| рефераты по науке и технике | водородная энергетика и топливные элементы | страница реферата 1 | рефераты от а до я
Г. А. Месяц, M. Д. Прохоров
В сентябре 2003 г. было принято принципиальное решение о
том, что Российская академия наук и ОАО “Горно-металлургическая компания
«Норильский никель»” объединят свои усилия в исследовании проблем
водородной энергетики и топливных элементов. 10 ноября 2003 г. было подписано
Генеральное соглашение о сотрудничестве Российской академии наук и компании
“Норильский никель”. В соответствии с соглашением мы должны в течение
месяца разработать и подписать программу наших совместных работ. За этот месяц
вместе с представителем “Норильского никеля” В.А. Пивнюком мы
посетили ряд ведущих научных организаций Российской академии наук и других
ведомств. Побывали на Урале, провели три научных семинара – в Екатеринбурге, Санкт-Петербурге и в Москве, где заслушали около 40 научных докладов.
Мы договорились, что работы в основном будут идти в
направлении водородной энергетики и топливных элементов, потому что понятие
“водородная энергетика” значительно шире, чем просто получение
электрической энергии. Кроме того, мы договорились (и это оговорено в
соглашении), что многие исследования, которые сейчас осуществляются на
двусторонней основе институтами РАН и компанией “Норильский никель”, будут продолжаться. Некоторые из них находятся за рамками нашей совместной
программы, но потом они могут влиться в нее.
Расскажу о современном состоянии водородной энергетики в
мире, о том, что происходит в этой области исследований в России, какие имеются
возможности и на что мы можем рассчитывать.
С 1900 по 2000 г. потребление энергии в мире увеличилось
почти в 15 раз – с 21 до 320 экоДж (1 экоДж = 27 х 106 м3
нефти). В качестве первичных источников используются нефтепродукты (34.9%), уголь (23.5%), природный газ (21.1%), ядерное топливо (6.8%) и возобновляемые
источники – ветер, солнце, гидро- и биотопливо (13.7%). Это привело к тому, что
за 50 лет выбросы углекислого газа в атмосферу возросли в 4.5 раза и сегодня
составляют 20 х 1012 м3/год. Это тот самый углекислый
газ, ради которого существует Киотский протокол и который, как уверяют многие
ученые, вызывает парниковый эффект. Вообще энергетика, основанная на ископаемом
топливе, создает очень много экологических проблем. Возникает дилемма: без
энергии нельзя сохранить нашу цивилизацию, однако существующие методы
производства энергии и высокие темпы роста ее потребления приводят к разрушению
окружающей среды. Естественно, что одна из основных задач современной
энергетики – поиски путей преодоления экологических проблем.
Вторая и, наверное, главная проблема состоит в том, что
существующие источники энергии ограничены. Считается, что нефти и газа хватит
не более чем на 100 лет, угля – примерно на 400 лет, ядерного топлива – на 1000
лет с лишним. Для того чтобы иметь топливо, когда на Земле будут исчерпаны
запасы нефти и газа, и решить экологические проблемы, необходимо переходить к
новым источникам энергии и иметь “чистую энергетику”. И наша главная
надежда – на водородную энергетику: использование водорода как основного
энергоносителя и топливных элементов как генераторов электроэнергии.
Одновременно резко сократится потребление ископаемых топлив, потому что водород
можно получать из воды, разлагая ее на водород и кислород. Энергию для этого
будут давать ядерная энергетика и возобновляемые источники.
Переход на водородную энергетику означает крупномасштабное
производство водорода, его хранение, распределение (в частности, транспортировку) и использование для выработки энергии с помощью топливных
элементов. Водород находит применение и в других областях, таких как
металлургия, органический синтез, химическая и пищевая промышленность, транспорт и т.д. (рис. 1). Судя по современным темпам и масштабам развития
водородной энергетики на нашей планете, мировая цивилизация в ближайшее время
должна перейти к водородной экономике. Фактически задача состоит в том, чтобы
создать топливные элементы и использовать водород для получения электрической
энергии. Именно топливным элементам я уделю основное внимание.
Начну с производства водорода. Один из его источников –
природное топливо: метан, уголь, древесина и т.д. При взаимодействии топлива с
парами воды или воздухом образуется синтез-газ – смесь СО и Н2 (рис.
2). Из нее затем выделяется водород. Другой источник – отходы
сельскохозяйственного производства, из которых получают биогаз, а затем –
синтез-газ. Промышленно-бытовые отходы тоже используются для производства
синтез-газа, что способствует одновременно и решению экологических проблем, поскольку отходов много и их нужно утилизировать. В конечном счете образуются
углекислый газ, водород и окись углерода. Дальше идет каталитическая очистка, электрохимическая конверсия и т.д. Водород можно получать также электролизом
воды, то есть разложением ее под воздействием электрического тока. Очень важным
элементом при преобразовании газа, содержащего водород, является очистка газа
на палладиевых мембранах. В конечном счете получается чистый водород.
Теперь остановлюсь на способах хранения водорода. Самый
эффективный из них – это баллоны. В таблице 1 приведено отношение (в процентах)
массы водорода к массе тары для его хранения. Если баллон выдерживает 300 атм, то в нем можно хранить 13% (масс) водорода; 500 атм – 11%. В США разработаны
баллоны, рассчитанные на 700 атм. Они хранят 9% водорода. Удобно хранить
водород в сжиженном состоянии. Хорошие способы его хранения – адсорбция
водорода в гидридах металлов (порядка 3%) и в интерметаллидах (до 5%). Есть
идеи и проводятся уже эксперименты по таким способам хранения водорода, как
углеродные наноматериалы, нанотрубки и стеклянные микросферы. Отмечу, что
целесообразно максимально согласовать во времени процессы производства водорода
из традиционного топлива и его потребления, чтобы минимизировать потребность в
хранении водорода.
Перехожу к выработке электроэнергии с использованием
водорода, то есть непосредственно к топливным элементам. Это – гальваническая
ячейка, вырабатывающая электроэнергию за счет окислительно-восстановительных
превращений реагентов, поступающих извне. При работе топливного элемента
электролит и электроды не расходуются, не претерпевают каких-либо изменений. В
нем химическая энергия топлива непосредственно превращается в электроэнергию.
Очень важно, что нет превращения химической энергии топлива в тепловую и
механическую, как в традиционной энергетике. При сжигании газа, мазута или угля
в котле нагревается пар, который под высоким давлением поступает в турбину, а
турбина уже вращает электрогенератор.
В простейшем топливном элементе, где используются чистый
водород и чистый кислород, на аноде происходит разложение водорода и его
ионизация (рис. 3). Из молекулы водорода образуются два иона водорода и два
электрона. На катоде водород соединяется с кислородом и возникает вода.
Фактически в этом и состоит главный экологический выигрыш: в атмосферу
выбрасывается водяной пар вместо огромного количества углекислого газа, образующегося при работе традиционных тепловых электростанций.
