Давление форсунок дизельных двигателей: Механические форсунки

Как проверить форсунки на дизельном двигателе? Сколько это стоит? Ремонт, регулировка, замена по низкой цене

Подавляющее большинство машин имеет двигатель работающий на дизельном топливе (ДТ). Его система питания топливом заметно отличается от бензинового. Без преувеличения можно сказать, что главенствующую роль в ней занимает форсунка. Ее предназначение – подать в цилиндр двигателя дозу ДТ при определенных параметрах. Когда она исправна — двигатель легко заводится и работает ровно на всех оборотах. Но не исключены моменты, когда в ее работе по различным причинам происходит сбой. В этом случае ремонта не избежать.

Признаки неисправности

Достоверно определить техническое состояние и отказ в работе форсунки практически не возможно. Дело в том, что узлы и агрегаты топливной системы тесно связаны между собой. Возникновение неполадки в любом из них сразу сказываются на работе двигателя. Поэтому его реакция на выход из строя любого элемента топливной системы будет примерно одинаковой.

Имеется ряд косвенных признаков, указывающих на возможный выход форсунки из строя:

• трудный запуск двигателя;
• ощутимая потеря его мощности;
• заметный перерасход ДТ;
• сильное дымление при работе двигателя.

Эти признаки в состоянии заметить даже не опытный автолюбитель. Как он должен поступать дальше, рассмотрим чуть позднее.

Водители-профессионалы могут более точно определять, какая форсунка является нерабочей. Для этого они на ощупь проверяют пульсацию топлива в топливопроводе при работающем двигателе или откручивают накидную гайку штуцера. Таким образом можно узнать, проходит ли ДТ через форсунку.

Внимание! Обнаружив хотя бы один из перечисленных признаков необходимо срочно отогнать машину на СТО для диагностики топливной системы.

Диагностика

Как проверить форсунки на дизеле?

Выявить истинное состояние форсунки и определить возможность дальнейшей эксплуатации сможет диагностика. Процесс диагностики имеет множество нюансов, поэтому она проводится только лишь на специализированных СТО. Работоспособность проверяется на специальных испытательных стендах.

Параметры, подлежащие проверке, таковы:

• качество распыления топлива;
• давление топлива при впрыске;
• функционирование системы отсечки топлива;
• работа запорного клапана;
• состояние распылителя.

Насколько сложна диагностика, показывает этот ее далеко не полный список. Кроме этого необходимо учитывать, что каждый из этих параметров для проверки требует специального оборудования.

Если Вас волнует вопрос, как проверить форсунки на дизельном двигателе, обращайтесь в наш автосервис, и мы выполни задачу быстро и качественно. Наш специализированный сервисный центр оснащен самыми современными стендами и приборами по проверке и диагностике. Работу выполняют подготовленные мастера, имеющие многолетний опыт.

Важно! Чем раньше будет выполнена качественная диагностика форсунки, тем выше шанс избежать дорогостоящего ремонта.

Ремонт и регулировка дизельных форсунок

Для начала рассмотрим вопрос ремонта форсунок для дизеля.

В практике существует два вида ремонта – капитальный и замена неисправной форсунки рабочей. При первом виде ремонта вся форсунка полностью разбирается, дефектуется и обнаруженные неисправные детали заменяются новыми. После этого предстоит проверка форсунок дизельного двигателя на испытательном стенде. При соответствии всех проверяемых параметров Техническим условиям (ТУ), форсунка устанавливается в двигатель.

Сложность ремонта заключается во многих аспектах. Осуществить его качественно позволяет наличие знаний, опыта, использование специального инструмента и еще ряд других факторов.

Совет: В отличие от гаражного ремонт на СТО продлит работу не только форсунки, но и всего двигателя.

Ремонт и регулировка форсунок дизельного двигателя

Немаловажным вопросом является и регулировка дизельной форсунки.

Почему ее нужно обязательно регулировать? Основными и главными рабочими частями любой форсунки являются игла и взаимодействующая с ней пружина. От силы давления, создаваемой пружиной будет зависеть количество впрыскиваемого в цилиндр двигателя топлива и его давление во время впрыска.

От этих параметров зависит вся работа двигателя. Для того, чтобы их показатели соответствовали требованиям ТУ и проводится регулировка.

При регулировке используется несколько специальных стендов, на которых приводятся в норму:

• момент впрыска топлива;
• давление топлива в момент впрыска;
• гидравлическая плотность плунжерной пары;
• качество распыления топлива;
• угол конуса распыляемого топлива;
• герметичность форсунки.

Становится понятным, что такие работы можно выполнить только на специализированном СТО.

Замена форсунки на дизельном двигателе

Она производится при обнаружении нерабочей. Операция сама по себе простая, но в гаражных условиях ее проводить не рекомендуется. Необходимо помнить, что сама форсунка изготовлена из высокопрочной стали, а головка блока цилиндров (ГБЦ), куда она вкручивается, из сплава алюминия. Достаточно приложить при закручивании чуть-чуть больше усилия, чем требуется, на головке сразу образуется трещина. Она не устраняется. ГБЦ придется менять.

Хотите знать, сколько стоит замена форсунок на дизеле? Затраты на такой ремонт будут внушительными.

Вывод: Любая работа, связанная с ремонтом и обслуживанием форсунок двигателя должна проводиться на специализированном сервисе.

Мы ремонтируем форсунки

И делаем это успешно на протяжении многих лет. Многочисленные отзывы благодарных клиентов – подтверждение сказанного. Наши мастера-профессионалы не только делают качественный ремонт, но и всегда дадут консультацию клиентам по интересующим их вопросам. Высокое и добросовестное качество работ обуславливается гарантией, которую дадут специалисты нашего сервисного центра по окончанию ремонтных работ.

