Особенности применения ДВС на транспортной технике

43. Газораспределительный механизм

Газораспределительный механизм предназначен для своевременного впуска в цилиндры дизеля воздуха и выпуска из цилиндров отработавших газов. Газораспределение или газообмен предполагает управление впуском в цилиндре двигателя свежего заряда и выпуском из ни отработавших газов в точном соответствии с принятым для двигателя порядком работ. Впускные и выпускные отверстия цилиндров с заданной закономерностью открываются и закрываются клапанами, имеющими грибовидную форму (головку или тарелку со стержнем), а также с помощью различных плоских, конусных и других золотников. Клапаны или золотники кинематически связаны с коленчатым валом и совместно с деталями передачи движения к ним, управления ими и привода образуют механизм газораспределения соответственно клапаны или золотниковый. Продолжительность открытия впускных или выпускных отверстий цилиндра, выраженную в градусах угла поворота коленчатого вала, принято называть фазами газораспределения. В зависимости от назначения отверстий, соединяющих цилиндровую полость двигателя с впускными или выпускными трубопроводами, различают фазы впуска (продувки) и выпуска. Величину фаз выбирают сообразно с тактностью двигателя, особенностью его конструкции и быстроходностью. Увеличение угла запаздывания закрытия впускных клапанов заметно улучшает наполнение цилиндров. Расширение фаз впуска и выпуска путем введения некоторого опережения открытия впускного и запаздывания закрытия выпускного клапанов позволяет лучше использовать проходные сечения клапанных отверстий, так как к началу хода впуска и после завершения поршнем хода выпуска клапаны находятся уже в приоткрытом состоянии. Положение, когда поршень находится вблизи в.м.т. и оба клапана одновременно приоткрыты, называют перекрытием клапанов, которое достигает 30…40⁰ угла поворота коленчатого вала. Существенным недостатком механизмов газораспределения является то, что они не обеспечивают желаемого (в идеале мгновенного) открытия и закрытия впускных и выпускных отверстий цилиндров, а изменяет их проходное сечение пропорционально высоте подъема клапана с увеличением до максимального значения и последующего уменьшения до полного закрытия.

44. Газораспределительный механизм с верхним расположением клапанов

Верхнеклапанное газораспределение размещают одновременно в блоке и головке цилиндров. Клапаны расположены (подвешены) при этом над цилиндром, вследствие чего такие механизмы называют иногда механизмами с подвесными клапанами. Принцип их работы не отличается от рассмотренных выше нижнеклапанных, но они более сложны, так как имеют ряд дополнительных деталей: коромысло, шарнирно посаженное на ось, закреплённую в стойках (кронштейнах), и толкающую штангу, передающую усилие от толкателя. Применение верхнеклапанных механизмов связано с увеличением высоты двигателя и заметно снижает общую жёсткость системы. Тем не менее, двигатели с внешним смесеобразованием (бензиновые, газовые) в настоящее время строят верхнеклапанными. Верхнеклапанное газораспределение снимает ограничение по степени сжатия, уменьшает гидравлическое сопротивление на впуске и позволяет более рационально компоновать камеры сгорания с размещением в головке цилиндров или в днище поршня, повышая этим общее использование теплоты в цилиндрах. Снижение жёсткости механизма проявляется при работе двигателя с большей частотой вращения коленчатого вала вследствие деформации штанг и других деталей. Как результат этого закон подъёма клапанов, т. е. зависимость высоты подъёма от угла поворота кулачков, нарушается и на некоторых участках не соответствует профилю кулачков распределительного вала, который подбирают из условий наивыгоднейшего наполнения. Деформация деталей механизма приводит к ухудшению мощностных и экономических показателей двигателя. Для устранения этого недостатка в современных быстроходных двигателях распределительный вал устанавливают на головке блока, что значительно упрощает кинематическую связь между его кулачками и клапанами. Двигатели в этом случае называют двигателями с верхним расположением распределительного вала. При нижнем расположении распределительного вала верхнеклапанные механизмы газораспределения дизелей камеру сгорания размещают в днище поршня.

45. Газораспределительный механизм с нижним расположением клапанов

Нижнеклапанное газораспределение самое простое и характеризуется тем, что впускные и выпускные клапаны расположены сбоку цилиндра, поэтому эти механизмы называют также механизмами с боковым расположением клапанов. Основными элементами его являются: клапан, клапанная пружина, толкатель, регулировочный болт и распределительный вал с кулачками (по числу клапанов), называемый также кулачковым. Клапаны (впускной и выпускной) совершаёт осевые перемещения в направляющей втулке и нагружены пружинами, которые закрепляют на клапане с помощью тарельчатой шайбы и сухарей, поэтому они плотно перекрываёт впускное и выпускное отверстие цилиндра. Под стержнями клапанов установлены толкатели, опирающиеся своей тарельчатой частью на распределительный вал, который через шестерённый привод получает вращение от коленчатого вала двигателя, вследствие чего кулачки набегают на толкатели, и поднимаёт их вместе с клапанами. Кулачки вала со строго заданной последовательностью открывают, а пружины закрываёт впускные и выпускные клапаны, обеспечивая смену рабочего тела в цилиндрах. Нижнеклапанному газораспределению присущи простота и жёсткость конструкции, но возможности повышения степени сжатия двигателя ограничены, вследствие наступающего при этом дросселирования потока на входе в цилиндр. Камеры сгорания нижнеклапанных двигателей, размещаемые в головке цилиндров, известны как Г-образные, имеют относительно большие поверхности охлаждения, через которые непроизвольно теряется часть теплоты, выделяющейся при сгорании топлива, что ухудшает экономичность двигателя. К тому же Г-образных камерах сравнительно легко возникают условия для разрушительного детонационного сгорания смеси, поэтому в современных двигателях нижнеклапанные механизмы практически не применяют.

