3.1.3 Разновидности систем питания дизельных двигателей
Важнейшим звеном дизельного двигателя является система топливоподачи, обеспечивающая поступление необходимого количества топлива в нужный момент времени и с заданным давлением в камеру сгорания.
Топливный
насос высокого давления (ТНВД), принимая
горючее из бака от подкачивающего насоса
(низкого давления), в требуемой
последовательности поочередно нагнетает
нужные порции солярки в индивидуальную
магистраль гидромеханической форсунки
каждого цилиндра. Такие форсунки
открываются исключительно под воздействием
высокого давления в топливной магистрали
и закрываются при его снижении.
Существует
два типа ТНВД: рядные многоплунжерные
и распределительного типа. Рядный ТНВД
состоит из отдельных секций по числу
цилиндров дизеля, каждая из которых
имеет гильзу и входящий в нее плунжер,
который приводится в движение кулачковым
валом, получающим вращение от двигателя.
Секции таких механизмов расположены,
как правило, в ряд, отсюда и название —
рядные ТНВД.
Ужесточение в начале 90-х
законодательных экологических требований,
предъявляемых к дизелям, заставило
моторостроителей интенсивно
совершенствовать топливоподачу. Сразу
же стало ясно, что с устаревшей механической
системой питания эту задачу не решить.
Традиционные механические системы
впрыска топлива имеют существенный
недостаток: давление впрыска зависит
от частоты вращения двигателя и
нагрузочного режима. Это значит, что
при низкой нагрузке давление впрыска
падает, в результате топливо при впрыске
плохо распыляется, попадая в камеру
сгорания слишком крупными каплями,
которые оседают на ее внутренних
поверхностях. Из-за этого уменьшается
КПД сгорания топлива и повышается
уровень токсичности отработанных
газов.
Кардинально изменить ситуацию
могла только оптимизация процесса
горения топливо — воздушной смеси. Для
чего надо заставить весь её объём
воспламениться в максимально короткое
время. А здесь необходима высокая
точность дозы и точность момента
впрыскивания. Сделать это можно, только
подняв давление впрыска топлива и
применив электронное управление
процессом топливоподачи.
В результате были разработаны два новых типа систем питания – в первом форсунку и плунжерный насос объединили в один узел (насос-форсунка), а в другом ТНВД начал работать на общую топливную магистраль (Common Rail), из которой топливо поступает на электромагнитные (или пьезоэлектрические) форсунки и впрыскивается по команде электронного блока управления. Но с принятием Евро 3 и 4 и этого оказалось мало, и в выхлопные системы дизелей внедрили сажевые фильтры и катализаторы.
Система
питания Common
Rail используется
в дизелях серийных моделей с 1997 года.
Common Rail – это метод впрыска топлива в
камеру сгорания под высоким давлением,
не зависящим от частоты вращения
двигателя или нагрузки.
Главное отличие
системы Common Rail от классической дизельной
системы заключается в том, что ТНВД
предназначен только для создания
высокого давления в топливной магистрали.
Он не выполняет функций дозировки
цикловой подачи топлива и регулировки
момента впрыска. Система Common Rail состоит
из резервуара – аккумулятора высокого
давления (иногда его называют рампой),
топливного насоса, электронного блока
управления (ЭБУ) и комплекта форсунок,
соединенных с рампой. В рампе блок
управления поддерживает, меняя
производительность насоса, постоянное
давление на уровне 1600-2000 бар при различных
режимах работы двигателя и при любой
последовательности впрыска по цилиндрам.
Открытием-закрытием форсунок управляет
ЭБУ, который рассчитывает оптимальный
момент и длительность впрыска, на
основании данных целого ряда датчиков
– положения педали акселератора,
давления в топливной рампе, температурного
режима двигателя, его нагрузки и т. п.
Форсунки могуть быть электромагнитными,
либо более современными- пьезоэлектрическими.
В
ближайшее время в серию будет запущено
четвертое поколение Common Rail с давлением
впрыска 2500 бар. Топливные системы «Коммон Рейл» с электронным управлением
Качество распыливания дизельного топлива во многом предопределяет процесс его горения, а значит и образования токсичных компонентов в отработавших газах. Более качественного распыливания можно достигнуть при высоком давлении порядка 1600…2500 кгс/см2. Однако стандартные системы топливоподачи не могут обеспечить подачу топлива к форсункам под таким давлением, поэтому в настоящее время более широкое распространение имеют топливные системы с электронным управлением – «Коммон Рейл», насос-форсунки и системы насос-форсунка-трубопровод.