Сервис оснащен самым современным оборудованием по диагностике и ремонту топливной аппаратуры. Демократичные цены не оставляют без внимания ни одного клиента. Наличие скидок и проводимые акции так же делают наш сервис более привлекательным.

Основные неисправности дизельных двигателей | Хиталком

Двигатель не запускается:

• Подкачивающий насос не подает топливо
• Слишком ранний или поздний впрыск
• Неисправности форсунки
• Неисправные свечи накаливания
• Неисправности ТНВД

Потеря мощности двигателя:

• Слишком малая доза впрыска
• Повреждение распылителя
• Утечки топлива из трубок высокого давления

Стуки в двигатели:

• Слишком ранний впрыск
• Слишком большее давление открытия форсунок
• Люфт поршневых колец
• Износ поршневых или шатунных вкладышей
• Несоответствующая компрессия

Черный дым:

• Слишком поздний впрыск топлива
• Низкое давление открытия форсунок
• Заклинивание иглы в распылителе
• Лопнувшая пружина форсунки
• Нагнетательный клапан ТНВД не закрывается
• Слишком низкая компрессия
• Если двигатель потерял в мощности, а в месте с тем увеличилась дымность выхлопа на повышенных оборотах, проверьте загрязненность воздушного фильтра

Неравномерная работа двигателя:

• Завоздушивание топливной системы
• «льющий» распылитель
. Трещина в топливо-проводе высокого давления
• Лопнувшая пружина форсунки
• Повышенное давление открытия форсунки
• Износ газораспределительного механизма

Симптомы основных неисправностей дизелей

Запуск двигателя затруднен

• Износ нагнетательных элементов насоса высокого давления.
• Неправильный угол опережения подачи топлива в двигателе.
• Износ распылителей, вызывающий плохое распыление топлива.
• Низкое давление впрыска.
• Нехватка топлива перед насосом высокого давления из-за попадания воздуха в систему подачи топлива.
• Неисправности подкачивающего топливного насоса.
• Слишком малая доза топлива при запуске, вызванная неправильной работой регулятора. Загустение топлива зимой.
• Неисправны свечи накаливания.

Снижение мощности двигателя

• Износ прецизионных элементов топливного насоса высокого давления или регулятора.

Неправильная регулировка насоса или всережимного регулятора.

• Неправильный угол опережения впрыска.
• Износ или повреждение распылителей.
• Чрезмерное снижение давления впрыска.
• Недостаточное количество топлива, подаваемого системой нагнетания, из-за засорения топливного фильтра, недостаточной производительности подкачивающего топливного насоса или попадания воздуха в топливную систему.

Повышенный расход топлива

• Неверный угол опережения впрыска.
• Износ нагнетательных элементов насоса высокого давления.
• Неправильная регулировка насоса высокого давления.
• Износ или повреждение распылителей.
• Слишком большое снижение давления впрыска.
• Загрязнен воздушный фильтр.
• Утечка топлива.
• Недостаточная компрессия.

Черный дымный выхлоп

• Плохое смесеобразование в камере сгорания из-за нагара или неплотного закрытия клапанов.
• Поздний впрыск топлива.
• Плохое распыление топлива форсунками.
• Неверные зазоры в клапанах.
• Недостаточная компрессия.

Серый или белый дымный выхлоп

• Неверное опережение впрыска.
• Недостаточная компрессия.
• Пробита прокладка головки блока.
• Переохлаждение двигателя.

Жесткая работа двигателя

• Слишком ранний впрыск топлива.
• Большая разница между дозами топлива, впрыскиваемого в разные цилиндры двигателя.

Неправильная работа некоторых форсунок.

• Недостаточная компрессия.

Перегрев двигателя

• Неправильный угол опережения впрыска.
• Плохое распыление топлива форсунками (струя вместо «факела»).

Не развивается полная мощность двигателя

• Короткий ход у педали акселератора, неправильно отрегулирована тяга педали акселератора.
• Загрязнен воздушный фильтр.
• Воздух в системе питания.
• Повреждены топливопроводы.
• Неисправны крепления распылителей (форсунок).
• Распылители неисправны.
• Сбит угол опережения впрыска топлива.
• Неисправен топливный насос высокого давления.

Повышенный расход топлива

• Негермётична система питания.
• Забит топливопровод слива (от насоса к топливному баку).
• Высокие обороты холостого хода или же сбито опережение впрыска.
• Плохо работает двигатель.
• Неисправны распылители, неисправны форсунки.
• Неисправен топливный насос высокого давления.

Повышенный шум двигателя

• Загрязнения в системе питания, вследствие чего не работают распылители.
• Уплотнительные шайбы под распылителями отсутствуют или плохо установлены,
распылитель слишком сильно (слишком слабо) завернут в головку цилиндров.
• Воздух в системе питания.

Неравномерная работа двигателя на холостом ходу

• Неправильно установлены обороты холостого хода.
• Затруднен ход педали акселератора.
• Ослаб топливопровод подачи топлива между топливным насосом высокого давления и топливным фильтром.
• Повреждена опорная пластина насоса высокого давления.
• Неисправности в подаче топлива.
• Неисправны распылители, неисправны форсунки.
• Неправильное опережение впрыска.

Колебания частоты оборотов коленчатого вала

• Износ регулятора оборотов.
• Разрегулирование или износ системы впрыска.
• Чрезмерное сопротивление перемещению элементов в системе регулирования.
• Попадание воздуха в топливную систему.
• Избыточное давление газов в картере.

Внезапная остановка двигателя

• Смещение угла опережения нагнетания (нарушение соединения насоса с приводом).
• Засорение топливного фильтра и нехватка топлива, подаваемого в насос.
• Отсутствие подачи топлива, вызванное повреждением топливного насоса высокого давления или подкачивающего насоса.
• Повреждение трубопровода впрыска.
• Износ и перекос поршня-разделителя, ротора или поршней насоса высокого давления.

