Система питания дизельных двигателей


Дизельный двигатель: устройство системы питания

Система питания современного дизельного ДВС представляет собой целый комплекс устройств. Основной задачей становится не просто подача топлива к инжекторным форсункам, а еще и подача горючего под высоким давлением. Давление необходимо для высокоточного дозированного впрыска в камеру сгорания цилиндра. Система питания дизеля выполняет следующие важнейшие функции:

  • дозирование строго определенного количество топлива с учетом нагрузки на  двигатель в том или ином режиме его работы;
  • эффективный впрыск топлива в заданный промежуток времени с определенной интенсивностью;
  • распыление и максимально равномерное распределение горючего по объему камеры сгорания в цилиндрах дизельного ДВС;
  • предварительная фильтрация топлива перед подачей горючего в насосы системы питания и инжекторные форсунки;
Рекомендуем также прочитать статью об устройстве топливного насоса высокого давления. Из этой статьи вы узнаете о принципах работы ТНВД, его роли в системе топливоподачи дизельного двигателя  и особенностях эксплуатации устройства.

Особенности дизельного топлива

Большинство требований к системе питания дизельного мотора выдвигается с учетом того, что дизельное топливо имеет ряд специфических особенностей. Горючее такого рода представляет собой смесь керосиновых и газойлевых соляровых фракций. Дизельное топливо получают после того, как из нефти реализуется отгон бензина.

Дизельное топливо обладает целым рядом свойств, главным из которых принято считать показатель самовоспламеняемости, который оценивается цетановым числом. Представленные в продаже виды дизельного топлива имеют цетановое число на отметке 45–50. Для современных дизельных агрегатов наилучшим топливом является горючее с большим показателем цетанового числа.

Система питания дизельного ДВС обеспечивает подачу хорошо очищенного дизельного топлива к цилиндрам, ТНВД сжимает горючее до высокого давления, а форсунка подает его в распыленном на мельчайшие частицы виде в камеру сгорания. Распыленное дизельное топливо смешивает с горячим (700–900 °С) воздухом, который нагревается до такой температуры от высокого сжатия в цилиндрах (3–5 МПа) и самовоспламеняется.

Обратите внимание, рабочая смесь в дизельном моторе не поджигается отдельным устройством, а воспламеняется самостоятельно от контакта с разогретым воздухом под давлением. Эта особенность сильно отличает дизельный ДВС от бензиновых аналогов.

Дизельное топливо имеет еще и более высокую плотность сравнительно с бензином, а также обладает лучшей смазывающей способностью. Не менее важной характеристикой выступает вязкость, температура застывания и чистота дизельного топлива. Температура застывания позволяет делить топливо на три базовых сорта горючего: летнее дизельное топливо, зимний дизель и арктическое дизельное топливо.

Схема устройства системы питания дизельного ДВС

Система питания дизельного двигателя состоит из следующих базовых элементов:

  1. топливный бак;
  2. фильтры грубой очистки дизтоплива;
  3. фильтры тонкой очистки топлива;
  4. топливоподкачивающий насос;
  5. топливный насос высокого давления (ТНВД);
  6. инжекторные форсунки;
  7. трубопровод низкого давления;
  8. магистраль высокого давления;
  9. воздушный фильтр;

Дополнительными элементами частично становится электронасосы, выпуск отработанных газов, сажевые фильтры, глушители и т.д. Систему питания дизельных ДВС принято делит на две группы топливной аппаратуры:

  • дизельная аппаратура для повода топлива (топливоподводящая);
  • дизельная аппаратура для подвода воздуха (воздухоподводящая);

Топливоподводящая аппаратура может иметь различное устройство, но сегодня наиболее распространена система разделенного типа. В такой системе топливный насос высокого давления (ТНВД) и форсунки реализованы в виде отдельных устройств. Топливо подается в дизельный двигатель по магистралям высокого и низкого давления.

Дизельное топливо хранится, фильтруется и подается к ТНВД под невысоким давлением посредством магистрали низкого давления. В магистрали высокого давления ТНВД поднимает давление в системе для осуществления подачи и впрыска строго определенного количества топлива в рабочую камеру сгорания дизельного двигателя в заданный момент.

В системе питания дизеля присутствуют сразу два насоса:

  • топливоподкачивающий насос;
  • топливный насос высокого давления;

Топливоподкачивающий насос обеспечивает подачу топлива из  топливного бака, прокачивает горючее через фильтр грубой и тонкой очистки. Давление, которое создает топливоподкачивающий насос, позволяет осуществить подачу топлива по топливопроводу низкого давления к топливному насосу высокого давления.

ТНВД реализует подачу топлива к форсункам под высоким давлением. Подача происходит в соответствии с порядком работы цилиндров дизельного мотора. Топливный насос высокого давления имеет определенное количество одинаковых секций. Каждая из таких секций ТНВД соответствует определенному цилиндру дизельного двигателя.

Существует также система питания дизельных двигателей неразделенного типа  и применяется на дизельных двухтактных двигателях. В  такой системе топливный  насос высокого давления и форсунка объединены в одном устройстве под  названием насос-форсунка.

Данные моторы работают жестко и шумно, имеют небольшой срок службы. В конструкции их системы питания отсутствуют топливопроводы магистрали высокого давления. Указанный тип ДВС не имеет большого распространения.

Вернемся к массовой конструкции дизельного мотора. Дизельные форсунки располагаются в головке блока цилиндров (ГБЦ) дизельного двигателя. Основной их задачей становится точное распыление горючего в камере сгорания двигателя. Топливоподкачивающий насос подает к ТНВД большое количество топлива. Получившиеся избытки горючего и проникающий в систему топливоподачи воздух возвращаются в топливный бак по специальным трубопроводам, которые называются дренажными. 

Инжекторные дизельные форсунки бывают двух видов:

  • дизельная форсунка закрытого типа;
  • дизельная форсунка открытого типа;

Четырехтактные дизельные моторы преимущественно получают форсунки закрытого типа. В таких устройствах сопла форсунки, которые представляют собой отверстие, закрываются особой запорной иглой.

Получается, что внутренняя полость, расположенная внутри корпуса распылителей форсунок, сообщается с камерой сгорания только во время открытия форсунки  и в момент впрыска дизельного топлива. 

Ключевым элементом в конструкции форсунки выступает распылитель. Распылитель получает от одного до целой группы сопловых отверстий. Именно эти отверстия и образуют факел топлива в момент впрыска. От их количества и расположения зависит форма факела, а также пропускная способность форсунки.

Система питания турбодизеля

Система турбонаддува активно применяется для эффективного повышения мощности как бензинового, так и дизельного двигателя без увеличения рабочего объема камеры сгорания в конструкции силового агрегата. Топливоподводящая система в турбированных ДВС остается практически без изменений, зато схема и способ подачи воздуха в турбомоторах существенно меняется по сравнению с атмосферными агрегатами.

Наддув в дизельном двигателе реализован путем использования турбокомпрессора. Турбина в дизельном моторе использует энергию отработавших газов. Воздух в турбокомпрессоре сжимается, далее охлаждается и нагнетается в камеру сгорания дизельного ДВС под давлением на отметке от 0,15 до 0,2 МПа.

Величина давления позволяет разделить системы турбонаддува на:

  • решения с низким наддувом, когда давление не превышает 0,15 МПа;
  • турбокомпрессор среднего наддува означает, что давление нагнетаемого в цилиндры воздуха соответствует показателю 0,2 МПа;
  • высокий наддув подразумевает давление свыше 0,2 МПа;
Основной задачей системы турбонаддува является подача порции воздуха в цилиндры мотора на дизеле или бензине под давлением. Дизельный агрегат с системой турбонаддува называется турбодизельным двигателем.

Использование турбокомпрессора для ДВС улучшает наполнение цилиндров двигателя воздухом. Автоматически происходит повышение эффективности сгорания порции впрыскиваемого топлива. Турбонаддув позволяет увеличить мощность силового агрегата на 30% и более.

Негативными последствиями в результате использования турбонаддува, особенно с высокими показателями давления нагнетаемого воздуха, является увеличение общей температуры в камере сгорания в результате интенсивного горения топлива, а также значительно возрастающие механические нагрузки на детали кривошипно-шатунного механизма (КШМ) и газораспределительного механизма (ГРМ) по сравнению с атмосферными силовыми установками.

Система питания топливом дизельного двигателя

Система питания топливом дизельного двигателя предназначена для размещения, очистки и своевременной подачи топлива в цилиндры двигателя в нужном количестве и под достаточным давлением на всех режимах его работы при любой температуре окружающего воздуха.

Дизельное топливо

Дизельное топливо является одним из продуктов переработки нефти. В нем содержатся различные углеводороды (парафины, нафтены, ароматические и др.). Число атомов углерода, входящих в молекулы дизельного топлива, достигает тридцати. Основное качество дизельного топлива — легкость воспламенения при соприкосновении с горячим воздухом. Воспламеняемость топлива характеризуется цетановым числом. Чем выше это число, тем менее стойки к окислению молекулы топлива и легче оно воспламеняется. У дизельного топлива цетановое число составляет 40 — 50 (чаще всего 45).

Важной характеристикой топлива также является его вязкость при различных температурах. Для обеспечения нормальной работы двигателя топливо не должно застывать при низкой температуре (до -60 °С). Кроме того, необходимо, чтобы топливо не было токсичным, обладало антикоррозионными и смазывающими свойствами, а также не создавало паровые пробки в топливопроводах при температурах до 50 °С.

Для автотракторных дизелей используется топливо марок А (арктическое), 3 (зимнее) и Л (летнее). Наиболее широко распространено топливо марок З (при отрицательной температуре воздуха) и Л (при температурах выше 0 °С).

Требования к агрегатам и узлам системы питания

Ко всем агрегатам и узлам системы питания предъявляются следующие основные требования:

  • герметичность
  • малые масса и габариты
  • надежность
  • коррозионная стойкость
  • малые гидравлические сопротивления
  • простота
  • низкая стоимость обслуживания

Топливопроводы и агрегаты системы питания топливом должны быть расположены в моторном отделении ТС таким образом, чтобы при их неисправности капающее топливо не попадало на детали, имеющие температуру, способную вызвать его воспламенение.

Общее устройство системы питания

Схема системы питания топливом мощного дизеля приведена на рисунке. В общем случае в систему питания топливом входят узлы, размещенные вне двигателя (на раме или в корпусе машины), и на двигателе. К первым относятся топливные баки бачок 7 для сбора топлива, предпусковой топливоподкачивающий насос 10, топливораспределительный кран 77, топливопроводы низкого давления и некоторые другие узлы. Ко вторым в первую очередь относятся основной топливоподкачивающий насос 8, топливный насос высокого давления (ТНВД) 5, форсунки 4 и топливопроводы высокого давления.

При работе двигателя топливо из топливных баков забирается основным топливоподкачивающим насосом и под давлением 0,05…0,1 МПа подается к ТНВД. По пути из баков к насосу топливо проходит через топливораспределительный кран, предпусковой топливоподкачивающий насос и фильтр 9 грубой очистки. Если на ТС установлен только один топливный бак или несколько баков, сообщающихся друг с другом, то топливораспределительный кран отсутствует. Перед поступлением в ТНВД из насоса топливо очищается от мельчайших примесей в фильтре 3 тонкой очистки. Нагнетательные секции ТНВД, приводимого в действие от коленчатого вала двигателя, в определенные моменты согласно рабочему циклу и порядку работы двигателя подают топливо под высоким давлением (до 50 МПа и более) в необходимом количестве к форсункам. Через форсунки, ввернутые в головку блока цилиндров, топливо впрыскивается в камеры сгорания в те моменты, когда в цилиндрах завершается такт сжатия.

Рис. Схема системы питания топливом мощного дизеля: 1 — топливные баки; 2 — кран для выпуска воздуха; 3 — фильтр тонкой очистки; 4 — форсунки; 5 ТНВД; 6 — двигатель; 7 — бачок для сбора топлива; 8 — основной топливоподкачивающий насос; 9 — фильтр грубой очистки; 10 — предпусковой топливоподкачивающий насос; 11 — топливораспределительный кран; топливные трубопроводы обозначены сплошной линией; трубопроводы для удаления воздуха из системы обозначены пунктиром

Перед пуском двигателя заполнение системы топливом и подача его к ТНВД осуществляются с помощью предпускового топливоподкачивающего насоса. После пуска этот насос не функционирует.

Если в ТНВД и трубопроводы высокого давления, соединяющие его с форсунками, попадает воздух, то подача топлива в цилиндры нарушается. Следовательно, нарушается и нормальный режим работы двигателя. С целью предотвращения попадания воздуха в ТНВД на пути топлива к нему помещают воздухоотстойник, расположенный в самой высокой точке системы. Обычно воздухоотстойник размещают в крышке фильтра тонкой очистки. Перед пуском двигателя в случае необходимости скопившийся в воздухоотстойнике воздух отводят в воздушные полости топливных баков 1 через кран (клапан) 2 для выпуска воздуха. Для этого при неработающем двигателе открывают кран (клапан) и с помощью предпускового насоса прокачивают систему. В этом случае топливо вытесняет воздух из воздухоотстойника в воздушную полость топливного бака через топливораспределительный кран (как показано на рисунке) или напрямую.

Топливный бак

Топливо, просочившееся в форсунках между иглой и распылителем, отводится по сливным трубопроводам в специальный бачок 7 или в какой-либо основной топливный бак.

Топливные баки служат для хранения топлива. Они могут иметь различную конфигурацию и вместимость в зависимости от конструкции конкретного ТС. Общая вместимость топливных баков определяется запасом хода машины (обычно не менее 500 км). Чаще всего баки изготавливает из листовой стали или высокопрочного пластика, стойкого к воздействию химически активного топлива. Для предотвращения коррозии внутренние поверхности стальных баков покрывают бакелитовым лаком, оцинковывают или лудят. С целью увеличения жесткости баков на их стенках иногда выштамповывают желоба, а внутри устанавливают несплошные перегородки, которые к тому же уменьшают площадь свободной поверхности топлива и ослабляют его колебанияbqвремя движения ТС.

Наливные горловины топливных баков обычно снабжают сетчатыми фильтрами. В нижней части баков размещают отстойники. Если бак имеет значительную вместимость, то слив топлива осуществляется через отверстие с пробкой и шариковым клапаном, расположенное выше отстойника. В этом случае используется специальный ключ-трубка со шлангом. Воздушное пространство баков соединяется с атмосферой через дренажные трубки или другие специальные устройства, которые должны исключать возможность попадания огня во внутреннюю полость бака и вытекания топлива при резких толчках ТС, а также (по возможности) обеспечивать очистку воздуха, поступающего в баки. Для замера количества топлива в баках раньше применялись измерительные стержни. В настоящее время для этой цели чаще всего используются электрические датчики поплавкового типа, посылающие электрический сигнал, пропорциональный уровню топлива, к соответствующему указателю на приборной панели ТС.