Первая электрическая энергия была получена с помощью
топливного элемента еще в 1839 г. Однако бум вокруг водородной энергетики
возник тогда, когда началось освоение космоса. В 60-е годы прошлого века были
созданы топливные элементы мощностью до 1 кВт для программ “Джемини”
и “Аполлон”, в 70-80-е годы – 10-киловаттные топливные элементы для
“Шаттла”. У нас такие установки разрабатывались для программы
“Буран” в НПО “Энергия”, которое выступало координатором
всей программы, но сами щелочные топливные элементы создавались в Новоуральске
на электрохимическом комбинате. В те же годы были построены электростанции
мощностью порядка 100 кВт на фосфорнокислотных топливных элементах. В Японии и
США имеются опытные 10-мегаваттные электростанции.
С 1990-х годов и по настоящее время идет разработка
топливных элементов мощностью от 1 кВт до 1 МВт для стационарной автономной
энергетики. Нужно иметь в виду, что и в автотранспорте находят применение
топливные элементы, а в качестве их нагрузки – электрические двигатели. Кроме
того, сейчас разрабатываются портативные источники электроэнергии (мощность
менее 100 Вт) для компьютеров, сотовых телефонов, фотоаппаратов. В качестве
топлива в них используется, как правило, метанол, из которого получают водород.
Подзарядка элементов производится всего один раз в месяц.
Топливный элемент состоит из ионного проводника
(электролита) и двух электронных проводников (электродов), находящихся в
контакте с электролитом. Топливо и окислитель непрерывно подводятся к
электродам – аноду и катоду, продукты (инертные компоненты и остатки
окислителя, а также продукты окисления) непрерывно отводятся от них. Основные
типы топливных элементов приведены в таблице 2. По типу электролита они
классифицируются на щелочные, твердо-полимерные, фосфорнокислые, расплавкарбонатные и твердооксидные; по рабочей температуре – на низко-, средне- и высокотемпературные. Замечу, что использование электродов из палладия
и металлов платиновой группы приводит к повышению удельных характеристик и
увеличению ресурса топливных элементов. Полимерная мембрана Nafion, применяемая
в твердополимерных топливных элементах, в США и Канаде производится фирмой
“Дюпон”, в России аналогичные мембраны выпускает фирма
“Пластполимер”.
Я приводил пример топливного элемента, в электролите
которого перенос заряда осуществляется ионами водорода (см. рис. 3). В других
топливных элементах носителями заряда могут выступать ион кислорода, радикал ОН-
или СО3- окислителями могут быть кислород либо воздух
(рис. 4).
Таблица 3 демонстрирует требования к чистоте водорода для
различных топливных элементов. Щелочные, твердополимерные и фосфорнокислые
электролиты очень чувствительны к СО. В карбонатных и твердооксидных топливных
элементах СО является топливом. Чувствительность к CO2 щелочных
элементов тоже очень высокая, но CO2 не влияет на работу других
топливных элементов. Достаточно большую чувствительность к таким примесям, как
H2S и COS, показывают все топливные элементы. Примеси отнесены к
ядовитым, если их присутствие приводит к выходу из строя топливных элементов
из-за отравления электродов или электролитов. В конечном счете примеси к
водороду сокращают срок службы топливных элементов.
Сейчас в мире активно разрабатываются твердополимерные
топливные элементы на водороде (рис. 5,а). Считается, что они будут применяться
в основном на автотранспорте. Пока их стоимость довольно высокая: 1 кВт
установленной мощности в лучших образцах обходится в (3-5) тыс. долл. Нужно
снизить стоимость 1 кВт до 100 долл., чтобы сделать твердополимерные топливные
элементы конкурентоспособными на транспорте. Что касается автономной
энергетики, то для нее предназначаются в первую очередь твердооксидные
топливные элементы (рис. 5,б). Вырабатываемый ими 1 кВт установленной мощности
стоит сейчас 3 тыс. долл., приемлемая для водородной энергетики стоимость – 1 тыс.
долл. – может быть вскоре достигнута.
Топливный элемент – лишь составная часть электрохимического
генератора, который содержит еще системы кондиционирования, подготовки топлива, утилизации отходов и др. (рис. 6). Первичным топливом могут быть метан, пары
метанола, керосина, синтез-газ и т.д. Коэффициенты полезного действия у
генераторов с топливными элементами (рис. 7) изменяются от 30% (двигатели
внутреннего сгорания и газовые турбины) до 60-65% (энергоустановки с
твердооксидными топливными элементами).
Вернусь еще раз к вопросу о выбросах в атмосферу, чтобы
понять важность экологического аспекта водородной энергетики. В таблице 4
приведены предельно допустимые выбросы существующих энергоустановок. Если мы
перейдем на водородную энергетику, то некоторые выбросы (NOх и СО)
снизятся на порядки, а некоторых (SO2 и твердых частиц) вообще не
будет.
Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: оружие реферат, гражданское право реферат.
1
2
3 | Следующая страница реферата
§
2
3 | Следующая страница реферата
Рассмотрим энергоустановку, основой которой является
солнечная батарея. Наличие солнечного света и потребность в энергии не всегда
совпадают. Когда потребление энергии незначительное, электрическая энергия от
солнечной батареи может использоваться для электролиза воды и получения
водорода. Водород поступает в накопитель и по мере необходимости используется
для выработки электроэнергии в водородных электрохимических генераторах. Такая
гибридная система, возможно, и будет основой для будущей автономной
электроэнергетики.
Теперь коротко о перспективах применения топливных
элементов на транспорте и в децентрализованной энергетике (табл. 5). В
мегаваттных установках для децентрализованной энергетики используются
фосфорнокислые и расплав-карбонатные топливные элементы и метан в качестве
топлива с последующим преобразованием его в водород химическими методами. На
транспорте находят применение киловаттные энергетические установки с
твердооксидными и твердополимерными топливными элементами.
В Японии создана энергетическая установка на топливных
элементах мощностью 100 кВт, в Германии – установка мощностью 250 кВт, функционирующая как небольшая автономная электростанция. Фирма “Сименс
Вестигхаус” разработала гибридную энергетическую установку на
твердооксидных топливных элементах. В ней мощная струя выходящих газов
используется для работы газовой турбины, то есть к электрической энергии, вырабатываемой топливными элементами, добавляется электрическая энергия, вырабатываемая турбиной. Крупнейшие автомобильные компании мира ведут
разработку электромобилей. В таких городах, как Амстердам, Барселона, Лондон, Гамбург, Мадрид, прошли показательные испытания городских автобусов на
топливных элементах. Первая такая демонстрация состоялась в 1993 г., а
наибольшее их число пришлось на 1999-2003 гг.: 60 демонстраций 17 компаний, производящих легковые автомобили, и 11 демонстраций 7 компаний, выпускающих
автобусы. Компании “Дженерал Моторс” и “Даймлер-Крайслер”
намереваются продемонстрировать электромобиль в 2004 г. (водород предполагается
получать из бензина), компании “Баллард Пауэр Системе” и
“Даймлер-Крайслер” – в 2005 г.