Часто выходят из строя свечи накаливания

• Неисправны форсунки в соответствующих цилиндрах.

Невозможно заглушить двигатель

• Неисправен запорный электромагнитный клапан.
• Заклинил распылитель форсунки

Повышается уровень моторного масла в картере

• Течь через уплотнитель цепного или шестеренчатого привода насоса высокого давления.
• Закрытый клапан не пропускает воздух,в результате не происходит воспламенение топлива и всё что впрыскивает форсунка в цилиндр попадает в моторное масло.

Слабое торможение двигателем

• Засорены сливные топливопроводы.
• Неверно установлены ускоренные обороты холостого хода.

Воздействие высокого давления впрыска на дизельный двигатель с непосредственным впрыском – IJERT

Воздействие высокого давления впрыска на дизельный двигатель с непосредственным впрыском Карнатака, Индия

2Профессор и директор, P.A.C.E, Мангалор-574153, Карнатака, Индия0005

Аннотация Дизельные двигатели являются основным источником энергии для большегрузных транспортных средств; Дизельные двигатели имеют лучшую экономию топлива, чем эквивалентные бензиновые двигатели, и производят меньше выбросов парниковых газов. С другой стороны, образование дыма из-за диффузионного горения и выброс оксидов азота, выделяющихся из-за высоких температур сгорания, являются основными ограничениями существующих конструкций дизельных двигателей. Производители дизельных двигателей должны решать эти наиболее критические ситуации, чтобы соответствовать будущим нормам выбросов, улучшая при этом производительность и экономию топлива при минимальных затратах. Экономия топлива, повышенная динамическая реакция и строгие нормы выбросов выхлопных газов привели к созданию новых технологий, необходимых для улучшения характеристик дизельного двигателя наряду с уменьшением выбросов выхлопных газов. Эти улучшения стали возможными благодаря новым технологиям заправки топливом за счет усовершенствования процесса сгорания за счет увеличения давления впрыска. Впрыск топлива под высоким давлением приводит к лучшему распылению топлива и улучшает смешивание топлива и воздуха, что способствует полному сгоранию, тем самым повышая эффективность использования топлива с контролем выбросов. Целью данной статьи является исследование влияния давления впрыска топлива на производительность, расход топлива и выбросы дизельного двигателя. Было проведено исследование одноцилиндрового 4-тактного дизельного двигателя с непосредственным впрыском топлива, и характеристики производительности и выбросов были представлены графически. По результатам экспериментов наилучшие характеристики были обнаружены при давлении впрыска топлива 220 бар.

Ключевые слова: дизельный двигатель, процесс сгорания, давление впрыска топлива, твердые частицы, оксид азота (Nox).

I.ВВЕДЕНИЕ

Дизельные двигатели из-за их более высокой эффективности по сравнению с двигателями с искровым зажиганием нашли более широкое применение в самых разных областях, таких как электростанции и первичные двигатели с тяжелыми и легкими режимами работы. Производители дизельных двигателей за последние три десятилетия изо всех сил пытаются устранить вредное воздействие выбросов выхлопных газов, чтобы соответствовать текущим и будущим государственным постановлениям, которые ограничивают выбросы твердых частиц и оксидов азота (NOx).

Ряд технологий был реализован для повышения эффективности и снижения выбросов. Образование твердых частиц (ТЧ) и NOx, а также шум двигателя сильно зависят от процесса сгорания. Полное сгорание минимизирует выбросы. Нагрузка, создаваемая дизельным двигателем, регулируется количеством впрыскиваемого топлива. Следовательно, полный контроль над впрыском топлива абсолютно необходим для достижения наилучших характеристик дизельного двигателя. Точное управление впрыском топлива, распылением и смешиванием топлива с воздухом имеет важное значение для улучшения процесса сгорания. Впрыск под высоким давлением используется для получения очень тонкого распыления топлива, что сокращает период задержки, продолжительность сгорания, а также снижает образование дыма и выбросы NOx.

Впрыск топлива под высоким давлением является отличным методом, используемым для ускорения распыления топлива. Распыление путем впрыскивания под высоким давлением может снизить расход как твердых частиц, так и топлива, а также увеличить мощность двигателя [1,6]. При низком давлении впрыска топлива увеличиваются диаметры частиц топлива и увеличивается время задержки воспламенения в процессе сгорания [2,3]. Производительность двигателя снижается из-за плохого сгорания. При увеличении давления впрыска диаметр частиц топлива становится меньше. Поскольку смешивание топлива с воздухом во время воспламенения улучшается, производительность двигателя увеличивается. Если давление впрыска слишком велико, период задержки воспламенения становится короче, следовательно, уменьшаются возможности гомогенного смешения и снижается полнота сгорания [2].

Дизельные двигатели с непосредственным впрыском (DI), как правило, обеспечивают повышение эффективности [6,10] по сравнению с системами с непрямым впрыском (IDI). Система непосредственного впрыска дизельного двигателя (DI) обеспечивает низкий расход топлива по сравнению с раздельно-камерной системой сгорания (другими словами, системой непрямого впрыска) (IDI), благодаря неразделенной камере сгорания и отсутствию потерь в горловине. Следовательно, система DI является основным потоком для автомобильного дизельного двигателя. С другой стороны, система DI подвергается жесткому компромиссу между NOx и PM в выбросах выхлопных газов и дополнительно создает больше белого или голубого дыма по сравнению с системой IDI, что требует сокращения этих вредных веществ с точки зрения глобальной защиты окружающей среды.

