Перспективи розвитку систем впорскування палива
1. Покращення адаптивності систем.
2. Підвищення експлуатаційної надійності роботи.
3. Резервування елементів системи та можливість здійснювати роботу двигуна при виходу з ладу елементів системи на середніх значеннях параметрів живлення.
4. Зниження собівартості виготовлення, експлуатації, спрощення конструкції, зменшення маси деталей.
2.13.3. Система живлення автомобільних двигунів газом
Порівняно невисока собівартість газу, зменшення забруднення навколишнього середовища сприяє переобладнанню бензинових двигунів для роботи на газовому паливі. Для встановлення системи живлення газом на дизель, необхідно встановити систему запалювання і зменшити до 10…12 одиниць ступінь стискання. Складність переобладнання дизелів на газове паливо не сприяє широкому застосуванню цих систем у дизелях.Системи живлення можуть працювати на стиснених (природних), або зріджених (нафтових) газах. При використанні газового палива значно покращується сумішоутворення.
Класифікация систем живлення газом
А). За станом застосованого газу:
- Стиснений:
- Зріджений;
Б). За місцем сумішоутворення:
- З зовнішнім сумішоутворенням ( у карбюраторі, впорскуванні у впускний колектор);
- З внутрішнім сумішоутворенням;
Рис. 2.182. Схема живлення двигунів зрідженим газом: 1 – дозуючий економайзерний пристрій; 2 – двоступеневий газовий редуктор низького тиску; 3 – електромагнітний клапан-фільтр; 4 – фільтр; 5,6 – манометри; 7 – з’єднувальна магістраль високого тиску; 8 – магістральний вентиль; 9 – бензобак; 10,12 – вентилі балону парової та рідинної фаз стану газу; 11 – балон з зрідженим газом; 13 – трубопровод низького тиску; 14 – газовий змішувач(карбюратор); 15 – проставка карбюратора; 16 – фільтр-відстійник; 17 – бензонасос; 18 – карбюратор; 19 – повітряний фільтр; 20, 22– трубопроводи; 21 – компресор; 23 – випарник газу; Принцип дії З випарника газ поступає в магістральний фільтр 3, де очищується від домішок та смолистих речовин. Потім через фільтр 4 газ поступає до редуктора, де тиск понижується до тиску близького до атмосферного. Під дією розрідження у впускному трубопроводі газ поступає в дозуючий економайзерний пристрій, вбудований у редуктор, а потім по трубопроводу низького тиску до газового змішувача 14, де змішуючись з повітрям створює паливну суміш, яка поступає у циліндри двигуна. Для виключення одночасної роботи газової та бензинової систем живлення встановлюють електромагнітний запорний клапан. В газобалонне обладнання останніх поколінь встановлюють емулятор форсунок та лямд-зонд.
Рис. 2.183. Схема роботи системи живлення газом карбюраторного двигуна: а). Двигун не працює. б). Експлуатаційний режим роботи двигуна. в). Режим холостого ходу. Система живлення двигунів стиснутим газом
Рис. 2.184. Схема живлення двигуна стиснутим газом: 1 – двигун; 2 – газоповітряний змішувач, виконаний у одному вузлі з карбюратором; 3 – двоступеневий газовий редуктор низького тиску; 4 –економайзерний пристрій; 5 – редуктор високого тиску; 6– електромагнітний клапан; 7 – манометр; 8,9,11,13 – вентилі;10 – трубопровід високого тиску; 12 – розподільна хрестовина; 14 – паливний бензиновий бак; 15 – фільтр; 16 – балон; 17 – тубопровід низького тиску; 18 – карбюратор; 19 – електромагнітний клапан-фільтр; 20 - бензиновий насос; 21 – підігрівач газу ( використовується система охолодження). Принцип дії З балонів, через вентиль 9 наповнення та вентиль витрачання 13, які поєднані трубопроводами, газ поступає в одноступеневий редуктор високого тиску 5, який обладнано підігрівом газу охолоджуючою рідиною системи охолодження двигуна. З редуктора високого тиску 5 газ поступає до електромагнітного клапана-фільтра 6, двоступеневого газового редуктора, де тиск газу доводиться практично до атмосферного і далі до дозуючого економайзерного пристрою, який подає необхідну порцію газу до газоповітряного змішувача і до циліндрів двигуна. На вході в газоповітряний змішувач встановлений тарілчастий клапан , який впускає газ тільки при відкритих дросельних заслінках. На холостому ходу газ потрапляє у двигун тільки через систему холостого ходу. Центральний блок керування (комп’ютер) Landirenzo Omegas (рис.2.185) при керуванні системою живлення газом враховує оберти двигуна, тиск та температуру газу, час впорскування газу, необхідність перемикання на інший вид палива.
