Самостійна робота № 7 (8 год.)

ТЕМА: Система живлення дизельних двигунів

МЕТА:  Вивчити та засвоїти загальну будову системи живлення дизельних двигунів

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ:

1 Головчук А.Ф. Трактори : підруч. для викладачів та студентів ВНЗ / А.Ф. Головчук, В.І. Мельниченко. – К. : Урожай, 2008. – с. 53-78

2 Кисликов В.Ф. Будова й експлуатація автомобілів: підручник для учнів професійно-технічних закладів освіти / В.Ф. Кисликов, В.В Лущик. – Київ. : Либідь, 2002. – c. 103-117

3 Лудченко О.А. Технічне обслуговування і ремонт автомобілів : підручник / О.А. Лудченко. – К. : Вища шк., 2007. – с. 307-317

ПЛАН

1 Економічна доцільність використання дизельних двигунів

2 Загальна будова й робота системи живлення дизельного двигуна

3 Дизельне пальне

4 Сумішоутворення в дизельних двигунах

5 Будова агрегатів системи живлення дизелів

6 Фільтрація повітря та турбонаддув дизельних двигунів

ЗМІСТ ТЕОРЕТИЧНОГО МАТЕРІАЛУ

1 Економічна доцільність використання дизельних двигунів

Дизельний двигуни порівняно з карбюраторним мають ряд переваг. Витрата палива на виконання однакової роботи в дизельних двигунах на 30—40% менша, ніж у карбюраторних. Це пояснюється тим, що в сучасних дизельних двигунах ступінь стиску дорівнює 16—20, в той час, як у карбюраторних двигунах — 6,2—10. Із збільшенням ступеня стиску підвищується потужність і економічність двигуна, бо зменшуються теплові витрати і збільшується середній тиск на поршень. Зменшення теплових витрат у дизельних двигунах відбувається за рахунок зменшення внутрішньої поверхні камери згоряння, з якою стикаються гази. Середній тиск на поршень підвищується за рахунок збільшення температури і швидкості згоряння робочої суміші при більшому її стиску.

Важливою перевагою дизельних двигунів є те, що у них відсутня система батарейного запалювання. Дизельні двигуни мають більш сталий крутний момент за рахунок подачі в циліндри більш усталеної кількості палива. Паливо, на якому працюють дизельні двигуни, менш пожежонебезпечне, ніж бензин.

Поряд з перевагами дизельні двигуни мають і недоліки. Час приготування робочої суміші в дизельному двигуні (0,002—0,008 сек) набагато менший, ніж у карбюраторному (0,025 сек). Це примушує збільшувати тиск впорскуваного палива, а отже, і підвищувати точність виготовлення деталей паливної апаратури. Паливна апаратура дизельних двигунів більш складна і виготовлення її значно дорожче, ніж карбюраторних двигунів. При однаковій потужності дизельні двигуни важчі, ніж карбюраторні. Це пояснюється тим, що при роботі в циліндрах дизельного двигуна розвиваються високі тиски і тому деталі кривошипно-шатунного механізму доводиться виготовляти більш масивними. Внаслідок високих ступенів стиску і необхідності забезпечення великих пускових обертів пуск дизельних двигунів дещо утруднений.

2 Загальна будова й робота системи живлення дизельного двигуна

До системи живлення дизелів входять:

- паливний'бак;

- фільтри грубої та тонкої очистки палива;

- паливопроводи;

- паливний насос високого тиску;

- всережимний регулятор частоти обертання;

- автоматична муфта випередження впорскування палива;

- фор­сунка;

- підкачувальні насоси.

Рисунок 7.1 – Схема системи живлення дизеля КамАЗ-740:

1 – паливний бак; 2, 5, 7, 8, 11, 13, 15, 17, 19, 21 - паливопроводи; 3 – трійники; 4, 18 — фільтри відповідно грубої й тонкої очистки палива; 6 — форсунка; 9 – ручний підкачувальний насос; 10 — паливопідкачувальний насос; 12 — паливний насос високого тиску; 14 — електромагнітний клапан; 16 — факельна свічка

Паливопідкачувальний насос 10 дизеля КамАЗ-740 за­смоктує паливо з бака 1 крізь фільтри грубої 4 й тонкої 18 очистки.

