Устройство и принцип работы встроенного топливного насоса
При различных режимах эксплуатации бензиномоторной пилы карбюратор и топливный насос должны работать бесперебойно в любом положении бензопилы. Поэтому в бензопилах применяются беспоплавковые мембранные карбюраторы со встроенным топливным насосом.
Топливный насос хотя и встроен в корпус карбюратора, однако работает независимо от него. Топливный насос приводится в действие посредством изменения давления в цилиндре и картере.
Во время процесса всасывания (рис. 7) импульсная полость (4) соединена с картером через импульсный канал (1). При движении поршня вверх в картере создается разряжение, в результате чего притягивается диафрагма насоса (6). Одновременно возникает разряжение в топливной камере (5) насоса.
а |
б |
|
|
Рис. 7. Встроенный топливный насос: а – процесс всасывания; б – процесс сжатия; 1 - импульсный канал; 2 - топливный патрубок; 3 - впускной клапан; 4 - импульсная полость; 5 - топливная камера; 6 - диафрагма насоса; 7 - выпускной клапан; 8 - топливный канал
Под действием атмосферного давления топливо через топливный патрубок (2) и впускной клапан (3) нагнетается в топливную камеру (5) топливного бака.
Выпускной клапан (7) прижимается к опорной поверхности и закрывает доступ к топливному каналу (8).
При движении поршня вниз возникает разряжение, которое прижимает насосную диафрагму (6) к топливной камере (5). В результате этого уменьшается объем топливной камеры. Впускной клапан (3) прижимается к опорной поверхности и закрывает доступ к топливному патрубку (2). Выпускной клапан (7) приподнимается над опорной поверхностью и пропускает определенное количество топлива в топливный канал (8), ведущий к впускному клапану карбюратора.
Следует отметить, что при каждом полном ходе нагнетания подается топливо в количестве, получаемом из разности объемов между обеими мертвыми точками насосной диафрагмы в топливной камере.
У большинства бензопил топливный бак расположен ниже карбюратора. В этом случае карбюратор после длительной остановки необходимо сначала заправить топливом, для чего следует протянуть пусковой тросик стартера несколько раз.
Отработанные газы выбрасываются в атмосферу через глушитель, представляющий собой камеру, разделенную перегородками. При прохождении газов через отверстия в перегородках их давление постепенно снижается, благодаря чему газы выходят в атмосферу с уменьшенным шумом. Шум выхлопных газов можно глушить значительно эффективней, но при этом снижается мощность двигателя благодаря противодавлению, создаваемому на выходе отработанных газов из цилиндра.
Загрязнение в процессе работы воздушного фильтра приводит к уменьшению давления в диффузоре и, следовательно, к обогащению смеси и снижению мощности двигателя. Поэтому для поддержания постоянной доли топлива независимо от степени загрязнения воздушного фильтра более новые карбюраторы имеют компенсатор. Компенсатор соединяет чистую сторону воздушного фильтра через уравнительный канал с верхней полостью над мембраной. Вследствие этого давление над мембраной всегда равно давлению на входе в диффузор.
Система зажигания. Для воспламенения рабочей смеси в камере сгорания двигателя между электродами свечи должна проскочить электрическая искра. Чтобы преодолеть электрическое сопротивление сжатой рабочей смеси и обеспечить надежную работу свечи зажигания, требуется напряжение 12...18 кВ. В систему зажигания входят: магнето, провод высокого напряжения, запальная свеча и выключатель зажигания.
На бензиномоторных пилах устанавливаются магнето маховичного типа, у которых постоянные магниты монтируются на маховике. Маховик устанавливается на конусном конце коленчатого вала на шпонке и закрепляется гайкой. К ступице маховика на резьбе крепится храповик, через который двигатель запускается стартером.
Их масса, по отношению к массе всего магнето, значительна и используется как масса маховика. Магнето представляет собой источник тока и преобразовывает низкое напряжение в высокое. Магнето может быть контактным и бесконтактным.
