Автомобили и тракторы

от контура высокого давления к контуру низкого давления (редуктор давления газа с клапаном высокого давления для работы на газе и датчиком давления газа); контур низкого давления (гибкий шланг, газовая распределительная магистраль, датчик газовой распределительной магистрали, форсунка).

Рис. 2.22. Система впрыска сжатого природного газа: 1 – газовый баллон с запорным и обратным клапанами;

2,3,4 – газовые баллоны с запорными клапанами; 5 – заправочная горловина со встроенным фильтром и обратным клапаном; 6 – запорный клапан

склапаном отключения подачи газа, ограничителем потока газа, термическим предохранителем и запорным краном; 7 – трубопровод высокого давления; 8 – гибкий шланг; 9 – газовая распределительная магистраль;

10 – датчик газовой распределительной магистрали; 11 – форсунка; 12 – двигатель; 13 – двойное зажимное кольцо; 14 – клапан высокого давления;

15 – датчик давления газа; 16 – редуктор давления газа с клапаном высокого давления для работы на газе

Заправочная газовая горловина 5 оснащена обратным клапаном и металлическим фильтром. Газовые трубопроводы 7 высокого давления изготавливаются из нержавеющей стали и рассчитаны на давление до 100 МПа. Они соединяют приемный патрубок с первым запорным клапаном, все четыре запорных клапана между собой, а также последний запорный клапан с регулятором давления газа.

Чтобы обеспечить достаточную герметичность газовых магистралей, отдельные детали на обеих сторонах соединяются при по-

71

мощи двойного зажимного кольца 13. Из баллонов газ под высоким давлением поступает в редуктор давления газа 16, который обеспечивает снижение давления с 20 до 0,6 МПа. Процесс снижения давления инициируется соленоидным клапаном высокого давления, который по сигналу напряжения от ЭБУ может быть открытым или закрытым. Газовая распределительная магистраль 9 оснащена электрическими форсунками 11, расположенными во впускных каналах цилиндров, а также датчиками давления 10.

2.5. Система питания дизельных двигателей

Топливные системы дизелей принято делить на топливные си-

стемы непосредственного действия и аккумуляторные. Оба типа топливных систем могут иметь как традиционное механическое управление, так и электронное управление. Топливные системы непосредственного действия, в свою очередь, делятся на системы разделенного типа, у которых секции топливного насоса и форсунки выполнены отдельно и соединяются топливопроводами высокого давления, и насос-форсунки. Топливные системы разделенного типа получили наибольшее распространение. У насос-форсунок секция насоса и форсунка выполнены в одном устройстве и топливопровод высокого давления отсутствует (дизели DEUTZ).В аккумуляторных системах (типа Common Rail) может поддерживаться высокое давление топлива в аккумуляторе (40–150 МПа) и затем впрыскиваться в цилиндры с помощью электрогидравлических форсунок.

Система питания дизеля с топливной системой разделенного типа и с механическим управлением ТНВД-системой питания базо-

вого дизеля Д-260.1 представлена на (рис. 2.23).

Топливо, заливаемое в бак 1 через фильтр в его горловине, при открытом кране 29 засасывается подкачивающим насосом 7 через топливопровод 2, фильтр грубой очистки 3, топливопровод 4 и подается под давлением по топливопроводу 8 к фильтру тонкой очистки 10. В фильтре 3 топливо очищается от крупных механических частиц и воды, а в фильтре 10 – от оставшихся мелких частиц. По топливопроводу 11 оно поступает в топливный насос 5 высокого давления (ТВНД), из которого под большим давлением (22,5 МПа) подается по топливопроводам 12 к форсункам 19. Через форсунки топливо впрыскивается в камеры сгорания в поршнях тракторов

72

«Беларус-1523/1523В». В этой системе питания применена топливная система разделенного типа с ТНВД 5, форсунками 19 и топливопроводами высокого давления 12.