46. Клапаны и клапанные пружины

Клапан является самой горячей деталью двигателя. Температура головок выпускных клапанов может достигать 850…900С. Клапаны должны надёжно герметизировать полость цилиндра и создавать возможно меньшие гидравлические потери при движении свежего заряда и впускных газов. Основными элементами клапана являются головка и стержень. У впускного клапана головку часто делают больше диаметра, чем у выпускного, для улучшения наполнения цилиндра. Клапаны работают в тяжёлых условиях, поэтому их изготовляют из высококачественной стали. Для экономии этого материала головки клапанов (особенно впускных) часто выполняют из жаропрочной стали, а стержни - из углеродистой стали с последующей их приваркой. Плотное прилегание клапана к седлу (или к расточке головки цилиндра при отсутствии седла) достигается с помощью фаски на головке клапана. По поверхности фаски осуществляется притирка клапана к седлу, что обеспечивает герметичность уплотнения. При работе клапанов целесообразно их вращение с помощью специального механизма, что повышает равномерность распределения температуры по окружности головки, улучшает герметичность и повышает срок службы клапана. Во время работы двигателя специальный механизм обеспечивает вращение клапана. В связи с форсированием современных двигателей по среднему эффективному давлению и частоте вращения необходимо увеличить интенсивность отвода теплоты от головок выпускных клапанов. Это достигается применением клапанов с внутренней замкнутой полостью, на 35…50 % объёма заполненной легкоплавким металлом (например, натрием). Расплавляясь при работе, натрий, находящийся в поле знакопеременных инерционных сил, интенсифицирует передачу теплоты от головки к стержню клапана. Клапанные пружины обеспечивают посадку клапана на седло и удерживают его в закрытом положении в течение заданной продолжительности по углу поворота коленчатого вала, а также препятствуют открытию клапанов под действием избыточного давления в газовоздушных каналах головки цилиндров. Пружины должны обладать необходимой характеристикой жёсткости, обеспечивающей неразрывность кинематической цепи элементов механизма газораспределения при работе двигателя. На каждый клапан ставится одна или две пружины. В последнем случае уменьшается их длина и повышается надёжность работы механизма. Для того чтобы при поломке одной из пружин витки её не попадали между витками другой, навивку пружин (внутренней и наружной) выполняют в разных направлениях. Клапанные пружины изготовляют из высокопрочной пружинной проволоки методом холодной навивки.

47. Назначение системы смазки

Система смазки двигателя это совокупность агрегатов и устройств которые, совместно с каналами и маслопроводами, предопределяют долговечность и надежность его работы и должны обеспечивать: подачу необходимого количества масла к трущимся поверхностям, вынос продуктов износа из зоны трения соприкасающихся поверхностей, охлаждение и антикоррозионную защиту трущихся и иных внутренних поверхностей, очистку масла от твердых частиц, поддержание оптимальной температуры смазочного масла.

48. Устройство и работа системы смазки

Уменьшение трения между прижатыми и перемещающимися одна относительно другой поверхностями достигается введением между поверхностями смазочного материала (трение скольжения). При введении смазочного материала трение между твердыми поверхностями заменяется трением между частицами (молекулами) смазочного материала и называется жидкостным. Жидкостное трение значительно меньше сухого (между твердыми поверхностями). Для смазывания деталей СДМ применяют моторные, трансмиссионные масла и пластичные смазки. Моторные масла применяют для смазывания деталей трения механизмов двигателя и в гидросистемах. Масла, нанесенные тонким слоем на поверхности поршней, поршневых колец и цилиндров, подвергаются воздействию больших удельных нагрузок и высоких температур, постоянно контактируют с кислородом воздуха, засоряются частицами нагара, проникающими из камеры сгорания, пыли и продуктами износа деталей. Различают следующие способы подвода масла к трущимся поверхностям: совместно с подачей топлива; разбрызгиванием; под давлением; комбинированный. Смазывание совместно с подачей топлива применяют в пусковых двухтактных двигателях. Смазывание разбрызгиванием заключается в следующем. При вращении коленчатого вала масло захватывается из поддона картера черпачками нижней крышки шатуна и разбрызгивается внутри картера в виде очень мелких капель. Последние, оседая на поверхности деталей, смазывают их и стекают обратно в поддон картера. Смазывание под давлением заключается в том, что ко всем трущимся поверхностям двигателя масло подается под давлением, создаваемым насосом. Такой способ смазывания вследствие его сложности применяют только в сочетании с другим способом. Комбинированный способ объединяет смазывание разбрызгиванием и под давлением. Как правило, под давлением смазывают коренные и шатунные подшипники, коромысла и распределительные шестерни газораспределительного механизма. Разбрызгиванием смазывают трущиеся поверхности цилиндров, поршней, кулачков распределительного вала, толкателей и других деталей. В зависимости от расположения емкости для масла различают системы с «мокрым» и сухим картером. РАБОТА СИСТЕМЫ СМАЗКИ Из главной магистрали по сверлениям в блоке масло поступает к коренным подшипникам коленчатого вала и подшипникам распределительного вала. По вертикальному каналу в блоке и сверлению в одной из стоек крепления оси коромысел масло попадает в полость оси и оттуда по сверлениям проходит к подшипниковым втулкам коромысел. Коромысла могут иметь сверления для подвода масла к торцам стержня клапана и штанге толкателя, однако чаще эти пары смазываются разбрызгиванием. По сверлениям и полостям в шейках и щеках коленчатого вала масло пол давлением поступает к шатунным подшипникам и далее по сверлению в стержне шатуна может поступать для смазки поршневого пальца. Иногда в нижней головке шатуна делают отверстие через которое при совмещении его с радиальным отверстием в шатунной шейке вала факел масла выбрасывается на стенки цилиндра и кулачки распределительного вала. Лишнее масло со стенок цилиндра отводится маслосъемными поршневыми кольцами через дренажные отверстия поршня. Часть масла при этом подается для смазки поршневого пальца в бобышках поршня. Через сверление в шатуне масло подается в распылитель, установленный в верхней головке шатуна, для охлаждения днища поршня.