Паливопроводами низького тиску 2, 7, 11, 13 паливо надходить до насоса високого тиску 12, який розміщено між рядами циліндрів. Відповідно до порядку роботи циліндрів дизеля насос 12 подає пали­во паливопроводами 8 високого тиску до форсунок б, розташованих у головках циліндрів. Форсунки розпилюють і впорскують паливо в камери згоряння. Паливопідкачувальний насос 10подає до насоса 12 більше палива, ніж потрібно для роботи дизеля, тому надлишкове паливо, а з ним і повітря, що потрапило до системи, дренажними па­ливопроводами 17 і 20 відводяться з насоса 12 і фільтра тонкої очист­ки 18 назад у паливний бак. Паливо, що просочилося крізь зазор між корпусом розпилювача та голкою форсунки, зливається в бак пали­вопроводами 5, 15, і 21.

Паливний бак автомобіля КамАЗ місткістю 125, 170 або 250 л має заливну горловину, яку обладнано висувною трубою із сітчастим фільтром. Горловина закривається герметичною кришкою. В нижній частині бака є кран для зливання відстою. Рівень палива можна контролювати за покажчиком, сигнали до якого надходять від рео­статного датчика, розташованого в баці.

3 Дизельне пальне

Паливо для дизелів має відповідати таким вимогам:

- добре прокачуватися, забезпечуючи безперебійну роботу паливоподавальної апаратури (тобто мати оптимальну в'язкість, певні низькотемпературні властивості, не містити води й механічних домі­шок);

- забезпечувати добре розпилювання, сумішоутворення й випа­ровування, а також швидке самозаймання, повне згоряння та м'яку роботу без димлення, що залежить від його хімічного складу, який оцінюється цетановим числом (показник займистості дизельного па­лива);

- не спричинювати підвищеного нагаро- й лакоутворення на клапанах, поршневих кільцях, поршнях, закоксування розпилювача й зависання його голки (схильність до нагаро- й лакоутворення ди­зельного палива залежить від його хімічного складу, в'язкості, а та­кож умісту механічних домішок); не спричинювати корозії резервуарів, баків та інших деталей двигуна (корозійність палива залежить від умісту в ньому кислот, сірчистих сполук і води);

- бути стабільним під час транспортування й зберігання. В'язкість — один із найважливіших показників якості дизельного палива. Від неї залежать однорідність складу робочої суміші, розпилюваність і випарність палива в циліндрі, надійність та довговічність паливної апаратури.

Паливо малої в'язкості добре розпилюється, випаровується й зго­ряє. Проте в цьому разі підвищується спрацьовування плунжерних пар паливного насоса, що призводить до витікання палива через збільшені зазори. Якщо в'язкість висока, паливо погано розпи­люється, погіршується процес згоряння, знижується економічність роботи та підвищується димність вихлопу дизеля.

До важливих експлуатаційних характеристик дизельного палива належать його низькотемпературні властивості, які характеризують рухливість палива за мінусових температур. У дизельному паливі міс­тяться парафінові вуглеводні, які за високої температури перебува­ють у розчиненому стані, а в разі зниження її викристалізовуються.

Низькотемпературні властивості оцінюються температурами помут­ніння й застигання.

Температурою помутніння називають температуру, за якої змі­нюється фазовий склад палива, тобто поряд із рідкою фазою з'яв­ляється тверда. При цьому паливо мутніє через виділення мікроско­пічних кристалів льоду (якщо в паливі є вода) й твердих вуглеводнів.

Температурою застигання називають температуру, за якої паливо втрачає рухливість.

4 Сумішоутворення в дизельних двигунах

Сумішоутворенням називається процес розпилення палива, яке під великим тиском подається в камеру згоряння, і перемішування його із стиснутим повітрям.

   Процес сумішоутворення в циліндрах двигуна відбувається так. Паливо за допомогою паливного насоса і форсунки впорскується в циліндр двигуна під тиском 120—200 кгсісм2 у стиснуте повітря, тиск якого в кінці такту стиску становить 35—40 кгсісм2. При цьому швидкість витікання палива з форсунки становить 150—200 міс Внаслідок тертя струмини палива об повітря вона подрібнюється на дрібні краплинки діаметром 0,002—0,003 мм, які утво- рюють паливний факел, що має форму порожнистого конуса. На процес сумішоутворення відводиться дуже короткий проміжок часу, який відпо- відає 20—40° повороту колінчастого вала. Крім того, погана випарність дизельного палива значно утруднює процес сумішоутворення.

