Богатырев А.В., Есеновский-Лашков Ю.К. и др. Автомобили

Подождите немного. Документ загружается.

10 11 12 13 15 16 17

Рис. 7.7. Схема топливной системы двигателя, работающего на сжиженном газе:

—

проставка; 2— фильтр-отстойник; 3

—

топливный насос; 4, 5—карбюраторы-смесители;

6, 10, 77 —газопроводы; 7, 9— шланги от системы охлаждения; испаритель; 72—эконо-

майзер; 13

—

редуктор; 14— фильтр с электромагнитным клапаном; 75—входной штуцер; 76,

77— манометры; 18— магистральный вентиль; 19—бензобак; 20— баллон; 27

—

газовый вен-

тиль; 22— жидкостный вентиль

навливают переключатель вида топлива в положении «О» до пол-

ной выработки бензина из поплавковой камеры (двигатель начнет

работать с перебоями). После этого переключатель устанавливают

в положение «Газ». Перевод с газа на бензин проводят в обратном

порядке.

Техническое обслуживание. При ЕТО осматривают и проверяют

все соединения, баллоны и вентили, сливают отстой из редуктора

низкого давления, проверяют отсутствие подтеканий бензина.

При ТО-1 дополнительно проверяют действие предохранитель-

ного клапана, снимают и очищают фильтрующие элементы. Азо-

том или сжатым воздухом проводят опрессовку (нагнетание до оп-

ределенного давления и выдержку по времени) всей системы.

Проверяют работу двигателя на холостом ходу при использовании

как бензина, так и газа.

При ТО-2 дополнительно регулируют редукторы и предохра-

нительный клапан на требуемое давление, проверяют манометры.

Проверяют и регулируют аппаратуру на токсичность работы дви-

гателя.

При сезонном обслуживании дополнительно к операциям ТО-2

сливают отстой и промывают бак. Один раз в три года проводят

освидетельствование (проверку в Гостехнадзоре) газовых балло-

нов.

110

Все работы проводят после перекрытия расходных вентилей

баллонов, израсходовав или выпустив газ из системы. Запрещает-

ся подтягивать соединения и крепления, а также ремонтировать

аппаратуру при наличии в системе газа под давлением.

Контрольные

вопросы и задания

1. Перечислите марки бензинов и дизельных топлив. Что определяет марка

бензина для применения его на двигателе? 2. Что такое карбюрация топлива?

3. Что такое а, какой состав смеси необходим на основных режимах работы двига-

теля? 4. Перечислите основные части простейшего карбюратора. 5. Чем различа-

ются действительная и желаемая характеристики простейшего карбюратора? 6. За-

чем нужны компенсационные колодцы и воздушные жиклеры в карбюраторе?

7. Что такое экономайзер, эконостат? 8. Для чего предназначены поплавковая ка-

мера и игольчатый клапан? 9. Объясните работу карбюратора на основных режи-

мах двигателя. 10. Перечислите неисправности карбюратора и способы их устра-

нения. 11. Перечислите составные части системы питания на газе (на сжатом или

сжиженном). 12. Для чего предназначены редукторы высокого и низкого давле-

ний? 13. Повторите правила техники безопасности при работе с газовой аппарату-

рой.

Глава 8

СИСТЕМА ПОДАЧИ ТОПЛИВА ДИЗЕЛЕЙ

8.1. СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕ В ДИЗЕЛЯХ

Требования к подготовке смеси. В отличие от бензиновых двига-

телей, где смесь готовится сначала в карбюраторе, а затем во время

процессов впуска и сжатия, в камеры сгорания дизелей топливо

подается в конце такта сжатия за 10...20° до в.м.т. и за

0,002....0,01 с должно перемешаться с воздухом и сгореть. Это вре-

мя в 5...

раз меньше, чем у карбюраторного двигателя. Сгорание

происходит достаточно быстро, дизель работает «жестко», в 2...3

раза жестче бензинового двигателя. Жесткость работы двигателя

Ж = d/?/dcp

—

это скорость нарастания давления dp по углу поворо-

та dcp коленчатого вала. Поэтому требования к системе смесеобра-

зования дизелей намного выше.

В связи с очень малым временем смесеобразования в дизелях

для более полного сгорания топлива в цилиндры вводят воздуха

больше, чем в бензиновых двигателях,

—

коэффициент избытка

воздуха а= 1,4...2,2.

