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

Подождите немного. Документ загружается.

Бак ФГО Бак

ФГО

bti

ТННД

ФТО

тнвд

—•

Форсунка

Карбюратор

Рис. 6.2. Структурные схемы топливных систем:

ТННД иТНВД- топливные насосы соответственно низкого и высокого давления; — по-

дача топлива; •

—

слив неиспользованного топлива

Угол поворота коленчатого вала до в.м.т., при котором подает-

ся искра (начинается впрыскивание топлива), называют углом опе-

режения зажигания (впрыскивания) 8.

Согласно результатам испытаний у каждого двигателя на любом

режиме работы есть оптимальный угол опережения зажигания

(впрыскивания) 6

0ПХ

(рис. 6.1), при котором мощность максималь-

на, а удельный расход топлива минимален. Поэтому в системе пи-

тания должны быть предусмотрены устройства для регулировки

угла опережения зажигания (впрыскивания).

Классификация систем питания. В дизелях системы питания де-

лят по следующим признакам:

по способу движения топлива

—

тупиковые и с циркуляцией топ-

лива;

типу механизма подачи

—

с объединенными насосом и форсун-

кой (насос-форсунка) и разделенными насосом и форсункой;

В двигателях с искровым зажиганием системы питания бывают

карбюраторные и с впрыскиванием бензина.

Компоновка топливных систем показана на рисунке 6.2. В дизе-

лях (схемы 7, 2) и двигателях с впрыскиванием бензина (схема 4)

очистка топлива двухступенчатая: топливо проходит через фильт-

ры грубой и тонкой очистки (ФГО и ФТО). ТННД в дизелях пода-

ет топлива в 1,5...2 раза больше, а в двигателях с впрыскиванием

бензина

—

5... 10

раз больше, чем может быть использовано. По-

этому часть топлива после ТНВД возвращается в бак или поступа-

ет в ТННД (система с циркуляцией топлива). Перепуск неисполь-

зованного топлива через бак и фильтры позволяет за час работы

несколько раз очистить весь запас топлива в баке.

В дизелях, скомпонованных по схеме 2, ТНВД объединен с

форсункой, и это устройство названо насосом-форсункой. У дизе-

лей бак, ФГО, ТННД и ФТО составляют часть низкого давления

системы питания. ТНВД и форсунки

—

часть высокого давления.

6.2. СИСТЕМА ПОДГОТОВКИ ВОЗДУХА. НАДДУВ ДВИГАТЕЛЕЙ

Способы очистки воздуха. В окружающем автомобиль воздухе

всегда присутствует пыль в количестве от 0,0001 до 0,1 г/м

(высо-

кая запыленность), а иногда даже до 2 г/м

(«нулевая видимость»).

При попадании в цилиндры пыль, смешиваясь с маслом, образует

абразивную пасту, которая резко повышает интенсивность изна-

шивания трущихся пар (цилиндр

—

поршень, поршень

—

кольца,

кольца

—

цилиндр). Поэтому воздух при подаче в цилиндры нуж-

но подготовить

—

очистить от пыли.

Для очистки воздуха применяют три способа:

фильтрацию

—

загрязненный воздух проходит через фильтрую-

щий элемент (чаще всего из специальной бумаги);

инерционный

—

движущийся с большой скоростью воздух резко

меняет направление. Под действием возникающих при этом цент-

робежных сил из потока воздуха к стенкам корпуса выбрасывают-

ся тяжелые механические примеси;

контактный —ъ процессе движения воздух контактирует с

липким веществом (маслом), к которому и прилипают механичес-

кие частицы.

Воздухоочистители. Приборы для очистки воздуха называют воз-

духоочистителями. Во всех воздухоочистителях использован комби-

нированный способ очистки. Однако по основному способу различа-

ют сухие и мокрые (в них применяют масло) воздухоочистители.

Требования к воздухоочистителям: высокая степень очистки

воздуха; малое сопротивление проходу воздуха, чтобы не снижать

наполнение цилиндров; простота конструкции и технического об-

служивания.