Главной отличительной особенностью аккумуляторных топливных систем с электронным управлением «Коммон Рейл» является разделение узла создающего давление (ТНВД – аккумулятор) и узла впрыска (форсунки). Аккумуляторные топливные системы применялись еще в 50-е годы на двигателях морских судов.
Первым промышленным образцом аккумуляторной топливной системы с электронным управлением без мультипликаторов давления, названный коммон рейл (Common Rail) (общий путь, т.е. общая для форсунок магистраль, аккумулятор , явилась совместная разработка фирм Robert Bosch GmbH, Fiat, Elasis. В настоящее время работы по применению систем «коммон рейл» ведутся практически во всех фирмах-производителях ТПА (R.Bosch, Lucas, Siemens, L’Orange). На серийных автомобилях с применением электронного управления они появились в 1997 году. По сравнению с обычным дизелем система «коммон рейл» позволяет снизить расход топлива до 40% при уменьшении токсичности отработавших газов и снижении шумности при работе на 10 %.
На рисунке показана схема системы «коммон рейл»:
Рис. Схема системы питания дизельных двигателей «коммон рейл»:
1 – топливный бак; 2 – топливопроводы слива; 3 – ТНВД; 4 – регулятор давления; 5 – топливопровод высокого давления; 6 – топливоподкачивающий насос; 7 – фильтр; 8 – гидроаккумулятор; 9 – датчик давления; 10 – предохранительный клапан; 11 – электрогидравлическая форсунка; 12 – датчик педали акселератора; 13 – датчик частоты вращения и положения коленчатого вала; 14 – температурный датчик; 15 – блок управления
На рисунке показано расположение элементов системы питания «коммон рейл» на двигателе в развернутом виде.
Рис. Развернутая схема системы питания дизельного двигателя «коммон рейл»:
; 29 – датчик педали акселератора; 30 – панель приборов; 31 – АКБ; 32 – топливный бак с электрическим топливоподкачивающим насосом; 33 – фильтр тонкой очистки.
1 – ТНВД; 2 – впускной электрический клапан; 3 – электрический клапан перепуска топлива на слив; 4 – гидроаккумулятор; 5 – датчик давления; 6 – реле свечи накаливания; 7 – электронный блок управления; 8 – датчик температуры топлива; 9 – аварийный ограничитель подачи топлива; 10 – предохранительный клапан; 11 – форсунка впрыска; 12 – свеча накаливания; 13 – датчик температуры охлаждающей жидкости; 14 – датчик частоты вращения и положения коленчатого вала; 15 – датчик температуры воздуха; 16 – датчик давления воздуха; 17 – расходомер воздуха; 18 – турбокомпрессор; 19 – электромеханический преобразователь регулятора рециркуляции отработавших газов; 20 – электромеханический преобразователь регулятора наддува; 21 – компрессор: 22 – разъем для электронного тестера; 23 – сигнализатор самодиагностики; 24 – датчик кондиционера; 25 – компрессор кондиционера; 26 – датчик скорости; 27 – датчик и указатель скорости; 28 – датчики трансмиссии и др.
Принцип работы системы заключается в следующем. С помощью топливоподкачивающего насоса 6 топливо прокачивается через фильтр 7 с влагоотделителем и подается в радиально-плунжерный насос высокого давления 3, который с помощью эксцентрикового вала приводит в движение три плунжера. Этот насос напрямую связан с распределительным валом и срабатывает при каждом обороте, а не так как в обычном двигателе один раз за два оборота. В нем размещают также регулятор производительности и подкачивающий насос. От ТНВД топливо под большим давлением поступает в гидроаккумулятор 8, откуда под высоким давлением поступает на электро или пьезогидравлические форсунки 11. Излишки топлива от форсунок и ТНВД сливаются в топливный бак 1 через топливопроводы слива 2. Блок управления 15, получая информацию по входным параметрам (с датчиков), задает значения выходных параметров используя заложенную программу (воздействует на исполнительные механизмы), что в целом необходимо для получения требуемых характеристик двигателя.
Количество топлива подаваемого в цилиндры двигателя через форсунки зависит от сигнала электронного блока управления 15, в зависимости от режима работы двигателя. В блок управления поступает информация от различных датчиков: температуры двигателя, температуры поступающего воздуха, датчика частоты вращения и положения коленчатого вала двигателя, датчика положения педали акселератора, датчика расходомера воздуха, датчика давления воздуха и др.