Для повышения эффективности двигателя и снижения выбросов большое внимание было уделено улучшению распыления топлива. Было обнаружено, что повышение давления впрыска топлива эффективно способствует смешиванию топлива с воздухом [1,5]. Смесеобразование распыленного топлива и воздуха является определяющим процессом сгорания в дизельном двигателе с прямым впрыском, который влияет на последующие характеристики воспламенения, скорость сгорания и выбросы выхлопных газов. Поэтому точное управление впрыском топлива и, следовательно, образованием факела имеет важное значение для управления процессом сгорания [2, 4, 5].

Система впрыска топлива в дизельном двигателе с прямым впрыском предназначена для достижения высокой степени распыления [3, 14], чтобы обеспечить достаточное испарение за очень короткое время и достичь достаточного проникновения струи для использования полного заряда воздуха. Система впрыска топлива должна иметь возможность измерять желаемое количество топлива в зависимости от частоты вращения и нагрузки двигателя и впрыскивать это топливо в нужное время с желаемой скоростью. Далее, в зависимости от конкретной камеры сгорания, должна быть сформирована соответствующая форма и структура струи.

В целом более высокое давление впрыска значительно снижает выбросы твердых частиц [1,6,13,16]; это часто объясняется улучшенным распылением и повышенным вовлечением воздуха, что приводит к более бедной смеси в сердцевине распылителя и, следовательно, к меньшему образованию сажи. И наоборот, исследования в цилиндрах показывают, что образование сажи на самом деле усиливается за счет более быстрого испарения топлива, но улучшенная смесь также увеличивает скорость окисления сажи, что приводит к чистому снижению образования сажи на выходе из двигателя. Более высокое давление впрыска уменьшает размер выбрасываемых частиц со значительным уменьшением количества частиц в режиме накопления. Основное влияние повышения давления впрыска на процесс воспламенения дизельного топлива заключается в уменьшении физической задержки, т. е. времени, необходимого для испарения капель и их смешивания с воздухом для образования стехиометрии горючего. Химические эффекты, связанные с распадом длинноцепочечных углеводородов и образованием радикалов в реакциях предварительного сгорания, не зависят от давления впрыска [6].

Впрыск топлива под высоким давлением может увеличить турбулентность и перемешивание в цилиндре. Впрыск топлива под высоким давлением изменяет форму, импульс и скорость топливной струи, что, в свою очередь, влияет на скорость уноса воздуха топливом и проникновение топлива [2,7,8].

В последние годы были предприняты усилия по внедрению топливной системы высокого давления для стимулирования смесеобразования для достижения лучших условий сгорания [8,17] за счет внедрения системы Common Rail. С точки зрения улучшения характеристик топлива большое значение придается улучшению качества дизельного топлива и более высокому давлению впрыска [8,15], что приводит к лучшему перемешиванию и воздухововлечению.

Система впрыска под высоким давлением обеспечивает подачу мелкодисперсного топлива в камеру сгорания и позволяет добиться более качественных процессов сгорания [8, 16]. Высокое давление впрыска топлива позволяет в полной мере воспользоваться увеличением расхода топлива. По сравнению с высоким давлением впрыска топлива увеличенный диаметр отверстия форсунки позволяет ограниченно улучшить удельную выходную мощность. Увеличение расхода топлива за счет увеличения диаметра отверстия форсунки приводит к увеличению коэффициента эквивалентности топливо/воздух в струе, что увеличивает образование сажи и, таким образом, ограничивает возможность увеличения удельной мощности. При частичной нагрузке выбросы сажи увеличиваются при увеличении диаметра отверстия сопла. Следовательно, наилучшее соотношение полной и частичной нагрузки достигается при высоком давлении впрыска топлива [17].

Требуемые характеристики топлива под высоким давлением для впрыска:

1. Впрыскиваемое топливо должно иметь достаточное давление для проникновения в плотную массу воздуха в камере сгорания. Воздух при высоком давлении в камере с плотностью воздушного заряда еще больше затрудняет распределение топлива через плотно упакованные молекулы воздуха.

2. При высоких скоростях вращения количество времени, доступное для впрыска топлива, очень меньше. Впрыскиваемое топливо должно распыляться, распределяться, смешиваться с воздухом, поглощать тепло, превращаться в пар и начинать гореть ближе к концу такта сжатия, непосредственно перед ВМТ. Поскольку топливо впрыскивается только ближе к концу такта сжатия, эти действия должны выполняться быстро, чтобы обеспечить достаточное время сгорания во время рабочего такта. Впрыск под высоким давлением способствует быстрому выполнению последовательности сгорания. Это особенно важно при увеличении оборотов двигателя. Время, доступное для впрыска, уменьшается по мере увеличения частоты вращения двигателя, и, следовательно, требуется соответствующее повышенное давление впрыска для быстрой подачи топлива в камеру сгорания.

3. Высокое давление необходимо для превращения жидкого топлива в мелкодисперсный туман. Этот процесс, называемый распылением, усиливается за счет высокого давления впрыска. При более высоком давлении образуются все более мелкие капли топлива, которые легко поглощают тепло и сгорают.

   При высоком давлении топливо распадается на все более мелкие капли, что способствует экономии топлива, повышению производительности и снижению выбросов.

   Давление впрыска топлива в стандартном дизельном двигателе находится в диапазоне от 200 до 1700 атм в зависимости от размера двигателя и типа используемой системы сгорания [Heywood, 1988].

   1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА И МЕТОДИКА ИСПЫТАНИЙ

      Эксперименты проводились на одноцилиндровом четырехтактном дизельном двигателе мощностью 7,4 кВт (10 л.с.) с воздушным охлаждением модели DA10 производства компании Kirloskar, соединенном с электрическим динамометром для нагружения. Технические характеристики двигателя приведены в таблице 1. Двигатель устроен так, как показано на рис. 1.

