Файл: Корниенко А.Г. Конструктивные схемы автомобилей, тракторов и принцип действия их агрегатов и механизмов лекция.pdf

- 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.

- 80 -

Топливная система дизельного двигателя ЯМЗ-236 имеет так назы­ ваемую разделенную топливную аппаратуру - один общий топливный насос высокого давления и форсунки в каждом цилиндре и поэтому состоит из системы низкого и высокого давления. К системе высо­ кого давления относятся: топливный насос, форсунки и их соедини­ тельные трубопроводы. К системе низкого давления относятся: топли­ воподкачивающий насос, топливопроводы низкого давления, топлив­ ные фильтры предварительной и тонкой очистки.

Топливоподкачивающий насос поршневого типа. Топливный насос высокого давления (ТНВД) устанавливается между рядами цилиндров, приводится в действие от распределительного вала с помощью шесте­ рен, дозирует подачу топлива в соответствии с режимом работы дви­ гателя, подает отмеренные порции топлива под высоким давлением в соответствии с фазами газораспределения через форсунки в цилиндры двигателя. Насос шестисекционный, смонтирован в одном корпусе. Имеет автоматическую муфту опережения впрыска, которая автомати­ чески изменяет угол опережения подачи топлива в зависимости от числа оборотов коленчатого вала и всережимный регулятор числа обо­ ротов коленчатого вала двигателя.

Всережимный регулятор автоматически обеспечивает соответствую­ щее изменение подачи топлива в цилиндры двигателя на всех режимах при изменении сопротивления движения автомобиля и нагрузки на дви­ гатель независимо от положения педали управления топливным насосом.

Кроме того, регулятор автоматически ограничивает предельное чи­ сло оборотов двигателя, что исключает возможность "разноса" двига­ теля.

На двигателе установлен один общий для двух рядов цилиндров воздушный фильтр инерционно-масляного типа с контактным элементом, который обеспечивает двухступенчатую очистку воздуха. Первая сту­ пень съемная, выполнена в виде плоской контактной решетки. Вторая ступень имеет набивку из капроновых нитей, смачиваемых маслом. Для снижения шума впуска в воздушном фильтре устроена кольцевая шумо­ поглощающая камера.

В системе питания дизельных двигателей дли тщательной и надеж­ ной очистки топлива от содержащихся в нем твердых примесей и вода устанавливается два фильтра: предварительной (грубой) и тонкой

- 81 -

очистки. Фильтры предварительной очистки обычно рассчитаны на удер­ жание твердых примесей топлива с размером 0,05-0,15 мм (50-150 ми­ крон) и изготавливаются сетчатые, проволочно-целевые, пластинчато­ щелевые .

Фильтры тонкой очистки предназначены для окончательной очистки топлива от твердых частиц и воды. Фильтрующим материалом для этих фильтров служит войлок, набранный в виде фильтрующего пакета.

Топливоподкачивающие насосы устанавливаются шестеренчатого типа.

в) Регуляторы оборотов двигателей

Каждый двигатель рассчитан на определенное число оборотов, вы­ ше или ниже которых он не должен работать. Поэтому двигатели снаб­ жаются автоматами регулирования чисел оборотов коленчатого вала, так называемыми регуляторами,которые подразделяются на однорежимные, двухрежимные, всережимные и предельные.

Однорежимные регуляторы устанавливаются на двигателях, у кото­ рых необходимо поддерживать постоянное число оборотов при постоян­ ных нагрузках.

Двухрежимные регуляторы обеспечивают автоматическое регулирова­ ние на двух скоростных режимах, т.е. при минимальном и максималь­ ном числах оборотов. На промежуточных режимах управление двигате­ лем осуществляется вручную .

Всережимные регуляторы устанавливаются на двигателях, у которых нагрузка носит переменный характер. Такие регуляторы автоматически поддерживают заданное число оборотов коленчатого вала при изменении нагрузки.

Предельные регуляторы устанавливаются на двигателях для ограни­ чения числа оборотов сверх допустимых. На таких двигателях управ­ ление осуществляется вручную.

