2556

Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования «Сибирский государственный автомобильно-дорожный

университет (СибАДИ)»

Ю.П. Макушев, А.П. Жигадло, Л.Ю. Волкова

СИСТЕМЫ ПОДАЧИ ТОПЛИВА И ВОЗДУХА ДИЗЕЛЕЙ

Учебное пособие

Омск

СибАДИ

2017

Рецензенты:

д-р техн. наук, проф. В.В. Шалай (ОмГТУ); д-р техн. наук, проф. В.Р. Ведрученко (ОмГУПС)

Работа утверждена редакционно-издательским советом СибАДИ в качестве учебного пособия.

Макушев, Юрий Петрович.

М15 Системы подачи топлива и воздуха дизелей : учебное пособие /

Ю.П. Макушев, А.П. Жигадло, Л.Ю. Волкова. − Омск : СибАДИ, 2017. − 208 с.

ISBN 978-5-93204-943-3.

Изложены устройство, расчёт, техническое обслуживание, диагностирование систем подачи топлива и воздуха дизелей. Приведена методика расчёта насоса высокого давления и форсунок. Для диагностирования топливных систем предложены датчики и измерительная аппаратура. Рассмотрена методика определения технического состояния форсунок и насоса по изменению давления и перемещения иглы распылителя. Исследованы причины образования кокса в сопловых отверстиях распылителей. Приведён расчёт форсунок с электромагнитным и пьезоэлектрическим управлением. Дана методика расчёта, диагностирования и испытания агрегатов наддува дизелей.

Может быть полезно обучающимся всех форм (специалистам, магистрам, бакалаврам) направления подготовки "Энергетическое машиностроение", а

также инженерам и аспирантам.

Подготовлено на кафедре «Тепловые двигатели и автотракторное электрооборудование».

УДК 621.43.(075) ББК 31.365

Системы подачи топлива и воздуха дизелей: учебное пособие

Турбокомпрессор часто называют агрегатом наддува. Агрегат (от лат. – aggrego – присоединяю) – укрупненный элемент машины (например, компрессор и турбина или электродвигатель и насос), обладающий полной взаимозаменяемостью и выполняющий определенную функцию.

Турбокомпрессор любого типа состоит из вращающегося лопаточного аппарата – рабочего колеса, в котором от внешнего источника (двигателя, турбины, электродвигателя) рабочему телу (газу) сообщается энергия. Неподвижные аппараты (диффузоры, спиральные камеры) предназначены для изменения величины и направления скорости потока и давления. Сжатие газа в каналах рабочего колеса происходит в результате силового воздействия лопаток на поток газа.

Применение наддува снижает расход топлива по следующим причи-

нам:

1.Высокий крутящий момент и повышенная мощность позволяют иметь больше передаточных чисел коробок передач, что помогает снизить общую рабочую частоту вращения вала двигателя.

2.По сравнению с равносильным «атмосферным» двигателем двигатель с наддувом имеет меньшие габариты и малый вес.

3.Наддув способствует повышению эффективного КПД двигателя (лучше условия для сгорания топлива).

В пособии рассмотрены устройство, расчет, диагностирование сис-

тем питания дизеля с механическим и электронным управлением, агрегаты наддува с перепуском газа мимо турбины и поворотом лопаток соплового аппарата турбины.

Студенты, обучающиеся по направлению подготовки 13.03.03 «Энергетическое машиностроение» профиля «Двигатели внутреннего сгорания» и других технических специальностей, должны в совершенстве владеть устройством, расчётом, техническим обслуживанием, диагностированием топливной аппаратуры и систем наддува современных дизельных двигателей.

~4 ~

Раздел первый. Системы подачи топлива дизелей

пает к сопловым отверстиям и подается в распыленном виде в камеру сгорания.

Давление открытия иглы 8 зависит от усилия пружины 9, которое изменяется регулировочным винтом или толщиной прокладок. Подача топлива продолжается до тех пор, пока не откроется отсечное окно 10 (оно расположено ниже впускного окна). При отсечке винтовая канавка своей кромкой 11 открывает окно 10 и сжатое топливо из объема над плунжером перетекает по сообщающимся вертикальному 12 и горизонтальному 13 каналам в линию всасывания. Давление топлива резко снижается.

Обратная волна давления W(t + x/a) движется от форсунки 7 к штуцеру 5 насоса. При посадке клапана 3 на седло при помощи его пояска идет разгрузка линии высокого давления на величину 60 – 100 мм3. Это снижает амплитуду повторной прямой волны давления и возможное появление дополнительных впрысков топлива. Дозирование топлива происходит путем поворота плунжера 1. При повороте изменяется положение винтовой кромки 11 относительно отсечного окна 10, активный ход плунжера и подача топлива.