А как обстоят дела с водородной энергетикой и топливными
элементами в России?
Надо сказать, что водородной энергетикой у нас занимаются
довольно давно, поскольку эти работы имели очень большое значение для
автономной энергетики в космосе и подводном флоте. Космос и подводный флот были
фактическими источниками средств для развития водородной энергетики. Почти 20
институтов АН СССР, а затем РАН (в Москве, Екатеринбурге и Новосибирске) решали
те или иные вопросы водородной энергетики. В последние годы исследования
поддерживались в основном за счет совместных контрактов с иностранными
компаниями (ряд разработок, о которых я упоминал, в той или иной мере были
сделаны при участии российских ученых).
На протяжении 20 лет десятки академических институтов ведут
исследования в этой области. В Институте катализа им. Г.К.Борескова СО РАН, имеющем хорошую экспериментальную базу и испытательное оборудование, изучается
возможность использования металлов платиновой группы (палладия, платины и др.)
для получения водорода. Здесь создан ряд катализаторов для получения водорода
из метана с последующей его очисткой с помощью мембран. Что касается мембран, то очень хорошие результаты достигнуты в Институте общей и неорганической химии
им.Н.С.Курнакова РАН и в Институте нефтехимического синтеза им. А.В.Топчиева
РАН. В Институте электрофизики УрО РАН по совместной программе с Институтом
высокотемпературной электрохимии УрО РАН разработаны методы получения
нанопорошков и нанокерамики путем магнитного прессования. Генерация
электрическои энергии в твердооксидных топливных элементах происходит при
температуре 950оС и плотности мощности 470 МВт/см2.
Уральский электрохимический комбинат – пионер в создании
электрохимических генераторов мощностью в десятки киловатт. В 1971 г. здесь был разработан электрохимический генератор “Волна” (мощность 1.2 кВт) на
щелочном топлив ном элементе для отечественной лунной про граммы, в 1988 г. –
система “Фотон” (мощность 10 кВт) для “Бурана”. Комбинат
может выпускать такие установки по несколько штук в год. В 1999 г. для
космического аппарата “Ямал” были созданы модули из двух
никель-водородных аккумуляторных батарей
то есть водород можно использовать не только для топливных элементов, но и для
аккумуляторов энергии.
В 1982 г. НПО Квант впервые снабдил авто мобиль
“РАФ” водородным щелочным топливным элементом. В 2001 и 2003 гг.
Уральский электрохимический комбинат, РКК “Энергия” и АвтоВАЗ на
автосалонах в Москве демонстрировали автомобиль “Лада” с
электродвигателем и электрохимическим генератором “Фотон”. В первой
системе окислителем служил кислород, во второй – очищенный от CO2
воздух, что существенно упростило конструкцию автомобиля. Однако и в том, и в
другом случае использовался хранящийся в
баллонах водород. На одной заправке эти автомобили могут проехать 300 км
В нашей стране для автономной энергетики созданы различные
установки с электрохимическими генераторами мощностью от 1 до 16 кВт, в том числе корабельные мощностью 150 кВт и более.
Чем привлекательны топливные элементы и почему их нет на
рынке? К числу достоинств относятся: высокий кпд, низкая токсичность, бесшумность, модульная конструкция (имея, скажем, киловаттные топливные
элементы, можно собирать из них установки большой мощности), многообразие
первичных видов топлива, широкий интервал мощности. Проникновение их на рынок
сдерживается прежде всего высокой себестоимостью по электроэнергии и малым
ресурсом. Наибольший ресурс у твердополимерных топливных элементов – (2-5) тыс.
часов работы, требуемый же срок службы – (20-30) тыс. часов.
Что касается коммерциализации электрохимических генераторов
на топливных элементах, то около 100 компаний участвует в их демонстрационных
испытаниях, достигнута установленная мощность в 50 МВт. Потребность
децентрализованной стационарной энергетики (мощность электрохимических
генераторов от 5 кВт до 10 МВт) -100 тыс. МВт за 10 лет. Сейчас 1 кВт
установленной мощности стоит более 3 тыс. долл., приемлемая цена – 1 тыс. долл.
Потребности автотранспорта в электрохимических генераторах на топливных
элементах (мощность 15-100 кВт) – 500 тыс. штук в год. Сейчас стоимость одного
такого генератора более 3 тыс. долл., приемлемая цена – 50-100 долл. Таким
образом, необходимо многократное снижение стоимости стационарных топливных
элементов и десятикратное – стоимости топливных элементов для транспорта.
Учитывая потребности рынка, программа бюджетных инвестиций
США предполагает в ближайшие 10 лет вложить 5.5 млрд. долл. в развитие
технологии топливной энергетики, промышленные компании – почти в 10 раз больше.
Россия на уровне системного понимания проблемы топливных
элементов нисколько не уступает Западу. Десятки отечественных институтов так
или иначе работают над этой проблемой в кооперации с международными компаниями.
Отечественная компания “Пластполимер” предполагает построить в Европе
один из заводов по производству полимерной пленки для твердополимерных
топливных элементов. На недавней конференции в Вашингтоне американцы говорили, что покупают в Испании полимерную пленку, изготовленную по российской
технологии.
Мы сильно отстали от Запада в области традиционных
технологий. Но традиционные технологии, несмотря на огромные вложения, до сих
пор не позволили Западу и Японии создать топливные элементы коммерческого
уровня. Нам надо обгонять Запад, не догоняя. Для этого, мне кажется, у нас есть
хороший задел в области нанотехнологий, направленного синтеза материалов, тонкопленочных, лучевых технологий. Необходимо объединить достаточно мощный
потенциал Российской академии наук, отраслевых институтов, Минатома РФ, чтобы
быстро продвигаться вперед.
В Комплексной программе поисковых, научно-исследовательских
и опытно-конструкторских работ по водородной энергетике и топливным элементам
запланировано исследование палладия. Металл платиновой группы палладий является
одним из основных материалов для топливных элементов и всей водородной
энергетики. На его основе изготовляются катализаторы, мембранные аппараты для
получения чистого водорода, материалы с повышенными функциональными
характеристиками, топливные элементы, электролизеры, сенсоры для определения
водорода. Палладий может эффективно накапливать водород, особенно нанопорошок
палладия.
Помимо водородной энергетики, палладий находит применение в
катализаторах для доочистки выхлопных газов обычных автомобилей; электролизерах
для получения водорода и кислорода путем разложения воды; портативных топливных
элементах, в частности метанольных; твердооксидных электролизерах с электродами
на основе палладия; устройствах для получения кислорода из воздуха, в том числе
и в медицинских целях; сенсорах для анализа сложных газовых смесей.