Смесеобразование должно обеспечить равномерное перемеши-

вание топлива с воздухом, постепенное сгорание топлива во вре-

мени, полное использование всего воздуха в камере сгорания при

минимально возможном значении а, а также максимально мягкую

работу дизеля.

Перечисленные требования во многом выполняются за счет

выбора формы камеры сгорания. Различают разделенные и нераз-

деленные камеры сгорания.

111

Рис. 8.1. Камеры сгорания дизелей:

а —вихревая (фирмы «Перкино); дельтовидная (в двигателе

Д-245); в

—

тороидальная (в автомобилях КамАЗ); 1

—

вставка вих-

ревой камеры; 2— головка цилиндров; 3— форсунка; А

—

полость

вихревой камеры; />

—

полость в поршне

Разделенные камеры применяют двух типов: с вихревой каме-

рой и предкамерой. Первые широко применяют в дизелях легко-

вых автомобилей, вторые

—

на грузовых и других тяжелых маши-

нах.

Рассмотрим вихревую камеру. В головке цилиндров выполне-

на шаровая полость А (рис. 8.1, а)

—

вихревая камера, соединен-

ная каналом с основной камерой (полостью Б) над поршнем.

При движении поршня вверх во время сжатия воздух с большой

скоростью входит в вихревую камеру по касательной к ее стен-

кам, в результате чего закручивается со скоростью до 200 м/с. В

этот вихрь воздуха температурой 700...900 К форсунка 3 впрыс-

кивает топливо. Топливо воспламеняется, давление повышается,

и газы с недогоревшим топливом по каналу выбрасываются в ос-

новную камеру, где происходит догорание оставшегося топлива.

Объем вихревой камеры составляет 40...60 % общего объема ка-

меры сгорания.

Неразделенные камеры сгорания применяют в основном на ди-

зелях грузовых автомобилей. Выемки в поршне образуют форму

камеры в виде тора или усеченного конуса

—

дельтовидная и торо-

идальная камеры (рис. 8.1, б и в). Во время движения поршня

вверх при сжатии воздух в углах выемки закручивается с большой

скоростью. Форсунки впрыскивают часть топлива (до 60%) в

объем навстречу движению воздуха, остальную часть

—

на стенки

поршня. Топливо воспламеняется от высокой температуры возду-

112

ха в объеме и по мере испарения со стенок поршня. Это смесеобра-

зование объемно-пленочное.

Оценка двигателей с различными камерами сгорания. Вихревые

камеры (разделенные) менее чувствительны к составу топлива и

работают в более широком диапазоне частот вращения по сравне-

нию с неразделенными камерами. Форсунки в них работают при

меньшем давлении, а следовательно, не требуют столь высокой

точности изготовления и потому дешевле. Однако при использо-

вании неразделенных камер экономичность двигателя выше, его

пусковые качества лучше (особенно холодного двигателя). Удель-

ный расход топлива двигателей с неразделенными камерами сго-

рания составляет 210...240г/(кВт-ч), с вихревыми —250...270 г/

(кВт

•

ч).

Существуют двигатели с пленочным смесеобразованием (фирма

MAN и др.), где топливо подается на стенки поршня и по мере

испарения сгорает. Работа таких двигателей «мягче», а экономич-

ность выше.

8.2. ФОРСУНКИ

Назначение и классификация форсунок. Форсунка предназначе-

на для дробления топлива до мелкодисперсного состояния и пода-

чи его в камеру сгорания. Условия работы форсунок очень тяже-

лые. Впрыскивание начинается при температуре в камере сгора-

ния 700...900 К и давлении 3...6 МПа, а заканчивается при еще

больших значениях (до T

= 2000 К и p

10... 11

МПа).

К форсунке предъявляют следующие требования:

высокая степень дробления топлива на капли, так как чем

меньше диаметр капель, тем больше их общая поверхность, быст-

рее нагрев и сгорание, но меньше длина факела топлива;

обеспечение ддины факела до краев камеры сгорания, поэтому

капли не должны быть очень мелкими

—

средний размер их

30...50 мкм;

распределение топлива по всему объему камеры сгорания;

резкое начало впрыскивания и резкое прекращение процесса.

Различают форсунки открытые и закрытые. Открытые форсун-

ки обеспечивают постоянную подачу топлива. В дизелях применя-

ют закрытые форсунки, которые открываются только в момент

подачи топлива в камеру сгорания. Закрытые форсунки применя-

ют двух типов: одно- и многодырчатые. Первые устанавливают на

двигателях с вихревыми, вторые —с неразделенными камерами

сгорания.

