2462

Рис. 1.21. Схема исполнительного механизма:

1 – корпус; 2 – электродвигатель; 3 – ведущая шестерня; 4 – ведомая шестерня; 5 – червяк; 6 – червячное колесо; 7 – индикатор положения;

8 – рычаг для перемещения рейки топливного насоса

Зубчатая передача с числом зубьев ведущей шестерни ротора (вала) электродвигателя z1 = 9 и числом зубьев ведомой шестерни z2 = 27 (передаточное число i1 будет равно 27/9 = 3).

Червячный механизм с числом зубьев червяка 7, расчетным числом зубьев червячного колеса 24 (в зубчатом секторе их 8). При числе витков (заходе) червяка, равном 2, передаточное число i2 будет равно

24/2 = 12.

На червячном колесе с одной стороны расположен рычаг для привода в действие рейки топливного насоса, с другой стороны – индикатор положения червячной шестерни (положения рычага управления).

Чтобы электронный привод работал правильно, выполняют его диагностирование и калибровку. При помощи специализированного тестера (например, Garret) проверяют угловое перемещение поворотного рычага в крайних точках (например, 60о) и сравнивают эти данные с контрольными значениями.

Совместная работа электронного блока управления с исполнительным механизмом должна обеспечивать такое положение рейки насоса, при котором обеспечивалась бы оптимальная цикловая подача топлива на всех скоростных и нагрузочных режимах, включая пуск двигателя. Скоростная характеристика насоса высокого давления должна быть подобна характеристике, изображенной на рис. 1.17.

31

Редуктор блока управления должен обеспечить необходимый крутящий момент на выходном валу и малую частоту вращения поворотного рычага (поводка).

Ниже приводится поверочный расчет редуктора блока управления

эффициент полезного действия зубчатой и червячной передач ƞм = 0,7. Определим крутящий момент на валу шестерни червяка:

равным 120о. На конце вала червячного колеса закреплен поводок (рычаг) радиусом R = 0,03 м.

4. Определим силу на конце рычага, необходимую для перемещения рейки топливного насоса, поворота плунжеров и изменения цикло-

1.6. Устройство и принцип работы регулятора поступательного движения с электромагнитным управлением

На рис. 1.22 показан разрез регулятора насоса высокого давления с

исполнительным механизмом электромагнитного типа поступательного движения [1].

Рейка насоса 1 изменяет количество топлива, подаваемое плунжерной парой. Пружина 2 возвращает рейку 1 в начальное положение. При помощи указателя 3 и датчика 11 определяется ход рейки. Сердечник 5 и катушка 6 создают направленное электромагнитное поле, втягивающее якорь 8. Величина тока и сила магнитного поля катушки 6 зависят от сопротивления контура. Сопротивление выполнено в виде реостата и изменяется от положения педали управления.

При изменении положения якоря 8 перемещается шток 7 и рейка 1. Это приводит к регулированию подачи топлива. Датчик частоты вращения 9 и датчик хода рейки 11 передают сигналы в электронный блок, который в зависимости от частоты вращения коленчатого вала и

32

нагрузки двигателя подает на катушку 6 требуемое (оптимальное) значение величины тока. Якорь 8 перемещается и устанавливает рейку 1 в нужное положение. Зубчатая рейка 1, перемещаясь, поворачивает зубчатый сектор с втулкой и закрепленной в ней плунжером насоса высокого давления. При повороте плунжера изменяются его активный ход и подача топлива. Регулирование количества топлива происходит отсечкой в конце подачи.

В регулятор с электрическим приводом рейки насоса высокого давления поступают сигналы из электронного блока управления. На электронный блок также поступают сигналы с датчиков хода рейки, частоты вращения и положения педали управления. На каждом скоростном и нагрузочном режиме работы двигателя изменяется подача топлива и устанавливается её оптимальное значение.

Рис. 1.22. Регулятор насоса высокого давления

сэлектрическим приводом:

1– рейка топливного насоса; 2 – возвратная пружина; 3 – указатель хода рейки; 4 – регулировочный винт;

5 – сердечник; 6 – катушка электромагнита; 7 – шток; 8 – якорь; 9 – датчик частоты вращения; 10 – вал кулачковый; 11 – датчик хода рейки

33

На рис. 1.23 показан один из вариантов применения регулятора поступательного движения с электромагнитным управлением для совместной работы с насосом высокого давления.

Рис. 1.23. Рядный насос высокого давления с электронным управлением: 1 – гильза; 2 – втулка управления (золотник); 3 – рейка подачи топлива; 4 – плунжер; 5 – кулачковый вал; 6 – электромагнитный клапан начала подачи топлива; 7 – вал управления регулирующей втулкой;

8 – электромагнитный регулятор количества топлива; 9 – индуктивный датчик положения рейки; 10 – вилочное соединение; 11 – диск зубчатый; 12 – топливоподкачивающий насос

Количество впрыскиваемого топлива является функцией положения управляющей рейки подачи топлива 3 и частоты вращения вала привода насоса. Управление рейкой осуществляется с помощью специального электромагнитного регулятора количества топлива 8, присоединенного непосредственно к насосу.