      Термопары устанавливаются в соответствующих местах при работающем двигателе с номинальной частотой вращения 1500 об/мин и давлением впрыска 180 бар. Эксперименты были повторены с номинальной скоростью и изменением давления впрыска до 190 бар, 200 бар, 210 бар и 220 бар. Во время этих испытаний давление впрыска форсунки можно изменять, регулируя натяжение пружины топливной форсунки.

      ТАБЛИЦА I. ХАРАКТЕРИСТИКИ ДВИГАТЕЛЯ

      1. Параметры производительности

         Механический КПД в зависимости от нагрузки

         Механический КПД

         Марка двигателя	Кирлоскар DA10
         Мощность двигателя	7,4 кВт (10 л.с.)
         Номер цилиндра/ ударов	Одноцилиндровый, 4-тактный
         Метод охлаждения	Воздушное охлаждение с осевым вентилятором
         Отверстие X Ход	87,5 мм Х 110 мм
         Номинальная скорость	1500 об/мин
         Степень сжатия	17,5:1
         Тип впрыска топлива	Прямой впрыск
         Момент впрыска	23 градуса БМТ
         Номинальное давление впрыска	180 бар
         Датчик температуры	Тип: RTD, PT100 и Термопара, тип K
         Система загрузки	Электрическая ламповая нагрузка, 5 кВт

         80

         60

         40

         20

         0

         25 50 75 100

         Нагрузка (в %)

         180 бар

         190 бар

         200 бар

         210 бар

         220 бар

         Рис. 1. Двигатель в сборе

         ТАБЛИЦА II. ХАРАКТЕРИСТИКИ АНАЛИЗАТОРА ВЫХЛОПНЫХ ОГ

         Измеряемые значения	Диапазон измерения	Разрешение
         СО	0 … 10 %об.	0,01 % об.
         ХК	0 … 20 000 частей на миллион	10 частей на миллион
         СО2	0 … 20 %об.	0,1 % об.
         О2	0 … 22 %об.	0,01 % об.
         НЕТ	0 … 5000 частей на миллион	1 часть на миллион
         Лямбда	0 … 9,999 рассчитано	0,001

   2. РЕЗУЛЬТАТ И ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты, полученные в результате экспериментов, представлены в виде диаграмм и обсуждены следующим образом.

Рис. 2. Механический КПД в зависимости от нагрузки.

Из рис. 2 видно, что для фиксированной частоты вращения двигателя с изменениями нагрузки двигателя и увеличением давления впрыска механический КПД начинает увеличиваться. Это приводит к улучшению работы двигателя.

180 бар

190 бар

200 Бар

210 бар

220 бар

Термическая эффективность тормоза против нагрузки

40

30

20

10

25 50

25 50

40004

25 50

увеличивается, диаметр частиц топлива становится меньше. Так как в период воспламенения улучшается формирование смешения топлива с воздухом, производительность двигателя увеличивается. Замечено, что механический КПД улучшается с увеличением давления впрыска и оказывается лучшим при давлении впрыска 220 бар благодаря лучшему сгоранию.

Нагрузка (в %)

Рис. 3. Термическая эффективность тормоза в зависимости от нагрузки.

На рис. 3 показано изменение тепловой эффективности тормоза (BTE) при увеличении давления впрыска для различных нагрузок. Замечено, что при каждой нагрузке BTE значительно увеличивается от 180 до 220 бар для всего диапазона нагрузок и оказывается оптимальным при давлении впрыска 220 бар. Это может быть связано с лучшим смешиванием топлива и воздуха и лучшим распылением в результате повышенного давления впрыска. Это приводит к улучшению процесса сгорания и, следовательно, к повышению эффективности.

Давление впрыска топлива влияет на характеристики общего расхода топлива (TFC) двигателя, как показано на рис. 4. Чем больше нагрузка на двигатель, тем больше необходимая мощность

поддержание; в свою очередь, ему требуется больше топлива для производства мощности, необходимой для работы с нагрузкой. Следовательно, TFC увеличивается с нагрузкой, тогда как влияние давления впрыска топлива показывает, что самый высокий TFC ​​имеет место при давлении впрыска 180 бар, а наименьший TFC ​​- при 220 бар.

180 бар

190 бар

200 бар

210 бар

220 бар

TFC Vs Load

Топливо под давлением впрыскивается в цилиндр двигателя, частицы впрыскиваемого топлива уменьшаются в зависимости от увеличения давления впрыска, а образование NOx уменьшается за счет уменьшения задержка зажигания.

CO2 против нагрузки

2

TFC (кг/час)

1,5

1

0,5

0

1 2 3 4

2

1

0

3 4

2

10005

0

0005

25 50 75 100

Нагрузка (в %)

180 бар

190 Бар

200 Бар

210 Бар

220 Бар

CO 2

4

3

25 50 7000 100

40004 40005

3

25 50 75 100

54

Нагрузка (в %)

Рис.6. CO против нагрузки.

Из рис. 6 видно, что выбросы CO2 увеличиваются с увеличением

Рис. 4. Общий расход топлива (TFC) в зависимости от нагрузки.

1. Параметры излучения

   NOx в зависимости от нагрузки

   700

   NOx (частей на миллион)

   600

   увеличение давления впрыска. Оно было найдено максимальным при давлении впрыска 220 бар для всех нагрузок. Это связано с тем, что увеличение давления впрыска приводит к более тонкому распылению топлива, тщательно смешивает топливо и воздух и делает процесс сгорания более полным. При низком давлении впрыска диаметр капель топлива увеличивается, что приводит к более длительной задержке воспламенения, что приводит к неполному сгоранию, и, следовательно, минимальные выбросы CO2 наблюдаются при самом низком давлении впрыска 180 бар. Также замечено, что CO2 уменьшается с нагрузкой.

