Записка / 7.Спецзадание

7 СПЕЦИАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ

7.1 Описание системы питания воздухом

Система питания воздухом служит для очистки его от пыли и подвода к цилиндрам двигателя.

Основная функция рассматриваемой системы — очистка воздуха от пыли, поскольку, попадая в цилиндр двигателя, ее частицы вызывают интенсивное абразивное изнашивание деталей кривошипно-шатунного механизма, в основном стенок цилиндров, поршневых колец, шеек и подшипников коленчатого вала. Износ приводит к снижению мощности двигателя, сокращению срока его службы, увеличению расхода топлива и смазочного масла. Если воздух, поступающий в цилиндры, не очищать, то срок службы двигателя резко уменьшается. Например, при движении по проселку гусеничной машины без воздухоочистителя выход из строя двигателя происходит после 15… 20 ч работы.

В систему питания воздухом входят воздухозаборник, воздухоочиститель и впускной коллектор, по которому очищенный воздух поступает из воздухоочистителя к цилиндрам двигателя. В некоторых случаях система питания может включать в себя устройства отсоса пыли из пылесборников воздухоочистителей.

Экспериментально установлено, что практически безвредны для работы двигателя пылинки размером 0,001 мм. Однако такая степень очистки воздуха связана со значительными потерями мощности, поэтому допускается попадание в двигатель частиц большего размера, но в очень малой концентрации.

Параметр воздуха, характеризующий концентрацию пыли в нем, называется запыленностью. Под запыленностью воздуха понимают массу пыли в граммах, содержащейся в 1 м3 воздуха. Если запыленность не превышает 0,001 г/м3, то пыль практически не влияет на работу двигателя. На входе в воздухоочиститель запыленность воздуха изменяется в широких пределах и зависит в основном от следующих факторов: климатические и дорожные условия, конструкция ходовой части, скорость движения и высота воздухозаборника над уровнем дороги. Особенно существенно она меняется по высоте.

Воздухоочиститель ТС должен удовлетворять следующим требованиям:

- обеспечивать высокую степень очистки

- иметь минимальное и стабильное во времени сопротивление проходу воздуха

- обладать малой массой и небольшими габаритами

- иметь ресурс, равный ресурсу двигателя

- длительно работать без промывки или смены фильтрующего элемента

- обеспечивать малую трудоемкость работ по обслуживанию и эффективное глушение шума при впуске.

Система питанием воздуха двигателя состоит из:

- водухоподводящего тракта;

- устройства рециркуляции отработавших газов (РОГ);

- устройства закрытой вентиляции картера;

- устройство нейтрализации и очистки отработавших газов;

Схема системы представлена на рисунке 7.1.

Рисунок 7.1 – Схема системы питания воздухом дизеля

Воздухоподводящий тракт

Воздухоподводящий тракт включает: воздухоочиститель, турбокомпрессор 1 ступень, турбокомпрессор 2 ступень, охладитель наддувочного воздуха, впускной коллектор и патрубки, соединяющие воздухоочиститель с турбокомпрессором, охладителем наддувочного воздуха и впускным коллектором.

Для очистки всасываемого в цилиндры воздуха служит воздухоочиститель сухого типа с применением бумажных фильтрующих элементов, изготовленных из специального высокопористого картона.

Воздухоочиститель имеет две ступени очистки - основной и контрольный бумажные фильтрующие элементы.

Воздух под действием разрежения, создаваемого турбокомпрессорами дизеля, проходя через воздухоочиститель, очищается от пыли и поступает в нагнетательную часть турбокомпрессора 1 ступени, откуда под давлением, проходя через охладитель наддувочного воздуха, подается в цилиндры дизеля.

Для контроля степени засоренности воздухоочистителя и определения необходимости проведения технического обслуживания во впускном тракте дизеля установлен датчик сигнализатора засоренности воздушного фильтра. Воздухоочиститель и датчик сигнализатора засоренности устанавливает потребитель.

По мере засорения воздухоочистителя растет разрежение во впускном трубопроводе и при достижении величины 6,5 кПа срабатывает сигнализатор. При срабатывании сигнализатора следует обслужить воздухоочиститель.

Устройства рециркуляции отработавших газов (РОГ)

Устройство рециркуляции отработавших газов (РОГ) включает: охладитель РОГ, клапан рециркуляции, дроссельную заслонку, патрубки, соединяющие охладитель РОГ с системой охлаждения двигателя и патрубки, соединяющие охладитель РОГ с выпускным и впускным коллекторами;

Применение на двигателе рециркуляции отработанных газов с охлаждением позволяет сократить долю монооксида азота (NO_x) в процессе горения внутри двигателя до требуемых крайне низких предельных значений норм Euro 4.