Многодырчатая форсунка. Основная часть форсунки

—

распы-

литель. Он состоит из корпуса 1 (рис. 8.2, а) и иглы 2. Распыли-

тель притянут к корпусу 4 форсунки накидной гайкой 3. Сверху на

иглу давит пружина 14 (рис. 8.2, б). Топливо в полость Б форсунки

113

Рис. 8.2. Схема работы форсунки (а), форсунка серии 33 (б) и распылитель штиф-

товой форсунки (в):

1— форсунка закрыта; //—открыта; А

—

сопло; Б

—

нагрузочная камера (полость); В

—

топ-

ливный канал; Г— нагрузочный поясок; Д— запорный поясок; /

—

корпус распылителя; 2

—

игла; 3

—

гайка; -/—корпус форсунки; 5— проставка; 6

—

установочные штифты; 7— штанга;

8— уплотнительное кольцо; 9— штуцер; 10— фильтр; 11

—

уплотняющая втулка; 12— регули-

ровочные прокладки; 13

—

упорная прокладка; 14— пружина; 15— штифт распылителя

подается по каналу В. Когда нет подачи топлива насосом (рис. 8.2,

а, 7), давление в полости 5 составляет 2...4 МПа. Оно давит на на-

грузочный поясок Г иглы, но его сила меньше силы пружины, ко-

торая прижимает иглу к распылителю. Игла запорным конусом Д

перекрывает выходные отверстия (сопла) А.

При подаче топлива насосом (рис. 8.2, а, II) сила давления топ-

лива на поясок /"становится больше силы пружины, игла подни-

мается и через сопло А с большой скоростью топливо впрыскива-

ется в камеру сгорания. После окончания подачи давление падает,

пружина возвращает иглу на место. Игла перекрывает сопло,

впрыск прекращается.

Подъем иглы ограничен упором ее верхних заплечиков в кор-

пус форсунки и составляет 0,2...0,25 мм.

Качество дробления топлива зависит от скорости его движения

через сопла. По уравнению Бернулли скорость жидкости, прохо-

дящей через сопла,

у = ц/

с>

/2Д/?/р

где ц

—

коэффициент; ^

—

суммарное проходное сечение сопел;

Ар

—перепад

давлений топлива р

и газов р

в камере сгорания; р

—

плотность топлива.

Итак, скорость зависит от перепада давления топлива. При

нормальном режиме скорость струи топлива составляет

200...400 м/с. Для этого нужен перепад давления

5... 10

МПа. Сле-

довательно, давление топлива должно быть на 10...20 МПа боль-

ше, чем в цилиндре, в котором в это время давление составляет

3...5 МПа. Чтобы обеспечить работу при таком давлении, корпус

распылителя и игла выполнены очень точно и притерты друг к

другу. Такие пары деталей называются прецизионными. Эти дета-

ли не раскомплектовываются

—

при выходе из строя одной заме-

няют обе.

Многодырчатые форсунки устанавливают на двигателях

КамАЗ-740 (форсунка серии 33), Д-245 (форсунка ФД-22), ЗИЛ-645

и ЯМЗ-240 (форсунка Б2СБ), ЯМЭ-238 (форсунка серии 80) и

других двигателях с неразделенными камерами сгорания.

На рисунке 8.2, б показана форсунка серии 33 двигателя

КамАЗ-740. К корпусу 4 накидной гайкой 3 притянут распылитель

1 с иглой 2. Распылитель имеет четыре сопловых отверстия диа-

метром 0,3 мм. На иглу через штангу 7давит пружина 14. Топливо

от насоса подается в полость форсунки через штуцер Р, в котором

установлен контрольный фильтр 10. Верхнее отверстие в корпусе

служит для отвода в бак топлива, просочившегося через зазоры

пары распылитель

—

игла. Штифты 6 определяют точное положе-

ние распылителя относительно корпуса и топливных каналов.

Прокладками 72, /Урегулируют натяжение пружины, которое оп-

ределяет давление начала открытия форсунки. Оно должно быть

115

18 МПа (для новых форсунок

—

до 20 МПа). Форсунки устанавли-

вают в специальные гнезда головки цилиндров и закрепляют ско-

бами. Уплотнительное кольцо 8 предохраняет полость клапанной

крышки от попадания пыли и влаги.