Контактное магнето состоит из постоянных магнитов, индукционной катушки, прерывателя, конденсатора и основания. Индукционная катушка состоит из первичной 1 и вторичной 2 обмоток и имеет сердечник. Электрическая схема магнето показана на рис. 8, а.
В цепи первичной обмотки последовательно включен прерыватель 4 (с подвижным и неподвижным контактами). Неподвижный контакт соединен с массой, а подвижный изолирован от нее и расположен на рычаге прерывателя с текстолитовой пятой, опирающейся на кулачок 5, специально изготовленный на выступающем конце вала двигателя. Замыкание контактов осуществляется пружиной, а размыкание — воздействием кулачка на пяту. Поверхность кулачка смазывается маслом, которым пропитан фильц. Параллельно прерывателю включен конденсатор 7, он снимает искрение в контактах прерывателя, конденсируя ток самоиндукции. Конденсатор способствует резкому изменению тока в первичной обмотке и тем самым увеличивает напряжение во вторичной обмотке. Вторичная обмотка имеет большее число витков, одним концом она соединена с первичной обмоткой, а через нее с массой, второй конец при помощи провода высокого напряжения соединен со средним (изолированным от массы) стержнем свечи 3.
При работе двигателя (вращении маховика, а следовательно, и постоянных магнитов) магнитные силовые линии, пересекая первичную обмотку индукционной катушки, возбуждают в ней ЭДС. В момент, когда сила тока достигает максимума, происходит размыкание контактов прерывателя кулачком 5. Ток в первичной обмотке и магнитное поле исчезают. В момент исчезновения магнитного поля во вторичной обмотке индуктируется высокое напряжение, ток поступает к запальной свече и между контактами свечи 3 проскакивает искра, воспламеняющая рабочую смесь в цилиндре двигателя.
Рис. 8. Схема систем зажигания: а – с контактным магнето; б – с бесконтактным магнето
На основании магнето (см. рис. 9, б) монтируется катушка зажигания 2 и прерыватель тока. Катушка зажигания состоит из первичной и вторичной обмоток и имеет внутри сердечник, набранный из листов стали. Прерыватель тока состоит из неповижного контакта 10 (наковальня), подвижного контакта 9 (молоточек) с рычажком 7 с текстолитовой пятой 8 и плоской пружиной 6. Рычажок 7 с контактом 9 может поворачиваться вокруг оси 13 на небольшой угол. Пята 8 на конце рычажка опирается на кулачок коленчатого вала.
Рис. 9. Система зажигания: б — основание магнето; 1 — винты крепления сердечника; 2 — катушки; 3 — вывод вторичной обмотки; 4 — диск; 5 — метка; 6—пружина рычажка; 7 — рычажок прерывателя; 8 — текстолитовая пята; 9 — молоточек; 10 — наковальня; // — пазик; 12—кулачок прерывателя; 13 — ось рычажка; 14—щетка фетровая; 15 — шпилька крепления основания; 16 - конденсатор
Зазор контактов прерывателя в разомкнутом положении рекомендуется устанавливать в пределах 0,35±0,05 мм, а на электродах свечи 0,6...0,7 мм. В трущейся паре кулачок — текстолитовая пята заметному износу подвергается пята, что нарушает величину зазора прерывателя. Кроме того, несмотря на наличие конденсатора, между контактами прерывателя имеет место незначительное искрение, поэтому они со временем подгорают; через 50... 70 ч работы двигателя контакты прерывателя надо зачищать и производить регулировку его зазора.
Остановка работающего двигателя производится нажатием на кнопку выключателя зажигания 6, у пилы МП-5 «Урал-2 Электрон» он кнопочного типа, у пилы «Тайга-214» двухпозиционный.
Наличие механического контакта прерывателя снижает надежность работы магнето: контакты подгорают, пята изнашивается, нарушая размеры зазора, ухудшается работа магнето на высоких частотах вращения коленчатого вала, поэтому на двигателях бензиномоторных пил стали применять бесконтактную систему зажигания с бесконтактным магнето маховичного типа, электрическая схема которого представлена на рис. 8,б.
