Сущность наддува

Если в цилиндры двигателя подать большее по массе количество воздуха, то, не увеличивая объема цилиндров, в них можно сжечь больше топлива и, следовательно, получить большую мощность.

Принудительная подача в цилиндры увеличенного заряда воздуха способствует улучшению процесса сгорания топлива, повышению литровой мощности и уменьшению удельной массы дизеля без существенного изменения его габаритных размеров.

Схемы систем воздухоснабжения.

Для снабжения дизеля необходимым количеством чистого воздуха под избыточным давлением для наполнения цилиндров, а также для их продувки.

Применяют три способа:

• механический
• газотурбинный
• комбинированный
  

Механический наддув осуществляется центробежным или роторным компрессором (нагнетателем), приводимым в движение от коленчатого вала дизеля посредством зубчатой передачи.

На привод компрессора затрачивается часть мощности дизеля, что приводит при давлении воздуха свыше 0,16— 0,17 МПа к снижению механического КПД и увеличению эффективного расхода топлива.

Газотурбинный наддув осуществляется  компрессором, приводимым в движение газовой турбиной, использующей энергию выпускных газов дизеля.

Комбинированный (двухступенчатый) наддув.

Применяют на дизелях типа 10Д100

В первую ступень наддува входит:

Два турбокомпрессора типа ТК-34Н-04С.

Вторая ступень наддува:

Нагнетатель 2-й ступени с приводом от верхнего коленчатого вала (ВКВ).

Предназначен для обеспечения дизеля надувочным воздухом.

В момент запуска дизеля и на холостом ходу турбокомпрессоры не работают т.к. недостаточно энергии выпускных газов из-за низкой температуры.

Воздух будет подаваться нагнетателем 2-й ступени (воздуходувка), нагнетатель приводится в действие механическим способом, и подача его от энергии газов не зависит.

Топливная система предназначена для хранения, подогрева, фильтрации и поддержания заданного давления топлива.

Топливо поступает под высоким давлением (200—1200 кгс/см2) в цилиндры дизеля. Скорость струи топлива, выходящей из форсунки, достигает 250—350 м/с.

Топливо – это горючие вещество, которое при сгорании выделяет тепловую энергию.

Под сгоранием понимают быстро протекающую химическую реакцию окисления топлива кислородом, сопровождающуюся выделением и появлением пламени.

Свойства дизельного топлива

Главными свойствами дизельных топлив являются:

1) вязкость

2) фракционный состав

3) склонность к воспламенению

4) температура кристаллизации

Вязкость и фракционный состав оказывают влияние на процесс смесеобразования.

Склонность к воспламенению характеризует качество топлива и влияет на процесс горения смеси.

Температура кристаллизации определяет возможность применения топлива в различных климатических условиях.

Дизельное топливо обладает смазывающим свойством. Это свойство используется для смазывания деталей топливной системы (форсунок, ТНВД, механичиских насосов).

Уменьшение вязкости топлива приводит к ухудшению его смазывающих характеристик.

Вязкость дизельного топлива меняется с изменением температуры окружающей среды. С повышением температуры вязкость уменьшается, а с понижением увеличивается.

Фракционный состав - оценивают по температуре испаряемости 10, 50 и 90%.

Чрезмерное содержание лёгких фракций топлива приводит к их интенсивному испарению и увеличению скорости нарастания давления газов в цилиндре. Работа двигателя при этом сопровождается повышенным механическим шумом, вибрациями и интенсивным износом деталей.

Склонность топлива к воспламенению характеризуется цетановым числом и определяется на стенде.

Чем выше цетановое число топлива, тем выше его склонность к воспламенению. Топливо с большим цетановым числом сгорает «мягче» без резкого повышения давления в цилиндре. Топливо с излишне высокой склонностью к воспламенению воспламеняются до распределения в воздушном заряде, что приводит к неполному сгоранию смеси. При использовании топлив с низким цетановым числом увеличивается период задержки воспламенения, в который возрастает количество подготовленной к воспламенению смеси. При воспламенении этой смеси давление в цилиндре резко возрастает, что приводит к жёсткой работе двигателя.

Характер процесса горения в камере сгорания двигателя во многом определяется фракционным составом топлива, характеризующим его испаряемость. На сгорание топлива более легкого фракционного состава требуется меньше воздуха, за счет уменьшения времени необходимого для образования топливовоздушной смеси. При этом процессы смесеобразования протекают более полно.

Влияние фракционного состава топлив на работу двигателей с различным смесеобразованием неодинаково. Двигатели с предкамерным и вихревым образованием менее чувствительны к фракционному составу по сравнению с двигателем с непосредственным впрыском. Наличие нагретых до высоких температур стенок предкамеры обеспечивает более благоприятные условия смесеобразования.

Чрезмерное облегчение фракционного состава может привести к повышению жесткости работы двигателя.

Низкотемпературные свойства.

Низкотемпературные свойства топлив оцениваются показателем температуры застывания, которой определяют условия складского хранения топлив. Показателями температур помутнения и предельной температуры фильтруемости определяют условия применения топлив в изделиях техники.

 Температура кристаллизации.

При низких температурах, растворённые в топливе парафиновые углеводороды кристаллизуются и препятствуют подачи топлива через фильтры к форсункам.