Топливоподкачивающий насос

Основной топливоподкачавающий насос обеспечивает бесперебойную подачу топлива из баков к ТНВД при работающем двигателе. Он обычно приводится в действие от коленчатого или распределительного вала двигателя. Может применяться и автономный электродвигатель, питаемый от генератора ТС. Использование электропривода обеспечивает равномерную подачу топлива независимо от частоты вращения коленчатого вала и возможность аварийного отключения всей системы. Существуют различные конструкции топливоподкачивающих насосов. Они могут быть:

  • шестеренными
  • плунжерными (поршневыми)
  • коловратными (пластинчатого типа)

Как правило, применяются плунжерные и коловратное насосы.

Плунжерный топливоподкачивающий насос

Плунжерный топливоподкачивающий насос состоит из корпуса 5, плунжера 7 с пружиной 6, толкателя 10 с роликом 77, пружиной 9 и штоком 8, а также клапанов — впускного 4 и нагнетательного 1 с пружинами. Толкатель с плунжером могут перемещаться вверх-вниз. Перемещение вверх происходит при повороте эксцентрика 72, изготовленного как одно целое с кулачковым валом ТНВД; перемещение вниз обеспечивают пружины 6 и 9.

При сбегании выступа эксцентрика с ролика толкателя плунжер под действием пружины б перемещается вниз, вытесняя топливо, находящееся под ним, в нагнетательную магистраль насоса. В это время нагнетательный клапан закрыт, а впускной под действием разрежения над плунжером открыт, и топливо поступает из впускной магистрали в надплунжерную полость. При движении толкателя и плунжера вверх впускной клапан закрывается под действием давления топлива, а нагнетательный, наоборот, открывается, и топливо из надплунжерной полости поступает в нижнюю камеру под плунжером. Таким образом, нагнетание топлива происходит только при движении плунжера вниз.

Если подачу топлива в цилиндры двигателя уменьшают, в выпускном трубопроводе насоса, а значит, и в полости под плунжером давление возрастает. В этом случае плунжер не может опуститься вниз даже под действием пружины 6, и толкатель со штоком перемещается вхолостую. По мере расходования топлива давление в нагнетательной полости понижается, и плунжер под действием пружины 6 опять начинает перемещаться вниз, обеспечивая подачу топлива.

Рис. Схема плунжерного топливоподкачиваюгцего насоса: 1 — нагнетательный клапан; 2 — корпус насоса ручной подкачки топлива; 3 — поршень насоса ручной подкачки топлива; 4 — впускной клапан; 5 — корпус топливоподкачивающего насоса; 6, 9 — пружины; 7 — плунжер; 8 — шток; 10 — толкатель; 11 — ролик; 12 — эксцентрик кулачкового вала

Рис. Схема коловратного топливоподкачивающего насоса: 1 — пружина редукционного клапана; 2 — редукционный клапан; 3 — перепускной клапан; 4 — пружина перепускного клапана; 5 — плавающий палец; 6 — пластина; 7 — ротор; 8 — направляющий стакан; А—В — камеры насоса

Плунжерный топливоподкачивающий насос обычно совмещен с насосом 2 ручной подкачки топлива. Данный насос устанавливается на входе в основной топливоподкачивающий насос и приводится в действие вручную за счет перемещения поршня 3 со штоком. При движении поршня вверх под ним образуется разрежение, открывается впускной клапан, и топливо заполняет подплунжерное пространство. При перемещении поршня вниз впускной клапан закрывается, а нагнетательный открывается, позволяя топливу пройти далее по топливной магистрали.

Коловратный топливоподкачивающий насос

В мощных быстроходных дизелях применяются в основном коловратные топливоподкачивающие насосы. Ротор 7 насоса приводится во вращение от коленчатого вала двигателя. В роторе имеются прорези, в которые вставлены пластины 6. Одним (наружным) концом пластины скользят по внутренней поверхности направляющего стакана 8, а другим (внутренним) — по окружности плавающего пальца 5, расположенного эксцентрически относительно оси ротора. При этом они то выдвигаются из ротора, то вдвигаются в него. Ротор и пластины делят внутреннюю полость направляющего стакана на камеры А, Б и В, объемы которых при вращении ротора непрерывно меняются. Объем камеры А увеличивается, поэтому в ней создается разрежение, под действием которого топливо засасывается из впускной магистрали. Объем камеры В уменьшается, давление в ней повышается, и топливо вытесняется в нагнетательную полость насоса. Топливо, находящееся в камере Б, переходит от входного отверстия стакана к выходному. При повышении давления в нагнетательной полости до определенного уровня открывается редукционный клапан 2, преодолевая усилие пружины 7, и излишек топлива перепускается обратно во впускную полость насоса. Поэтому в нагнетательной полости и выпускном трубопроводе поддерживается постоянное давление. Перед пуском, когда двигатель и, следовательно, основной топливоподкачивающий насос не работают, топливо через него может прокачиваться предпусковым топливоподкачивающим насосом. В этом случае открывается перепускной клапан 3, преодолевая усилие пружины 4. В закрытом положении тарелка этого клапана перекрывает отверстия в тарелке редукционного клапана.

Предпусковой топливоподкачивающий насос

Перед пуском двигателя заполнение системы топливом и подача его к ТНВД осуществляются с помощью предпускового топливоподкачивающего насоса 70. Ранее были широко распространены насосы плунжерного и диафрагменного (мембранного) типов с ручным приводом. Однако в настоящее время все чаще применяются центробежные крыльчатые насосы с приводом от электродвигателя, питаемого электрической энергией аккумуляторной батареи. Они обеспечивают более быструю прокачку топлива, не требуют затрат мускульной энергии механика-водителя и могут использоваться в качестве аварийных при отказе основного топливоподкачивающего насоса.

Фильтры грубой и тонкой очистки топлива

Очистка топлива от механических примесей и воды происходит в фильтрах грубой 9 и тонкой 3 очистки. Фильтр грубой очистки, устанавливаемый перед основным топливоподкачивающим насосом 8, задерживает частицы размерами 20… 50 мкм, на долю которых приходится 80…90 % массы всех примесей. Фильтр тонкой очистки, помещаемый между основным топливоподкачивающим насосом и ТНВД, задерживает примеси размерами 2…20 мкм.

В настоящее время в силовых установках с дизелями применяют следующие типы фильтров грубой очистки:

  • сетчатые
  • ленточно-щелевые
  • пластинчато-щелевые

У сетчатых фильтров фильтрующим элементом является металлическая сетка. Из нее можно образовывать концентрические цилиндры, через стенки которых продавливается топливо, или дискообразные секции, нанизанные на центральную трубу с отверстиями в стенке, соединенную с выходным трубопроводом.

В ленточно-щелевом фильтре фильтрующим элементом служит гофрированный стакан с намотанной на него профильной лентой. Через щели между витками ленты, образованными за счет ее выступов, топливо из пространства, окружающего фильтрующий элемент, попадает во впадины между гофрированным стаканом и лентой, а затем — в полость между дном и крышкой стакана, откуда удаляется через выпускной трубопровод.

Фильтрующий элемент пластинчато-щелевого фильтра представляет собой полый цилиндр, составленный из одинаковых тонких кольцевых дисков с отгибными выступами. За счет этих выступов между дисками образуются зазоры. Топливо поступает к наружным и внутренним поверхностям цилиндра и, проходя через щели между дисками, очищается. Очищенное топливо через торцевые отверстия в дисках направляется в верхнюю часть фильтра к выходному отверстию.

Очень часто фильтр грубой очистки совмещают с отстойником для воды, находящейся в дизельном топливе. В этом случае необходимо периодически отворачивать пробку отстойника для удаления из него скопившейся воды.

В фильтрах тонкой очистки в качестве фильтрующих элементов обычно используют картонные элементы типа «многолучевая звезда» или пакеты из картонных и фетровых дисков. Реже применяют каркасы с адсорбирующей механические примеси набивкой (например, минеральной ватой), каркасы с тканевой или нитчатой обмоткой и др.

В процессе эксплуатации ТС топливные фильтры загрязняются, что приводит к увеличению их сопротивления. Чтобы подача топлива к ТНВД не прекратилась, необходимо фильтр грубой очистки периодически промывать, а фильтрующий элемент фильтра тонкой очистки заменять новым.

ТНВД. Устройство и принцип работы

Топливный насос высокого давления 5 предназначен для точного дозирования топлива и его подачи в форсунки 4 под необходимым давлением и в определенный момент. В рядных двигателях такой насос помещают сбоку от двигателя, на верхней половине его картера. У V-образных двигателей его устанавливают в развале цилиндров. Существует множество типов ТНВД. В частности, на дизели сравнительно небольшой мощности, предназначенные для легковых автомобилей, как правило, устанавливают ТНВД распределительного типа с одним нагнетающим плунжером-распределителем. Однако мощные многоцилиндровые дизели чаще всего оборудованы многоплунжерными насосами. Пример такого ТНВД для шестицилиндрового V-образного дизеля представлен на рисунке.

Насос состоит из корпуса 5 с крышками, шести насосных секций, механизма привода насосных секций и механизма поворота плунжеров. Каждая насосная секция включает в себя плунжер 8, возвратную пружину 11 с опорными шайбами, нагнетательный клапан 3 с седлом, пружиной и упором, а также штуцер 2 и другие вспомогательные направляющие и крепежные детали. Механизм привода насосных секций состоит из кулачкового вала 7 и роликовых толкателей 6 с регулировочными болтами. В механизм поворота плунжеров входят поворотные втулки 10 с зубчатыми венцами и зубчатая рейка 9 с втулками и ограничительным винтом. Вдоль секций в корпусе насоса высверлены два продольных канала 1 и 4, соединенных друг с другом поперечными каналами. Каждый плунжер очень точно подогнан к своей гильзе, что обеспечивает достижение высокого давления с наименьшей утечкой топлива через зазоры.

Рис. Топливный насос высокого давления: 1, 4 — продольные каналы; 2 — штуцер; 3 — нагнетательный клапан; 5 — корпус насоса; 6 — роликовый толкатель; 7 — кулачковый вал; 8 — плунжер; 9 — зубчатая рейка; 10 — поворотная втулка; 11 — возвратная пружина

Насос работает следующим образом. Кулачковый вал приводится во вращение от коленчатого вала двигателя с помощью зубчатой передачи (угловая скорость кулачкового вала в 2 раза меньше скорости коленчатого). Вращаясь, кулачковый вал перемещает своими кулачками роликовые толкатели 6, которые поднимают плунжеры вверх.

Обратный ход толкателей и плунжеров обеспечивается возвратными пружинами. К каналу 4 подводится топливо от топливоподкачивающего насоса, предварительно очищенное в фильтре тонкой очистки.

Когда плунжер находится в нижнем положении, топливо из канала 4 попадает в образовавшуюся надплунжерную полость. При движении плунжера вверх входное отверстие закрывается, и топливо под большим давлением проходит через нагнетательный клапан, штуцер и топливопровод высокого давления к форсунке.

Нагнетание топлива происходит до тех пор, пока надплунжерная полость не соединится со сливным каналом 1 с помощью осевых, радиальных и винтовых проточек в плунжере. При постоянном ходе плунжера, определяемом высотой выступа кулачка, количество подаваемого к форсунке топлива регулируется поворотом плунжера с помощью зубчатой рейки и поворотной втулки с зубчатым венцом. Винтовая проточка в плунжере выполнена так, что по мере его поворота изменяется расстояние от края перепускного отверстия, связанного с каналом 7, до края отсечной кромки винтовой проточки. При этом длина рабочего хода плунжера, во время которого происходит нагнетание топлива, также изменяется.

Для того чтобы топливо, подаваемое в цилиндры, успевало своевременно сгорать, и двигатель развивал наибольшую мощность, необходимо при росте частоты вращения коленчатого вала несколько увеличивать угол опережения впрыскивания топлива.

Регулирование этого угла у насосов с механическим управлением обеспечивается специальной центробежной муфтой, которая устанавливается в корпусе ТНВД и пропорционально частоте вращения коленчатого вала смещает на некоторый угол кулачковый вал насоса в направлении его вращения.

Механизм всережимного регулятора

С ТНВД соединен механизм всережимного регулятора. Он автоматически поддерживает заданную водителем частоту вращения коленчатого вала, устанавливает минимальную частоту на холостом ходу, а также ограничивает максимальную частоту. Механизм регулятора представляет собой систему тяг, пружин и упоров, связанных с зубчатой рейкой ТНВД, перемещение которых зависит от частоты вращения кулачкового вала.

Форсунка

Форсунка служит для подачи топлива в цилиндр двигателя под высоким давлением в мелкораспыленном виде.

Типичная форсунка включает в себя корпус 5 с распылителем 3, направляющим штифтом 4 и накидной гайкой 2, иглу 1 распылителя со штоком б, пружину 7 с опорной шайбой, регулировочным винтом 9 и втулкой 8, колпачковую гайку 10 и топливоприемный штуцер 12 с сетчатым фильтром 11. Распылитель и игла должны быть очень точно подогнаны друг к другу. В верхней части распылителя имеются один кольцевой и несколько (чаще всего три) вертикальных топливных канала, а в нижней части — центральные входной и выходной каналы с распыляющими отверстиями. Диаметр этих отверстий составляет 0,2…0,4 мм. Игла своим нижним конусным концом закрывает выходной канал. Распылитель плотно прикрепляется к корпусу-форсунки с помощью накидной гайки. Топливный канал корпуса соединяется с кольцевым каналом распылителя через его вертикальные каналы. Правильное положение распылителя относительно корпуса обеспечивает направляющий штифт.

Рис. Форсунка: 1 — игла распылителя; 2 — накидная гайка; 3 — распылитель; 4 — направляющий штифт; 5 — корпус форсунки; 6 — шток; 7 — пружина; 8 — втулка; 9 — регулировочный винт; 10 — колпачковая гайка; 11 — сетчатый фильтр; 12 — топливоприемный штуцер

Топливо, подаваемое к форсунке по топливоприемному штуцеру, проходит через сетчатый фильтр и по топливным каналам корпуса  в верхней части распылителя поступает в его кольцевую полость. По достижении необходимого давления в этой полости, действующего кроме прочего на конический поясок иглы, она поднимается вверх, преодолевая сопротивление пружины. В это время открывается выходной канал, и топливо через него и распыливающие отверстия поступает в камеру сгорания цилиндра двигателя.