Рис. 2.23. Схема системы питания дизеля Д-260.1:

1 – топливный бак; 2 – трубка топливная от топливного бака; 3 – фильтр грубой очистки топлива; 4 – трубка топливная от фильтра грубой очистки топлива; 5 – топливный насос; 6 – пробка удаления воздуха из головки топливного насоса;

7 – топливоподкачивающий насос; 7а – дренажный топливопровод; 8 – трубка подвода топлива от подкачивающего насоса к фильтру тонкой очистки топлива; 9 – пробка слива отстоя; 10 – фильтр топливный тонкой очистки; 11 – трубка отвода топлива от фильтра тонкой очистки

в полость низкого давления насоса; 12 – трубка топливная высокого давления; 13 – пневмокорректор; 14 – трубка подвода воздуха от впускного тракта после турбокомпрессора к пневмокорректору; 15 – впускной коллектор; 16 – трубка подвода дренажного топлива; 17 – трубопровод сливной; 19 – форсунка; 20 – головка цилиндров; 21 – трубопровод индикатора

засоренности воздухоочистителя; 22 – турбокомпрессор; 23 – воздухоочиститель; 24 – глушитель; 25 – фильтр грубой очистки

воздуха (моноциклон); 26 – пробка выпуска воздуха; 27 – пробка слива отстоя; 28 – выпускной коллектор; 29 – кран

73

Топливо, просачивающееся через зазоры сопрягаемых деталей форсунок, по сливному топливопроводу 17 отводится в бак 1. Излишки топлива из насоса 5 возвращаются в топливоподкачивающий насос 7, а также по топливопроводу 7а сливаются в топливный бак 1. Воздух, необходимый для сгорания топлива, поступает в цилиндры через воздушный фильтр – воздухоочиститель 23 и впускной трубопровод 15. Количество поступающего в цилиндр воздуха увеличивает турбокомпрессор 22. Его турбину приводят в действие отработавшие газы, уходящие затем через глушитель 24 в окружающую среду.

Аккумуляторные системы питания дизелей Common Rail с электронным управлением.

Более качественного распыливания топлива и, как следствие, снижения токсичности ОГ можно достичь при высоком давлении впрыска (порядка 160–200 МПа, поэтому в настоящее время широкое распространение получили топливные системы Common Rail и другие системы с электронным управлением.

Принцип работы системы Common Rail (рис. 2.24) заключается

вследующем.

Спомощью топливоподкачивающего насоса 6 топливо прокачивается через фильтр 7 с влагоотделителем и подается в радиальноплунжерный насос 3 высокого давления (ТНВД), который имеет регулятор производительности и подкачивающий насос. От ТНВД топливо под давлением 135–160 МПа поступает в гидроаккумулятор 8, откуда под высоким давлением – на электро (пьезо) гидравлические форсунки 11. Излишки топлива от форсунок и ТНВД сливаются в топливный бак 1 через сливные топливопроводы 2. Электронный блок управления (ЭБУ) 15, получая информацию от датчиков, задает

выходные параметры, используя заложенную в нем программу, и воздействует на исполнительные механизмы для получения требуемых параметров дизеля. Количество топлива, подаваемого в цилиндры дизеля через форсунки, определяется сигналом ЭБУ в зависимости от режима работы двигателя. По сигналу ЭБУ давление в системе регулируется с помощью регулятора 4. На холостом ходу оно минимальное, что снижает шум работы ТНВД и форсунок, а при разгоне максимальное – для обеспечения приемистости

Элементы системы питания двигателя воздухом и топливом.

Пыль, содержащаяся в воздухе, состоит главным образом из мельчайших частиц диоксида кремния (кремнезема). Твердость

74

пылинок кремнезема превышает твердость стали. Пыль, попадая в двигатель, смешивается с маслом. Образуется абразивная смесь, которая способствует быстрому изнашиванию трущихся поверхностей деталей двигателя. Следовательно, воздух, используемый для приготовления горючей смеси, надо тщательно очищать от пыли. Для этого автотракторные двигатели оборудуют воздухоочистителями или фильтрами. Помимо высокой степени очистки, воздухоочиститель должен обладать возможно меньшим сопротивлением, чтобы не снижать наполнение цилиндров.

Рис. 2.24. Схема системы питания Common Rail дизелей Deutz и Д-245S3А: 1 – топливный бак; 2 – топливопроводы слива; 3 – ТНВД;

4 – регулятор давления; 5 – топливопровод высокого давления; 6 – топливоподкачивающий насос; 7 – фильтр; 8 – гидроаккумулятор; 9 – датчик давления; 10 – аварийный ограничитель подачи топлива;

11 – электрогидравлическая форсунка; 12 – датчик педали акселератора; 13 – датчик частоты вращения и положения коленчатого вала;

14 – температурный датчик; 15 – блок управления

Работа современных автотракторных воздухоочистителей основана на следующих способах очистки воздуха: инерционном, контактном и фильтрующем. Чтобы повысить степень очистки воздуха, в некоторых воздухоочистителях используют масло для смачивания

75

фильтрующих элементов. Наибольшее применение находят воздухоочистители сухого типа с бумажными фильтрующими элемента-

ми (рис. 2.25).