Электромагнитный регулятор состоит из катушки и сердечника, воздействующего на рейку насоса. Положение рейки насоса определяется индуктивным датчиком положения рейки 9, закрепленным на ней. В катушку электромагнитного регулятора в зависимости от сигналов входных датчиков температуры двигателя, частоты вращения вала насоса, положения педали управления рейкой от блока управления поступает ток возбуждения различной величины. При этом сердечник регулято-

34

ра, втягиваясь под воздействием магнитного поля, воздействует на рейку насоса, преодолевает усилие пружины и изменяет количество впрыскиваемого топлива. С увеличением силы тока, поступающего из блока управления, сердечник, втягиваясь на большую величину и воздействуя на рейку, увеличивает подачу топлива. При отключении питания соленоида пружина прижимает рейку в положение остановки двигателя и прекращает подачу топлива.

На кулачковом валу насоса устанавливается зубчатый диск 11, который при вращении подает импульсы в индуктивный измерительный преобразователь. Электронный блок управления использует импульсные интервалы для вычисления частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Датчик 9 информирует о текущем положении рейки с точностью 0,2 мм. Электронный блок управления сравнивает частоту вращения и другие параметры работы двигателя с целью определения оптимального количества подаваемого топлива (выражаемого как функция положения рейки). С помощью электронного контроллера сравнивается положение рейки насоса с конкретной точкой для определения значения тока возбуждения соленоида, который сжимает возвратную пружину. Когда отклонения определяются, регулируется ток возбуждения, обеспечивая смещение рейки насоса к более точному положению.

В насосах с электронным управлением отсутствует муфта опережения впрыска, в них угол опережения впрыска управляется по сигналам, подаваемым от блока управления в электромагнитный клапан начала подачи топлива 6. В зависимости от величины силы тока, поступающего в катушку электромагнитного клапана 6 начала подачи топлива, его сердечник, преодолевая сопротивление пружины, втягивается в катушку на определенную величину, поворачивая при этом вал управления 7. В свою очередь вал управления 7 связан со втулкой управления 2. При повороте вала управляющая втулка 2 может приподниматься или опускаться. Ход втулки 2 составляет около 5,5 мм, что приводит к изменению опережения впрыска топлива на 12° по углу поворота коленчатого вала.

При обесточивании электромагнитного клапана вал под воздействием пружины переводит втулки в верхнее положение (поздний впрыск). Если втулка 2 находится относительно отверстия плунжера 4 выше, впрыск начинается позже, так как позже будет перекрываться окно плунжера. При более низком положении втулки относительно окна плунжера перекрытие окна плунжера будет более ранним, и впрыск начинается раньше.

35

1.7. Устройство, принцип действия и регулирование форсунок автомобильных дизелей

Форсунки служат для подачи в камеру сгорания дизеля распыленного топлива в определенный момент и дозированного количества. На рис. 1.24 показаны форсунки различного конструктивного исполнения с гидромеханическим управлением.

Рис. 1.24. Форсунки с гидромеханическим управлением для автотракторных двигателей

На рис. 1.25 показан разрез форсунки фирмы Bosch с укороченной штангой 5. Масса штанги уменьшена для снижения сил инерции и контактных напряжений в зоне посадочного конуса распылителя.

В корпусе распылителя 1 выполнены сопловые отверстия диаметром 0,2 – 0,3 мм. Пружина 6 имеет жесткость 200 – 300 Н/мм и предварительно сжата регулировочными шайбами 8 на 2 – 3 мм. Усилие пружины 6 через штангу 5 передается на иглу 2, которая закрывает сопловые отверстия. Давление начала открытия иглы зависит от величины усилия пружины 6, диаметра направляющей иглы 2 и для различных дизелей находится в пределах 20 – 35 МПа.

Главным регулировочным параметром форсунки является давление начала открытия иглы Рфо, которое регулируют на специальном стенде, изменяя усилие на пружине 6. Усилие на пружине изменяют при помощи регулировочного винта или толщиной шайб 8. Увеличение толщины шайб на 0,1 мм повышает Рфо на 1 МПа или 10 атм.

36

Форсунка при помощи трубопровода высокого давления соединяется со штуцером насоса. В зависимости от скоростных и нагрузочных режимов работы дизеля насос создает давление, игла 2 открывается (давление в трубопроводе больше давления открытия иглы) и топливо в распыленном виде поступает в камеру сгорания

Рис. 1.25. Форсунка фирмы Bosch:

1– корпус распылителя;

2– игла;

3– гайка распылителя;

4– «проставка»;

5– штанга укороченная;

6– пружина;

7– корпус форсунки;

8– регулировочные шайбы;

9– фильтр;

10– канал для отвода утечек;

