Форсунки дизельного двигуна
Призначення форсунок та вимоги до них
Форсунка служить для подачі палива в циліндр двигуна, розпилення та розподілу палива камерами згоряння.
Умови роботи форсунок дуже важкі – вони піддаються впливу колосальних тисків та теплових навантажень. Упорскування починається при температурі в камері згоряння 700…900 ˚Ста тиск 3…6 МПа, а закінчується при температурі до 2000 ˚Ста тиск 10 ... 11 МПа.
До форсунок пред'являються такі дуже жорсткі вимоги:
- оптимальна дисперсність, т. е. високий ступінь дроблення крапель палива, оскільки що менше краплі, то більше вписувалося їх сумарна поверхню, швидше відбувається нагрівання і згоряння палива, але зменшується довжина факела;
- забезпечення такої швидкості струменя палива, щоб воно досягало країв камери згоряння, тому краплі не повинні бути надто дрібними – середній розмір крапель (з урахуванням вимоги першого пункту) – 30...50 мкм;
- розподіл палива, що впорскується, по всьому об'єму камери згоряння;
- різке початок упорскування та її припинення.
Форсунки бувають відкритіі закриті.
Відкриті форсунки забезпечують постійне подання палива. У сучасних дизелях такі форсунки не використовуються.
У дизельних двигунах застосовують закриті форсунки, які відкриваються лише в момент подачі палива до камери згоряння.
Закриті форсунки можуть бути двох типів. одно-і багатодирчасті. Перші встановлюють на двигунах з, другі з нерозділеними камерами згоряння.
Розрізняють також механічні форсунки і форсунки, керовані електронікою.
Сучасні системи живлення дизельних двигунів використовують упорскування, кероване комп'ютером (електронним блоком управління). На підставі інформації, що надходить від численних датчиків, такі системи враховують багато процесів та поточні параметри роботи двигуна. Форсунки в таких системах керуються спеціальними електромагнітними або п'єзоелектричними пристроями, що відкриває широкі можливості підвищення ефективності роботи двигуна та його екологічності.
Історія винаходу форсунки
Як відомо, Рудольф Дизель спочатку планував роботу свого знаменитого дітища на вугільному пилу. Його система живлення містила спеціальний насос, що вдував вугільний пил у циліндр двигуна стисненим повітрям. Однак, вугілля виявилося низькокалорійним паливом, не здатним дати високу температуру згоряння, і Дизелю довелося звернути свій геніальний погляд до рідких палив. Адже різниця температур у циклі роботи двигуна – пряма дорога до підвищення ККД, як встановив француз.
Спочатку Дизель спробував упорскувати в циліндр свого двигуна бензин, але при першому ж випробуванні двигуна стався вибух, який ледь не коштував життя самого Дизеля та його помічників, і винахіднику довелося застосувати менш вибухонебезпечне паливо - гас.
У червні 1894 року Дизель побудував двигун, який використовує як паливо гас, який впорскувався в циліндри спеціальною форсункою. Для впорскування гасу застосовувався пневматичний компресор, що розвивав тиск, що перевищує тиск у циліндрі двигуна. За такими двигунами закріпилася назва компресорні дизелі.
Ідея гідравлічного упорскування палива в дизельних двигунах належить, як стверджує історія, французькому інженеру Сабате, який, до того ж, запропонував багаторазове упорскування, тобто впорскування, яке здійснюється в кілька етапів (ця ідея використовується в сучасних системах живлення - Common Rail і насос -Форсунка).
У 1899 році російський інженер Аршаулов вперше побудував і впровадив паливний насос високого тиску оригінальної конструкції - з приводом від повітря, що стискається в циліндрі, що працював з безкомпресорною форсункою. Ці форсунки встановлювалися на дизелях, що випускалися Механічним заводом «Людвіг Нобель» у Петербурзі на початку минулого століття («російські дизелі»).
У 20-х роках XX століття німецький інженер Роберт Бош удосконалив вбудований паливний насос високого тиску, а також створив вдалу модифікацію безкомпресорної форсунки. Ці пристрої з різними удосконаленнями використовуються в системах живлення дизельних двигунів та в наші дні.
Дизельні двигуни, які використовують у системі живлення підвищення тиску палива перед уприскуванням, називають «безкомпресорними дизелями».
Нині класичні компресорні дизелі немає практичного застосування. У сучасних двигунах упорскування здійснюється безкомпресорними способами.
Однак, наука і техніка не стоять на місці, і завдяки широкій комп'ютеризації всіх систем автомобіля в даний час механічні форсунки поступово витісняються більш досконалими пристроями, керованими електронікою.