   Для швидкого і повного згоряння пальної суміші паливо треба розпилювати на найдрібніші краплинки і перемішувати їх з повітрям так, щоб біля кожної краплинки палива була достатня кількість кисню для повного її згоряння. Проте забезпечити таку рівномірність розподілу краплинок палива в повітрі важко, тому в циліндр двигуна вводять повітря більше, ніж його треба відповідно до теоретичних розрахунків, тобто коефіцієнт надлишку повітря * становить 1,2—1,6.   

За конструкцією камер згоряння сучасні дизельні двигуни поділяються на дизелі з нерозділеними камерами і дизелі з розділеними камерами.

   Дизелі з нерозділеними камерами згоряння (однокамерні дизелі). Нерозділені камери згоряння (рис. 41, а, б) —це простір, обмежений внутрішньою поверхнею головки циліндрів і днищем поршня. В камеру через форсунку впорскується паливо, завихрюється завдяки спеціальній формі днища поршня, перемішується з повітрям і згоряє.

   На двигунах з безпосереднім впорскуванням палива застосовують форсунки з багатодірчастими розпилювачами. Привисокому тиску впорскування (150— 200 кгсісм2) паливо добре розпилюється і глибоко проникає в стиснуте повітря. Застосування камер згоряння спеціальної форми у днищах поршня (рис. 41, б) є найефективнішим способом створення спрямованих вихрових потоків. У ці камери згоряння паливо впорскується так, щоб більша його частина падала на стінки камери і розпливалася по них тонкою плівкою. Стикаючись з нагрітою стінкою камери, плівка випаровується, пара змішується з вихровим потоком повітря і самозаймається. Завдяки тому що плівка палива зразу не випаровується, а в процесі згоряння поступово надходять нові порції палива, швидкість наростання тиску в циліндрі не-велика і становить 5,5—6,5 кгсісм1 на 1° повороту колінчастого вала. Поступове згоряння палива забезпечує м'яку, відносно безшумну й економічну роботу двигуна і дає можливість використовувати для роботи різні рідинні палива і суміші їх. Основний недолік цих камер згоряння полягає у збільшенні висоти головки поршня, а це призводить до збільшення маси поршневої групи, внаслідок чого зростають інерційні авантаження на деталі кривошипно-шатунного механізму. Дизелі з нерозділеними камерами згоряння (з безпосереднім впорскуванням палива) мають такі позитивні якості: - висока економічність роботи;

- добрі пускові якості;

- відносно проста будова камер згоряння.

5 Будова агрегатів системи живлення дизелів

Паливний насос дизеля КамАЗ-740 складається з вось­ми однакових секцій відповідно до кількості циліндрів двигуна. До секції входять корпус 1, втулка 9 плунжера, плунжер 6, поворотна втулка 4, нагнітальний клапан 11, який штуцером 12 притиснутий до втулки плунжера. Під дією кулачка вала й пружини 5 плунжер здійс­нює зворотно-поступальний рух.

Під час руху плунжера вниз (під дією пружини) в порожнині вту­лки виникає розрідження, й коли відкривається впускне вікно 2, по­рожнина заповнюється паливом (рис. 5, а). Під час руху плунжера вгору (під дією кулачка) в надплунжерному просторі різко підви­щується тиск (впускне вікно перекрите), й паливо крізь нагніталь­ний клапан 4, що відкрився, подається в паливопровід високого тис­ку. При цьому мінімальний зазор між втулкою та плунжером дорівнює приблизно 1 мкм; тиск подачі палива досягає 20 МПа. Коли скісна кромка 5 плунжера відкриє відсічне вікно 1, тиск палива у втулці плунжера різко знизиться, нагнітальний кла­пан 4 під дією пружини швидко закриється, й подача палива припи­ниться. Оскільки в цей момент плунжер ще рухається вгору, то пали­во, яке витискається ним, крізь осьову З й радіальну просвердлини в плунжері перетікає у відсічне вікно 1, минаючи виточку на плунжері. Кількість палива, що подається секцією паливного насоса висо­кого тиску до форсунки, регулюється повертанням плунжера за до­помогою зубчастої рейки 8, втулки 4 та повідка, що зв'язує їх. Обидві зубчасті рейки переміщуються вздовж корпусу на­соса під дією педалі керування подачею палива або регулятора часто­ти обертання колінчастого вала.

