Давление впрыска топлива возрастает с каждым годом. Это касается как дизельных, так и бензиновых двигателей с непосредственным впрыском топлива в цилиндр. Причина этой тенденции заключается в том, что чем выше давление впрыска, тем точнее можно отмерять и дозировать топливо, попадающее в камеру сгорания в каждый отдельный момент. В этой гонке за увеличением давления впрыска лидируют дизельные топливные системы. Увеличив давление до 1800 бар, инженерам DENSO удалось создать форсунку, способную сделать не один, а несколько впрысков топлива за один цикл работы ДВС.
Разбитие единого процесса подачи топлива на предвпрыск (т.н. пилот), основной и дополнительный впрыск позволило убить даже не двух, а сразу нескольких зайцев. Экономия топлива, повышение топливной эффективности, возросшая мощность, снижение жесткости работы дизеля и количества вредных выбросов — все это достигается благодаря современным топливным системам с высоким давлением.
Как поднять неподъемное
В прежние времена, когда давление было сравнительно невысоким, в форсунках дизельного двигателя применялось прямое управление иглой, запирающей отверстия распылителя. Поднимая и опуская иглу, механизм регулировал подачу топлива. Общепринятый электромагнитный привод открывания и закрывания форсунки имеет множество плюсов, главный из которых — простота и надежность. Однако по мере роста давления впрыска непосредственное электромагнитное управление форсункой становится невозможным. И вот почему.
Для поднятия иглы распылителя в открытое положение можно использовать высокое давление самого топлива: при современных показателях давления отпирание иглы происходит мгновенно. И эта сила (поднимающая иглу форсунки) очень велика. Для того, чтобы привести иглу обратно в закрытое положение, потребовалась бы не меньшая сила. А это означает, что управлять иглой форсунки напрямую электромагнитным клапаном стало невозможно, поскольку это требует очень высокой силы тока. Время насыщения такой силы тока превышает такт впуска и сжатия ДВС, а игла должна управляться в гораздо более короткие промежутки времени. Кроме того, такая сила тока требует повышенной мощности соленоида и может перегреть форсунку.
Сила давления
В поисках решения этой проблемы инженеры DENSO пришли к следующему: как отпирание, так и запирание распылителя должно происходить под силой давления самого топлива. В закрытом состоянии все подвижные элементы форсунки находятся в гидравлическом равновесии — давление над иглой и в топливной галерее внизу одинаково, игла запирает форсунку.
В начале впрыска, когда игла должна подняться и открыть отверстия в нижней части распылителя, соленоид воздействует на миниатюрный клапан, который, открываясь, создает в емкости над иглой область пониженного давления. Более высокое давление в нижней части форсунки толкает иглу вверх, происходит впрыск. Для закрытия иглы клапан, закрываясь, создает давление в надыгольном пространстве. Поскольку давление над иглой моментально становится большим, а внизу иглы еще происходит впрыск (распылитель открыт), игла моментально закрывает форсунку. Система возвращается в исходное уравновешенное состояние.
Сердце форсунки
Задача управляющего клапана в форсунке — потреблять наименьшее количество энергии для своей работы. Поэтому у клапана небольшой вес, и он двигается с минимальным усилием. В закрытом положении клапан должен находиться в гидравлическом равновесии. Этот баланс достигается с помощью идентичной геометрии емкости так, чтобы давление на клапан во всех местах было одинаковым. Таким образом, для удержания клапана на месте можно использовать очень мягкую пружину, которую легко прижать, подав нагрузку на клапан, и таким образом поднять иглу.
Управляющий клапан современной дизельной форсунки — это прецизионное изделие и сердце форсунки. Именно он позволяет с помощью относительно маломощного соленоида управлять впрыском под очень высоким давлением. От точности изготовления зависит работоспособность форсунки, а от материала, из которого изготовлен клапан, — его долговечность в условиях постоянной работы. Для изготовления этих узлов форсунок DENSO применяются самые передовые сплавы, а конструкция и форма самого управляющего клапана постоянно улучшается.
