ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

ДВИГАТЕЛИ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

(факультет МиАС)

Содержание дисциплины

Введение. Двигатели внутреннего сгорания

Роль и применение ДВС в строительстве

  Рис 1. Общий вид дизельного ДВС

Краткая история развития ДВС

Через 7 лет немецкий инженер Н. Отто ( 1867 г.) создал 4-х-тактный двигатель с воспламенением от сжатия. Этот двигатель имел мощность 2 л.с., с…   Двигатель мощностью 10 л.с. имел КПД 17% , массу 4600 кг и нашел широкое применение . Всего таких двигателей было…

Тенденции и перспективы развития ДВС

 

Основные направления развития ДВС – снижение токсичности и дымности отработавших газов. Это переход на дизельные двигатели, у которых содержание токсичных веществ на порядок ниже, чем у карбюра-торных; использование гибридного привода, в котором ДВС служит , в основном для зарядки аккумулятора; создание двигателей, работающих на водородном топливе и в дальнейшем замена ДВС на электродвигатель, например, автомобили, работающие на топливных элементах.

 

Рис. 4. Схема работы топливного элемента и расположение узлов привода на автомобиле

 

 

Классификация ДВС

 

По числу тактов (такт – это сумма процессов, происходящих за один ход поршня) двигатели бывают 4-х-тактные, в которых эта сумма процессов происходит за два оборота коленчатого вала и 2-х-тактные – за один оборот.

По способу воспламенения рабочей смеси двигатели подразделяют на следующие типы – от воспламенения смеси от сжатия (от высокой температуры) и от электрической искры, создаваемой свечой в камере сгорания.

По способу смесеобразования (создания горючей смеси воздуха и топлива) двигатели бывают с внешним смесеобразованием, т.е. смесь образуется вне цилиндра и с внутренним смесеобразованием, когда смесь образуется внутри цилиндра.

По виду используемого топлива двигатели подразделяются на карбюраторные, использующие в виде топлива бензин, газ (жидкий или газообразный) и дизельные, работающие на дизельном топливе.

 

Рис.5. Рабочие процессы четырехтактного двигателя

 

 

 

Рис. 6. Двухтактные двигатели а - с кривошипно-камерной и б – с кла-панно-щелевой продувками

 

 

Охлаждение двигателей может жидкостным или воздушным .

По расположению цилиндров – однорядные с вертикальным, наклонным и горизонтальным расположением; друхрядные с V- образным и оппозитным расположением; звездообразные; с 2-мя, 3-мя и 4-мя коленчатыми валами.

 

Рис. 7. Компоновки поршневых двигателей: а – одноцилиндровый; б –

рядная компоновка; в – V – образная компоновка; г – компоновка «звез-да»: д – компоновка «дельта» с тремя коленчатыми валами; е – многовальная компоновка «квадрат»

Основные механизмы и системы двигателя

Кривошипно-шатунный механизм предназначен для восприятия давления газов и преобразования возвратно-поступательного движения поршня во вращательное… Механизм газораспределения служит для выполнения циклов ДВС Система питания предназначена для приготовления и подачи в цилиндр двигателя в процессе впуска горючей смеси нужных…

Теоретические и действительные циклы

Характер рабочего процесса в двигателе бывает различный – подвод теплоты (сгорание) происходит при постоянном объеме (вблизи ВМТ -это карбюраторные… Для изучения процессов, происходящих цилиндрах ДВС, и выяснения особенностей… При рассмотрении теоретических циклов делаются следующие допущения:

Рабочие процессы, протекающие в цилиндрах четырехтактного и двухтактного ДВС.

Основные понятия и определения (см. рис. 11)

 

Рис. 11. Схема четырехтактного ДВС

 

При перемещении в цилиндре поршень достигает крайних положений , в которых направление его движения меняется. Крайние верхнее и нижнее положения поршня называются соответственно верхняя(в.м.т.) и нижняя(н.м.т.) мертвые точки. И этих точках сила, действующая на поршень не может создавать крутящий момент на коленчатом валу. Расстояние между верхней и нижней мертвыми точками называетсяходом поршня и обозначают S.

Внутренний объем цилиндра при положении поршня в в.м.т. называется объем камеры сгоранияиобозначают V_с . Внутренняя полость цилиндра при положении поршня в н.м.т. называется полным объемом цилиндраиобозначаютV_a. Объем, описываемый поршнем при движении его от в.м.т. к н.м.т., называется рабочим объемом цилиндра и обозначают V_h. Рабочий объем цилиндра равен разности между полным объемом цилиндра и объемом камеры сгорания. V_h = V_a - V_с

Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания называется степенью сжатияи обозначают ε . Степень сжатия показывает, во сколько раз уменьшается объем внутренней полости цилиндра при движении поршня от н.м.т. к в.м.т.;

ε =V_a/ V_с =( V_h + V_с )/ V_с = V_h/ V_с + 1

Степень сжатия карбюраторных двигателей обычно в пределах 7-10, а дизельных – 16-22. Степень сжатия влияет на мощность и экономичность двигателя. С увеличением степени сжатия увеличиваются мощность двигателя и его экономичность.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя состоит из пяти процессов: впуск, сжатие, сгорание, расширение и выпуск, которые совершаются за. четыре такта (хода поршня) или за два оборота коленчатого вала.

1.7.2. Процесс впуска.

На рис. 12 представлена диаграмма изменения давления газов внутри цилиндра в процессе впуска. По линии ординат показывается давление, а по линии абсцисс – объем внутренней полости цилиндра. Принятые обозначения: т.1- начало открытия впускного клапана; т.2- конец закрытия впускного клапана; т.r- положение поршня в в.м.т. в начале впуска; т.а- положение поршня в н.м.т.;р_о- атмосферное давление.

Впуск горючей смеси (смеси паров топлива с воздухом) происходит после выпуска из цилиндра отработавших газов от предыдущего цикла. Впускной клапан открывается с некоторым опережением до в.м.т. (т.1), чтобы получить к моменту прихода поршня в в.м.т. большее проходное сечение у клапана.

 

Рис. 12. Процесс впуска

 

Впуск горючей смеси происходит за два этапа. Первый за счет разрежения, создающегося в цилиндре (линия ra) и второй за счет скоростного напора потока смеси (линия а2). Впуск смеси заканчивается в момент закрытия впускного клапана т.2.

Процесс впуска или другими словами процесс наполнения цилиндра горючей смесью зависит от ряда факторов, В результате чего действительное количество горючей смеси (воздуха) поступившее в цилиндр за период наполнения не равно тому количеству, которое теоретически могло бы заполнить рабочий объем цилиндра V_h при условиях, при которых свежий заряд находится перед впускным патрубком двигателя (р_к,Т_к). Эти параметры свежего заряда существенно отличаются от параметров воздуха в окружающей среде р_о,Т_о:

 

1. - из-за сопротивления воздушного фильтра и трубопроводов р_к < р_о

р_к = р_о - Δ р_о , где Δ р_о – сопротивление воздушного фильтра и трубопроводов.

 

 

 

Рис. 13. Схема элементов ДВС, влияющих на процесс впуска

 

В случае наддува (с нагнетателем или продувочным насосом)

р_к > р_о

- вследствие сопротивления во впускном патрубке и в клапанном канале давление свежего заряда в цилиндре р_а меньше, чем перед впускным патрубкомр_а = р_к - Δ р_в, где Δ р_в – сопротивление впускных органов.

