топливные форсунки установлены в головке (головках) цилиндров двигателя, и наконечник или сопло форсунки распыляет топливо непосредственно в камеру сгорания. Во многих случаях инжектор устанавливается так же, как свеча зажигания в газовом двигателе. Но в отличие от газовых двигателей с впрыском топлива, которые впрыскивают топливо под давлением 10–60 фунтов на квадратный дюйм, системы впрыска дизельного топлива работают в диапазоне 10 000–30 000 фунтов на квадратный дюйм.
Насос VE представляет собой аксиально-поршневой насос распределительного типа с механическим управлением. Его входной вал приводится в движение двигателем, а давление топлива подается аксиальными поршнями. Топливо подается к форсункам через распределитель с портовым управлением; это механическое устройство контролирует время и количество топлива, поступающего на каждую форсунку.
CP3 — это радиально-поршневой насос для систем впрыска Common Rail высокого давления. Производители, кажется, переводят все дизели в сторону системы впрыска Common-Rail. С переходом нового 6,4-литрового двигателя Ford Power Stroke на систему Common-Rail от Siemens все отечественные дизельные грузовики грузоподъемностью 3/4 и 1 тонна теперь будут использовать технологию Common-Rail. В системе Common-Rail используются аккумуляторные рейки для поддержания высокого давления топлива; эта рейка(и) подает топливо к форсункам. Насос CP3 работает аналогично VP44, но главное отличие состоит в том, что CP3 не имеет соленоида для подачи топлива к форсункам. В системе Common-Rail используются либо электромагнитные клапаны, либо пьезоэлектрические форсунки для управления количеством топлива и синхронизацией. CP3, используемые в двигателях Cummins и Duramax, очень похожи. Единственное отличие состоит в том, что Duramax CP3 использует разные фитинги для двух направляющих (по одной на каждый ряд цилиндров), тогда как Cummins CP3 питает только одну направляющую для всех шести цилиндров.
Доступны модифицированные насосы CP3 для увеличения расхода топлива на 30 процентов, и в зависимости от других модификаций двигателя это добавит 60-100 л.с. Существуют также комплекты для работы с двумя CP3 на Duramax или Cummins. В этот комплект добавляется второй CP3, приводимый в движение ременным шкивом. Удвоенная производительность насоса позволяет поддерживать хорошее давление топлива при использовании агрессивных форсунок и электроники.
P7100, или P-насос, представляет собой встроенный впрыскивающий насос, в котором используется кулачок для приведения в действие плунжеров для повышения давления топлива. По мнению некоторых фанатиков дизельного топлива, это мать всех ТНВД из-за его исключительных возможностей. Хотя он был заменен электронным насосом VP44 на 24-клапанном Cummins, некоторые сильно модифицированные грузовики сделали шаг назад и заменили VP44 на насос P из-за его способности прокачивать большое количество топлива.
Рынок запасных частей предлагает десятки модификаций насоса P, что делает его дизельным двигателем Holley на 4 барреля. Только Industrial Injection имеет три уровня модифицированных P7100: Dragon Fly имеет легкие модификации и использует стандартные 12-миллиметровые насосы, способные подавать 550 кубических сантиметров топлива, Dragon Flow использует 13-миллиметровые насосы для подачи 800 кубических сантиметров топлива, а Super Dragon Flow использует 14-миллиметровые насосы. для подачи топлива объемом 1400 куб.см. У всех этих насосов может быть изменена синхронизация.
Эта деталь от Industrial Injection увеличивает объем топлива в топливной системе Common Rail за счет добавления дополнительной линии подачи топлива между насосом и Common Rail. Недостатком системы Common-Rail является то, что после полного открытия дроссельной заслонки рейке требуется время, чтобы восстановиться до максимального давления топлива. Линии с двойной подачей предназначены для сокращения времени восстановления рельсов вдвое. Менее ограничительные фитинги также используются для увеличения расхода топлива. Industrial Injection утверждает, что эта простая модификация может добавить до 50-70 л.с.
