Лекция 18. Общее устройство и работа системы питания дизельного двигателя.

Лекция 18. Общее устройство и работа системы

питания дизельного двигателя.

Дизели — двигатели с внутренним смесеобразованием. В ци­линдры дизеля воздух и топливо подаются раздельно и, смешива­ясь в них с отработавшими газами, образуют рабочую смесь. При этом процесс смесеобразования совершается за очень малое вре­мя (порядка 0,001 с).

Топливо для дизелей. Дизельное топливо имеет следующие ос­новные марки:

Л — летнее топливо, предназначено для работы двигателя при температуре окружающего воздуха выше 0 °С;

3 — зимнее топливо, предназначено для работы двигателя при температуре окружающего воздуха от 0 до -30 "С;

А — арктическое, предназначено для работы двигателя при температуре окружающего воздуха ниже -30 °С.

Температура замерзания дизельного топлива должна быть на 10... 15 °С ниже температуры окружающего воздуха района экс­плуатации. Чем ниже температура замерзания топлива, тем на­дежнее работа дизеля.

Температура воспламенения дизельного топлива составляет 300... 350 °С.

Качество дизельного топлива оценивается цетановым числом, которое условно принято равным 100 единицам.

Цетан — быстровоспламеняющееся топливо.

Для дизельных топлив цетановое число должно быть в преде­лах 40 ... 45 единиц. Чем выше цетановое число дизельного топли­ва, тем экономичнее и мягче работает двигатель. Для повышения цетанового числа в дизельное топливо добавляют специальную присадку — изопропиленнитрат.

Система питания дизеля состоит из трех следующих систем: питания топливом, питания воздухом и выпуска отработавших газов.

Конструкция и работа системы питания дизеля топливом. Сис­тема питания топливом служит для очистки топлива и равномер­ного его распределения дозированными порциями в цилиндры двигателя. В эту систему входят топливный бак, фильтры грубой и тонкой очистки, топливоподкачивающий насос, топливный на­сос высокого давления, форсунки и топливопроводы.

Топливоподкачивающий насос 7 (рис. 2.51) засасывает топли­во из бака 2 через фильтры грубой 4 и тонкой очистки и направ­ляет его к насосу 5 высокого давления. В соответствии с порядком работы цилиндров двигателя насос высокого давления подаст топ­ливо к форсункам 11, которые распыляют и впрыскивают топли­во в цилиндры 12 двигателя.

Топливоподкачивающий насос 7 подаст к насосу высокого дав­ления топлива больше, чем не­обходимо для работы двигателя. Избыточное топливо отводится по топливопроводу 3 обратно в топливный бак. По топливопро­воду 10 в бак отводится топли­во, просочившееся из форсунок.

Рис. 2.51. Схема системы питания дизеля топливом:

1 — топливоприемник; 2 — бак; 3, 9, 10 — топливопроводы; 4,8 — фильтры; 5, 7— насосы; 6— рукоятка; 11 — фор­сунка; 12 — цилиндр

Топливный насос высокого давления служит для подачи че­рез форсунки в цилиндры дви­гателя под большим давлением (20...50 МПа) требуемых пор­ций топлива в определенные мо­менты времени. Насос состоит из одинаковых по конструкции секций, число которых равно числу цилиндров двигателя. Каж­дая секция насоса соединена то­пливопроводом 13 (рис. 2.52) с форсункой 16. Плунжер 6 и гильза 5 секций насоса изготовлены с высокой точностью и чистотой поверхности. Зазор между ними не превышает двух микрон. На плунжере имеются вертикальный паз 9, ско­шенная кромка 11и кольцевая проточка 7. Шестерня 2, закреп­ленная на плунжере, находится в зацеплении с зубчатой рейкой 3, перемещением которой поворачивается плунжер в гильзе. Пружи­на 4 прижимает плунжер к эксцентрику 1 кулачкового вала насо­са, который приводится во вращение от коленчатого веша. В гильзе имеются впускное 8 и выпускное 10 отверстия, а в верхней ее части установлен нагнетательный клапан 12. Пружина 1^прижи­мает иглу 15 форсунки к соплу 18 и закрывает полость 17, которая заполнена топливом. При нижнем положении плунжера 6'отвер­стия 8 и 10 открыты и через них над плунжером циркулирует топливо. Нагнетательный клапан 12 в этом случае закрыт и в по­лости 77форсунки поддерживается избыточное давление топлива. При движении плунжера вверх при вращении кулачка пере­крывается выпускное отверстие 10, а затем впускное отверстие 8: Под давлением топлива открывается клапан 12 и в полости 17 форсунки создается высокое давление. При этом игла 15форсунки преодолевает сопротивление пружины 14, поднимается вверх и через открывшееся сопло 18 топливо впрыскивается в цилиндр двигателя.