   500

   400

   300

   200

   100

   0

   25 50 75 100

   Сомке непрозрачность

   нагрузка (в %)

   180 бар

   190 бар

   200 бар

   210 бар

   220 бар

   Как правило, для дизельного двигателя соотношение воздух-топливо выше в областях низкой и средней нагрузки по сравнению с полной нагрузкой. Из-за этого при частичных нагрузках может происходить полное сгорание, что приводит к высоким выбросам CO2.

   против нагрузки

   1,5

   1

   0,5

   0

   НЕПРОЗРАЧНОСТЬ

   Рис. 5. NOx в зависимости от нагрузки.

   На рис. 5 показано изменение выбросов NOx при различных давлениях впрыска в условиях частичной и полной нагрузки. Выбросы NOx ниже при давлении впрыска 220 бар по сравнению со всеми давлениями впрыска. Также отмечается, что с увеличением давления впрыска NOx увеличивается для всех нагрузок до 200 бар, так как образование NOX очень чувствительно к температуре, которая отвечает за термическое образование NOX.

   Концентрация NOx монотонно увеличивается с увеличением нагрузки двигателя, за исключением самой низкой нагрузки. В случае двигателей с меньшим давлением впрыска больше топлива впрыскивается при высоких нагрузках двигателя, что приводит к неправильному распылению и проникновению, что приводит к более высокой температуре горючего газа. Концентрация NOx резко снижается после 200 бар и считается максимальной при 220 бар из-за более высокого давления впрыска, что приводит к улучшенному распылению и проникновению, что приводит к лучшему сгоранию. Когда высокий

   Нагрузка (в %)

   Рис. 7. Непрозрачность в зависимости от нагрузки.

   Из рис. 7 видно, что по мере увеличения давления впрыска непрозрачность дыма уменьшается с увеличением давления впрыска для всех нагрузок. Вероятно, это связано с тем, что меньший размер капель впрыскиваемого топлива приводит к лучшему распылению топлива и распространению брызг, что приводит к улучшенному и полному сгоранию.

   ЗАКЛЮЧЕНИЕ

   Выводы, полученные в результате настоящего экспериментального исследования по оценке характеристик производительности и выбросов одноцилиндрового четырехтактного легкого дизельного двигателя при различных давлениях впрыска, резюмируются следующим образом:

   В результате было обнаружено, что BTE увеличивается с увеличением давления и является самым высоким при давлении 220 бар, в то время как TFC оказывается минимальным при том же давлении.

   Было обнаружено, что выбросы оксидов азота уменьшаются при более высоком давлении впрыска и минимальны при давлении 220 бар, в то время как CO2 (наиболее важным продуктом сгорания является парниковый газ, поскольку он вызывает повышение температуры атмосферы) был обнаружен как минимум при давлении впрыска 220 бар и CO2 увеличился на порядок 180-19Давление впрыска топлива 0-200-210-220 бар.

   Из результатов видно, что образование дыма более чувствительно к более низкому давлению впрыска и уменьшается с увеличением давления впрыска для всех нагрузок в результате лучшего сгорания.

   Установлено, что результат при давлении впрыска 220 бар оказался лучшим среди всех испытаний при различных условиях нагрузки.

   Наконец, делается вывод о том, что информация, полученная в результате этого исследования, полезна для анализа влияния давления впрыска на повышение производительности дизельных двигателей наряду с контролем их выбросов в соответствии с текущими и будущими государственными постановлениями.

   ПОДТВЕРЖДЕНИЕ

   Автор выражает благодарность персоналу и руководству Инженерной школы Сриниваса, Мукка, и Инженерного колледжа штата Пенсильвания, Мангалор, за их поддержку и поддержку.

   ССЫЛКИ

   1. Dae Yong Jeong, Sung Jin Park и Jong Tai Lee, Анализ подходящего давления впрыска дизельного топлива под высоким давлением,

      [www. ilasseurope.org/ICLASS/iclass2003/fullpapers/1429.pdf]

   2. К. Каннан и М. Удаякумар Экспериментальное исследование влияния давления впрыска топлива на характеристики и выбросы дизельного двигателя ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences VOL. 5, НЕТ. 5 мая 2010 г. — ISSN 1819-6608.

   3. Росли Абу Бакар, Семин и Абдул Рахим Исмаил, Влияние давления впрыска топлива на характеристики дизельных двигателей с непосредственным впрыском на основе эксперимента Американский журнал прикладных наук 5 (3): 197-202, 2008 ISSN 1546-9239 Научные публикации

   4. T. C. Wang, J. S. Han, X. B. Xie, M. C. Lai1 и N. A. Henein, Параметрическая характеристика систем впрыска дизельного топлива под высоким давлением 412 / Vol. 125, АПРЕЛЬ 2003 г., Сделки ASME.

   5. Б. Мар, Будущее и потенциал дизельных систем впрыска THIESEL 2002 Конференция по термо- и гидродинамическим процессам в дизельных двигателях,

      [www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0920586107007559]

   6. Эссам М. Э.Л.-Ханнуни и Патрик В. Фаррелл, Влияние параметров впрыска и системы впрыска на характеристики распыления для дизельных двигателей HSDI 9-я Международная конференция по жидкостным распылениям и системам распыления Сорренто, 13-18 июля ICLASS 2003,

      [www.ilasseurope.org/ICLASS/iclass2003/fullpapers/1403.pdf]

   7. Г. П. Мактаггарт-Коуэн, С. Н. Рогак, В. К. Буше, П. Г. Хилл и

      С. Р. Мунши, Влияние впрыска под высоким давлением на воспламенение от сжатия, Прямой впрыск двигателя на природном газе, Инженерный журнал для газовых турбин и энергетики, апрель 2007 г., том. 129 / 579.