Бесконтактное магнето состоит из магнитной системы, монтируемой на маховике, и трансформаторного узла. Маховик / двигателя отличается от маховика контактного магнето тем, что на нем монтируется большое число полюсов, поэтому он не взаимозаменяем с теми, которые устанавливаются на пилах с контактными магнето.
Трансформаторный узел имеет индукционную катушку 4, конденсатор 9 большой емкости, зарядную обмотку 7 и обмотку управления 3, диод 8 и тиристор 2. Индукционная катушка аналогична той, которая устанавливается в контактных магнето. Диод пропускает ток только в одном направлении (к трансформатору), в другом направлении он является изолятором. Тиристор открывается для пропуска тока только тогда, когда на его управляющий электрод подан определенный электрический потенциал.
При вращении постоянных магнитов (маховика двигателя) в обмотке 7 индуктируется ЭДС и происходит зарядка конденсатора 9 через диод 8. Первичная обмотка индукционной катушки, конденсатор и тиристор соединены последовательно через массу и образуют первичную цепь. Когда наступает момент воспламенения сжатой рабочей смеси в цилиндре двигателя, на тиристор автоматически подается электрический импульс из обмотки управления 3, он открывается и конденсатор 9 через первичную цепь разряжается на массу. В результате этого во вторичной обмотке катушки индуктируется высокое напряжение, которое по проводу 5 поступает на центральный контакт запальной свечи 6. Момент подачи электрического импульса на тиристор определяется положением постоянных магнитов относительно сердечника катушки управления. Для остановки двигателя пилы выключают зажигание, замыкая зарядную обмотку и обмотку управления на массу.
Бесконтактные магнето не требуют регулировок, имеют высокую надежность, но при выходе из строя трансформаторный узел подлежит замене.
Моторные пилы Jonsered (Швеция), пил Solo (Германия), Husqvarna (Швеция) и STIHL (Германия) оборудованы системой зажигания от магнето, работающей независимо от батареи и генератора. Вторичное напряжение, необходимое для образования воспламеняющей искры, должно генерироваться самой системой зажигания от магнето. Система зажигания состоит из маховика (1) с залитым постоянным магнитом (2) и полюсными башмаками (3), а также якоря магнето (4), контакта прерывателя (7), конденсатора (9), провода высокого напряжения, свечи зажигания (10), провода короткого замыкания и закорачивающего переключателя (11) (рис. 10).
Рис. 10. Система зажигания от маховичного магнето: 1 - маховик; 2 - постоянный магнит; 3 - полюсные башмаки; 4 - якорь магнето; 5 - первичная обмотка; 6 - вторичная обмотка; 7 - прерыватель; 8 - кулачок; 9 - конденсатор; 10 - свеча зажигания; 11 - закорачивающий переключатель; 12 - разрыв магнита; 13 - зазор
Принцип действия системы зажигания от магнето основан на принципе магнитной индукции. Электрический проводник (первичная обмотка якоря магнето) расположен так, чтобы при движении в магнитном поле он пересекал силовые линии поля. В результате этого в проводнике индуктируется (генерируется) электрическое напряжение. Естественно, можно поступать и наоборот (подобно зажиганию от магнето), а именно перемещать магнит вдоль электрического проводника - эффект получается тот же самый.
Залитый во вращающемся маховике (1) постоянный магнит (2) с полюсными башмаками (3) создает магнитное поле. Силовые линии поля магнита (2) движутся от одного полюса к другому. В результате этого магнитное поле вокруг магнита имеет различную индукцию.
При вращении маховика (1) витки первичной обмотки (5) пересекаются силовыми линиями поля постоянного магнита (2). Итак, в первичной обмотке при замкнутом прерывателе (7) течет индуктированный ток низкого напряжения. В результате этого в сердечнике якоря возникает магнитный поток, который также генерирует магнитное поле.