Впрыск топлива заканчивается, когда кромка 11 открывает выпускное отверстие 10. При этом давление топлива уменьшает­ся, игла 15 опускается вниз и закрывает сопло 18. Одновре­менно закрывается клапан 12 и в полости 17форсунки топ­ливо остается под избыточным давлением.

Поворотом плунжера 6 в гильзе 5 изменяют конец по­дачи топлива и его количе­ство, впрыскиваемое за один ход плунжера. Подача топлива прекращается при совмещении вертикального паза 9 с выпускным отверстием 10, и двига­тель останавливается. С топливным насосом высокого давления соединены муфта опережения впрыска топлива, всережимный регулятор частоты вращения коленчатого вала двигателя и топливоподкачивающий насос с насосом ручной подкачки топлива.

Рис. 2.52. Схема подачи топлива и цилиндр дизеля:

1 — эксцентрик; 2 — шестерня; 3 — рейка; 4, 14— пружины; 5— гильза; б— плунжер; 7— проточка; 8, 10 — отверстия; 9— паз; 11— кромка; 12 — клапан; 13 — топлипопровод; 15 — игла; 16— форсунка; 17— полость; 18 — сопло.

Муфта опережения впрыска топлива служит для автоматиче­ского изменения угла опережения впрыска топлива в зависимос­ти от частоты вращения коленчатого вала. Муфта повышает эко­номичность дизеля при различных режимах работы и улучшает его пуск. Муфта устанавливается на переднем конце кулачкового вала топливного насоса высокого давления и с ее помощью насос приводится в действие.

На взаимное положение ведущих и ведомых частей муфты ока­зывают влияние грузы 2 (рис. 2.53), находящиеся в корпусе 1. Гру­зы установлены на осях 3 и поджимаются пружинами 4, которые упираются в проставки 5. При работе двигателя и увеличении ча­стоты вращения коленчатого вала грузы под действием центро­бежных сил преодолевают сопротивление пружин и расходятся, поворачивая при этом кулачковый нал насоса высокого давления по ходу его вращения. В результате этого увеличивается угол а опе­режения впрыска топлива, и топливо поступает в цилиндры раньше. При уменьшении частоты вращения коленчатого вала двигателя грузы сходятся "под действием пружин и поворачивают кулачко­вый вал насоса в сторону, противоположную его вращению, что уменьшает угол опережения впрыска топлива. Всережимный регулятор слу­жит для автоматического под­держания постоянной частоты вращения коленчатого вала со­ответственно положению педа­ли подачи топлива при различ­ной нагрузке двигателя.

Регулятор также устанавли­вает минимальную частоту вра­щения коленчатого вала на хо­лостом ходу и ограничивает максимальную частоту враще­ния. Регулятор приводится в действие от кулачкового вала топливного насоса высокого давления. Педаль 6 (рис. 2.54) подачи топлива соединена с рычагом 2 управления рейкой 1 насоса растянутую пружину 3, действующую на рычаг с усилием Рир. При работе двигателя на рычаг 2 через под­пятник 7 передается сила Qvp от вращающихся грузов, шарнирно закрепленных на валу 9, который соединен с кулачковым валом насоса высокого давления.