На рис. 1.2 приведены различные виды нагнетательных клапанов.

Рис. 1.2. Нагнетательные клапаны: а – клапан с обратным дросселем;

б – клапан с корректирующим отверстием; в – клапан перьевой; 1 – корпус штуцера;

2 – обратный дроссель (отверстие диаметром 0,6 мм); 3 – пружина; 4 – клапан нагнетательный;

5 – поясок разгрузочный; 6 – корпус клапана; 7 – корректирующее отверстие;

8 – подводящее отверстие

Особенностью клапана насоса фирмы Bosch (рис. 1.2, а) является то, что в прямом направлении потока топлива он открывает обратный дроссель 2 и не оказывает сопротивление при подаче топлива. После отсечки

~7 ~

Системы подачи топлива и воздуха дизелей: учебное пособие

подаваемого топлива поясок 5 нагнетательного клапана 6 производит разгрузку только полости штуцера. Отраженная волна давления, двигаясь от форсунки к насосу, проходит через малое отверстие в дросселе и гасится. Отсутствие отраженных волн стабилизирует подачу топлива, особенно на режиме холостого хода.

При помощи клапана с корректирующим отверстием изменяют внешний вид скоростной характеристики насоса высокого давления (рис. 1.3). Например, от точки 7 до точки 2 можно получить постоянное значение цикловой подачи, ее рост или снижение. Для этого изменяют диаметр корректирующего отверстия 7 или высоту разгрузочного пояска клапана.

Рис. 1.3. Скоростная характеристика насоса (внешняя и регуляторная):

(1-10) – точки внешней скоростной характеристики насоса при положении рейки на упоре; 1 – подача топлива на режиме пуска; 7 – цикловая подача на режиме максимального крутящего момента; 9 – цикловая подача на номинальном режиме; 10 – полное выключение подачи топлива при помощи всережимного регулятора; 8-11, 7-12, 6-13, 5-14, 4-15, 3-16, 2-17 – регуляторные характеристики, полученные при различных натяжениях главной пружины регулятора

В настоящее время вместо неуправляемых нагнетательных клапанов механического типа стали применять управляемые электромагнитные клапаны. Это связано с необходимостью повышения топливной экономичности и снижения токсичности отработавших газов дизелей. Однако такие системы управления пока еще не нашли широкого применения в отечественных двигателях. Основным элементом этой системы является электроуправляющий дозирующий клапан, размещенный в полости над плунжером топливного насоса высокого давления [57].

На рис. 1.4 показана упрощенная схема электромагнитного клапана, позволяющего изменять начало и конец подачи топлива и дозировать его величину. Конструктивное исполнение электромагнитного клапана может быть различного вида.

~8 ~

Раздел первый. Системы подачи топлива дизелей

Рис. 1.4. Электромагнитный клапан: 1 – седло клапана; 2 – направление закрытия клапана;

3 – игла клапана; 4 – якорь электромагнита; 5 – катушка; 6 – сердечник электромагнита

Применение электромагнитного клапана значительно упрощает конструкцию плунжерной пары насоса высокого давления. Плунжер не имеет винтовой канавки для регулирования подачи топлива, представляет собой гладкий цилиндрический стержень, задачей которого является только подавать топливо в линию высокого давления. Величина давления топлива в линии нагнетания зависит от давления открытия иглы форсунки и проходного сечения распылителя. Движение плунжера во втулке осуществляется при помощи кулачка. Во втулке плунжерной пары отсутствует отверстие для отсечки топлива.

При подаче напряжения из блока управления на катушку 5 создается магнитодвижущая сила и якорь 4 перемещает иглу 3, прижимая ее к седлу 1. При закрытии клапана слив топлива прекращается и давление в линии нагнетания (в трубопроводе и полости форсунки) резко повышается. Когда давление станет больше давления начала открытия иглы форсунки, игла откроется и начнется впрыск топлива в камеру сгорания. Впрыск топлива продолжается до тех пор, пока на катушку 5 подается напряжение. При отсутствии напряжения магнитное поле катушки 5 исчезает и под действием пружины игла 3 возвращается в исходное положение. Между седлом клапана 1 запорной части иглы 3 образуется зазор, через который сливается топливо из линии нагнетания. Давление топлива снижается, впрыск топлива прекращается. При помощи электромагнитного клапана осуществляется также изменение начала впрыска топлива и угол опережения впрыска относительно верхней мёртвой точки (ВМТ).

На рис. 1.5 приведена конструкция насоса высокого давления фирмы Bosch (Германия) с жестким корпусом. Рассмотрим принцип действия рядного насоса плунжерного типа, который применяется для подачи малого количества топлива, но при больших давлениях (до 100 МПа).

~9 ~