Система питания дизельных двигателей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Грузовой автомобильный транспорт осуществляет перевозки грузов во всех отраслях народного хозяйства и таким образом непосредственно участвует в производстве материальных благ, необходимых для удовлетворения потребностей общества.

Основной задачей организации и планирования производства в каждом автотранспортном предприятии является рациональное сочетание и использование всех ресурсов производства с целью выполнения максимальной транспортной работы при перевозке грузов и лучшего обслуживания населения пассажирскими перевозками.

Предприятия автомобильного транспорта по своему назначению подразделяются на автотранспортные, автообслуживающие и авторемонтные. Автотранспортные предприятия являются предприятиями комплексного типа, осуществляющими перевозку грузов или пассажиров, хранение, техническое обслуживание и ремонт подвижного состава, а также снабжение необходимыми эксплуатационными, ремонтными материалами и запасными частями. Автотранспортные предприятия по характеру выполняемой транспортной работы делятся на:

1) грузовые

2) пассажирские (автобусные, таксомоторные, легковые по обслуживанию отдельных организаций)

3) смешанные (грузовые и пассажирские)

4) специальные (скорой медицинской помощи и др.).

Трудовые и материальные затраты на поддержание подвижного состава в технически исправном состоянии значительны и в несколько раз превышают затраты на его изготовление.

Расположение на автомобиле и крепление системы питания

система питание дизельный двигатель

Система питания дизельных двигателей предназначена для очистки и подачи воздуха, топлива в цилиндр и отвода отработавших газов. Дизельное топливо представляет смесь керосиновых, газойлевых и соляровых фракций после отгона из нефти бензиновой фракции. К основным свойствам дизельного топлива относятся воспламеняемость, оцениваемая цетановым числом, вязкость, температура застывания, чистота и др.

Дизельное топливо выпускается разных сортов: ДЛ -- летнее, ДЗ -- зимнее и ДА -- арктическое; отличаются эти топлива друг от друга главным образом температурами застывания, температурой вспышки и вязкостью.

Топливный насос высокого давления предназначен для подачи к форсункам двигателя порций топлива под высоким давлением в определенной последовательности. Он расположен в развале блока цилиндров и приводится в действие от распределительного вала через шестерни.

Насос состоит из корпуса, кулачкового вала, секций (по числу цилиндров) и механизма поворота плунжеров. На передней части топливного насоса высокого давления установлен всережимный регулятор, который, изменяя количество подаваемого топлива в зависимости от нагрузки, поддерживает заданную водителем частоту вращения коленчатого вала двигателя.

На заднем конце кулачкового вала насоса расположена муфта впрыска топлива, которая предназначена для изменения момента начала подачи топлива в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Секция насоса высокого давления состоит из плунжерной пары, роликового толкателя и нагнетательного клапана. Плунжерная пара представляет собой гильзу с двумя отверстиями, расположенными на разных уровнях, и плунжер, в верхней части которого имеются два отверстия и винтовая канавка. Плунжер подогнан к гильзе с высокой точностью.

Все приборы системы питания дизельного двигателя соединены топливопроводами низкого и высокого давления. Топливопроводы низкого давления изготовлены из прозрачной маслобензостойкой пластмассы, а высокого давления -- из толстостенных стальных трубок.

Для поддержания заданной частоты вращения коленчатого вала служит регулятор, который относится к типу всережимных регуляторов прямого действия.

Этот регулятор изменяет количество подаваемого в цилиндр топлива в зависимости от нагрузки, поддерживая заданную частоту вращения коленчатого вала.

Регулятор устанавливается в развале между двумя рядами топливных секций и состоит из ведущей шестерни и муфты, на которой шарнирно закреплены грузы.

Ведомая полумуфта закреплена на конце кулачкового вала насоса. Ведущая полумуфта посажена свободно на втулке ступицы ведомой полумуфты и приводится во вращение от распределительной шестерни через гибкие соединительные муфты. На осях ведомой полумуфты шарнирно насажены грузы, прижимаемые в исходное положение двумя пружинами.

Устройство и материал изготовления системы питания

Система питания дизельного двигателя состоит из топливного бака, фильтров грубой и тонкой очистки топлива, топливоподкачивающего насоса с ручным приводом, топливного насоса высокого давления с регулятором частоты вращения и автоматической муфтой опережения впрыска топлива, форсунок и трубопроводов низкого и высокого давления.

Форсунка служит для ввода в цилиндр двигателя -дозы тонкораспыленного топлива под давлением. Форсунка закрытого типа состоит из стального корпуса, гайки, распылителя, запорной иглы, штанги и фильтра.

Во время вращения грузы раздвигаются под действием центробежной силы и через упорный подшипник перемещают муфту. Муфта упирается в палец рычага, который связан одним концом с рейкой топливного насоса.

При перемещении рейки одновременно перемещается один конец двуплечего рычага. Второй конец этого рычага, будучи соединен со второй рейкой, перемещает ее.

Рычаг управления подачей топлива связан с системой рычагов, с которыми, в свою очередь, связана калиброванная пружина, воздействующая на рычаг, соединенный с рейкой. Натяжение пружины зависит от положения педали привода, которой устанавливается режим работы двигателя.

Автоматическая муфта опережения впрыска топлива служит для изменения момента начала впрыска топлива в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, благодаря чему улучшаются пуск двигателя и его экономичность. Состоит муфта опережения впрыска из двух полумуфт -- ведущей и ведомой.

Работа системы питания

В дизельных двигателях осуществляют внутреннее смесеобразование. Процесс смесеобразования представляет собой сложное явление и включает распыливание топлива и развитие топливного факела, прогрев, испарение, перегрев топливных паров и смешение их с воздухом. Топливо испаряется и смешивается в определенных пропорциях с воздухом, обеспечивая быстрое и полное сгорание. Практически смесеобразование начинается в момент начала впрыска топлива из распылителя форсункой и заканчивается в конце его сгорания. Впрыскивание топлива происходит под действием перепада давлений между распыливающими отверстиями и камерой сгорания.

