2556

Системы подачи топлива и воздуха дизелей: учебное пособие

Черный цвет газов возникает в результате образования сажи. Сажа появляется в процессе сгорания углерода при недостатке воздуха или избытке топлива. Нарушение процесса сгорания происходит в результате снижения давления воздуха в линии впуска или нарушения регулировки топливной аппаратуры.

На рис. 12.2 приведена схема диагностирования турбокомпрессора с радиально-осевой турбиной (ТКР), включающая определение компрессии в цилиндропоршневой группе (ЦПГ) и оценку технического состояния топливной аппаратуры.

Заполнение опросного листа (длительность неисправности, условия появления, изменение мощности, расхода топлива)

Анализ данных самодиагностики электронных систем ДВС

Оценка параметров работы ДВС и ТКР

Заключение о состоянии ТКР и необходимости его ремонта

Рис. 12.2. Схема диагностирования систем ДВС и ТКР (*не связано с неисправностью ТКР)

При засорении воздушного фильтра в цилиндр двигателя поступает недостаточное количество воздуха, что ведет к неполному сгоранию топлива, снижению мощности, образованию сажи и черному дыму из выхлопной системы. Снижение мощности двигателя может быть и в результате нарушений процесса топливоподачи, плохой работе системы перепуска газа мимо турбины или неисправности клапана рециркуляции отработавших газов и других нарушений систем автоматического регулирования.

Дымность отработавших газов проверяют дымомерами, например прибором фирмы «Хартридж». В процессе проверки фильтра на загрязнение двигатель работает с фильтрующим элементом и без него. Если уро-

~180 ~

Раздел второй. Системы подачи воздуха дизелей

вень дымности значительно снизился при удалении фильтрующего элемента, то одной из причин дымления являлся засоренный фильтр.

Голубому цвету отработавших газов способствует наличие моторного масла в процессе сгорания, которое содержит различные присадки. Утечки масла могут происходить из узла смазки подшипников турбокомпрессора. Причиной этого является загрязнение воздушного фильтра, которое способствует созданию разрежения на входе в компрессор, или износ уплотнений между корпусом, колесом компрессора и валом.

По изменению цвета отработавших газов (особенно черного или голубого) определяют нарушения в системе снабжения воздухом и топливом.

Для диагностики турбокомпрессоров необходимо знать их технические характеристики.

Прежде чем проводить диагностирование агрегатов наддува, необходимо проверить исправность цилиндропоршневой группы и системы питания двигателя.

12.1. Анализ технического состояния цилиндропоршневой группы и системы питания двигателя

Для определения компрессии (давления воздуха в конце такта сжатия) используют компрессометр, который состоит из манометра, трубки с коническим уплотнением и обратного клапана. Определяя компрессию в отдельных цилиндрах, косвенно оценивается состояние поршневой группы и ее износ. Компрессометр устанавливается в отверстие для крепления форсунки или свечей накаливания. Проверка компрессии производится при пусковой частоте вращения коленчатого вала. Получаемая величина давления для дизеля не должна быть менее 2,5 МПа.

После проверки компрессии оценивают состояние топливной аппаратуры (ТА). Неисправности ТА рекомендуется определять при помощи тензометрического датчика или зажимного (съемного) датчика [11, 43], пьезоплёнка которого при помощи специального устройства прижимается к цилиндрической поверхноститрубопровода высокогодавления (см.рис.5.3, гл.5).

При деформации трубки (до 0,001 мм) изменяется сопротивление пьезоплёнки, а при помощи усиливающей и регистрирующей аппаратуры фиксируется импульс давления, по анализу которого определяется состояние насоса и форсунки.

Датчик давления зажимной выпускает австрийская фирма AVL с рычажным или с винтовым креплением. Размер внутренней полости дат-

~181 ~

Раздел второй. Системы подачи воздуха дизелей

12.2. Диагностирование турбокомпрессора

На рис. 12.3 показана схема системы наддува двигателя с перепуском газа мимо турбины и рециркуляцией отработавших газов. На схеме указано расположение вакуумметра 3 в линии всасывания 2, манометра 5 на выходе из компрессора 4, манометра 8 на входе системы впуска в двигатель, манометра 13 на входе отработавших газов в турбину. При помощи вакуумметра 3 определяют разрежение в линии всасывания. По разности показаний манометра 5 и 8 определяют герметичность нагнетательного канала 6 и заслонки 12. Рециркуляция (возврат) отработавших газов во впускную систему 2 производится с целью уменьшения токсичности газов в выпускной системе.