Рис. 2.53. Муфта опережения впрыс­ка топлива:

1 — корпус; 2 — груз; 3 — ось; 4 — пру­жина; 5 — проставка

Рис. 2.54. Всережимный регуля- тор частоты вращения коленча­того вала:

1 — рейка; 2 — рычаг; 3 — пружи­на; 4, 5 — упоры; 6— педаль; 7 — подпятник; 8 — груз; 9 — вал высокого давления через

Если двигатель работает с частотой вращения коленчатого вала, соответствующей данному положению педали 6, то сила грузов 8 уравновешивается усилием пружины 3. При увеличении частоты вращения коленчатого вала грузы регулятора расходятся. Они пре­одолеют сопротивление пружины и переместят рейку 1. При этом подача топлива уменьшится и час­тота вращения не будет возрастать. При уменьшении частоты враще­ния коленчатого вала грузы будут сходиться, рейка 1усилием Р11Р пру­жины переместится в обратном на­правлении и подача топлива увели­чится, а частота вращения коленча­того вала возрастет до значения, заданного положением педали 6. Минимальная частота при рабо­те на холостом ходу и максималь­ная частота вращения коленчатого вала двигателя ограничиваются со­ответственно регулируемыми упора­ми 5 и 4.

Рис. 2.55. Схема работы топливоподкачивающих насосов:

А, Б — полости; 1,2— поршни; 3, 5, 6, 10 — пружины; 4, 9 — клапа­ны; 7 — шток; 8 — эксцентрик

Топливоподкачивающий насос слу­жит для создания требуемого давле­ния топлива и подачи его в необхо­димом количестве к насосу высоко­го давления.

Насос — поршневого типа и приводится в действие от кулачко­вого вала насоса высокого давления. В корпусе насоса находится поршень 1 (рис. 2.55), который прижат к штоку 7пружиной 5. Шток через ролик опирается на эксцентрик 8кулачкового вала. В корпусе насоса имеются впускной 4 и нагнетательный 9 клапаны.

Когда под действием пружины 5 поршень перемещается к экс­центрику, топливо из полости Б вытесняется в фильтр тонкой очистки и насос высокого давления. Одновременно увеличиваю­щаяся полость Л заполняется топливом, которое поступает из топ­ливного бака через фильтр грубой очистки и впускной клапан 4. При движении поршня в противоположном направлении под дей­ствием эксцентрика 8топливо из полости А через нагнетательный клапан 9 поступает в полость Б.

При неработающем двигателе топливо в насос высокого дав­ления подкачивают поршнем 2 ручного насоса при помощи руко­ятки.

Форсунки служат для впрыскивания под определенным давле­нием и распыления топлива в цилиндрах двигателя.

Форсунки устанавливают и закрепляют в головке цилиндров.

Корпус 4 (рис. 2.56) и распылитель 1форсунки соединены гай­кой 2. Внутри распылителя находится игла 9, закрывающая его сопловые отверстия. Па иглу через штангу 3 действует нажимная пружина 8, затяжку которой регулируют шайбами 7.

Топливо подастся к форсунке через сетчатый фильтр 6 и поступает в полость иглы 9, Под давлением топлива игла, пре­одолевая усилие пружины 8, перемещает­ся вверх, открывает сопловые отверстия распылителя и через них топливо впрыс­кивается в цилиндр двигателя. При этом топливо, просочившееся между иглой и распылителем, отводится из форсунки по каналам в се корпусе.

Конструкция и работа системы питания дизеля воздухом. Система питания возду­хом служит для забора окружающего воз­духа, его очистки от пыли и распределе­ния по цилиндрам двигателя.

