Система питания дизеля

Общие сведения

В отличие от бензинового двигателя, процесс смесеобразования в дизеле происходит внутри цилиндра.

Процесс смесеобразования проходит в течение короткого (20—60° угла поворота коленчатого вала) промежутка времени внутри цилиндра, когда поршень находится вблизи ВМТ. К началу подачи топлива в конце такта сжатия давление в цилиндре составляет примерно 3,0— 3,5 МПа, а температура 700—900 К. Смесеобразование в этом случае представляет собой процесс испарения мелко распыленного топлива и перемешивание его паров с воздухом.

Для приготовления рабочей смеси в дизеле отводится очень короткий промежуток времени, так как сразу после начала впрыскивания, начинается сгорание и остаток топлива подается в уже горящую среду. Каждая чтица должна войти в соприкосновение с воздухом как можно скорее, чтобы выделение теплоты произошло в начале хода расширения.

Для удовлетворения этих требований необходимо организовать интенсивное направление движения воздуха таким образом, чтобы с определенной дозой топлива смешивалось необходимое количество воздуха.

Для повышения экономичности цикла необходимо, чтобы все топливо сгорело при нахождении поршня вблизи ВМТ, так как в этом случае объем цилиндра минимальный и площадь теплоотдачи также минимальна, следовательно, большую долю теплоты можно перевести в полезную работу.

Горючая смесь, приготовленная в условиях ограниченного времени и пространства, как правило, неоднородна. Для улучшения смесеобразования и повышения однородности смеси дизели работают с коэффициентом избытка воздуха в пределах а = 1,4—1,7 (большее значение а соответствует работе дизелей с турбонаддувом). Равномерное распределение топлива по объему камеры сгорания осуществляется за счет кинематических энергий распыленного топлива и движущегося воздуха. Направленность и кинетическая энергия движения воздуха обуюз словлены формой камеры сгорания и скоростью движения поршня, а равномерность распределения топлива в воздухе — давлением впрыскивания и направленностью топливного факела (либо факелов) по отношению к стенкам камеры сгорания и движущегося воздуха. Воспламенение топлива при всех способах смесеобразования происходит уже на начальной фазе впрыскивания и продолжается в течение всего периода впрыскивания.

Следует отметить, что процесс смесеобразования особенно интенсивно происходит в начале видимого сгорания топлива, так как в этом случае значительно увеличивается температура цикла, что резко ускоряет процессы нагревания и испарения частиц топлива.

Дизельное топливо предназначено для двигателей внутреннего сгорания с воспламенением рабочей смеси от сжатия (дизелей). Представляет собой смесь углеводородов керосиновой, газойлевой и соляровой фракций, получаемых в результате перегонки нефти, с температурой кипения 180—360°С и плотностью 0,79—0,86 г/см³. Воспламеняемость — важнейшее свойство дизельного топлива, определяется периодом задержки самовоспламенения, который складывается из времени, затрачиваемого на распад топливной струи на капли, частичное их испарение и перемешивание паров топлива с воздухом (физическая составляющая), и времени, необходимого для завершения химических реакций и формирования очагов самовоспламенения (химическая составляющая). Длительность периода задержки самовоспламенения оказывает исключительное влияние на процесс сгорания топлива и определяется цетановым числом, которое характеризует способность дизельного топлива к самовоспламенению. Это число определяется на специальной моторной установке, где испытывается смесь цетана и а-метилнафталина. Цетановое число дизельного топлива численно равно процентному (по объему) содержанию цетана в смеси с а-метилнафталином, эквивалентной по воспламеняемости испытываемому топливу при равных условиях испытаний. Например, если исследуемое топливо имеет склонность к самовоспламенению, как и смесь 45% цетана и 55% альфаметилнафталина, то его цетановое число равно 45.

Цетановое число дизельного топлива оказывает существенное влияние на режим работы двигателя. При низком цетановом числе, при большом периоде задержки самовоспламенения, горение топлива приобретает взрывной характер и резко повышает давление в цилиндре, что увеличивает нагрузки на кривошипно-шатунный механизм, вызывая повышенный износ.