Давление в системе регулируется по сигналу блока управления с помощью регулятора 4. На холостом ходу оно минимальное, что снижает шум работы форсунок и ТНВД, а при разгоне максимальное для обеспечения лучшей приемистости.
Система «коммон рейл» подвергает моторное масло большим нагрузкам. Из-за более интенсивного горения верхняя часть поршней нагревается гораздо сильнее, чем у традиционного дизельного двигателя. Верхняя часть поршня у традиционного двигателя непосредственного впрыска нагревается до 320-350°C, при системе «коммон рейл» свыше 400°С, то есть моторное масло выгорает значительно быстрее.
В результате в таких двигателях возникает потребность в синтетических маслах, или, по крайней мере, в полусинтетических материалах.
как их понять и решить
Проблемы с дизельными двигателями Common Rail: как их понять и решить
Дизели Common Rail работают с нами уже 10 лет, и нет никаких признаков того, что их проблемы уменьшаются! Почти все проблемы с дизельными двигателями Common Rail обходятся дорого. Это делает профилактическое обслуживание действительно очень ценной инвестицией для вашего автомобиля. Так как многие из наших клиентов владеют дизельными двигателями Common Rail, Джимми и я подумали, что должны помочь вам определить и понять виды проблем, с которыми вы регулярно сталкиваетесь. Тогда вам будет намного проще решить, какие действия вам нужно предпринять, чтобы решить вашу конкретную проблему с минимальными затратами, прежде чем она станет более серьезной!
Во-первых, вот список большинства обычных проблем с дизельным двигателем Common Rail:
- Дым
- Потеря мощности
- Грубый холостой ход
- Погремушка двигателя
- Грязное дизельное моторное масло
- Использование масла
- Проблемы с клапаном EGR
- Отложения в системе впуска
- Неисправности турбонагнетателя
- Чрезмерная регенерация сажевого фильтра
CRD Fuel Enhancer восстановит форсунки и предотвратит проблемы с системой Common Rail.
Удовлетворение гарантировано Просто добавьте присадку CRD Fuel Enhancer к вашему дизельному топливу, и проблемы с форсунками Common Rail будут решены.
УЗНАТЬ БОЛЬШЕ
Далее вам нужно понять, что вызывает эти проблемы с дизельным двигателем Common Rail и почему:
- Качество дизельного топлива… Избегайте дешевого топлива. Избегайте использования дизельного топлива для грузовиков в легких двигателях Common Rail.
- Условия эксплуатации… Если вы совершаете много коротких пробегов, чрезмерную работу на холостом ходу, холодную работу, малую нагрузку на двигатель, это будет способствовать проблемам с отложениями в камере сгорания, выхлопных пространствах, турбонагнетателе и сажевом фильтре.
- Системы впрыска Common Rail имеют очень высокое давление и высокую температуру… достаточно, чтобы разлагать топливо, оставляя отложения в ваших насосах и форсунках и снижая смазывающую способность вашего топлива.
Почернение топливного фильтра является признаком этого. - Залипание топливных форсунок… Затем ваши топливные форсунки заедают и пропускают избыточное топливо, что также приводит к дребезжанию двигателя, закоксовыванию клапанов рециркуляции отработавших газов, турбонагнетателей, фильтров DP, камер сгорания и многого другого.
- На поршневых кольцах также образуются отложения , что позволяет компрессионному удару под давлением в картер и сильному загрязнению масла сажей. Это давление сбрасывается через систему вентиляции картера в систему впуска воздуха. Он содержит масляный туман, который смешивается с сажей выхлопных газов из клапана рециркуляции отработавших газов, загрязняя корпус дроссельной заслонки и забивая впускной коллектор.
Почернение топливного фильтра является признаком этого. Вот как устранить эти проблемы с дизельным двигателем Common Rail, до того, как будет причинен слишком большой ущерб:
- Используйте CRD Fuel Enhancer с каждым топливным баком. Он дешев в использовании (вы будете использовать только 10 мл на 80 л дизельного топлива). Неисправные форсунки CRD обычно можно полностью восстановить, просто используя CRD Fuel Enhancer. Очищающая и смазывающая способность гарантирует, что ваши форсунки точно дозируют топливо, не допуская избыточной подачи топлива. Оно даже дешевле в использовании, чем масло для двухтактных двигателей, и обладает гораздо более сильными смазывающими и моющими свойствами.