11– установочный штифт

На рис. 1.26 показан общий вид стенда КИ-3333-М для регулировки давления начала впрыскивания Рфо распылителей форсунок автомобилей и тракторов. Величина данного давления зависит от формы камеры сгорания (КС) и способа смесеобразования – пленочного, объем- но-пленочного и объемного [15]. У штифтовых распылителей и разделенных КС двигателя (предкамера или вихревая камера) величина Рфо лежит в пределах 12–15 МПа (120 –150 атм). У неразделенных камер сгорания с объемным способом смесеобразования давление Рфо достигает величины 18 –30 МПа. Для каждого типа двигателя величина Рфо указана в руководстве по регулировке форсунок, зависит от диаметра иглы и способа смесеобразования. Топливные факелы, выходящие из распылителя, должны быть направлены в полость КС. Если факел направлен не в КС, а в стенку цилиндра, то процесс смесеобразования распыленного топлива с воздухом будет нарушен. Расход топлива и токсичность выхлопных газов увеличатся.

37

Рис. 1.26. Общий вид стенда КИ-3333-М для регулировки форсунок

Стенд КИ-3333-М (контрольно-испытательный модернизированный) позволяет дополнительно контролировать мелкость распыливания (визуально) и углы в плане и шатре сопловых отверстий. Углы в плане (вид сверху) можно определить по пятну контакта центра топливного факела и прозрачной стенки цилиндра камеры впрыска. Углы в шатре представляют собой расположение сопловых отверстий относительно оси распылителя (вид спереди и сбоку). Применение распылителей с равным числом сопловых отверстий, но с другими углами в шатре и плане не допускается.

Гидравлическая модернизированная схема клапанной коробки стенда приведена на рис. 1.27. Из бака 1 через фильтр 2 топливо поступает в пространство над плунжером насосной секции 3. При помощи рычага плунжер движется вверх и, сжимая топливо, создает давление. При закрытом 5 клапане (игле) и открытом 9 клапанной коробки топливо через центральный канал 13 поступает к манометру 8, аккумулятору 14 и форсунке 15. При создании давления, при котором открывается игла форсунки, происходит впрыск распыленного топлива в прозрачную камеру. При необходимости регулируют форсунку, контролируя давление манометром 8.

Процесс регулировки форсунок на давление начала открытия иглы происходит при закрытом клапане (игле) 5. При открытии клапана давление в системе снижается до величины атмосферного, сжатое топливо

38

удаляется в топливный бак 1 через канал 4. Форсунка 15 после окончания регулирования демонтируется, в канале 13 отсутствует избыточное давление, что устраняет течь топлива из стенда [3].

Рис. 1.27. Модернизированная гидравлическая схема стенда КИ-3333 -М:

1 – топливный бак; 2 – фильтр тонкой очистки; 3 – насос высокого давления с ручным приводом;

4 – подводящий канал; 5, 9 – иглы запорные; 6, 10 – втулки с резьбой; 7, 11 – винты с головкой; 8 – манометр; 12 – корпус клапанной коробки; 13 – центральный

канал; 14 – аккумулятор; 15 – форсунка

В табл. 1.3 приведены технические характеристики форсунок дизелей ЯМЗ и КамАЗ с рекомендуемым давлением начала открытия иглы.

39

На стенде КИ-3333 для регулировки форсунок дизелей используется манометр на 600 атм (рном = 60 МПа) с классом точности К = 1,0. Например, форсунка была отрегулирована на давление начала открытия иглы 200 атм. Абсолютная погрешность манометра равна 6,0 атм, относительная погрешность данного измерения составила 3,0%.

Контрольные вопросы и задания

1.Объясните устройство и принцип работы насоса высокого давления и форсунки с механическим управлением.

2.Назовите конструкции нагнетательных клапанов насоса высокого давления, их назначение и принцип действия.

3.Что называют цикловой подачей топлива, как она определяется расчетным путем для двигателя определенной мощности и частоты вращения вала насоса и как она регулируется на испытательном стенде?

4.Назовите устройство, принцип действия и расчет подкачивающего насоса поршневого типа.

5.Назовите устройство стенда КИ-3333 для регулировки форсунок, порядок регулировки форсунок на давление начала открытия иглы.

6.Как устроен и действует всережимный регулятор частоты вращения вала дизеля КамАЗ-740?

7.Для какой цели служат грузики у регулятора частоты вращения, как определяется их центробежная сила?

8.Напишите формулу для определения силы пружины, если известны ее жесткость и предварительное сжатие (растяжение).

9.Как в процессе работы всережимного регулятора взаимодействуют центробежная сила грузиков регулятора частоты вращения и сила пружины?

10.Назначение и порядок регулировки прямого и обратного (антидымного) корректоров всережимного регулятора.

11. Порядок регулировки цикловой подачи на режиме номинальной мощности

имаксимального крутящего момента.

12. Принцип действия регулятора с электрическим приводом рейки (подачи топлива) насоса высокого давления.

13. Принцип действия двухрежимного регулятора частоты вращения коленчатого вала двигателя.

14. Почему в условиях городского движения автомобиля с дизелем, оборудованным всережимным регулятором, расход топлива увеличивается на 5–7% по сравнению с двухрежимным регулятором?

40