После прекращения подачи топлива насосной секцией ТНВД и падения давления игла снова садится в свое седло, прекращая впрыскивание топлива. Просочившееся через неплотности топливо поступает в верхнюю часть форсунки и через отверстия в винте 9 и гайке 10 по специальному трубопроводу сливается в бачок 7 для сбора топлива.

Аккумуляторная система питания топливом

Современные жесткие требования к уровню выбросов вредных веществ двигателями внутреннего сгорания вынудили конструкторов дизелей искать новые решения в области топливной аппаратуры для них. Дело в том, что даже самые совершенные ТНВД не могут обеспечить такого давления топлива, при котором оно распылялось бы настолько мелко, что могло бы полностью сгореть в камере сгорания.

Неполное сгорание приводит к большему расходу топлива, а самое главное — к повышению в отработавших газах концентрации вредных веществ, в частности сажи. В связи с этим в настоящее время для дизелей с непосредственным впрыском все чаще применяется так называемая аккумуляторная система питания топливом.

Основное отличие такой системы от «классической» заключается в наличии общей топливной рампы (аккумулятора давления), в которой во время работы двигателя создается очень высокое давление.

Топливная рампа соединена трубопроводами высокого давления с электронно-управляемыми топливными форсунками, иглы которых перемещаются с помощью электромагнитов по сигналам от компьютера (электронного блока) управления двигателем. Такая система питания топливом позволяет оптимизировать работу двигателя практически по всем параметрам.

Видео: Система питания дизеля

Система питания дизельного двигателя- Устройство и неисправности

Дизельные двигатели имеют большую историю: еще в 1897 Рудольф Дизель, именем которого были названы эти силовые агрегаты, создал первую рабочую модель. За годы развития дизельные моторы претерпели множество изменений, в том числе изменилась и система питания дизельного двигателя: эти модификации сделали «дизели» пригодными не только для тяжелой техники и грузовиков, как предназначалось раньше, но и для массовых легковых автомобилей. Широкое распространение автомобилей с дизельными ДВС обусловлено их экономичностью, высоким КПД и относительной дешевизной солярки.

Функции системы питания дизельного ДВС

Назначение системы питания дизельного двигателя – подать горючее к форсункам и далее в цилиндры под высоким давлением. За это отвечает комплекс устройств, обеспечивающих непрерывность, точность и согласованность процесса. Особенности систем питания дизелей:

  • солярка подается на впрыск точно отмеренными дозами, в зависимости от текущей нагрузки и режима работы;
  • интенсивность впрыска также регулируется в зависимости от нагрузки на конкретный момент времени;
  • обеспечивается эффективное распыление и распределение дизтоплива по камере сгорания;
  • перед тем, как попасть в насос, топливную магистраль и двигатель, горючее фильтруется, чтобы не загрязнить форсунки и другие критически важные элементы.

Особенности дизтоплива и двигателей на нем

Как и бензиновый двигатель, дизель работает на принципе сгорания жидкого топлива в цилиндрах. Но солярка обладает некоторыми специфическими особенностями, из которых происходят и отличия в конструкции дизельных и бензиновых моторов.

С точки зрения состава дизтопливо – смесь газойлевых и керосиновых фракций, получаемая после того, как из сырой нефти отгонят бензин.

Основное свойство дизтоплива – показатель воспламеняемости, который называют цетановым числом (аналогично октановому числу для бензина). Стандартные типы дизтоплив, имеющиеся в продаже на АЗС, имеют это число в пределах от 45 до 50.

Важно: для современных дизельных агрегатов чем выше цетановое число солярки, тем лучше.

Дизтопливо проходит предварительную очистку уже на заводе, а устранением посторонних фракций «на месте» занимается топливный фильтр. Очищенное горючее поступает по магистрали к ТНВД (входящий в состав дизельного мотора топливный насос высокого давления, назначение которого – создать давление на выходе), подающему его в форсунки, которые распыляют топливо в камеру сгорания. Там частицы дизтоплива смешиваются с разогретым от сжатия воздухом, и происходит воспламенение.

Важно: этот принцип отличается от бензиновых двигателей, где топливо воспламеняется от свечей зажигания: системы питания дизельных двигателей предназначена для работы от самовоспламенения топлива под давлением. Но и в дизелях есть свечи: там используются специальные элементы накаливания, обеспечивающие пуск двигателя «на холодную» и поддерживающие нужную температуру – они предварительно подогревают поступающий в цилиндры воздух.

Свечи дизеля:

Среди прочих важных особенностей дизтоплива – его повышенная плотность и хорошая смазывающая способность. Другие существенные характеристики:

  • чистота горючего;
  • вязкость;
  • температура застывания.

По последнему параметру принято делить солярку на:

  • летнее дизтопливо;
  • зимнее;
  • арктическое.

Как устроена система питания

Рассмотрим устройство системы питания дизельного двигателя на примере дизельного двигателя ЗМЗ-5143.10, которым комплектуются автомобили УАЗ.

Читайте также...  Тормозная лента АКПП: для чего она нужна, и как работает

Схема питания дизельного двигателя:

Эта схема системы питания дизельного двигателя показывает основные конструктивные элементы и направления линий циркуляции солярки.

Схематическое устройство насоса высокого давления:

Основные технические элементы системы питания:

  • бак для солярки;
  • фильтры тонкой и грубой очистки;
  • подкачивающий насос;
  • ТНВД;
  • форсунки;
  • магистраль высокого давления топлива;
  • трубопровод низкого давления;
  • воздушный фильтр;
  • могут быть дополнительные элементы, в зависимости от двигателя: сажевые фильтры, электронасосы, турбонаддув, и др.

Система питания делится на два больших блока:

  1. Механизм подачи дизтоплива в двигатель.
  2. Аппаратура подвода воздуха.

Механизм подвода топлива реализуется разными системами, в зависимости от двигателя, но в общем случае сегодня используется аппаратура разделенной компоновки, с отдельно реализованными ТНВД и форсунками.

Работа системы питания дизельного двигателя описывается следующими этапами:

  • Дизтопливо содержится в баке, фильтруясь и поступая к ТНВД по магистрали низкого давления посредством топливоподкачивающего насоса.
  • Прежде, чем попасть в каналы высокого давления, солярка проходит через фильтры – грубый и тонкий. Создаваемого подкачивающим насосом давления достаточно для прокачки горючего до ТНВД, но слишком мало для создания рабочего давления в идущем к форсункам потоке.
  • ТНВД поднимает давление до требуемых величин и выпускает поток к форсункам, в том порядке, в котором работают цилиндры двигателя. Поэтому насос высокого давления разделен на секции соответственно числу цилиндров.
  • Форсунки передают топливо в камеры сгорания.

Интересно: в системах неразделенного типа форсунки и насос реализованы одним узлом – насос-форсункой. Такая схема используется в двухтактных моторах на дизтопливе. Широкого распространения эти агрегаты не получили из-за некомфортной для человека вибрации, шумности и недолговечности конструкции.

Форсунки расположены в головке блока цилиндров. Их основная задача – точное распыление топливного факела в пространство камеры сгорания.

Важно: подкачивающий насос подает на ТНВД солярку в избыточном количестве. Избытки горючего и воздух возвращаются обратно в бак по специальным дренажным трубопроводам.

Форсунки дизельного ДВС бывают:

  • закрытого типа;
  • открытого.

Основная масса двигателей получает закрытые форсунки, у которых сопла в неактивном состоянии закрыты запорной иглой. Таким образом, непосредственное сообщение полости форсунки и камеры сгорания происходит только в момент впрыска или открытия форсунки.

Питание турбодизеля

Выше уже упоминалась возможность оснащения дизельного ДВС системой турбонаддува. Такое решение позволяет значительно повысить мощность любого силового агрегата – и на бензине, и на солярке. При этом нет необходимости в серьезных доработках, таких, например, как расточка цилиндров для увеличения рабочего объема. Система топливоподачи турбированного дизеля практически не меняется, но воздухоподающий тракт подвергается кардинальной переделке.

Турбодизель:

Наддув осуществляется с помощью одного или нескольких воздушных компрессоров, работающих на энергии выхлопных газов. Компрессор сжимает воздух, который затем поступает в интеркулер (промежуточный блок, охлаждающий сжатую воздушную массу), и затем нагнетается в цилиндры под давлением 0.15… 0.2 Мпа, и выше.

Читайте также...  Нужно ли прогревать двигатель зимой. За или против

Компрессорные системы принято делить на два вида:

  • низконаддувные решения с давлением до 0.15 Мпа;
  • средненаддувные, нагнетающие воздух под давлением до 0.2 Мпа;
  • высоконаддувные, с показателем давления компрессора, превышающим 0.2 Мпа.
  • Оснащенный таким агрегатом дизельный двигатель называется турбодизелем.

Турбокомпрессор позволяет лучше наполнять цилиндры воздухом, что ведет к повышению эффективности сгорании солярки при ее подаче. Это положительно влияет на мощность двигателя: с турбодизелей снимается на 30% больше лошадиных сил, по сравнению с нетурбированными атмосферными аналогами.

Но есть и некоторые минусы: турбонаддув, особенно развивающий высокие показатели давления, приводит к увеличению температуры в пространстве цилиндра, поскольку топливо горит интенсивнее. Кроме того, увеличиваются механические нагрузки на компоненты двигателя – механизм газораспределения и кривошипно-шатунный блок.

Неисправности топливной системы

Основная причина любых неисправностей системы питания дизельного двигателя – износ конструктивных элементов и узлов. Типичные неисправности, возникающие после определенного пробега двигателя – износ оси рычага регулятора и выход из строя резинового кольца уплотнения в магистрали низкого давления.

Еще одна распространенная проблема – накопление в узлах и магистралях грязи и нагара, от которых следует регулярно избавлять двигатель путем промывки.

Другие типичные неисправности:

Затрудненный пуск двигателя.

Возможные причины:

  • неисправность свечей накаливания;
  • неправильный сорт солярки;
  • завоздушивание системы;
  • износ элементов нагнетания топлива;
  • неисправность подкачивающего насоса/ТНВД;
  • неверно выставленный угол опережения топливоподачи;
  • поломка регуляторов или датчиков системы.
Двигатель потерял мощность.

Вероятные причины:

  • износ деталей ТНВД или нарушение регулировки;
  • неправильно установленный угол опережения;
  • изношенные или вышедшие из строя распылители форсунок;
  • слишком низкое давление в системе;
  • завоздушивание;
  • поломка подкачивающего насоса;
  • засорение фильтров.
Слишком большой расход солярки

Причины:

  • неправильный угол опережения;
  • износ или разрегулирование ТНВД;
  • повреждение форсунок или их износ;
  • падение давления на впрыске;
  • забивание воздушного фильтра;
  • плохая компрессия;
  • утечки горючего из системы;
  • плохая герметичность системы топливоподачи;
  • засорение сливного топливопровода (идущего от ТНВД к баку);
  • сбой опережения впуска солярки или неверно выставленные обороты холостого хода;
  • иные неисправности ДВС.
Жирный черный выхлоп из трубы

Причины:

  • неполное закрытие клапанов или образование нагара, ведущее к плохому сгоранию смеси;
  • слишком поздний впрыск;
  • неверно выставленные зазоры клапанов;
  • падение компрессии в цилиндрах;
  • плохой топливный факел, формируемый форсунками.
Выхлоп белого или серого цвета, очень дымный.

Причины:

  • падение компрессии;
  • пробой прокладки ГБЦ;
  • неверное опережение подачи топлива;
  • двигатель переохлажден и нуждается в прогреве.
Мотор по ощущениям работает слишком «жестко»

Причины:

  • впрыск происходит слишком рано;
  • смесь в цилиндры поступает неравномерно;
  • разрегулированы или неисправны форсунки;
  • снижена компрессия.
Двигатель шумит

Причины:

  • один или несколько узлов топливной системы загрязнены (фильтры, форсунки);
  • система завоздушена;
  • неполадки с уплотнительными шайбами распылителей или самими распылителями.
Неровная работа на холостую и при езде

Причины:

  • неверно выставлены холостые обороты;
  • неполадки с топливопроводом на участке между фильтром и ТНВД;
  • повреждение опорной пластины ТНВД;
  • неверно выставлено опережение;
  • проблема с распылителями или форсунками, общие неполадки в топливной системе;
  • неисправность регулятора оборотов коленвала;
  • избыточное давление картерных газов.
Читайте также...  Масляный насос- Устройство и принцип работы
Двигатель внезапно глохнет

Причины:

  • нарушен угол опережения;
  • засорен топливный фильтр;
  • не подается горючее (например, из-за поломки ТНВД);
  • повреждена магистраль впрыска.
Двигатель невозможно заглушить

Причина, скорее всего, в неисправном электромагнитном запорном клапане.

Приходится часто менять свечи

Обычно это происходит из-за неисправности форсунок в цилиндрах, соответствующих неисправным свечам.

Большинства неисправностей можно избежать путем своевременного технического обслуживания системы питания дизельного двигателя.

Завоздушивание системы

Выше неоднократно говорилось о попадании воздуха в топливную магистраль. Это крайне опасное для дизельного ДВС явление:

  • лишний воздух не позволяет достичь нужного давления;
  • его попадание приводит к ускоренному износу дорогих и сложных в замене или ремонте элементов.

Воздух попадает в систему чаще всего из-за нарушения герметичности одного из элементов аппаратуры топливоподачи. Также возможно возникновение подобной ситуации при опустевшем баке. Если есть проблемы с герметичностью, требуется их устранить, возможно, понадобится также произвести удаление воздуха из системы питания дизельного двигателя.

Прокачку желательно осуществлять вдвоем.

Сначала нужно определить, есть ли в системе воздух: для диагностирования от форсунок отсоединяют топливопроводы высокого давления и отворачивают гайки последних. Затем один из участников проверки крутит стартер, а второй наблюдает за шлангами: если подачи солярки нет, система, скорее всего, нуждается в прокачке.

Следует также продиагностировать все соединения и трубопроводы, заменив негерметичные узлы и укрепив, при необходимости, слабые места.

Для прокачки в корпусе фильтрующего элемента предусмотрен специальный механизм продувания – насос подкачки. Сначала прокачивается фильтр:

  • отвинчивается на пару оборотов винт на его корпусе;
  • затем ручным насосом прокачивается солярка, пока не начнет вытекать из отверстия винта без пузырьков;
  • винт закручивается обратно.

