Система подачи топлива ДВС предназначена для подачи в цилиндр двигателя топлива в строго определённое время (по углу поворота коленчатого вала) и в необходимом количестве для поддержания заданной частоты вращения. Принципиальная схема подачи топлива показана на рис. 30. Топливоподкачивающий насос забирает топливо из расходной цистерны и подаёт его через фильтр к топливным насосам высокого давления (каждый цилиндр имеет свой насос высокого давления или отдельную секцию).
Компоненты системы подачи топлива
Основные элементы системы подачи топлива включают:
Топливоподкачивающий насос – подаёт топливо под давлением 0,02–0,1 МПа. В судовых дизелях применяются насосы коловратного, шестерённого и поршневого типов.
Топливный насос высокого давления – отмеряет порцию топлива в зависимости от положения рейки топливного насоса, связанной с регулятором частоты вращения. В момент нажатия на толкатель насоса кулачка распределительного вала насос направляет топливо к форсунке, впрыскивающей топливо в цилиндр. На рис. 31 показаны шестерённые насосы, установленные в реверсивных двигателях, которые обеспечивают подачу топлива независимо от направления вращения коленчатого вала.
Форсунки – предназначены для впрыска топлива в цилиндр. Распыливание топлива достигается за счёт его выхода с большой скоростью через ряд сопловых отверстий диаметром 0,25–0,75 мм. По конструктивному исполнению форсунки делятся на открытые (сообщающиеся с полостью цилиндра) и закрытые (с автоматическим клапаном для разобщения нагнетательного трубопровода с полостью цилиндра). Устройство форсунки двигателя 6ЧСПН 15/18 показано на рис. 33.
Принцип работы топливных насосов высокого давления
Топливные насосы высокого давления, наиболее распространённые в современных ДВС, являются насосами золотникового типа, основным элементом которых является плунжерная пара (см. рис. 32). При движении плунжера вниз в отверстие «а» поступает топливо, заполняющее надплунжерное пространство. В результате набегания кулачковой шайбы на ролик толкателя плунжер начинает двигаться вверх, и часть топлива вытесняется во всасывающую магистраль. После перекрытия плунжером впускных окон вытеснение топлива прекращается, и начинается подача топлива через нагнетательный клапан к форсунке. Окончание подачи наступает, когда надплунжерное пространство сообщается через паз в плунжере с отсечным окном втулки.
Количество подаваемого топлива зависит от момента конца подачи: чем раньше наступает открытие окна плунжером, тем меньше топлива подается. На рис. 32 видно, что плунжер имеет косой вырез с кромкой «б», поэтому момент конца подачи регулируется положением плунжера относительно отверстия «а», которое контролируется зубчатым венцом. При изменении формы спиральной кромки «б» насосы могут иметь регулирование начала подачи, а также комбинированное регулирование начала и конца подачи. Топливные насосы с изменением количества подаваемого топлива применяются в основном в малооборотных двигателях (например, в двигателях ДР 30/50 фирмы «Зульцер» и др.), а давление, создаваемое насосами, достигает 50–60 МПа. В высокооборотных двигателях топливные насосы высокого давления компонуют в одном корпусе с отдельным кулачковым валом и толкателями, при этом смазка всех движущихся частей насоса осуществляется топливом.
Фильтрация и топливоподготовка
В топливной системе двигателя между расходной цистерной и камерой сгорания обычно устанавливают три фильтра:
- Первый фильтр (фильтр грубой очистки) — перед топливоподкачивающим насосом.
- Второй фильтр (фильтр тонкой очистки) — между топливоподкачивающим насосом и топливным насосом высокого давления (см. рис. 34).
- Третий фильтр (фильтр шелевого типа) — в форсунке.
Перед поступлением в систему топлива оно подвергается топливоподготовке для исключения вредного влияния различных компонентов на двигатель и его системы, а также для возможности использования дешёвых сортов топлива. Топливоподготовка может заключаться в:
- Изменении физико-химического состава топлива – отделение вредных примесей путём отстоя, фильтрации, сепарации и применения ингибиторов.
- Изменении физического состояния топлива – повышение текучести с помощью нагревателей (паровых, электрических и других) и разрушение смолистых образований с помощью специальных устройств — гомогенизаторов.
В судовых энергетических установках наибольшее распространение получили отстой, сепарация и подогрев топлива.
Смесеобразование
Качество сгорания топлива зависит от подготовки топливовоздушной смеси, которая осуществляется в ходе смесеобразования. В судовых ДВС происходит внутреннее смесеобразование, при котором топливовоздушная смесь готовится внутри цилиндра. Смесеобразование включает:
- Распыление топлива,
- Перемешивание с воздухом,
- Распределение смеси по объёму камеры сгорания,
- Физическую подготовку топлива к сгоранию (нагрев и испарение).
Смесеобразование бывает двух типов:
- Объемное смесеобразование — характеризуется равномерным распределением капель топлива в воздушном заряде, заполняющем камеру сгорания. Может осуществляться в неразделённых или разделённых камерах (предкамерах или вихревых камерах, расположенных в крышках цилиндров). Разделённые камеры применяются только в ДВС небольших размерностей (например, двигатель 64 12/14 и др.).
- Пленочное смесеобразование — топливо наносится на стенки камеры сгорания в виде тонкого слоя, что замедляет его испарение и предотвращает резкое повышение давления. При этом снижаются требования к распылению топлива. Достоинства и недостатки пленочного смесеобразования изучены недостаточно, поэтому этот метод получил ограниченное распространение (в основном на малоразмерных двигателях).
Дополнительная информация и инновации:
Современные системы подачи топлива постоянно совершенствуются. Новейшие решения включают электронное управление подачей топлива, позволяющее оптимизировать впрыск в зависимости от режима работы двигателя. Это повышает эффективность сгорания, уменьшает расход топлива и снижает выбросы. Также в судовых энергетических установках всё чаще применяются комбинированные системы топливоподготовки, объединяющие отстой, сепарацию и нагрев топлива для обеспечения стабильной работы двигателя на различных типах топлива.
Для получения подробной информации о системах подачи топлива и смесеобразования в судовых двигателях посетите Seamen.es.
Если вы ищете возможности для отдыха на воде после долгих рейсов, изучите специальные предложения по аренде катеров – подробности доступны на Freewind.es.