Впрыск топлива в дизельном двигателе и его регулировка

В такте впуска дизельный двигатель впускает только воздух. В такте сжатия этот воздух нагревается до температуры настолько высокой, что дизельное топливо, впрыснутое в цилиндр в конце такта сжатия, воспламеняется самостоятельно. Количество топлива в двигателе дозируется с помощью топливного насоса высокого давления (ТНВД). Топливо впрыскивается под высоким давлением через форсунку в камеру сгорания.

Впрыск топлива должен происходить следующим образом:

  • с точно дозированным количеством топлива в соответствии с нагрузкой двигателя;
  • в требуемый период времени;
  • в точно определенный период времени;
  • способом, соответствующим конкретному процессу сгорания.

Схема системы топливоподачи дизельного двигателя

Рис. Схема системы топливоподачи дизельного двигателя:
1. Топливный бак; 2. Топливоподкачивающий насос (топливный насос низкого давления); 3. Топливный фильтр; 4. Рядный ТНВД; 5. Устройство опережения момента впрыска; 6. Регулятор; 7. Держатель форсунки с форсункой; 8. Возвратный топливопровод; 9. Накальная свеча с закрытым элементом; 10. Аккумуляторная батарея; 11. Выключатель предварительного накала и стартера; 12. Блок управления предварительным накалом.

ТНВД и регулятор, соединенные с управляющей (контрольной) зубчатой рейкой являются ответственными за то, чтобы указанные условия выполнялись. Количество топлива, впрыснутого за один ход плунжера ТНВД, примерно пропорционально крутящему моменту двигателя.

Если на двигателе используется механический (центробежный) регулятор числа оборотов, то рейка управления соединяется с педалью акселератора («газа») через регулятор.

Замкнутый контур управления для механического регулятора

Рис. Замкнутый контур управления для механического регулятора:
1. Дизельный двигатель; 2. Рядный ТНВД; 3. Регулятор; 4. Обороты двигателя; 5. Количество впрыскиваемого топлива; 6. Педаль акселератора; 7. Ход управляющей рейки; 8. Давление подаваемого воздуха; 9. Желаемое число оборотов; 10. Атмосферное давление; 11. Управление крутящим моментом; 12. Подача при полной нагрузке; 13. Начальное количество.

У электронного регулятора (EDC) педаль акселератора оснащена датчиком, соединенным с электронным блоком управления (ЭБУ или ECU). Когда водитель нажимает на педаль газа, то перемещение преобразуется в соответствующий ход рейки с учетом оборотов двигателя в данный момент времени.

Почему дизельному двигателю нужен регулятор?

У дизельного двигателя не существует положения управляющей рейки, которое бы позволило дизельному двигателю точно поддерживать свои обороты без помощи регулятора. На холостом ходу, к примеру, без регулятора числа оборотов, обороты двигателя будут либо падать, пока двигатель не остановится, либо будут продолжать увеличиваться, что, в конце концов, приведет к саморазрушению двигателя.

Последняя возможность обязана тому, что дизель работает с избытком воздуха, что означает отсутствие эффективного дросселирования поступающей в двигатель смеси при возрастании его оборотов.

К примеру, если холодный двигатель был заведен и остался работать на холостом ходу, тогда как продолжает впрыскиваться начальное количество топлива, то характерное трение вскоре начнет снижаться. То же самое относится к нагрузке двигателя от приводимых от него агрегатов, таких как генератор, воздушный компрессор, ТНВД и т.д. Это означает, что если положение управляющей реики осталось неизменным и рейка не втягивалась для уменьшения количества подаваемого топлива (как сделал бы регулятор), то обороты двигателя будут возрастать все больше и больше (из-за указанного выше падения трения), пока они не достигнут точки саморазрушения. Другими словами, является обязательным, чтобы дизель был оснащен регулятором числа оборотов. В настоящее время для рядных ТНВД используются либо механические (центробежные) регуляторы либо система электронного управления дизельным двигателем (EDC).

Пневматические регуляторы, управляемые давлением впускного коллектора устанавливались ранее на небольшие ТНВД. От них пришлось отказаться в результате возросших требований к точности регулирования и к работе регулятора.

Работа регулятора

Нет сомнений, что когда к двигателю приложена нагрузка, ТНВД должен всегда обеспечивать двигатель необходимым количеством топлива. Все рядные ТНВД имеют отдельную плунжерную пару (плунжер (3) и гильза (1)), называемую еще нагнетательной секцией (элементом), для каждого цилиндра двигателя.

Плунжер двигается в направлении подачи топлива с помощью кулачкового вала, приводимого в движение от двигателя, и возвращается обратно под действием возвратной пружины. Так как ход плунжера не может быть изменен, то количество нагнетаемого топлива может быть отрегулировано только путем изменения эффективного (активного) хода плунжера.