Рис. 2.25. Воздухоочиститель Donaldson

(Д-245 S2 / 260.1 S2 / Д-260.2 S2 / Д-260.4 S2, DDС S40Е, Deutz):

1 – корпус; 2 – патрубок подводящий; 3 – воздухозаборник; 4 – крышка; 5 – резиновый колпак; 6 – основной бумажный фильтрующий элемент (ОФЭ);

7 – контрольный бумажный фильтрующий элемент (КФЭ)

Топливо, используемое в двигателе, не должно содержать механических примесей и воды. В противном случае ухудшается качество горючей смеси, повышается интенсивность изнашивания трущихся поверхностей, а при температуре ниже 0 °С в топливопроводах образуются ледяные пробки. Для очистки топлива от механических примесей и воды в систему питания каждой модели двигателя включены фильтры соответственно грубой и тонкой очистки топлива. Для подачи топлива через фильтры к ТНВД и карбюратору в системе питания устанавливают подкачивающий насос 7 (рис. 2.23). Для повышения литровой мощности в форсированных дизелях (Д-245, Д-260.1, ЯМЗ-238 БЕ2) устанавливаются турбокомпрессоры 22 для подачи воздуха в цилиндры под давлением (турбонаддув). Давление наддува составляет 0,15–0,25 МПа. Для привода турбокомпрессора используется энергия отработавших газов. Турбокомпрессор увеличивает массу поступающего в цилиндры воздуха, в результате чего можно увеличить количество сжигаемого топлива. Это повышает

76

эффективную мощность дизеля на 20–25 %. Однако при наддуве увеличиваются механическая и тепловая нагрузки на детали криво- шипно-шатунного и газораспределительного механизмов. Компрессор повышает температуру надувочного воздуха, в результате чего несколько снижается масса воздуха, поступающего в цилиндр. Поэтому энергонасыщенные тракторы «Беларус-1025.3/1221.3/1523.3/2022.3/ 2822.Дц/3022.Дц» оборудуются охладителями наддувочного воздуха (ОНВ) (воздухо-воздушным радиатором). Для получения стабильных мощностно-экономических показателей при минимальном числе отказов чрезвычайно важно, чтобы все воздухоотводы и топливопроводы были тщательно герметизированы.

На тракторных дизелях наиболее часто применяют трехступенчатые воздухоочистители контактно-масляного и сухого типа. Воздухоочистители сухого типа используются все чаще, что обусловлено простотой конструкции и обслуживания, эффективностью, исключением попадания масла во впускной коллектор и цилиндры двигателя.

Так как сельскохозяйственные тракторы работают в условиях большой запыленности, то первая ступень очистки воздуха, поступающего в систему питания дизеля, представляет собой инерционный очиститель в виде отдельного или встроенного моноциклона, задерживающего до 60 % пыли, вторая ступень – масляная ванна (контактный способ очистки), третья ступень – фильтрующие элементы (тоже контактный способ очистки).

На дизелях Д-260.1 и их модификациях стандартного исполнения применены воздухоочистители сухого типа с отдельным моноциклоном, который служит первой ступенью очистки воздуха. Вторая и третья ступени очистки воздуха осуществляются фильтрующими бумажными фильтрами-патронами: основным и контрольным. Фильтрующие элементы фильтр-патронов изготовлены из высокопористого картона.

На дизелях с турбонаддувом, сертифицированных по европейским экологическим нормам токсичности ОГ (Д-245S2, Д-260.1S2,

Д-260.2S2, Д-260.4S2), а также на дизелях DDС S40Е и DEUTZ энер-

гонасыщенных тракторов «Беларус-2822.Дц», «Беларус-3022ДВ», «Беларус-3022.1» устанавливаются воздухоочистители сухого типа производства фирмы «Donaldson» различных типовых размеров (рис. 2.25). Воздухоочиститель имеет три ступени очистки. Первая –

77

инерционная очистка воздуха (встроенный моноциклон). Производится внутри воздухоочистителя за счет центробежных сил, возникающих при спиралевидном вращении воздуха, относительно оси корпуса 1 воздухоочистителя. Сброс пыли в окружающую среду осуществляется через резиновый колпак 5, установленный на крышке воздухоочистителя 4 при остановке и запуске двигателя, за счет возникновения внутри воздухоочистителя избыточного давления. В тракторах «Беларус-2822», «Беларус-3022» предусмотрен сброс пыли в систему выпуска ОГ через обратный клапан. Вторая и третья ступени – сухая очистка основным 6 и контрольным 7 бумажными фильтрующими элементами. Забор воздуха воздухоочистителем осуществляется через воздухозаборник 3. Подвод воздуха к турбокомпрессору через воздухоподводящий тракт обеспечивает подводящий патрубок 2.

