книги из ГПНТБ / Корниенко А.Г. Конструктивные схемы автомобилей, тракторов и принцип действия их агрегатов и механизмов лекция

- 70 -

малое количество и плохое распиливание топлива приводят к обеднению горючей смеси и затруднению пуска двигателя.

Необходимое обогащение горючей смеси при пуске двигателя дости­ гается за счет применения воздушной заслонки, прикрывая которую, создают при пуске значительное разрежение в диффузоре, что обеспе­ чивает интенсивную подачу топлива из распылителей главного дозиру­ ющего устройства и системы холостого хода. Воздух для образования горючей смеси проникает через щели у кромки воздушной заслонки.

На воздушной заслонке устанавливается автоматический клапан, который открывается при резком увеличении разрежения при пуске дви­ гателя, благодаря чему поступает дополнительный воздух и умен^.'ается переобогащение смеси.

Экономайзер обеспечивает обогащение горючей смеси на режимах, близких к полной нагрузке двигателя, что позволяет сочетать работу двигателя на экономической смеси при прикрытой дроссельной заслон­ ке и получение максимальной мощности при полностью открытой дрос­ сельной заслонке. В отличие от ускорительного насоса экономайзер обеспечивает длительное обогащение смеси в течение зсего периода разгона автомобиля или работы двигателя на максимальных нагрузках.

Экономайзер состоит из жиклера и клапана, последний может иметь механический или пневматический привод.

При механическом приводе шток привода соединен с дроссельной заслонкой, при открытии которой на 80-85% клапан открывает топливу дополнительный проход в смесительную камеру через жиклер и распы­ литель.

При пневматическом приводе шток привода клапана соединен с порш­ нем, который находится в цилиндре, соединенном с задроссельным про­ странством.

При полном открытии дроссельной заслонки разность давлений в воз­ душном патрубке и задроссельном пространстве уменьшается , и шток клапана под действием пружины открывает клапан. Дополнительное то­ пливо поступает в смесительную камеру.

Действие экономайзера с вакуумным приводом зависит от числа обо­ ротов коленчатого вала, уменьшение которых сопровождается пониже­ нием разрежения за дроссельной заслонкой, благодаря чему сила пру­ жины преодолеет это разрежение при меньшей степени открытия дрос­ сельной заслонки. Такое свойство экономайзера с вакуумным приводом

- 71 -

обеспечивает более быстрое обогащение сы^си при увели ении нагруз­ ки, чем в карбюраторе с механический приводом экономайзера. При неизменном положении дроссельной заслонки после уменьшения нагруз­ ки экономайзер автоматически выключается, так как возрастает чис­ ло оборотов, а вместе с тем и разрежение за дроссельной заслонкой, которое закроет клапан экономайзера. Экономайзер с пневматическим приводом обеспечивает обогащение смеси при разгоне автомобиля, вследствие чего разгон происходит значительно быстрее, чем без экономайзера, т.е. повышаются динамические качества автомобиля. Однако при большом числе оборотов дзлгателя, даже при полностью открытой дроссельной заслонке, разрежение увеличится настолько, что экономайзер может выключиться и не обеспечит двигателю воз­ можности развить максимальную мощность. Поэтому на новых карбюра­ торах К-62, К-84, К-89, К-89, K-2I, К-75 и других устанавливаются по два экономайзера. Один из них имеет вакуумный привод, а другой механический. При этом удачно сочетаются ncj. :тельные качества различных экономайзеров.

Ускорительный насос обеспечивает обогащение горючей смеси при резком открытии дроссельной заслонки и улучшает приемистость двигателя, так как при резком открытии заслонки происходит кратко­ временное обеднение горючей смеси. Обеднение смеси происходит по­ тому, что при резком изменении разрежения в диффузоре скорость дви­ жения воздуха растет значительно быстрее, чем скорость топлива, которое более инертно, чем воздух, так как плотность топлива при­ мерно в 600 раз больше плотности воздуха. Обеднение смеси проис­ ходит также вследствие поступления большого количества голодного воздуха, что приводит к конденсации паров топлива на стенках тру­ бопровода . ^

В карбюраторах применяются ускорительный насос с механическим приводом (рис.15).

Поршень ускорительного насоса I поднимается при закрытии дрос­ сельной заслонки, с которой он соединен стержнем 2, пластиной 4, штоком 5 и рычагом 6.