2. Такое соотношение между р_а и р_к сохраняется и в начале сжатия до тех пор пока р_а вследствие сжатия не выровняется с р_к. Наличие разницы давлений вне и внутри цилиндра используется различными способами для дополнительного ввода в цилиндр свежей смеси, что является способом увеличения общего количества заряда и называется дозарядкой.

3. Воздух или горючая смесь, поступая в цилиндр, нагреваются от его стенок. Кроме того в карбюраторных двигателях горючая смесь подогревается во впускном трубопроводе. Подогрев оценивается ΔТ –разностью температур, это снижает плотность заряда, а следовательно и количество действительно поступившей в цилиндр горючей смеси.

4 .Невозможно удалить полностью из цилиндра в период выпуска все продукты сгорания. Остаток называют остаточные газы. .

Эти факторы, влияющие на наполнение рабочего цилиндра, с свою очередь, зависят от целого комплекса условий конструктивного и эксплу-атационного характера.

Степень наполнения цилиндра горючей смесью ( воздухом) оценивается коэффициентом наполнения

η_v = G_i /(V_h·ρ_к),

где G_i – количество горючей смеси (воздуха) оставшегося в цилиндре после закрытия впускного клапана;

ρ_к – плотность горючей смеси ( воздуха) прир_к и Т_к.

V_h·ρ_к – количество горючей смеси (воздуха), которое могло бы заполнить цилиндр при давлениир_к и температуре Т_к.

 

Наддув, назначение и способы наддува

1 для расширения температурных пределов между которыми протекает рабочий процесс; 2 для обеспечения возможности получения максимально достижимой в реальных… 3 для создания условий, необходимых для возможно лучшего сгорания горючей смеси;

Теплообмен в процессе сжатия

р · Vк =const. 1.7.4. Процесс сгорания (см. раздел 2)  

Показатели эффективности, экономичности и совершенства конструкции двигателей

   

Показатели токсичности отработавших газов и способы снижения токсичности

Исходными веществами в реакции горения является воздух, содержащий примерно 85% углерода, 15% водорода и другие газы и углеводородное топливо,… В действительности состав отработавших газов гораздо сложнее. Отработавшие…

Процесс сгорания в карбюраторных и дизельных ДВС

 

В действительном рабочем процессе увеличение температуры рабочего тела происходит за счет сжигания горючей смеси (вместо внешнего подвода тепла в термодинамических циклах). Процесс сгорания происходит не мгновенно,а развивается во времени .В соответствии с изменением тепловыделения в цилиндре двигателя изменяются температура и давление рабочего тела.

Пределы воспламеняемости топливовоздушных смесей

   

Сгорание в карбюраторных двигателях

В карбюраторных двигателях к моменту появления искры рабочая смесь, состоящая из воздуха, парообразного или газообразного топлива и остаточных… Если зажигание выключено ( см рис. 25, пунктирная линия ), то давление… На рис т.1 – момент возникновения искры на свече зажигания и соответствует углу θ (угол опережения зажигания)…

Детонация.

Детонация – сложный химико-тепловой процесс. Внешними признаками детонации являются появление звонких металлических стуков в цилиндрах двигателя,… Детонационное сгорание (см. рис. 27) возникает в наиболее удаленном от свечи…

Сгорание в дизельных двигателях

Особенности процесса сгорания, рис. 28: - подача топлива начинается с опережением на угол θ до в.м.т. и… - изменение давления от т.1 до т.2 происходит только вследствие сжатия.

Формы камер сгорания дизельных ДВС

Неразделенные камеры сгорания.   В неразделенных камерах сгорания Рис.29 улучшение процесса распыливания топлива и перемешивания его с воздухом…

Кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы

   

Классификация ГРМ

- клапанный с нижним расположением распределительного вала применяется на 4-х- тактных дизельных и карбюраторных двигателях, он подразделяется на: нижнеклапанный, который применялся у двигателей автомобилей ЗИС 150, ГАЗ 51 и др. и отличался простотой конструкции, увеличенными поперечными размерами камер сгорания и

верхнеклапанный, который применяется на большинстве современных карбюраторных и дизельных грузовых автомобилях (рис. 34).

- клапанный с верхним расположением распределительного вала ( вал установлен в головке блока) (рис. 35).

- клапанно-щелевой прямоточный применяется на двухтактных дизельных двигателях (см. Рис. 6,б).

- щелевой контурный применяется на двухтактных дизельных и карбюраторных двигателях (см. Рис. 6,а).

 

Наддув, назначение и способы наддува

Различают три системы наддува при помощи нагнетателей: с приводным компрессором, с газотурбокомпрессором и комбиниро­ванную.  

Системы питания двигателей

4.1 Система питания дизелей. Система питания осуществляет подачу топлива в ци­линдры. При этом должны обеспечиваться высокие мощностные и… Рис. 37. Схема системы питания разделенного типа:

Топливные насосы высокого давления (ТНВД)

Топливный насос высо­кого давления дозирует топливо в соответствии с рабочим режи­мом двигателя и подает топливо к форсунке. При этом одна нагнетательная секция топ­ливного насоса может подавать топливо только в один цилиндр ди­зеля. Поэтому число нагнетательных секций соответствует количеству цилиндров. Если нагнетательные секции размещаются в одном корпусе, то такой топливный насос называют многосекционным. Другой тип ТНВД— распре­делительные насосы одно- или двухсекционные, а также роторные. У этих насосов каждая нагнетательная секция подает топливо в не­сколько цилиндров двигателя (до шести цилиндров). Многосекцион­ные и распределительные насосы широко применяют на дизелях строительных машин.

Топливные насосы высокого давления различаются также по ме­тодам дозирования топлива. На дизелях дорожных машин, трактор­ных и автомобильных в основном применяют два способа измене­ния цикловой подачи: отсечкой у насосов золотникового типа и дросселированием на впуске – у насосов распределительного типа. Рассмотрим принцип работы нагнетательной секции топливного насоса золотникового типа. На рис. 2 стрелками показаны направления движения плунжера и топлива во втулке при работе нагнетательной секции такого насоса.

 

Рис. 38. Схема работы топливного насоса высокого давления золотникового типа.

 

При движении плунжера 3 во втулке 2 происходит: 1) вытесне­ние топлива (рис.38, а) из объема V_н во втулке насоса через впускное отверстие 1 в подводящий канал в корпусе насоса; 2) по­дача топлива (рис.38, б) плунжером при перекрытом отверстии 1, после открытия нагнетательного клапана 5, в объем V'_н штуцера 4 насоса. При этом резко нарастают давления р_н и р'_н; 3) отсечка и перепуск топлива (рис. 38, в) через отверстия 6 и 7 в отводящий канал. При отсечке давления р_н и р'_н снижаются, а нагнетательный клапан под действием пружины и перепада давлений р'_н — р_к са­дится на седло. Подача может происходить одновременно с вытес­нением топлива в подводящий канал или с перепуском. Заполнение объема во втулке топливом осуществляется при дви­жении плунжера вниз вначале через отверстие 7, а затем через от­верстие 1 (рис. 38,г). Таким образом плунжер подает топливо и управляет закрытием и открытием впускных и выпускных окон втулки, т. е. выполняет роль золотника, поэтому топливные насосы с такой плунжерной парой называют золотниковыми.