Выбирая DENSO, вы получаете по-настоящему японское качество. Чтобы подобрать форсунки для своего автомобиля, воспользуйтесь нашим электронным каталогом по ссылке: www.denso-am.ru/elektronnyi-katalog/
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 dк, 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.
-
10.08.2006 15:13
#1
понизить давление впрыска?
Дизелек слегка подымливает, но работает жестковато. Посоветовали понизить давление впрыска на форсунках — Кто-нибудь делал подобное и помогло ли?
Буду благодарен за любые ответы.
-
10.08.2006 16:58
#2
Интересно, какой умник тебе такой совет дал? Снижение давления впрыска форсунок приведет к ухудшению распыла топлива, естественно неполному сгоранию и увеличению дыма без того дымящего двигателя.
Жесткость работы двигателя зависит от угла опережения подачи топлива, который меняется мо мере износа привода и при значительном пробеге его необходимо проверять и регулировать.
Твой жестко работающий двигатель имеет больший угол опережения подачи, чем написано в инструкции на твой двигатель. А проверить форсунки на давление впрыска и отрегулировать на одинаковое это нужно.Nissan X-trail 2006 2.0 AT
Не делай добро, не получишь зло.
-
11.08.2006 01:00
#3
А гаечки на форсунках он тебе немного подоткрутить не советовал? Хи хи : ))
-
11.08.2006 20:11
#4
в основном жесткость работы на холостых об. дизеля обусловлена износом плунжера — с износом падает обьём. а так как смесь бедная то и движка работает жестко. результат в итоге один -прогоревший поршень и поломанные кольца(поршневые). т.е. надо вовремя менять голову насоса. проверяется по давлению создаваемй головой-норма- 800. до 650кгсм2 терпеть можно, но ниже не надо.
-
11.08.2006 21:17
#5
Сообщение от AxGen
в основном жесткость работы на холостых об. дизеля обусловлена износом плунжера — с износом падает обьём. а так как смесь бедная то и движка работает жестко. результат в итоге один -прогоревший поршень и поломанные кольца(поршневые). т.е. надо вовремя менять голову насоса. проверяется по давлению создаваемй головой-норма- 800. до 650кгсм2 терпеть можно, но ниже не надо.
Прочитай внимательно что ты написал????????
Nissan X-trail 2006 2.0 AT
Не делай добро, не получишь зло.
-
12.08.2006 18:51
#6
написал та как разговаривают ремонтники— голова -это плунжерная пара одноплунжерного насоса.
-
12.08.2006 18:53
#7
падает обьём.—- впрыска.
С точки зрения идеального процесса распыливания желательно, чтобы давление перед распылителем в процессе всего впрыска оставалось постоянным или имело максимум в начале впрыска, когда в цилиндр вводятся первые порции топлива, обеспечивающие самовоспламенение. Однако в реальных процессах давление, при котором топливо впрыскивается в цилиндр через форсунку, не является постоянным, и характер его изменения, как правило, далек от идеала.
Характер изменения давления перед распылителем в значительной степени зависит от типа топливной системы, режима работы двигателя, состояния элементов топливной аппаратуры и ряда других факторов. На рисунке 5.17 представлены зависимости изменения давления перед распылителем по углу поворота, называемые характеристиками давления впрыска для трех основных типов топливных систем, используемых в современных СДВС.
Наиболее стабильное давление в течение всего впрыска обеспечивает аккумуляторная система малооборотного дизеля серии RT-flex фирмы Wärtsilä. Наличие большого объема аккумулирующего пространства позволяет на протяжении всего впрыска поддерживать давление на постоянном, достаточно высоком уровне в независимости от режима работы двигателя.
Стабильный впрыск обеспечивает система подачи топлива с гидравлическим электроуправляемым приводом ТНВД, используемая на двигателях серии ME фирмы MAN. Наличие гидравлического привода позволяет получить закон подачи топлива в камеру сгорания, практически независящий от частоты вращения двигателя.