Рис. 2.185. Блок керування системою живлення газом Landirenzo Omegas Фільтр (рис.2.186) зі змінним фільтруючим елементом очищає зріджений газ в газовій формі.
Рис. 2.186. Газовий фільтр Газові редуктори призначені для зниження тиску газів, що поступають із балонів, до заданого значення в залежності від типу системи, де встановлені газові редуктори. Редуктори розділяють на низького та високого тиску. Редуктор-випарювач IGI (рис.2.187) двоступінчатий з теплообмінником типу охолоджуюча рідина-газ, електроклапаном з вбудованим фільтром і внутрішнім запобіжним клапаном. Він відрегульований на тиск нагнітання, який на 0,95 бар (95 кПа) вище, ніж тиск у впускному колекторі. Номінальна робоча продуктивність - 40 кг/год.
Рис.2.187. Двоступінчатий редуктор-випарювач IGI
Економічний одноступінчатий редуктор - випарювач LI 02 (рис.2.188) призначений для автомобілів з двигунами невеликої потужності.
Рис.2.188. Одноступінчатий редуктор-випарювач LI 02
Зріджений газ (LPG) з фільтра через інжекторну рейку(рис.2189), форсунки поступає у впускний колектор та циліндри двигуна. Форсунками керує комп’ютер ECU газу. На рейці можуть бути встановлені 3 або 4 форсунки. На інжекторній рейці вимірюється тиск і температура газу. Максимальний робочий тиск складає 250 кПа.
Рис.2. 189. Газова інжекторна рейка з форсунками
| ||||||
2.13.4. Системи живлення газодизелів
Найбільше поширення отримав спосіб, при якому газо-повітряна суміш запалюється від факела рідкого палива, що самозапалюється від стискання. При переобладнанні двигуна на живлення газом цим способом ступінь стискання, як правило, не змінюється. Циліндри під час впуску заповнюються збідненою газо-повітряною сумішшю. Для цього у впускному трубопроводі двигуна (або повітряного нагнітача) встановлюють змішувальне приладдя, призначене для змішування газу з повітрям, регулювання кількості та якості газо-повітряної суміші, що поступає в двигун.
Рис 2.190. Схема живлення дизеля, що працює по газо-рідинному циклу:
1– форсунка; 2 – трубопровід до форсунки; 3 – чотиритактний дизель;
4– отвір для додаткового введення повітря; 5 – газовий змішувач;
6– паливний насос; 7 - підкачуючий насос; 8 – трубопровод до паливного насоса; 9 – бак для рідкого палива; 10 – система керування рейкою паливного насоса і дросельною заслінкою газо-повітряної суміші;
11– газовий редуктор; 12– газовий фільтр; 13– манометр газового редуктора; 14 – манометр балонів; 15 – магістральний вентиль;
16 – підігрівач-випаровувач; 17 – балон для стиснутого газу;
18 – витратний вентиль балонів для стиснутого газу; 19 – наповнюючий вентиль балонів для стиснутого газу; 20 – балон для зрідженого газу;
21 - наповнюючий вентиль балона для зрідженого газу.
Принцип дії
Стиснутий газ з балона 17 або зрідженийй газ з балона 20 поступає через вілповідні вентилі до підігрівача-випарника 16. Підігрів здійснюється відпрацьованими газами. Від підігрівача-випарника газ направляється через магістральний вентиль 15 і газовий фільтр 12 в двоступінчатий редуктор 11, де тиск газу знижується до значення, близького до атмосферного. Газ низького тиску поступає до газового змішувача 5, де після змішування з повітрям, засмоктується в циліндри двигуна.