ГОСТ 305-82 предусматривает производство топлив для дизелей общего назначения с температурой вспышки не ниже 40оС, для судовых и тепловозных двигателей, горных машин с температурой вспышки не ниже 62 оС, что достигается повышением температуры начала кипения топлива. Такое повышение температуры начала кипения является причиной снижения выхода дизельного топлива по отношению к сырью. Поэтому топлива с повышенной температурой вспышки должны применяться строго по назначению.

Топливо для дизелей, эксплуатирующихся при температуре от 0°С и выше, обозначают буквой «Л» (летнее), от минус 20°С и выше – буквой «З» (зимнее), от минус 50°С и выше – буквой «А» (арктическое).

В маркировке топлива указывают также допустимую массовую долю серы, %.

Например, «З – 0,2 – 35» - топливо зимнее, с массовой долей серы – 0,2% и температурой застывания минус 35°С.

Цетановое число топлива связано с его температурными характеристиками. Чем оно меньше, тем ниже температура кристаллизации. Следовательно, зимние топлива с низкой температурой замерзания имеют малое октановое число, что предопределяет более жёсткую работу двигателя.

   Летнее дизельное топливо: Плотность: не более 860 кг/м³. Температура вспышки: 62 оС.

Температура застывания: (–) 5 оС. Получается смещением прямогонных, гидроочищенных и вторичного происхождения углеводородных фракций с температурой выкипания 180-360оС. Рост температуры конца выкипания приводит к усиленному закоксовыванию форсунок и дымности.

   Зимнее дизельное топливо: Плотность: не более 840 кг/м³. Температура вспышки: 40оС.

Температура застывания: (– )35оС. Получается смещением прямогонных, гидроочищенных и вторичного происхождения углеводородных фракций с температурой выкипания 180-340оС. Так же зимнее дизельное топливо получается из летнего дизельного топлива добавление депрессорной присадки, которая снижает температуру застывания топлива, однако слабо меняет температуру предельной фильтруемости. Кустарным способом в летнее дизельное топливо добавляют до 20% керосина ТС-1 или КО, при этом эксплуатационные свойства практически не меняются.

Добавление воды в дизельное топливо опасно.

Для форсунок с высоким давлением вода и сера является агрессивным элементом. При высоком давлении и воде в составе топлива образуется серная кислота, которая губит прецизионные каналы. Кроме того, сера при попадании картерных газов в масло сокращает срок его службы.

Применяют три вида топливных систем.

1. Замкнутая система - топливо многократно проходит через фильтры, обеспечивая необходимую очистку топлива и стабильный температурный  режим.

2. Тупиковая система – во всасывающей полости не циркулирует. У нее меньшая скорость топлива, чем облегчается работа топливного насоса.

3. Полузамкнутая система – в зависимости от нагрузки на дизель, топливо циркулирует как при замкнутой так и при тупиковой.

Топливную систему по своему назначению разделяют на систему низкого давления и высокого.

• Система низкого давления топлива обеспечивает бесперебойную подачу подготовленного (подогретого и очищенного) топлива в систему высокого давления.

Система низкого давления состоит: топливный бак, топливоподогреватель, топливный насос ТН (механический, ручной), фильтра тонкой и грубой очистки (ФТО, ФГО), трубопроводы с клапанами и вентилями.

• Система высокого давления топлива обеспечивает непосредственный впрыск топлива в рабочие цилиндры дизеля через форсунки в определенные моменты времени.

Система высокого давления состоит: ТНВД, форсунки, трубопроводы высокого давления.

ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА ДИЗЕЛЯ 10Д100

Топливоподкачивающий агрегат

Обеспечивает подъем топлива из бака, преодоления потерь давления в фильтрах и подачи под давлением к ТНВД  обеспечивая циркуляцию в системе.

Служит для отвода и рассеивания в атмосферу тепла от дизеля для обеспечения нормальной работы в течении длительного времени, независимо от нагрузки.

Установленный на тепловозах ди­зель имеет водяное охлаждение, необ­ходимость которого обусловлена вы­соким нагревом отдельных его частей, соприкасающихся с горячими газами.

Система охлаждения принудительно отводит тепло от деталей дизеля.

Нагре­тая вода охлаждается в секциях ради­атора, а часть тепла, отводимого от дизеля водой, используется для подогрева топли­ва в баке и воздуха в кабине машини­ста в холодное время года.

Водяные системы подразделяют по связи с атмосферой на открытые и закрытые, по числу контуров на одно-, двух-, и трехконтурные.

В открытых системах вода через водяной бак связана с атмосферой, что ограничивает избыточное давление в трубопроводах и рабочую температуру воды в пределах 75–85ºС.

Открытые системы обеспечивают охлаждение дизеля при средней температуре, где вода на выходе дизеля достигает максимум 85-90ºС.

Закрытые системы высокотемпературные и работают при температуре 120ºС и выше.

Такая система должна иметь повышенное давление, исключающее кипение и образования паровых пробок. Уменьшаются потери тепла в воду.

В закрытых системах вода не связана с атмосферой, т.е. она циркулирует в герметическом трубопроводе, что позволяет поднять давление выше атмосферного и температуру кипения выше 100ºС.

Закрытые системы с низкотемпературным охлаждением имеют максимальную рабочую температуру воды в пределах 105ºС.

Температура кипения зависит от величины избыточного давления в

системе.

Из зависимости видно, что чем выше давление, тем выше температура кипения воды.  Повышение давления ограничено возможностью нарушения уплотнений цилиндровых гильз дизеля и прочностью трубок радиаторов. Испытание серийных радиаторов под давлением 0,4 МПа в течение 400 ч не вызвало

их повреждения.