У дизелей серии MC этой же фирмы, оборудованных системой впрыска с механическим приводом, при снижении частоты вращения отмечается снижение давления впрыска, пропорциональное уменьшению скорости плунжера.
Параметры топливоподачи, определяющие характер протекания процесса впрыска, делят на статические (геометрические) и динамические.
Статические параметры характеризуют процесс топливоподачи насосом высокого давления, динамические — форсункой. Эти параметры характеризуют топливоподачу с качественной стороны, они показывают, как располагаются фазы впрыска топлива относительно ВМТ поршня и определяют начало, конец и продолжительность подачи топлива насосом (φнпн, φкпн, φн) и форсункой (φнпф, φкпф, φф). Эти данные являются основой для анализа процессов сгорания, экономических и динамических показателей рабочего процесса двигателя.
Взаимное влияние статических и динамических фаз топливоподачи показано на рисунке 5.18. На нем видно, что динамические фазы сдвинуты по отношению к статическим в сторону вращения коленчатого вала. Основная причина такого смещения фаз — упругость топлива, заполняющего линию высокого давления.
Схематично представленные на рисунке 5.18 кривые изменения давлений в полости топливного насоса (Pн) и перед распылителем форсунки (Pф) характерны для систем непосредственного действия с нагнетательным клапаном, установленным в насосе. Кроме кривых давления на диаграмме представлены график подъема иглы форсунки и круговая диаграмма процесса топливоподачи.
До начала подачи рабочая полость насоса заполняется топливом под давлением Pнпн, создаваемым подкачивающим насосом. После перекрытия верхней кромкой плунжера наполнительного отверстия наблюдается резкое увеличение давления Pн, что свидетельствует о начале активного хода плунжера (φнпн). Угловой промежуток между началом подачи топлива насосом и ВМТ двигателя определяет угол опережения подачи по насосу (φопн).
Установленный в ТНВД нагнетательный клапан открывается, когда давление Pн возрастает до остаточного давления Pост, поддерживаемого в линии нагнетания между впрысками. До этого момента система нагнетания перекрыта с одной стороны иглой форсунки, с другой — нагнетательным клапаном насоса.
После открытия нагнетательного клапана рост давления будет происходить по всей линии нагнетания. Волна давления, создаваемая плунжером, движется к форсунке и, достигая ее, приводит к увеличению давления перед форсункой Pф. При достижении Pф давления начала подачи форсунки Pнпф, величина которого определяется предварительным затягом пружины игольчатого клапана, игла поднимается, пропуская топливо в сопловый наконечник.
Момент появления струи топлива из сопловых отверстий распылителя форсунки, отнесенный к положению коленчатого вала двигателя, называется углом начала впрыска. Начало впрыска, отнесенное к положению поршня в ВМТ, называется углом опережения подачи топлива (φоп). Если впрыск осуществляется до прихода поршня в ВМТ, угол опережения имеет положительное значение, если после — отрицательное.
Запаздывание начала подачи форсунки относительно начала подачи насоса определяется в основном временем, необходимым на увеличение давления топлива в системе нагнетания от давления подкачки (Pпод = Pнпн) до давления начала подачи форсунки (Pнпф). Поэтому чем больше объем системы, меньше остаточное давление Pост и сильнее затяг пружины, тем больше угол запаздывания подачи форсункой φзп. Угловой промежуток между началом подачи форсункой и ВМТ двигателя называется динамическим углом опережения подачи по форсунке (φуоп).
Как видно из рисунка 5.18, в момент открытия форсунки на кривой Pф отмечается характерный провал, связанный с тем, что при поднятии иглы происходит увеличение объема подыголочного пространства. После постановки иглы на упор увеличение подыголочного пространства прекращается и Pост давления продолжается. Характерный провал присутствует и на диаграммах, приведенных на рисунке 5.17.
Совпадение отсечной кромки с разгрузочным отверстием (или открытие отсечного клапана) сопровождается резким падением давления Pн. Нагнетательный клапан садится, и топливо под действием перепада давлений быстро перепускается в полость низкого давления. Этот момент соответствует концу подачи насоса (φкпн). Угловой промежуток между началом и концом подачи называется продолжительностью подачи насоса φппн.