Рідке паливо з баку 9 підкачується насосом 7 до паливного насоса 6, який створює необхідний тиск та подає його до форсунок, що впорскують необхідними порціями в камери згоряння, коли поршні підходять до верхньої „мертвої" точки. Регулювання подачі газо-повітряної суміші здійснюється зміною подачі тільки газоповітряної суміші, або змішано, кількісне привеликих та середніх навантаженнях і якісне на малих навантаженнях з переходом на одне дизельне паливо при навантаженнях менших 25…10% від номінального та в режимі холостого ходу. Паливна система з дворежимним регулятором застосована на газодизелях КамАЗ-7409.10. У змішаній системі регулювання, окрім звичайного регулювання кількості газо-повітряної суміші, застосовується додаткове введення повітря для підвищення коэфіцієнту надлишку повітря при работі двигуна на холостому ходу та малих навантаженнях і автоматичне включення додаткової подачі палива для підвищення потужності двигуна при повністю відкритій дросельній заслінці газо-повітряної суміші. На холостому ходу двигун працює в основному на рідкому паливі, яке впорскується паливним насосом 6; повітря поступає через отвір 4 для додаткового введення повітря, а також через зазор між дросельною заслінкою і стінками газового змішувача. При переходу двигуна до навантажених режимів работи збільшується подача газо-повітряної суміші постійного складу. Кількість повітря, поступаючого через канал 4, зменшується, так як зменшується розрідження у впускному трубопроводі. В момент повного відкриття дросельної заслінки потрібне подальше збільшення потужності двигуна, здійснюється переміщенням педалі подачі палива, яке приводить до пересування рейки паливного насоса та збільшення подачі рідкого палива. Такий спосіб підвищенняя потужності двигуна застосовується у тих випадках, коли надмірне збагачення газо-повітряної суміші може привести до підвищення жорсткості процеса згоряння.
| ||||||
Рис. 2.181. Схема живлення двигуна газом:
1 – балон з газом; 2 – клапан; 3 – газова магістраль високого тиску; 4 – виносний заправний прстрій; 5 – газовий клапан; 6 – редуктор; 7 – дозатор; 8 – змішувач газу та повітря; 9 – клапан; 10 – перемикач виду палива;
Системи живлення двигунів зрідженим газом
2.13.5. Система живлення дизелів
Особливості робочого циклу дизеля
У дизельному двигуні робоча суміш готується усередині циліндру, тому на процес сумішоутворення іде дуже мало часу (0.001 с), тобто в 10 – 12 разів менше, ніж в карбюраторному двигуні.
Процеси сумішоутворення і горіння в дизелях відбуваються майже одночасно.
Для того, щоб паливо швидше і повніше згоріло, необхідне тонке і однорідне розпилення палива(Розпилювання палива – процес роздрібнення палива, яке подається форсункою в камеру згорання, на дрібні частки. Чим менший діаметр крапель, тим швидше вони прогріються і приготуються до самозгорання.) , достатня дальнобійність струмини палива, (Під дальнобійністю розуміють глибину проникнення кінця струменя в середовище стисненого повітря за визначений проміжок часу. Паливо повинно встигати згоріти за той час, поки його струмінь, пройшовши простір камери згорання, ледь досягне протилежних стінок камери.)рівномірний розподіл часток палива і (Рівномірний розподіл часток палива в камері згорання забезпечується певною формою камери згорання і конструкцією форсунки.) і організований рух повітря в камері згорання.
Для повного і швидкого згоряння палива кількість повітря, що подається в циліндр, повинна перевищувати теоретично необхідну. При роботі карбюраторного двигуна у режимі середніх навантажень на 1 кг пального витрачається 15 - 16.5 кг повітря, то при роботі дизельного двигуна у цьому ж режимі на 1 кг палива витрачається 18 – 24 кг повітря.
Великий надлишок повітря забезпечує повне згоряння палива.
У процесі горіння суміші можна виділити три періоди:
1. Затримку самозаймання, коли паливо входить в контакт з гарячим повітрям, нагрівається і випаровується: чим довше продовжується цей період, тим жорсткіше працює двигун.
2. Швидке горіння: за час затримки самозаймання в циліндр подається значна кількість палива, тому якщо здійснюється швидке горіння, то воно супроводжується інтенсивним виділенням теплоти і різким підвищенням тиску (надто різке підвищення тиску небажане, так як в цьому випадку з’являється стук і швидше зношуються деталі двигуна).
3. Уповільнене згоряння: під дією високих температур і тисків паливо підготовлюється до згорання і поступово згорає по мірі подачі його насос-форсункою.
Ступінь стискання дизелів значно вищий ніж карбюраторних двигунів, тому дизельні двигуни економічніші.
З другого боку, збільшення ступеня стиску викликає збільшення тиску спалаху, що призводить до збільшення маси деталей, обмеження числа обертів і збільшення механічних втрат.
Високі ступені стиску вдалось отримати тому, що стискається повітря і немає загрози виникнення детонації і передчасного спалаху.