Архив рубрики: Система питания

Система питания двигателя Д-20

Двигатель Д-20 работает на дизельном топливе (ГОСТ 305—62 или ГОСТ 4749—49). Система питания двигателя предназначена для подачи топлива в камеру сгорания. Рабочий процесс в цилиндре протекает эффективно в том случае, если топливо подается в строго определенный момент, в необходимом количестве, соответствующем нагрузке двигателя, и в мелкораспыленном виде, обеспечивающем его хорошее перемешивание с воздухом. Все эти требования обеспечиваются совместной работой отдельных агрегатов системы питания.



Рисунок. Система питания двигателя:

1 — форсунка; 2 — воздухоочиститель; 8 — заливная горловина; 4 — сетчатый фильтр; 5 — топливный бак; 6 — топливный кран; 7 — трубопровод, соединяющий топливный бак с подкачивающей помпой; 8 — топливный насос; 9 — подкачивающая помпа; 10 — трубопровод, соединяющий подкачивающую помпу с топливным фильтром; 11 — топливный фильтр; 12 — продувочный вентиль; 13 — головка фильтра; 14 — сливной трубопровод от форсунки; 15 — трубопровод высокого давления; 16 — трубопровод от топливного фильтра к насосу; 17 — сливной трубопровод из головки топливного насоса в бак.


Система питания двигателя состоит из топливного бака 5 (рис.): топливного фильтра 11; подкачивающей помпы 9; топливного насоса 8 с регулятором для подачи к форсунке необходимого количества топлива; форсунки 1, а также топливопроводов высокого и низкого давления.

Кроме того, в систему питания входят воздухоочиститель 2; глушитель-искрогаситель, через который выпускаются отработавшие газы; механизм управления подачей топлива.

Топливо, залитое через горловину 3 и сетчатый фильтр 4 в топливный бак 5, поступает самотеком через топливный кран 6 и трубопровод 7 в подкачивающую помпу 9, закрепленную на корпусе топливного насоса 8 и приводящуюся в движение от кулачка валика топливного насоса. Подкачивающая помпа подает топливо под давлением по трубопроводу 10 в топливный фильтр. Пройдя через фильтрующий элемент 11, оно очищается от механических примесей и поступает через головку фильтра 13 по трубопроводу 16 к одноплунжерному топливному насосу.

Поданное по трубопроводу 16 в головку насоса топливо нагнетается плунжером по трубопроводу 15 высокого давления в форсунку 1. Когда давление топлива поднимается до 125 кг/см², распылитель форсунки открывается, и топливо в мелкораспыленном виде впрыскивается в камеру, расположенную в поршне. Топливо, попадающее в корпус форсунки вследствие неплотности распылителя, сливается через трубки 14 и 17 в топливный бак.

Топливный насос снабжен всережимным регулятором, поддерживающим постоянное число оборотов двигателя при изменении нагрузки путем воздействия на рабочий орган, устанавливающий количество подаваемого насосом топлива.

Воздух, попавший в топливную систему, выпускают через продувочный вентиль 12, расположенный на головке топливного фильтра. [Трактор ДТ-20. Калиновский Н.Ф. и др. 1965 г.]


Статьи по теме: назначение системы питания дизеля; система питания топливом двигателя; схемы систем питания двигателей внутреннего сгорания; система питания двигателя Д-240; система питания двигателя Д-65; система питания двигателя трактора Т-150 (Т-150К); система питания трактора Т-40; ТО системы питания трактора



Назначение системы питания дизеля

Аппараты и детали, обеспечивающие необходимый запас топлива на тракторе, очистку и подачу воздуха и топлива в цилиндры, образуют систему питания дизеля.

Эта система состоит из воздухоочистителя, впускных и выпускных трубопроводов, топливного бака, фильтров для очистки топлива, подкачивающей помпы, манометра, топливного насоса, топливопроводов и форсунок.


Образование горючей смеси в дизеле происходит непосредственно внутри цилиндра. В сжатый воздух впрыскивается определенная порция топлива под большим давлением. Поступление топлива, процесс образования горючей смеси, и ее сгорание происходят в промежуток времени, за который кривошип коленчатого вала поворачивается на 20—30°, т.е. в течение двух-трехтысячных долей секунды.

Получение в такой чрезвычайно малый промежуток времени горючей смеси, которая должна быстро и полностью сгореть, возможно, при условии, если жидкое топливо, поступающее в камеру сжатия, будет тщательно перемешано с воздухом. Для этого топливо должно быть распылено на мельчайшие частицы.