Топливо должно быть раздроблено на мельчайшие капли, равномерно распределено в воздушной среде камеры сгорания. Однако условия смесеобразования у дизельных двигателей менее благоприятны, чем у двигателей с внешним смесеобразованием. Основной причиной является то, что время, отводимое на распыливание, смесеобразование и сгорание, у дизельных двигателей примерно в 10 раз меньше. Это время составляет 0.001-0.003 с. При этом необходимо осуществлять впрыскивание топлива в строго определенные фазы цикла, что не всегда удается при работе дизеля на всех возможных режимах.

В дизельных двигателях применяются две наиболее распространенные схемы подачи топлива: разделенная и неразделенная. В разделенной топливоподающей аппаратуре топливо от отдельного насоса высокого давления подается по топливопроводам к форсункам. В неразделенной системе топливный насос высокого давления и форсунка конструктивно объединены в один узел - насос-форсунку, а топливопровод высокого давления отсутствует. Наибольшее распространение получила разделенная система питания. В этой системе топливо из топливного бака по топливопроводу низкого давления поступает к подкачивающей помпе через фильтр. Помпа нагнетает топливо к фильтру и далее к топливному насосу высокого давления. Насос по топливопроводам высокого давления подает топливо к форсункам. Нагнетаемое к форсункам топливо впрыскивается в камеры сгорания цилиндров двигателя. Воздух поступает в цилиндры через впускной коллектор, пройдя предварительно воздухоочиститель. Мелкораспыленное топливо, впрыскиваемое форсунками, проникает в среду сжатого и нагретого воздуха, воспламеняется и сгорает. Отработавшие газы после сгорания отводятся из цилиндров двигателя через выпускной коллектор и выпускную трубу в окружающую среду.

Качество распыливания топлива в значительной мере предопределяет эффективность протекания процесса сгорания в двигателе, его экономичность и энергетические показатели.

Однако, несмотря на различные меры, предназначенные для улучшения смесеобразования, впрыскиваемое в камеру сгорания топливо распределяется недостаточно равномерно, что вызывает неполное сгорание. В целях более полного сгорания топлива работа дизельных двигателей происходит при высоком коэффициенте избытка воздуха (от 1.6 и более), что приводит к понижению среднего эффективного давления, литровой мощности и к увеличению веса двигателя.

Крайне ограниченное время, отводимое на смесеобразование, требует создания условий для быстрого и наиболее совершенного распыления топлива и распределения его в камере сгорания. Это обусловливает весьма напряженную работу топливоподающей системы.

Впрыск топлива в камеру сгорания при помощи форсунки производится под давлением от 10 до 150 МПа. Топливо впрыскивается в среду сжатого воздуха, давление которого составляет 3-4 МПа, а температура 750-950 К. При этом скорость истечения топлива достигает 100-400 м/с.

Распыливание топлива и распределение его в воздушной среде камеры сгорания зависит от ряда факторов: конструктивных параметров двигателя (форма камеры сгорания) и топливоподающей системы (давления впрыска), особенностей процесса, протекающего в цилиндре двигателя, и др.

Оценка качества распыливания топлива, а следовательно, и выявление воздействия различных факторов на этот процесс могут быть проведены, если измерить размеры капель топлива.

Тонкость распыливания характеризуется средним диаметром большинства капель топлива. Установлено, что качество распыливания улучшается:

Однако уменьшение среднего диаметра капель не всегда сопровождается улучшением работы двигателя. Это объясняется тем, что более мелкие капли топлива, обладая меньшей массой, не имеют возможности пробиться через плотный воздух во все части камеры сгорания, и некоторые из них ввиду недостатка кислорода не сгорают.

Поэтому в процессе впрыска важно стремиться к образованию мелких капель топлива и, одновременно, чтобы капли обладали способностью глубокого проникновения по всем направлениям в среде сжатого воздуха в камере сгорания. Проникновение капель в среду сжатого воздуха зависит от дальнобойности струи топлива.

При пониженной дальнобойности струи капли топлива не могут проникнуть в наиболее отдаленные участки камеры сгорания, происходит неполное сгорание, удельный расход топлива возрастает, мощность двигателя снижается.

Повышенная дальнобойность струи приводит к тому, что часть капель, не успев воспламениться, оседает на стенках камеры сгорания и днище поршня. При сгорании эти капли образуют нагар, удельный расход топлива возрастает, мощность двигателя снижается.

Нормальная дальнобойность струи характерна тем, что все капли топлива успевают сгорать за промежуток времени, в течение которого струя, преодолев все пространство камеры, почти достигает противоположных стенок. При нормальной дальнобойности струи двигатель развивает наибольшую мощность и экономичность. Поэтому необходимо правильно сочетать дальнобойность струи с размерами камеры сгорания. Дальнобойность струи топлива в основном зависит от двух факторов:

На качество распыливания и равномерность распределения капель топлива большое влияние оказывает движение потоков воздуха в камере сгорания. Это достигается применением соответствующей формы камеры сгорания в днище поршня, применением разделенных камер и другими мерами, позволяющими осуществить такое движение потоков воздуха, при котором его скорость и направление улучшают распыливание и распределение капель топлива в камере сгорания.

Для хорошего смесеобразования одновременно необходимо правильно сочетать распыливание топлива и движение воздуха в камере сгорания. Это позволит улучшить распределение топлива в камере и осуществить процесс сгорания при наименьшем количестве воздуха. Форма камеры сгорания должна:

По конструкции дизельные двигатели разделяются на две основные категории: с неразделенными и разделенными камерами сгорания. Неразделенные камеры имеют только одно отделение, в котором происходит и смесеобразование, и сгорание топлива. Разделенные камеры разделены на две части: основную и дополнительную, соединены между собой горловиной. При этом топливо впрыскивается в дополнительную камеру. По способу различают объемное, пленочное и комбинированное смесеобразование.

При объемном смесеобразовании топливо распыливается в объеме камеры сгорания и лишь небольшая часть его попадает в пристеночный слой. Объемное смесеобразование осуществляется в неразделенных камерах сгорания.