Некоторые авто не предусматривают наличия насоса ручной подкачки, тогда вместо него для проведения обслуживания придется крутить коленвал стартером до достижения результата.

Далее делают удаление воздуха из самого ТНВД:

  • ключом отвинчивается выпускной болт (позиция 7 на рисунке);

  • включается зажигание и начинается прокачка ручным насосом, топливо должно появляться из отверстия болта;
  • болт слегка закручивается, но не до конца, чтобы можно было видеть пузырьки воздуха;
  • стартером немного крутится коленвал, после чего продолжается прокачка, пока пузырьки не пропадут.

Дальше можно полностью отвинтить болт и покрутить коленчатый вал при помощи стартера. При этом будет видно, как поступает топливо:

  • если оно идет порциями, с перерывами, то все в порядке;
  • поступление непрерывной струей говорит о поломке ТНВД;
  • отсутствие топлива также указывают на проблемы с насосом высокого давления.

Если все в порядке, то болт устанавливается на штатное место и закручивается до конца. После этого отводятся топливопроводы штуцера (9 на рисунке), у 4-цилиндрового ДВС их должно быть 4. Теперь нужно вращать коленвал, из штуцера должна пойти солярка. Шланг ставится на место, операция повторяется с остальными штуцерами.

Система питания дизельного двигателя

Система питания дизельного двигателя выполняет следующие функции:

- очистка топлива и воздуха от механических примесей;

- подачи воздуха в цилиндры;

- подачи топлива в цилиндры под высоким давлением.

Схема системы питания (рис. 17):

1. Воздухоочиститель. 9. Фильтр тонкой очистки топлива.

2. Впускной трубопровод. 10. Подкачивающий насос.

3. Глушитель. 11. Фильтр грубой очистки.

4. Форсунка. 12. Топливный бак.

5. Выпускной трубопровод. 13. Поршень.

6. Топливопровод высокого давления. 14. Впускной клапан.

7. Топливный насос высокого давления. 15. Топливопровод перепуска топлива.

8. Топливопровод низкого давления.

Рис. 17.

Принцип работы.

Во время работы двигателя топлива из бака поступает по топливопроду в фильтр грубой очистки 11 (рис. 17), где отделяются крупные механические примеси. Далее топливо засасывается подкачивающим насосом 10 и нагнетается через фильтр тонкой очистки 9 в топливный насос высокого давления (ТНВД) 7. Этот насос подаёт топливо через топливопровод 6 под большим давлением к форсункам 4, которые впрыскивают его в распылённом состоянии в камеру сгорания. Излишки топлива (отсечённое топливо) отводятся из ТНВД по топливопроводу 15 на вход подкачивающего насоса.

Назначение, устройство и работа узлов и механизмов системы питания.

1. Бак 12 – предназначен для хранения запаса топлива и представляет собой ёмкость сварной конструкции, имеющую заливную горловину с крышкой и кран с трубопроводом.

2. Фильтр грубой очистки (отстойник) 11 – предназначен для очистки топлива от мелких механических примесей. Фильтр снабжён пробкой для слива отстоя.

3. Подкачивающий насос 10 обеспечивает:

- заполнение системы питания топливом перед пуском;

- подачу топлива ТНВД под давлением 0,8кгс/см2 - 1,2 кгс/см2 при работающем двигателе.

Состав подкачивающего насоса (рис. 18):

1. Поршень основной. 8. Рукоятка.

2. Корпус. 9. Поршень насоса ручной подкачки.

3. Нагнетательный клапан. 10. Впускной клапан.

4. Выпускной топливопровод. 11. Пружина поршня.

5. Толкатель. 12. Впускной топливопровод.

6. Шток. 13. Пружина толкателя.

7. Цилиндр насоса ручной подкачки. 14. Эксцентрик.

Рис. 18 Рис. 19

Принцип работы подкачивающего насоса.

На корпусе подкачивающего насоса установлен ручной насос подкачки, который состоит из цилиндра, поршня 9 (рис. 18) и штока с рукояткой 8. Этот насос служит для заполнения системы топливом и удаления воздуха перед пуском двигателя.

Перед прокачкой топлива надо открыть вентиль фильтра тонкой очистки. При перемещении рукоятки с поршнем вверх под действием разряжения, образующегося в цилиндре, открывается впускной клапан 10 (рис.19) и топливо заполняет пространство под поршнем. При движении рукоятки с поршнем вниз под давлением топлива впускной клапан 10 закрывается, а нагнетательный клапан 3 открывается и топливо поступает по нагнетательному трубопроводу к ТНВД через фильтр тонкой очистки. После удаления воздуха из системы рукоятку 8 заворачивают на крышку цилиндра до упора.

При работающем двигателе топливо нагнетается к ТНВД за два хода поршня. При вращении валика топливного насоса эксцентрик отходит от толкателя и поршень перемещается под действием пружины 11 (рис.20) вниз.

Рис. 20 Рис. 21

При дальнейшем вращении валика топливного насоса эксцентрик набегает на толкатель и поршень 1 (рис. 21) перемещается вверх, сжимая пружину 11. Под поршнем образуется разряжение, давление над поршнем в полости А возрастает. Под давлением топлива впускной клапан 10 закрывается, а нагнетательный клапан 3 открывается, и топливо перетекает из над поршневого пространства под поршень. Этот ход поршня вспомогательный. Далее процесс повторяется.

4. Фильтр тонкой очистки топлива очищает топливо от мельчайших механических примесей. Чистота фильтрации составляет 0,001 – 0,005мм. На дизельных двигателях может устанавливаться от одного до трёх фильтрующих элементов.

5. Топливный насос высокого давления служит для подачи в цилиндры двигателя точно отмеренных порций топлива в определённый момент времени и под высоким давлением.

Насосы рядного типа состоят из секций, число которых соответствует числу цилиндров. Рассмотрим устройство и работу одной секции ТНВД рядного типа.

Насосная секция включает в себя плунжерную пару, пружину 3 (рис. 22), толкатель, кулачок 8 вала топливного насоса и нагнетательный клапан 14 с седлом 13.

Рис. 22 Рис. 23

Плунжерная пара состоит из втулки 12 и перемещающегося внутри неё плунжера 9. Рабочий ход плунжера составляет от 8 до 10мм (рис.23.).

Во время работы в плунжерной паре создаётся высокое давление топлива. При рабочем движении плунжера топливо не должно просачиваться из надплунжерного пространства между трущимися поверхностями плунжерной пары, поэтому плунжер с большой точностью притирают к втулке. Зазор между ними составляет 0,001-0,002мм.

В утолщённой части втулки имеются два противоположных боковых отверстия. Верхнее впускное отверстие Е служит для заполнения надплунжерного пространства топливом, а нижнее перепускное – для перепуска топлива. Оба отверстия втулки соединены с соответствующими каналами, расположенными в ТНВД. В верхней части плунжера находятся соединённые осевой Д и боковой отсечной канал Г, который выполнен по винтовой линии. С его помощью можно менять порции подаваемого топлива без изменения общего хода плунжера. Кольцевая выточка в средней части плунжера служит для равномерного распределения по гильзе дизельного топлива, выполняющего роль смазки.

В нижней части плунжера выполнены выступ В и выточка. Выступ входит в пазы поворотной втулки 10, на которой помещён зубчатый венец 11, соединённый с рейкой 1 насоса. Нижняя выточка выполнена для закрепления в ней тарелки 4 пружины, которая необходима для перемещения плунжера вниз.

Плунжер перемещается вверх под действием толкателя Б, который получает движение от кулачка 8 валика топливного насоса.

Нагнетательный клапан 14 обеспечивает чёткое окончание подачи топлива в цилиндры.

Схема работы секции топливного насоса показана на рис. 24.

При движении плунжера 1 вниз топливо из впускного клапана 4 проходит во втулку 2 (рис. 24,а). При движении вверх плунжер перекрывает впускное отверстие втулки (рис. 24, б) и топливо, открывая нагнетательный клапан 5, проходит под большим давлением в форсунку.

Рис. 24

Как только кромка отсечного паза совмещается с перепускным отверстием втулки (рис.24, в) топливо из надплунжерного пространства попадает по каналам плунжера в перепускное отверстие 7 втулки и далее через перепускной канал 8 к подкачивающему насосу. Давление в надплунжерном пространстве падает, и под действием пружины 6 нагнетательный клапан опускается в гнездо. Произошла отсечка топлива

Таким образом, рабочий ход плунжера длится от конца закрытия верхней кромки плунжера впускного окна втулки до начала открытия перепускного окна кромкой отсечного канала.. Количество топлива поступающего в цилиндры зависит от положения отсечного канала плунжера относительно перепускного канала втулки. Поворот плунжеров осуществляется с помощью топливной рейки. Плунжеры поворачиваются во всех секциях насоса на одинаковые углы, обеспечивая подачу равных порций топлива в цидиндры.

6. Форсунки. С помощью форсунок топливо поступает в камеру сгорания двигателя в мелкораспылённом состоянии и под большим давлением. Применяются многодырчатые форсунки с малым диаметром распыливающих отверстий. Детали смонтированы в корпусе 10 (рис. 25).

Рис. 25

Основная часть форсунки – распылитель, состоящий из корпуса 12 и иглы 11. Игла прижата к коническому седлу корпуса пружиной 4 с помощью штанги 8. Пружину регулируют винтом 2 на определённое давление.

В процессе работы двигателя топливо поступает из топливного насоса по трубке высокого давления через сетчатый фильтр 6 и канал 9 в камеру 15. Когда давление топлива в камере превысит усилие пружины, сила, действующая на иглу снизу, приподнимает её, и топливо поступает к распыляющим отверстиям и через них впрыскивается в камеру сгорания. При отсечке топлива нагнетательным клапаном ТНВД давление в камере 15 распылителя резко падает и игла под действием пружины быстро закрывает выходное отверстие форсунки.

7. Воздухоочиститель предназначен для очистки воздуха от частиц пыли.

На дизельных двигателях применяют трёхступенчатые воздухоочистители. Первая ступень очистки воздуха в нём обеспечивается инерционным очистителем, вторая ступень контактная, с масляной ванной, третья – контактная с фильтрующими элементами (рис. 26).

Рис. 26

Воздухоочиститель состоит из корпуса 3(рис. 26), головки 11 и приваренной к ней трубы 9. Сверху на трубе закреплён колпак 6 с центробежным пылеотделителем. В корпус воздухоочистителя вложены три фильтрующих элемента 2 из капроновой путанки. Снизу к корпусу стяжными болтами прикреплён поддон 1 с масляной ванной.

Воздухоочиститель работает следующим образом. При такте впуска воздух под действием разряжения через отверстия сетки 8 попадает внутрь инерционного очистителя и, ударяясь наклонными лопастями завихрителя 5, получает вращательное движение. Крупные частицы пыли, попавшие с воздухом в очиститель, под действием центробежной силы, отбрасываются к стенкам и через два окна 7 в колпаке выводятся наружу. В инерционном очистителе отделяется 2/3 пыли, содержащейся в воздухе. Поток воздуха с мелкими частицами пыли на большой скорости движется вниз по заборной трубе, соприкасаясь с поверхностью масла в поддоне, забрасывает масло на сетки фильтрующих элементов и резко меняет направление и скорость. При этом мелкие частицы пыли остаются в масле, воздух проходит через фильтрующие элементы в выходной патрубок 4 к цилиндрам двигателя. Фильтрующие элементы 2, смоченные маслом, улавливают мельчайшие механические примеси воздуха.

Регулятор частоты вращения коленчатого вала.

В процессе работы дорожных и строительных машин нагрузка на двигатели непрерывно изменяется в зависимости от разрабатываемого грунта и выполняемых операций. Если при этом сохранять постоянной подачу топлива, то изменение нагрузки вызывает изменение частоты вращения коленчатого вала. Для сохранения заданного скоростного режима на двигателях устанавливают регуляторы, автоматически поддерживающие в определённых пределах частоту вращения коленчатого вала двигателя независимо от нагрузки. В результате воздействия регулятора на рейку ТНВД изменяется количество подаваемого в цилиндры топлива, а следовательно повышается или понижается мощность двигателя при заданной частоте вращения коленчатого вала. Всережимный регулятор показан на рис. 27.

Рис. 27

Принцип работы.

Шестерня 11 привода регулятора и топливного насоса получает вращение от коленчатого вала и передаёт движение через пару конических шестерён вертикальному валу 10 регулятора. Вместе с валом вращаются укреплённые на нём грузы 9, расходящиеся в стороны под действием центробежной силы и стремящиеся через сухари 8 и муфту 7 повернуть рычаг 6. Перемещению муфты 7 вверх и повороту рычага 6 противодействует пружина 16 регулятора.

При неизменной нагрузки двигателя коленчатый вал вращается с постоянной частотой вращения и в регуляторе устанавливается равновесие между центробежной силой грузов 9 и натяжением пружины 16.

При повышении внешней нагрузки частота вращения снижается и соответственно падает скорость вращения грузов регулятора. В результате уменьшения центробежной силы равновесие в регуляторе нарушается, и грузы под воздействием растянутой пружины 16 сближаются. Рычаг 6 поворачивается и с помощью тяги 12 передвигает рейку 5 ТНВД в сторону увеличения подачи топлива. Частота вращения и мощность двигателя повышаются, и в регуляторе вновь устанавливается равновесие между центробежной силой грузов 9 и натяжением пружины 16.

При снятии нагрузки с двигателя частота вращения его несколько увеличивается. Под действием возросшей центробежной силы грузы 9 через систему рычагов передвигают рейку 5 в сторону уменьшения подачи топлива. В результате частота вращения и мощность двигателя понизятся

В случае необходимости можно изменять скоростной режим работы двигателя. Это достигается воздействием на пружину 16 через систему рычагов, приводимую в движение рычагом 4 управления подачей топлива. При перемещении рычага 4 влево пружина 16 растягивается, и двигатель развивает большую частоту вращения. Это связано с тем, что большему усилию пружины притом же равновесном расхождении грузов соответствует большее число оборотов грузов, а следовательно, и двигателя.

Возможные неисправности системы питания.

1. Двигатель не запускается или не развивает полной мощности.

Причины:

- нет топлива в топливном баке;

- в систему питания попадает воздух;

- засорены топливные фильтры;

- пониженное давление впрыскивания топлива;

- заедает игла распылителя;

- закоксованы отверстия распылителя форсунки;

- заедает рейка топливного насоса.

