Описание работы системы впрыска дизеля

Особенностью дизеля является зависимость его технико-экономических показателей от качества работы и параметров топливной системы. В дизеле топливо впрыскивается под высоким давлением (350—1000 кГ/см2 и выше) через небольшие отверстия, вследствие чего оно распыливается непосредственно в камере сгорания двигателя. В камере сгорания находится воздух, сжатый до нескольких десятков атмосфер и нагретый в процессе сжатии до 600-800 град. С. Топливо, впрыснутое в горячий воздух, нагревается в нем, воспламеняется и сгорает. Следовательно, качество рабочего процесса будет зависеть от того, как и когда подается топливо, как оно распылено и распределено по объему камеры сгорания.

В свою очередь, правильность настройки системы впрыска дизеля влияет на расход топлива, при неправильной настройке может появиться увеличенный расход, который обязательно учтет система контроля расхода топлива и мониторинга транспорта - вот почему так важно своевременное профилактическое обслуживание техники.

Топливная система, в общем случае состоящая из топливного насоса, нагнетательного трубопровода и форсунки, относится к числу важнейших агрегатов дизеля. Учитывая, что топливная система играет важную роль в процессе смесеобразования, к ней предъявляются жесткие требования. Она должна:

• 1) подавать на цикл заданное количество топлива;
• 2) подавать топливо в заданный период и по определенному закону;
• 3) распыливать топливо на капли, размер которых позволял бы так распределять их по объему камеры сгорания, чтобы наиболее рационально использовался рабочий воздух;
• 4) обеспечивать идентичную работу всех секций топливной системы.

Выполнение указанных требований затрудняется тем, что:

• 1) продолжительность подачи топлива очень мала (0,01 сек в тихоходных дизелях и 0,0005 сек в быстроходных дизелях малой мощности);
• 2) количество топлива, подаваемого на цикл, также очень мало. В дизелях большой мощности на номинальном режиме впрыскивается несколько граммов топлива, в быстроходных дизелях малой мощности — сотые доли грамма;
• 3) давление и скорость впрыска топлива, а также давление и температура среды, в которую это топливо впрыскивается, резко изменяются;
• 4) неизвестен закон подачи топлива, соответствующий конструктивным особенностям и условиям эксплуатации дизеля, для которого эта система создается. Закон подачи топлива неизвестен, так как пока остаются невыясненными количественные и качественные взаимосвязи между процессами подачи топлива, смесеобразования и сгоранля. Благодаря работам советских ученых можно только весьма приближенно оценить некоторые особенности закона подачи топлива и топливной системы, проектируемой для конкретного дизеля.

Недостаточность наших знаний о взаимосвязи между процессами подачи топлива, смесеобразования и сгорания является следствием сложности физических явлений и химических реакций, возникающих в цилиндре дизеля при подготовке топлива к воспламенению и сгоранию. Кроме того, не обобщены довольно многочисленные работы по исследованию указанных процессов. Это обобщение затрудняется тем, что в большинстве случаев процессы смесеобразования и сгорания исследовались без исследования топливных систем, а работа топливных систем изучалась в основном на стендах.

В настоящее время отсутствуют теоретические методы расчета, которые позволили бы с достаточной точностью и учетом особенностей протекания процесса впрыска топлива и рабочего процесса дизеля подобрать соответствующие параметры характеристики впрыска и топливной системы. В связи с этим указанные параметры подбираются в основном путем совместной доводки топливной системы и дизеля.

Остановимся кратко на основных теоретических положениях и методах расчета указанных процессов. Более полное развитие получили теория и методы расчета процесса подачи топлива, основанные:

• 1) на учете сжимаемости топлива и некоторых других факторов (при этом гидродинамика процесса впрыска не принималась во внимание, в связи с чем эти методы были названы статическими);
• 2) на теории подобия и размерности;
• 3) на гидродинамической теории процесса впрыска топлива (гидродинамические методы).

Первый статический метод предложил еще Гессельман. Однако, так как этот метод не учитывал сжимаемость топлива, поэтому и был не приемлем даже для приближенной оценки реального процесса подачи топлива. Позднее проф. Г. Г. Калиш, Б. И. Сифман, а также Фармер, Алкок и другие исследователи уточнили этот метод путем учета сжимаемости топлива и некоторых других факторов. В настоящее время статистические методы для расчета процесса впрыска быстроходного дизеля не применяются, так как погрешность их очень велика, но ими пользуются для расчета процесса впрыска насос-форсункой, ввиду отсутствия нагнетательного трубопровода в которой можно пренебречь волновым характером распространения давления и скорости движения топлива.

Гидродинамические методы расчета процессов впрыска топлива развивались одновременно со статическими, а также методами, основанными на теории подобия и размерности. Объясняется это тем, что вначале гидродинамические методы были весьма трудоемкими, а точность их низкой. Так, Эйхельберг и Засс, например, не учитывали влияния сжимаемости топлива в конечных объемах системы. Этот фактор независимо друг от друга стали учитывать Пишннгер для систем с закрытыми форсунками и И. В. Астахов для систем с открытыми форсунками. Впоследствии гидродинамические методы были значительно уточнены и развиты.

Гидродинамические методы рассматриваются нами в качестве основных для систем с нагнетательными трубопроводами ие только непосредственного действия, но и других типов. Данные по процессу впрыска, рассчитанные по гидродинамическому методу, довольно точно совпадают с реальными параметрами процесса впрыска на двигателе, особенно, когда расчет производится с учетом давлении и температур среды, в которую впрыскивается топливо.

Процесс впрыска топлива в камеру сгорания является неустановившимся и протекает при высоких давлениях и скоростях движения топлива. Задача развития факела и распада струи на капли при неустановившемся движении ввиду исключительной сложности физических явлений до сих пор не решена. Существуют различные гипотетические предположения и приближенные методы оценки развития факела и распада струи на капли, но все они недостаточно точны и во многих случаях существенно расходятся с опытом. Некоторые из подобных предположений основываются на теории распада струи жидкости, вытекающей из круглого отверстия с малой постоянной скоростью. Эта теория была заложена еще Боедекером, Магнусом и Савартом и окончательно оформлена для невязкой жидкости Релеем, а для вязкой жидкости — Н. Бором. Проблеме впрыскивания жидкости и развития факела струи большое внимание уделяли советские ученые.

Однако вопросы распада струи и развития факела рассматривались при стационарном или квазнстационарном истечении жидкости.

С использованием: И.В. Астахов, В.И.Трусов, А.С.Хачиян, Л.Н.Голубков. Подача и распыливание топлива в дизелях. Издательство «Машиностроение». Москва. 1972 г.