При этом топливо заполняет насос.

- 72

При резком открытии за­ слонки 8 пластина 4 нажимает на пружины и перемещает пор­ шень, давлением топлива за­ крывается всасывающий и от­ крывается нагнетательный клапаны. Топливо через жик­ лер 7 поступает в смеситель­ ную камеру, обогащая смесь.

При медленном открытии дроссельной заслонки топливо из насоса перетекает в по­ плавковую камеру, так как всасывающий клапан не плот­ но садится в седло.

Пружина 3 введена в привод ускорительного насоса для улучше­ ния приемистости двигателя, так как она обеспечивает впрыск то­ плива в течение 1-3 сек., т.е. впрыск происходит и после останов­ ки дроссельной заслонки.

Для предотвращения обогащения горючей смеси при засорении воздуш­ ного фильтра в карбюраторах поплавковая камера сообщается с ат­ мосферой через балансировочный канал (или трубку), соединенный с воздушным патрубком карбюратора. При этом увеличение разрежения в смесительной камере вследствие увеличенного сопротивления воздуш­ ного фильтра в равной степени будет передаваться по балансировоч­ ному каналу в поплавковую камеру, чем достигается уравнение (ба­ лансирование) давления воздуха в обеих полостях. Такие карбюрато­ ры называются балансированными, и поплавковые камеры их выполня­ ются герметичными.

Качественный состав горючей смеси, приготовленный балансиро­ ванным карбюратором, не зависит от сопротивления воздухоочисти­ теля. Небалансированный карбюратор в случае засорения воздухоочис­ тителя приготовляет обогащенную горючую смесь, вследствие разнос­ ти давлений в поплавковой и смесительной камерах и усиления исте­ чения топлива из жиклеров.

- 73 -

Для лучшего испарения топлива применяется специальный подогрев впускного трубопровода в зависимости от сезона эксплуатации (зим­ него или летнего). Подогрев впускного трубопровода обычно обеспе­ чивается за счет тепла отработавших газов (3M3-2IA) или специаль­ ной водяной рубашкой, связанной с системой охлаждения (ЗИЛ-375).

При отсутствии подогрева топливо конденсируется на стенках впускного трубопровода, что приводит к обеднению горючей смеси, снижается экономичность и мощность двигателя. Чрезмерный подогрев приводит к снижению коэффициента наполнения цилиндров ^ v • так как объем смеси увеличивается и, следовательно, весовое количест­ во смеси в цилиндрах уменьшается.

карбюраторы типа К-88, К-88А, К-89 и К-89А устанавливаются на двигателях автомобилей ЗИЛ-130, ЗИЛ-131, "Урал"-375, ЛАЗ-695Е и др. л и карбюраторы двухкамерные с падающим потоком горючей смеси, с балансированной поплавковой камерой и двойным распыливанием то­ плива. Необходимый состав смеси обеспечивается за счет пневмати­ ческого торможения топлива и двух экономайзеров с пневматическим и механическим приводами. Каждая камера карбюратора имеет свою систему холостого хода с питанием от главного топливного канала и раздельные главные жиклеры.

Смесительные камеры для каждого ряда блока цилиндров раздель­ ные, однако обслуживаются общей поплавковой камерой, одним уско­ рительным насосом, общей воздушной заслонкой и двумя общими для обеих камер экономайзерами.

Карбюраторы имеют лневыоцентробежный ограничитель максималь­ ного числа оборотов коленчатого вала двигателя.

Карбюраторы типа К-88 состоят из трех основных частей: корпу­ са воздушной горловины, поплавковой камеры и смесительных камер.

Б корпусе воздушной горловины находятся: воздушная заслонка, сетчатый фильтр, игольчатый клапан подачи топлива и форсунки ус­ корительного насоса.

В корпусе поплавковой камеры находятся: поплавок с пружиной, поршень ускорительного насоса, шариковый впускной и игольчатый нагнетательный клапаны ускорительного насоса, два клапана эконо­ майзеров, два главных жиклера, два жиклера холостого хода, два жиклера полной мощности и два жиклера воздушных.

-74 -

Вкорпусе смесительных камер находятся дроссельные заслонки и два регулировочных винта холостого хода.