Сухие воздухоочистители применяют почти на всех автомоби-

лях. Их основой является одноразовый фильтр-патрон 9 (рис. 6.3),

в котором между крышками запрессованы края фильтровальной

бумаги. Для лучшей очистки и меньшего сопротивления воздуху

поверхность бумаги должна быть большой. Чтобы уменьшить раз-

меры фильтра, бумагу складывают гармошкой. Поверх гармошки

размещают обечайку из плотного картона для предохранения

фильтровальной бумаги от повреждений, а поверх фильтра-патро-

Рис. 6.3. Воздухоочистители двигателя

автомобилей ВАЗ:

7 —барашковая гайка; 2—шайба; 3—до-

полнительный фильтр; 4—уплотнительное

кольцо; 5—термопереключатель; 6— рычаг

переключателя; 7— приемный патрубок по-

догретого воздуха; корпус; Р—фильтр-

патрон; 10— крышка

на—дополнительный пороло-

новый фильтр 3. В таком виде

патрон устанавливают в корпу-

се 8 и закрывают крышкой 10,

стягивая барашковой гайкой 1.

Комбинированные воздухо-

очистители. В сельскохозяй-

ственных моделях двигателей

применяют многоступенчатую

систему очистки. Первая сту-

пень—воздухозаборник 1 (рис. 6.4, а), который поднят высоко

над кабиной. Воздух входит под колпак по касательной через его

нижние косые щели и закручивается с большой скоростью. Благо-

даря конической форме колпака скорость закрутки вверху увели-

чивается. Механические примеси отбрасываются к стенкам и че-

рез отверстия А выбрасываются наружу. На этой ступени приме-

нен инерционный способ очистки. Далее воздух идет по трубе 2 и

через гофрированное соединение 3.

Вторая ступень

—

сухой воздухоочиститель с двойным фильт-

ром-патроном 72 (рис. 6.4, б), который действует аналогично опи-

санному выше фильтру автомобиля ВАЗ.

Наддув двигателей. Мощность двигателя зависит прежде всего

от количества топлива, которое можно сжечь в цилиндре в тече-

ние одного цикла. Оно, в свою очередь, зависит от количества

воздуха, подаваемого в цилиндр при впуске. Если воздух нагнетать

в цилиндр под давлением, то масса его будет больше, следователь-

но, можно больше сжечь топлива. Такой способ подачи воздуха

называют наддувом. Двигатели без наддува часто называют двига-

телями со свободным впуском. При наддуве в цилиндры двигателя

подается дополнительное количество воздуха.

Наддув бывает принудительный, когда воздух нагнетается меха-

ническим насосом с приводом от коленчатого вала, и газотурбин-

ный (турбонаддув), когда воздушный насос приводится в действие

от газовой турбины, вращаемой отработавшими газами на выпуске

из цилиндра.

Принудительный наддув применяют очень редко, так как для

этого требуются дополнительные затраты энергии, а следователь-

но, и топлива.

Газотурбинный наддув наиболее распространен. Турбокомп-

рессор, состоящий из насосного 1 (рис. 6.5) и турбинного 5 колес,

устанавливают на двигателе. Отработавшие газы из цилиндра че-

рез выпускной коллектор поступают к турбине и вращают ее вал с

частотой

15... 100

тыс. мин

-1

. На одном валу с турбиной установле-

но насосное колесо (осевой компрессор), которое нагнетает воз-

дух во впускной коллектор. Наддув в зависимости от давления на-

гнетания бывает низкий (давление до 0,15 МПа), средний (до

0,22 МПа) и высокий (более 0,22 МПа).

Преимущества газотурбинного наддува: мощность двигателя

возрастает примерно пропорционально степени наддува (отноше-

нию давления после компрессора к атмосферному); КПД двигате-

ля увеличивается на 2...5 %; удельный расход топлива снижается

на 3...5г/(кВт-ч).

Недостатки: высокая стоимость системы (до

10... 15

% стоимос-

ти двигателя), обусловленная применением высоколегированных

жаростойких сталей и требованиями балансировки колес, враща-

ющихся с высокими скоростями; ухудшение приемистости* дви-

* Приемистость

—

свойство двигателя быстро реагировать на изменение на-

грузки.

Рис. 6.5. Турбокомпрессор ТКР-7:

—

конструктивная схема; б— схема работы; 7—колесо компрессора; 2

—

направляющий

аппарат; J—фиксатор; 4—корпус турбины; 5—турбинное колесо; б—тепловой экран; 7,

9— корпуса; 8— уплотнительное кольцо; 10— вал ротора; 77, 72

—

клапаны впускной и вы-

пускной

гателя (он дымит из-за нехватки воздуха для сгорания топлива в

момент разгона, так как при резком увеличении подачи топлива

турбина набирает скорость вращения не сразу); сильный шум на

высоких частотах (характерный свист); нагрев воздуха при высо-

кой степени сжатия, что приводит к снижению его плотности (для

устранения этого эффекта ставят дополнительный воздушный ра-

диатор).