Форсунка (рис. 7) призначається для впорскування й розпилю­вання палива. Паливопроводом високого тиску паливо надходить у штуцер 8 і, пройшовши крізь фільтр 9, просвердлинами в корпусах форсунки 6 і розпилювача 1 потрапляє в порожнину голки 14. Коли плунжер секції насоса створить достатній тиск, він, діючи на голку знизу вгору, долає зусилля пружини 13 і відштовхує голку, після чого починається впорскування палива крізь чотири отвори в розпилюва­чі. Після відсічення подачі палива в насос тиск його у форсунці зни­жується й голка знову опускається, припиняючи вихід палива з роз­пилювача. Паливо, що просочилося між голкою та корпусом розпи­лювача, відводиться з форсунки каналами в її корпусі. Форсунку встановлюють у головці циліндра й закріплюють скобою. . Підкачувальні насоси призначаються для подавання палива до на­соса високого тиску в потрібній кількості й підтримання перед ним достатнього тиску.

Паливопідкачувальний насос поршневого типу дизеля КамАЗ (рис. 8) установлюється на задній кришці регулятора частоти обертання й приводиться в дію від ексцентрика кулачкового валика насоса високого тиску. Коли штовхач 7 опускається, поршень 1 під дією пружини 5 рухається вниз, створюючи розрідження в порожни­ні А. Впускний клапан 4, стискаючи пружину 3, піднімається й про­пускає паливо в цю порожнину. Водночас із порожнини Б паливо витісняється в нагнітальну лінію (клапан 9 закритий). Під час руху поршня 1 вгору паливо з порожнини А крізь нагнітальний клапан 9 надходить у порожнину В (впускний клапан 4 закритий).

Для заповнення системи паливом і видалення з неї повітря на ав­томобілі КамАЗ є два ручних підкачувальних насоси: один закріпле но до фланця паливопідкачувального насоса, а другий установлено на кронштейні на корпусі зчеплення з правого боку автомобіля. Обидва насоси аналогічні за будовою. Для прокачування палива ру­коятку з поршнем 2 приводять у рух від руки вгору — вниз.

6 Фільтрація повітря та турбонаддув дизельних двигунів

Атмосферне повітря треба очистити від пилу, щоб зменшити спрацьовування тертьових деталей, і рівномір­но розподілити за циліндрами. Повітря крізь сітки ковпака 5 (рис. 10) надходить у трубу 4 пові­трозабірника, а потім — у повітряний фільтр. Проходячи інерційну решітку 3 й різко змінюючи напрям свого руху, повітря спочатку звільняється від великих частинок пилу, які під дією сил інерції й розрідження викидаються в атмосферу ежектором 6. Потім дрібніші частинки пилу затримуються в картонному фільтрувальному елемен­ті 2. Очищене повітря трубопроводами надходить у циліндри 7ди­зеля.

Повітряний фільтр автомобілів КамАЗ установлено позаду кабіни й обладнано змінним картонним елементом 9. Повітря надходить у фільтр вхідним патрубком. Усередині корпусу 3 розмі­щуються інерційна решітка" та пилозбірна порожнина, що сполу­чається з патрубками відсмоктування пилу. До патрубка 8 приєднано трубку, що веде до ежектора, встановленого у вихідній трубі глушни­ка. Для контролю за роботою повітряного фільтра на лівому впуск­ному трубопроводі встановлено індикатор запиленості, який у разі збільшення розрідження у впускних трубопроводах сигналізує опус­канням червоного сигнального прапорця про необхідність проми­вання або заміни картонного фільтрувального елемента.

Для збільшення літрової потужності дизелів у деяких із них застосовують так зване наддування, тобто подачу в циліндри повітря на такті впускання під тиском, що створюється нагнітачем (компресором). При цьому кількість повітря, яке надходить у ци­ліндри, збільшується, що дає змогу спалювати в них більше палива й таким чином підвищувати потужність дизеля.

Рисунок 7.2 – Схема турбонаддування з перепуском газів, минаючи турбіну:

1 — циліндр; 2 — мембрана; 3 — пружина; 4 — перепускний клапан; 5 — турбіна; 6 — компресор

На автомобільних дизелях найчастіше застосовують газотурбінне наддування. Тиск повітря підвищується у відцентровому компресорі б, робоче колесо якого приводиться в обертання турбі­ною 5, що використовує енергію потоку відпрацьованих газів до над­ходження їх у глушник.

ЗАВДАННЯ (в тому числі індивідуальні):

Вивчити й законспектувати необхідний матеріали, замалювати необхідні малюнки та схеми, або вклеїти в конспект їх ксерокопії, зробити порівняльні характеристики будови та експлуатації двигунів різних мотелів автомобілів і тракторів

ФОРМА КОНТРОЛЮ

Перевірка конспектів

ВИКЛАДАЧ – Колот П.Д.