При малых и средних нагрузках двигателя клапаны экономайзеров

смеханическим и пневматическим приводами закрыты, поэтому карбю­ ратор подает смесь экономического состава.

При неустановившихся режимах работы двигателя экономайзер с пневматическим приводом несколько обогащает смесь. Во время режи­ ма полных нагрузок экономайзер с механическим приводом обеспечи­ вает получение полной мощности двигателя, так как дозирование то­ плива в это время осуществляется жиклером полной мощности, проход­ ное сечение которого рассчитано на приготовление рабочей смеси мощностного состава.

Для обеспечения пуска холодного двигателя используется воздуш­ ная заслонка с автоматическим клапаном, которая кинематически связана с дроссельными заслонками.

Необходимую приемистость при резком открытии дроссельных заслонок обеспечивает ускорительный насос, привод которого объеди­ нен с механическим приводом клапана экономайзера. Топливо насосом подается через форсунки, ударяется о стенки малых диффузоров, раз­ бивается на мелкие частицы и, смешиваясь с воздухом, направляется во внутренний трубопровод.

Карбюратор К-88А отличается от К-88 тем, что в нем нет экономай­ зера с пневматическим приводом. Карбюраторы К-89 и К-89А по кон­ струкции и принципу работы аналогичны К-88, К-88А и отличаются от них лишь размерами.

Карбюратор К-126Б, устанавливаемый на двигателях 3M3-53, двух­ камерный, с падающим потоком смеси и балансированной поплавковой камерой. Каждая камера карбюратора действует независимо от другой на четыре своих цилиндра через впускной коллектор, разделенный nepers дкой на две ветви.

Для обеспечения нормальной работы двигателя на всех режимах кар­ бюратор имеет дозирующие системы: холостого хода, главную, эконо­ майзера, ускорительного насоса и пуска холодного двигателя. Систе­ мы холостого хода, главная и экономайзера имеются в каждой камере карбюратора, а остальные общие на обе камеры карбюратора. Карбюра­ тор работает по принципу пневматического торможения топлива. Глав­

ная дозирующая система состоит из большого и малого диффузоров,

- 75 -

главных топливного и воздушного жиклеров. Главный воздушный жиклер регулирует поступление воздуха внутрь эмульсионной трубки, распо­ ложенной в компенсационном колодце. Система экономайзера состоит из клапана, общего для обеих камер, и распылителей экономайзера, объединенных с распылителем ускорительного насоса.

Система ускорительного насоса состоит из поршня, механизма при­ вода, обратного и нагнетательного клапанов и распылителя. Система холостого хода состоит из топливного и воздушного жиклеров и двух отверстий в смесительной камере карбюратора. Проходное сечение ниж­ него отверстия регулируется винтом для установления состава горю­ чей смеси.

Система пуска холодного двигателя состоит из воздушной заслонки с автоматическим воздушным клапаном. Обогащение горючей смеси осу­ ществляется за счет разрежения при прикрытии воздушной заслонки.

Для глушения шума выпуска применяются глушители прямоточного типа с системой резонаторных и расширительных камер.

Пульсация давления отработавших газов, проходящих через глуши­ тель, сглаживается и они выходят из выпускной трубы глушителя поч­ ти без шума.

б) Топливная система дизельного двигателя

Топливная система дизельных двигателей служит для подачи возду­ ха и топлива в цилиндры двигателя, для приготовления горючей смеси внутри цилиндров и для отвода отработавших газов.

Подача топлива в цилиндры дизельных двигателей осуществляется или насосом высокого давления, или отдельными форсунками, или на­ сос-форсунками. Форсунка предназначена для впрыска топлива в мелкораспыленном виде в камеру сгорания. Схемы питания двух- и четырех­ тактных дизельных двигателей имеют принципиально различную топлив­

топливный насос высокого давления и форсунки. Организованное .дви­ жение воздуха в камере сгорания обеспечивается формой самой ка­ меры и системой продувки (в двухтактном дизельном двигателе).

- 76 -

Форсунки предназначены для подачи топлива в дизельных двигате­ лях в распыленном состоянии. Они разделяются на два основных типа: открытые и закрытые.