Задачи Российской академии наук в развитии водородной
энергетики и палладиевых технологий, по нашему мнению, следующие:
• разработка новых технологий для водородной энергетики;
• поиск и исследование новых материалов и процессов, перспективных в области водородной энергетики;
• исследования по рациональному и эффективному применению
палладия и металлов платиновой группы в энергетике и катализе;
• научное сопровождение со стороны академических институтов
разработок промышленных технологий (мы не можем организовать серийное
производство, но обязаны организовать научное сопровождение);
• разработка прогнозов развития водородной энергетики в
России;
• создание концепции водородной экономики.
Перечислю приоритетные направления работ академических
институтов в рамках Генерального соглашения между Российской академией наук и
ОАО “Горно-металлургическая компания «Норильский никель»”:
• создание твердополимерных и твердооксидных топливных
элементов, а также дальнейшее изучение возможностей щелочных топливных
элементов, топливных процессоров для получения водорода из углеводородных
топлив;
Рекомендуем скачать другие рефераты по теме: оружие реферат, гражданское право реферат.
Предыдущая страница реферата | 1
2
3 | Следующая страница реферата
§
2
3
• разработка комплексов по производству, очистке, аккумулированию, хранению и транспортировке водорода;
• создание высокоэффективных экологически чистых
энергетических установок и электрохимических генераторов широкого класса на
основе топливных элементов, в том числе для использования в бытовых электронных
устройствах;
• разработка ключевых элементов инфраструктуры водородной
энергетики;
• разработка перспективных технологических процессов и
изготовление высокотехнологичной продукции на основе использования палладия и
металлов платиновой группы.
В заключение я хотел бы отметить, что для Российской академии
наук наступил знаменательный момент: промышленность и крупные частные компании
проявляют интерес к ее фундаментальным разработкам, чтобы повысить
конкурентоспособность своей продукции. Мы всегда говорили: как только станет
оживать наша промышленность, оживет и наука. Участие Академии наук в совместной
программе с компанией “Норильский никель” – это в некотором смысле
пилотный эксперимент по новой организации фундаментальных и прикладных
исследований.
Реализация Генерального соглашения и той программы, которая
сегодня будет подписана, – одно из направлений будущего развития Академии наук.
Я знаю, что и другие компании проявляют интерес к сотрудничеству с Российской
академией наук, и на двусторонней основе уже работают с нашими институтами.
Напомню, что в 2002 г. Академия наук именно благодаря хоздоговорам заработала 5
млрд. руб., а средства, которые были ей выделены из бюджета, составили 10 млрд.
руб. Надеюсь, что нынешнее совместное заседание Президиума РАН и Правления
компании “Норильский никель” положит начало новым методам
инновационной деятельности Российской академии наук.
М.Д. Прохоров: Свое выступление начну со слов благодарности
в адрес Российской академии наук за ту энергию и энтузиазм, с которыми ее
представители включились в совместную разработку водородной темы и топливных
элементов. Хотел бы высказаться по вопросу стратегии России в области
водородной энергетики и топливных элементов, а также обсудить базу, с которой
мы стартуем, и требования, которые должны быть предъявлены к нашим разработкам.
К нашему глубокому сожалению, Россия потеряла статус
великой экономической державы: по ВВП мы находимся во втором десятке стран
мира, по среднедушевым доходам – еще дальше; наша экономика сильно зависит от
экспорта и импорта высоких технологий; в стране не развит добавленный продукт, многие вещи мы импортируем. Все это необходимо учитывать при разработке
программы по водородной энергетике для того, чтобы она была успешной.
Президент России В.В. Путин поставил амбициозную задачу:
удвоить ВВП к 2021 г. Но эта задача базируется на линейном удвоении. На мой
взгляд, при 8%-ном росте ВВП в год мы не решим глобальную проблему – не вернем
Россию в число ведущих мировых экономических держав. Мы лишь сократим немного
отставание от этих стран. Если наш ВВП будет расти на 8% в год, а ВВП США на 1%
в год, мы достигнем их потенциала через 236 лет. (выделено нами – V.V.)
Изучение экономических проблем и совместные работы с
Российской академией наук привели нашу компанию к одному очень интересному
выводу. Мы считаем, что развитие водородной энергетики и технологии создания
топливных элементов – единственная возможность для нашей страны попасть в число
ведущих экономических держав мира. Приведу три базовых аргумента.
Первый аргумент. Мир стоит перед выбором перехода на новый
технологический уклад. И совсем не обязательно, что те страны, которые сейчас
на коне, особенно успешно совершат этот переход. Даже наоборот: большие
вложения в крупную дорогостоящую инфраструктуру (порядка 1 трлн. долл.) могут
не позволить вовремя переориентироваться и перейти на новый уклад. Но у нашей
страны есть возможность попытаться сделать прорыв сразу в новую экономику.
Второй аргумент. Главная цель водородной технологии –
снижение зависимости от существующих энергоносителей, то есть нефти и газа.
Именно эти энергоносители являются основой нашей нынешней экономики и бюджета.
Если через 15 лет в результате внедрения водородной экономики потребление нефти
и газа резко сократится, нас ждет депрессионная модель развития. Так что
альтернативы переходу на водород ную экономику у нас просто нет.
Третий аргумент. Для того чтобы конкурировать, необходимы
конкурентные преимущества. В данном случае они налицо: фундаментальные
разработки Российской академии наук и металл будущего – палладий, 50% мирового
производства которого контролирует Россия.
Все эти три аргумента убеждают меня в том, что мы
практически располагаем исторической возможностью предложить Президенту страны
и правительству нашу совместную комплексную программу в качестве национальной экономической
идеи по возврату России статуса великой экономической державы. И это надо будет
сделать, на мой взгляд, с использованием Совета при Президенте Российской
Федерации по науке и высоким технологиям.
Какие требования будет предъявлять мировая экономика к
нашим разработкам?
Прежде всего мы должны опережать наших западных коллег.
Дело в том, что в стране не развит, к сожалению, добавленный продукт, а значит, емкость российского рынка очень небольшая. И на первом этапе наша продукция
должна реализовываться именно на западных рынках, поэтому наши разработки
должны превосходить западные аналоги, чтобы рынок их принял. Мы должны отдавать
приоритет тем исследованиям и разработкам, которые не будут повторять
аналогичные зарубежные проекты, а позволят нам выйти на передовые позиции в
мире и создать конкурентоспособные продукты в области водородной энергетики, превосходящие по своим параметрам западные образцы и технологии. Для того, чтобы догонять, надо сразу перегонять.