Турбокомпрессор ТКР- 7 устанавливают на двигатели автомоби-

лей КамАЗ, КАЗ, ЗИЛ, ГАЗ. Он обеспечивает степень повышения

давления в 1,6...2,5 раза при температуре перед турбиной до

600 °С. На валу ротора 10 (см. рис. 6.5) установлены насосное 1 и

турбинное J колеса. Вал вращается во втулках. В спиральных ка-

налах (улитках) корпуса подшипников и корпуса турбины распо-

ложены диффузор компрессора и направляющий аппарат 2, кото-

рые служат для направления потока газов и повышения КПД тур-

бокомпрессора. За насосным колесом уплотнение обеспечивают

крышка и уплотнительное кольцо 8. За турбинным колесом уста-

новлен тепловой экран 6.

Колеса и спиральные каналы корпусов имеют специальную

профилированную форму, что обеспечивает эффективную работу

турбокомпрессора на всех режимах двигателя. Турбинное колесо

выполнено из жаропрочного сплава, насосное

—

из конструкци-

онной стали.

Марка турбокомпрессора означает следующее: ТКР —турбо-

компрессор роторный; 7

—

диаметр насосного колеса в сантимет-

рах.

6.3. СИСТЕМА ВЫПУСКА ОТРАБОТАВШИХ ГАЗОВ

Глушители. В глушителях используют два способа снижения

уровня звука: диссипативный и реактивный. Первый основан на

преобразовании звуковой энергии в тепловую за счет протекания

газов через перфорированные перегородки, которые дробят поток

газов и снижают его пульсацию. При реактивном способе исполь-

зуется ряд акустических камер (резонаторы), в которых энергия

шума гасится за счет изменения скорости движения отработавших

газов в разных по объему камерах, через которые они проходят.

Чаще всего используют комбинацию этих способов.

На автомобиле КамАЗ дополнительно установлен моторный

тормоз. При торможении автомобиля двигателем заслонка в вы-

пускном трубопроводе перекрывает выход отработавших газов,

что обеспечивает дополнительное сопротивление движению пор-

шней в цилиндрах. При этом автоматически выключается подача

топлива.

На автомобили сельскохозяйственного назначения обязательно

устанавливают искрогаситель, направляющий раскаленные час-

тички сажи на стенки и перегородки глушителя. В результате уда-

ра их энергия передается относительно холодным стенкам, и час-

тички гаснут.

Нейтрализаторы служат для снижения концентрации в отрабо-

тавших газах токсических компонентов. Основными токсически-

ми веществами в отработавших газах являются оксид углерода СО,

группа оксидов азота N0* (основной из них N0

) и углеводороды

Различают термические и каталитические нейтрализаторы. В

термических нейтрализаторах происходят полное восстановление

СО в С0

и догорание СН. Угарный газ СО обладает значительной

теплотой сгорания, но горит при температуре выше 700 °С. Для

его сжигания в термоизолированной камере подогревают (при не-

обходимости) отработавшие газы и подают в нее дополнительную

порцию свежего воздуха. Применение дополнительной подачи

топлива для подогрева и нагнетание воздуха приводят к увеличе-

нию расхода топлива до 15 %.

Наиболее распространены каталитические нейтрализаторы.

Они основаны на понижении энергии, выделяющейся при хими-

ческих процессах окисления токсических веществ, за счет приме-

нения катализаторов (платины, палладия, родия).

Каталитические нейтрализаторы делят по следующим призна-

кам: по типу

—

окислительные (для СО и СН), восстановительные

(для N0*) и трехкомпонентные; назначению

—

главные и пуско-

вые; исполнению

—

одно- и двухкамерные; материалу носителя

—

с керамическим или металлическим носителем; по типу катализа-

тора

—

с благородными металлами и обычными материалами.

Чаще всего применяют трехкомпонентные нейтрализаторы,

которые нейтрализуют все три токсина (СО, СН и NO

). Эти ней-

трализаторы наиболее эффективно работают с Л-зондами, однако

и без них способны снизить выбросы токсинов на 50%. А,-Зонд

(Я-датчик)

—

это прибор, позволяющий определить в отработав-

ших газах количество свободного кислорода. По полученным дан-

ным электронный микропроцессор определяет коэффициент из-

бытка воздуха а.