Функционирование устройства обеспечивается подачей части отработавших газов от 5 до 20% из выпускного коллектора через охладитель рециркулируемых газов (РОГ ) во впускной коллектор в результате естественного перепада между давлением отработавших газов перед турбиной и давлением наддувочного воздуха и зависит от положения клапана рециркуляции. Дозирование перепуском отработавших газов осуществляется посредством клапана рециркуляции по сигналу с ЭБУ.

Охладитель рециркулируемых отработавших газов (РОГ) работает по принципу теплообменника, включенного в систему охлаждения дизеля.

Рисунок 7.2 - Устройства рециркуляции отработавших газов (РОГ)

1 – коллектор выпускной; 2 – турбокомпрессоры; 3 – патрубок подвода выпускных газов к охладителю РОГ; 4 – охладитель РОГ; 5 – клапан рециркуляции; 6 – патрубок отвода охлаждающей жидкости от охладителя РОГ; 7 – дроссельная заслонка; 8 – впускной патрубок; 9 – патрубок подвода охлаждающей жидкости к охладителю РОГ; 10 –патрубок подвода охлажденных РОГ к впускному коллектору.

Клапан рециркуляции

Управление клапаном рециркуляции производится электронной системой управления COMMON RAIL.

Позиционирование величины открытия клапана рециркуляции и удержания его в определенном положении осуществляется электромагнитом клапана, управляемого за счет подачи напряжения на обмотку электромагнита.

Подача напряжения осуществляется электронным блоком управления на базе алгоритма сигналов, поступающих с датчиков температуры, давления воздушного заряда и частоты вращения коленчатого вала. Положение клапана определяется датчиком обратной связи.

1 – клапан ; 2 – корпус клапана; 3 – электромагнит; 4 – штекерный разъем;

Рисунок 7.3 – Клапан рециркуляции

Дроссельная заслонка

Дроссельная заслонка служит для увеличения степени рециркуляции отработавших газов путем снижения давления во впускном коллекторе. Поворот заслонки уменьшает давление на стороне отфильтрованного воздуха и, следовательно, увеличивает поток отработавших газов при максимально открытом клапане рециркуляции.

Электронный блок управляет поворотом дроссельной заслонки за счет подачи напряжения широтноимпульсной модуляции на обмотку вращающегося соленоида.

Положение дроссельной заслонки определяется датчиком обратной связи.

1 – дроссельная заслонка; 2 – корпус дроссельной заслонки; 3 – вращающий соленоид ;

4 – привод дроссельной заслонки; 5 – штекерный разъем.

Рисунок 7.4 – Дроссельная заслонка

Устройства закрытой вентиляции картера

Устройство закрытой вентиляции картера состоит из клапан-фильтра маслоотделителя, патрубка подвода картерных газов, патрубка отвода фракций маслоотделения в картер двигателя и патрубка отвода отфильтрованных картерных газов в воздухоподводящий тракт;

Клапан-фильтр закрытой вентиляции картера предназначен для исключения: избыточного давления в системе смазки, создаваемого проникающими в масляный картер через газовые стыки цилиндропоршневой группы отработавшими газами, «выноса» масла и выброса картерных газов, содержащих углеводородные и сернистые соединения, в атмосферу.

Устройство и работа клапан-фильтра маслоотделителя «RAKOR» отображены на рисунке 7.5. Схема установки системы закрытой вентиляции картера приведена на рисунке 7.6.

Рисунок 7.5 – Клапан-фильтр маслоотделитель «RAKOR»

Рисунок 7.6 – Схема установки системы закрытой вентиляции картера

Устройство нейтрализации и очистки отработавших газов

Устройство нейтрализации и очистки отработавших газов состоит из: выпускного патрубка, окислителя-нейтрализатора с сажевым фильтром и патрубков подвода и отвода отработавших газов.

Окислитель нейтрализатор конвертирует угарный газ и не сгоревшие углеводороды в углекислый газ и водяной пар, так называемые блоки разложения (DeNO_x) разлагают оксиды азота на их газообразные составляющие (кислород и азот), а сажевый фильтр улавливает твердые частицы отработавших газов.

Информативность о степени засоренности сажевого фильтра обеспечивается за счет сигнала, формируемого датчиком дифференциального давления, при возрастании противодавления в сажевом фильтре свыше 150 мбар.