49. Фильтры для очистки масла

Маслоочистители (масляные фильтры) применяют для очистки масла с целью сохранения его смазочных свойств в течение длительного периода работы двигателя. По размеру задерживаемых частиц различают фильтры грубой очистки (отсеивающие частицы более 40 мкм) и фильтры тонкой очистки (до 1-2 мкм), а по принципу действия - на щелевые и центробежные. В щелевых фильтрах размер задерживаемых частиц определяется зазором между фильтрующими элементами (пластинами, порами, волокнами и т.д.). Если на пути фильтрующего масла встречается один ряд щелей (грани пластин, проволочной навивки и т.п.), то фильтры называют поверхностными, если же фильтрация происходит в объеме фильтрующего элемента (пористый картон, поролон и т.п.), то фильтры называют объемными. Через полнопоточные фильтры, включенные в масляную магистраль последовательно, прокачивают все масло, поступающее к трущимся поверхностям. Для того чтобы сократить время работы без смазки и уменьшить пусковые износы, масляные фильтры делают так, чтобы исключить сток масла из них после остановки двигателя. Это достигается либо путем соответствующего расположения входного и выходного каналов, либо путем установки дренажного клапана.

50. Моторные масла

Моторные масла применяют для смазывания деталей трения механизмов двигателя и в гидросистемах. Масла, нанесенные тонким слоем на поверхности поршней, поршневых колец и цилиндров, подвергаются воздействию больших удельных нагрузок и высоких температур, постоянно контактируют с кислородом воздуха, засоряются частицами нагара, проникающими из камеры сгорания, пыли и продуктами износа деталей. Для сохранения смазочных свойств, в течение длительного времени эксплуатации, моторные масла должны удовлетворять следующим основным требованиям: иметь по возможности высокую маслянистость (хорошо растекаться и образовывать на металлических поверхностях сплошную, прочную молекулярную масляную пленку) и определенную вязкость на всех режимах работы двигателя; обладать противоокислительной устойчивостью (химической стабильностью); не содержать свободных минеральных кислот и щелочей, воды и твердых механических примесей; иметь высокую температуру вспышки и незначительную испаряемость. Такие масла в основном получают из нефти и называют минеральными. Для улучшения эксплуатационных свойств к маслам добавляют специальные вещества - присадки.

51. Система воздушного охлаждения

Функции регулируемого принудительного отвода теплоты выполняет система охлаждения, которая должна обеспечивать: автоматическое поддержание оптимального теплового режима независимо от режима работы двигателя и внешних условий; быстрый прогрев двигателя до рабочей температуры; длительное сохранение теплоты после остановки двигателя; малые энергетические затраты, связанные с приводом агрегатов системы охлаждения. Система воздушного охлаждения в меньшей степени подвержена аварийным повреждениям, проще и надежнее в эксплуатации, чем жидкостная система охлаждения, поэтому она применяется на машинах, работающих в сложных климатических или дорожных условиях.

52. Назначение и виды систем охлаждения

Различают двигатели жидкостного и воздушного охлаждения, а также двигатели с комбинированным охлаждением. Как жидкостная, так и воздушная системы охлаждения имеют свои достоинства и недостатки. Сгорание топлива сопровождается выделением значительного количества теплоты. Если двигатель охлаждать недостаточно, то его детали могут нагреться до высокой температуры, что связано: с уменьшением их прочности и возможностью термического разрушения (прогорание поршней, пригорание фасок клапанов); с уменьшением массового наполнения цилиндров из-за интенсивного нагрева воздуха или топливовоздушной смеси от горячих поверхностей двигателя и ухудшением его мощностных и экономических показателей; с ухудшением условий работы системы смазки вследствие уменьшения вязкости перегретого масла и разрушения слоя поверхностно-активных молекул. Переохлаждение двигателя сопровождается ростом механических потерь из-за повышения вязкости масла, ухудшением процессов смесеобразования и сгорания, следствием чего является повышение расхода топлива. Конденсация паров воды в картерной полости интенсифицирует коррозионный износ. В отработавших газах повышается содержание углеводородов несгоревшего топлива и высокотоксичных альдегидных соединений. Функции регулируемого принудительного отвода теплоты выполняет система охлаждения, которая должна обеспечивать: автоматическое поддержание оптимального теплового режима независимо от режима работы двигателя и внешних условий; быстрый прогрев двигателя до рабочей температуры; длительное сохранение теплоты после остановки двигателя; малые энергетические затраты, связанные с приводом агрегатов системы охлаждения.

53. Жидкостная система охлаждения двигителя

Жидкостная система охлаждения более инерционна, двигатель медленно прогревается, но и медленно остывает, кроме того, большая теплоемкость охлаждающей жидкости обеспечивает более интенсивный и равномерный теплоотвод и меньшую температуру деталей. При такой системе двигателю не страшны кратковременные перегрузки. Двигатель с жидкостной системой в силу своих конструктивных особенностей излучает в окружающую среду меньше шума. Теплота, отводимая жидкостью от горячих поверхностей двигателя, используется для подогрева впускного трубопровода и улучшения смесеобразования, а также для отопления кабины в зимнее время. Вместе с тем потеря герметичности и утечка охлаждающей жидкости приводят к быстрому перегреву и аварии двигателя. Системы жидкостного охлаждения могут быть открытыми и закрытыми. В открытых системах внутренняя полость постоянно сообщается с атмосферой, поэтому охлаждающая жидкость свободно испаряется или вообще выкипает. В настоящее время открытые системы не применяют. Закрытые системы изолированы от окружающей среды. При работе в них поддерживают небольшое избыточное давление, вследствие чего температура кипения воды повышается до 110…120°С, поэтому вероятность закипания ее при тяжелых условиях работы двигателя уменьшается.