Цепь тока при достижении первичным током своего максимального значения прерывается прерывателем (7). Вследствие этого магнитный поток в сердечнике якоря молниеносно теряет силу и меняет направление. В результате этого во вторичной обмотке (6) индуктируется необходимое высокое напряжение, которое передается дальше на электроды свечи зажигания (10) для создания искры.
Конденсатор (9), подключенный параллельно к прерывателю (7), подавляет и предотвращает искрообразование (электрическую дугу) при размыкании прерывателя, благодаря чему значительно уменьшается износ, вызываемый обгоранием контактных поверхностей.
Прерыватель размыкается кулачком (8), расположенным на ступице маховика, и замыкается снова пружиной. Для остановки работающего двигателя первичная обмотка закорачивается на массу посредством закорачивающего переключателя (11).
Для безотказной работы системы зажигания и двигателя чрезвычайно важно, чтобы установка зажигания производилась точно в соответствии с предписаниями изготовителя двигателя. Свеча зажигания должна соответствовать заданным значениям, кроме того, должны быть точно настроены опережение зажигания или момент зажигания, а также расстояние между контактами прерывателя (7), разрыв магнита (12) и зазор (13). Только после этого двигатель работает с оптимальной мощностью.
В последнее время моторные пилы оборудуются все в большей степени электронными системами зажигания без механического прерывателя. Благодаря этому отсутствуют неисправности, вызываемые этой чувствительной к износу деталью. Кроме того, электронная система зажигания нечувствительна к влаге, грязи и колебаниям температуры.
В соответствии с конструкцией различают два типа систем зажигания: система зажигания от магнето с накоплением энергии в емкости и разрядом на свечу через высоковольтный трансформатор (МКУ) и система зажигания от магнето с бесконтактным управлением (МБУ).
Система зажигания МКУ состоит из маховика (1) с постоянным магнитом (2), а также деталей, закрепленных на якорной пластине (рис. 11). На якорной пластине находятся зарядный якорь (3), зарядный диод (4), конденсатор-накопитель (5), тиристор (6), якорь датчика (7), диод (8), а также якорь магнето (9). Для работы системы зажигания требуются также провод высокого напряжения, свеча зажигания (12), провод короткого замыкания и закорачивающий переключатель (13). Обратное вращение двигателя предотвращается несимметричным намагничиванием постоянных магнитов (один N–полюс и три S–полюса).
Принцип действия электронной системы зажигания основан также на принципе магнитной индукции. Силовые линии поля постоянного магнита (2) маховика (1) при прохождении его северного (N) полюса мимо зарядного якоря (3) пересекают витки якорной обмотки. В результате этого в зарядном якоре индуцируется (генерируется) переменное напряжение, выпрямляемое зарядным диодом (4). Этим переменным напряжением заряжается конденсатор-накопитель (5), аккумулирующий необходимую для зажигания энергию.
Так как тиристор (6), а также зарядный диод (4) блокируют, то в этом рабочем состоянии отвод электрического заряда из конденсатора-накопителя (5) невозможен.
Рис. 11. Схема электронного зажигания от магнето: 1 - маховик; 2 - постоянный магнит; 3 - зарядный якорь; 4 - зарядный диод; 5 - конденсатор–накопитель; 6 - тиристор; 7 - якорь датчика; 8 - диод; 9 - якорь магнето; 10 - первичная обмотка; 11 - вторичная обмотка; 12 - свеча зажигания; 13 - закорачивающий переключатель
При дальнейшем повороте маховика (1) на следующие 180° вследствие изменения направления потока индуктируется напряжение в обмотке якоря датчика (7). Это переменное напряжение выпрямляется диодом (8) и подводится к управляющей решетке (G) тиристора (6).
Если поток при определенной частоте вращения двигателя достигнет требуемой величины, то происходит последовательное переключение тиристора (6). Его участок А – С (анод – катод) вследствие этого становится проводящим.