2. Дымный выпуск отработавших газов (чёрный дым)

Причины:

- недостаточная подача воздуха;

- заедает игла распылителя;

- закоксованы отверстия распылителя форсунки;

- неправильно установлен угол опережения подачи топлива.

Характеристики дизельного топлива

Для обеспечения экономичности, надёжности и долговечности работы двигателя дизельное топливо должно отвечать определённым требованиям.

Главные показатели качества топлива – чистота, высокая теплотворная способность, хорошая распыляемость, химически стабильное при хранении, не вызывать коррозии металлов, малая вязкость, низкая температура самовоспламенения, высокое цетановое число (не менее 40). Чем больше цетановое число топлива, тем меньше период задержки самовоспламенения после впрыска его в цилиндр и двигатель работает мягче (без стуков).

В дизельных двигателях применяют дизельное топливо следующих марок:

  Наименование показателей Марка топлива
ГОСТ 305 - 82 ГОСТ 4749 - 82
Л З А ДЛ ДЗ ДА
Рекомендуемая для работы при указанной температуре окружающего воздуха и выше, °С     -20   -30     -20   -50
Температура самовоспламенения топлива, °С
Температура застывания топлива не выше, °С -10 -35 -45 -10 -45 -55
Содержание серы, % От 0,2 до 0,5 Не более 0,2

Присутствие серы уменьшает период задержки самовоспламенения топлива в цилиндре, что благоприятно сказывается на работе двигателя. Однако сера повышает нагарообразование и способствует быстрому износу деталей поршневой группы.

При поставках к марке топлива добавляется цифра, обозначающая процент содержания серы, 0,2 или 0,5. Например: топливо летнее Л-0,2; топливо зимнее З-0,5.Буквы в марке топлива обозначают: Л - летнее, З - зимнее, А - арктическое.

При отсутствии арктического топлива и эксплуатации двигателей при низкой температуре к зимнему топливу добавляют до 50% керосина. Повышенная вязкость топлива ухудшает его распыл, а низкая – смазывающие свойства.

Трансмиссия.

Назначение и классификация трансмиссий. Основные узлы, входящие в трансмиссию.

Трансмиссия предназначена для передачи крутящего момента от двигателя на ведущие колёса.

Классификация трансмиссий:

- механическая;

- гидромеханическая;

- гидрообъёмная.

Состав механической трансмиссии (рис.30):

- сцепление;

- коробка передач;

- карданная передача (промежуточная передача);

- ведущий мост.

Рис.30

Состав гидромеханической трансмиссии (рис.31):

- гидротрансформатор (гидродинамическая передача);

- шестерённый насос;

- клапан реверса;

-клапан медленного движения;

- коробка передач со сцеплениями переднего и заднего хода;

- ведущий мост.

Рис. 31

Состав гидрообъёмной трансмиссии:

- насос;

- гидромотор;

- редуктор;

- ведущая звёздочка (ведущее колесо).

Механическая трансмиссия

Сцепление

Сцепление служит для передачи крутящего момента от двигателя на коробку передач, кратковременного разъединения трансмиссии при переключении передач и плавного соединения при трогании с места и при переключении передач.

Передача крутящего момента основана на использовании сил трения. Такое сцепление называется фрикционным.

Состав сцепления (рис. 32):

1. Нажимной диск. 6. Выжимной подшипник.

2. Пружина. 7. Педаль сцепления.

3. Ведомый диск. 8. Вал коробки передач.

4. Маховик. 9. Кожух.

5. Отжимной рычажок

Рис. 32

Принцип работы сцепления.

Нажимной диск 1 (рис. 32) соединён с маховиком, а ведомый 3 насажен на вал 8 коробки передач. Маховик 4 выполняет одновременно функцию ведущего диска. Между нажимным диском 1 и кожухом 9 по окружности размещены пружины 2, зажимающие ведомый диск 3 между нажимным диском и маховиком. В результате трения, возникающего между ними, крутящий момент передаётся от двигателя на коробку передач.

Сцепление управляется механизмом выключения. Выжимной подшипник 6 перемещается с помощью вилки и тяги от педали 7. Подшипник нажимает на внутренние концы рычажков 5, а наружные отводят нажимной диск от ведомого, и сцепление выключается. Когда педаль отпускают, нажимной диск под действием пружин 2 прижимает ведомый диск к маховику – сцепление включается. Плавность включения обеспечивается за счёт начального проскальзывания дисков до момента полного прижатия одного диска к другому. Такое сцепление называют сухим, постоянно замкнутым.

Во включённом положении сцепления между выжимным подшипником и отжимными рычажками должен быть зазор А (рис.33).

Рис. 33

Величина зазора определяет свободный ход педали сцепления. Зазор необходим для исключения постоянного воздействия подшипника на отжимные рычажки. В процессе эксплуатации происходит износ ведомого диска а, следовательно, и уменьшение зазора. При отсутствии зазора происходит износ подшипника, отжимных рычажков и пробуксовка дисков.

Возможные неисправности сцепления.

1. Сцепление пробуксовывает.

Причины:

- износ ведомого диска;

- «замасливание» ведомого диска;

- нет свободного хода педали сцепления.

2. Сцепление «ведёт».

Причины:

- большой свободный ход педали сцепления.

Коробка передач.

Коробка передач (КП) предназначена для передачи крутящего момента на ведущий мост, изменение крутящего момента по величине и направлению в зависимости от условий движения и длительно разобщает трансмиссию.

В коробках передач, для передачи крутящего момента используются зубчатые передачи.

Зубчатая передача – это пара зубчатых шестерён находящихся в зацеплении. Зубчатые передачи бывают цилиндрические (рис. 34), конические (рис. 35) и червячные (рис.36).

Рис. 34 Рис.35 Рис.36

Зубчатая передача характеризуется величиной передаточного числа i

i = Z2 / Z1 = n1/ n2

Передаточное число зубчатой передачи это отношение числа зубьев Z2 ведомой шестерни к числу зубьев Z1 ведущей шестерни. Оно показывает, во сколько раз изменяется крутящий момент на ведомом валу или его частота вращения (n).

Классификация коробок передач:

- одноступенчатые;

- многоступенчатые;

- с продольным расположением валов;

- с поперечным расположением валов.

Состав простейшей коробки передач (рис.37):

1. Двойная шестерня заднего хода. 6. Кулиса.

2. Ведомый вал. 7. Рычаг переключения передач.

3. Ведущий вал. 8. Фиксатор.

4. Корпус. 9. Ползуны.

5. Вилки

.

Рис. 37

Действие КП основано на том, что вращение от коленчатого вала двигателя передаётся на ведущий мост через зубчатые шестерни с определённым передаточным числом на каждой передаче. На рисунке 37 показана простейшая коробка передач с тремя передачами переднего хода и одной задней. При введении в зацепление самой малой шестерни, расположенной на ведущем валу 3, с самой большой шестерней на ведомом валу 2, включается первая (низшая) передача. Частота вращения ведомого вала будет наименьшей по сравнению с частотой его вращения при зацеплении других пар шестерён, а крутящий момент – наибольший.

Подвижные шестерни (каретки) ведущего вала передвигаются рычагом 7 переключения передач через вилки 5, которые перемещаются вместе с ползунами 9 или по ним как по направляющим. Для фиксации передачи и для того, чтобы не было самопроизвольного переключения, предусмотрены фиксаторы 8. Чтобы исключить одновременное включение двух передач, в КП расположена направляющая пластина – кулиса 6.

Для примера рассмотрим устройство КП с продольным (рис. 38) и поперечным (рис. 40) расположением валов.

Рис.38 Рис. 39

Коробка передач с продольным расположением валов (рис.38) состоит из корпуса 21, первичного 1, промежуточного 19 и вторичного 14 валов, механизма переключения передач и шестерён.

На шлицы промежуточного вала надет ряд шестерён. Первые четыре шестерни (по ходу) жёстко закреплены стопорным кольцом. Пятая и шестая шестерни 18 свободно вращаются на ступице четвёртой шестерни. Седьмая и восьмая шестерни выполнены в виде передвижной каретки 17 и могут свободно передвигаться по шлицам вала. Двигаясь вперёд, каретка включает первую ступень редуктора, а при движении назад – вторую. Первая ступень – первая, третья, четвёртая и пятая передачи переднего хода и первая передача заднего хода. Вторая ступень – вторая, шестая, седьмая, восьмая передачи переднего хода и вторая передача заднего хода.

На шлицы первичного вала надеты две передвижные каретки ведущих шестерён. Движением передней каретки 2 вперёд включают пятую или восьмую передачу (в зависимости от включённой ступени редуктора), а движением назад – четвёртую или седьмую передачи.

Задняя каретка 3 может находиться в двух рабочих положениях. В переднем, она включает третью или шестую передачи, в заднем – девятую (прямую) передачу.

В среднем положении каретка 3 (рис.38) передаёт вращение валу 11 (рис.39) заднего хода, с помощью, надетой на него шестерни 10. На шлицах вала 11 помещена передвижная шестерня 12. Движением назад она включает первую или вторую передачу переднего хода, а движением вперёд – передачи заднего хода.

Механизм переключения передач состоит из рычага 10 (рис. 38) переключения, ползунов 5 с вилками, замковых пластин и фиксаторов. Каждая вилка переключения перемещает одну каретку.

Замковые пластины 6 предотвращают включение сразу двух передач. Шариковые фиксаторы 8 удерживают ползуны и каретки от произвольного перемещения.

Коробка передач с поперечным расположением валов показана на рис. 40

Рис. 40

При поперечном расположении валов уменьшается длина КП, которую можно объединить с механизмами заднего моста в единый агрегат, уменьшив габариты самоходной машины.

Отличительная особенность КП – реверс (обратный ход) на все передачи. Переместив зубчатую муфту 14 (рис. 40) реверса вправо, включают передний ход на все передачи, а влево – задний ход.

На промежуточном валу 9 перемещаются по шлицам каретки 17 и 10, с помощью которых можно получить три передачи. Эти передачи удваиваются посредством удвоителя, который состоит из двух шестерён 18 и 6. Шестерня 18 свободно размещена на втулке и находится в постоянном зацеплении с малой шестерней 2 главной передачи (дифференциала).

Передвижная шестерня 6 помещена на шлицах вторичного вала 20 и может занимать два положения: левое при зацеплении с большой шестерней 3 главной передачи и правое – с внутренними зубьями шестерни 18.

Раздаточная коробка

Раздаточная коробка предназначена для привода переднего ведущего моста. С помощью раздаточной коробки передний мост включается автоматически при буксовании задних колёс.

Раздаточная коробка представляет собой одноступенчатый редуктор с роликовой муфтой свободного хода (рис. 41)

Рис. 41

В корпусе на двух шариковых подшипниках вращается вал 10. На его шлицах установлены внутренняя обойма 7 муфты свободного хода, передвижная шестерня 8 блокировки и фланец 9 карданного вала.

Шестерня раздаточной коробки изготовлена заодно с наружной обоймой 5 муфты свободного хода и внутренним зубчатым венцом и через промежуточную шестерню 4 находится в постоянном зацеплении с шестерней 3.В профилированных позах наружной обоймы расположены заклинивающие цилиндрические ролики 6. Частота вращения шестерни с наружной обоймой 5 всегда пропорциональна частоте вращения задних колёс, а частота вращения внутренней обоймы 7, соединённой с валом 10, - частоте вращения передних ведущих колёс. Передаточные числа переднего и заднего мостов подобраны так, что при отсутствии буксования внутренняя обойма вращается примерно в 1,06 раза быстрее, чем наружная обойма, получающая вращение от КП. Поэтому в хороших дорожных условиях передние колёса работают в ведомом режиме. Если задние колёса начинают пробуксовывать, то частота вращения передних колёс и привода переднего моста замедляется, соответственно уменьшается и частота вращения ведомой (внутренней) обоймы. При равных частотах вращения наружной и внутренней обойм ролики 6 заклиниваются, и весь механизм начинает вращаться как одно целое, передавая крутящий момент от КП передним ведущим колёсам. Когда буксование задних колёс заканчивается, передний мост вновь автоматически отключается.

При необходимости можно принудительно включить передний ведущий мост, вводя передвижную шестерню блокировки в зацепление с внутренним зубчатым венцом наружной обоймы рукояткой 2.

Работоспособное состояние КП характеризуется чётким и бесшумным включением передач, отсутствием подтекания масла, умеренным нагревом. Передачи не должны самопроизвольно выключаться на ходу

Возможные неисправности КП.

1. Подтекание масла.

Причины:

- ослабло крепление корпусных деталей КП;

- повреждена прокладка между корпусными деталями КП.

2. Чрезмерный нагрев.

Причины:

- мал уровень масла;

- очень густое или жидкое масло.

3. Затруднено включение передач.

Причины:

- сцепление «ведёт».

4. Самопроизвольное выключение передач.

Причины:

- поломана пружина фиксатора механизма переключения передач;

- изношен фиксатор.

Ведущий мост колёсной самоходной машины

Ведущий мост предназначен для:

- увеличения крутящего момента на ведущих колёсах;

- распределения крутящего момента между полуосями;

- позволяет при повороте ведущим колёсам вращаться с различными угловыми скоростями.

Устройство ведущего моста:

1. Корпус.

2. Главная передача.

3. Дифференциал в составе:

- корпус дифференциала;

- шестерни-сателлиты;

- шестерни полуосей.

4. Полуоси.

Рис. 42.

Принцип работы ведущего моста.

Главная передача усиливает крутящий момент и передаёт его на дифференциал. Дифференциал распределяет крутящий момент между полуосями и передаёт его на ведущие колёса.

При движении в прямом направлении нагрузка на ведущие колёса одинаковая. Поэтому шестерни-сателлиты вращаются только вместе с корпусом дифференциала, не поворачиваясь вокруг своей оси и полуоси, а, следовательно, и ведущие колёса вращаются с одинаковой скоростью.

При движении на поворотах на то колесо, которое движется по внутреннему радиусу, нагрузка увеличивается, а, колесо которое движется по наружному радиусу, свободно обкатывается. Эта нагрузка через полуось передаётся на дифференциал. Шестерня полуоси как бы упирается в шестерню-сателлит и шестерни-сателлиты вращаются не только вместе с корпусом дифференциала, но и начинают поворачиваться вокруг своей оси, ускоряя одно из ведущих колёс и замедляя угловую скорость вращения другого.

Работоспособность ведущего моста определяют по умеренному шуму и нагреву, отсутствию утечек масла.

Неисправности ведущего моста.