54. Охлаждающие жидкости

Охлаждающие жидкости, используемые в системе охлаждения, должны иметь следующие свойства: высокая теплоемкость и высокая температура кипения, малая вязкость, не замерзание при низких температурах окружающей среды, отсутствие коррозионного воздействия и минимальное содержание примесей, ведущих к образованию накипи. Вода, повсеместно применявшаяся в системах охлаждения, имела эти свойства только частично. Она замерзает при минусовой температуре, что существенно осложняет зимнюю эксплуатацию, требует тщательной очистки от солей (обработки хромпиком в количестве до 10 г/л), чтобы избегать накипи, оказывает коррозионное воздействие. Поэтому в последнее время все более широко применяют незамерзающие жидкости -- антифризы и тосолы. Антифризы выпускают двух марок: антифриз М40, содержащий 47% воды и 53% этиленгликоля (замерзает при температуре -40°С); антифриз М65 содержит 66% этиленгликоля (замерзает при температуре -65°С). Тосолы А40 и А65 -- те же антифризы М40 и М65, содержащие добавки, защищающие металлы от коррозии. Тосолы пригодны к эксплуатации в двигателе в течение 2…3 лет, после чего их необходимо заменять, так как содержащиеся в них добавки теряют стабильность. При температурах ниже указанных антифризы и тосолы превращаются лишь в рыхлую массу и не разрушают систему охлаждения. Охлаждающие жидкости на основе этиленгликоля имеют меньшую, чем вода, теплоемкость. Системы, рассчитанные на всесезонное использование тосолов, имеют большую производительность насосов и относительно большую поверхность теплоотдачи радиаторов, поэтому в летнее время перегревы двигателя не наблюдаются. Антифризы и тосолы крайне ядовиты. Обращение с ними требует повышенной осторожности

55. Радиаторы. Вентиляторы

Радиатор является теплообменником системы, где поступающая из двигателя жидкость отдает через его стенки теплоту потоку воздуха. Наибольшее распространение получили радиаторы с естественным вертикальным направлением потока жидкости сверху вниз. Вертикальный радиатор состоит из верхнего и нижнего бачков, соединенных между собой трубками, образующими его охлаждающую решетку. Верхний бачок радиатора имеет наливную горловину с пробкой, а нижний -- сливной краник. С целью предохранения радиатора от разрушения при закипании жидкости в наливную горловину впаяна пароотводная трубка, соединенная с атмосферой или с расширительным бачком, размещаемым в хорошо охлаждаемом месте. Срез пароотводной трубки заглублен в жидкость, и при проходе через ее слой отводимые пары конденсируются. При остывании двигателя в системе охлаждения возникает некоторое разрежение, вследствие чего жидкость из расширительного бачка подсасывается в систему. К верхнему и нижнему бачкам припаяны боковые стойки, которые вместе с нижней пластиной, несущей крепежные скобы, образуют каркас радиатора. Для защиты от вибраций радиатор крепят к раме с помощью эластичных резиновых подушек и соединяют с двигателем достаточно длинными гибкими резиновыми шлангами. Как правило, радиатор дополнительно крепят с помощью упругих кронштейнов к облицовке или боковинам крыльев. В зависимости от конструкции охлаждающей решетки различают трубчатые, пластинчатые и сотовые радиаторы. Трубчатые радиаторы наиболее распространены. Они подразделяются на трубчато-пластинчатые и трубчато-ленточные. В трубчато-пластинчатых радиаторах охлаждающая решетка состоит из нескольких рядов трубок, проходящих сквозь пакет набранных с зазором поперечных пластин, увеличивающих теплоотвод. Для уменьшения гидравлического сопротивления решетки радиатора и повышения поверхности теплоотвода трубки делают плоскоовальной формы. В трубчато-ленточных радиаторах трубки устанавливают друг за другом в ряд, а между ними прокладывается гофрированная лента. Пластинчатые радиаторы изготовляют из гофрированных пластин, попарно спаянных отбортованными кромками. Ширина пластин равна глубине, а длина -- высоте охлаждающей решетки радиатора. Жидкость протекает в них по узкой щели между двумя спаянными пластинами. Для увеличения теплорассеивающей поверхности в промежутки между пластинами дополнительно впаивают иногда гофрированные ленты. Сотовые радиаторы состоят из набора спаянных между собой горизонтальных трубок, длина которых равна глубине радиатора. В настоящее время их не применяют. Основные детали радиаторов до недавнего времени изготовляли из дорогостоящей латуни и соединяли пайкой. В настоящее время латунь заменяют более дешевым алюминием, а бачки радиатора изготовляют из пластических материалов. Такие радиаторы собираются механически: трубки развальцовываются в пакете пластин и резиновых прокладках донышек бачков. Вентилятор в системе жидкостного охлаждения служит для интенсификации потока воздуха через теплообменную решетку радиатора. На привод вентилятора затрачивается до 3…5% мощности двигателя, что вызывает увеличение расхода топлива. С вентилятором связана и повышенная шумность работы двигателя. Поэтому в настоящее время стремятся обеспечить эффективную работу системы охлаждения с минимальными энергетическими затратами. Работу вентилятора характеризуют коэффициентом давления, который у обычных одноступенчатых аксиальных вентиляторов с малым числом лопастей составляет 0,07. У много лопаточных аксиальных вентиляторов эффективность повышается вдвое (К=0,15), еще более эффективны осерадиальные вентиляторы с неподвижным направляющим аппаратом (К=0,3). Наиболее эффективно работают центробежные вентиляторы (К=0,4), однако для систем жидкостного охлаждения их практически не применяют из-за громоздкости воздухосборной улитки. Аксиальные вентиляторы обычно делают с неравномерным шагом лопастей, что снижает вибрацию и уровень шума вентилятора. В 60-х годах появились вентиляторы с углом атаки лопастей, уменьшающимся с ростом частоты вращения вала двигателя, т.е. с увеличением скорости автомобиля и динамического напора воздуха на решетку радиатора

56. Термостат

Термостат служит для ограничения, вплоть до полного перекрытия, протока жидкости через радиатор. Различают термостаты жидкостные (сильфонные) и с твердым наполнителем, а также одно клапанные, которые только ограничивают проток жидкости, и двух клапанные, распределяющие проток жидкости между радиатором и малым кругом циркуляции жидкости. Устанавливают термостаты либо на пути движения жидкости к радиатору, либо перед насосом. Термостаты жидкостного типа вследствие образования микроскопических усталостных трещин в стенках сильфона и потери герметичности имеют ограниченный срок службы. В настоящее время применяют термостаты с твердым наполнителем.