Чем мельче распылено топливо, тем равномернее можно его распределить по всему объему камеры сжатия, чтобы каждая мельчайшая частица топлива была окружена необходимым количеством воздуха для ее полного сгорания.

В дизеле такое распыление осуществляется специальными приборами — топливным насосом и форсункой.

Топливный насос отмеривает определенное количество топлива, необходимое для выполнения дизелем механической работы, и подает его в определенный момент под большим давлением в форсунку. Проходя под давлением 125 кГ/см² через малое отверстие (0,10—0,15 мм) распылителя форсунки, топливо приобретает большую скорость, и распылятся на мельчайшие частицы. Получение больших давлений возможно только при высокой точности изготовления основных деталей топливных насосов и форсунок.


Хорошее смесеобразование у дизеля Д-54А достигается в результате разделения камеры сжатия на две части: основную камеру 5 (рис.) и вихревую камеру 4, расположенную в головке цилиндров.

Рисунок. Вихревая камера

1 — поршень; 2 — канал; 3 — форсунка; 4 — вихревая камера; 5 — основная камера (надпоршневое пространство).

Вихревая камера, объем которой равен 54% объема всей камеры сжатия, имеет сферическую форму и соединяется с основной камерой каналом 2, расположенным наклонно (касательно) к внутренней стенке вихревой камеры. В вихревую камеру вставлена форсунка 3, через распыляющее отверстие которой подается топливо.

При такте сжатия поршень подает воздух через канал 2 в вихревую камеру. Так как канал расположен наклонно относительно камеры, то струя поступающего в камеру воздуха приобретает в ней вращательное (вихревое) движение.

К концу такта сжатия в вихревую камеру начинает поступать через отверстие форсунки под давлением 125 кГ/см² мелко распыленное топливо. Вследствие завихрения воздуха в камере происходит дальнейшее распиливание топлива и его равномерное перемешивание с воздухом. Частицы топлива, соприкасаясь со сжатым и сильно нагретым воздухом, сами нагреваются и воспламеняются. Таким образом, топливо, впрыскиваемое в вихревую камеру, начинает гореть не сразу, а через некоторый промежуток времени, необходимый для нагрева его частиц. Этот промежуток времени называется периодом задержки воспламенения. Чем меньше этот период, тем топливо горит спокойнее и давление в цилиндре дизеля нарастает медленнее.

В вихревой камере сгорает количество топлива, соответствующее запасу кислорода воздуха, который заполняет вихревую камеру.

В результате воспламенения и сгорания топлива давление в вихревой камере повышается до 60 кГ/см² и горящие газы выбрасываются с большой скоростью через канал 2 в полость над поршнем (основную камеру 5). Увеличению скорости выхода горящих газов в надпоршневую полость способствует специальная форма канала 2. Вместе с газами в надпоршневую полость 5 поступает не сгоревшая часть топлива. Вследствие большой скорости потока топливо хорошо перемешивается с воздухом и полностью сгорает в цилиндре дизеля. При таком способе смесеобразования сгорание топлива протекает постепенно (мягко) и давление газов нарастает плавно. [Трактор ДТ-54А. Гуревич А.М., Горожанкин В.И. 1968 г.]


Статьи по теме: система питания топливом двигателя; схемы систем питания двигателей внутреннего сгорания; система питания двигателя Д-20; система питания двигателя Д-240; система питания двигателя Д-65; система питания двигателя трактора Т-150 (Т-150К); система питания трактора Т-40; ТО системы питания трактора



Процесс сгорания топлива

Сгорание топлива и преобразование выделившейся тепловой энергии в механическую являются основной частью рабочего процесса двигателя, от которой в значительной степени зависят показатели его работы. Чтобы добиться наибольшей мощности и экономичности двигателя, необходимо обеспечить полное, достаточно быстрое и своевременное сгорание топлива.

Протекание процесса сгорания зависит главным образом от того, как подготовлена горючая смесь. Подготовка горючей смеси, или смесеобразование, у дизельных двигателей происходит внутри цилиндра. Смесеобразование заключается в механическом распыливании струи топлива на капельки диаметром от 0,005 до 0,1 мм и в распределении этих капелек в массе сжатого воздуха.


Сгорание может произойти полно и достаточно быстро только в том случае, если горючая смесь имеет нужный состав и частицы топлива достаточно мелко распылены и равномерно перемешаны с воздухом. Состав смеси характеризуется соотношением в ней топлива и воздуха. Для полного сгорания 1 кг дизельного топлива требуется по расчету около 15 кг воздуха.