Рис. 12.3. Схема газотурбинного наддува двигателя с перепуском газа мимо турбины и рециркуляцией отработавших газов:

1 – фильтр воздушный; 2 – впускной канал; 3 – вакуумметр; 4 – компрессор; 5 – манометр; 6 – нагнетательный канал; 7 – камера управления с мембраной и пружиной; 8 – манометр;

9 – впускной коллектор; 10 – выпускной коллектор; 11 – канал подвода газа к турбине; 12 – заслонка перепускного отверстия; 13 – манометр; 14 – турбина; 15 – выпускная система; 16 – клапан рециркуляции

При эксплуатации двигателя с наддувом необходимо уделять внимание тепловой напряженности подшипников ротора и деталям уплотнения.

~183 ~

Системы подачи топлива и воздуха дизелей: учебное пособие

Нельзя проводить резкую остановку двигателя после длительной работы на полной нагрузке, так как температура корпуса турбокомпрессора может увеличиться со 100 до 200 0С и привести к поломкам. Повышение температуры происходит в результате прекращения подачи масла в подшипниковый узел и интенсивному подводу теплоты от колеса турбины.

Для снижения тепловой напряженности турбокомпрессора рекомендуется работа двигателя на режиме холостого хода в течение 5–10 мин до полной его остановки.

На рис. 12.4 приведен общий вид турбокомпрессора с поворотом лопаток соплового аппарата турбины. Поворот лопаток диффузора позволяет изменять величину работы газа на колесе турбины и соответственно частоту вращения колеса турбины и колеса компрессора. Схема регулирования очень эффективна, но утечки масла через уплотнения в зоне подшипника приводят к образованию коксовых отложений в соединениях и потери подвижности рычагов управления.

.

Рис. 12.4. Общий вид турбокомпрессора с поворотом лопаток соплового аппарата турбины

На рис. 12.5 приведена схема регулирования турбины с поворотом лопаток соплового аппарата. Рычаг управления 3 входит в паз диска поворотного 4, образуя жесткую связь. С обратной стороны поворотного диска 4

~184 ~

Раздел второй. Системы подачи воздуха дизелей

имеются пазы, в которые установлены рычаги 5, жестко связанные с лопатками 6 соплового аппарата. Например, длина плеч рычагов поворотного устройства L1 = L2 = L3 = 14 мм. При повороте рычага 3 на 100 диск 4 также повернется на 100. Лопатки 6 тоже повернутся на 100, увеличивая начальный угол установки лопаток, например, с 20 до 300. При этом изменятся направление потока газа на лопатки, мощность турбины и частота вращения колеса. Следует отметить, что при различной длине рычагов управления необходимо учитывать передаточные отношения.

Камера управления (регулятор давления), соединенная со штоком 1, имеет подобную конструкцию и принцип действия, как изображенные на рис. 12.3.

Рис. 12.5. Схема регулирования турбины с поворотом лопаток соплового аппарата:

1 – шток камеры управления; 2 – регулируемый ограничитель (винт); 3 – рычаг управления; 4 – диск поворотный; 5 – рычаг поворота лопаток 6 соплового аппарата; 7 – корпус неподвижный;

8 – лопатки колеса турбины

Втабл. 12.2 приведены основные неисправности турбокомпрессоров

сперепуском газа мимо турбины и поворотом лопаток соплового аппарата турбины, указаны причины неисправностей и способы их устранения.

Цифрами обозначено:

1 – двигатель глохнет при разгоне; 2 – недостаток мощности двигателя; 3 – черный выхлоп из системы выпуска; 4 – чрезмерный расход масла; 5 – выхлоп синего цвета из системы выпуска; 6 – шум в турбокомпрессоре; 7 – повторяющийся звук в турбокомпрессоре; 8 – утечка масла через уплотнение компрессора; 9 – потеря подвижности штока камеры управления.

~185 ~

Раздел второй. Системы подачи воздуха дизелей

Окончание табл. 12.2

Было рассмотрено диагностирование турбокомпрессора непосредственно на автомобиле или на другой технике. Но при ремонте двигателя турбокомпрессор иногда демонтируют. Его техническое состояние можно определить, используя специальный стенд (рис. 12.6).