Геометрические начало и конец подачи топлива соответствуют момен­там полного перекрытия торцовой кромкой плунжера впускного от­верстия 1 и начала открытия отсечной кромкой 8 отверстия 7. При этом плунжер совершает активный ход S_а и описывает объем во втулке, который называют геометрической подачей насоса

V_гп = ƒ _пл S_а

где ƒ _пл — площадь плунжера.

Из приведенного выражения следует, что подачу насоса можно изме­нять, уменьшая или увеличивая величину активного хода или пло­щадь плунжера. У плунжерной пары (рис. 38) для изменения S_а отсечную кромку выполняют в форме винтовой линии. При поворо­те плунжера изменяются активный ход, геометрическая и действи­тельная цикловые подачи топлива. Одновременно при уменьшении V_ц изменяются и фазы впрыска: момент начала подачи остается примерно постоянным, конец подачи наступает раньше, продолжи­тельность впрыска сокращается. Можно выполнить по винтовой ли­нии кромку, определяющую момент закрытия впускного окна, со­хранив при этом начало отсечки постоянным. С уменьшением V_ц впрыск наступает позже. Наконец, обе кромки можно выполнить по винтовой линии так, чтобы с уменьшением V_ц начало впрыска за­паздывало, а конец впрыска наступал-раньше. В последнем случае усложняется конструкция плунжерной пары и повышается стои­мость ее изготовления. Из-за технологичности изготовления,как правило, применяют золотниковые насосы с плунжерными пара­ми, показанными на рис. 38 (постоянное геометрическое начало и

и переменный конец подачи).

У насосов распределительного типа ре­гулирование подачи топлива осуществляется изменением наполнения топливом объема V_н во втулке. Для этого в канале, подводящем топливо к плунжер­ным парам, устанавливают специальное дроссели­рующее устройство. Схематически секция на­соса с дросселированием на впуске показана на рис. 39.

 

Рис. 39. Схема работы ТНВД распределительного типа.

 

При движении плунжера 1 вниз в объ­еме V_н втулки 2 происходит частичное испарение топлива. Объем заполняется парами, имеющими давление р_п (рис. 39, а). При открытии торцом плунжера впускного отверстия во втулке в объ­ем V_н через проходные сечения ƒ_др дроссельного золотника 3 и окна ƒ_ок во втулке 2 начинает по­ступать топливо (рис. 39, б). Скорость втекания определяется постоянным перепадом давлений р_вп - р_п. В начале хода нагнетания происходит конденсация паров топлива; давление в объеме V_н при этом не повышается (рис. 39, в). Подача нагнетательной секцией начинается, когда все пространство во втулке окажется заполненным топливом (рис. 39, г).

По мере перекрытия сечения ƒ_др или снижения давления р_вп, ве­личину которого можно менять, перепуская часть топлива из поло­сти всасывания в бак, уменьшается количество топлива, поступив­шего в объем V_н, и соответственно цикловая подача. При этом с уменьшением V_ц впрыск начнется позже, а конец подачи изменит­ся незначительно.

При изменении цикловой подачи дросселированием на впуске плунжер не имеет быстро изнашивающихся отсечных кромок и отверстий,

что обеспечивает стабильность регулировочных парамет­ров насоса. Топливоподающие системы с такими насосами, обеспечивают лучшее протекание скоростных характеристик подачи по сравнению с насосами дроссельного типа.

Для перемещения плунжера в топливных насосах применяют кулачки с различной формой профиля, от которой зависит величи­на и характер изменения скорости плунжера на участке активного хода. Наиболее широко в топливных насосах дизелей рассматрива­емого класса используют тангенциальный и выпуклый профили ку­лачков, что объясняется более простой технологией их изготовления. В случае применения тангенциального профиля по сравнению с вы­пуклым повышается скорость движения плунжера и сокращается геометрическая и действительная продолжительности подачи топ­лива.

 

Рис.40. Изменение перемещения S_пл и скорости c_пл и геометрические фазы подачи при n_к = 1000 об/мин для кулачка с тангенциальным профилем.

 

На рис. 40 приведены кривые перемещения S_пл и скорос­ти c_пл плунжера по углу φ_к поворота кулачка с тангенциальным профилем. Там же нанесены ход плунжера S₀ от начала движения до закрытия впускного отверстия во втулке и активный ход S_а. На оси абсцисс отмечены геометрическое начало φ_г.н.п. и конец φ_г.к.п подачи топлива насосом и общая геометрическая продолжитель­ность подачи Θ_г.п. Кривая изменения скорости плунжера по углу поворота кулачка в диапазоне углов от φ_г.н.п. до φ_г.к.п в определен­ном масштабе представляет собой геометрическую характеристику впрыска.

Действительные фазы и форма волны давления у насоса отли­чаются от геометрических вследствие влияния таких факторов, как: дросселирование топлива в отверстиях втулки плунжера и сжимаемость топлива в объемах втулки и нагнетатель­ного штуцера насоса.

4.1.2. Нагнетательный клапан. Между плунжерной парой и нагнетательным топливопроводом устанавливают нагнетательный клапан, который обеспечивает по­лучение идентичных условий в объемах нагнетательного штуцера V_н, топливопровода V_т и форсунки V_ф перед началом каждого впрыска и оказывает существенное влияние на величину остаточно­го давления в этих объемах. Он разъединяет также объемы V'_н, V_т и V_ф с объемом во втулке V_н, препятствуя обратному перетека­нию топлива при возвратном ходе плунжера и проникновению воз­духа в нагнетательный штуцер, топливопровод и форсунку. С по­мощью нагнетательного клапана можно, как будет показано далее, корректировать скоростные характеристики подачи топлива.

 

Рис.41. Конструкции нагнетательных клапанов ТНВД.

 

В топливоподающей аппаратуре рассматриваемых дизелей при­меняют нагнетательные клапаны различной конструкции. Нагнета­тельный клапан грибкового типа (рис. 41, а) в верхней части имеет грибок 4 и разгрузочный поясок 3, в нижней — хвостовик 2 с четырьмя канавками для прохода топлива. В начале движения от седла клапан занимает часть объема штуцера, вытесняя топливо. Давление в штуцере повышается и топливо перетекает в нагнета­тельный топливопровод.

Топливо из объема V_н начинает поступать в объем V'_н после выхода пояска 3 из канала седла 1. При отсечке давление р_н умень­шается и величина р'_н станет больше р_н, поэтому топливо будет пе­ретекать обратно в объем во втулке, а клапан — двигаться к седлу.

По мере опускания нагнетательного клапана с момента, когда цилиндрический поясок 3 нижней кромкой войдет в направляющий канал седла 1 и до посадки на седло, в штуцере насоса освобожда­ется объем, называемый разгрузочным

V_раз = ƒ_кл·h_кл

где ƒ_кл — площадь поперечного сечения разгрузочного пояска кла­пана; h_кл — разгрузочный ход нагнетательного клапана.