Условия смесеобразования в дизельных двигателях чрезвычайно сложны, так как этот процесс протекает очень короткое время — 0,003—0,005 секунды (25—30° поворота коленчатого вала). За это время трудно равномерно распределить топливо в сжатом воздухе, поэтому состав смеси в разных частях камеры сгорания получается неодинаковый. В продолжение процесса сгорания состав смеси непрерывно изменяется, так как почти до конца сгорания продолжается впрыск топлива. Чем ближе к концу впрыска, тем меньше остается в камере неиспользованного воздуха, и часть топлива может не сгореть, если в камере сгорания не будет некоторого избытка воздуха. Поэтому горючая смесь у дизельных двигателей должна содержать воздуха па 20—50% больше, чем нужно по расчету для полного сгорания топлива (бедная смесь).

Необходимость сжигать в цилиндре дизельного двигателя бедную смесь приводит к тому, что объем цилиндра используется неполностью: с нагретым воздухом из цилиндра выбрасывается большое количество тепла, снижается мощность, приходящаяся на 1 л рабочего объема, увеличивается вес двигателя. Это несколько снижает те преимущества, которые дизельные двигатели имеют перед карбюраторными.

От начала впрыска топлива до начала самовоспламенения проходит некоторый промежуток времени (0,001—0,002 секунды), который называется периодом задержки воспламенения. Если задержка воспламенения является продолжительной, то в камере сгорания скапливается много топлива, что вызывает резкое нарастание давления при вспышке. Детали кривошипно-шатунного механизма подвергаются при этом ударной нагрузке, и двигатель стучит. Такая работа называется жесткой.

Однако задержка воспламенения не должна быть слишком короткой, так как при этом необходимо будет начинать впрыск топлива при положении поршня, более близком к ВМТ. В результате большое количество топлива будет сгорать после ВМТ при возрастающем объеме, а это увеличит потери тепла через стенки камеры в охлаждающую воду, и экономичность двигателя снизится.

Для каждого двигателя в соответствии с условиями смесеобразования находят оптимальный период задержки, обеспечивающий сравнительно мягкую работу при достаточно высокой экономичности.

    Продолжительность периода задержки воспламенения зависит от нескольких факторов.

  • От степени сжатия двигателя. Чем выше степень сжатия, тем выше температура сжатого воздуха и меньше время прогрева топлива.
  • От формы камеры сгорания. Чем лучше она обеспечивает завихрение смеси и перемешивание топлива с воздухом, тем скорее завершается прогрев.
  • От числа оборотов коленчатого вала. Увеличение числа оборотов до определенных пределов способствует сокращению задержки воспламенения, так как улучшаются условия смесеобразования: повышается температура сжатого воздуха, усиливается его завихрение. Однако по мере возрастания оборотов сокращается продолжительность впрыска, вследствие чего в камеру одновременно попадает много холодных частиц топлива, что замедляет их прогрев. У быстроходных дизелей период задержки воспламенения по времени приближается к периоду впрыска, и топливо сгорает почти одновременно с резким нарастанием давления. Это является одной из причин, ограничивающих увеличение числа оборотов у дизельных двигателей.
  • Продолжительность периода задержки зависит также и от эксплуатационных условий.

Топливо будет дольше прогреваться, если оно плохо распылено, если форсунка раньше времени впрыскивает топливо и оно попадает в недостаточно прогретый воздух, если топливо имеет высокую температуру самовоспламенения, если двигатель работает с малой нагрузкой, на холостом ходу и недостаточно прогрет.

На характер протекания процесса сгорания в значительной степени влияет момент впрыска топлива в цилиндр. Положение коленчатого вала, при котором должен начинаться впрыск, характеризуется величиной угла опережения впрыска. Последний зависит от степени сжатия двигателя, сорта применяемого топлива, формы камеры сгорания и некоторых других факторов. Для каждого типа двигателя наивыгоднейший угол опережения впрыска находится при испытании в лабораторных условиях.

При раннем впрыске, когда угол опережения больше наивыгоднейшего, работа становится жесткой. Кроме того, топливо может воспламениться преждевременно, и в этом случае сила давления газов будет действовать некоторое время навстречу движущемуся поршню, мощность двигателя снизится.

Частицы топлива, не успевая загореться в не прогретом воздухе, будут ударяться о стенки камеры, образуя жидкостную пленку, которая полностью не сгорит. Вследствие этого выхлоп получится дымный.

При позднем впрыске, когда угол опережения меньше наивыгоднейшего, горение будет протекать при значительно увеличивающемся объеме, снизится давление газов, увеличится теплоотдача стенкам цилиндра, а следовательно, снизятся мощность и экономичность двигателя.