57. Назначение и устройство системы питания и ее составных частей

Питание тепловых ДВС, в общем случае, заключается в качественном приготовлении для них рабочей смеси. Чем топливо точнее отдозировано, лучше распылено, испарено и тщательнее перемешано с воздухом, тем полнее сгорает в цилиндрах двигателя. Поэтому экономичность, токсичность, литровая мощность, стабильность работы двигателей как с внутренним, так и с внешним смесеобразованием во многом предопределяется техническим уровнем средств для подготовки и подачи воздуха и топлива в цилиндры и выпуска из них отработавших газов. Основными видами топлива для автотракторных двигателей являются бензины и дизельные топлива, получаемые путем прямой перегонки нефти, каталитического реформинга, крекинг процессов и других технологических процессов. Любой вид топлива должен обеспечивать: полное сгорание топлива с отсутствием или минимально допустимым содержанием в продуктах сгорания токсичных веществ; приемлемую испаряемость при различных температурах окружающей среды; надежные пусковые качества и устойчивую работу систем смесеобразования и питания на всех режимах работы двигателя в различных климатических условиях; мягкое протекание процесса сгорания с допустимыми нагрузками на детали двигателя и без нагаро- и коксообразования. Особенности приготовления рабочей смеси и принятая форма камеры сгорания оказывают существенное влияние на конструкцию и оценочные параметры дизелей. По способу приготовления рабочей смеси различают объемное, объемно-пленочное и пленочное смесеобразование. Каждому из этих способов присущи свои характерные особенности, для реализации которых требуются и камеры сгорания, обладающие определенными свойствами. Существующие камеры сгорания по общности основных признаков их конструкции объединяют в две большие группы - неразделенные и разделенные. Неразделенные камеры сгорания в общем случае представляют собой объем, заключенный между днищем поршня, когда он находится в ВМТ и плоскостью головки блока цилиндров. Такие камеры называют однополостными, поскольку к моменту подачи топлива вся масса воздуха практически находится в углублении днища поршня, в котором вспрыскиваемое топливо распыливается, перемешивается с воздухом и происходит его сгорание. Однополостные камеры сгорания, углубляемые в днище поршня и образующие объем полушарообразной или шарообразной формы, усеченного конуса, горообразной или иной формы, называют камерами в поршне (соответственно дизели с камерами в поршне). Если с надпоршневой полостью они соединены горловиной, то их называют полуразделенными камерами. Разделенные камеры сгорания состоят из двух объемов, соединяемых между собой каналами: основного объема, заключенного в полости над днищем поршня, и дополнительного, располагаемого чаще всего в головке блока. Широко известны две группы разделенных, или двухполостных, камер: предкамеры и вихревые. Дизели с такими камерами именуют предкамерными, вихрекамерными или с предкамерными и вихрекамерными смесеобразованием.Объемное смесеобразование основано на впрыскивании топлива непосредственно в толщу горячего воздуха, находящегося в объеме камеры сгорания дизеля. Глубину проникновения факела топлива и форму его выбирают так, чтобы свежий заряд воздуха возможно полнее охватывался факелом распыленного топлива, и последнее не попадало на стенки камеры. Чем лучше при этом распылено топливо и перемешано с воздухом, тем эффективнее протекает процесс сгорания. Принцип объемного смесеобразования наиболее полно осуществляется в камерах сгорания, имеющих чашеобразную форму или форму фигурной выемки в днище поршня. Дизели с такими камерами принято называть дизелями с непосредственным впрыскиванием.

58. Система подготовки воздуха. Воздухоочистители

Для защиты двигателя от пыли воздух, поступающий в цилиндры, тщательно очищают тремя принципиально разными способами: инерционным, контактным и фильтрующим. При инерционном способе воздуху сообщают быстрое вращательное движение или резко изменяют направление движения. В результате под действием силы инерции твердые частицы отделяются от воздуха. При контактном способе очистки воздух проходит через сетки с крупными ячейками или кольца, смоченные дизельным маслом. Частицы пыли прилипают к сеткам или кольцам и задерживаются на них. Фильтрующий способ основан на удалении из воздуха твердых частиц с помощью фильтрующего элемента (проволочная набивка, бумажные фильтрующие элементы, пакеты из капронового волокна и др.).Инерционный и контактный способы просты в осуществлении процесса очистки; для них свойственно малое сопротивление прохождению воздуха. Однако эти способы пригодны только для очистки воздуха от сравнительно крупных частиц пыли. При фильтрующем способе воздух хорошо очищается от самых мельчайших твердых частиц пыли. Этот способ сложнее в осуществлении и имеет большое сопротивление движению очищаемого воздуха.

59. Охарактеризуйте назначение и устройство насоса низкого давления

Топливный насос низкого давления установлен на топливном насосе высокого давления (на задней крышке регулятора частоты вращения) и предназначен для подачи топлива от бака через фильтры грубой и тонкой очистки к насосу высокого давления. Топливный насос низкого давления приводится в действие эксцентриком кулачкового вала ТНВД через толкатель и его шток 13; состоит из корпуса 1, поршня 12 с проушиной 10, удерживаемой пробкой 11, штока 13, толкателя с втулкой, всасывающего 8 и нагнетательного 3 клапанов с пружинами (рис.1.). На корпусе насоса низкого давления закреплен полым болтом ручной топливопрокачивающий насос поршневого типа.поэтому полость под его поршнем сообщается с надпоршневой полостью топливного насоса низкого давления. Топливный насос низкого давления с ручным топливопрокачивающим насосом: 1 -- корпус топливопрокачивающего насоса, 2-- седла клапанов, 3--нагнетательный клапан, 4-- пружины клапанов, 5, 9, 15, 17 -- прокладки, 6 -- корпус нагнетательного клапана, 7 -- пробки, 8 -- всасывающий клапан, 10 -- пружина поршня, 11 -- пробки пружины, 12 -- поршень, 13-- шток со втулкой в сборе, 14 -- цилиндр ручного насоса (изображена старая конструкция со стальным цилиндром), 16 -- корпус цилиндра, 18 -- болт крепления корпуса цилиндра. Топливопрокачивающий насос состоит из алюминиевого цилиндра и пластмассового поршня с резиновым уплотнительным кольцом и предназначен для заполнения топливом фильтров, топливопроводов и удаления из топливной системы воздуха перед пуском двигателя. При перемещении поршня 8 (рис.2.) вверх с помощью рукоятки под ним создается разрежение, открывается всасывающий клапан 6 и топливо поступает в полость Б топливного насоса низкого давления. При обратном движении поршень 8 давит на топливо, всасывающий клапан закрывается, а нагнетательный клапан 10 открывается и топливо подается к фильтру тонкой очистки. После прокачивания системы поршень 8 опускают вниз и фиксируют его рукоятку в нижнем положении поворотом, при этом поршень плотно прижимается к прокладке. Для сохранения винтовой канавки на штоке, работающей в контакте со стальным штифтом, поворот пластмассовой рукоятки следует производить с нажимом на нее.