Сигнализатор засорения сажевого фильтра расположен на приборной панели транспортного средства.

1 – окислитель – нейтрализатор с сажевым фильтром; 2 – датчик дифференциального давления.

Рисунок 7.8 – Окислитель – нейтрализатор с сажевым фильтром

1 – штуцер высокого давления; 2 – штуцер низкого давления; 3 – штекерный разъем.

Рисунок 7.9 – Датчик дифференциального давления

7.2 Мультициклонный воздухоочиститель

С помощью мультициклонный воздухоочиститель (рисунок 7.10) можно добиться повышение эффективности очистки воздуха, а также обеспечение удобства технического обслуживания.

Для этого в воздухоочистителе, содержащем размещенные в корпусе сепарационные элементы, включающие циклонные трубки, завихрители потока с трубками отвода очищенного воздуха, расположенные концентрично вокруг отводящего патрубка, и пылесборный бункер, циклонные трубки соединены между собой, образуя замкнутую полость сложной формы, большим основанием ориентированную в сторону пылесборного бункера, а меньшим охватывающую отводящий патрубок, имеющий местное сужение (диффузор), и сообщающуюся с ним в этой зоне.

Поставленная цель достигается тем, что отводящий патрубок выполнен составным, при этом кромки его отогнуты вовнутрь, образуя кольцевую щель, сообщающуюся каналами с замкнутой полостью со стороны меньшего основания.

Рисунок 7.10 – Общий вид мультициклонный воздухоочиститель

Кроме того, верхняя часть отводящего патрубка снабжена диском с отверстиями, в которых закреплены трубки отвода очищенного воздуха с завихрителями, а нижняя его часть проходит через бункер, образующий по периферии опорную поверхность, на которую установлен корпус, при этом верхняя и нижняя части патрубка стянуты крепежным элементом.

Корпус воздухоочистителя может быть выполнен в виде моноблока с центральным цилиндрическим отверстием, вокруг которого на концентрических окружностях расположены циклонные трубки, охватываемые по периферии уплотнительной канавкой, расположенной соосно центральному отверстию и контактирующей с опорной поверхностью бункера, отводящий патрубок входит в центральное отверстие, при этом верхняя его часть установлена в упомянутое отверстие с упором.

Указанная цель достигается также тем, что завихрители расположены большей частью над циклонными трубками и меньшей - внутри них.

В заявляемом техническом решении за счет того, что циклонные трубки соединены между собой и образуют замкнутую полость сложной формы, сообщающуюся с одной стороны с пылесборным бункером, а с другой стороны с отводящим патрубком в зоне местного сужения (диффузора), создается дополнительный отсос воздуха, что увеличивает степень его очистки и повышает надежность в работе.

Выполнение отводящего патрубка составным, стянутым крепежным элементом, позволяет упростить техническое обслуживание, снизить его трудоемкость.

Расположение завихрителей большей частью вне циклонных трубок позволяет снизить сопротивление потоку воздуха и, следовательно, уменьшить энергетические затраты на процесс очистки воздуха.

Мультициклонный воздухоочиститель состоит из корпуса 1 с сепарационными элементами 2, отводящего патрубка 3 и пылесборного бункера 4.

Корпус 1 представляет собой моноблок, выполненный из пластмассы формованием с центральным цилиндрическим отверстием 5, вокруг которого на концентричных окружностях расположены циклонные трубки 6, соединенные между собой и образующие изолированную от атмосферы полость П сложной конфигурации, ориентированную большим основанием в сторону пылесборного бункера 4, а меньшим охватывающую отводящий патрубок 3. На цилиндрической поверхности отверстия 5 выполнены перепускные каналы 7. По периферии корпус 1 имеет кольцевую канавку 8, соосную отверстию 5, в которой размещается упругий уплотняющий элемент 9.

Сепарационные элементы 2 включают в себя циклонные трубки 6, расположенные в корпусе, в которые установлены лопаточные завихрители 10 потока воздуха и трубки 11 отвода очищенного воздуха, закрепленные в диск 12.

Отводящий патрубок 3 в реальной конструкции мультициклонного воздухоочистителя выполнен составным. Верхняя его часть 13 соединена с диском 12, имеет кронштейн 14 и закрывается колпаком 15. На поверхности патрубка 3 выполнен упор 16, упирающийся в центральное отверстие 5. Нижняя часть 17 отводящего патрубка 3 проходит через пылесборный бункер 4 и соединяется с ним. Верхняя 13 и нижняя 17 части патрубка 3 входят в цилиндрическое центральное отверстие 5 корпуса и образуют кольцевой зазор h между кромками В и Г, которые отогнуты внутрь патрубка.