Чтобы обеспечить нормальное протекание процессов смесеобразования и сгорания топлива в дизельном двигателе, необходимо: периодически проверять и регулировать форсунки и топливный насос, более полно загружать двигатель, избегая работы на холостом ходу, и применять только тот сорт топлива, который предусмотрен для данного двигателя.

Тонкое распыливание топлива и его равномерное перемешивание с воздухом при минимальном избытке последнего обеспечиваются как работой топливоподающей системы, так и соответствующей формой камеры сгорания.

    В зависимости от формы камеры сгорания тракторные дизели подразделяют на два типа:

  1. дизели с разделенными камерами (вихрекамерные и предкамерные);
  2. дизели с неразделенными камерами (однокамерные).

Разделенную камеру сгорания имеют дизели Д-36 и Д24. На рисунке а, показан разрез такой камеры.


Рисунок. Формы камер сгорания дизельных двигателей:

а — разделенная камера (вихревая); б — неразделенная камера; в — камера в поршне; 1 — сферическое углубление в головке; 2 — вставка; 3 — штифт; 4 — центральный диффузор; 5 — пространство над поршнем; 6 — углубление в днище поршня.

Одну часть ее, около 30% полного объема, составляет пространство между днищем поршня и головкой цилиндров. Вторая часть, большая по объему, образована сферическим углублением 1 в головке и вставкой 2 из жаростойкой стали, закрепленной в определенном положении штифтом 3. Эта часть называется вихревой камерой, а двигатели с такой камерой — вихрекамерными. Вставка имеет сферическую форму внутренней поверхности и три наклонных канала — диффузора, соединяющих полость вихревой камеры с надпоршневой ее частью.

Смесеобразование в камерах такого типа происходит следующим образом:при такте сжатия воздух поступает через диффузоры с большой скоростью и благодаря расположению диффузоров по касательной к поверхности каморы интенсивно в ней завихряется. В этот вращающийся воздушный поток в конце такта сжатия форсунка начинает впрыскивать топливо, которое хорошо перемешивается с воздухом и быстро воспламеняется. Когда давление в вихревой камере становится выше, чем в надпоршневой части, воздух и продукты горения начинают перетекать в надноршневую часть камеры. Частицы топлива, не сгоревшие из-за недостатка воздуха в вихревой камере, догорают в этой части камеры.

    Вихрекамерные дизели имеют ряд положительных качеств.

  1. Сравнительная мягкость работы. Это объясняется тем, что давление газов при перетекании через диффузоры снижается и, кроме того, вследствие сильных вихревых движений уменьшается продолжительность задержки воспламенения. Максимальное давление газов над поршнем около 50 кг/см ² (Д-36).
  2. Интенсивное перемешивание топлива с воздухом позволяет сжигать в цилиндрах вихрекамерных дизелей менее бедные смеси, за счет чего увеличивается литровая мощность двигателей.
  3. Смесеобразование происходит при сравнительно невысоком давлении впрыска (125 кг/см²), что облегчает работу топливной аппаратуры.
  4. Двигатель хорошо приспосабливается к переменным режимам работы, так как даже при пониженном число оборотов смесеобразование происходит удовлетворительно.


В дизелях с неразделенными камерами сгорания топливо впрыскивается форсункой в пространство 5 над поршнем (рис. б). Смесеобразование обеспечивается главным образом за счет высокого давления впрыска и большой скорости частиц топлива.

Преимуществом таких двигателей является компактность камеры, вследствие чего меньше ее охлаждаемая поверхность, а следовательно, и потери тепла. Это повышает экономичность двигателя и облегчает процесс пуска. Недостатки однокамерных дизелей в том, что у них менее совершенное смесеобразование, вследствие чего приходится применять более бедные смеси, их работа более жесткая, кроме того, у двигателей этого типа к работе форсунок и всей топливоподающей системы предъявляются повышенные требования.

На рисунке в, изображена камера сгорания дизеля Д-14; 70% объема всей камеры составляет углубление эллипсоидной формы в днище поршня, остальную часть образует пространство между поршнем и головкой блока. В следствие большого диаметра горловины эту камеру считают неразделенной. Хотя такая камера и не является компактной, все же потери тепла в ней невелики, так как основная часть камеры расположена в поршне и не омывается охлаждающей водой. Температура в конце сжатия у двигателя Д-14 выше, чем у двигателей с разделенными камерами, что улучшает его пусковые качества. Максимальное давление газов над поршнем достигает 70 кг/см². [Дизельные колесные тракторы. Гельман Б.М. и др. 1959г.]