Принцип дії багатодирчастої форсунки
У багатодирчастій форсунці основною частиною є розпилювач. Він складається з корпусу 1
(Мал. 1, а) та голки 2
. Розпилювач притягнутий до корпусу 7
форсунки накидною гайкою 3
. Зверху на голку тисне пружина 12
(Мал. 1, б). Паливо в порожнину Бфорсунки подається каналом У.
Коли немає подачі палива насосом ( Мал. 1. I), тиск у порожнині Бскладає 2…4 МПа. Паливо тисне на пояс навантаження Гголки, але ця сила менше сили пружини, яка притискає голку до розпилювача. Голка запірним конусом Дперекриває вихідні отвори – сопло А.
При подачі палива насосом сила тиску палива на поясок Гстає більше сили пружини, голка піднімається, і через сопло Аз великою швидкістю паливо впорскується в камеру згоряння. Після закінчення подачі палива тиск падає, пружина повертає голку на місце, замикаючи вихідні отвори розпилювача, і впорскування припиняється.
Підйом голки обмежений упором її верхніх заплечиків у корпус 5 форсунки і складає 0,2…0,25 мм.
Якість дроблення палива залежить від швидкості його руху через сопла, яка, своєю чергою, залежить від тиску впорскування. При нормальному режимі швидкість струменя палива становить 200 ... 400 м / с. Для цього необхідно створити перепад тисків у форсунці та камері згоряння 5…10 МПа. Оскільки тиск у циліндрі в момент упорскування досягає 3…5 МПа, тиск палива у форсунці має бути більшим 10…20 МПа.
Щоб забезпечити роботу форсунки при такому тиску, корпус розпилювача та голка дуже точно виконані і притерті один до одного. Вони є третьою прецизійною парою у магістралі високого тиску. Голка та корпус розпилювача не підлягають розукомплектуванню та підлягають заміні лише в комплекті.
Пристрій багатодирчастої форсунки
На двигунах з нерозділеними камерами згоряння встановлюють, як правило, багатодирчасті форсунки. Так, на двигунах КамАЗ-740 встановлюється форсунки серії 33, на двигунах ЗІЛ-645 та ЯМЗ-240 – форсунки Б-2СБ, на двигунах ЯМЗ-238 – форсунки моделі 80 ( див. малюнок 2 внизу сторінки).
До корпусу 7 форсунки накидною гайкою 3 притягнуть розпилювач з голкою 2 . Розпилювач має чотири соплові отвори діаметром 0,3 мм. На голку через штангу 13 тисне пружина 12 . Паливо від насоса подається в порожнину форсунки через штуцер. 9 , в якому встановлено фільтр 10 . Верхній отвір у корпусі служить для відведення в бак палива, що просочився через зазори між голкою та розпилювачем. Штифти 4 і 6 визначають точне положення розпилювача щодо корпусу та паливних каналів. Прокладками 11 регулюють натяг пружини, яке визначає тиск початку упорскування.
Форсунки встановлюють у спеціальні гнізда головки циліндра та закріплюють скобами.
Між корпусом форсунки та головкою блоку розміщується ущільнювальна мідна шайба (кільце), яка надівається на корпус розпилювача та разом з форсункою акуратно вставляється у гніздо головки. Така шайба служить не тільки ущільнювачем між форсункою та головкою, але й забезпечує хороше тепловідведення від розпилювача до головки циліндрів.
Кільце ущільнювача 8 оберігає порожнину клапанної кришки від попадання в неї пилу і вологи.
Пристрій однодирчастої штифтової форсунки
Однодирчасті форсунки іноді називають штифтовими, оскільки кінець її голки виконується у вигляді штифта. Такі форсунки встановлюють, як правило, у дизелях із розділеними камерами згоряння.
Конструкція розпилювача таких форсунок забезпечує , оскільки розпилювання палива більш спрямоване, ніж у багатодирочних форсунках, і значна частина палива досягає стінок камер згоряння, утворюючи плівку, що швидко випаровується.
Дизелі з вихровими (роздільними) камерами згоряння менш чутливі до складу палива та стійкіше працюють у широкому діапазоні частот обертання. Форсунки, що застосовуються з ними, розраховані на менший тиск, отже, не вимагають настільки високої точності виготовлення, як форсунки для нерозділених камер згоряння, а тому дешевше.
на Мал. 1,впоказаний розпилювач штифтової однодирчастої форсунки. Така форсунка встановлюється у вихрових камерах згоряння та має одне сопло.
Кінець голки 2
виконаний у вигляді штифта 13
конусної форми, що виступає за межі корпусу розпилювача. Штифт служить на формування факела палива як конуса.
Принцип роботи однодирчастих форсунок не відрізняється від принципу роботи багатодирчастих форсунок.
Влаштування деяких типів форсунок, що застосовуються на автотракторних дизельних двигунах вітчизняного виробництва, наведено на малюнку 2.