При этом давление р'_н в штуцере резко снижается и подача топлива насосом прекращается. Увеличение объема V_раз ведет к большему снижению давления р'_н и тем самым к уменьшению ос­таточного давления р_т.о в полости штуцера, нагнетательного топ­ливопровода и форсунки. В некоторых случаях при больших вели­чинах объема V_раз остаточное давление снижается до давления уп­ругости паров топлива, что приводит к разрывам сплошности в рас­сматриваемых полостях линии нагнетания. При этом образуются свободные объемы, заполненные парами и выделившимся из топ­лива воздухом.

На рис. 41, б показан клапан грибкового типа, имеющий цент­ральное 5 и радиальное 6 отверстия для прохода топлива, минуя разгрузочный поясок. Нагнетательный клапан такого типа называ­ют корректирующим. Роль отверстий может выполнять и зазор между поверхностями разгрузочного пояска и направляющего от­верстия седла.

Кроме грибковых клапанов применяют двойные нагнетатель­ные клапаны (рис. 41, в). В процессе подачи под действием дав­ления р_н клапан 10 поднимается от седла 9, сжимая пружину 11. Между торцом клапана и седлом образуется зазор, через который топливо проходит из объема V_н в объем V'_н. Дополнительный кла­пан 8 остается прижатым к торцу клапана 10 пружиной 7. После отсечки и посадки клапана 10 на седло 9 дополнительный клапан 8 открывается под действием давления р'_н, которое снижается в ре­зультате обратного перетекания топлива. Этот же эффект может иметь место и при подходе к штуцеру волны давления, отраженной от форсунки. Двойные нагнетательные клапаны применяют в топ­ливных насосах распределительного типа.

Перетекание топлива через нагнетательный клапан влияет на цикловую подачу V_ц; и величину остаточного давления. Цикловая подача определяется алгебраической суммой количеств топлива, поступившего из объема V_н в объем V'_н и перетекших обратно через нагнетательный клапан за время его движения в процессе подачи топлива у насоса.

4.1.3. Нагнетательный топливопровод обеспечивает передачу энергии в виде волны давления от насоса к форсунке с минимальными потерями. Время движения волны от насоса до форсунки τ_в зависит от длины нагнектательного топливопровода и скорости движения волны (1200 – 1400 м/с) За это время колен­чатый вал двигателя повернется на угол

, Θ_з = 6n τ_в

где п — частота вращения, об/мин.

Увеличение длины нагнетательного топливопровода, приводит к большей затрате времени на движе­ние волны от насоса до форсунки. Поэтому стремятся устанавливать на дизеле короткие нагнетательные топливопроводы одинаковой длины. У рассматриваемых дизелей длина нагнетательного топли­вопровода обычно не превышает 1,5 м, а внутренний диаметр 1,5—3,0 мм.

Для повышения прочности нагнетательные топливопроводы вы­полняют из вязкой легированной стали с толщиной стенок 2 — 3 мм.

Внутренний объем V_т и гидравлическое сопротивление канала в топливопроводе оказывают влияние на параметры процесса впрыска. Поэтому для обеспечения идентичности подачи топлива по цилиндрам необходимо устанавливать топливопроводы с пример­но одинаковыми указанными параметрами.

4.1.4. Форсунки. Форсунка формирует окончательный вид характерис­тики впрыска и оказывает существенное влияние на распыливание топлива и распределение его по камере сгорания.

 

 

Рис.42. Конструкции распылителей закрытых форсунок.

 

На дизелях рассматриваемого класса применяются форсунки закрытого типа. Закрытые форсунки имеют в распылителе иглу (или клапан), нагруженную пружиной и открывающуюся под дей­ствием давления топлива. Такие форсунки называют форсунками с гидравлическим управлением.

Наиболее важный элемент форсунки — распылитель, носок ко­торого выступает в камеру сгорания и подвержен воздействию вы­соких температур.

На рис. 42, а показана конструкция закрытого многодырчатого распылителя, состоящего из корпуса 1 и иглы 2. Топливо, двигаясь в каналах распылителя, проходит два дроссели­рующих сечения ƒ_н и ƒс. Величина сечения ƒ_н изменяется при подъ­еме и опускании иглы. Распылители, показанные на рис. 5, а, применяют на дизелях с неразделенными камерами сгорания. Чис­ло распыливающих отверстий колеблется от 1 до 7, а их диаметр 0,15—0,6мм.

Штифтовый распылитель (рис. 42, б) имеет на конце иглы штифт, диаметр которого d_ш=1,0; 1,5 и 2,0 мм. Концевая часть штифта обычно имеет вид двух усеченных конусов, сложенных меньшими основаниями. Угол прямого конуса штифта |β_ш подбира­ют из условий наиболее эффективного протекания рабочего процес­са дизеля. Штифтовый распылитель имеет ряд дросселирующих се­чений, величина которых изменяется при перемещении иглы. Штиф­товые распылители используют в дизелях с разделенными камера­ми сгорания.

Подъем иглы (клапана) с седла в корпусе распылителя начи­нается под действием давления топлива р_ф в объеме V_ф, которое пре­одолевает усилие предварительной затяжки пружины форсунки. В случае иглы оно действует на диф­ференциальную площадку, которая образуется разностью попереч­ных сечений иглы по диаметру d_и и характерному диаметру d_х (рис. 42,б), соответствующему уплотняющей кромке. Макси­мальное перемещение иглы (клапана) в распылителе обычно огра­ничивают величиной 0,2—0,5 мм.

Характеристики форсунок и распылителей. Под характеристиками форсунок понимают зависимости давлений р_ф и р'_ф и перемещения иглы (клапана) у от секундного объемного расхода топлива через форсунку. Такие зависимости можно исполь­зовать для оценки и выбора конструктивных параметров форсунок по аналогии с известными прототипами. Характеристики форсунок позволяют также определять расход топлива через форсунку и дав­ление раепыливания в любой момент времени, если известно пере­мещение иглы (клапана).

Каждая точка характеристики форсунки соответствует усло­виям установившегося течения топлива и статически равновесного положения запирающего устройства. Однако в определенном диа­пазоне расходов игла (клапан), нагруженная пружиной, не имеет устойчивого положения статического равновесия и начинает совер­шать колебательные движения с высокой частотой. Это затрудняет экспериментальное определение характеристик форсунок, поэтому их применяют реже, чем характеристики распылителей.

 

Система питания карбюраторных двигателей

Приготовление и подача к цилиндрам карбюраторных двигате­лей горючей смеси, регулирование ее количества и состава осу­ществляется системой питания,…  

Система зажигания

Назначение и классификация систем зажигания

Система зажигания служит для воспламенения горючей смеси в цилиндрах двигателя с помощью свечей зажигания. В настоящее время широко применяются следующие системы зажигания:

-простейшая контактная система зажигания (КСЗ) — система с катушкой зажигания или с накоплением энергии в индуктивности;

- более сложная контактно-транзисторная система зажигания (КТСЗ) — система зажигания с накоплением энергии в индуктивности;

- бесконтактно-транзисторная система зажигания (БТСЗ или БСЗ) отличается тем, что в системе вместо контактов используются датчики импульсов — чаще магнитоэлектрические, индукционные и датчики Холла.

На современных автомобилях работают системы зажигания, максимально учитывающие технические параметры двигателей. Для обработки информации о состоянии двигателя и протекающих в нем процессах, поступающих от различных датчиков, двигатели оснащаются специальными микро-ЭВМ (процессор, контроллер).