Рис. 12.6. Стенд для внешнего осмотра и анализа технического состояния внутренних частей турбокомпрессора

Для внешнего осмотра колеса компрессора и турбины выполняют частичную разборку турбокомпрессора. Снимают улитку компрессора и турбины. Затем при помощи специального зажимного устройства устанавливают корпус компрессора с колесом турбины и компрессора на стенд.

~187 ~

Системы подачи топлива и воздуха дизелей: учебное пособие

Диагностика турбокомпрессора на стенде позволяет выявить допустимые осевые и радиальные зазоры (люфты) вала, наличие механических повреждений колеса компрессора и турбины, повреждение уплотнений на валу у компрессора и турбины. Колесо турбины приводится во вращательное движение при помощи струи воздуха, поступающей под определенным давлением из ресивера компрессора.

Во внутреннюю полость турбокомпрессора подается под давлением моторное масло кинематической вязкостью, соответствующей значению при работающем двигателе (например, моторное масло М10 Г1 имеет примерную вязкость 10 сСт при 100 оС). При отсутствии утечек масла через поверхность вала в сторону колеса компрессора или турбины уплотнение считается исправным.

Для исследования и диагностирования турбокомпрессора предлагается специальный стенд.

12.3. Устройство и работа стенда для диагностирования и испытания агрегатов наддува

Для диагностики и получения экспериментальных характеристик компрессора и турбины была предложена схема стенда [37]. За основу принят стенд для продувки турбин турбокомпрессоров типа ТКР-14, созданный на кафедре «Двигатели внутреннего сгорания» Тихоокеанского государственного университета г. Хабаровска [44].

Стенд включает в себя две воздуходувки ТВ-42, соединенные последовательно для получения необходимого давления перед турбиной. Имеет систему смазки подшипников, трубопроводы с регулировочными задвижками, позволяющими установить необходимый режим работы турбокомпрессора, приборы для измерения давления, температуры и частоты вращения ротора. Полное давление фиксируется манометрами, перепады между полным и статическим давлением – жидкостными пьезометрами. В качестве тормоза для турбины используется центробежный компрессор. Нагрузка регулируется изменением расхода воздуха через компрессор при помощи заслонки, установленной на его выходе.

На рис. 12.7 приведена схема рекомендуемого стенда, позволяющая проводить диагностирование и испытание турбокомпрессоров с радиаль- но-осевой турбиной бензиновых и дизельных быстроходных двигателей мощностью до 400 кВт.

Данный стенд позволяет проводить следующие работы:

– диагностику и настройку турбокомпрессоров бензиновых и дизельных быстроходных двигателей;

~188 ~

Раздел второй. Системы подачи воздуха дизелей

–холодную и горячую обкатку турбокомпрессоров после ремонта;

–моделирование режимов работы турбокомпрессора для условий эксплуатации;

–снятие характеристик компрессора и турбины.

Рис. 12.7. Стенд для диагностирования и испытания турбокомпрессоров: 1 воздуходувка; 2 предохранительный клапан (Blow - off); 3 заслонки

(клапаны) поворотные с электромеханическим приводом; 4 баллон с газом (пропан - бутан); 5 редуктор газовый; 6 камера сгорания с искровым розжигом; 7 камера управления перепускного устройства; 8 клапан (заслонка) перепускного устройства; 9 турбокомпрессор; 10 терморегулятор (охладитель масла); 11 фильтрующий элемент; 12 насос; 13 перепускной клапан; 14 емкость для масла;

15 охладитель; 16 насос центробежный; 17 емкость для охлаждающей жидкости

Установка имеет систему смазки подшипников турбокомпрессора, включающую емкость для масла 14, насос 12 с перепускным клапаном 13, фильтрующий элемент 11, терморегулятор и холодильник 10. Марка масла должна соответствовать моторному маслу, применяемому на двигателе, на котором установлен испытуемый турбокомпрессор. Температура масла должна быть не менее 100 0С и соответствовать условиям эксплуатации. При использовании моторного масла SAE 5W-30, API-CD (М3З-10Д2) для высокофорсированных двигателей с наддувом его кинематическая вязкость при 100 0С лежит в пределах 9,5 – 11,5 сСт.

~189 ~