Неисправность Причина Способ устранения
Подтекание масла. Ослабло крепление составных частей ведущего моста. Повреждены прокладка или уплотнение. Подтянуть болты крепления.     Заменить прокладку или уплотнение.
Чрезмерный нагрев корпуса ведущего моста или повышенный шум. Нарушен зазор между коническими шестернями или в конических подшипниках. Мало масла в корпусе моста. Отрегулировать зазоры между коническими шестернями или в конических подшипниках. Долить масло.

Рулевое управление

Рулевое управление предназначено для изменения направления движения .

Классификация рулевого управления:

- механическое;

- механическое с гидроусилителем;

- гидравлическое;

- шарнирно-сочленённая рама.

Механическое рулевое управление с гидроусилителем (рис. 47).

Состав:

1. Рулевая колонка. 7. Маятниковый рычаг.

2. Рулевой механизм. 8. Поперечная тяга.

3. Передняя продольная тяга. 9. Поворотная цапфа.

4. Гидроцилиндр. 10 Шаровый шарнир.

5. Распределитель. 11. Гидролинии.

6. Задняя продольная тяга.

Рис. 47

Рычаги и тяги рулевого управления соединяются шаровыми шарнирами.

Рулевой механизм 2 представляет собой редуктор с червячной передачей, которая повышает усилие на выходном валу в 5-10 раз по сравнению с усилием на рулевом колесе.

Гидроусилитель представляет собой гидроцилиндр 4 и распределитель 5, соединённые в одном блоке.

Принцип работы.

При повороте руля передняя продольная тяга 3 перемещает золотник распределителя 5. Рабочая жидкость направляется в соответствующую полость гидроцилиндра, который воздействует на заднюю продольную тягу 6. Эта тяга поворачивает маятниковый рычаг 7, который связан поперечными тягами 8 с поворотными цапфами 9.

Гидравлическое рулевое управление (рис. 48.).

В этом типе рулевого управления механическая связь между рулевой колонкой и колёсами отсутствует. Гидравлическое рулевое управление на погрузчиках совмещено в одну гидросистему с гидроприводом рабочего оборудования.

Состав:

1. Рулевая колонка. 4. Гидроцилиндр.

2. Гидроруль. 5. Тяга.

3. Трубопроводы. 6. Шаровый шарнир.

Рис. 48

Гидроруль является:

- направляющим устройством – работает как распределитель;

- дозирующим устройством – пропускает определённое количество рабочей жидкости на определённый угол поворота руля.

Принцип работы.

При повороте руля рабочая жидкость через распределитель поступает в одну из полостей гидроцилиндра 4, расположенного на балке управляемого моста. Штоки гидроцилиндра через тяги 5 связаны с поворотными цапфами. На поворотные цапфы закреплены управляемые колёса.

Основной неисправностью рулевого управления является повышенный свободный ход руля (люфт). Причинами повышенного люфта может быть:

- износ шаровых шарниров;

- износ рулевого механизма;

- ослабление креплений;

- попадание воздуха в систему.

Тормозные системы.

Тормозная система предназначена для снижения скорости движения, остановки и удержания транспортного средства в стояночном положении. Различают следующие виды тормозных систем: рабочую, стояночную и вспомогательную.

Рабочая система предназначена для регулирования скорости движения транспортного средства и его полной остановки.

Стояночная тормозная система предназначена для удержания транспортного средство в стояночном положении и на уклоне.

Вспомогательная тормозная система предназначена для осуществления крутых поворотов трактора.

Тормозная система состоит из тормозного механизма и его привода.

Тормозной механизм служит для создания искусственного сопротивления движению транспортного средства. Наибольшее распространение получили фрикционные тормоза, которые осуществляют торможение за счёт сил трения между неподвижными и вращающимися деталями. Фрикционные тормоза могут быть барабанными, дисковыми и шкивными.

В барабанном тормозе силы трения создаются на внутренней, цилиндрической поверхности вращения, в шкивном – на наружной, а в дисковом – на боковых поверхностях вращающегося диска.

Привод тормозов предназначен для передачи энергии тормозным механизмам и управления ими при торможении. По принципу действия тормозные приводы разделяют на механические, пневматические, гидравлические и электрические.

Тормозные механизмы с пневматическим приводом.

Тормозная система с пневматическим приводом состоит из колёсных тормозных механизмов и пневматического привода.

Колёсный тормоз. Колёса транспортного средства оборудованы колодочными тормозами с пневматическим приводом. Ими пользуются для снижения скорости или полной остановки транспортного средства.

Барабан колёсного тормоза закреплён на корпусе колёсного редуктора и вращается вместе с колесом. В колёсный тормоз входит диск 2, неподвижно установленный на фланце корпуса главной передачи. На диске смонтированы эксцентриковые пальцы, на которые опираются концы тормозных колодок 11. Другие концы колодок опираются на разжимной кулак 10, вал которого поворачивается во втулках, запрессованных в кронштейне 9, прикреплённом к диску. На шлицевом конце разжимного кулака расположен регулировочный рычаг 7, соединённый штоком с тормозной камерой 5, жёстко связанный с диском кронштейна.

Необходимый зазор между колодками и барабаном обеспечивается эксцентриковыми пальцами 1 и регулировочным устройством, смонтированным в рычаге 7.

Рис. 52

В регулировочное устройство входят червяк 8 и червячная шестерня 14. При поворачивании червяка за квадратную головку червячная шестерня перемещается вместе с разжимным кулаком, в результате меняется зазор между колодками и барабаном.

Пневматически привод. В состав пневматического привода тормозной системы трактора с прицепом входят компрессор, тормозной кран, тормозные камеры колёс трактора и прицепа, воздушные баллоны трактора и прицепа, соединительная головка.

Компрессор предназначен для подачи воздуха в воздушные баллоны до достижения давления 0,75 МПа.

Тормозная камера приводит в действие колёсный тормозной механизм за счёт энергии сжатого воздуха. При нажатии на педаль тормоза под крышку тормозной камеры поступает сжатый воздух, который прогибает диафрагму к корпусу вместе с диском и перемещает шток. Шток передаёт усилие на рычаг 7 вала разжимного кулака, поворачивает его вместе с кулаком 10, в результате тормозные колодки 11 разжимаются и прижимаются к барабану – колесо затормаживается.

Тормозной кран (рис. 53) комбинированного типа служит для управления колёсными тормозами тягача и прицепа. В общем корпусе тормозного крана имеются две секции. Нижняя секция управляет тормозами тягача, а верхняя – тормозами прицепа. Каждая секция снабжена двойным клапаном – впускным и выпускным. К корпусу тормозов прикреплён корпус 1 рычагов, в котором находятся двойной рычаг 2 и тяга ножного привода 5.

Рис.53

Если нажать на педаль тормоза, то тяга 5 перемещается влево, увлекая за собой верхний конец рычага 2. Рычаг, поворачиваясь, перемещает шток 7 верхней секции влево. Когда шток упрётся в ограничительный болт, нижняя половина рычага отходит вместе со штоком нижней секции. Таким образом, двойной рычаг позволяет включить тормоза прицепа несколько раньше, чем тормоза трактора, что исключает «набег» прицепа на трактор.

Воздушные баллоны необходимы для хранения сжатого воздуха. Объём их хватает на 8 – 10 торможений.

Принцип действия тормозов.

В расторможенном положении впускной клапан 3 (рис. 54) верхней секции (торможения прицепа) открыт, и сжатый воздух из воздушных баллонов 8 трактора проходит в воздухораспределитель 5 и заряжает баллон прицепа. Впускной клапан нижней секции закрыт, а выпускной – открыт и сообщает тормозные камеры трактора с атмосферой.

Рис. 54

При нажатии на педаль тормоза тяга 10 перемещается влево вместе с верхним концом двойного рычага и штоком верхней секции, уводя за собой седло выпускного клапана. Тогда под действием пружины 11 впускной клапан верхней секции плотно прижимается к седлу (т. е. закрывается), а выпускной – открыт. Воздух из верхней полости воздухораспределителя 5 выходит через клапан в атмосферу, а сжатый воздух из баллона 6 поступит в тормозные камеры 7. Колёса прицепа будут заторможены. Таким образом, при отсутствии давления в магистрали прицепа срабатывают его колёсные тормоза.

При дальнейшем нажатии на тормозную педаль шток нижней секции сместится вправо вместе с седлом выпускного клапана 12 и закроет его, а впускной клапан откроет. Сжатый воздух из баллона 8 трактора поступает через открывшийся впускной клапан в тормозные камеры 9.

Устройство рабочего тормоза с гидравлическим приводом барабанного типа (рис. 55).

1. Рабочий цилиндр. 7. Главный тормозной цилиндр.

2. Трубопровод. 8. Колодки с фрикционными накладками.

3. Педаль тормоза. 9. Ось.

4. Шток. 10 Возвратная пружина.

5. Бачок с тормозной жидкостью. 11. Пружина рабочего тормоза

6. Поршень.

Рис. 55 Рис.56 Рис.57

Принцип работы гидравлического привода тормозов.

При нажатии на педаль тормоза шток 4 (рис. 55) перемещает поршень главного тормозного цилиндра 7 и создаёт давление тормозной жидкости, которое передаётся на рабочие цилиндры 1. Под давлением жидкости поршни рабочих цилиндров разводят тормозные колодки 8. Фрикционные накладки колодок тормозят вращение тормозного барабана, закреплённого на ступице колеса, и погрузчик затормаживается.

После снятия усилия с педали давление в системе снижается, возвратные пружины сводят колодки и погрузчик растормаживается.

Неисправности тормозов.

1. При нажатии на педаль отсутствует торможение.

Причины:

- попадание воздуха в систему;

- износ тормозных накладок;

- неисправен главный тормозной цилиндр;

- неисправны рабочие цилиндры;

- «замасливание» тормозных накладок.

2. Не растормаживание при освобождении педали.

Причины:

- отсутствует свободный ход педали;

- ослабли возвратные пружины;

- неисправны рабочие цилиндры.

3. При торможении самоходную машину уводит в сторону.

Причины:

- на накладки одного колеса попала тормозная жидкость или масло;

- неравномерная регулировка тормозов;

- неодинаковое давление в шинах.

Ходовая часть.

Ходовая часть колёсного тягача

Ходовая часть преобразует крутящий момент, подводимый к полуосям ведущих колёс, в поступательное движение самоходного средства. Она состоит из остова, подвески и движителя.

Остовом называют основание, соединяющее части тягача в единое целое. Остовы бывают рамные, полурамные и безрамные.

Рамный остов представляет собой клёпаную или сварную раму из стального проката, на которую устанавливают все агрегаты.

Полурамный остов (рис. 63,а)– это объединенная конструкция отдельных корпусов трансмиссии и балок полурамы.

Подвеской называют систему устройств для упругой связи остова с колёсами. Она смягчает удары от неровностей дороги или почвы .В состав подвески могут входить листовые рессоры, цилиндрические пружины и амортизаторы.

Функцию движителя выполняют колёса. К колёсам и шинам предъявляются следующие требования:

Шины колес должны иметь остаточную высоту почвозацепов (рисунка протектора):

не менее 10 мм ;

Шины не должны иметь внешние повреждения (пробоины, порезы, разрывы), обнажающие корд, расслоение каркаса, отслоение протектора и боковины.

Отсутствие хотя бы одного болта или гайки крепления дисков и ободьев колес не допускается.

Наличие трещин на дисках и ободьях колес, а также следов устранения их сваркой не допускается.

Видимое нарушение формы и (или) размеров крепежных отверстий в дисках колес не допускается.

Шины по размеру или допустимой нагрузке должны соответствовать модели машины.

Установка на одной оси шин различных размеров, конструкций, моделей, с разными рисунками протектора не допускается.

Давление в шинах не должно превышать значения, указанные в маркировке шин. Разность давлений в левых и правых шинах должна быть не более 0,01 МПа (0,1 кгс/см2).

Предыдущая1234567891011121314Следующая

Дата добавления: 2016-03-04; просмотров: 3873; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

ПОСМОТРЕТЬ ЕЩЕ:

Устройство автомобилей



Дизельные двигатели относятся к тепловым двигателям внутреннего сгорания поршневого типа с внутренним смесеобразованием и самовоспламенением рабочей смеси. По принципу работы они существенно отличаются от бензиновых двигателей, использующих для воспламенения рабочей смеси внешние тепловые источники – искровое электрическое зажигание или специальный тепловой элемент.

Кроме того, у многих бензиновых двигателей смесеобразование протекает вне цилиндров двигателя – в специальном смесителе (карбюраторе), продолжается во впускном трубопроводе, и заканчивается в цилиндрах во время тактов впуска и сжатия. У инжекторных двигателей с центральным и распределенным впрыском смесеобразование осуществляется во впускном трубопроводе, продолжаясь в цилиндрах вплоть до воспламенения смеси свечой. И лишь инжекторные двигатели с непосредственным впрыском принципиально схожи по характеру смесеобразования с дизельными двигателями, но, тем не менее, тоже имеют ряд отличий в процедуре и результатах смешивания топлива с воздухом.

Общий принцип работы четырехтактного дизельного двигателя можно описать следующим сценарием:

  • всасывание чистого воздуха в цилиндр через впускной клапан при движении поршня к нижней мертвой точке;
  • быстрое и сильное сжатие воздуха до раскаленного состояния при закрытых клапанах и перемещении поршня к верхней мертвой точке;
  • впрыск топлива в цилиндр, смешивание его с воздухом в камере сгорания и последующее самовоспламенение рабочей смеси с выделением теплоты, повышающей давление в цилиндре;
  • движение поршня вниз под действием высокого давления газообразных продуктов сгорания топлива, в результате чего совершается полезная механическая работа;
  • выброс отработавших газов в атмосферу при открытом выпускном клапане и перемещении поршня к верхней мертвой точке.

Далее описанный сценарий повторяется.

Двухтактный дизель работает по сокращенному «сценарию» - очистка цилиндров от продуктов сгорания (отработавших газов) и впуск свежего заряда воздуха осуществляется в период, когда поршень движется от ВМТ к НМТ и продолжается еще некоторое время после прохождения поршнем нижней мертвой точки (перекладки поршня) и движения его к ВМТ. Затем впускное и выпускное окно в цилиндре перекрываются боковой поверхностью поршня, и начинается резкое сжатие воздуха, поступившего в цилиндр.

После сжатия и сильного разогрева воздуха осуществляется впрыск топлива, его перемешивание с воздухом, и самовоспламенение рабочей смеси. При перемещении поршня к НМТ под действием давления продуктов сгорания смеси выполняется полезная работа, и после того, как выпускное и затем впускное окна откроются, выполняется продувка цилиндра свежим зарядом воздуха.