Микро-ЭВМ обрабатывает всю поступающую информацию по заложенным в него алгоритмам (программам) и обеспечивает соответствующее воздействие как на систему зажигания, так и систему питания двигателя.

- системы с единой мини-ЭВМ, управляющей системами питания и зажигания, называются микропроцессорными системами управления двигателей — МСУД. Система зажигания МСУД полностью электронная и «статическая». Название системы «статическая» объясняется тем, что в ней отсутствуют вращающиеся детали (кулачок, ротор). На каждую свечу «работает» своя катушка зажигания, а у коммутатора число выходных каскадов равно числу цилиндров.

Контактная (классическая) система зажигания

Во многих странах мира, в том числе и в России, продолжается выпуск автомобилей с обычной контактной системой зажигания.

 

Рис. 52. Контактная система зажигания (KC3) с трехклеммовой катушкой:

1 - свечи зажигания, 2 - прерыватель-распределитель; 3 - выступ кулачка, 4 – упор прерывателя; 5 - аккумуляторная батарея, 6 - генератор, 7 - выключатель зажигания; 8 - катушка зажигания

 

 

Система зажигания (рис. 52) предназначена для принудительного воспламенения рабочей смеси в камере сгорания двигателя электрической искрой, возникающей между электродами свечи зажигания. Искра образуется в результате подачи импульса тока высокого напряжения на электроды свечи. Возможные случаи изменения высокого напряжения при КСЗ показаны на рис. 53.

Функции генератора импульсов тока высокого напряжения выполняет катушка зажигания. Она работает по принципу трансформатора (рис. 54), имеет вторичную обмотку (тонкий провод, много витков), намотанную на

железный сердечник и первичную обмотку (толстый провод, мало витков), намотанную сверху на вторичную. При прохождении тока по первичной обмотке катушки зажигания (см. рис. 52) в ней создается магнитное поле.

При размыкании цепи первичной обмотки прерывателем магнитное поле исчезает, при этом его силовые линии пересекают витки первичной и вторичной обмоток. Во вторичной обмотке индуцируется ток высокого напряжения (до 25000 В), а в первичной - ток самоиндукции (напряжением до 300 В), который имеет то же направление, что и прерываемый ток.

 

Рис. 53. Зависимость высокого (вторичного) напряжения (U₂) от времени (t):

1 - отсутствие пробоя (предельные возможности системы), 2 - пробой искрового промежутка (зазора) в свече зажигания; 3 – «стекание искры» по увлажненному бензином нагару на элементах свечи при шунтирующем сопротивлении – 0,2 МОм

 

Вторичное напряжение зависит от величины магнитного поля и интенсивности его уменьшения, т.е. от силы и скорости уменьшения тока в первичной обмотке. Ток самоиндукции сохраняет ток в первичной обмотке т.е. снижает скорость уменьшения тока (вторичное напряжение), а также вызывает искрение и соответственно обгорание контактов прерывателя. Для повышения вторичного напряжения и уменьшения обгорания контактов прерывателя параллельно контактам подключают конденсатор.

При размыкании контактов прерывателя, когда зазор еще минимальный и вполне может проскочить искра, идет зарядка, конденсатора.

Далее конденсатор будет разряжаться через первичную обмотку катушки, создавая в начальный момент импульс тока обратного направления, что ускоряет исчезновение магнитного потока и способствует, как отмечалось выше, росту вторичного напряжения.

Для каждой системы зажигания подбирается свой конденсатор. Обычно емкость конденсаторов лежит в пределах 0,17-0,35 мкФ.

 

Рис. 54. Устройство катушки зажигания:

1 - изолятор, 2 - корпус. 3 - изоляционная бумага обмоток, 4 первичная обмотка, 5 -вторичная обмотка, 6 - клемма вывода первичной обмотки (обозначения «1», «–«, «К»), 7 - контактный винт, 8 - центральная клемма для провода высокого напряжения, 9 - крышка. 10 - клемма подвода питания (обозначения. «+Б», «Б». «+», «15»), 11 - контактная пружина, 12 - скоба крепления, 13 - наружный магнитопровод, 14 - сердечник

 

Вторичное напряжение (напряжение пробоя) при оптимальном составе горючей смеси должно быть тем больше, чем больше зазор между электродами свечи и чем выше давление в камере сгорания. Обычно напряжение составляет 8-12 кВ, но для повышения надежности воспламенения смеси его повышают до 16-25 кВ.

Такой двухкратный запас по напряжению необходим как в связи с изменениями в процессе работы самой системы зажигания (например, увеличение зазора между электродами свечи), так и в связи с изменением состава рабочей смеси. Например, обеднение рабочей смеси, связанное с неисправностями в системе питания, может потребовать (для надежной работы двигателя) наличие напряжения до 20 кВ.

На рис. 54 показана катушка зажигания с тремя клеммами, где обозначение «+Б» имеет только одна низковольтная клемма. Для повышения надежности пуска используются катушки зажигания (рис. 55) с четырьмя клеммами (три низкого и одна высокого напряжения). Четырехклеммовая катушка включается через две клеммы: «ВК» (включение) и «ВКБ» (включение от батареи). Включение через клемму «ВК» идет от выключателя стартера, т.е. к клемме «ВК» подводится ток только при пуске двигателя. К клемме «ВКБ» ток подводится от замка (выключателя) зажигания.

Обоснованность такого включения в том, что при пуске двигателя питание первичной обмотки идет большим током (соответственно по­лучают более высокое вторичное напряжение). В этом режиме катуш­ка может работать только короткое время, иначе она перегреется и «сгорит». После

 

Рис. 55. Катушка зажигания:

1 - пластина; 2 - корпус; 3 - магнитопровод; 4 - сердечник; 5 - картонная трубка; 6 - вторичная обмотка; 7 - картонная трубка между обмотками; 8 – первичная обмотка; 9 - изолятор; 10 - вариатор (дополнительное сопротивление); 11 - резистор; 12 - резиновое уплотнительное кольцо, 13 – пластмассовая крышка, 14 - изоляционная втулка; 15 - пружина, прижимающая пластину к клемме; 16 - клемма; 17 - клемма «ВК»; 18 - клемма («1»); 19 - клемма «ВКБ»

 

Обоснованность такого включения в том, что при пуске двигателя питание первичной обмотки идет большим током (соответственно по­лучают более высокое вторичное напряжение). В этом режиме катуш­ка может работать только короткое время, иначе она перегреется и «сгорит». После

 

 

Рис. 56. Контактная система зажигания с четырехклеммовой катушкой:

1 - свечи зажигания, 2 - распределитель, 3 - стартер; 4 - выключатель зажигания, 5 - тяговое репе стартера, 6 - добавочное сопротивление (вариатор), 7 - катушка зажигания

 

запуска питание идет через клемму «ВКБ» и дополни­тельное сопротивление, уменьшающее величину тока в первичной обмотке. Дополнительное сопротивление также является вариатором, т.е. в зависимости от нагрева изменяет сопротивление. При малых оборотах двигателя ток успевает достичь большой величины, что нежелательно, так как начинают усиленно обгорать контакты преры­вателя и возрастает возможное вторичное напряжение, которое при увеличении (например, с увеличением зазора между электродами свечи) может привести к пробою «в слабом месте» (например, в роторе распределителя). С нагревом же вариатор увеличивает сопротивление и уменьшает ток.