Открытые форсунки изготавливаются без запорного клапана и не имеют подвижных частей. Они отличаются простотой конструкции, од­ нако работают с подтекание:*: топлива, что является существенным недостатком. В нижней части форсунки установлен распылитель, име­ ющий несколько отверстий диаметром 0,35 мм.

Форсунки закрытого типа изготавливаются автоматическими. Их внутренняя полость после впрыска топлива закрывается запорной иглой, вследствие чего перекрывается поступление топлива в ци­ линдр двигателя. Сопловые отверстия здесь имеют диаметр 0,25 мм.

Через форсунки топливо в цилиндры двигателя впрыскивается в форме расходящегося конуса.

В конструкции насос-форсунки объединены два прибора: топлив­ ный насос высокого давления и форсунка.

Смесеобразование в дизельных двигателях происходит непосред­ ственно в цилиндрах двигателя за счет впрыскивания топлива под давлением, значительно превышающем давление воздуха в цилиндре в конце такта сжатия, благодаря чему скорость струи топлива дости­ гает 150-400 м/сек. Трение о воздух,движущегося с большой скоростью, струи топлива и его гидродинамическое воздействие вызывают разру­ шение струи топлива на капельки диаметром 2-3 микрона (0,002 - 0,003 мм). Полученная таким образом горючая смесь будет достаточ­ но полно и бывтро сгорать, если впрыскиваемое топливо будет рав­ номерно распределено в заряде воздуха, а также достаточно тонко и однородно распылено.

Струп топлива, впрыснутая в камеру сгорания, принимает форму факела внешняя зона которого состоит из наиболее мелкораспылен­ ных частиц топлива, а внутренняя - из более крупных частиц.

Количество сопловых отверстий, длину факела L <р и угол кону­ сности Вф подбирают в зави­ симости от формы и типа камеры сгорания.

Рис. 16. Схема распиливания топлива форсункой

-77 -

Смесеобразование в дизельных двигателях за очень короткий про­ межуток времени процесса, а также медленная испаряемость дизель­ ных топлив и большая вязкость, влияющая на распиливание топлива затрудняют получение топливной смеси хорошего состава в цилиндрах дизельных двигателей.

Время,отводимое на смесеобразование, в дизельных двигателях в 10-15 раз меньше, чем у карбюраторных двигателей.

Вдизельных двигателях процесс смесеобразования начинается с момента впрыскивания топлива около ВМТ и продолжается в течение периода, соответствующего 15-30° угла поворота коленчатого вала.

Неблагоприятные условия смесеобразования в дизельных двигате­ лях приводят к неполному сгоранию топлива при теоретически неюбходимом количестве воздуха, поэтому в дизельных двигателях коэф­ фициент избытка воздуха сС значительно больше, чем в карбюратор­ ных двигателях.

Улучшение процесса смесеобразования в дизельных двигателях до­ стигается при интенсивном движении воздуха в камере сгорания. Фор­ ма камеры сгорания оказывает значительное влияние на направление

иинтенсивность движения воздуха, а следовательно, и на качество распиливания. Камеры-сгорания дизельных двигателей должны обеспе­ чивать не только хорошее смесеобразование, но также снижение пе­ риода задержки воспламенения и плавное нарастание давлений в ци­ линдре.

Камеры сгорания современных дизельных двигателей по конструк­ ции делятся на два типа: неразделенные и разделенные.

Неразделенные камеры сгорания, называемые также камерами с не­ посредственным впрыском топлива, представляют единый объем, огра­ ниченный днищем поршня, стенками цилиндра и плоскостью головки.

Вэтих камерах процесс распиливания топлива происходит в основ­ ном за счет кинетической энергии струи топлива, поэтому впрыск то­ плива в камеру сгорания производится под давлениями 150-300 кГ/см2,

ав некоторых дизельных двигателях 1200-1400 кГ/см2 . Для увеличе­ ния равномерности насыщения топливом заряда воздуха в двигателях с неразделенными камерами применяют форсунки с несколькими отвер­

стиями (многодырчатые форсунки), приспосабливают форму камеры сго­ рания к форме топливного факела, а также создают вращательное дви­

- 78 -

жение воздуха при поступлении его в цилиндр, что достигается при­ менением тангенциальных впускных каналов, продувочных окон или при­ данием поршню соответствующей формы.