Итак, основные отличия двигателя от классического бензинового двигателя – внутреннее смесеобразование и самовоспламенение рабочей смеси. Эти различия имеют и положительные, и отрицательные стороны.

Так, внутреннее смесеобразование позволяет эффективно использовать наддув, а у двухтактных двигателей – исключить потери топлива при продувке цилиндров, поскольку впускается чистый воздух, а не горючая смесь. Но с другой стороны, - при внутреннем смесеобразовании отводится лишь краткий миг для перемешивания топлива с воздухом, а без этого горение невозможно либо будет протекать малоэффективно.

Самовоспламенение смеси в дизелях позволяет отказаться от достаточно сложной системы зажигания, применяемой в бензиновых двигателях. Но, если перефразировать известную пословицу, - не бывает добра без худа - для подачи топлива в цилиндры под высоким давлением (а это крайне необходимо для качественного распыливания топлива) применяется чрезвычайно дорогостоящая аппаратура - насосы высокого давления и форсунки.

Высокая степень сжатия, используемая в дизельных двигателях, тоже приводит к отрицательным последствиям, поскольку влечет за собой применение массивных деталей цилиндропоршневой группы, способных выдержать колоссальные давления. Кроме того, из-за высоких рабочих давлений дизели работают жестче и шумнее, чем их бензиновые «собратья».

Но, как бы то ни было, дизели по сравнению с бензиновыми двигателями имеют ряд существенных преимуществ, и основным из них является высокая топливная экономичность. Так, расход топлива для получения единицы мощности у дизелей на 25…30% меньше, чем, например, у карбюраторных двигателей.

Кроме того, с учетом более высокой плотности дизельного топлива по сравнению с бензином, запас хода по топливу у дизельных автомобилей на 35…45% выше, чем у бензиновых «собратьев». Себестоимость дизельного топлива меньше, чем себестоимость бензина, поскольку оно получается прямой перегонкой.

Немаловажно и то, что в продуктах сгорания дизельного топлива содержится меньше токсичных веществ, чем в отработавших газах бензиновых двигателей. Да, дизели зачастую сильно дымят, чадят и коптят при работе, особенно, если система питания плохо отрегулирована, но, как это ни парадоксально звучит, в этой копоти меньше яда, чем в безобидном сизом дымке из выхлопной трубы карбюраторного двигателя.



Но не только топливная экономичность и относительная экологичность выгодно отличает дизель от бензинового двигателя. Дизели надежнее. Для них характерны стабильная экономичность во всем диапазоне нагрузок, лучшая приемистость и возможность работы с нагрузкой без полного прогрева. Дизельный двигатель «довезет» свое колесное чадо вместе с водителем и грузом до места назначения, даже если откажет бортовая электросеть – в своей работе дизель полностью автономен, если не считать пускового устройства.

Преимущества дизеля над бензиновым двигателем с точки зрения термодинамики подробнее описаны в разделе сайта, посвященном теплотехнике.

Как уже указывалось выше, слабым звеном двигателей с внутренним смесеобразованием, в том числе – дизельных двигателей, является слишком короткий отрезок времени, в течение которого топливо должно перемешаться с воздухом. Конструкторам приходится решать сложную задачу – как в течение сотых долей секунды получить топливовоздушную смесь высокого качества, способную быстро и эффективно сгореть и отдать тепло для преобразования в механическую энергию.

Это возможно применением специальных камер и объемов для смешивания топлива с воздухом, которые зачастую приводят к замысловатой форме камеры сгорания и днища поршней, для того, чтобы обеспечить завихрение и перемешивание компонентов горения. Второй путь повышения эффективности смесеобразования – применение впрыска под очень высоким давлением, что приводит к интенсивному распыливанию порции топлива по всему объему камеры сгорания.

В результате изысканий в указанных направлениях конструкторы разработали различные устройства и технологии, значительно повышающие качество и скорость смесеобразования в дизелях и бензиновых двигателях с непосредственным впрыском, о которых будет рассказано в других статьях сайта.

Здесь мы рассмотрим классическую схему системы питания дизельного двигателя, которая включает следующие основные механизмы, приборы и устройства (см. рис. 1):

  • топливный бак;
  • топливопроводы низкого давления;
  • топливоподкачивающий насос;
  • топливные фильтры грубой и тонкой очистки;
  • топливный насос высокого давления (ТНВД);
  • топливопроводы высокого давления;
  • форсунки;
  • топливопроводы системы отвода излишков топлива от форсунок и ТНВД.

Кроме перечисленных элементов, предназначенных для подачи топлива из бака в цилиндры, система питания дизеля (как и бензинового двигателя) включает:

  • воздушный фильтр с впускным трубопроводом для воздуха;
  • трубопроводы удаления отработавших газов;
  • приборы для очистки продуктов сгорания от вредных веществ и примесей;
  • устройства для снижения уровня шума при выхлопе отработавших газов (глушители, резонаторы и т. п.).

***

Принцип работы системы питания дизеля


Главная страница
Специальности
Учебные дисциплины
Олимпиады и тесты

Система питания дизельного двигателя — DRIVE2

Дизельный двигатель работает по другим принципам, совершенно не таким, по которым работает бензиновый двигатель. Именно этим и обусловлено устройство системы питания дизельного двигателя. Если упрощенно, то в дизелях, все построено на возникновении высокой температуры при сильном сжатии. Именно эта температура и является тем катализатором, который запускает горение топливной смеси.

Система питания дизельного двигателяКак работает дизельный двигатель?

Изначально цилиндры дизеля заполняются воздухом. Поршень в цилиндре идет вверх, сжимая воздух, и при этом повышается температура сжатого воздуха. Причем повышается до такой температуры, которой достаточно для того, чтобы произошло воспламенение дизельного топлива, вернее смеси дизельного топлива и воздуха.

Как только температура доходит до максимальной, а это происходит в конце такта движения поршня, происходит впрыск дизтоплива посредством форсунки. Топливо не просто поступает струей, а распыляется в мелкодисперсное облако. И дальше под воздействием температуры сжатого воздуха происходит объемный взрыв воздушно-топливной смеси. Давление под воздействием взрыва критически вырастает, и именно это давление начинает двигать поршень, который идет вниз, и при этом совершается работа в физическом понимании этого термина.

Подачу топлива в двигатель и некоторые другие функции обеспечивает система питания дизельного двигателя.

Что входит в систему питания дизельного двигателя:

• топливный бак;• подкачивающий насос;• топливный фильтр;• топливный насос высокого давления;• свеча накаливания;

• форсунка.

Подкачивающий насос забирает топливо из топливного бака и направляет его в топливный насос высокого давления (ТНВД). В нем есть несколько секций. Число секций соответствует числу цилиндров в двигателе. Каждая из секций ТНВД работает на один цилиндр дизельного двигателя.

Топливный насос высокого давления (ТНВД) устроен следующим образом. Внутри насоса, по всей его длине в нижней части расположен вращающийся вал, который имеет кулачки. Вал ТНВД получает вращение от распределительного вала двигателя.

Кулачки оказывают воздействие на толкатели, которые, в свою очередь, заставляют работать плунжеры. Плунжер – это, по сути, поршень, который двигается вверх-вниз. Идя вверх, плунжер создает давление топлива внутри цилиндра. И именно это давление выталкивает топливо через топливную магистраль к форсунке.

Топливо, которое приходит в топливный насос высокого давления, находится под низким давлением и его явно не хватает, чтобы заставить топливо не только двигаться к форсунке, но и распыляться. Плунжер в нижней своей фазе подхватывает топливо и двигает его вверх секции (цилиндра). При этом давление значительно вырастает. Причем этого давления уже хватает для того, чтобы произошло качественное распыление дизтоплива внутри цилиндра. Давление топлива внутри секции топливного насоса может достигать показателя 2000 Атм.

Плунжер не только нагнетает топливо, но и регулирует количество подаваемого топлива на форсунку. Для этого у плунжера есть подвижная часть, которая может открывать или закрывать канавки внутри него. И эта подвижная часть соединена с педалью газа в кабине водителя. От угла поворота плунжера зависит степень открытия каналов прохождения топлива и зависит количество топлива, которое будет подаваться на форсунку. Поворот плунжера происходит за счет рейки, которая соединена с рычагом, который, в свою очередь, соединяется с педалью газа в кабине автомобиля.

В верхней части секции ТНВД находится клапан, который открывается под определенным давлением и закрывается, если давления недостаточно. Т.е. если плунжер находится в нижней точке, клапан закрыт и топливо из магистрали, которая идет к форсунке, не может обратно вернуться в ТНВД.

В секции создается давление, которого хватает для того, чтобы был произведен впрыск топлива в цилиндр. Топливо поступает к форсунке по магистрали. И уже форсунка, которая является управляемой, в нужный момент распыляет топливо внутри цилиндра.

Форсунки могут быть с механическим управлением или с электромагнитным управлением.

В обычной механической форсунке открытие отверстия распыления зависит от давления, которое возникло в топливной магистрали. Отверстие форсунки перекрыто иглой, которая соединена с неким подобием поршня, расположенным вверху форсунки. Пока давления нет, игла перекрывает выход топлива через отверстие распылителя. Как только топливо поступает под давлением, поршень идет вверх и тянет иглу. Происходит открытие отверстия, за которым следует распыление.

Свеча накаливания, которая находится в каждом цилиндре, не предназначена для того, чтобы непосредственно воспламенять топливную смесь. Свеча накаливания предварительно разогревает воздух в специальной камере перед тем, как этот воздух попадает в цилиндр.

Если разобраться, свеча накаливания всего лишь облегчает запуск двигателя, поскольку воздух, перед тем как попадать в цилиндр, уже нагрет до определенной температуры. В принципе в достаточно теплую погоду, или когда двигатель горячий, запуск дизеля может произойти и без предварительного подогрева воздуха. Но в холодную погоду, такое невозможно.

Более современная система питания дизельного двигателя предполагает наличие ТНВД, в котором нет секций по количеству цилиндров, зато есть общая магистраль для всех форсунок. Т.е. насос так и создает высокое давление, но оно общее для всех форсунок. И каждый цилиндр имеет индивидуальный впрыск топлива.

Форсунки, которые используются при такой системе, управляются не по механическому принципу, а посредством электрических импульсов, которые на них поступают от блока управления. По сути, в каждой форсунке стоит электромагнитный клапан, который открывает или закрывает распыление топлива.

Электронный блок управления двигателем получает информацию с нескольких датчиков и, переварив информацию, подает сигнал на электромагнитный элемент управления форсунки.

Такая система питания дизельного двигателя наиболее современна и наиболее экономична. Так как никакая механика не сравнится с электроникой.

Системы питания дизельных двигателей

ВМТ – верхняя мертвая точка ГБЦ – головка блока цилиндров КШМ – кривошипно-шатунный механизм ТНВД – топливный насос высокого давления

Отличие бензинового и дизельного двигателей

На современных автомобилях могут устанавливаться бензиновые и дизельные двигатели. Раньше дизельные двигатели в основном применялись на грузовиках большой грузоподъемности и на тракторах. При их работе можно было наблюдать клубы черного дыма, которые вырывались из выхлопной трубы. Двигатель издавал довольно громкий звук, сопровождающийся стуком. Повышенный шум и вибрации были основными недостатками дизелей. Поэтому такие моторы не устанавливали на легковые автомобили. Современные дизельные двигатели по многим показателям способны конкурировать с бензиновыми моторами. По некоторым характеристикам дизеля серьезно превосходят бензиновые двигатели.

По конструкции бензиновые и дизельные двигатели почти одинаковы. Основное отличие дизеля от бензинового мотора – это использование более прочных материалов при изготовлении его деталей. Это необходимо потому, что дизельный двигатель во время работы испытывает более сильные нагрузки в отличие от своего бензинового собрата. Для повышения прочности некоторые детали изготавливают более массивными, что увеличивает вес мотора.

На дизельном двигателе степень сжатия несколько выше, чем на бензиновом. Поэтому блок цилиндров на дизеле выше, чем на аналогичном бензиновом моторе. С увеличением высоты блока цилиндров увеличивается высота кривошипа коленчатого вала и длина шатунов, что так же сказывается на утяжелении двигателя. Самым главным конструктивным отличием является система питания. На дизеле она кардинально отличается от системы питания бензинового мотора.

На бензиновом моторе топливовоздушная смесь готовится посредством смешивания паров бензина и воздуха. После этого смесь сжимается поршнем в цилиндре при его движении вверх, в ВМТ на свечу зажигания подается электрический ток, искра воспламеняет топливовоздушную смесь, и происходит рабочий ход. Во время работы бензинового двигателя для регулирования мощности нужно изменять количество топлива и количество воздуха, которые подаются для приготовления топливовоздушной смеси. При этом их пропорции должны строго соблюдаться. При недостатке или переизбытке одного из компонентов невозможна нормальная работа двигателя.

Для регулирования подачи воздуха в бензиновом двигателе во впускном воздушном тракте устанавливается дроссельная заслонка (на некоторых моторах подача регулируется другим способом). Подача топлива на современных бензиновых двигателях регулируется электронным блоком управления посредством увеличения или уменьшения времени открытия топливных форсунок. В результате чего изменяется количество топлива, которое впрыскивается за это время.

В дизельный двигатель топливо и воздух подаются раздельно. В воздушном тракте дроссельной заслонки нет (но иногда используется для аварийного отключения подачи воздуха). Чем больше подать воздуха в цилиндр, тем лучше и полнее произойдет сгорание дизтоплива. Топливо в дизельный двигатель подается через форсунки. Смешивания воздуха и топлива как такового не происходит. Воздух необходим для поддержания горения дизтоплива. Как же происходит воспламенение в дизеле? А вот тут самое интересное.

По каким-то причинам во многих источниках этот вопрос затрагивается поверхностно или раскрывается не достаточно точно, а в некоторых случаях не совсем верно. Простому обывателю не так просто понять, что же происходит в процессе воспламенения топлива в дизеле. Некоторые люди пишут, что топливо в дизеле воспламеняется от его сжатия. Если налить на поршень дизтоплива и вращать дизель стартером, в цилиндре воздух в такте сжатия начнет сжиматься и давить на эту «лужицу», но топливо никогда не загорится в цилиндре, хоть весь день крутите. Некоторые люди пишут, что топливо воспламеняется от сжатия воздуха в цилиндре. Пример выше… При таких условиях дизтопливо никогда не воспламенится.

