Система топливоподачи

Это система высокого давления. Она обеспечивает:

-впрыск точно дозированный цикл подачи топлива;

-заданные фазы топливоподачи и характеристику впрыскивания g=f( );

-качественное распыливание на всех режимах;

-возможность отключения подачи топлива отдельными ТНВД без остановки дизеля;

В состав системы непосредственного действия входят:

1.ТНВД, который приводится в действие от распредвала посредством кулачных шайб определённого профиля;

2.Трубопровод высокого давления;

3.форсунка;

4. Отсечной трубопровод;

Топливные системы непосредственного действия делят на два типа: раздельные и нераздельные. В первом случае ТНВД и форсунка соединены между собой топливопроводом высокого давления, а во втором они объединены в общем корпусе и образуют систему насос-форсунка. Насос-форсунки с механическим и гидравлическим приводом применяет фирма «Катерпиллар». В варианте с гидроприводом управление фазами подачи топлива осуществляется микропроцессором. В судовых дизелях наибольшее распространение получили топливные системы раздельного типа, а система насос-форсунка, несмотря на большую компактность, меньшие размеры и массу, отсутствие допольнительного впрыскивания топлива, используется очень редко. Это обусловлено трудностями размещения её в крышках цилиндров, сложностью привода, который, как правило, мешает демонтажу крышек цилиндров, а так же необходимостью разборки всей системы насос-форсунка с последующей её регулировкой при смене распылителя.

Схема топливной системы высокого давления, получившая распространение в судовых дизелях, приведена на рис.3.2. В данном случае золотниковый топливный насос высокого давления и форсунка соединены между собой топливопроводом высокого давления. Кулачковая шайба 1, размещена на распределительном валу 2, при набегании на ролик 3 толкателя поднимает плунжер 4. После закрытия плунжером наполнительных отверстий 9 во втулке 7 плунжера начинается сжатие топлива в надплунжерном пространстве 10 с интенсивным ростом давления. Когда это давление на нагнетательный клапан 11 превысит усилие пружины 12 и давление топлива в штуцере насоса, равное остаточному давлению в нагнетательной магистрали, клапан поднимается, и топливо вначале поступит в штуцер,а затем в топливопровод высокого давления 13.

Во входном сечении топливопровода образуется волна повышения давления, распространяющаяся по топливопроводу и каналу 19 в корпусе форсунки со скоростью, близкой к звуковой. После прихода этой волны к карману 17 корпуса 16 распылителя форсунки давление топлива на дифференциальную площадку иглы 15 превысит усилие пружины 14, игла поднимется, в результате чего топливо будет впрыскиваться через распыливающие отверстия 18.

Подача топлива насосом продолжается до тех пор, пока не начнут открываться отсечные отверстия 8 (кромкой а), после чего давление топлива в надплунжерном пространстве быстро снижается, что в конечном счёте приводит к закрытию клапана 11. Давление в кармане распылителя падает и наступает момент, когда пружина 14 опускает иглу на седло, после впрыскивания топлива прекращается.

Контакт ролика толкателя с кулачковой шайбой обеспечивается пружиной 5. А поворот плунжера, необходимый для изменения подачи топлива, осуществляется поворотной втулкой 6 с зубчатым венцом, который входит в зацепление с зубцами рейки насоса. Поворот этой втулки происходит при линейном перемещении рейки, связанной или с регулятором двигателя, или с рукояткой его поста управления. Плунжерные пары устанавливаются и заменяются только комплектно.

В клапанном насосе (рис 3.3) нагнетание топлива начинается после посадки всасывающего клапана на седло, что происходит вследствие опускания толкателя 10 на величину δ при подъёме плунжера 3. Отсечка подачи произойдёт в момент, когда толкатель 15 поднимется на величину и откроет отсечной клапан 6. В остальном и принцип работы клапанного насоса, и процесс топливоподачи такие же, как и в рассмотренном случае при золотниковом ТНВД.

Топливные насосы высокого давления в судовых дизелях, особенно в малооборотных и среднеоборотных, обычно выполняют автономными для каждого цилиндра. Но встречаются, главным образом в высокооборотных дизелях, и блочные насосы, в которых секции (плунжерные пары, состоящие из плунжера и его втулки) размещают в общем блоке.

На частичных нагрузках ГД, работающих на ВФШ, частота вращения коленчатого вала падает в несколько раз.( / =4÷5).При этом соответственно уменьшается скорость движения плунжера ТНВД.

Давление впрыска, которое зависит от скорости плунжера, резко снижается

Кроме того в несколько раз уменьшается цикловая подача:

При этом начинает сильно проявляться влияние таких факторов как:

-различная плотность прецизионных пар ТНВД и форсунки;

-различие в сопловых отверстиях распылителей;

-различие в силе затяга пружин форсунок;

Происходит саморегулирование по цилиндрам. Степень неравномерности с 3÷6% возрастает в 5÷10 раз.

Степень неравномерности определяется по формуле:

При изношенной топливной аппаратуре степень неравномерности будет ещё больше. Дизель будет работать на грани самовыключения. К тому же ещё и резко снизится давление впрыска топлива.

На рис(см ниже) изображены зависимости давления впрыска и величины подъёма иглы форсунки в зависимости от угла поворота коленвала при полной и малой нагрузках.

На вход ТНВД подаётся подогретое тяжёлое топливо (или подогретое лёгкое топливо) топливоподкачивающим насосом ( р≥0,3…0,4 МПа, чтобы исключить парообразование в топливе и кавитацию, что приведёт к срыву работы ТНВД.

Для обеспечения качественного распыла необходима вязкость в пределах ≈10÷19 сСт, поэтому тяжёлые топлива подогревают.

При слишком низкой температуре подогрева ухудшается распыл, увеличивается длина факела(топливо забрасывается на стенки цилиндра).

При слишком высокой температуре подогрева топлива распыл улучшается, но сокращается длина факела, вокруг форсунки создаётся высокая температура и высокая концентрация топлива, которому не хватает воздуха.

Система впрыска (топливоподачи) обеспечивает своевременную, дозированную подачу топлива в цилиндр и качественное распыливание. Качественное распыливание обеспечивается в основном за счёт высокого давления впрыска.

Точность дозирования на режиме номинальной мощности составляет 1÷3%. На режимах частичных нагрузок количество впрыскиваемого топлива снижается. На Х.Х. оно составляет ≈7÷20% от номинального.

В обычных системах непосредственного впрыска без использования аккумуляторов и гидропривода давление впрыска на холостом ходу и при частичных нагрузках падает в несколько раз.

В аккумуляторных системах обеспечивается стабильное качество распыла.