Рис. 2.56. Форсунка:

1 — распылитель; 2 — гайка; 3 — штанга; 4 — кор­пус; 5— уплотнительное кольцо; б— фильтр; 7 — шайбы; 8 — пружина; 9 — игла

Рис. 2.57. Схема системы пи­тания дизеля воздухом:

1 — воздушный фильтр; 2 — фильтрующий элемент; 3 — ре­шетка; 4 — труба; 5 — колпак; 6 — эжектор; 7 — двигатель

истема питания воздухом включает в себя воздушный фильтр и впускной трубопровод. Она может быть с турбонаддувом или без турбонаддува.

Воздух поступает через сетку колпака 5 (рис. 2.57) и трубу 4 воздухозаборника в воздушный фильтр 1. В фильтре воздух прохо­дит через инерционную решетку 3 и резко изменяет направление движения. Сначала воздух освобождается от крупных частиц пыли, которые под действием инерции и вакуума выбрасываются через эжектор 6, установленный в выпускной трубе глушителя, в окру­жающий воздух. Более мелкие частицы пыли задерживаются в кар­тонном фильтрующем элементе 2. Очи­щенный воздух по впускному трубо­проводу подастся в цилиндры двига­теля 7.

Воздушный фильтр (рис. 2.58) состо­ит из корпуса 3, крышки 1 и сменно­го фильтрующего элемента 2, состоя­щего из двух перфорированных сталь­ных кожухов и гофрированного кар­тона между ними. Патрубок 1предназ­начен для отсоса пыли из корпуса фильтра.

Рис. 2.58. Воздушный фильтр:

1 — крышка; 2— фильтрующий элемент; 3 — корпус; 4 — крон­штейн; 5— 7 — патрубки

Воздух поступает в фильтр через патрубок 5, очищается в нем и выхо­дит через патрубок 6.

Наддув представляет собой подачу воздуха в цилиндры двигателя при такте впуска под давлением, созда­ваемым компрессором. При наддуве увеличивается количество воздуха, поступающего в цилиндры двигате­ля, количество сжигаемого топлива и повышается на 20...40% мощность двигателя. В дизелях обычно применяется газотурбинный наддув (рис. 2.59) турбокомпрессором. При работе двигателя воздух в цилиндры 1 нагнетается под давлением центробежным компрессором 6, рабо­чее колесо которого приводится во вращение турбиной 5.

Рабочее колесо турбины, установленное на одном валу с рабо­чим колесом компрессора, приводится во вращение отработав­шими газами до их поступления в глушитель. Для ограничения давления воздуха при наддуве предназначен перепускной клапан 4. При достижении требуемого давления (обычно 0,2 МПа) воздух давит на мембрану 2, клапан открывается и перепускает часть отработавших газов мимо турбины 5.

На V-образных дизелях для турбонаддува устанавливают от од­ного до двух турбокомпрессоров. При двух турбокомпрессорах каж­дый из них обслуживает свой ряд цилиндров двигателя.

Рис. 2.59. Схема турбонадцу-ва дизеля воздухом:

1 — цилиндр; 2 — мембрана; 3 — пружина; 4 — клапан; 5 — тур­бина; 6 — компрессор

Система выпуска отработавших газов дизеля. Система выпуска служит для отвода газов из цилиндров двигателя и снижения шума выпуска. Одновременно система выпуска обеспечивает отсос пыли из воздушного фильтра.

Отработавшие газы из выпускных трубопроводов двигателя по­ступают в приемные трубы 2 и 3 глушителя (рис. 2.60) и далее через гибкий металлический рукав 6 в глушитель 7. Из глушителя газы через выпускную трубу 8 и эжектор 10 выбрасываются в ок­ружающий воздух. Через патрубок 9 производится отсос пыли из воздушного фильтра в эжектор.

В системе выпуска отработавших газов устанавливается вспомогательный (моторный) тормоз-замедлитель

Рис. 2.60. Система выпуска отработавших газов дизеля:

1 — уплотнительное кольцо; 2, 3, 8 — трубы; 4 — моторный тормоз; 5 — пнев-моцилиндр; 6 — рукав; 7 — глушитель; 9 — патрубок; 10 — эжектор