60. Устройство и принцип работы системы пуска

Система пуска предназначена для быстрого и надежного запуска двигателя путем сообщения коленчатому валу пусковой частоты вращения, обеспечивающей нормальное протекание рабочего процесса. Для карбюраторных двигателей пусковая частота равна 5…8 с^-1, для дизелей - 21…42 с^-1. Для вращения коленчатого вала в момент пуска необходимо приложить большой крутящий момент для преодоления сопротивлений сжимаемой смеси (воздуха), трения движущихся частей двигателя, разгона их до пусковой частоты вращения. Пуск любых двигателей осуществляется с помощью комплекса устройств: обеспечивающих проворачивание вала с заданной частотой вращения; облегчающих проворачивание вала; обеспечивающих требуемое качество смесеобразования при низких частотах вращения вала; улучшающих воспламенение смеси в условиях низких температур. Устройства, обеспечивающие проворачивание вала двигателя можно разделить на кинематически связанные с коленчатым валом (стартеры) и пневматические, когда вал прокручивается газом, подаваемым в цилиндры двигателя под высоким давлением. Энергетическими источниками пусковых устройств могут быть: мускульная сила человека, электрический ток, пневматические двигатели, двигатели внутреннего сгорания и др. Наиболее распространенным пусковым устройством является электрический стартер, представляющий собой электрический двигатель постоянного тока последовательного возбуждения с механическим приводом и включающим устройством. Привод стартера осуществляется от аккумуляторной батареи. Для пуска дизельных двигателей чаще всего применяются двухтактные карбюраторные двигатели с жидкостным охлаждением. Для облегчения пуска двигателя используются две основные группы устройств: облегчающие проворачивание коленчатого вала (декомпрессоры, применение маловязких масел, разжижение масла и подогрев двигателя); облегчающие воспламенение топлива в цилиндрах двигателя (подогрев воздуха с помощью свечей накаливания и применение легковоспламеняющихся жидкостей)

61. Топливный насос высокого давления рядного типа

Рядный ТНВД имеет плунжерные пары по числу цилиндров. Плунжерные пары установлены в корпусе насоса, в котором выполнены каналы для подвода и отвода топлива. Движение плунжера осуществляется от кулачкового вала, который в свою очередь имеет привод от коленчатого вала двигателя. Плунжеры постоянно прижимаются к кулачкам с помощью пружин. При вращении кулачкового вала кулачок набегает на толкатель плунжера. Плунжер двигается вверх по втулке, при этом последовательно закрываются выпускное и впускное отверстие. Создается давление, при котором открывается нагнетательный клапан, и топливо по топливопроводу поступает к соответствующей форсунке. Регулирование количества подаваемого топлива и момента его подачи может осуществляться механическим путем или с помощью электроники. Механическое регулирование количества подаваемого топлива осуществляется поворотом плунжера во втулке. Для поворота на плунжере выполнена шестерня, которая соединена с зубчатой рейкой. Рейка связана с педалью газа. Верхняя кромка плунжера имеет наклонную поверхность, поэтому при повороте отсечка топлива и соответственно его количество будет изменяться. Изменение момента начала подачи топлива требуется при изменении частоты вращения коленчатого вала двигателя. Механическое регулирование момента подачи топлива производится с помощью центробежной муфты, расположенной на кулачковом валу. Внутри муфты находятся грузики, которые при увеличении оборотов двигателя расходятся под действием центробежных сил и поворачивают кулачковый вал относительно привода. При увеличении оборотов двигателя обеспечивается ранний впрыск топлива, при уменьшении - поздний. Конструкция рядных ТНВД обеспечивает высокую надежность. Насосы смазываются моторным маслом системы смазки двигателя, поэтому могут работать на топливе низкого качества. Рядные топливные насосы высокого давления применяются на двигателях с раздельными камерами сгорания и непосредственным впрыском средних и тяжелых грузовых автомобилей. На легковых дизелях данный вид насоса применялся до 2000 года.