При более высоком цетановом числе, более 60, ухудшается процесс смесеобразования, что приводит к неполному сгоранию топлива, падению мощности и экономичности двигателя, повышению дымности отработавших газов.

Цетановое число дизельных топлив лежит в пределах 40—55.

Вязкость топлива влияет на процесс образования топливовоздушной смеси и износ деталей топливной системы. Особенно важны низкотемпературные характеристики дизельного топлива, которые определяют рабочие свойства топлива в условиях пониженной температуры. К ним относятся:

• • температура застывания (полная потеря текучести топлива),
• • температура помутнения (начало выпадения кристаллов парафинов),
• • предельная температура фильтруемое™, при которой топливо способно проходить через фильтр с установленной скоростью.

Наиболее эффективный путь улучшения низкотемпературных характеристик — введение специальных депрессорных присадок (до 0,1% от общего объема топлива). Депрессор практически не влияет на температуру помутнения, однако позволяет снизить температуры предельной фильтруемое™ и застывания на 10—20°С.

Топлива с большим содержанием серы, смол, ароматических и олефиновых углеводородов, неорганических примесей дают большее количество нагара. Нагарообразование в дизеле приводит к закоксовыванию форсунок, перерасходу топлива, повышению износа и дымления.

Топлива для дизельных двигателей автомобилей вырабатываются, трех марок: «Л» — летнее, используемое при температуре воздуха выше 0 °C; «3» — зимнее, двух видов: для применения до -20°С и для применения до -30°С; «А» — арктическое, используемое при температурах до -50°С.

Зимние дизельные топлива с депрессорными присадками получают на базе летнего топлива добавлением незначительного количества присадок.

В последнее время появились сорта дизельного топлива с улучшенными характеристиками (экологически чистое топливо), которые благодаря использованию антидымных и депрессорных присадок снижают дымность и токсичность отработавших газов на 30—40%.

Газотурбинный наддув является одним из путей повышения литровой мощности дизеля. При этом может быть увеличено весовое наполнение цилиндра воздухом, так как воздух в цилиндр двигателя нагнетается турбиной под давлением 0,15—0,17 МПа. Появляется возможность увеличить количество подаваемого в цилиндр топлива и обеспечить его полное сгорание. Это позволяет, не увеличивая размеров цилиндров и не меняя частоту вращения коленчатого вала, повысить мощность двигателя на 20—40%.

При газотурбинном наддуве для привода компрессора, подающего воздух в цилиндр, используют энергию отработавших газов.

Для осуществления наддува применяют турбокомпрессор (рис. 8.1), который состоит из двух лопастных колес — турбинного 11 и компрессорного 1, установленных на общем валу 2.

Рис. 8.1. Схема работы газотурбинного наддува:

• 1 — колесо компрессора; 2 — ось турбины; 3 — впускной трубопровод;
• 4 — клапан впускной; 5 — поршень; 6 — цилиндр; 7 — шатун; 8 — палец поршневой; 9 — клапан выпускной; 10 — выпускной коллектор; 11 — колесо турбины; 12 — корпус турбокомпрессора

Турбокомпрессор работает следующим образом. При открытом выпускном клапане 9 поршень 5 выталкивает отработавшие газы из цилиндра б в выпускной коллектор 10. Через сопловой аппарат они попадают на лопасти рабочего колеса 11 турбины, а затем по трубопроводу выходят в атмосферу. Вместе с валом 2 вращается и рабочее колесо 1 компрессора. Вращаясь, колесо компрессора засасывает воздух через воздухоочиститель и нагнетает его под избыточным давлением по впускному трубопроводу 3 в цилиндр 6 дизеля.

К недостаткам газотурбинного наддува следует отнести повышение теплонапряженности деталей двигателя в результате сгорания большей дозы топлива, поступающего в цилиндр.