Пленочное смесеобразование применяется в ряде конструкций камер сгорания, когда почти все топливо направляется в пристеночную зону. В центральную часть камеры сгорания попадает приблизительно 5-10% впрыскиваемого форсункой топлива. Остальная часть топлива распределяется на стенках камеры сгорания в виде тонкой пленки (10-15 мкм). Первоначально воспламеняется часть топлива, попавшая в центральную часть камеры сгорания, где обычно отсутствует движение заряда и устанавливается наиболее высокая температура. В дальнейшем, по мере испарения и смешения с воздухом, горение распространяется на основную часть топлива, направленную в пристеночный слой. При пленочном смесеобразовании требуется менее тонкое распыливание топлива. Применяют форсунки с одним сопловым отверстием. Давление впрыска топлива не превышает 17-20 МПа. Пленочное смесеобразование по сравнению с объемным обеспечивает лучшие экономические показатели двигателя, упрощает конструкцию топливной аппаратуры.

Основным недостатком являются низкие пусковые свойства двигателя при низких температурах в связи с малым количеством топлива, участвующего в первоначальном сгорании. Этот недостаток устраняют путем подогрева воздуха на впуске или за счет увеличения количества топлива, участвующего в образовании начального очага сгорания.

Комбинированное смесеобразование получается при меньших диаметрах камеры сгорания, когда часть топлива достигает ее стенки и концентрируется в пристеночном слое. Другая часть капель топлива располагается во внутреннем объеме заряда. На поверхности камеры оседает примерно 50% топлива. При впуске в камере не создается вращательного движения заряда. Заряд приводится в движение при вытеснении его из надпоршневого пространства в камеру сгорания, и создается вихрь. Скорость движения заряда достигает 40-45 м/с. Отличительной особенностью от пленочного смесеобразования является встречное движение струй топлива и заряда, вытесняемого из надпоршневого пространства, что способствует увеличению количества топлива, взвешенного в объеме камеры сгорания, и сближает процесс с объемным смесеобразованием. Форсунки применяют с распылителями, имеющими 3-5 сопловых отверстий.

Камеры сгорания с непосредственным впрыском. В дизельных двигателях с такими камерами топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания форсункой с рабочим давлением 15-30 МПа, имеющей многодырчатые распылители (5-7 отверстий) с малым диаметром сопловых каналов (0.15-0.32 мм). Столь высокие давления впрыска применяются ввиду того, что в данном случае распыливание топлива и перемешивание его с воздухом достигается главным образом за счет кинетической энергии, сообщаемой топливу при впрыске. Для равномерного распределения топлива в камере форсунки таких двигателей часто выполняют с несколькими отверстиями.

Для улучшения смесеобразования здесь предусмотрено вихревое движение воздуха вокруг оси цилиндра за счет завихрителей, установленных во впускном коллекторе.

Камера сгорания с непосредственным впрыском при пленочном смесеобразовании располагается соосно с цилиндром. Смещенная форсунка направляет струю топлива под острым углом на стенку камеры сгорания, имеющей сферическую форму. Заряд приводится в интенсивное вращательное движение (тангенциальная скорость движения заряда достигает 50-60 м/с), и топливные капли распространяются на стенке камеры сгорания.

Кроме указанной выше, при пленочном смесеобразовании камеру сгорания выполняют тарелкообразной. Струя топлива из форсунки, ввиду малого расстояния, достигает дна камеры и оседает в виде пленки.

Камеры сгорания ЦНИДИ (Центральный научно-исследовательский дизельный институт) относят к комбинированным камерам с объемно-пленочным смесеобразованием. Камера сгорания выполняется в поршне, имеет форму усеченного конуса с основанием меньшего диаметра у входной горловины, диаметр которой составляет 0.35-0.37 диаметра цилиндра, и со скругленными стенками у нижнего основания.

Струи топлива попадают на стенку под острым углом и совершают сравнительно малый путь. На конической поверхности камеры оседает примерно 50% топлива.

Предкамерные дизельные двигатели имеют камеру сгорания, разделенную на две части. Основная камера размещается непосредственно над поршнем. Ее объем составляет 0.75-0.60 от всего объема камеры сгорания. Предкамера выполняется в головке цилиндра. Она занимает по объему 0.25-0.40 всего объема камеры. Предкамера соединяется с основной камерой одним или несколькими каналами.

Смесеобразование у предкамерного двигателя протекает в такой последовательности. При сжатии часть сжатого воздуха поступает из цилиндра в предкамеру. В конце такта сжатия в предкамеру через форсунку впрыскивается топливо под давлением 8-12.5 МПа. Распыленное топливо, попадая в среду сжатого воздуха предкамеры, самовоспламеняется.

При этом сгорает от 20 до 30% впрыскиваемого топлива, что соответствует количеству кислорода воздуха, содержащегося в предкамере. При сгорании части топлива температура и давление в предкамере повышаются. Горящие газы и несгоревшее топливо устремляются из предкамеры в основную камеру. Здесь сгорание топлива продолжается и заканчивается в процессе расширения.

В предкамерных двигателях интенсивное смесеобразование достигается главным образом за счет энергии топлива, частично сгоревшего в предкамере. Эта энергия вызывает перепад давления между предкамерой и основной камерой (обычно 1.5 МПа), что создает условия для интенсивного смесеобразования и более тонкого распыления топлива, предварительно распыленного в предкамере.

Смесеобразованию способствует образование вихревых движений воздуха при перемещении его в процессе сжатия из основной камеры в предкамеру. Форсунка таких двигателей обычно выполняется с одним отверстием.

Двигатели с вихревыми камерами, как и предкамерные двигатели, имеют камеру, разделенную на две части. Основная камера расположена непосредственно над поршнем и имеет сравнительно небольшой объем. Вихревая камера выполнена в головке цилиндра, имеет обтекаемую форму (шара или сплющенного шара) и охлаждается водой. Ее объем составляет от 50 до 75% всего объема камеры сгорания. Такой объем позволяет вовлечь в вихревое движение большое количество воздуха. Вихревая камера сообщается с основной посредством горловины.

В период сжатия воздух вытесняется из основной камеры в вихревую. Взаиморасположение камер способствует смесеобразованию. Топливо впрыскивается форсункой в вихревую камеру. Здесь струя топлива увлекается воздушным потоком, интенсивно перемешивается с ним, самовоспламеняется и частично сгорает.