На автомобильных двигателях применяют двухступенчатые воздухоочистители сухого типа с бумажными фильтрующими элементами. Для контроля засоренности фильтрующего элемента воздухоочистителя в современных тракторах и автомобилях применяют датчики сигнализаторов засоренности, связанные с сигнальной лампой на щитке приборов.

На дизелях Д-245, Д-260.1 и их модификациях установлены турбокомпрессоры (ТКР) различных изготовителей и различных типо-

размеров: ТКР-7 (РБ и РФ); ТКР-6 (РБ), С14-126; К27-61-01 (Чехия); S2В «Швитцер» (Англия) и др. Конструктивное исполнение турбокомпрессоров примерно одинаковое. ТКР (рис. 2.26) состоит из центробежного одноступенчатого компрессора 1, 9 и радиальной центростремительной турбины 4, 5. Выхлопные газы через выпускной коллектор поступают к газовой турбине. Расширяясь, газы вращают колесо 9 компрессора, который всасывает воздух (через воздухоочиститель), сжимает его и подает под давлением в цилиндры дизеля. Подшипник 6 смазывается под давлением маслом, поступающим по отдельному маслопроводу от центробежного масляного фильтра. Из турбокомпрессора масло сливается в картер дизеля по маслоотводящей трубке. Колесо турбины 5 отлито из жаропрочного никелевого сплава и приварено к валу ротора. Колесо компрессора 9 отлито из алюминиевого сплава и закреплено на валу с помощью гайки 10.

78

тывании обеспечивает перепуск части отработавших газов мимо турбинного колеса, что приводит к снижению оборотов турбинного колеса и давления наддувочного воздуха.

По впускному трубопроводу топливовоздушная смесь от карбюратора или карбюратора-смесителя и воздух от воздухоочистителя (в дизелях) поступают в цилиндры, а по выпускному трубопроводу отработавшие газы отводятся из цилиндров. В бензиновых двигателях для лучшего испарения топлива и предотвращения его конденсации топливовоздушная смесь перед поступлением в цилиндры двигателя нагревается отработавшими газами или жидкостью из системы охлаждения. С этой целью часть впускного трубопровода выполнена с двойными стенками, между которыми циркулируют отработавшие газы или жидкость из системы охлаждения.

В дизелях Д-242, Д-243, Д-244 и Д-245 для облегчения пуска воздух во впускном коллекторе подогревается электрофакельным подогревателем, состоящим из свечи накаливания спирального типа, электромагнитного клапана и форсунки. В системе впуска воз-

духа дизелей Д-245S2, Д-260.1S2, DDС S40Е, DEUTZ, ЯМЗ приме-

няют охладители наддувочного воздуха (промежуточное охлаждение) (рис. 2.27). Поскольку после сжатия в компрессоре ТКР воздух нагревается до 150 °С, промежуточное охлаждение наддувочного воздуха способствует повышению массового наполнения цилиндров, что необходимо для повышения мощности, улучшения топливной экономичности и уменьшения тепловой напряженности деталей. Охлаждение наддувочного воздуха происходит за счет обдува ОНВ встречным и вентиляторным потоками воздуха.

Топливные баки 1 (рис. 2.23) изготовляют из листовой стали методом штамповки с последующей сваркой. Внутри бака ввариваются перегородки, придающие ему необходимую жесткость.

Однако, в современных тракторах «Беларус» серий «900/1000/ 1200/1500/2000/3000» и зарубежных аналогах, выпускаемых фир-

мами Deutz, Fendt, Case, John Deer и др., применение находят топ-

ливные баки, изготовляемые из специального полиэтилена и других пластических материалов. Это можно объяснить целым рядом преимуществ: экономия металла и снижение металлоемкости; исключение коррозии; упрощается технология изготовления баков; удобство компоновки баков на тракторе из-за возможности легкого придания им различной формы.

80