62. Элементы секции ТНВД

Топливные насосы высокого давления предназначены для подачи одинаковой и точно отмеренной порции топлива, соответствующей нагрузке двигателя под большим давлением (до 50 МПа) к форсункам каждого цилиндра в определенный момент и за определенный промежуток времени. В автотракторных двигателях применяют насосы плунжерного типа, в которых необходимое давление создается работой плунжерной пары. Наибольшее распространение получили многоплунжерные насосы с золотниковым регулированием цикловой подачи топлива и постоянным ходом плунжера и одноплунжерные насосы распределительного типа. Топливный насос состоит из корпуса 18, кулачкового вала 19, головки 6, четырех секций насоса и механизма регулирования количества подаваемого топлива. Корпус представляет собой отлитую из чугуна коробку, к которой крепят головку с помощью болтов 7 и в которой размещают узлы и детали насоса. Корпус внутри имеет горизонтальную перегородку, которая делит его на верхнюю и нижнюю полости. В верхней полости размещены механизм регулирования количества подаваемого топлива и выступающие из головки части плунжерных пар, а в нижней - кулачковый вал 19. В горизонтальной перегородке имеются четыре отверстия, в которых установлены толкатели 14. С правой стороны корпуса имеется прилив для установки топливоподкачивающего насоса. К заднему торцу крепят регулятор частоты вращения, а к переднему торцу - плиту 17 и установочный фланец 16. Кулачковый вал служит для периодического перемещения плунжеров из нижнего положения в верхнее положение. Вал установлен на шариковых подшипниках. Вал приводится во вращение от шестерни, установленной на фланец 16. Шестерня соединяется с валом с помощью шлицевой втулки 15, которая насажена на его конический хвостовик. На конце вала со стороны регулятора закреплена шестерня, с помощью которой приводится во вращение механизм регулятора. Кулачковый вал у четырехтактных дизелей вращается в два раза медленнее коленчатого вала. Головка 6 представляет собой фасонную отливку из чугуна, в которой размещены детали секций насоса, два продольных канала 21 и 26 (рис. 5, а), соединенных между собой поперечным каналом, и шариковый перепускной клапан. Топлива из фильтра тонкой очистки поступает в канал 26, а из него - в канал 21. Головка насоса соединена с корпусом шпильками (рис.4). Секция насоса (рис. 4, 5, а) состоит из гильзы 2, плунжера 3, пружины плунжера 11, нагнетательного клапана 4 с седлом 24 и пружиной 23, штуцера 5, толкателя 14 с роликом 30 и регулировочным болтом 13. Гильза (рис. 5 а, б) представляет собой цилиндр, в верхней утолщенной части которого расположены два сквозных отверстия: верхнее - впускное 25 и нижнее - перепускное 22. Впускное отверстие каждой гильзы соединено с каналом 26, а перепускное - с каналом 21. Гильзу устанавливают в головке 6 насоса в определенном положении и фиксируют от проворачивания установочным винтом 27. Нагнетательный клапан (рис. 5 г, д) служит для периодического разобщения внутренней полости топливопровода высокого давления с надплунжерным пространством. Клапан имеет коническую запорную фаску 38, цилиндрический разгрузочный поясок 37 и хвостовик с продольными пазами. Седло клапана (рис. 5, а), установленное на торец гильзы 2, прижимается к ней с помощью штуцера 5, ввертываемого в головку насоса. Гильза, плунжер, нагнетательный клапан и седло клапана изготовляют из легированной стали. Толкатель (рис.4, 5, а) служит для передачи движения от кулачкового вала 19 к плунжеру 3. Он представляет собой тонкостенный стальной стакан. Сверху в толкатель ввернут регулировочный болт 13 с контргайкой 29. В нижней части корпуса толкателя запрессована ось ролика 30.

63. Особенности работы устройства насоса распределительного типа

Распределительные топливные насосы высокого давления, в отличие от рядного ТНВД, имеют один или два плунжера, обслуживающих все цилиндры двигателя. Распределительные насосы обладают меньшей массой и габаритными размерами, а также обеспечивают большую равномерность подачи. С другой стороны их отличает сравнительно низкая долговечность сопряженных деталей. Все это определяет область применения данных насосов, в основном, на двигателях легковых автомобилей. Конструкции распределительных топливных насосов высокого давления могут иметь различный привод плунжера: торцевой кулачковый привод, внутренний кулачковый привод, внешний кулачковый привод. Предпочтительными в плане эксплуатации являются первые два типа привода плунжеров, т.к. в них отсутствуют силовые нагрузки от давления топлива на узлы приводного вала и, соответственно, выше долговечность. Основным элементом распределительного ТНВД с торцевым кулачковым приводом плунжера является плунжер-распределитель, который совершает возвратно-поступательное и вращательное движение, обеспечивая нагнетание и распределение топлива по цилиндрам. Возвратно-поступательное движение плунжера происходит при вращении кулачковой шайбы, которая обегает неподвижное кольцо по роликам. Шайба нажимает на плунжер, за счет чего создается давление топлива. В исходное положение плунжер возвращается с помощью пружины. Вращение плунжера производится от приводного вала. При этом происходит распределение топлива по цилиндрам. Регулирование величины подачи топлива осуществляется автоматически с помощью механического или электронного устройств. Механический регулятор включает центробежную муфту с грузами, которая через систему рычагов воздействует на дозатор, изменяющий величину топливоподачи. Электронный регулятор представляет собой электромагнитный клапан. Регулирование величины опережения впрыска топлива в распределительном насосе производится путем поворота неподвижного кольца на определенный угол. Рабочий процесс распределительного насоса включает впуск топлива в надплунжерное пространство, нагнетание и распределение в соответствующие цилиндры.

64. Назначение, типы и устройство форсунок

Форсунки предназначены для впрыскивания в цилиндр под определенным давлением тонкораспыленного топлива и равномерного распределения его по всему пространству камеры сгорания. Распыливание топлива форсунками происходит вследствие большой скорости истечения струи, достигающей 250 м/с, через отверстия (сопла) диаметром 0,3…0,35 мм под высоким давлением. Различают закрытые и открытые форсунки. В закрытых форсунках камера сгорания сообщается с внутренней полостью форсунки только при подаче топлива, в остальное время выходное отверстие форсунки закрывается специальной запорной иглой. Отверстие открывается автоматически под давлением топлива, создаваемым насосом. Такой тип форсунок преимущественно распространен на автотракторных дизелях. У открытых форсунок запорное устройство отсутствует и распыливающее отверстие открыто постоянно. Давление впрыска топлива и качество распыла у них не регулируется, что приводит к плохому распыливанию топлива при малой частоте вращения коленчатого вала из-за резкого уменьшения давления впрыска.