По нашему глубокому убеждению, простое усовершенствование
сегодняшних технологий не отвечает необходимым требованиям будущей водородной
экономики. Технические проблемы в этой области должны быть решены за счет
серьезных фундаментальных исследований в различных областях химии, физики, материаловедения, нанотехнологии, а также за счет интеграции самих исследований с производством и
потребностями бизнеса уже на ранней стадии их проведения.
Еще одна существенная проблема – финансирование.
Естественно, средств “Норильского никеля” не хватит на всю
комплексную программу. Это только стартовый капитал, который позволит сдвинуть
дело с мертвой точки. Необходимо привлечение государственных ресурсов в рамках
национальной программы, а также ресурсов нефтяных, газовых и энергетических
компаний.
На мой взгляд, недостаточно располагать средствами на
финансирование научных разработок, необходимо иметь четкий государственный
Скачали данный реферат: Adrian, Бабышев, Kartashov, Turzhanskij, Феодула, Kutepov.
Последние просмотренные рефераты на тему: оформление диплома, шпаргалки по истории россии, инновационный менеджмент, проблема реферат.
Предыдущая страница реферата | 1
2
3
Системы питания топливом
Схема системы питания топливом двигателя грузового автомобиля приведена на рисунке 1. В общем случае в систему питания топливом входят узлы, размещенные вне двигателя (на раме или в корпусе машины), и на двигателе. К первым относятся топливные баки 1, бачок 7 для сбора топлива, предпусковой топливоподкачивающий насос 10, топливораспределительный кран 11, топливопроводы низкого давления и некоторые другие узлы.
Рисунок 1. Схема системы питания топливом двигателя грузового автомобиля:
1 — топливные баки; 2 — кран для выпуска воздуха; 3 — фильтр тонкой очистки; 4 — форсунки; 5 ТНВД; 6 — двигатель; 7 — бачок для сбора топлива; 8 — основной топливоподкачивающий насос; 9 — фильтр грубой очистки; 10 — предпусковой топливоподкачивающий насос;
При работе двигателя топливо из топливных баков забирается основным топливоподкачивающим насосом и под давлением 0,05…0,1 МПа подается
ТНВД. По пути из баков к насосу топливо проходит через топливораспределительный кран, предпусковой топливоподкачивающий насос и фильтр 9 грубой очистки. Если на ТС установлен только один топливный бак или несколько баков, сообщающихся друг с другом, то топливораспределительный кран отсутствует.
Перед поступлением в ТНВД из насоса топливо очищается от мельчайших примесей в фильтре 3 тонкой очистки. Нагнетательные секции ТНВД, приводимого в действие от коленчатого вала двигателя, в определенные моменты согласно рабочему циклу и порядку работы двигателя подают топливо под высоким давлением (до 50 МПа и более) в необходимом количестве к форсункам.
Перед пуском двигателя заполнение системы топливом и подача его к ТНВД осуществляются с помощью предпускового топливоподкачивающего насоса. После пуска этот насос не функционирует.
Если в ТНВД и трубопроводы высокого давления, соединяющие его с форсунками, попадает воздух, то подача топлива в цилиндры нарушается. Следовательно, нарушается и нормальный режим работы двигателя. С целью предотвращения попадания воздуха в ТНВД на пути топлива к нему помещают воздухоотстойник, расположенный в самой высокой точке системы.
Обычно воздухоотстойник размещают в крышке фильтра тонкой очистки. Перед пуском двигателя в случае необходимости скопившийся в воздухоотстойнике воздух отводят в воздушные полости топливных баков 1 через кран (клапан) 2 для выпуска воздуха. Для этого при неработающем двигателе открывают кран (клапан) и с помощью предпускового насоса прокачивают систему.
Топливо, просочившееся в форсунках между иглой и распылителем, отводится по сливным трубопроводам в специальный бачок 7 или в какой-либо основной топливный бак.
Топливные баки служат для хранения топлива. Они могут иметь различную конфигурацию и вместимость в зависимости от конструкции конкретного транспортного средства. Общая вместимость топливных баков определяется запасом хода машины (обычно не менее 500 км).
Чаще всего баки изготавливает из листовой стали или высокопрочного пластика, стойкого к воздействию химически активного топлива. Для предотвращения коррозии внутренние поверхности стальных баков покрывают бакелитовым лаком, оцинковывают или лудят. С целью увеличения жесткости баков на их стенках иногда выштамповывают желоба, а внутри устанавливают несплошные перегородки, которые к тому же уменьшают площадь свободной поверхности топлива и ослабляют его колебания во время движения ТС.
Наливные горловины топливных баков обычно снабжают сетчатыми фильтрами. В нижней части баков размещают отстойники. Если бак имеет значительную вместимость, то слив топлива осуществляется через отверстие с пробкой и шариковым клапаном, расположенное выше отстойника.
В этом случае используется специальный ключ-трубка со шлангом. Воздушное пространство баков соединяется с атмосферой через дренажные трубки или другие специальные устройства, которые должны исключать возможность попадания огня во внутреннюю полость бака и вытекания топлива при резких толчках транспортного средства, а также (по возможности) обеспечивать очистку воздуха, поступающего в баки.
Для замера количества топлива в баках раньше применялись измерительные стержни. В настоящее время для этой цели чаще всего используются электрические датчики поплавкового типа, посылающие электрический сигнал, пропорциональный уровню топлива, к соответствующему указателю на приборной панели ТС.
Основной топливоподкачавающий насос обеспечивает бесперебойную подачу топлива из баков к ТНВД при работающем двигателе. Он обычно приводится в действие от коленчатого или распределительного вала двигателя. Может применяться и автономный электродвигатель, питаемый от генератора автомобиля.
Использование электропривода обеспечивает равномерную подачу топлива независимо от частоты вращения коленчатого вала и возможность аварийного отключения всей системы.
Существуют различные конструкции топливоподкачивающих насосов. Они могут быть шестеренными, плунжерными (поршневыми) или коловратными (пластинчатого типа). Как правило, применяются плунжерные и коловратное насосы.
Рисунок 2. Схема плунжерного топливоподкачиваюгцего насоса:
1 — нагнетательный клапан; 2 — корпус насоса ручной подкачки топлива; 3 — поршень насоса ручной подкачки топлива; 4 — впускной клапан; 5 — корпус топливоподкачивающего насоса; 6, 9 — пружины; 7 — плунжер; 8 — шток; 10 — толкатель; 11 — ролик; 12 — эксцентрик кулачкового вала.
Плунжерный топливоподкачивающий насос состоит из корпуса 5, плунжера 7 с пружиной 6, толкателя 10 с роликом 11, пружиной 9 и штоком 8, а также клапанов — впускного 4 и нагнетательного 1 с пружинами. Толкатель с плунжером могут перемещаться вверх-вниз.
При сбегании выступа эксцентрика с ролика толкателя плунжер под действием пружины б перемещается вниз, вытесняя топливо, находящееся под ним, в нагнетательную магистраль насоса. В это время нагнетательный клапан закрыт, а впускной под действием разрежения над плунжером открыт, и топливо поступает из впускной магистрали в надплунжерную полость.