   8. Сеанг-Вок Ли, Симсу Пак и Ясухиро Дайсё, Экспериментальное исследование влияния систем сгорания и свойств топлива на характеристики дизельного двигателя Труды Института инженеров-механиков, часть D: Журнал автомобильной инженерии 2004 218: 1317

   9. Рич Шуновер, Первое практическое применение впрыска топлива под высоким давлением в двухтактном цикле, поршневой двигатель большого диаметра 1999 Конференция по газовому машиностроению Enginuity, LLC 28. 09.99

   10. Дж. Г. Сурьяванши и Н. В. Дешпанде, Характеристики производительности, выбросов и впрыска двигателя с воспламенением, работающего на метиловом эфире Хонге, Индийский журнал науки и технологий, том 2, № 10 (октябрь 2009 г.) ISSN: 0974.

   11. И. Пиелеха, К. Вислоцкий, Ю. Чайка и Д. Масленников, Качественные характеристики распыления системы впрыска бензина под высоким давлением ILASS Europe 2010, 23-я ежегодная конференция по системам распыления и распыления жидкости, Брно, Чехия, сентябрь 2010 г.,

       [www.ilasseurope2010.org/proceedings/files/full_papers/174.pdf]

   12. Эрнст Винкльхофер, Эрих Кельц, Александр Морозов, Основные процессы течения в оборудовании для впрыска топлива под высоким давлением [www.ilasseurope.org/ICLASS/iclass2003/fullpapers/1409.pdf]

   13. X-G Wang, B Zheng, Z-H Huang, N Zhang, Y-J Zhang и E-J Hu, Характеристики и выбросы дизельного двигателя с турбонаддувом и системой Common Rail высокого давления, работающего на смеси биодизеля и дизельного топлива Proc. ИМехе Том. 225 Часть D: J. Автомобильная техника Страница № 127-139.

   14. О. Бунес и П.М. Эйнанг, Сравнение производительности системы впрыска топлива Common Rail с традиционной системой впрыска с использованием компьютерного моделирования и симуляции, документ MARINTEK на ENSUS 2000, Международная конференция по морским наукам и технологиям для экологической устойчивости, Ньюкасл, сентябрь 2000 г.

   15. Кешав С. Варде и Такаши Ватанабе, Характеристики распыления под высоким давлением и выбросов выхлопных газов в одноцилиндровом дизельном двигателе с прямым впрыском Сеул, 2000 г. Всемирный автомобильный конгресс FISITA, 12–15 июня 2000 г., Сеул, Корея.

   16. КореяЯсуо Такаги, Новая эра двигателей с искровым зажиганием и непосредственным впрыском высокого давления. Двадцать седьмой симпозиум (международный) по проблемам сгорания/The Combustion Institute, 1998/стр. 20552068.

   17. Мария Тируар, Сильвен Мендес, Пьер Пако, Винсент Хмельарчик и Дидье Амбразас, Потенциал повышения удельной мощности за счет использования очень высокого давления впрыска в дизельных двигателях HSDI, документ SAE 01-1524, 2009.

Сринат Пай, бакалавр инженеров-механиков, магистр технологий (инженеры энергетических систем), в настоящее время работает научным сотрудником в Технологическом университете Висвесварая (VTU), Белгаум, Карнатака, Индия. Его исследовательские интересы включают эксперименты с двигателями внутреннего сгорания, альтернативными видами топлива и дизельными двигателями и снижением выбросов.

В центре внимания: системы впрыска дизельного топлива

Все двигатели Cummins ISX оснащены системой впрыска Common Rail XPI, в которой для удержания топливной рампы используется насос с приводом от коленчатого вала — вид с левой стороны 11.9L ISX — с давлением более 30 000 фунтов на квадратный дюйм, обеспечивающим полное давление впрыска для соленоидных впрыскивающих форсунок в головке. Такие системы обеспечивают максимальное давление впрыска даже при низких оборотах и ​​избавляют от необходимости регулировать коромысла форсунок при выполнении накладных расходов.

Зазоры внутри деталей системы впрыска дизельного топлива меньше, чем в любой другой технологии. Плунжеры и игольчатые клапаны в форсунках должны плотно прилегать друг к другу, чтобы обеспечить точное дозирование и избежать потерь энергии на создание чрезвычайно высокого давления топлива, превышающего 30 000 фунтов на квадратный дюйм.

В то время как в новой конструкции Common Rail насос-форсунки заменены насосом высокого давления и форсунками с двухпозиционными клапанами, зазоры в насосе и внутри форсунок такие же узкие по тем же причинам. «Один отпечаток пальца на плунжере форсунки XPI свяжет форсунку, чтобы предотвратить последовательность впрыска», — говорит Зак Эллисон, директор по технической поддержке клиентов Cummins.

По мере того, как стандарты выбросов ужесточались, и без того крошечные отверстия в форсунках впрыска стали меньше, чтобы увеличить давление впрыска. Исследования показали, что чем мельче отверстия и выше давление, тем меньше сажи производит двигатель и тем лучше он работает.

Маленькие рабочие места также означают, что топливо должно оставаться сухим. Вода может не только смыть смазочное топливо с деталей форсунки, но ее различные характеристики потока также могут сдуть наконечник форсунки.

Используйте первичный фильтр с функцией водоотделения (что означает специально обработанную бумагу, препятствующую прохождению воды), резервуар для сбора воды и слив, — говорит Пол Бандоли, менеджер Wix Filters по техническому обслуживанию и обучению клиентов.

Большинство двигателей Detroit Diesel оснащены первичным фильтром и водоотделителем Davco. «Не все первичные фильтры имеют стоки для воды, — говорит Скотт Фэрис, менеджер по техническому обслуживанию. Те, у которых есть дренажи, которые обычно называются первичными водо/топливными сепараторами, должны иметь минимальную эффективность 93% на эмульгированной воде. «Их следует сливать ежедневно, что легко сделать, поскольку у большинства есть удобный клапан на дне фильтра». Все двигатели Series 60, выпущенные после января 2004 г. , оснащены системой водоотделения. «Кроме того, крайне важно сливать топливо из баков ежемесячно, а не сразу после заправки», — говорит Фарис.