В период сгорания в вихревой камере резко повышается давление. При этом продукты сгорания и несгоревшая часть топлива устремляются в основную камеру. Здесь процесс сгорания продолжается, заканчиваясь при расширении.

В двигателях с вихревыми камерами для смесеобразования используются главным образом вихревые потоки воздуха, создаваемые в процессе сжатия в вихревой камере. Перепад давлений между камерами сравнительно небольшой (обычно 0.6 МПа). Форсунки у таких двигателей применяются обычно с одним отверстием. Давление начала подачи составляет 8-10 МПа.

В дизельных двигателях с разделенными камерами сгорания достигается бездымная работа при малых значениях коэффициента избытка воздуха. Значительно снижаются требования к качеству распыливания топлива, и применяются форсунки закрытого типа с одним сопловым отверстием большого диаметра (1-2 мм). Давление впрыска топлива составляет 12-15 МПа, и обеспечивается мягкая работа двигателя. Эти дизельные двигатели являются наиболее быстроходными из всех дизелей. Топливный насос высокого давления (ТНВД) должен удовлетворять следующим требованиям:

Топливные насосы высокого давления классифицируются по трем основным признакам: конструктивному исполнению, методу дозирования количеств подаваемого топлива и числу секций.

По конструктивному исполнению топливные насосы бывают золотниковые (плунжерные) и клапанные. Наибольшее распространение получили двигатели с топливным насосом плунжерного типа, в которых необходимое давление создается работой плунжерной пары (плунжер-гильза).

По методу дозирования топлива или изменения цикловой подачи различают насосы с отсечкой и насосы с дросселированием на впуске. Наибольшее применение имеют насосы первого типа, в которых плунжер нагнетает топливо и управляет закрытием и открытием наполнительного и отсечного отверстий гильзы.

Топливные насосы бывают многосекционными и распределительными. У большинства многосекционных насосов секции располагаются в одном корпусе в один или два ряда. При этом одна секция топливного насоса подает топливо только в один цилиндр дизеля. Секции приводятся в действие от общего кулачкового вала, получающего вращение через шестеренный привод от распределительного вала двигателя. Распределительные насосы имеют одну или две секции (кратное числу цилиндров). Каждая секция может подавать топливо в несколько цилиндров двигателя.

Наибольшее применение находят многоплунжерные насосы с золотниковым регулированием цикловой подачи топлива и постоянным ходом плунжера.

В процессе работы двигателя кулачковый вал топливного насоса при помощи кулачка передает усилие толкателю и плунжеру, перемещающемуся в гильзе. В стенке гильзы имеется впускное окно, сообщающееся с подводящим каналом. Над гильзой расположен нагнетательный клапан. Он нагружен пружиной. Подъем плунжера происходит под действием кулачка. При этом возвратная пружина сжимается. Опускание плунжера происходит под действием разжимающейся пружины. Верхняя часть плунжера имеет продольное отверстие и кольцевую выточку. Выточка имеет верхнюю винтовую кромку (отсечную).При опускании плунжера топливо из подводящего канала под давлением, создаваемым помпой, через окно в гильзе заполняет пространство над плунжером. При подъеме плунжера вначале топливо вытесняется через окно к гильзе. Затем с момента, когда верхняя кромка плунжера перекроет впускное окно, давление топлива начинает значительно повышаться

Когда оно станет достаточным, чтобы преодолеть сопротивление пружины, нагнетательный клапан поднимается, и топливо по топливопроводу высокого давления нагнетается к форсунке.

При дальнейшем подъеме плунжера нагнетание продолжается до тех пор, пока винтовая кромка плунжера не подойдет к нижней кромке окна гильзы. С этого момента, называемого отсечкой, топливо из надплунжерного пространства начинает вытекать (перепускаться) по осевому отверстию и кольцевой выточке через окно гильзы в подводящий канал. Давление в надплунжерном пространстве понижается. Нагнетательный клапан под действием пружины садится в гнездо, разобщая полость гильзы и топливопровод высокого давления.

Нагнетание прекращается. Дальнейший подъем плунжера сопровождается перетеканием топлива через окно в подводящий канал. Этот процесс называется перепуском. В момент, когда плунжер достигнет верхнего положения, возвратная пружина начинает разжиматься, плунжер постепенно опускается, и весь процесс повторяется.

Регулирование количества подаваемого топлива производится поворотом плунжера. При повороте плунжера вокруг своей оси изменяется взаиморасположение винтовой кромки и впускного окна. Поэтому при подъеме плунжер будет раньше или позже подходить к нижней кромке впускного окна, момент отсечки топлива и прекращение нагнетания наступит раньше или позже, и количество нагнетаемого к форсунке топлива изменится.

Таким образом, при регулировании количества подаваемого топлива поворотом плунжера продолжительность нагнетания определяется расстоянием от верхнего среза плунжера до винтовой кромки, находящейся в данный момент у вершины впускного окна гильзы.

В рассматриваемой схеме регулирование количества подаваемого топлива достигается смещением конца подачи топлива. Момент начала подачи остается неизменным.

Поворот плунжера осуществляется следующим образом. На хвостовик плунжера насажен зубчатый сектор, находящийся в постоянном зацеплении с зубчатой рейкой. Рейка системой тяг и рычагов связана с механизмом центробежного регулятора и тягой ручного управления. Перемещение рейки, а, следовательно, и поворот плунжера происходит под действием центробежного регулятора или тяги ручного управления.

Нагнетательный клапан обеспечивает четкую отсечку подачи топлива за счет разгрузочного цилиндрического пояска. При посадке нагнетательного клапана разгрузочный поясок сначала разъединяет топливопровод с надплунжерным пространством, а затем, при дальнейшем опускании, увеличивает объем внутренних полостей линии высокого давления. В результате резко заканчивается впрыскивание топлива в камеру сгорания и уменьшается возможность его подтекания через распыливающее устройство.

Форсунки впрыскивают топливо, нагнетаемое насосом, в камеру сгорания двигателя. Конструкция и месторасположение форсунки, а также давление впрыска зависят от принятого способа смесеобразования и формы камеры сгорания.