При движении толкателя и плунжера вверх впускной клапан закрывается под действием давления топлива, а нагнетательный, наоборот, открывается, и топливо из надплунжерной полости поступает в нижнюю камеру под плунжером. Таким образом, нагнетание топлива происходит только при движении плунжера вниз.
Если подачу топлива в цилиндры двигателя уменьшают, в выпускном трубопроводе насоса, а значит, и в полости под плунжером давление возрастает. В этом случае плунжер не может опуститься вниз даже под действием пружины 6, и толкатель со штоком перемещается вхолостую.
Плунжерный топливоподкачивающий насос обычно совмещен с насосом 2 ручной подкачки топлива. Данный насос устанавливается на входе в основной топливоподкачивающий насос и приводится в действие вручную за счет перемещения поршня 3 со штоком. При движении поршня вверх под ним образуется разрежение, открывается впускной клапан, и топливо заполняет подплунжерное пространство.
В мощных грузовых дизелях применяются в основном коловратные топливоподкачивающие насосы (рисунок 3.). Ротор 7 насоса приводится во вращение от коленчатого вала двигателя. В роторе имеются прорези, в которые вставлены пластины 6. Одним (наружным) концом пластины скользят по внутренней поверхности направляющего стакана 8, а другим (внутренним) — по окружности плавающего пальца 5, расположенного эксцентрически относительно оси ротора.
При этом они то выдвигаются из ротора, то вдвигаются в него. Ротор и пластины делят внутреннюю полость направляющего стакана на камеры А, Б и В, объемы которых при вращении ротора непрерывно меняются. Объем камеры А увеличивается, поэтому в ней создается разрежение, под действием которого топливо засасывается из впускной магистрали.
Объем камеры В уменьшается, давление в ней повышается, и топливо вытесняется в нагнетательную полость насоса. Топливо, находящееся в камере Б, переходит от входного отверстия стакана к выходному. При повышении давления в нагнетательной полости до определенного уровня открывается редукционный клапан 2, преодолевая усилие пружины 7, и излишек топлива перепускается обратно во впускную полость насоса.
Поэтому в нагнетательной полости и выпускном трубопроводе поддерживается постоянное давление. Перед пуском, когда двигатель и, следовательно, основной топливоподкачивающий насос не работают, топливо через него может прокачиваться предпусковым топливоподкачивающим насосом.
Рисунок 3. Схема коловратного топливоподкачивающего насоса
1 — пружина редукционного клапана; 2 — редукционный клапан; 3 — перепускной клапан; 4 — пружина перепускного клапана; 5 — плавающий палец; 6 — пластина; 7 — ротор; 8 — направляющий стакан; А–В — камеры насоса
Перед пуском двигателя заполнение системы топливом и подача его к ТНВД осуществляются с помощью предпускового топливоподкачивающего насоса 10. Ранее были широко распространены насосы плунжерного и диафрагменного (мембранного) типов с ручным приводом.
Однако в настоящее время все чаще применяются центробежные крыльчатые насосы с приводом от электродвигателя, питаемого электрической энергией аккумуляторной батареи. Они обеспечивают более быструю прокачку топлива, не требуют затрат мускульной энергии механика-водителя и могут использоваться в качестве аварийных при отказе основного топливоподкачивающего насоса.
Очистка топлива от механических примесей и воды происходит в фильтрах грубой 9 и тонкой 3 очистки. Фильтр грубой очистки, устанавливаемый перед основным топливоподкачивающим насосом 8, задерживает частицы размерами 20… 50 мкм, на долю которых приходится 80…90 % массы всех примесей.
В настоящее время в силовых установках с дизелями применяют следующие типы фильтров грубой очистки: сетчатые, ленточно – и пластинчато – щелевые.
У сетчатых фильтров фильтрующим элементом является металлическая сетка. Из нее можно образовывать концентрические цилиндры, через стенки которых продавливается топливо, или дискообразные секции, нанизанные на центральную трубу с отверстиями в стенке, соединенную с выходным трубопроводом.
В ленточно – щелевом фильтре фильтрующим элементом служит гофрированный стакан с намотанной на него профильной лентой. Через щели между витками ленты, образованными за счет ее выступов, топливо из пространства, окружающего фильтрующий элемент, попадает во впадины между гофрированным стаканом и лентой, а затем — в полость между дном и крышкой стакана, откуда удаляется через выпускной трубопровод.
Фильтрующий элемент пластинчато-щелевого фильтра представляет собой полый цилиндр, составленный из одинаковых тонких кольцевых дисков с отгибными выступами. За счет этих выступов между дисками образуются зазоры. Топливо поступает к наружным и внутренним поверхностям цилиндра и, проходя через щели между дисками, очищается. Очищенное топливо через торцевые отверстия в дисках направляется в верхнюю часть фильтра к выходному отверстию.
https://www.youtube.com/watch?v=YnoyUgNzBkI
Очень часто фильтр грубой очистки совмещают с отстойником для воды, находящейся в дизельном топливе. В этом случае необходимо периодически отворачивать пробку отстойника для удаления из него скопившейся воды.
В фильтрах тонкой очистки в качестве фильтрующих элементов обычно используют картонные элементы типа «многолучевая звезда» или пакеты из картонных и фетровых дисков. Реже применяют каркасы с адсорбирующей механические примеси набивкой (например, минеральной ватой), каркасы с тканевой или нитчатой обмоткой и др.
Топливный насос высокого давления 5 предназначен для точного дозирования топлива и его подачи в форсунки 4 под необходимым давлением и в определенный момент. В рядных двигателях такой насос помещают сбоку от двигателя, на верхней половине его картера. У V-образных двигателей его устанавливают в развале цилиндров. Существует множество типов ТНВД.
На двигателях грузовых автомобилей особо широко применяются насосы с рядным расположением плунжерных пар, кулачковый вал приводит в действие один плунжер, подающий топливо только к одному цилиндру двигателя. Другая конструкция ТНВД с рядным расположением плунжерных пар может регулировать фазы впрыскивания в дополнение к изменению количества топлива.
Насос распределительного типа характеризуется механическим или электронным регулятором и интегральным устройством, управляющим углом опережения впрыскивания. Одноплунжерный насос распределительного типа с вращающимся плунжером обычно применяется для высокооборотных двигателей легковых автомобилей и малотоннажных грузовиков.
Центральный плунжер, приводимый в движение от кулачкового диска, создает давление и распределяет топливо по отдельным цилиндрам, а дозатор или электромагнитный клапан регулирует количество впрыскиваемого топлива. Насос распределительного типа с радиальным расположением плунжерных пар встречаются на дизелях с высокой частотой вращения коленчатого вала для легковых автомобилей и малотоннажных грузовиков с непосредственным впрыскиванием топлива.