Эффективная работа каталитического нейтрализатора соответ-

ствует очень узкому диапазону значений а = 0,98...1 (рис. 6.6, а).

Эту эффективность можно оценить по степени преобразования

компонентов:

К = (С^С

)/С

где С\ и С

—

концентрации компонента на входе в нейтрализатор и выходе из

него.

При отклонении состава смеси от указанной зоны эффектив-

ность действия нейтрализатора резко падает. Чтобы обеспечить

такой узкий диапазон состава смеси, устанавливают Х-датчик, по

сигналам которого микропроцессор обеспечивает нужную подачу

топлива форсунками. Сам Х-датчик также настроен на очень уз-

кую зону состава смеси (рис. 6.6, б). Микропроцессор совместно с

Я-датчиком поддерживает состав смеси а ~

с точностью ±1 %.

Рис. 6.6. Характеристики эффективности нейтрализатора (а) и Х-датчика (б):

U — выходное напряжение X-датчика

Устройство каталитического нейтрализатора. В металличес-

ком корпусе его находится носитель, покрытый активным катали-

тическим слоем. Носитель может быть насыпной и монолитный

керамический или металлический. Чаще всего применяют моно-

литные нейтрализаторы из термостойкой керамики. В их корпусе

выполнены каналы квадратного сечения. В разных конструадиях

на 1см

приходится 31, 46, 62, 93 канала. Поверхности каналов

покрыты тонкой пленкой катализатора

—

платиной, палладием,

родием. Соотношение платины и родия 5 : 1. На один нейтрализа-

тор требуется 1,5...3 г благородных металлов. Платина способству-

ет окислительным процессам (переводу СО в С0

), родий

—

вос-

становлению азота из его оксидов. Слоем благородных металлов

покрывают предварительно нанесенный на керамику слой из ок-

сида алюминия, который увеличивает эффективную поверхность

катализатора и стимулирует ускорение реакций.

Чтобы повысить сопротивление керамики ударным нагрузкам,

а также компенсировать больше, чем у керамики, термическое

расширение, между корпусом и перегородками помещают набив-

ку из высоколегированной проволоки.

Нормальная работа нейтрализаторов происходит при темпера-

туре 250 °С, т. е. после длительного прогрева двигателя. Наиболее

эффективно они работают при 400...800°С. При более высокой

температуре происходит спекание промежуточного слоя с катали-

затором.

Разработаны нейтрализаторы с носителем из жаропрочных аус-

тенитных сталей, легированных хромом, алюминием, цирконием

и кальцием. Фольга из этой стали толщиной 0,04...0,05 мм сверну-

та в рулон, который припаян к металлическому корпусу. Эти ней-

трализаторы имеют следующие преимущества: быстрый прогрев

до рабочей температуры, статическую и динамическую прочность,

термическую стойкость, малое гидравлическое сопротивление.

Чтобы обеспечить эффективную работу нейтрализатора, нужно

выполнить следующие условия: поддерживать в необходимых пре-

делах коэффициент избытка воздуха, работать в определенном ди-

апазоне температур отработавших газов, не превышать заданного

соотношения объема отработавших газов и объема нейтрализато-

ра. При нарушении состава смеси, например при выходе из строя

одной из свечей зажигания, в нейтрализатор пойдет обогащенная

смесь, которая будет гореть в нем. Это может привести к выходу

нейтрализатора из строя.

6.4. СИСТЕМА ПИТАНИЯ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ ТОПЛИВА

Топливные баки необходимы для создания запаса топлива. Их

объем определяют обычно из расчета пробега автомобиля

500...600 км при полной нагрузке. Бак имеет заливную горловину с

крышкой, выходной штуцер, через который отбирается топливо,

перегородки, снижающие взбалтывание топлива и образование

пены при толчках автомобиля, и дыхательную систему. Забор топ-

лива для питания двигателя происходит с уровня на 4...5 см выше

дна бака. В баках автомобилей с дизелями предусмотрен штуцер

для слива отстоя. Дыхательная система бака грузовых автомобилей

состоит из двух клапанов в крышке: воздушного, поддерживающе-

го атмосферное давление в баке при понижении уровня топлива, и

парового, который выпускает пары топлива при нагреве баков. В

баке легковых автомобилей вместо клапанов установлена вентиля-

ционная трубка.