В дизельном двигателе во время такта сжатия воздух в цилиндре разогревается до высокой температуры. Это происходит во время его работы или при запуске в идеальных условиях при плюсовой температуре окружающего воздуха. Некоторые ссылаются именно на высокую температуру сжатого воздуха в цилиндре. Что именно из-за высокой температуры сжатого воздуха дизтопливо самовоспламеняется. В этом есть доля правды, но процесс не раскрыт полностью. Попробуем разобраться в этом более подробно.

Дизтопливо, распыленное форсункой на мелкие частички в дизельном двигателе, воспламеняется в результате его нагрева от трения об сжатый воздух. Чем мельче частички топлива при его распылении, тем больше точек трения и, соответственно, легче воспламенение. Если же в цилиндр под большим давлением подать струю дизтоплива, воспламенения не произойдет, ибо точек трения очень мало. Разогретый воздух в цилиндре способствует лучшему воспламенению дизтоплива за счет более быстрого разогрева частичек топлива от трения. Но нужно понимать, что воспламенение происходит именно от трения. Для примера вспомните спичку и как её поджигают. Оказывается, все просто, достаточно вспомнить физические процессы, которые известны из школьного курса физики.

Плотность воздуха в цилиндре так же влияет на процесс воспламенения. Чем плотнее среда, которая образуется в такте сжатия, тем сильнее происходит трение. Если впрыснуть дозу дизтоплива в объем воздуха с атмосферным давлением, и, соответственно, с недостаточной плотностью, воспламенения не произойдет. И не произойдет воспламенения, если впрыснуть дизтопливо в бензиновый мотор. Степень сжатия в бензиновом моторе ниже, чем в дизеле. Существует некий порог, ниже которого дизтопливо не способно воспламеняться. Поэтому в дизелях степень сжатия выше по отношению к бензиновым моторам.

Системы подачи воздуха

Система питания дизельного двигателя включает в себя систему подачи воздуха и систему подачи топлива в двигатель. В зависимости от способа подачи воздуха в двигатель различают атмосферные дизеля и турбодизеля. В атмосферных моторах воздух поступает в цилиндры посредством всасывания во время такта впуска, то есть за счет естественного разряжения. В турбодизелях используется нагнетатель воздуха, в основном это турбокомпрессор, работающий от выхлопных газов.

На одном валу находится две крыльчатки. За счет выхода выхлопных газов одна из крыльчаток раскручивается и через общий вал вращение передаётся на вторую крыльчатку, которая создает поток воздуха и нагнетает его во впускной тракт двигателя. Так как во время прохождения горячих выхлопных газов через турбину нагнетаемый воздух может нагреваться, между турбиной и впускным коллектором иногда устанавливают интеркулер. Это теплообменник, который позволяет охладить нагнетаемый в двигатель воздух, что еще больше увеличивает его объем. Перед использованием воздух на любом двигателе очищается системой очистки. Это фильтры разных видов и конструкций.

Турбодизеля обладают большей мощностью в отличие от атмосферных моторов. За счет большего объема воздуха, который нагнетается в цилиндры, происходит более полное и быстрое сгорание топлива. Это способствует снижению расхода топлива и повышению мощности мотора. Так же снижается токсичность выхлопных газов. Так как скорость сгорания топлива в турбированном моторе выше, это позволяет увеличить максимальные обороты вращения двигателя, что положительно сказывается на его характеристиках.

Есть и несколько минусов при использовании турбин на дизелях. Сам турбокомпрессор подвергается воздействию высоких температур от выхлопных газов. Что требует использовать дорогостоящие термостойкие материалы при изготовлении турбины. На некоторых моделях дизелей турбина охлаждается жидкостью из основной системы охлаждения двигателя. Во время работы вал турбины раскручивается до нескольких десятков тысяч оборотов в минуту. Для увеличения срока службы пары трения используют износостойкие материалы, способные выдерживать огромные скорости вращения. Узлы вращения вала турбины обычно смазывают моторным маслом из общей системы смазки двигателя, что предъявляет серьезные требования к качеству моторных масел.

При использовании турбокомпрессора на двигателе его ресурс несколько сокращается по отношению к атмосферному двигателю. Это происходит из-за повышения нагрузок на основные механизмы двигателя. Так же повышается стоимость двигателя в целом. Этому способствует высокая стоимость самого турбокомпрессора, конструктивное усложнение систем охлаждения и смазки двигателя и увеличению воздушных трубопроводов. Несмотря на свои недостатки из-за большей экономичности и мощности турбодизеля все чаще устанавливаются на автомобили.

Камера сгорания

В зависимости от вида камеры сгорания различают камеры раздельного типа и камеры нераздельного типа. Раздельная камера сгорания представляет собой дополнительную камеру небольшого объема, которая соединяется каналом с верхней частью цилиндра. Эта камера обычно находится в полости ГБЦ. Топливо через форсунку впрыскивается именно в эту, так называемую, предкамеру. В момент воспламенения топлива продукты горения распространяются по соединительному каналу в цилиндр и давят на поршень.

Основным плюсом таких моторов является мягкость работы. То есть во время работы такого двигателя почти не слышен характерный «дизельный стук». Это обусловлено тем, что взрывная волна при воспламенении топлива образуется внутри предкамеры и не воздействует непосредственно на поршень. На таких моторах в распылителях форсунок было, как правило, одно отверстие, что упрощало и удешевляло их изготовление. Но были и минусы в такой конструкции. Это сложность изготовления самой предкамеры и её рубашки охлаждения.

Моторы с раздельными камерами сгорания обладали довольно высоким расходом топлива. Двигатели с нераздельными камерами сгорания получили большее распространение. Такие моторы чаще называют двигатели с непосредственным впрыском. То есть на них топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр в надпоршневое пространство. Камера сгорания может быть выполнена в днище поршня, в полости ГБЦ или частично там и там. По геометрической форме камеры сгорания могут быть разные. В некоторой степени это зависит от формы факела распыла топлива форсункой. Некоторые формы камеры сгорания способствуют образованию завихрений внутри цилиндра, что улучшает сгорание топлива.

Двигатели с непосредственным впрыском обладают рядом преимуществ по отношению к моторам с раздельными камерами сгорания. Самый главный показатель – это экономичность. Нераздельная камера сгорания имеет компактную форму, поэтому обладает малыми тепловыми потерями при работе двигателя. Это позволяет мотору быстрее выходить на рабочий тепловой режим и соответственно меньше тратить топлива. При нераздельной камере сгорания уменьшается высота ГБЦ и сложность её изготовления. Одним из минусов таких моторов является высокие ударные нагрузки, которые действуют на КШМ.

При использовании в форсунках распылителей с несколькими отверстиями малого диаметра удалось обеспечить более плавное горение топлива. Что послужило снижению ударных нагрузок, действующих на КШМ. Но производство таких форсунок довольно трудоемко и предъявляет к себе высокую точность изготовления, что сказывается на их стоимости. Тем не менее, именно моторы с непосредственным впрыском получили большое распространение в современном автомобилестроении. Такие моторы постоянно модернизируются и получают новые технологии, в частности по повышению прочности материалов КШМ.

Системы подачи топлива

На дорогах всего мира можно встретить автомобили с различными по конструкции системами подачи топлива. Некоторые из них устарели морально и физически. Эти системы не отвечают экологическим нормам по содержанию вредных выбросов в выхлопных газах. Тем не менее, такие автомобили выполняют свои функции. Существует несколько видов систем подачи топлива в дизельный двигатель.

Топливо из бака подается к ТНВД подкачивающим насосом. В подающем топливопроводе устанавливаются фильтры очистки топлива. Как правило, это двухступенчатая система очистки. На первом этапе топливо очищается от крупных примесей в виде мелких камешков, металлических обломков и так далее. Второй этап – это фильтр тонкой очистки, который улавливает все остальное, в том числе и воду. От ТНВД топливо подается к форсункам через трубки, которые способны выдерживать высокое давление.

ТНВД могут быть рядными и распределительными. Иногда встречаются V- образные, они схожи по конструкции с рядными насосами. Так же существуют так называемые магистральные насосы, о них чуть ниже… Рядные ТНВД могут иметь несколько плунжеров, которые создают давление топлива для индивидуальной форсунки. Насосы работают от вращения, имеют привод от двигателя, и вращение строго синхронизировано с положением поршней в ВМТ. Во время работы каждый плунжер обеспечивает повышение давления в подающей магистрали в нужный момент для каждого цилиндра двигателя. Форсунка имеет запорную иглу в распылителе, которая открывается от возросшего давления топлива. После открытия и впрыска топлива, давление в магистрали падает, и игла запирает отверстия распылителя. Все довольно просто устроено и работает механически.

Для увеличения подачи топлива в плунжере увеличивается давление, что увеличивает время впрыска топлива, а в итоге и его количество. Чтобы увеличить давление в плунжере насоса имеется специальная зубчатая рейка, которая при линейном перемещении поворачивает специальные втулки плунжеров относительно вертикальной оси. Тем самым отсечка происходит позже, в итоге повышается давление в топливной магистрали. Рейка соединяется с педалью газа механически или электроприводом. Такие ТНВД также имеют механический регулятор холостых оборотов и регулятор опережения момента впрыска топлива, который необходим при увеличении оборотов двигателя.

Насосы такого типа смазываются моторным маслом из общей системы смазки двигателя, поэтому могут работать на топливе низкого качества.

Системы питания топливом такого типа очень надежны. Они хорошо зарекомендовали себя за многолетнее применение и до сих пор могут применяться на дизелях. Но такие системы не обладают потенциалом в дальнейшем развитии. Для более мягкой работы дизеля и повышения экономичности следует повысить давление впрыска топлива. На таких системах повышать давление неограниченно нет возможности. Во время работы в определенный момент происходит резонанс в трубопроводах высокого давления. Поэтому увеличение давления может привести к разрушению трубок. Так же есть зависимость производительности насоса от оборотов работы двигателя, что негативно сказывается на тонкости распыления топлива в этом режиме.

Распределительный насос отличается от рядного насоса количеством плунжерных секций. Такие насосы могут иметь одну или несколько плунжеров, но их количество может не соответствовать количеству цилиндров двигателя, на которые они устанавливаются. Подача топлива распределяется специальным механизмом. В нужный момент топливо под высоким давлением подается на нужную форсунку в соответствии с тактом работы двигателя. Форсунки при этом могут использоваться такой же конструкции, которая описана выше. Насосы такого типа компактнее рядных насосов, поэтому чаще применяются на легковых дизелях. Механизм распределения подачи топлива довольно точно работает, что увеличивает мягкость работы двигателя. В отличие от рядных насосов производительность распределительных почти не зависит от оборотов двигателя.

Но есть в таких насосах и недостаток. Все детали внутри насоса смазываются дизтопливом, которое он подает к форсункам. Точность изготовления прецизионных пар довольно высока. Поэтому качество топлива влияет на долговечность работы насосов такого типа. При недостаточной смазке ускоряется износ деталей, а присутствие влаги в топливе достаточно серьезно уменьшает его ресурс.

Существуют системы, в которых насос высокого давления и форсунка объединены в один элемент. Что исключает применение трубопроводов высокого давления. Подкачивающий насос подает топливо сразу на насос-форсунку. На каждый цилиндр устанавливается индивидуальная насос-форсунка. В таких системах давление впрыска топлива может достигать нескольких сотен МПа, что увеличивает экономичность и уменьшает содержание вредных выбросов в выхлопных газах. Насос-форсунка приводится в работу от кулачков распределительного вала, что упрощает конструкцию двигателя в целом. Современные топливные системы такого типа, а существуют они довольно давно, имеют ряд новшеств.

Например, на некоторых двигателях с такой системой впрыск топлива разделен на несколько фаз. То есть топливо впрыскивается не одной порцией, а несколькими. Каждая из порций может отличаться по объему, что позволяет контролировать процесс сгорания топлива. В результате воспламенение происходит более мягко, снижая ударные нагрузки на КШМ, а токсичность выхлопных газов снижается за счет более полного сгорания топлива в цилиндрах. Минусом же являются высокая стоимость насос-форсунки и необходимость использовать топливо высокого качества.

Еще одна система питания топливом на дизельном моторе – это система Common Rail. В переводе с английского означает общая магистраль. На легковых двигателях разные бренды называют эту систему по-своему, но принцип работы у них схож. В роли общей магистрали выступает топливная рампа, в которой накапливается энергия давления. Из топливной рампы топливо подается на форсунки, открывающиеся электрическим импульсом. Чем-то напоминает топливную рампу бензинового мотора, но в дизеле давление в рампе составляет несколько сотен МПа. Такое давление создает магистральный насос высокого давления. Электрический импульс подается в нужный момент из блока управления двигателем.

Во время запуска двигателя магистральный насос начинает качать топливо и создается высокое давление в топливной рампе. На рампе расположен датчик давления, который измеряет давление топлива в ней. Блок управления считывает показания с этого датчика, и только при достижении определенного давления он подает импульс на открытие форсунок. Происходит запуск дизеля и дальнейшая его работа. Во время работы двигателя насос постоянно поддерживает высокое давление в топливной рампе, поэтому обороты двигателя не влияют на давление впрыска топлива, рампа выступает в роли накопителя. Электронный блок управления позволяет контролировать угол опережения впрыска и поддерживает обороты холостого хода мотора, что упрощает конструкцию насоса в отличие от ТНВД рядного типа.

Высокое давление впрыска позволяет добиться наилучшего распыления топлива и уменьшить его расход до феноменально малых показателей, сохраняя при этом высокую мощность двигателя. Легковой дизель объемом в 3 литра может потреблять топлива в городском режиме всего около 8-10 литров на 100 километров пробега. Крутящий момент дизельных двигателей выше, чем на аналогичных бензиновых моторах, он приближается к расчетным максимальным показателям почти с холостых оборотов. Бензиновые же достигают этого момента на максимально допустимых оборотах вращения коленвала.

В настоящее время легковые автомобили с системой впрыска Common Rail способны конкурировать по динамике разгона с бензиновыми моторами. Но потреблять при этом намного меньше топлива. Всю картину портит качество дизтоплива в нашей стране. В итоге выходят из строя насосы высокого давления и форсунки. Стоимость этих деталей довольно высока, поэтому экономия на расходе топлива сходит на нет при наступлении очередного ремонта топливной аппаратуры. Возможно, в скором будущем наши нефтеперерабатывающие заводы повысят качество выпускаемого дизтоплива. И каждый потенциальный клиент сможет выбрать для себя автомобиль именно с экономичным дизельным двигателем…

Автор: Александр Назаров


Смотрите также