Полностью избежать искрения контактов прерывателя не удается. Уменьшить их искрение при КСЗ можно подключением параллельного конденсатора, а также установив минимальный зазор при разомкнутом положении в пределах 0,3-0,4 мм. При КСЗ зазор должен быть в пределах 0,35-0,45 мм, что соответствует углам замкнутого и разомкнутого состояния контактов соответственно 52-58° и 38-32°. Если зазор в контактах прерывателя сделать больше или меньше рекомендуемой величины, то во всех случаях уменьшается вторичное напряжение. Причем в первом случае (зазор больше) искрение меньше, но уменьшается угол замкнутого состояния контактов, следовательно и сила тока в первичной обмотке и вторичное напряжение. Во втором случае (зазор меньше) ток в первичной обмотке больше, но из-за искрения нет его резкого исчезновения, и вторичное напряжение также уменьшается.

Искрят не только контакты прерывателя, но и два контакта ротора (бегунка). Например, центральный, в который упирается подпружиненный угольный электрод, передающий импульсы высокого (вторичного) напряжения от катушки зажигания к ротору. При вращении ротора эти импульсы в соответствии с порядком работы цилиндров передаются от наружного контакта ротора к боковым электродам в крышке прерывателя - распределителя и далее к свечам зажигания.

Кардинальный способ уменьшить искрение контактов прерывателя при КСЗ — это уменьшить силу тока в первичной обмотке катушки, достигающего 5А.

При КСЗ большой ток протекает и через контакты выключателя зажигания (см. рис. 52, клеммы 30/1 и 15). При этом максимальная сила тока при активной нагрузке (включение) может достигать 7А, а при индуктивной (выключение) - 11,6А. Иногда бывает, что из-за обгорания и окисления этих контактов система зажигания отказывала и на новом автомобиле.

На автомобилях с 1986 года в систему зажигания устанавливают дополнительное реле (см. cxeму БТСЗ, рис.62). В этом случае через контакты выключателя протекает только небольшой (управляющий) ток.

Увеличение числа оборотов двигателя и количества цилиндров привели к значительному уменьшению угла (промежутка времени) замкнутого состояния контактов, что привело к уменьшению в разы силы тока в первичной цепи (см. рис. 57 и 58). Поэтому КСЗ уже не может обеспечить надежную работу двигателя, т.к. больше нельзя повышать величину тока в первичной цепи. Главный недостаток КСЗ – большой ток, проходящий через прерыватель и вызывающий электроэрозионный износ его контактов, что в первую очередь уменьшают срок службы и снижают надежность всей системы зажигания.

Надежность же непосредственного зажигания горючей смеси в камере сгорания зависит от энергии искры, которая определяется напряжением, силой тока и временем горения. Основным параметром, определяющим надежность зажигания, является напряжение.

При благоприятных условиях, когда в конце такта сжатия давление достигает 0,8-1,0 МПа, а зазор между электродами свечи около 1 мм, достаточно напряжения 8-10 кВ. С целью увеличения надежности зажигания напряжение повышают до 25 кВ и более. Чем выше напряжение, тем меньше система зажигания чувствительна к загрязнению электродов свечи и составу смеси.

 

 

Рис. 57. Зависимость первичной силы тока (J₁) от времени замкнутого состояния контактов (t) при различной частоте вращения коленчатого вала двигателя (1000, 2000, 3000, 4000, 5000 мин')

 

Рис. 58. Зависимость первичного тока (J1) от угла поворота вала распределителя (φ_р) для 4 (а), 5(б), 6(в) и 8-цилиндровых двигателей

 

Контактно-транзисторная система зажигания

Транзистор – полупроводниковый прибор, служащий для преобразования электрических величин (в частности, использующийся для увеличения мощности). КТСЗ (Рис. 59, 60) имеет следующие достоинства: - через контакты прерывателя проходят только управляющие импульсы тока (~0,5А). К первичной цепи катушки зажигания…

Бесконтактно-транзисторная система зажигания

БТСЗ– это системы зажигания повышенной энергии (до 50 мДж) и высокого напряжения пробоя (не менее 30 кВ). В БТСЗ вместо прерывателя-распределителя… Все виды датчиков, используемых в БТСЗ, делят на параметрические и…  

Микропроцессорные системы управления двигателем

Система управляет двигателем по оптимальным характеристикам и не требует каких-либо регулировок и обслуживания в эксплуатации, т.е. автомобиль… С помощью мотор-теста система диагностирует: уменьшение компрессии в цилиндрах… МСУД включает коммутатор и микро-ЭВМ с различными датчиками. Применяемые у нас МСУД предназначены для управления…

Основные элементы системы зажигания

5.6.1 Катушка зажигания

Основная характеристика катушки – сопротивление первичной обмотки, которое зависит не только от типа системы зажигания, но и как показывает нижеприведенная таблица, от особенностей электрической схемы системы зажигания применяемых на различных автомобилях.

Таблица 1. Сопротивление обмоток некоторых катушек зажигания

Обозначение катушек или марка автомобиля	Система зажигания	Сопротивление при 20°С, Ом
первичная обмотка	вторичная обмотка
Б117-А	KC3	3,07—3,50	5400—9200
27.3705	БТСЗ	0.45±0,05*	5000±500
29.3705	МСУД БТСЗ-TSZh	0,5*0,05	11000±1500
VOLVO 740	КТСЗ	1,7—2.1**	7500—11500
	БТСЗ	0,6—0,9	6500—8500
	БТСЗ	0,6—0,9	6500—9000
	БТСЗ	0,4—0,8	3500—6500
		0,4—0,8	2500—5500
	МСУ	0,5
BMW	KC3	2.9—3,4	не измеряется
серий «3»и»5»		1.7—2.1***	не измеряется
	БТСЗ	0,82+10%	8250±10%
	МСУД	0,4±0,1****	не измеряется
OPEL Rekord E	КТСЗ	1.2—1,8	не измеряется
MAZDA 323	БТСЗ	не измеряется	10000—30000
AUDI 100	БТСЗ	0,52—0,76	2400—3500
	МСУД	0,5—1,5	5000—9000

· сопротивление измеряется при 25⁰С;

** может быть добавочное сопротивление 1,23-1,36 Ом;

*** может быть добавочное сопротивление 0,9±0,05 Ом;

**** может быть добавочное сопротивление 0,4-0,6 Ом

 

5.6.2. Высоковольтные провода

 

Наиболее широко распространенные «жигулевские» провода имеют следующую конструкцию. Сердечник провода, представляющий собой шнур из льняной пряжи, заключен в оболочку, изготовленную из пластмассы с максимальным добавлением феррита. Поверх этой оболочки намотан провод диаметром 0,11 мм из сплава никеля и железа по 30 витков на сантиметр. Снаружи провод имеет изолирующую оболочку из поливинилхлорида.

Высоковольтные провода должны быть чистыми, иначе снаружи может образоваться токопроводящий слой грязи, который будет уменьшать максимальное напряжение во вторичной цепи.