По конструктивному исполнению форсунки разделяются на две группы: открытые и закрытые. Открытые форсунки не имеют запорной иглы, разобщающей полость форсунки и камеру сгорания после прекращения впрыска. В открытых форсунках необходимое давление создается гидравлическим сопротивлением в сопловых отверстиях и скоростью нагнетания топлива. Впрыск производится с большими скоростями, что улучшает распыливание. Открытые форсунки широкого распространения не получили.

Закрытые форсунки имеют запорную иглу, которая открывает сопловое отверстие форсунки на период впрыска топлива. Подъем запорной иглы производится автоматически, под давлением топлива, нагнетаемого насосом. Топливо поступает через каналы в корпусе и действует снизу на иглу, преодолевая усилие пружины, стремящейся удерживать иглу в опущенном состоянии через шток. Такой способ подъема иглы называется гидравлическим.

Наиболее ответственной деталью форсунки является распылитель с калиброванными сопловыми отверстиями. Диаметр и расположение сопловых отверстий зависят от принятого способа смесеобразования и формы камеры сгорания. Размеры, взаиморасположение и качество изготовления сопловых отверстий в значительной мере предопределяют форму и направление струи, тонкость и однородность распыливания и равномерное распределение частиц распыленного топлива в камере сгорания.

У двигателей с непосредственным впрыском распылитель форсунки обычно имеет несколько отверстий. Давление, при котором происходит отрыв иглы от своего седла, определяется усилием предварительной затяжки пружины, винтом.

Закрытые форсунки, имеющие распылитель с одним отверстием, бывают штифтовые и бесштифтовые. Штифтовыми называют форсунки, у которых запорная игла имеет на конце штифт, придающий струе топлива желаемый конус.

Бесштифтовые распылители имеют одно или два дросселирующих сечения. Первое сечение расположено в седле иглы, и его проходная площадь зависит от подъема иглы. Второе сечение находится в сопловом отверстии, и его площадь неизменна. У распылителей такого рода площадь сопловых отверстий при впрыске не изменяется. Бесштифтовые распылители выполняются с одним или несколькими отверстиями.

Штифтовые распылители имеют два переменных по площади дросселирующих сечения: первое - в седле, второе - в сопловом отверстии. У распылителей такого рода проходная площадь соплового отверстия зависит от подъема иглы и конструкции штифта. Хотя конструктивное исполнение закрытых форсунок сложнее, они получили преобладающее распространение в автотракторных двигателях.

Итак, на основании всего вышеизложенного можно сделать вывод. При работе двигателя топливо из топливного бака засасывается топливоподкачивающим насосом через фильтр грубой очистки топлива и нагнетается через фильтр тонкой очистки к насосу высокого давления. Из насоса высокого давления топливо по топливопроводам высокого давления подается к форсункам, через которые в мелкораспыленном виде оно впрыскивается в цилиндры в соответствии с порядком работы двигателя. Излишнее топливо от насоса высокого давления и форсунок возвращается в топливный бак. Воздух в цилиндры поступает после очистки его в воздушном фильтре.

При движении плунжера вниз под действием пружины топливо под небольшим давлением, создаваемым топливоподкачивающим насосом, поступает через продольный впускной канал в корпусе в надплунжерное пространство. При движении плунжера вверх под действием кулачка и толкателя топливо перепускается в топливоподводящий канал до тех пор, пока торцевая кромка плунжера не перекроет окно гильзы. Дальнейшее движение плунжера вверх вызовет повышение давления в надплунжерном пространстве. Когда давление достигнет значения, при котором открывается нагнетательный клапан, плунжер приподнимается, и топливо по топливопроводу высокого давления поступит к форсунке. Движущийся плунжер, продолжая перемещаться, создает давление, преодолевающее натяжение пружины иглы форсунки.

Игла поднимается, начинается впрыск топлива в цилиндр двигателя. Впрыск продолжается до момента, когда кромка винтовой канавки открывает отверстие в гильзе; давление топлива падает, разгрузочный поясок нагнетательного клапана, опускаясь в гнездо под действием пружины, увеличивает объем в топливопроводе между форсункой и клапаном, за счет чего достигается четкая отсечка подачи топлива. При перемещении рейки плунжер поворачивается, и кромка винтовой канавки открывает отверстие гильзы раньше или позже, вследствие чего изменяется время, в течение которого закрыты отверстия гильзы, а, следовательно, и количество топлива, подаваемого в цилиндр.

Управление количеством впрыскиваемого топлива осуществляется от педали в кабине водителя при помощи системы тяг и рычагов, воздействующих на всережимный регулятор. Поступившее топливо проходит через фильтр, вертикальный канал, кольцевую канавку и затем поступает в топливную полость корпуса распылителя. Когда давление в полости распылителя становится больше усилия пружины форсунки, запорная игла поднимется вверх и топливо через отверстия распылителя впрыскивается в камеру сгорания. С понижением давления в топливопроводе ниже усилия, создаваемого пружиной, игла распылителя под ее действием опускается и закрывает отверстие распылителя -- подача топлива прекращается. Избыток топлива отводится по сливному трубопроводу в бак. Форсунка регулируется на давление впрыска 17,5...18,5 МПа.

При заданном положении рычага управления регулятором и при уменьшении нагрузки на двигатель частота вращения коленчатого вала двигателя повышается. Центробежная сила грузиков возрастает, и, преодолевая усилие пружины, грузики расходятся, перемещая пяту регулятора. Вместе с пятой перемещается рычаг регулятора и рейки в сторону уменьшения подачи топлива до тех пор, пока не установится частота вращения коленчатого вала, заданная положением рычага управления регулятором. С увеличением нагрузки на двигатель частота вращения коленчатого вала уменьшается, а с ней уменьшается и центробежная сила грузиков. Усилием пружины пята перемещается, сближая грузики -- подача топлива увеличивается до тех пор, пока частота вращения коленчатого вала двигателя не достигнет значения, заданного положением рычага управления регулятором.

Взаимное воздействие центробежной силы грузиков и натяжения пружины устанавливает частоту вращения коленчатого вала на данном режиме работы двигателя.