Элементы насоса в обоих типах систем изготавливаются с высокой точностью для обеспечения продолжительного срока службы и стабильности работы, точного регулирования момента отсечки и количества впрыскиваемого топлива, а также равномерности дозирования по отдельным цилиндрам.
Имеются также насосы с рядным расположением плунжерных пар и распределительного типа, приводимые в действие от кулачкового вала двигателя. Другой концепцией впрыскивания топлива представляется система насос-форсунка, в которой насос и форсунка объединены в один узел.
Насосы с рядным расположением плунжерных пар
Каждый насос высокого давления с рядным расположением плунжеров имеет плунжерную пару для каждого цилиндра двигателя. Приводимый в движение двигателем кулачковый вал вызывает движение плунжера, повышающего давление топлива. Возврат его в первоначальное положение осуществляется пружиной.
Рисунок 4. Насос с рядным расположением плунжерных пар:
1- втулка нагнетательного клапана: 2 – опорный торец пружины: 3 – нагнетательный клапан: 4 – втулка плунжера: 5 – плунжер насоса; 6 – рычаг со сферической головкой; 7 – управляющая рейка; 8 – поворотная втулка; 9 – управляющий пояс плунжера: 10 – пружина плунжера: 11 – седло пружины: 12 – роликовый толкатель; 13 – кулачковый вал.
Рисунок 5. Регулирование подачи топлива в ТНВД с рядным расположением плунжерных пар
1 – из топливного канала: 2 – к форсунке: 3 – втулка: 4 – плунжер: 5 – нижняя регулирующая спиральная выемка: 6 – вертикальная канавка.
Количество подаваемого топлива регулируется посредством поворота плунжера – спиральная выемка изменяет его действительный рабочий ход. Активная работа насоса начинается, когда верхняя кромка плунжера закрывает впускное отверстие. Прорезь соединяет камеру выше плунжера с зоной ниже пространственной спиральной выемки.
Рисунок 6. ТНВД с рядным расположением плунжерных пар с механическим регулятором (центробежного типа):
1- топливный бак: 2 – регулятор: 3 – топливоподкачивающий насос; 4 – ТНВД; 5 – муфта опережения впрыскивания: 6 – привод от двигателя; 7 – топливный фильтр: 8 – перепускной канал: 9 – форсунка: 10 – линия возврата топлива; 11- пиния избыточного потока.
Для регулирования подачи топлива используются плунжеры с различными типами спиральных канавок. В плунжерах только с нижней спиральной канавкой начало подачи топлива всегда происходит при том же такте сжатия, а при вращении плунжера может изменяться опережение или запаздывание впрыска топлива.
Рядный ТНВД с дополнительной втулкой
Такой насос для управления углом опережения впрыскивания осуществляет регулировку закрытия отверстия (начало подачи топлива). Выпускное отверстие в корпусе насоса включено в золотник каждого плунжерно-втулочного комплекта. Управляющий вал с рычагами регулирует положение всех скользящих контактов одновременно посредством смещения скользящего контакта вверх или вниз, вводя опережение или запаздывание начала подачи топлива.
Поворот вала производится электромагнитным механизмом. Датчик перемещения иглы контролирует начало впрыскивания непосредственно в форсунке. Он передает соответствующий сигнал к ECU в целях регулирования тока возбуждения соленоида для достижения совместимости с заданными исходными величинами.
Рисунок 7. Рядный ТНВД с электронным управлением цикловой подачей топлива:
1 – рейка; 2- исполнительный механизм; 3 – кулачковый вал; 4 – датчик частоты вращения коленчатого вала; 5 – ECU. Входные/выходные величины: а – отключение при избыточной подаче; b – повышение давления; с – скорость движения автомобиля; d – температура (вода, воздух, топливо): е – изменение впускаемого количества топлива; f – скоростной режим: g – перемещение рейки; h – положение соленоида; i – индикатор расхода топлива и частоты вращения; к – диагностика; i- положение дросселя; m – заданный скоростной режим; n – сцепление, тормоза, торможение двигателем.
ТНВД распределительного типа (VE)
Такой насос применяется для 3, 4, 5 и 6- цилиндровых дизельных двигателей грузовых автомобилей мощностью до 20 кВт на цилиндр. Насосы распределительного типа для двигателей с непосредственным впрыском обеспечивают давление до 700 бар при частоте вращения до 2400 мин-1.
Насос распределительного типа включает только один плунжерно-втулочный комплект для питания всех цилиндров.
Рисунок 8. Плунжер с регулирующей втулкой:
а – начало подачи топлива; b- конец подачи топлива; 1 – регулирующая спиральная канавка; 2 – регулирующая втулка; 3 – выпускное отверстие; 4 – регулирующая канавка; 5 – плунжер насоса.
Плунжер не только создает требуемое давление топлива во время его рабочего хода, но и одновременно, вращаясь, распределяет его по отдельным выходным отверстиям. Во время одного оборота ведущего вала плунжер совершает количество тактов, равное числу цилиндров двигателя.
Ведущий вал вращает кулачковую шайбу и плунжер, с которым она соединена. Выступы на кулачковой шайбе обеспечивают осевое перемещение плунжера и его вращение (распределение и подачу топлива). Насос продолжает подачу топлива во время рабочего хода до тех пор, пока выпускное отверстие плунжера остается закрытым, и прекращает подачу топлива, как только выпускное отверстие совмещается с отверстием в регулирующей втулке. Регулятор определяет положение регулирующей втулки, которая перемещается на плунжере.
Рисунок 9. Рядный насос с регулирующей втулкой:
1 – плунжер насоса; 2 – контрольная втулка; 3 – управляющий шток регулирующей втулки; 4 – регулирующая рейка.
Распределительный насос с аксиальным плунжером
Такой насос представляет дальнейшее развитие концепции наддува в ранее рассмотренных насосах распределительного типа с электронным управлением. В нем добавлены: соленоидный клапан высокого давления; электронной блок управления (ECU); датчик угла поворота.
Рисунок 10. Роторный ТНВД распределительного типа с электромагнитным управлением:
1 – датчик (угла/времени); 2 – ECU; 3 – ротор; 4 – игла соленоидного клапана; 5 – кожух распределителя; 6 – соленоид управления давления: 7 – устройство для регулирования опережения впрыскивания топлива: 8 – радиально-плунжерный насос; 9 – управляющий электромагнитный клапан; 10 -обратный клапан.
Распределительный роторный ТНВД
Такие насосы предназначены для двигателей с непосредственным впрыском топлива с высокими рабочими характеристиками. Уровни давления со стороны насоса достигают 1000 бар, хотя соответствующие величины в распылителе могут повышаться до 1500 бар. Ввиду того, что кулачковый механизм имеет непосредственный привод, отклонения от заданных законов подачи топлива минимальны. Электромагнитное управление обеспечивает быстрое реагирование на открытие и закрытие плунжерной камеры.