- Мы рекомендуем использовать Концентрат промывочного масла , чтобы очистить масляную систему от сажи и шлама, а также освободить поршневые кольца, чтобы затянуть уплотнение от прорыва газов и использования масла. Выполняя это, каждая замена масла стоит недорого и сделает ваш двигатель чище и здоровее, чем когда-либо.
- Использование CRD Fuel Enhancer и Flushing Oil Concentrate в сочетании поможет решить проблемы с отложениями в системе впуска, загрязнением форсунок, дымом, дребезжанием форсунок и проблемами с питанием.
- Если у вас уже есть сильные отложения на впуске и может быть 2-3 стакана мусора, с которым нужно справиться, мы рекомендуем физически очистить их, а не распылять растворитель через впуск, рискуя серьезно повредить двигатель.
- Если в вашем двигателе уже имеется сильное закоксовывание камер сгорания, турбин, рециркуляции отработавших газов или дизельных сажевых фильтров, мы рекомендуем вам также использовать FTC Decarbonizer в вашем топливе. Это будет активно сжигать углерод из камеры сгорания и выхлопа, турбокомпрессоров и фильтров DP. Это особенно удобно, когда приходится сталкиваться с частыми короткими пробегами, холостым ходом или малой нагрузкой.
Он дешев в использовании (вы будете использовать только 10 мл на 80 л дизельного топлива). Неисправные форсунки CRD обычно можно полностью восстановить, просто используя CRD Fuel Enhancer. Очищающая и смазывающая способность гарантирует, что ваши форсунки точно дозируют топливо, не допуская избыточной подачи топлива. Оно даже дешевле в использовании, чем масло для двухтактных двигателей, и обладает гораздо более сильными смазывающими и моющими свойствами. 
Использование этих трех продуктов по назначению успешно устранит более 80 % всех проблем с дизельными двигателями Common Rail. Возникла проблема, не указанная выше, или вам нужен более подробный совет о том, как лучше всего решить ваши проблемы с системой Common Rail? Джимми и я здесь, чтобы помочь, поэтому позвоните нам по номеру 07 33766188.
Рекомендуемые продукты для решения проблем с дизельным двигателем Common Rail…
Экспериментальное исследование влияния параметров системы впрыска Common-Rail на выбросы и производительность высокоскоростного дизельного двигателя с непосредственным впрыском | Дж. Инж. Газовые турбины Мощность
Пропустить пункт назначения навигации
Технические документы
П. Дж. Теннисон,
Р. Рейц
Информация об авторе и статье
Предоставлено Отделением двигателей внутреннего сгорания АМЕРИКАНСКОГО ОБЩЕСТВА ИНЖЕНЕРОВ-МЕХАНИКОВ для публикации в ASME JOURNAL OF ENGINEERING FOR GAS TURBINES AND POWER. Рукопись получена отделом ICE 16, 19 ноября.99; окончательная редакция получена штаб-квартирой ASME 6 июня 1999 г. Заместитель редактора: Д. Ассанис.
Дж.
Инж. Газовые турбины Мощность . Январь 2001 г., 123(1): 167-174 (8 страниц)
https://doi.org/10.1115/1.1340638
Опубликовано в Интернете: 6 июня 1999 г.
История статьи
Пересмотрено:
6 июня 1999 г.
Получено:
16 ноября 1999 г.
-
Взгляды
- Содержание артикула
- Рисунки и таблицы
- Видео
- Аудио
- Дополнительные данные
- Экспертная оценка
-
Делиться
- Фейсбук
- Твиттер
- Электронная почта
-
Иконка Цитировать Цитировать
-
Разрешения
- Поиск по сайту
Citation
Tennison, P.
J., and Reitz, R. (6 июня 1999 г.). «Экспериментальное исследование влияния параметров системы впрыска Common-Rail на выбросы и производительность высокоскоростного дизельного двигателя с непосредственным впрыском». КАК Я. Дж. Инж. Газовые турбины Мощность . январь 2001 г.; 123(1): 167–174. https://doi.org/10.1115/1.1340638
Скачать файл цитаты:
- Рис (Зотеро)
- Менеджер ссылок
- EasyBib
- Подставки для книг
- Менделей
- Бумаги
- КонецПримечание
- РефВоркс
- Бибтекс
- Процит
- Медларс
Расширенный поиск
Было проведено исследование влияния параметров впрыска на выбросы и производительность автомобильного дизельного двигателя. Использовалась система впрыска Common Rail высокого давления с наконечником сопла с клапаном с двумя направляющими и закрытым отверстием.