Однодырчатая форсунка. Распылитель 1 (рис. 8.2, в) этих форсу-

нок, устанавливаемых в вихревых камерах сгорания, имеет одно

сопло. Конец иглы 2 выполнен в виде штифта 15 конусной фор-

мы, выступающего за пределы корпуса распылителя. Такие фор-

сунки часто называют штифтовыми. Штифт служит для формиро-

вания факела топлива в виде конуса. Форсунка работает аналогич-

но описанной выше.

8.3. ПЛУНЖЕРНЫЕ ПАРЫ. НАГНЕТАТЕЛЬНЫЕ КЛАПАНЫ

Плунжерная пара рядного топливного насоса. В зависимости от

нагрузки двигатель должен развивать различную мощность, кото-

рая прежде всего зависит от количества подаваемого топлива, каче-

ства его сгорания и момента подачи топлива. В соответствии с этим

необходимо обеспечить выполнение следующих требований: 1) по-

дачу при высоком давлении (большем, чем требуется для открытия

форсунки); 2) регулирование цикловой подачи топлива; 3) регули-

рование момента начала подачи. Все эти функции выполняет топ-

ливный насос высокого давления (ТНВД), основой которого явля-

ется плунжерная пара. Плунжерная пара представляет собой порш-

невой (плунжерный) гидронасос и состоит из двух деталей: плунже-

ра 3 (рис. 8.3) и втулки 4. Эти детали прецизионные. Зазор в новой

плунжерной паре составляет 1...3мкм. Каждая плунжерная пара

подобного типа работает с одной форсункой.

Втулка имеет два окна: верхнее

—

впускное В и нижнее

—

пере-

пускное Б. На плунжере выполнена канавка специального профи-

ля, верхний край которой острый

—

отсечная кромка А. Сверху в

плунжере сделано сверление, соединяющееся с этой канавкой.

Плунжер движется вверх под действием кулачка 7, а вниз

—

под

действием пружины (на рисунке не показана). На выходе из плун-

жерной пары установлен нагнетательный клапан 5.

Когда плунжер находится в нижнем положении (рис. 8.3, /),

топливо поступает в полость Г из впускного окна под давлением

0,12...0,15 МПа, которое создает подкачивающий насос. При на-

бегании кулачка 1 на ролик толкателя 2 плунжер начинает дви-

гаться вверх, при этом часть топлива выходит обратно во впускное

окно (рис. 8.3,II).

Когда плунжер перекроет впускное окно (рис. 8.3, III), топливо

в полости Г окажется запертым, что приведет к резкому нараста-

нию давления

—

это момент начала нагнетания. Хорошая плун-

жерная пара обеспечивает давление 50...70 МПа. Дальнейшее дви-

жение плунжера приводит к открытию нагнетательного клапана 5,

116

/ // /// IV

Рис. 8.3. Схема работы плунжерной пары насоса родного типа:

/—впуск топлива (наполнение); II— начало движения плунжера вверх; ///—момент начала

нагнетания; IV— момент отсечки подачи; Л— отсечная кромка; Б

—

перепускное окно; В—

впускное окно; Г— надплунжерное пространство; Д— разгрузочный поясок; Е— запорная

часть клапана; /

—

кулачок; 2

—

толкатель; 3

—

плунжер; 4

—

втулка плунжера; 5

—

нагнета-

тельный клапан; 6— пружина клапана

и топливо идет к форсунке

—

это момент начала подачи. По време-

ни моменты начала нагнетания и начала подачи почти совпадают,

поэтому далее будем применять термин «момент начала подачи».

При дальнейшем движении плунжера отсечная кромка А откро-

ет перепускное окно (рис. 8.3, IV), в котором давление составляет

0,11

...0,12 МПа. Топливо из полости Гпод действием перепада дав-

ления (Ар = 50

—

0,11 = 49,89 МПа) по сверлению в плунжере и от-

сечной канавке начнет перетекать в перепускное окно Б. Давление

в полости Г резко падает. Нагнетательный клапан 5 садится в гнез-

до. Подача топлива прекращается

—

это момент конца подачи топ-

лива (отсечка подачи). Плунжер продолжает двигаться дальше, но

подачи топлива нет, оно перетекает в перепускное окно.