Главное в проводах – это величина распределенного по длине сопротивления и величина пробивного напряжения изоляции. В зависимости от величины распределенного сопротивления оболочка прово­да имеет различную окраску.

Наши красные высоковольтные провода имеют распределенное сопротивление 2 кОм на метр длины (точнее 1,8-2,2 кОм) и пробивное напряжение 18 кВ.

Для систем зажигания высокой энергии (ВАЗ-2108, -2109) применяют провода синего цвета (силиконовая изоляция) с распределенным сопротивлением 2,55 кОм (2,28-2,82 кОм) и пробивным напряжением до 30 кВ. Зарубежные высоковольтные провода, как правило, отлича­ются повышенным распределенным сопротивлением (более строгие требования к подавлению радиотелепомех у систем зажигания высокой энергии). Величина распределенного сопротивления может быть в пределах 9—25 кОм на метр, т.е. заметно больше наших красных и синих проводов.

Увеличение распределенного сопротивления вызывает уменьшение времени горения искры между электродами свечи до 20%, а энергию высоковольтного импульса – до 50%. Такое снижение может свести на нет все «запасы» в системе зажигания и запуск двигателя при неблагоприятных условиях может оказаться невозможным.

Если в темноте, открыв капот при работающем двигателе, вы обнаружили «северное сияние» – светящиеся высоковольтные провода, то их необходимо заменить. Если за высоковольтные провода иномарок можно свободно браться руками, то до наших проводов лучше не дотрагиваться. При обычной системе зажигания «дотрагивание» может вызвать просто неприятные ощущения, при системах зажигания высокой энергии искра может пробить кожу и велика вероятность получить травму.

Крышка распределителя

Искры, проскакивающие между наружным контактом ротора и боковы­ми электродами крышки, приводят к образованию в распределителе озона и паров кислот.… Стекание импульсов вызывает обугливание пластмассы крышки с уменьшением… Это приводит к тому, что утром, после ночной стоянки, двигатель не пускается. После мойки автомобиля через 1-2 км…

Ротор (бегунок)

Прерыватель-распределитель состоит из 3-х частей: прерыватель (или датчик Холла), механизмы опережения зажигания (центробежный, вакуум­ный регуляторы) и собственно распределитель, который состоит из ротора и электродов, установленных в пластмассовой крышке.

Ротор крепится в определенном положении, которое обеспечивается различными пазами, выступами, лысками и т.п. На роторе закреплены центральный и наружный контакты, между ними в углублении находится резистор (5-6 кОм).

В центральный контакт упирается подпружиненный угольный электрод (8-14 кОм), передающий импульсы высокого напряжения от катушки зажигания к ротору. При вращении ротора эти импульсы передаются от наружного контакта ротора к боковым электродам в крышке и далее к свечам зажигания.

Свечи зажигания

Рис. 67. Основные элементы свечи с плоской опорной поверхностью: 1 – контакт высоковольтный; 2 – контактный стержень; 3 - изолятор; 4 – корпус; 5 – токопроводящий стеклогерметик…

Таблица 3 Характерные случаи состояния свечей зажигания

Электроды	Тепловой конус изолятора*	Эксплуатационное состояние
Темные, светло-коричневые, светло-се­рые	Светло-коричневый	Свечи, карбюратор, двигатель в нормальном состоянии
Черные или закопченые	Черный или закопченый	Смесь слишком богатая, слишком большой зазор между электродами
Серые, мелкие следы оплавления	Светло-серый, белый	Смесь слишком бедная, свечи негерме­тичны или вывернулись, клапаны закрываются негерметично
Замаслены	Замаслен	Неплотные поршни, кольца, вышли из строя свечи

 

· при применении бензинов с добавками свинцовых соединений (этилированных) изолятор свечи в нормальном состоянии должен быть серого цвета

· при применении бензина с добавками железосодержащих антидетона-торов (в концентрации более 36 мг/л) на свечах образуется несгораемый трудноудаляемый токопроводящий нагар красного цвета, сокращающий срок работы свечи.

 

Условия работы свечи очень напряженные. На работающем двигателе она контактирует с продуктами сгорания при температуре до 2700°С и давлении 5...6 МПа. В камере сгорания температура газовой среды колеблется от 70 до 2000...2700°С. Окружающий изолятор воздух подкапотного пространства может иметь температуру от -60 до +80°С.

При всем этом температура нижней части изолятора (тепловой конус) у современных свечей должна быть в пределах 400-900°С. Диапазон 400-900°С – тепловые пределы работоспособности (температуры самоочистки и перегрева) свечей зажигания.

При температуре ниже 400°С на тепловом конусе возможно отложение нагара. При этом искры между электродами временами вообще может не быть – в работе двигателя появятся перебои.

При температуре теплового конуса более 900°С происходит воспламенение рабочей смеси уже не искрой, а от соприкосновения с раскаленным изолятором, электродами, с частицами сгоревшего нагара. В этом случае наступает калильное зажигание, при котором, двигатель продолжает «работать» и при выключенном зажигании, а из-за перегрева возможно выгорание (оплавление) электродов, изолятора и появление эрозии торца корпуса.

Свечи зажигания существенно различаются своей теплонапряженностью, т.е. способностью работать при разной степени нагрева. Например, свечи с большой теплоотдачей называются «холодными», а с меньшей теплоотдачей – «горячими».

Тепловой режим в камере сгорания двигателя зависит в первую очередь от степени сжатия. Для двигателей с малой степенью сжатия применяются свечи более «горячие», иначе они не будут самоочищаться. Двигатели с высокой степенью сжатия имеют более напряженный тепловой режим. Существует опасность в перегреве свечей, поэтому применяются свечи более «холодные».

Теплоотдача свечи определяется целым рядом параметров: длиной резьбы и теплового конуса, зазором между тепловым конусом и корпусом, длиной верхней части изолятора и ребра (канавки) на нем, теплопроводностью материалов (изолятора, электродов, корпуса и т.д.). Теплоотдачу свечи можно характеризовать калильным числом, которое входит в обозначение свечи.

И последнее: покупая провода высокого напряжения с распределенным по длине сопротивлением, имейте в виду, что провода красного цвета (ПВВП-8) имеют сопротивление 2000±200 Ом/м, а провода синего цвета (ПВППВ-40) – 2550±270 Ом/м.

В свечах зажигания типа А17ДВР, FE65PR, FE65CPR сопротивление 4000-10000 Ом. В роторе устанавливают резистор на 1000 Ом.

Все перечисленные сопротивления предназначены для подавления радиопомех. Повышенные сопротивления в рассмотренных элементах особенно отрицательно могут сказаться на запуске и работе двигателя зимой.

Соответствие свечи двигателю и условиям эксплуатации – это легкий пуск, хорошая приемистость.

Применять свечи с помехоподавательным сопротивлением (буква R в обозначении) при обычной (контактной) системе зажигания не следует. Если еще вдобавок используются и синие высоковольтные провода (вместо красных), то «подавить» можно не только помехи, но и саму искру между электродами свечи.

Свечи с платиновым напылением электродов (W7DP, WR7DP) и тем более с серебряным (WR7DS) более дорогие и долговечные. Свечи с серебряным напылением чаще применяют для двигателей с наддувом и большой мощности.