Пылесборный бункер 4 имеет опорную поверхность 18, образованную отбортовкой, на которую опирается корпус 1 кольцевой канавкой 18 с уплотняющим элементом 9.

Верхняя 13 и нижняя 17 части патрубка 3 стягиваются между собой стержнем 19, прикрепленным к нижней части патрубка, и гайкой 20, зажимая между собой корпус 1.

В нижней части пылесборного бункера выполнен накопитель 21, закрываемый клапаном 22, подпружиненным пружиной 23.

Мультициклонный воздухоочиститель работает следующим образом.

При работе двигателя за счет разрежения, создаваемого в отводящем патрубке 3, атмосферный воздух с пылью всасывается в циклонные трубки 6. Проходя через лопаточные завихрители 10, поток воздуха приобретает вращательное винтовое движение. Под действием центробежных сил частицы пыли отбрасываются к стенке циклонной трубки 6 и сгоняются вниз в пылесборный бункер 4. Из центральной части циклонной трубки 6 очищенный воздух через трубку 11 отвода очищенного воздуха и отводящий патрубок 3 поступает в двигатель.

Отсепарированная пыль из бункера 4 собирается в накопитель 21, откуда периодически через подпружиненный клапан 22 удаляется наружу.

За счет того, что отводящий патрубок 3 выполнен составным, а кромки верхней 13 и нижней 17 частей отогнуты внутрь, в кольцевом зазоре h возникает разрежение, превышающее величину вакуума в бункерной полости, поэтому часть воздуха из бункера 4 через каналы 7 перетекает в отводящий патрубок 3. Это создает дополнительное движение пыли в бункер, а так как каналы 7 соединяются с бункером 4 через полость П сложной формы, скорость потока в нижней ее части мала и пыль не увлекается в отводящий патрубок 3. Так происходит повышение степени очистки воздуха. Сечение перепускных каналов 7 подобрано экспериментально.

При возникновении негерметичности, например, в соединении корпуса с бункером или по клапану 22 подсасываемый воздух в обычной конструкции поступает в циклонные трубки через отверстие Д и нарушает винтовое движение. Эффективность очистки в этом случае резко снижается или для этого вводят эжекционный отсос, что повышает энергозатраты на процесс очистки.

В заявляемом решении за счет перетекания части воздуха через каналы 7 в отводящий патрубок 3 при возникновении негерметичности подсасываемый воздух удаляется, не снижая эффективности очистки. Выполнение полости П предложенной формы позволяет защитить все циклоны от "противотока".

Выполнение корпуса 1 в виде моноблока из пластмассы позволяет соединить поверхности циклонных трубок 6 так, что образуется замкнутая полость П, изолированная от атмосферы, выполнить центральное цилиндрическое отверстие 5 с каналами 7 перепуска воздуха и уплотнительную канавку 8 по периферии циклонов.

При работе мультициклонного воздухоочистителя возможно налипание пыли на стенки циклонных трубок, завихрителя, бункера, что снижает эффективность очистки. Периодически необходимо проводить техническое обслуживание. В заявляемой конструкции это упрощается за счет того, что верхняя 13 и нижняя 17 части отводящего патрубка 3 стянуты стержнем 19 и гайкой 20. Достаточно открутить гайку 20, снять колпак 15 и диск 12 с отводящими трубками 11 с завихрителями 10, отдельно промыть корпус 1, бункер 4, все просушить и собрать.

Расположение завихрителей 10 большей частью вне циклонных трубок 6 позволяет снизить сопротивление потоку воздуха и уменьшить высоту корпуса. Экспериментально установлено, что оптимальным является, когда 1/4 часть высоты завихрителя расположена внутри трубки, а 3/4 - снаружи. Объясняется это снижением входных потерь, так как поток воздуха начинает закручиваться еще до входа в циклонную трубку.

Таким образом, предлагаемый мультициклонный воздухоочиститель позволяет получить высокую степень очистки воздуха 90-92% при низких энергетических затратах Р = 1,6 кПа, при расходе воздуха 600 м3/ч, при высокой надежности работы и удобстве технического обслуживания.

Экономический эффект от использования заявляемого технического решения при использовании на автомобилях образуется в основном за счет увеличения срока службы бумажного фильтрующего элемента.