При увеличении частоты вращения коленчатого вала грузы под действием центробежных сил раздвигаются и при помощи профильных выступов поворачивают ведомую полумуфту, а с ней и кулачковый валик по ходу вращения, увеличивая угол опережения впрыска. При уменьшении частоты вращения пружины отводят кулачки к исходному положению, а ведомая полумуфта, поворачиваясь против хода вращения, уменьшает.

Техническое обслуживание и регулировка системы питания

Диагностическими признаками неисправностей системы питания являются:

-затруднение пуска двигателя,

-увеличение расхода топлива под нагрузкой,

-падение мощности двигателя и его перегрев,

-изменение состава и повышение токсичности отработавших газов.

Диагностика систем питания дизельных двигателей проводится методами ходовых и стендовых испытаний и оценки состояния механизмов и узлов системы после их демонтажа.

При диагностике методом ходовых испытаний определяют расход топлива при движении автомобиля с постоянной скоростью на мерном горизонтальном участке (1 км) шоссе с малой, интенсивностью движения. Чтобы исключить влияние подъемов и спусков, выбирают маятниковый маршрут, т. е. такой, на котором автомобиль движется до конечного пункта и возвращается по той же дороге.

Измерение дымности проводится при ТО после ремонта или регулировки топливной аппаратуры на неподвижно стоящем автомобиле в двух режимах работы двигателя на холостом ходу свободного ускорения (т.е разгона двигателя от минимальной до максимальной частоты вращения вала) и максимальной частоты вращения вала. Температура отработавших газов не должна быть ниже 70°С.

Дымность отработавших газов у автомобилей КамАЗ их модификаций в режиме свободного ускорения не должна превышать 40%, а на максимальной частоте вращения 60%.

Диагностирование системы питания дизельных двигателей включает в себя проверку герметичности системы и состояния топливных и воздушных фильтров, проверку топливо подкачивающего насоса, а также насоса высокого давления и форсунок.

Герметичность системы питания, дизельного двигателя имеет особое значение. Так, подсос воздуха во впускной части системы (от, бака до топливоподкачивающего насоса) приводит к нарушению работы топливоподающёй аппаратуры, а не герметичность части системы, находящейся под давлением (топливо подкачивающего насоса до форсунок) вызывает подтекание и перерасход топлива.

Величина цикловой подачи (количество топлива, подаваемого секцией за один ход плунжера) для двигателя 740 КамАЗ должна составлять 72,5--75,0 мм3/цикл. Неравномерность подачи топлива секциями насоса не должна превышать 5%.

Топливо, выходящее из сопел распылителя, должно распыливаться до туманообразного состояния и равномерно распределяться по всему конусу распыливания.

Перспективным методом диагностики топливной аппаратуры дизелей является измерение давления топлива и виброакустического импульса в звеньях топливоподающей системы.

Осциллографический метод позволяет оценить: углы опережения, начала подачи, впрыска, техническое состояние форсунок, нагнетательного клапана и автоматической муфты опережения впрыска. Следует отметить, что измерение изменения давления, хотя и обладает высокими информативностью и точностью, менее пригодно в условиях эксплуатации, чем виброметод из-за своей нетехнологичности (необходима разборка).

Метод диагностики топливной аппаратуры по параметрам вибрации более универсален, технологичен (не требует разборки) и достаточно информативен.

Достоверность определения технического состояния топливной аппаратуры не менее 90%. Трудоемкость диагностирования одного комплекта аппаратуры около 0,3 ч.

Перед началом регулировочных работ необходимо устранить выявленные при проверке систем неисправности. Наиболее характерными для дизельного двигателя являются устранение негерметичности в топливопроводах и агрегатах, промывка и очистка топливных и воздушных фильтров.

У дизельного двигателя проводят регулировку топливного насоса высокого давления и форсунок. Количество топлива, подаваемого секцией, регулируют, вращая плунжер вместе с поворотной втулкой относительно зубчатого венца и измен, тем самым активный ход плунжера.

Момент начала подачи топлива секцией регулируют, ввертывая или завертывая регулировочные болты толкателя. Давление впрыска форсунки регулируют путем изменения толщины регулировочных шайб, установленных под пружину (у двигателей 740 КамАЗ).

Технология и ремонт системы питания

Уменьшение подачи топлива и снижение давления при впрыске -- основные неисправности системы питания дизельного двигателя. Признаки неисправности следующие: невозможность пуска или затрудненный пуск двигателя, падение мощности, задымление, стуки, неустойчивая работа или «разнос» его (двигатель трудно остановить). Причинами уменьшения подачи топлива, снижения давления при впрыске и невозможности вследствие этого запустить двигатель могут быть:

Уменьшение подачи топлива и снижение давления при впрыске, приводящие к падению мощности, задымлению и стукам двигателя, возникают при засорении системы выпуска газов; неисправности привода рычага регулятора (при полном нажатии на педаль подачи топлива частота вращения коленчатого вала двигателя не увеличивается); наличии воздуха в топливной системе; нарушении угла опережения впрыска топлива (стуки или задымление); попадании воды в топливную систему (дым белого цвета); избытке топлива, подаваемого в цилиндры (дым черного или серого цвета); нарушении регулировки или засорении форсунок; износе плунжерной пары и отверстий распылителя форсунки; загрязнении воздушного фильтра.

Равномерность работы двигателя нарушается при ослаблении крепления или лопнувшей трубке высокого давления, неудовлетворительной работе отдельных форсунок, нарушении равномерности подачи топлива секциями ТНВД, неисправном регуляторе частоты вращения. Двигатель начинает работать «вразнос» при заедании рейки ТНВД, поломке пружины рычага ее привода, при попадании лишнего количества масла в камеру сгорания из-за износа цилиндропоршневой группы.

В процессе эксплуатации у подвижных сопряжений насоса увеличиваются зазоры, у неподвижных сопряжений нарушается прочность соединения, возникают деформация деталей и другие неисправности, в результате которых нарушается нормальная работа механизмов.

Корпуса насоса и регулятора, изготовленные из серого чугуна или алюминиевого сплава, иимеют следующие основные дефекты: трещины, изломы, износ гнезд под толкатели, износ гладких и резьбовых отверстий.