117

Ход плунжера, соответствующий расстоянию от начала пере-

крытия впускного окна до начала открытия перепускного окна,

называется активным или рабочим. Его значение для разных насо-

сов при полной подаче 0,8...2 мм.

Таким образом, первое требование

—

подача топлива при высо-

ком давлении

—

выполняется за счет малого зазора в плунжерной

паре и скорости движения плунжера (в момент начала подачи она

превышает 1,6 м/с).

Второе требование

—

регулирование цикловой подачи. При по-

вороте плунжера вокруг оси начало подачи происходит в одно и то

же время (перекрытие верхней кромкой плунжера впускного

окна), но отсечная кромка подходит к перепускному окну по-раз-

ному, а потому конец подачи может произойти раньше или позже.

Соответственно объем топлива будет подан меньше или больше.

Таким образом, регулирование цикловой подачи во время работы

двигателя осуществляется поворотом плунжера вокруг оси.

Третье требование

—

регулирование момента начала подачи.

Если удлинить плунжер, то момент перекрытия впускного окна

произойдет раньше, подача начнется раньше и наоборот. При ре-

гулировке изменяют не длину плунжера, а длину толкателя, у ко-

торого есть регулировочный винт.

Применяют и другой способ: приподнимают или опускают

втулку плунжера. Угол поворота кулачка, соответствующий мо-

менту начала подачи, называется углом опережения начала подачи.

Его отсчитывают от оси кулачка при его вертикальном положе-

нии. Поэтому регулировка называется регулировкой угла начала по-

дачи. У каждой модели насоса конкретное значение этого угла,

который регулируют при ремонте или техническом обслуживании

в мастерских.

Плунжерная пара топливного насоса распределительного типа. На

многих дизелях легковых автомобилей применяют насосы распре-

делительного типа, обеспечивающие работу нескольких форсунок

(цилиндров) от одной нагнетательной секции. Эта нагнетательная

секция состоит из трех прецизионных деталей: плунжера 7

(рис. 8.4, а), втулки 3 и дозатора 2. Плунжер движется вверх под

действием кулачка или специальной профильной шайбы с высту-

пами, имеющими профиль кулачка, а обратно

—

под действием

пружины. Число кулачков (выступов на шайбе) равно числу ци-

линдров. Во время работы плунжер совершает возвратно-поступа-

тельное и вращательное движение.

При движении плунжера вниз (рис. 8.4, а, 7) через впускное

окно Вп в полость В над плунжером поступает топливо (через ФТО

от подкачивающего насоса). При движении вверх (рис. 8.4, а, II)

плунжер перекрывает впускное окно

—

наступает сжатие топлива.

В этот момент распределительная проточка /"подходит к каналу Ф2,

по которому топливо подается ко второй форсунке (рис. 8.4, а),

—

это момент начала подачи.

118

/ II III IV

Рис. 8.4. Схема действия плунжерной пары насоса распределительного типа:

о —действие плунжерной пары; б

—

положения распределительной проточки плунжера при

подаче топлива к форсункам; /—процесс наполнения; //

—

процесс нагнетания и распределе-

ния; III

—

момент окончания подачи (отсечка подачи); IV— последующее движение плунжера;

—

полость низкого давления; Б— канал в плунжере; В

—

нагнетательная полость; Г— рас-

пределительная проточка; Д

—

отсечной канал; Вп — впускное окно; ф/, Ф2— каналы к пер-

вой и второй форсункам; /

—

плунжер; 2

—

дозатор; 3— втулка плунжера

Подача происходит до тех пор, пока отсечной канал Д не вый-

дет за обрез дозатора 2 (рис. 8.4, а, III). Давление в полости А со-

ставляет 0,12...0,15 МПа, а над плунжером —до 50 МПа, из-за

чего давление в полости В резко падает

—

это момент отсечки по-

дачи. Перемещение плунжера от момента перекрытия впускного

окна до выхода отсечного канала из-под дозатора - активный (ра-

бочий) ход плунжера.

При дальнейшем движении (рис. 8.4, а, IV) плунжер вытесня-

ет топливо из полости В, которое по каналу Б и отсечному кана-

лу Д перетекает в полость А, а из нее на вход к подкачивающему

насосу.

Через пол-оборота плунжер при следующем ходе вверх повер-

нется распределительной проточкой к каналу Ф] первой форсун-

ки, и подача начнется в нее. Данная схема применима к двухци-

119