Через некоторое время волна падения давления Pн от насоса доходит до форсунки и дальнейший впрыск происходит только за счет расширения топлива, отчего давление Pф падает. Когда оно упадет до уровня давления Pкпф, игла распылителя садится на седло (φкпф). Угловой промежуток между началом и концом подачи топлива форсункой называется продолжительностью подачи форсунки φппф.
Из рисунка 5.18 видно, что давление Pф к концу подачи топлива форсункой меньше, чем в момент начала подачи. Это явление называется дифференциальным эффектом иглы. Объясняется оно тем, что в момент открытия форсунки давление в полости распылителя действует только на часть торцевой поверхности игольчатого клапана, не прижатую к седлу, создавая меньшую силу, чем когда игла открыта и давление действует на всю ее торцевую поверхность.
При регулировании ТНВД по началу подачи с уменьшением нагрузки двигателя фаза подачи насосом все больше сдвигается на участок снижения скорости плунжера. Это приводит к нарушению баланса между подачами насоса и форсунки. При снижении оборотов на малых ходах подача насоса становится настолько вялой, что игла форсунки садится на место раньше, чем закончится активный ход плунжера. Именно по этой причине такой способ регулирования в чистом виде на судовых дизелях практически не применяется.
При регулировании ТНВД по концу подачи, в момент отсечки, давление резко падает и через еще поднятый нагнетательный клапан, расположенный в насосе, формируется обратный поток топлива. Закрытие клапана сопровождается гидравлическим ударом, от которого возникают волны давления, идущие к форсунке. За счет энергии этих волн игла форсунки может продолжать стоять на упоре, затягивая впрыск тем дольше, чем больше цикловая подача. В случае, когда к моменту прихода волны игольчатый клапан уже закрылся, волна может открыть его повторно. Если давление во фронте волны превысит давление открытия форсунки, произойдет подвпрыск.
Из рисунка 5.18 видно, что по мере подъема плунжера давление перед распылителем сначала возрастает от давления начала подачи форсункой Pнпф до некоторого максимума Pmaxф , а затем падает до давления конца подачи форсункой Pкпф.
Учитывая переменный характер давления в системе, под термином давление впрыска принято подразумевать максимальное давление перед распылителем: Pвпр = Pmaxф . Именно уровень Pmaxф определяет гидравлические нагрузки на элементы линий высокого давления и места их соединений, т. е. в
конечном счете надежность работы топливной аппаратуры.
На протяжении последних лет наблюдается устойчивая тенденция повышения давления впрыска с целью сокращения периода впрыскивания и улучшения качества распыливания топлива, что в конечном счете обеспечивает повышение экономичности дизелей. У современных судовых дизелей давление впрыска лежит в пределах 60…200 МПа, а в некоторых случаях может
доходить до 250 МПа.
Продолжительность впрыска определяется моментами подъема и посадки иглы форсунки (линия h, рис 5.18). У судовых дизелей она составляет φф = 20…40° ПКВ.
Как было показано выше (формула (5.12)), характер изменения давления впрыска зависит от конструктивных и эксплуатационных параметров элементов системы топливоподачи, от режима их работы и физических свойств топлива.
К конструктивным параметрам в первую очередь относится скорость подъема плунжера c = dhп/dφ, которая для систем с гидравлическим приводом зависит от скорости поступления управляющего масла в полость гидравлического цилиндра, а для систем с механическим приводом — от профиля кулачковой шайбы топливного насоса.
При механическом приводе ТНВД выбор профиля топливного кулачка осуществляется на основе расчетов основных геометрических размеров топливной аппаратуры и кинематической характеристики плунжера топливного насоса (средней скорости плунжера cm на участке геометрического полезного хода плунжера).