Насос-форсунки с клапанным регулированием цикловой подачи
Новое поколение систем впрыскивания топлива на основе одного насоса, регулируемого по времени, для современных легковых и грузовых автомобилей с дизелями с непосредственным впрыском характеризуется модульной конструкцией; эти системы включают электронно-управляемый блок насос-форсунки (PDE) и блок насоса (PLD).
Рисунок 11. Блок насос-форсунки (РDЕ):
1 – пружина; 2 – корпус насоса; 3 – плунжер насоса; 4 – головка цилиндра; 5 – держатель пружины; 6 – стяжная гайка; 7 – статор; 8 – якорная пластина; 9 – игла соленоидного клапана; .10- стяжная гайка соленоидного клапана; 11 – заглушка канала высокого давления;
Электронно-управляемый блок насос-форсунки представляет собой одноцилиндровый ТНВД. Этот блок характеризуется интегральным соленоидным клапаном и предназначен для установки непосредственно на головке цилиндров дизеля. Кронштейны, работающие на растяжение, удерживают отдельные модули, которые имеют раздельные цепи подачи топлива для каждого из цилиндров двигателя.
Кулачок на распределительном валу приводит в действие индивидуальную для каждого цилиндра насос-форсунку непосредственно через коромысло или косвенно посредством штанги толкателя и коромысла. Быстродействующий соленоидный клапан, в соответствии с параметрами, определяемыми в программной карте двигателя, обеспечивает точную регулировку времени начала впрыска топлива и скорости потока.
В отключенном положении соленоидный клапан обеспечивает неограниченный проход потока топлива от насоса к цепи низкого давления системы. Соленоидный клапан включается во время хода подачи плунжера насоса, перекрывая перепускной клапан, таким образом, герметизируя цепь высокого давления.
Насос-форсунка используется при давлениях впрыскивания топлива до 160 МПа (180 МПа для перспективных моделей). Эта конструкция также может применяться для выборочного индивидуального отключения цилиндра (при частичных нагрузках).
Аккумуляторная топливная система типа “Common Rail”
Системы с аккумулятором делают возможным объединение системы впрыскивания топлива дизеля с различными дистанционно выполняемыми функциями и в то же время позволяют повышать точность управления процессом сгорания топлива. Отличительная характеристика системы с общим трубопроводом заключается в разделении узла, создающего давление, и узла впрыскивания. Это делает возможным повысить величину давления впрыскивания топлива.
Рисунок 12. Система впрыскивания с общей рейкой и аккумулятором давления:
1 – топливный бак; 2 – фильтр; 3 – топливоподкачивающий насос; 4 -насос высокого давления; 5 – редукционный клапан; 6 – датчик давления; 7- аккумулятор; 8 -форсунки; 9 – ввод данных от измерительных датчиков; 10 – ECU.
Основу системы составляет резервуар (аккумулятор). Этот резервуар включает компоненты распределительного трубопровода (общая рейка), линии подачи топлива и форсунки. Плунжерный насос высокого давления (линейный насос на грузовых автомобилях, радиальное плунжерное устройство на легковых автомобилях) создает давление; этот насос может предназначаться для работы при низких значениях крутящего момента в целях существенного уменьшения потребности в тяговом усилии.
Давление системы, создаваемое ТНВД, распространяется через аккумулятор и топливопроводы к форсунке. Форсунка обеспечивает подачу нужного количества топлива в камеру сгорания. В точно установленный момент ECU передает сигнал возбуждения к соленоиду форсунки, означающий начало подачи топлива. Количество впрыскиваемого топлива определяется периодом открытия распылителя и давлением в системе.
Форсунка служит для подачи топлива в цилиндр двигателя под высоким давлением в мелкораспыленном виде. Типичная форсунка (рисунок 13.) включает в себя корпус 5 с распылителем 3, направляющим штифтом 4 и накидной гайкой 2, иглу 1 распылителя со штоком 6, пружину 7 с опорной шайбой, регулировочным винтом 9 и втулкой 8, колпачковую гайку 10 и топливоприемный штуцер 12 с сетчатым фильтром 11.
Распылитель и игла должны быть очень точно подогнаны друг к другу. В верхней части распылителя имеются один кольцевой и несколько (чаще всего три) вертикальных топливных канала, а в нижней части — центральные входной и выходной каналы с распыляющими отверстиями.
Диаметр этих отверстий составляет 0,2…0,4 мм. Игла своим нижним конусным концом закрывает выходной канал. Распылитель плотно прикрепляется к корпусу-форсунки с помощью накидной гайки. Топливный канал корпуса соединяется с кольцевым каналом распылителя через его вертикальные каналы. Правильное положение распылителя относительно корпуса обеспечивает направляющий штифт.
Рисунок 13. Форсунка:
1 — игла распылителя; 2 — накидная гайка; 3 — распылитель; 4 — направляющий штифт; 5 — корпус форсунки; 6 — шток; 7 — пружина; 8 — втулка; 9 — регулировочный винт; 10 — колпачковая гайка; 11 — сетчатый фильтр; 12 — топливоприемный штуцер.
Топливо, подаваемое к форсунке по топливоприемному штуцеру, проходит через сетчатый фильтр и по топливным каналам корпуса верхней части распылителя поступает в его кольцевую полость. По достижении необходимого давления в этой полости, действующего кроме прочего на конический поясок иглы, она поднимается вверх, преодолевая сопротивление пружины.
После прекращения подачи топлива насосной секцией ТНВД и падения давления игла снова садится в свое седло, прекращая впрыскивание топлива. Просочившееся через неплотности топливо поступает в верхнюю часть форсунки и через отверстия в винте 9 и гайке 10 по специальному трубопроводу сливается в бачок 7 для сбора топлива.
Современные жесткие требования к уровню выбросов вредных веществ двигателями внутреннего сгорания вынудили конструкторов дизелей искать новые решения в области топливной аппаратуры для них. Дело в том, что даже самые совершенные ТНВД не могут обеспечить такого давления топлива, при котором оно распылялось бы настолько мелко, что могло бы полностью сгореть в камере сгорания.
Неполное сгорание приводит к большему расходу топлива, а самое главное — к повышению в отработавших газах концентрации вредных веществ, в частности сажи. В связи с этим в настоящее время для дизелей с непосредственным впрыском все чаще применяется так называемая аккумуляторная система питания топливом.
Основное отличие такой системы от «классической» заключается в наличии общей топливной рампы (аккумулятора давления), в которой во время работы двигателя создается очень высокое давление.
Топливная рампа соединена трубопроводами высокого давления с электронно-управляемыми топливными форсунками, иглы которых перемещаются с помощью электромагнитов по сигналам от компьютера (электронного блока) управления двигателем. Такая система питания топливом позволяет оптимизировать работу двигателя практически по всем параметрам.