Эта форсунка Bosch использовалась как в 12-клапанных двигателях Cummins первого, так и во втором поколении. Единственное отличие состоит в том, что в двух моделях Cummins размер впускного отверстия был немного изменен. Эти гидравлические форсунки срабатывают или выскакивают, когда они получают правильное количество и давление топлива от насоса. Самая распространенная и простая модификация любой форсунки - это удаление сопла и либо увеличение размера отверстий, либо добавление большего количества отверстий, либо и то, и другое (в некоторых случаях).
На вторичном рынке имеется ряд форсунок, доступных для удовлетворения потребностей клиентов. Как правило, форсунки высокой мощности модифицируются внутри, поэтому на форсунку и штифт подается второй впускной патрубок. Модификации также могут быть внесены в большинство внутренних компонентов инжектора.
VP44 представляет собой радиально-поршневой насос распределительного типа, управляемый электромагнитным клапаном, с электронной регулировкой. Bosch VP44 приводится в движение двигателем, а давление топлива подается несколькими радиальными поршнями. Внутренний радиальный поршень нагнетает топливо, а электромагнитный клапан высокого давления открывает и закрывает выпускное отверстие камеры, которое распределяет определенное количество топлива на каждую из шести форсунок. VP44 имеет встроенный ECU, который связывается через систему шины CAN с главным ECU и требует электрического подъемного насоса для подачи дизельного топлива из топливного бака. Насосы VP44 с горячим стержнем могут добавлять до 100 л. с. благодаря другому программному обеспечению. на ЭБУ насоса, а также внутренние механические модификации для регулировки времени и производительности.
24-клапанная форсунка очень похожа на форсунку, используемую в более старых 12-клапанных двигателях. Он выглядит иначе, потому что в нем используется ступенчатый держатель сопла, но внутри он работает аналогичным образом. Форсунки инжектора модифицируются с использованием либо электроэрозионной машины (EDM), либо процесса экструдирования-хонингования, а иногда и того и другого. В процессе электроэрозионной обработки используется раствор электрода и электролита, тогда как в процессе экструдирования-хонингования используется абразивная жидкость для увеличения размера отверстия.
HEUI был разработан Caterpillar и используется в 7,3-литровом двигателе Power Stroke V-8. Эта форсунка существенно отличается от форсунок Bosch, поскольку в ней используется масляный насос с приводом от двигателя для подачи масла под высоким давлением в форсунку для повышения давления топлива. Поскольку давление масла используется для повышения давления топлива внутри форсунки, топливный насос высокого давления не требуется. Топливо подается в форсунку под относительно низким давлением (50-70 фунтов на квадратный дюйм), а соленоид регулирует подачу масла под высоким давлением в плунжерный механизм, увеличивая давление впрыска до 21 000 фунтов на квадратный дюйм. Чтобы увеличить поток форсунки, на вторичном рынке форсунки форсунок либо экструдируют, либо подвергают электроэрозионной обработке, в зависимости от требований заказчика. Модификации также внесены во внутренний насосный механизм инжектора; используются плунжеры большего размера, а внутренние детали обрабатываются по-другому. Когда используются агрессивно модифицированные форсунки, Industrial Injection рекомендует использовать двойные масляные насосы высокого давления, чтобы форсунка не испытывала нехватку масла.
В двигателях Duramax и Cummins используется один и тот же насос Bosch CP3, поэтому понятно, что форсунки также очень похожи.
Хотя внешний корпус форсунок выглядит по-разному, внутреннее устройство и функциональность этих форсунок очень похожи. Электромагнитный клапан в верхней части форсунки управляет подачей топлива в форсунку из общей топливной рампы. Большинство доступных чипов и загрузчиков изменяют продолжительность, в течение которой этот соленоид остается открытым, чтобы добавить топлива и, таким образом, лошадиных сил. Для увеличения впрыскиваемого топлива изменены размеры и форма отверстий в форсунках.