После последовательного переключения тиристора (6) освобождается путь для разряда компенсатора-накопителя (5). Создается цепь тока, проходящая от конденсатора (5) через участок А – С тиристора (6), массу и первичную обмотку (10) якоря магнето (9) назад к конденсатору-накопителю.
Происходящий очень быстро разряд конденсатора вызывает в первичной обмотке (10) якоря магнето нарастание тока. В результате этого во вторичной обмотке (11) индуктируется высокое напряжение, которое через провод высокого напряжения подводится к свече зажигания (12). На электродах свечи зажигания проскакивает воспламеняющая искра, необходимая для зажигания топливовоздушной смеси.
Таким образом, аналогично системе зажигания от магнето с механическим прерывателем за один оборот коленчатого вала генерируется одна воспламеняющая искра.
Отключение системы зажигания и двигателя производится посредством закорачивающего переключателя (13). Первичная обмотка (10) закорачивается при этом через провод короткого замыкания на массу.
Обе рассмотренные системы зажигания относятся к аналоговым, у которых управляющий сигнал генерируется в зависимости от величины напряжения в катушке зажигания в определенный момент времени. Так как величина этого напряжения колеблется в определенных пределах, имеет место незначительное отклонение и управляющих сигналов. Поэтому в конструкциях ряда новейших бензиномоторных пил фирмы "Штиль" с целью точного управления моментом зажигания (уровень точности кварцевых часов) начинают применяться цифровые системы зажигания. В них управляющие сигналы жестко связаны с частотой вращения. Встроенный микрочип, "мозг" цифровой системы зажигания, мгновенно распознает каждое изменение данных двигателя и рассчитывает правильные управляющие команды. Благодаря этому для каждого рабочего состояния двигателя производится соответствующая установка зажигания, что способствует оптимальным использованию топлива и развитию мощности.
Кроме того, цифровая система зажигания обеспечивает включение зажигания лишь начиная с заданной минимальной частоты вращения, при которой инерция массы больше чем давление в цилиндре в момент первой вспышки. Это обеспечивает отсутствие отдачи при запуске двигателя. При достижении же максимальной частоты вращения микрочип пропускает несколько искрообразований и за счет компрессии в цилиндре двигатель тормозится. При этом исключается недостаток смазки в двигателе, уменьшается его перегрев и опасность повреждения (например, вследствие задира поршня).
Система смазки в двигателе мотопилы отсутствует. Подшипники кривошипно-шатунного механизма и стенка цилиндра смазываются маслом, добавляемым в топливо. Масло вместе с рабочей смесью засасывается в картер двигателя и, находясь во взвешенном состоянии, соприкасается с движущимися деталями, оседает на них. Через отверстия и щели в обоймах подшипников оно подводится к ним. Избыток масла частично сгорает вместе с рабочей смесью, а частично выбрасывается из подшипников и испаряется.
Охлаждение двигателя проводится воздушной системой, состоящей из центробежного вентилятора, крыльчатка которого находится на маховике (рис. 12) и кожуха, направляющих поток воздуха через защитную сетку на ребристую поверхность цилиндра (рис. 12). Отвод излишнего тепла от стенок цилиндра и соприкасающихся с ним деталей происходит во время процессов всасывания и продувки. Степень охлаждения двигателя зависит от температуры окружающего воздуха, загрязнения ребер цилиндра и защитной сетки, а также от качества рабочей смеси. Обогащение рабочей смеси приводит к снижению температуры двигателя, а обеднение – к повышению.