Дизельные двигатели с неразделенными камерами (вследствие ма­ лых тепловых потерь более экономичны (160-190 г/э.л.с.ч.), имеют невысокую степень сжатия ( & = 15-17), а также более хорошие пус­ ковые свойства, чем двигатели с разделенными камерами сгорания.

Недостатками их являются: повышенная жесткость работы (резкое нарастание давления в процессе сгорания), необходимость высокого давления впрыска, повышенные требования к топливу и топливной аппаратуре. По этому принципу работают дизельные двигатели ЯМЗ,

Д-37м, Д-20, Д-б и др.

Разделенные камеры сгорания состоят из двух частей: основной и дополнительной камер, расположенных в головке цилиндра или в днище поршня. Обе камеры соединяются одним или несколькими кана­ лами или горловиной.

Б зависимости от способа улучшения смесеобразования дизельные двигатели с разделенными камерами сгорания делятся на три основ­ ные группы: с вихревыми камерами; предкамерами; камерами в днище поршня.

Разделенные камеры сгорания отличаются одна от другой в основ­ ном конструктивным оформлением, расположением и объемом дополни­ тельных камер. По энергетическим пусковым и тепловым показателям они примерно одинаковы.

В разделенных камерах сгорания воспламенение топлива происхо­ дит в полости, в которой поршень непосредственно не находится. Это ведет к плавному нарастанию давления в полости цилиндра. При при­ менении разделенных камер имеет место вихревое движение воздуха, что улучшает смесеобразование, благодаря чему снижаются требова­

Недостатками являются: увеличенные удельные расходы топлива (за счет потери энергии на перетекание газов из камеры в камеру), увеличенные потери тепла (за счет поверхности дополнительной ка­ меры); ухудшение пуска двигателя (за счет тепловых потерь). По­

этому эти двигатели имеют повышенную степень сжатия ( S = 17-20)

и снабжаются специальными пусковыми устройствами: свечами накали­ вания, подогревателями засасываемого воздуха.

- 79 -

Дизельные двигатели с вихревыми каперами (цилиндрической или шарообразной формы) имеют объем вихревой камеры, равный 60-80% от всего объема камеры сгорания. Соединительный канал камер распо­ ложен тангенциально, поэтому в вихревой камере при сжатии воздух приобретает интенсивное вращательное движение, что является ос­ новным фактором, обеспечивающим качественное смесеобразование.

Предкамерные дизельные двигатели имеют объем предкамеры, рав­ ный 25-40% от общего объема камеры сгорания. Так как в предкаме­ ре содержится ограниченное количество воздуха, то сгорает только часть топлива и давление повышается до 70-80 кГ/см^. Несгоревиая часть топлива вместе с газами с большой скоростью (200-300 м/сек) перетекает в основную камеру сгорания, где образуется интенсивное вихревое движение, что способствует хорошему смесеобразованию.

Дизельные двигатели с камерами в днище поршня имеют объем ка­ меры в поршне, равный 60-80% от общего объема камеры сгорания. Эту камеру еще называют воздушной камерой. Во время сжатия воздух поступает в воздушную камеру, приобретая при этом сложное вихре­ вое движение и распиливает впрыснутое топливо. Часть топлива сго­ рает. Несгоревшая часть топлива и газы под давлением выходят в основную камеру, где и завершается процесс сгорания. Перетекание горючей смеси в основную камеру сгорания происходит навстречу струе топлива, продолжающего поступать из форсунки. Это улучшает распиливание топлива и перемешивание его с воздухом.

Большое влияние на показатели работы дизельных двигателей ока­ зывает угол опережения впрыска топлива форсункой. Если топливо будет впрыснуто рано, двигатель будет работать жестко, а если поздно, то сгорание произойдет при расширении газов. В этом слу­ чае потери тепла в охлаждающую среду и с отработавшими газами увеличатся, а следовательно, мощность и экономичность двигателя понизятся. Поэтому топливо впрыскивается в камеру сгорания в конце такта сжатия с таким опережением, которое необходимо для его испарения, равномерного перемешивания с воздухом, самовос­ пламенения и полного сгорания.

Благодаря высокой степени сжатия в дизельном двигателе, осо­ бенностям конструкции камеры сгорания и топливной аппаратуры про­ цессы смесеобразования и горения протекают весьма эффективно, с более высокой экономичностью, чем в карбюраторных двигателях.