Все основные типы современных автоматических регуляторов осно­ ваны на использовании центробежных сил, возникающих у вращающихся

деталей, и воздействуют на дроссельную заслонку у карбюраторных двигателей, или на рейку топливного насоса, или форсунок у дизель­ ных двигателей. На двигателе 3M3-53 установлен ограничитель оборо­ тов пневмоцентробежного типа и состоит из датчика, расположенного на крышке распределительных шестерен двигателя и имеющего привод

- 82 -

от распределительного вала, и исполнительного механизма, конструк­ тивно объединенного со смесительной камерой карбюратора и воздей­ ствующего на дроссельные заслонки карбюратора.

На двигателе ЗИЛ-375 устанавливается -ограничитель максимально­ го числа оборотов двигателя пневмоцентробекного типа, центробеж­ ный датчик и исполнительный диафрагменный механизм с пневматичес­ ким приводом.

II. СИСТЕМА СМАЗКИ ДВИГАТЕЛЕЙ

Во время работы двигателя в его деталях по сопряженным поверх­ ностям возникает трение, которое может быть двух видов: скольже­ ния и качения. При механической обработке деталей на их поверх­ ностях остаются выступы, достигающие после шлифования 0,005 мм (5 микрон).Скольжение трущихся поверхностей сопровождается разру­ шением этих выступов, а следовательно, износом, что приводит к увеличению зазоров в сопряжениях. Нарушение величины зазоров в сопряжении вызывает стуки при работе двигателя и усиленный (про­ грессирующий) износ деталей. При трении происходит износ деталей, выделение тепла и затрата мощности.

Величина силы трения предопределяется материалом деталей, ка­ чеством их обработки и условиями трения.

Трение называется сухим, если между трущимися поверхностями отсутствует смазка, и жидкостным, если движущиеся поверхности разделены слоем смазки. При сухом трении величина коэффициента трения в 30-60 р:.з больше, чем при жидкостном.

Основное назначение системы смазки в двигателях состоит в том, чтобы уменьшить износы трущихся деталей, сократить затраты мощности на трение и отвести тепло, выделяющееся при трении.

Кроме того, масло смывает с трущихся поверхностей продукты износа и всевозможные загрязнения, предохраняет эти поверхности от коррозии, а в отдельных случаях уплотняет подвижные сопряжения деталей (поршень, поршневые кольца и цилиндр).

Сущность и законы жидкостного трения были открыты профессором Н.П.Петровым. Он установил, что движение масла в подшипнике пол­ ностью подчиняется законам гидродинамики.

- 83 -

Поэтому разработанную им теорию жидкостной смазки стали называть гидродинамической теорией смазки.

Сущность гидродинамической теории смазки заключается в следую­ щем (рис.17).

В начале вращения вала в подшипнике первые слои масла, прочно связанные с поверхностью вала за счет молекулярных сил сцепления, увлекают за собой следующие слои масла, образуя масляный клин, т.е. в масляном слое возникает давление, под действием которого вал всплывает и лежит на масляной подушке.

Рис.17. Образование масляного клина при вращении вала в подшипнике

При увеличении скорости движения все больше масла втягивается в клиновое пространство и увеличивается давление в масляном слое. Поэтому при числе оборотов вала, равном нулю, вал лежит в подшип­ нике и зазор hmin = 0, а при увеличении числа оборотов вал все

более стремится принять центральное положение в подшипнике и вели­ чина зазора h min возрастает.

Несущая способность масляного слоя, его толщина и, следователь­ но, надежность обеспечения жидкостной смазки возрастают с повыше­ нием вязкости масла, скорости движения трущихся поверхностей и с уменьшением нагрузки на эти поверхности. Однако увеличение вязкос­ ти масла и скорости движения поверхностей приводит к возрастанию потерь на трение.

Переход от сухого трения к жидкостному происходит не сразу, а через промежуточные виды трения - граничное и полужидкостное.