Рис. 12. Двигатель бензиномоторной пилы МП-5 «Урал-2» (продольный разрез): 1 — картер; 2 — коленчатый вал; 3, 17 — уплотнители; 4 - маховик; 5 — крыльчатка вентилятора; 6 — крышка картера; 7 — ведомый храповик; 8 — защитная сетка; 9 — кнопка выключения зажигания; 10 — дефлектор; 11 — провод высокого напряжения; 12 — контактный колпачек; 13 — свеча зажигания; 14 — цилиндр; 15 — поршень; 16 —поводок фрикционной муфты; 18 — пружина; 19 — груз фрикционной муфты
Муфта сцепления – автоматическая, фрикционная, состоит из ведущей и ведомой частей. Ведущая часть муфты жестко закреплена на коленчатом валу двигателя и состоит из поводка и грузов в виде кольцевых секторов. Грузы прижимаются к поводку пружинами. Ведомая часть муфты (соединительный барабан) представляет собой стальную чашку, которая жестко закреплена на хвостовике ведущего валика редуктора (пила МП-5"Урал-2Э") или же вместе с ведущей звездочкой устанавливается на хвостовике коленчатого вала на игольчатом подшипнике (безредукторные пилы). Муфтой сцепления передается крутящий момент от двигателя к редуктору и (или) пильному аппарату, а также ограничивается передаваемый крутящий момент. Включение и выключение муфты происходит в результате изменения частоты вращения коленчатого вала двигателя и регулируется затяжкой пружин. Упругость этих пружин устанавливают такой, чтобы при работе двигателя на холостых оборотах (1800…2000 мин-1) центробежная сила грузов была меньше усилия пружин и ведущая часть муфты не передавала крутящий момент ведомой (грузы не прижимаются к ободу ведомой части муфты). При резких возрастаниях нагрузок (зажим пильной цепи в пропиле) муфта сцепления пробуксовывает и тем самым предохраняет двигатель и пильный аппарат от поломок.
Редуктор в бензопилах МП-5"Урал-2Э" (рис. 13) конический и состоит из ведущей 5 и ведомой 3 шестерен, изготовленных как одно целое с соответствующими валами, и корпуса 2.
Рис. 13. Редуктор пилы МП-5 "Урал-2"
На конце вала ведущей шестерни закреплена ведомая часть 1 муфты сцепления, а на конце вала ведомой шестерни – ведущая звездочка 11 пильной цепи. На валу ведомой шестерни на шпонке установлен также эксцентрик 12 привода насоса гидроклина, а на корпусе редуктора имеется выступ с отверстием для установки привода насоса. В корпусе редуктора расположен насос для смазки пильного аппарата и бачок для масла. Для крепления пильной шины на корпусе редуктора имеется специальный фланец. Редуктор крепится к двигателю разрезным хомутом, что позволяет поворачивать пильный аппарат вокруг продольной оси и фиксировать в положении "валка", "раскряжевка". В универсальных пилах редуктор отсутствует.
Пильный аппарат – консольного типа, состоит из пильной цепи, пильной шины и ведущей звездочки.
Смазка направляющего паза пильной шины в процессе работы – непрерывная, автоматическая при помощи плунжерного бесклапанного насоса золотникового типа.
Смазка направляющего паза пильной тины в процессе работы — непрерывная, автоматическая при помощи плунжерного бесклапанного насоса золотникового типа. В пиле МП-5 «Урал-2» насос приводится в действие от ведущего валка редуктора через червячную передачу. Насос и масляный бак расположены в корпусе редуктора. В пиле «Тайга-214» масляный бак и насос расположены на корпусе двигателя. Привод насоса осуществляется от ведущей звездочки через червячную пару.
Летом для смазки применяется то же масло, какое используется и для приготовления рабочей смеси для двигателя, зимой масло разбавляется бензином в пропорции 3:1. Насос (см. рис. 13) состоит из плунжера 7 с червячным колесом на верхнем конце, гильзы 10 и винтового штифта 6.
Гильза системой сверления отверстий связана с маслобаком (входное) и каналом подвода смазки к направляющим пильной шины (входное). Подача масла на трущиеся поверхности пильной шины производится следующим образом. Вращаясь, первичный вал редуктора, приводит в движение плунжер 7, который благодаря перекосу кольцевой канавки совершает вращательное и поступательное движения. При движении плунжера вверх происходит засасывание масла в полость 9, а при движении вниз — нагнетание к шине 8. Для этого кольцевой паз и лыску на плунжере размещают так, чтобы при его движении вверх было открыто входное отверстие гильзы, а при движении вниз — выходное.