Большинство производителей двигателей задают начальную настройку накладных расходов в начале срока службы двигателя, сразу после его обкатки и стабилизации .

Все фильтры DD15 следует менять через 50 000 миль пробега, а фильтр Davco позволяет увеличить интервал замены до 100 000 миль в зависимости от качества топлива, говорит Брэд Уильямсон, менеджер по связям с трансмиссией Detroit Diesel. Фильтр в сборе имеет индикатор наличия воды в топливе, который водитель может проверить во время обычного обхода.

Также используйте указанные первичные и вторичные топливные фильтры для конкретного двигателя; Бандоли называет это «фильтрацией по рецепту». Эллисон говорит, что 15-микронный фильтр используется в системе Cummins HPI, а 10-микронный первичный сепаратор топлива и воды Davco и 5-микронный вторичный фильтр используются в системе XPI. Топливные фильтры необходимо менять через 25 000 миль как в системах HPI, так и в системах XPI.

Топливные фильтры Caterpillar следует заменять каждые 500 часов, говорит Джефф Монари, инженер по обслуживанию дорожной техники.

Время решает все

Большинство современных двигателей большой мощности оснащены насос-форсунками с приводом от распределительного вала. В то время как фактическое время впрыска в зависимости от положения коленчатого вала определяется электронным модулем управления (ECM) на всех двигателях с электронным управлением, механические отношения между форсункой, коромыслом и распределительным валом имеют решающее значение, и ECM не может их контролировать. Ответственными сторонами в этой области являются технические специалисты флота.

В то время как регулировка потолочной подвески для тяжелого режима работы довольно стабильна, особенно после обкатки двигателя и первоначальной правильной регулировки, со временем она меняется. Пренебрежение коромыслами форсунок в конечном итоге означает, что плунжеры форсунок будут смещены вниз из-за неправильной области выступов распределительного вала. Это означает более медленное движение, меньшее количество топлива и более низкое давление впрыска, что часто означает потерю производительности и, возможно, немного дыма. На Cummins ISX отсутствие регулировки также в конечном итоге приведет к задержке времени впрыска.

Большинство изготовителей двигателей задают начальную настройку накладных расходов в начале срока службы двигателя, сразу после его обкатки и стабилизации. По словам Монари, клиенты Caterpillar должны выполнять первоначальную регулировку между первой и четвертой заменой масла, а затем регулировать их каждые 300 000 миль. Detroit Diesel рекомендует устанавливать накладные расходы на уровне 60 000 миль. «Форсунки электронные и не требуют регулировки, — говорит Уильямсон.

Исключением является ISX, без первоначальной регулировки и с регулярными регулировками каждые 500 000 миль. Регулировка наддува в соответствии с заводской процедурой поможет гарантировать долгий срок службы форсунки и хорошую производительность. Клапаны регулируются одновременно, а в XPI, как и во всех системах с общей топливной рампой, нужно регулировать только клапана.

Уникальность системы Common-Rail

Насос-форсунки перемещают центральный плунжер вниз вместе с распределительным валом и коромыслом. Давление впрыска определяется размером отверстия и скоростью подачи топлива, что означает, что система работает лучше всего при регулируемой скорости. При пиковом крутящем моменте и любых условиях работы на низких оборотах, особенно во время запуска, давление впрыска далеко от идеального.

Решением является система Common Rail, которая используется в двигателях International MaxxForce Big Bore, Detroit Diesel DD15 и двух родственных двигателях, а также в обоих двигателях Cummins ISX 2010 года выпуска, в которых используется новая система впрыска XPI и нет распределительного вала форсунок.

В системе Common Rail используется насос высокого давления, который подает топливо в рампу, в которой содержится достаточное количество жидкости для стабилизации давления. Поскольку давление можно поддерживать на высоком уровне даже в условиях проворачивания коленчатого вала, производительность двигателя на низких оборотах и ​​запуск двигателя значительно улучшаются. International заявляет, что будет постоянно совершенствовать свою систему, чтобы двигатели MaxxForce Big Bore 2010 года выпуска могли проглатывать больше выхлопных газов, не производя при этом больше твердых частиц.

Советы по устранению неполадок

Большая часть поиска и устранения неисправностей сегодня выполняется ECM и его бортовой диагностикой, поэтому дни снятия выпускного коллектора и проверки выхлопа из каждого цилиндра прошли. ECM Volvo D13, в котором используется система насос-форсунок с чрезвычайно высоким давлением, сохранит код неисправности, если одна форсунка выдает меньшую мощность, чем другие.

В большинстве двигателей последних моделей при замене форсунки техники должны ввести ее в электронный блок управления двигателем, чтобы ее можно было идентифицировать в случае такой неисправности.

В системах с общей топливной магистралью ECM контролирует давление в рампе, контролируя производительность насоса и согласовывая ее с расходом топлива, постоянно получая информацию о давлении через датчик давления в рампе. В системе XPI это достигается за счет регулировки времени, в течение которого клапаны, подающие топливо в каждый цилиндр насоса, остаются открытыми.

Топливные системы Common Rail компании Caterpillar не требуют проверки работы насоса. «ECM может определить состояние системы и зарегистрировать диагностический код, если возникнет проблема», — говорит Монари.

Диагностика топливной системы Detroit Diesel предупредит оператора о любых неисправностях форсунок. «Наша диагностическая линия имеет очень высокотехнологичные диагностические возможности и процедуры устранения неполадок, которые можно обновлять в режиме онлайн», — говорит Уильямсон.