Работа регулятора

Рис. Работа регулятора

Плунжеры снабжены наклонным спиральным вырезом (каналом), так что требуемый эффективный ход подбирается путем поворота плунжера. Поворот осуществляется с помощью управляющей зубчатой рейки (5), которая находится в зацеплении с плунжером и сама двигается продольно с помощью регулятора. Вращение плунжера перемещает спираль (вырез) (4) для управления моментом окончания подачи (известного также как сброс или открывание отверстия в гильзе) и количеством подачи. Подача начинается в тот момент, когда верхний край плунжера закрывает входное отверстие (2) в стенке гильзы.

В случае максимальной подачи (с) сброс не происходит вплоть до максимального эффективного хода плунжера, другими словами, с максимально возможным количеством подаваемого топлива. При частичной подаче (Ь) сброс происходит раньше в зависимости от положения плунжера при повороте. В конечном положении, что требуется для нулевой подачи (а), т.е. в момент, когда двигатель должен быть остановлен, продольный паз плунжера расположен прямо напротив входного отверстия. Это означает, что нагнетательная камера над плунжером соединяется с топливной магистралью в течение всего хода плунжера, т.е. топливо не подается.

Существует несколько различных конфигураций спирали.

В случае плунжера только с нижней спиралью (вырезом) подача топлива начинается в одинаковой точке хода плунжера вверх, тогда как конец подачи происходит раньше или позже в зависимости от поворота плунжера. Когда плунжер имеет верхнюю спираль (вырез), то может изменяться начало подачи. Имеются также плунжеры, снабженные как верхней, так и нижней.

Снижение оборотов регулятора

Каждый двигатель имеет кривую (характеристику) крутящего момента в соответствии с его максимальной отдачей мощности. Каждое значение оборотов двигателя связано с данным максимальным крутящим моментом. Если нагрузка на двигатель снимается при данных оборотах двигателя, а управляющая рейка соответствующим образом не регулируется, то обороты двигателя могут лишь увеличиваться в пределах управляемого диапазона до числа, определенного заводом-изготовителем двигателя (т.е. от nv — оборотов при полной нагрузке до n1 — низких оборотов холостого хода). Увеличение оборотов двигателя пропорционально изменению нагрузки, т.е. чем больше уменьшение нагрузки двигателя, тем больше увеличение оборотов двигателя.

Этот эффект известен как эффект снижения оборотов и относится к регуляторам с характеристикой снижения оборотов. Снижение оборотов регулятора в основном относится к максимальным оборотам при полной нагрузке (нормированные обороты) и подсчитывается следующим образом:

б = (n10-nv0) / nv0 или б (n10-nv0) / nv0 * 100%

где б — коэффициент снижения оборотов, его называют также просто снижением оборотов); n10 — повышенных оборотов холостого хода (максимальных); nv0 — число максимальных оборотов при полной нагрузке.

Говоря в общем, достаточно большое снижение оборотов увеличивает стабильность общего контура (цепи) управления (регулятор, двигатель и приводимый им в движение агрегат или автомобиль). С другой стороны, снижение оборотов ограничивается условиями работы. Для примера: примерно от 0 до 5% — для двигателей генераторных установок и примерно от 6 до 15% — для автомобильных двигателей.

Обороты при полной нагрузке с соответствующим управлением оборотами холостого хода

Рис. Обороты при полной нагрузке с соответствующим управлением оборотами холостого хода:
1. Крутящий момент Md; 2. Обороты двигателя.

Увеличение оборотов для различных снижений оборотов

Рис. Увеличение оборотов для различных снижений оборотов:
1. Крутящий момент Md; 2. Обороты двигателя; слева — малое снижение оборотов; справа — большое снижение оборотов.

Снижение оборотов регулятора R Q V

Рис. Снижение оборотов регулятора R Q V:
1. Снижение оборотов; 2. Обороты ТНВД

На рисунках введены следующие обозначения:

  • nvu — минимальные обороты при полной нагрузке,
  • nu — любое значение оборотов при полной нагрузке,
  • nv0 — максимальные обороты при полной нагрузке,
  • n — низкие обороты на холостом ходу,
  • n1 — любое значение оборотов на холостом ходу.
  • n10 — повышенные обороты холостого хода (максимальные).

На рисунке показана практическая иллюстрация эффектов снижения оборотов. При установке требуемых оборотов двигателя на фиксированной величине, действительное число оборотов двигателя изменяется в пределах области снижения оборотов, когда нагрузка двигателя изменяется.