Корпус насоса выбраковывают при изломах, пробоинах. и трещинах во внутренних перемычках или отколах стенок направляющих пазов под оси роликов толкателей.

Трещины в чугунных корпусах заваривают электросваркой биметаллическими электродами или заделывают эпоксидным составом, а в алюминиевых - газовой сваркой с применением прутков такого же алюминиевого сплава. Изломы и трещины устраняют наложением заплат.

После восстановления проверяют коробление привалочных плоскостей и герметичность заварки. Коробление плоскостей более 0,05 м устраняют шлифованием. При испытании наложенных швов керосином в течение 5 мин не должны появляться пятна керосина.

Изношенные пазы под толкатели и гладкие отверстия восстанавливают постановкой втулок. Плоскость восстановленных пазов должна быть перпендикулярна плоскости корпуса под головку с точностью до 0,1 мм на длине 100 мм и иметь конусность не более 0,02 мм. Изношенную резьбу в отверстиях восстанавливают постановкой пружинных вставок или нарезанием резьбы увеличенного размера.

Кулачковый вал, изготавливаемый из стали 45 с закаленными поверхностями кулачков, эксцентрика и опорных шеек (нагревом ТВЧ до твердости HRC 52-63), имеет следующие дефекты: износ поверхности кулачков, износ эксцентрика, износ посадочных мест под подшипники и сальники, износ шпоночной канавки, износ резьбы.

Выбраковывают кулачковый вал при трещинах, изломах и аварийном изгибе. Незначительно изношенные кулачки шлифуют до восстановления профиля, но на глубину не более 0,5 мм. Кулачки с большим износом, эксцентрик, посадочные поверхности, а также изношенную резьбу восстанавливают наращиванием металла, такими же способами и материалами, как при восстановлении распределительных валов двигателей, и затем обрабатывают под номинальные размеры.

Изношенную шпоночную канавку фрезеруют под увеличенный размер, а при износе не более 0,2 м зачищают стенки до выведения следов износа. В обоих случаях ставят ступенчатую шпонку. Смещение продольной оси шпоночной канавки относительно диаметральной плоскости конуса впускается не более 0,1 мм, а относительно оси симметрии третьего кулачка не более 0,15 мм.

Толкатель изнашивается по наружному диаметру, изнашивается также торец болта, ослабляется посадка и ролика в ушке толкателя, повреждается или ослабляется резьбовое соединение регулировочного болта.

Наружную поверхность толкателя хромируют и обрабатывают под номинальный или ремонтный размер. Отверстие под ось ролика развертывают под увеличенный размер оси. Изношенную или поврежденную резьбу в корпусе толкателя восстанавливают под увеличенный размер, изготавливают новый регулировочный болт.

Большинство деталей регулятора, изготовленных из сталей разных марок, в процессе эксплуатации приобретают следующие дефекты: износ подвижных сочленений осей, износ отверстий под оси и втулки, износ втулок, шпоночных и резьбовых соединений, износ посадочных мест под подшипники и сальники, изгиб деталей.

Особенность деталей регулятора - их небольшие размеры. Изношенные гладкие отверстия развертывают под увеличенный размер осей и пальцев, а если позволяет конструкция детали, их наплавляют и сверлят отверстия номинального размера или восстанавливают постановкой втулки.

Изношенные пальцы и оси заменяют новыми или изготавливают увеличенного (по диаметру) размера. Изношенные втулки заменяют новыми, развертывают под увеличенный ремонтный размер или осаживают. Например, ослабленные втулки в грузах регулятора или с износом их по отверстию под оси осаживают непосредственно в грузах. Между ушками груза устанавливают вспомогательную стальную втулку, пропускают через все втулки ось грузов и под прессом осаживают обе втулки одновременно, затем их развертывают под необходимый размер.

Изношенную резьбу восстанавливают нарезанием резьбы увеличенного или уменьшенного размера. Если позволяет конструкция детали, внутреннюю резьбу заваривают или обжимают и нарезают резьбу нормального размера. Изношенные канавки фрезеруют на ремонтный размер.

Посадочные места валиков под подшипники, сальники и втулки восстанавливают хромированием или осталиванием с последующим шлифованием под номинальный размер. Погнутые детали правят на плите, в тисках или на призмах под прессом.

Ремонт топливоподкачивающих насосов зависит от характера дефекта. Основные дефекты насосов поршневого типа: износ поршня и отверстия под поршень в корпусе, износ клапанов и их гнезд, износ стержня толкателя и его направляющего отверстия в корпусе, потеря упругости пружин, срыв резьбы под пробку клапана ручного насоса и под болты поворотных угольников, трещины и облом фланца корпуса.

Изношенный поршень восстанавливают хромированием с последующим шлифованием под ремонтный размер. Отверстие в корпусе растачивают по поршню с обеспечением зазора между ними в пределах 0,015-0,038 мм. Допустимая овальность и конусность отверстия составляет не более 0,005 мм.

Текстолитовые нагнетательные клапаны заменяют новыми или притирают изношенные поверхности на чугунной плите пастой ГОИ или АП14В до выведения следов износа.

Поврежденные или изношенные гнезда клапанов фрезеруют специальной фрезой до получения необходимой чистоты и притирают чугунным притиром. Сильно изношенные гнезда клапанов восстанавливают постановкой сменного гнезда.

Такое гнездо изготавливают из пальца гусеницы, устанавливают на резьбе в рассверленное отверстие и сверлят необходимые топливные каналы. Изношенный шариковый клапан поршня ручной подкачки заменяют новым. Шарик легкими ударами молотка пристукивают к гнезду медной или латунной наставкой.

Изношенный стержень толкателя заменяют новым, увеличенного размера и притирают по отверстию корпуса. Сломанные пружины заменяют новыми, а потерявшие упругость - восстанавливают или также заменяют новыми.

Резьбу под пробку клапана восстанавливают нарезанием резьбы ремонтного размера, а при повреждении резьбы под болты поворотных угольников или штуцеров устанавливают в корпусе насоса переходные штуцеры.