65. Опишите прибор, используемый для проверки форсунки

Для проверки форсунки на качество распыливания топлива и на давление впрыска топлива используется прибор КП-1609, состоящий из глушителя, бака для топлива, корпуса насоса, манометра и рычага насоса. Проверка форсунок осуществляется в следующей последовательности:1) закрепить форсунку на приборе;2) заполнить форсунку топливом, качая рычаг насоса, после чего произвести впрыск топлива. Топливо, выходящее из сопловых отверстий, должно быть в мелкораспыленном, туманообразном состоянии и равномерно распределяться по всему конусу распыливания; подтекание топлива в распылителе не допускается;3) определить угол распыливания топлива путем измерения диаметра отпечатка на бумаге, положенной на место глушителя;4) замерить давление впрыска топлива по показанию манометра и сравнить полученные результаты с нормальным, которое для двигателя СМД - 14 составляет 13 ± 0,25 МПа. Если давление впрыска не соответствует нормальному, его следует отрегулировать в следующей последовательности:1) отвернуть контргайку регулировочного винта и открыть кран топливного бака;2) произвести впрыск топлива, качая рычаг насоса со скоростью 50…60 ходов в минуту, наблюдая за показаниями манометра и одновременно завертывая или отвертывая регулировочный винт, довести давление до нормального, учитывая, что один оборот винта изменяет давление впрыска на 4…5 МПа;3) закрыть кран топливного бака и завернуть контргайку регулировочного болта.Качество распыливания топлива форсункой, отрегулированной на нормальное давление впрыска, характеризуется рядом показателей:1) распыливаемое в виде факела топливо не должно содержать заметных на глаз отдельных вылетающих капель и струек нераспыленного топлива (туманообразное состояние);2) в моменты начала и окончания впрыска подтекание топлива в виде капли на торце распылителя не допускается (возможно, лишь незначительное увлажнение торца распылителя непосредственно после окончания впрыска топлива);3) начало и конец впрыска должны быть четкими и сопровождаться резким звуком;4) ровное круглое пятно с некоторым ослаблением в центре и по краям, но без местных сгущений свидетельствует о хорошем качестве распыливания.

66. Устройство и принцип работы простейшего карбюратора

Простейший (элементарный) карбюратор состоит из следующих устройств и приспособлений: поплавковой камеры с поплавком и игольчатым клапаном поддерживающим постоянный уровень топлива в поплавковой камере; топливного жиклера (калиброванное отверстие), пропускающего строго определенное количество топлива; распылителя (полая трубка), соединяющего через жиклер полость поплавковой камеры с полостью диффузора смесительной камеры (короткий патрубок), в которой происходит смешивание мелкораспыленного топлива с воздухом; диффузора, представляющего собой сужение внутри смесительной камеры и служащего для увеличения скорости потока; дроссельной заслонки, позволяющей изменять проходное сечение в смесительной камере. Для экономичной работы двигателя карбюратор оборудуют дополнительными устройствами, обеспечивающими приготовление горючей смеси различного состава: при пуске и работе двигателя без нагрузки - богатую, а при работе под нагрузкой - обедненную.

67. Назначение систем карбюратора

Карбюратор - прибор, для приготовления горючей смеси, устанавливаемый на впускном трубопроводе. Простейший карбюратор состоит из поплавковой камеры с поплавком, жиклёра с распылителем, смесительной камеры, в которой расположены диффузор и дроссельная заслонка. Топливо из бака поступает в поплавковую камеру, уровень в которой поддерживается постоянным при помощи поплавка и игольчатого клапана. Поплавковая камера отверстием сообщается с атмосферой, а через жиклёр и распылитель со смесительной камерой карбюратора. Жиклёр представляет собой пробку(реже трубку) с калиброванным отверстием, пропускающим определённое кол-во топлива. Распылитель имеет вид тонкой трубки. При неработающем двигателе топливо в распылителе и поплавковой камере устанавливается на одном уровне, который на 1.0-1.6мм ниже верхнего конца распылителя. При такте впуска, когда поршень в цилиндре двигателя движется вниз, а впускной клапан открыт, во впускном трубопроводе двигателя создаётся разряжение. В результате этого разряжения поток воздуха через воздушный фильтр поступает в смесительную камеру карбюратора. Диффузор увеличивает скорость воздушного потока, создавая разряжение около верхнего конца распылителя. Из-за разности давления в поплавковой и смесительной камерах топливо вытекает из распылителя, распылеватся воздухом и смешивается с ним, образуя горючую смесь. Количество горючей смеси, поступающей в цилиндры двигателя, зависит от открытия дроссельной заслонки, которая через механизм привода управления карбюратора связанна с педалью, расположенной в кабине двигателя. Устройства карбюраторов Современные карбюраторы имеют дополнительные системы и устройства, обеспечивающие изменение состава горючей смеси при изменении режима работы двигателя. К таким системам и устройствам относятся: главная дозирующая система, система холостого хода, экономайзер, ускорительный насос, пусковое устройство, поплавковая камера. 1. Главная дозирующая система - обеспечивает постепенное обеднение(компенсацию) смеси при переходе от малых нагрузок двигателя к средним. 2. Система холостого хода предназначена для приготовления горючей смеси при малой частоте вращения коленвала двигателя в режиме холостого хода. На этом режиме в цилиндрах двигателя остаётся большое количество отработавших газов и скорость горения рабочей смеси замедляется, поэтому для устойчивой работы необходима богатая горючая смесь. В систему холостого хода входят: Топливный и воздушный жиклёры. 3. Экономайзер служит для обогащения горючей смеси при полных нагрузках, когда дроссельная заслонка открыта более чем 75%-85%. Рычаг, соединённый с тягой при помощи планки, опускает шток экономайзера и открывает клапан экономайзера. Совместно с главной дозирующей системой экономайзер обеспечивает приготовление обогащённой горючей смеси, необходимой для получения наибольшей мощности двигателя. 4. Ускорительный насос обогащает горючую смесь при резком открытии дроссельной заслонки(при разгоне автомобиля). 5. Пусковое устройство, выполненное в виде воздушной заслонки, служит для обогащения смеси при пуске и прогреве холодного двигателя. Для получения богатой горючей смеси заслонку закрывают, что увеличивает разряжение в смесительной камере карбюратора. 6. Поплавковая камера карбюратора должна иметь сообщение с атмосферой. Чтобы устранить влияние воздушного фильтра на разряжении в диффузоре и истечении топлива из жиклёров, поплавковую камеру сообщают с атмосферой через балансировочный канал, идущий во входной патрубок карбюратора. Сообщение с входным патрубком называют балансировкой поплавковой камеры, а карбюраторы, имеющие такое устройство - балансированными. Однако в балансированных карбюраторах во время пуска, особенно горячего двигателя, наблюдается чрезмерное обогащение горючей смеси, поэтому в карбюраторы последних выпусках вводят устройство для разбалансировки поплавковых камер при малой частоте вращения коленвала и при остановке двигателя.