Крутящий момент Md

Рис. 1. Крутящий момент Md; 2. Обороты двигателя, n; 3. Диапазон снижения оборотов; 4. Максимальная разница в оборотах; 5. Реальные обороты; 6. Полная нагрузка; 7. Частичная нагрузка; 8. Отсутствие нагрузки; 9. Время t; 10. Установочные обороты.

Функции регулятора

Основной задачей каждого регулятора числа оборотов является ограничение максимальных оборотов двигателя. Другими словами, регулятор должен обеспечивать, чтобы обороты двигателя никогда не превышали максимальных значений, предусмотренных заводом-изготовителем. В зависимости от его типа, регулятор может иметь и другие функции, такие как поддержание определенных оборотов двигателя, например, на холостом ходу или поддержание диапазона оборотов между низкими и высокими оборотами холостого хода (максимальными). Регулятор может также иметь другие функции и функции, выполняемые электронным регулятором (EDC), являются гораздо более широкими, чем функции у механического (центробежного) регулятора.

Различные требования, предъявляемые к регуляторам, стали причиной развития различных типов регуляторов, перечисленных ниже:
регуляторы максимальных оборотов. Эти регуляторы разработаны только для ограничения максимальных оборотов двигателя;
регуляторы минимальных и максимальных оборотов.

Кроме максимальных оборотов эти регуляторы также управляют низкими оборотами холостого хода, регуляторы изменяемых оборотов. Эти регуляторы кроме максимальных оборотов и низких оборотов холостого хода также управляют оборотами в промежуточной области, комбинированные регуляторы. Они представляют собой комбинацию регулятора максимальных и минимальных оборотов и регулятора изменяемых оборотов, регуляторы для стационарных силовых установок. Они разработаны для двигателей генераторных установок в соответствии с немецким стандартом DIN 6280. Кроме своей основной задачи, этот регулятор также имеет несколько других функций управления. Они включают в себя автоматическую подачу и отсечку дополнительного топлива, требуемого для запуска и изменение подачи топлива при полной нагрузке в зависимости от оборотов двигателя (управление крутящим моментом), от давления нагнетаемого воздуха или атмосферного давления. Для выполнения этих задач требуется дополнительное оборудование.

Регулировка максимальных оборотов

Регулировка максимальных оборотов

Рис. Регулировка максимальных оборотов:
1. Ход управляющей рейки; 2. Остановка; 3. Полная нагрузка; 4. Контролируемая область; 5. Полная нагрузка; 6. Без нагрузки; 7. Обороты двигателя.

В зависимости от снижения оборотов, когда нагрузка на двигатель убирается, то максимальные обороты при полной нагрузке nv0 не достигают величины n10 (повышенные обороты холостого хода — максимальные). Регулятор подгоняет их до этого требуемого значения, передвигая управляющую рейку в направлении остановки (прекращая подачу топлива). Управление (регулировка) в области между nvo и пю называется регулировкой максимальных оборотов. Чем выше снижение оборотов, тем выше увеличение оборотов между nvo и n10.

Регулировка промежуточных оборотов

Когда требуется специальное применение (например, в автомобилях с коробкой отбора мощности), то регулятор может поддерживать обороты двигателя в пределах требуемой области (2) между оборотами холостого хода и повышенными оборотами холостого хода (максимальными), (1 — ход управляющей рейки).

Регулировка промежуточных оборотов

Рис. Регулировка промежуточных оборотов

Обороты двигателя (5), таким образом, колеблются только в пределах рабочей области между nv. (полная нагрузка-3) и n1 (без нагрузки-4) в зависимости от нагрузки.

Управление низкими оборотами холостого хода

Регулирование может также иметь место и в самой низкой области оборотов двигателя.

Управление низкими оборотами холостого хода

Рис. Управление низкими оборотами холостого хода: 1. Ход управляющей рейки; 2. Область управления; 3. Полная нагрузка; 4. Без нагрузки; 5. Обороты двигателя.

После запуска холодного двигателя, когда управляющая рейка перемещается из пускового положения в положение В, сопротивление двигателя на трение остается достаточно высоким, Это значит, что количество подаваемого топлива для устойчивой работы двигателя будет немного выше того, которое обычно соответствует регулировочной точке L для низких оборотов холостого хода, а обороты двигателя будут немного ниже. При прогреве уменьшение трения будет причиной увеличения оборотов двигателя, и управляющая рейка передвинется обратно в положение L. Это установка низких оборотов холостого хода для двигателя, находящегося при рабочей температуре.