Топливные насосы низкого давления (подкачивающие) служат

для подачи топлива из бака к двигателю. Они должны обеспечить

подачу нужного количества топлива под давлением, обеспечиваю-

щим преодоление сопротивления фильтров. Это давление состав-

ляет 0,12...0,15 МПа. Производительность насосов в 2...

раз пре-

вышает подачу топлива в цилиндры. В двигателях с впрыскивани-

ем бензина насос должен обеспечить работу форсунок при давле-

нии 0,3...0,5 МПа.

На двигателях применяют насосы низкого давления поршнево-

го, диафрагменного и роторного типов.

Схема работы топливных насосов. Насос поршневого типа пред-

ставляет собой цилиндр, в котором движется поршень 4 (рис. 6.7, а).

Под действием эксцентрика

через ролик 2 и толкатель 3 он пере-

мещается в одну сторону, а обратно

—

пружиной. При движении

поршня вниз (рис. 6.7, а, 7) топливо в полости под плунжером зак-

рывает впускной клапан 6, открывает выпускной клапан J и по-

ступает частично в выходную магистраль, а основная его часть

—

полость А. При движении поршня вверх (рис. 6.7, а, 77) клапан 5

закрывается, а клапан б под действием разрежения открывается, и

полость под плунжером заполняется топливом. Из полости А пор-

шень топливо вытесняет в нагнетательную магистраль. Такая сис-

тема двойной подачи снижает пульсацию давления. При повыше-

нии давления в выходной магистрали (например, при засорении

фильтров, которые стоят в системе дальше) насос выполняет фун-

кцию предохранительного клапана: давление в полости А отжима-

ет поршень вниз, исключая его движение под действием эксцент-

рика. Подача прекращается, пока давление не снизится.

Насос диафрагменного типа (рис. 6.7, б). Его диафрагма 4зажата

между двумя половинками корпуса 7. Под действием эксцентрика

(на схеме не показан) через толкатель

<?,

рычаг 7и шток 6диафрагма

прогибается вниз. В обратную сторону она выгибается под действи-

ем пружины 5. При прогибе диафрагмы вниз (рис. 6.7, б, 77) откры-

вается впускной клапан 3 и закрывается нагнетательный клапан 2.

Топливо заполняет полость Б. При движении диафрагмы вверх (см.

рис. 6.7, б,

под действием пружины топливо вытесняется из поло-

сти Бчерез открывшийся нагнетательный клапан в выходную маги-

5 6

Вых

Вх

Вых

Рис. 6.7. Схемы работы топливных

насосов:

Вх а— поршневого типа: /—эксцентрик; 2—

ролик; J —толкатель; 4—поршень; 5—вы-

пускной клапан; б—впускной клапан; б—

диафрагменного типа: /—корпус; 2—нагне-

тательный клапан; 3— впускной клапан; 4—

диафрагма; 5—пружина; б—шток; 7—ры-

чаг; 8— толкатель; /—нагнетание; //— вса-

сывание; А, Б— полости; в

—

роторного типа:

—

корпус; 2— ротор; 3

—

ролики

страль и одновременно под колпак в полость А. При этом клапан 3

закрыт. При давлении в полости А и магистрали выше допустимого

диафрагма прогибается вниз и рычаг 7 перестает передавать на нее

воздействие эксцентрика. Подача топлива прекращается до паде-

ния давления ниже допустимого. Полость А служит демпфером для

снижения колебаний подачи топлива.

Насос роторного типа (рис. 6.7, в). Внутренняя полость корпуса

1 насоса выполнена в виде эллипса. В нем вращается ротор 2. В

пазах ротора установлены ролики 3. При вращении ротора они

прижимаются к корпусу под действием центробежной силы. Зах-

ватывая топливо в широкой полости, ролики переносят его в су-

жающуюся полость, благодаря чему его давление нарастает, и вы-

тесняют топливо в нагнетательную магистраль Вых.

Устройство насосов низкого давления. Поршневые насосы уста-

навливают обычно на дизелях (КамАЗ, КАЗ, ЗИЛ-645). Они рабо-

тают при давлении 0,12...0,15 МПа. Привод насоса осуществляется

от эксцентрика (или кулачка) кулачкового вала топливного насоса

высокого давления. В корпусе 4(рис. 6.8, а) поршень 77совершает

движение под действием толкателя 7, штока 2, центрируемого на-