У шестеренчатых насосов изнашиваются зубья по толщине и длине, крышка корпуса и корпус насоса в местах прилегания торцов шестерен, втулка ведущего валика, ось и отверстие ведомой шестерни, резьбовые отверстия в корпусе.

Шестерни с изношенными по длине зубьями восстанавливают припаиванием к торцу (твердым припоем) диска из малоуглеродистой стали. Припаянный диск прорезают и обрабатывают по профилю зуба.

Шестерни с износом зубьев по толщине до размеров, выходящих за пределы допустимых, заменяют новыми. Плоскости плиты и крышки шлифуют или опиливают и пришабривают до выведения следов износа. Проверяют их по контрольной плите.

Основные дефекты форсунок (кроме распылителей): износ торца корпуса форсунки в месте прилегания корпуса распылителя, излом или потеря упругости пружин, повреждение или срыв резьбы.

Мелкие задиры, риски и износ на торце корпуса форсунки устраняют притиркой торцевой поверхности на чугунной плите. Поврежденную резьбу исправляют метчиком или плашкой.

У бесштифтовых многосопловых форсунок проверяют; степень намагниченности штанги: штанга должна удерживать по весу другую такую же, при необходимости штангу намагничивают.

Корпус форсунки, гайку пружины и регулировочный винт с трещинами или срывами резьбы более двух ниток в любом месте не восстанавливают, а заменяют новыми.

Прецизионные пары топливной аппаратуры восстанавливают на специализированных ремонтных предприятиях или в цехах двумя способами: перекомплектовкой и увеличением диаметра рабочей части плунжера.

В первом случае плунжерные пары, поступившие на ремонт, расконсервируют, раскомплектовывают, промывают в бензине и затем спрессовывают поводок.

Раскомплектованные плунжеры и гильзы притирают на специальным доводочных станках специальными чугунными притирами и оправками до выведения следов износа. Плоскости притирают на неподвижных чугунных плитах. Для притирочных работ используют абразивные пасты ГОИ и НЗТА, а за последние годы все шире применяют алмазный пасты типа АП.

Пасты ГОИ изготавливают трех видов: грубую (18-40 мкм) Для снятия слоя металла в десятых долях мм, среднюю (8-17 мкм) для снятия в сотых долях мм и тонкую (1-7 мкм) для снятия припусков в тысячных долях мм. Для притирки прецизионных пар используют только среднюю и тонкую пасты ГОИ.

Пасты НЗТА выпускают по зернистости семи номеров: М30, М20, М10 М7, М3, М3 (усиленная) и M1 - самая тонкая, применяемая для окончательной взаимной доводки плунжера и гильзы.

После чистовой притирки овальность, гранённость, кривизна и бочкообразность прецизионных деталей допускается не более 0,001 мм, а конусность - не более 0,0015 мм. Наружный диаметр деталей измеряют оптиметром, миниметром со столом и стойкой или рычажной скобой с точностью отсчета 0,001 мм и сортируют их на группы через 0,001 мм. Отверстия измеряют ротаметром и также сортируют на группы через 0,001 мм. Затем детали спаривают по группам.

Плунжер подбирают к гильзе, диаметр которой на 0,001 мм больше диаметра плунжера. Спаренные детали окончательно притирают одну к другой, используя пасту МЗ или АПЗВ, а затем самую тонкую M1 или АП1В. Напрессовывают поводок, проверяют плотность и правильность его посадки.

Нагнетательные клапаны, у которых нарушена герметичность запорного конуса, вручную притирают к седлу. Оставшиеся после спаривания детали; гильзы плунжеров и корпуса распылителей с увеличенным, а плунжеры и иглы распылителей с уменьшенным диаметрами восстанавливают наращиванием слоя металла. Обычно наращивают только плунжеры и иглы распылителей химическим никелированием или хромированием.

Оборудование, приспособления и инструменты, применяемые при работе

Количество израсходованного топлива измеряют с помощью расходомеров объемного типа. Диагностирование систем питания можно проводить и одновременно с испытанием тяговых качеств автомобиля на стенде с беговыми барабанами. Расходомеры применяют не только для диагностики системы питания, но и для обучения водителей экономному вождению.

Токсичность отработавших газов двигателей проверяют на холостом ходу. Для дизельных двигателей при этом используются фотометры (дымомеры) или специальные фильтры.

Дымность отработавших газов оценивается по оптической плотности отработавших газов (ГОСТ 21393--75), которая представляет собой количество света, поглощенного частицами сажи и другими светопоглощающими дисперсными частицами, содержащимися в газах. Она определяется по шкале прибора.

Основой прибора является прозрачная стеклянная труба, которую пересекает световой поток. Степень поглощения света зависит от задымленности газов.

Отбор исследуемых газов осуществляется с помощью газоотборника, устанавливаемого в измерительной трубе, которая через ресивер соединяется с выхлопной трубой двигателя. Для повышения давления в измерительной трубе она может быть при необходимости оборудована заслонкой.

Впускную часть топливной магистрали проверяют на герметичность с помощью специального прибора-бачка. Часть магистрали; находящуюся под давлением, можно проверять опрессовкой ручным топливоподкачивающим насосом или визуально при работе двигателя на частоте вращения холостого хода.

Состояние топливных и воздушных фильтров проверяют визуально. Топливоподкачивающий насос и насос высокого давления проверяют на стенде дизельной топливоподающей аппаратуры СДТА.

При испытаниях и регулировке на стенде исправный топливоподкачивающий насос должен иметь определенную производительность при заданном противодавлении и давление при полностью перекрытом топливном канале (стенда производительность должна быть не менее 2,2 л/мин при противодавлении 150 -- 170 кПа и давлении при полностью перекрытом канале 380 кПа).

Топливный насос высокого давления проверяют на начало, равномерность и величину подачи топлива в цилиндры двигателя. Для определения начала подачи топлива применяют моментоскопы -- стеклянные трубки с внутренним диаметром 1,5 -- 2,0 мм, устанавливаемые на выходном штуцере насоса, и градуированный диск (лимб), который крепится к валу насоса.

При проворачивании вала секции насоса подают топливо в трубки моментоскопов. Момент начала движения топлива в трубке первого цилиндра фиксируют по градуированному диску.