Cummins Магди К. Хайр, Ханну Яаскеляйнен
Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите под номером , чтобы просмотреть полную версию этого документа.
Аннотация : Целью системы впрыска топлива является подача топлива в цилиндры двигателя при точном контроле момента впрыска, распыления топлива и других параметров. К основным типам систем впрыска относятся насос-линия-форсунка, насос-форсунка и система Common Rail. Современные системы впрыска достигают очень высокого давления впрыска и используют сложные электронные методы управления.
Работа дизельных двигателей во многом зависит от конструкции их системы впрыска. На самом деле, самые заметные достижения в дизельных двигателях стали результатом превосходной конструкции системы впрыска топлива. Хотя основной целью системы является подача топлива в цилиндры дизельного двигателя, именно то, как это топливо подается, влияет на производительность двигателя, выбросы и шумовые характеристики.
В отличие от своего аналога двигателя с искровым зажиганием, система впрыска дизельного топлива подает топливо под чрезвычайно высоким давлением впрыска. Это означает, что конструкции компонентов системы и материалы должны быть выбраны так, чтобы выдерживать более высокие нагрузки, чтобы работать в течение длительного времени, что соответствует целевым показателям долговечности двигателя. Для эффективного функционирования системы также требуется более высокая точность изготовления и жесткие допуски. Помимо дорогих материалов и производственных затрат, дизельные системы впрыска характеризуются более сложными требованиями к управлению. Все эти функции составляют систему, стоимость которой может составлять до 30% от общей стоимости двигателя.
Основной задачей системы впрыска топлива является подача топлива в цилиндры двигателя. Чтобы двигатель эффективно использовал это топливо:
Однако подавать точно отмеренное количество топлива в нужное время для достижения хорошего сгорания еще недостаточно. Дополнительные аспекты имеют решающее значение для обеспечения надлежащей работы системы впрыска топлива, в том числе:
Основные функции системы впрыска дизельного топлива графически представлены на рис. 1.
Рисунок 1 . Основные функции системы впрыска дизельного топливаДля описания компонентов и работы систем впрыска дизельного топлива используется множество специализированных понятий и терминов. Некоторые из наиболее распространенных из них включают [922] [2075] :
Форсунка относится к части корпуса форсунки/узла иглы, которая взаимодействует с камерой сгорания двигателя. Такие термины, как сопло P-типа, M-типа или S-типа, относятся к стандартным размерам параметров сопла в соответствии со спецификациями ISO.
Держатель форсунки или Корпус инжектора относится к части, на которой монтируется форсунка.
В обычных системах впрыска эта деталь в основном выполняла функцию крепления форсунки и предварительного натяжения пружины иглы форсунки. В системах Common Rail он содержит основные функциональные части: сервогидравлическую схему и гидропривод (электромагнитный или пьезоэлектрический).
Инжектор обычно относится к держателю форсунки и узлу форсунки.
Начало впрыска (SOI) или время впрыска — это время начала впрыска топлива в камеру сгорания. Обычно выражается в градусах угла поворота коленчатого вала (CAD) относительно ВМТ такта сжатия. В некоторых случаях важно различать указанную SOI и фактическую SOI . SOI часто определяется легко измеряемым параметром, таким как время, в течение которого электронный триггер отправляется на инжектор, или сигнал от датчика подъема иглы, который указывает, когда игольчатый клапан инжектора начинает открываться. Точка в цикле, где это происходит, является указанной SOI. Из-за механической реакции форсунки может быть задержка между указанным КНИ и фактическим КНИ, когда топливо выходит из сопла форсунки в камеру сгорания.
Разница между фактическим SOI и показанным SOI составляет запаздывание форсунки .