К числу основных относятся параметры, обеспечивающие заданные характеристики впрыска топлива по продолжительности подачи: геометрические размеры рабочего профиля топливного кулачка, угол подъема и величина полного подъема профиля.
В судовых дизелях наиболее часто используются профили топливных кулачков, определяющие трапецеидальный и треугольный или близкие к ним законы изменения скорости плунжера в зависимости от угла поворота кулачкового вала (рис. 5.19).
Первый из указанных профилей (рис. 5.19а) характеризуется неизменной скоростью плунжера в процессе впрыска топлива, что создает определенные удобства при регулировании топливной аппаратуры на двигателе по опережению впрыска. Второй (рис. 5.19б) позволяет получить наибольшую среднюю скорость плунжера на участке его активного хода и в максимальной степени
использовать заданный полный подъем профиля топливного кулачка.
Достаточно часты случаи, когда в качестве рабочей используется только участок восходящей ветви скорости (рис. 5.19в).
Средние скорости плунжеров для профилей топливных кулачков с треугольным законом изменения скорости при прочих равных условиях на 6…12% выше.
Допустимое ускорение плунжера обычно лежит в пределах 200…400 м/с2, а в отдельных случаях оно может достигать величины 500 м/с2 и более.
Величина ускорения является исходной для выбора плунжерной пружины, которая должна обеспечивать постоянный контакт ролика толкателя с профилем топливного кулачка.
На практике достаточно часто для обеспечения заданных параметров впрыска применяют несимметричные законы изменения скорости плунжера, при которых наибольшая скорость достигается на участке, когда подъем плунжера осуществляется средним, наиболее крутым участком профиля кулачковой шайбы. В этот период давление впрыска достигает своего максимума, обеспечивая высокое качество распыливания.
На рисунке 5.20 приведены диаграммы скорости и перемещения плунжера ТНВД для случая, когда период подачи топлива насосом (геометрический период подачи) φ2 приходится на участок высоких значений скорости плунжера c. Отсечка при высокой скорости плунжера в конце подачи обеспечивает резкое падение давления впрыска и резкую посадку иглы форсунки. Период
впрыска при низких значениях Pф перед посадкой иглы непродолжителен.
При эксплуатации дизелей для настройки топливной аппаратуры непосредственного действия с механическим приводом используют статические фазы топливоподачи насоса, которые еще называют геометрическими. Эти фазы доступны для контроля и регулирования без применения специальной аппаратуры. Чтобы обеспечить заданные действительные фазы впрыска топлива форсункой, необходимо установить такие геометрические фазы подачи топлива, которые учитывали бы гидродинамические свойства системы топливоподачи. Для удобства анализа процесс топливоподачи разбивают на отдельные периоды. Исходя из сказанного выше, таких периодов можно выделить три (рис. 5.18):
- 1) период задержки впрыска (φзп)— угловой промежуток между началом подачи насосом и началом подачи форсункой, обусловленный сжимаемостью топлива, упругостью нагнетательного трубопровода, конечной скоростью распространения волны давления в нем, остаточным давлением в трубопроводе pост и давлением открытия иглы Pнпф. По опытным данным, у
судовых малооборотных дизелей продолжительность периода составляет 2…19° ПКВ; - 2) период активного впрыска — угловой промежуток между началом подачи форсункой (φнпф) до конца подачи насосом (φкпн), в течение которого
в цилиндр впрыскивается основная часть цикловой порции топлива. Продолжительность его зависит от нагрузки дизеля. Характер изменения давления в течение периода активного впрыска в значительной степени зависит от скорости подъема плунжера ТНВД; - 3) период свободного истечения — угловой промежуток от конца подачи насосом (φкпн) и до конца подачи форсункой (φкпф). Процесс впрыска происходит за счет энергии сжатого топлива и упругости нагнетательного трубопровода. Впрыск топлива происходит при постепенно снижающемся давлении Pф, что обусловливает ухудшение качества распыливания. Топливо в этот период впрыскивается уже на линии расширения в цилиндре, что приводит к увеличению продолжительности догорания топлива и снижению экономичности дизеля.