Двигатель представлял собой четырехклапанный одноцилиндровый высокоскоростной дизельный двигатель с непосредственным впрыском рабочего объема около 12 литров и имитацией турбонаддува. Эксперименты с двигателем проводились при полной нагрузке и частоте вращения 1004 и 1757 об/мин, и изучалось влияние давления впрыска, многократного впрыска (одинарного и предварительного с основным) и времени предварительного впрыска на выбросы и рабочие характеристики. Увеличение давления впрыска с 600 до 800 бар снизило выбросы дыма более чем на 50 процентов при замедленном впрыске без ухудшения оксидов азота NOx или удельного расхода топлива при торможении (BSFC). Пилотные случаи впрыска показали несколько более высокие уровни дыма, чем случаи с однократным впрыском, но имели аналогичные уровни NOx, в то время как случаи с однократным впрыском показали немного лучший BSFC. Начало впрыска (SOI) пилотного двигателя варьировалось при сохранении основного SOI постоянным, и было обнаружено, что влияние на выбросы невелико по сравнению с изменениями, вызванными изменением момента основного впрыска.
Интересно, что было обнаружено, что точка самовоспламенения пилота возникает при почти постоянном угле поворота коленчатого вала независимо от времени впрыска пилота (для времени раннего впрыска), что указывает на то, что задержка воспламенения пилота является химической задержкой, а не физической (смешением). . По мере увеличения времени пилотного впрыска смесь становилась перемешанной, и наблюдалось увеличение выбросов несгоревших углеводородов более чем на 50 процентов при максимальном времени пилотного впрыска.
Раздел выдачи:
Двигатели внутреннего сгорания: расход, теплообмен и сгорание
Ключевые слова:
двигатели внутреннего сгорания, индекс производительности, эмиссия, горение, газовые смеси, эффекты высокого давления
Темы:
Топливные форсунки Common Rail, Дизельные двигатели, Выбросы, Двигатели, Оксиды азота, Давление, Кремний на изоляторе, дым, Топливо, Цилиндры, Высокое давление (физика)
1.
Хейвуд, Дж. Б., 1988, Основы двигателя внутреннего сгорания , McGraw-Hill, Нью-Йорк.
2.
Шимада Т., Сёдзи Т. и Такеда Ю., 1989 г., «Влияние давления впрыска топлива на характеристики дизельного двигателя», документ SAE 891919.
3.
Шундо, С. ., Kakegawa, T., and Tsujimura, K., 1991, «Влияние параметров впрыска и завихрения на сгорание дизельного топлива при впрыске топлива под высоким давлением», SAE Paper 910489.
4.
Обландер, К., Коллманн, К., Крамер, М., и Кучера, Л., 1989, «Влияние впрыска топлива под высоким давлением на производительность и выбросы отработавших газов высокоскоростного дизельного двигателя с непосредственным впрыском», Документ SAE 890438.
5.
Тоу, Т.С., Пирпонт, Д.А., и Рейц, Р.Д., 1994 г., «Сокращение выбросов твердых частиц и NOx за счет использования многократного впрыска в тяжелом режиме Д.И. Дизельный двигатель», документ SAE 940897.
6.
Пьерпон Д. А. и Рейц Р.
Д., 1995, «Влияние давления впрыска и геометрии сопла на D.I. Дизельные выбросы и характеристики», SAE Paper 950604.
7.
Ладомматос, Н.Б., Хоррокс, Р.Р., и Купер, Л., 1996, «Влияние рециркуляции отработавших газов на выбросы NOx в высокоскоростных двигателях с непосредственным впрыском». Дизельный двигатель», документ SAE 960840.
8.
Пьерпон, Д. А., Монтгомери, Д. Т., и Рейц, Р. Д., 1995 г., «Сокращение содержания твердых частиц и NOx с помощью многократного впрыска и рециркуляции отработавших газов в дизельном топливе с прямым впрыском». Дизель», SAE Paper 950217.
9.
Bower, G.R., and Foster, D.E., 1991, «Сравнение счетчиков скорости впрыска Bosch и Zuech», SAE Paper 910724.
10.
Tennison P. Дж., Джорджон Т.Л., Фаррелл P. V. и Reitz R. D., 1998, «Экспериментальное и численное исследование форсунок системы впрыска Common Rail для использования в дизельном двигателе HSDI», SAE 980810.
В настоящее время у вас нет доступа к этому контенту.