Начало поставки. В некоторых топливных системах впрыск топлива координируется с созданием высокого давления. В таких системах началом подачи считается момент, когда насос высокого давления начинает подавать топливо к форсунке. На разницу между началом подачи и SOI влияет продолжительность времени, за которое волна давления проходит между насосом и инжектором, а также длина линии между насосом высокого давления и инжектором и скорость звука. в топливе. Разницу между началом родов и SOI можно обозначить как задержка впрыска .
Конец впрыска (EOI) — это время в цикле, когда прекращается впрыск топлива.
Количество впрыскиваемого топлива — это количество топлива, подаваемое в цилиндр двигателя за рабочий такт. Его часто выражают в мм 3 /ход или мг/ход.
Продолжительность впрыска — период времени, в течение которого топливо поступает в камеру сгорания из форсунки.
Это разница между EOI и SOI, связанная с объемом впрыска.
Схема впрыска. Скорость впрыска топлива часто меняется в течение периода впрыска. На рис. 2 показаны три распространенные формы скорости: загрузочная, линейная и квадратная. Скорость открытия и скорость закрытия относится к градиентам скорости впрыска во время открытия и закрытия игольчатого сопла, соответственно.
Рисунок 2 . Общие формы скорости закачкиМножественные события инъекции. В то время как обычные системы впрыска топлива используют один впрыск для каждого цикла двигателя, новые системы могут использовать несколько событий впрыска. На рис. 3 определены некоторые общие термины, используемые для описания событий множественной инъекции. Следует отметить, что терминология не всегда последовательна. 9Основной впрыск 0135 событие обеспечивает основную часть топлива для цикла двигателя. Один или несколько впрысков перед основным впрыском, предварительных впрысков , обеспечивают небольшое количество топлива перед основным впрыском.
Рисунок 3 . Множественные события инъекцииПредварительный впрыск также может называться предварительным впрыском . Некоторые называют предварительный впрыск, который происходит за относительно долгое время до основного впрыска, предварительным впрыском, а тот, который происходит за относительно короткое время до основного впрыска, — предварительным впрыском. Инъекции после основных инъекций, постинъекция , может произойти сразу после основной инъекции ( близкая постинъекция ) или через относительно долгое время после основной инъекции ( поздняя постинъекция ). Постинъекции иногда называют постинъекциями . Несмотря на значительные различия в терминологии, близкая постинъекция будет называться постинъекцией, а поздняя постинъекция — постинъекцией.
Срок разделенный впрыск иногда используется для обозначения стратегий множественного впрыска, когда основной впрыск разделяется на два меньших впрыска примерно одинакового размера или на меньший предварительный впрыск, за которым следует основной впрыск.
![]()
В некоторых системах впрыска топлива может произойти непреднамеренный повторный впрыск, когда форсунка на мгновение снова открывается после закрытия. Их иногда называют вторичными впрысками .
Давление впрыска не используется последовательно в литературе. Это может относиться к среднему давлению в гидравлической системе для систем Common Rail или к максимальному давлению во время впрыска (пиковое давление впрыска) в обычных системах.
Компоненты системы впрыска топлива
За некоторыми исключениями, топливные системы можно разделить на две основные группы компонентов:
Форсунки для впрыска топлива можно разделить на дырчатые или дроссельные игольчатые, а также на закрытые или открытые. Закрытые форсунки могут приводиться в действие гидравлически с помощью простого пружинного механизма или с помощью сервоуправления. Открытые форсунки, а также некоторые новые конструкции форсунок с закрытыми форсунками могут приводиться в действие напрямую.
Измерение количества впрыскиваемого топлива обычно осуществляется либо в насосе высокого давления, либо в топливной форсунке. Существует ряд различных подходов к измерению топлива, в том числе: измерение давления с постоянным временным интервалом (PT), измерение времени при постоянном давлении (TP) и измерение времени/хода (TS).
Большинство систем впрыска топлива используют электронику для управления открытием и закрытием форсунки. Электрические сигналы преобразуются в механические силы с помощью привода определенного типа.