Управление крутящим моментом

Управление крутящим моментом используется для обеспечения полного использования воздуха для сгорания, поступившего в цилиндр двигателя. В таком случае процесс управления не актуален, но на регулятор накладывается более одной функции регулировки. Он разработан для количества топлива, подаваемого для режима полной нагрузки, т.е. для максимального количества топлива, впрыскиваемого в области нагрузок двигателя и которое может сгореть без чрезмерного дымообразования. В общем, потребность в топливе «атмосферного» (т.е. без наддува) дизельного двигателя снижается с ростом оборотов двигателя (уменьшенная относительная скорость воздушного потока, ограничения по температуре, изменяемое смесеобразование). С другой стороны, при постоянном положении управляющей рейки количество топлива, впрыскиваемого ТНВД, увеличивается в определенной области, когда обороты возрастают. Это происходит из-за эффекта дросселирования у отверстия для сброса (сливного отверстия) плунжерной пары ТНВД. Однако впрыскивание избыточного топлива приводит к выбросам дыма и перегреву двигателя. Это означает, что количество впрыскиваемого топлива должно быть адаптировано к потребности двигателя в топливе.

Потребность двигателя в топливе

Рис. а) Потребность двигателя в топливе; б) Подача топлива в режиме полной нагрузки без управления крутящим моментом; с) Подача топлива в режиме полной нагрузки с управлением крутящим моментом; 1. Количество подаваемого топлива; 2. Начало управления крутящим моментом; 3. Конец управления крутящим моментом; 4. Область управления крутящим моментом; 5. Обороты двигателя.

У регуляторов числа оборотов с управлением крутящим моментом управляющая рейка передвигается в области управления крутящим моментом на фиксированную величину (так называемый ход управления крутящим моментом) в направлении остановки (отсечки подачи топлива). Таким образом, когда обороты возрастают (от n1, до n2), количество подаваемого топлива уменьшается (принудительное управление крутящим моментом или управление крутящим моментом в направлении управления). Когда обороты двигателя падают (с n2 до n1), подача увеличивается.

Управление ходом рейки

Рис. 1. Управление ходом рейки; 2. Начало управления крутящим моментом; 3. Конец управления крутящим моментом; 4. Ход управления крутящим моментом; 5. Обороты двигателя.

Конструкция и расположение приборов для управления крутящим моментом изменяются в соответствии с типом регулятора. Кривая крутящего момента с и без управления крутящим моментом показана на рисунке. Максимальный крутящий момент достигается во всем диапазоне показанных оборотов без превышения пределов дымности.

Крутящий момент двигателя Md

Рис. 1. Крутящий момент двигателя Md; 2. Начало управления крутящим моментом; 3. Конец управления крутящим моментом; 4. С управлением крутящим моментом; 5. Без управления крутящим моментом; 6. Обороты двигателя.

На двигателях, оснащенных турбонагнетателем с приводом от выхлопных газов, имеющих высокий коэффициент наддува, потребность в топливе на режиме полной нагрузки в областях низких оборотов возрастает настолько, что стандартное увеличение подачи топлива от ТНВД становится недостаточной. В таких случаях управление крутящим моментом должно регулироваться в зависимости от оборотов двигателя или давления нагнетаемого воздуха.

В зависимости от преобладающих условия это осуществляется с использованием либо регулятора, либо компенсатора давления во впускном коллекторе (LDA) или обоих этих устройств.

Характеристики подачи топлива

Характеристики подачи топлива

Рис. Характеристики подачи топлива:
а) Потребность двигателя в топливе; б) Подача в режиме полной нагрузки без управления крутящим моментом; с) Подача в режиме полной нагрузки с управлением крутящим моментом; c1 — отрицательное (свободное) управление крутящим моментом; с2 — принудительное (положительное) управление крутящим моментом; 1. Количество подаваемого топлива; 2. Управление крутящим моментом; 3. Отрицательное; 4. Положительное; 5. Обороты двигателя.

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (1 голосов, средний: 4,00 из 5)
Преимущества и недостатки топливных систем распределительного типа Системы с насосами распределительного типа имеют как положительные качества, отличающие их от обычных топливных систем дизелей, так и недостатки. К преимуществам этих систем можно отнести следующие: насосы распределительного типа имеют меньшие габаритные размеры и массу; в распределительных ...
Роторный ТНВД В роторных ТНВД топливо в корпус насоса подается лопастным топливным насосом низкого давления. Насос высокого давления с кулачковым кольцом и двумя или четырьмя радиально расположенными плунжерами обеспечивает формирование высокого давления и распределение топлива по форсункам, количество которого и...
Автомат опережения впрыскивания Более раннее зажигание при увеличении частоты вращения коленчатого вала способствует увеличению мощности дизельного двигателя. При увеличении частоты вращения коленчатого вала впрыск начинается раньше, что обеспечивается автоматом (муфтой) опережения впрыскивания. Рис. Автомат опережения впрыск...
✪Устройство автомобиля Авто⚡сайт №❶
Google+ ()