5.6.6. Прерыватель – распределитель

 

Прерыватель-распределитель (Рис. 69) предназначен для прерывания тока низкого напряжения в первичной обмотке катушки зажигания и распределения тока высокого напряжения по свечам в соответствии с порядком работы двигателя. Он состоит из прерывателя низкого напряжения, конденсатора, распределителя тока высокого напряжения, центробежного и вакуумного регуляторов опережения зажигания и октан-корректора.

Рис. 69. Прерыватель – распределитель:

І и ІІ – полости вакуум-корректора; 1 – валик: 2 – пластина; 3 – фильц; 4 – бегунок; 5 – крышка; 6 – клемма высокого напряжения; 7 – пружина контактного уголька; 8 – контактный уголек; 9 – защелка крышки; 10 – центробежный регулятор; 11 – фильц кулачка; 12 – клемма низкого напряжения; 13 – вакуумный регулятор; 14 – конденсатор; 15 – регулировочная гайка октан-корректора; 16 – регулировочный винт; 17 – подвижный контакт прерывателя (молоточек); 18 – неподвижный контакт прерывателя (наковаленка)

 

Для каждого двигателя при определенной частоте вращения колен­чатого вала и нагрузке можно подобрать оптимальные углы опережения зажигания, соответствующие наибольшей мощности или наимень­шему расходу топлива.

При повышении частоты вращения коленчатого вала двигателя сокращается время совершения каждого такта и возрастает доля времени (угол поворота коленчатого вала), в течение которого происходит развитие начальной стадии процесса сгорания (возникновение очага горения и форсирование фронта пламени). Поэтому угол опережения зажигания необходимо увеличивать. Автоматическое изменение угла опережения зажигания при изменении оборотов двигателя выполняет центробежный регулятор.

Центробежный регулятор (Рис. 70) служит для изменении угла опережения зажигания в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя.

 

Рис. 70. Устройство центробежного регулятора:

1 – кулачек: 2 – грузик; 3 – пластина кулачка; 4 – ведущий валик; 5 – штифт; 6 – пружина; 7 – ось грузика; положение грузиков: І – на холостом ходу двигателя; ІІ – при максимальной частоте вращения вала двигателя

 

На ведущем валике 4 закреплена пластина с осями 7 грузиков. Грузики 2 связаны между собой пружинами 6. На каждом грузике есть штифт 5, входящий в прорези пластины 3, укрепленной на втулке кулачка 1. Привод кулачка осуществляется от валика 4 через грузики 7. С увеличением числа оборотов грузики под действием центробежных сил расходятся, штифты 5, двигаясь в пазах пластины 3, поворачивают ее и, связанный с ней кулачек в сторону вращения ведущего валика. В результате кулачек раньше размыкает контакты прерывателя и угол опережения зажигания увеличивается. Кулачок может поворачиваться грузиками на 15°-15,5° относительно валика (соответствующее опережение зажигания по коленчатому валу – 30°-31°).

 

С увеличением нагрузки угол опережения зажигания необходимо уменьшать, так как возрастает скорость сгорания смеси. Автоматическое изменение угла опережения зажигания при изменении нагрузки на двигатель выполняет вакуумный регулятор.

Вакуумный регулятор (Рис. 71) служит для изменения угла опережения зажигания в зависимости от нагрузки двигателя. Вакуумный регулятор работает независимо от центробежного регулятора.

 

 

Рис.71. Устройство вакуумного регулятора:

1 – крышка корпуса; 2 – регул-ировочная прокладка; 3 – уплотнительная прокладка; 4 – штуцер крепления трубки; 5 – трубка; 6 – пружина; 7 – диафрагма; 8 – корпус регулятора; 9 – тяга; 10 – ось тяги; 11 – подвижная пластина прерывателя; І – положение диафрагмы вакуумного регулятора: а – нагрузка на двигатель больше; б – на-грузка меньше

 

Полость регулятора, в которой размещена пружина 6, соединена трубкой 5

со смесительной камерой карбюратора над дроссельной заслонкой. Другая полость сообщается с атмосферой.

К диафрагме 7 прикреплена тяга 9. Она связана шарниром с подвижной пластиной 11, на которой установлен прерыватель. При уменьшении нагрузки двигателя дроссельная заслонка прикрывается и разрежение в месте подсоединении трубки 5, а следовательно и в полости с пружиной увеличивается. Под действием разрежения диафрагма 7, преодолевая усилие пружины 6, перемещается и тягой 9 поворачивает подвижную пластину 11 вместе с прерывателем навстречу вращению кулачка. Угол опережения зажигания увеличивается.

Таким образом, угол опережения зажигания должен увеличиваться с повышением частоты вращения коленчатого вала двигателя и уменьшением нагрузки, а также уменьшаться при понижении частоты вращения коленчатого вала и увеличении нагрузки.

Контакты прерывателя

Надежность классической системы зажигания (KC3) в существен­ной мере зависит от прерывателя. Часто бывает так, что о прерывателе (кстати, как и о… Одна из особенностей работы системы зажигания заключается в том, что снижение… У прерывателя через каждые 10 тыс. км рекомендуется проверять состояние контактов, легкость вращения рычажка с…

Системы смазки и охлаждения и пуска

Условия смазки и смазочные масла для отдельных узлов и де­талей двигателя выбирают в зависимости от нагрузки на трущиеся поверхности, скорости… По конструктивным и другим соображениям поддержание усло­вий жидкостного… 6.1. Системы смазки.

Система охлаждения

В поршневых двигателях в процессе сгорания рабочей смеси температура в цилиндрах двигателя повышается до 2000—28000 К. К концу процесса расширения… Температура стенок и головок цилиндров оказывает существен­ное влияние на… Поддержание оптимальной температуры стенок цилиндра и го­ловки с целью получения наибольшей мощности, экономичности и…

Система пуска

Пуск поршневых д. в. с., независимо от типа и конструкции, осуществл-яется вращением коленчатого вала двигателя от постороннего источника энергии.… В зависимости от источника энергии для вращения коленчато­го вала различают… Для двигателей строительных и дорожных машин малой и сред­ней мощности широко применяют систему пуска электрическим…

Эксплуатационные материалы ДВС

Топлива

Основная часть его – углеводороды. Бензин получают путем конденсации легких фракций переработки нефти, выкипающие… Смесь дизельного топлива с остаточными продуктами перегонки (до 80%) перегонки нефти называют тяжелым дизельным…

Моторное масло

Моторные масла, применяемые в поршневых двигателях, долж­ны обладать рядом специфических свойств. Один из основных пока­зателей моторных масел —… С вязкостью масла связан его расход вследствие выгорания. Из-за насосного… При граничном трении коэффициент трения зависит не от вяз­кости масла, а от содержания в масле поверхностно-активных…

Классификация моторных масел по ССМС

 

Класс масла Рекомендуемая область применения

 

Масла для бензиновых двигателей

G1 ДВС, работающие в обычных условиях.

G2 ДВС, современных легковых автомобилей, работающие в

ужесточенных условиях.

G3 ДВС современных и перспективных автомобилей, предъявляющие высокие требования к вязкостным и противоокислительным свойствам масла.

G4 ДВС современных и перспективных автомобилей для скоростных автострад.

G5 ДВС спортивных скоростных автомобилей.

 

Масла для дизелей

 

D1 ДВС без наддува, работающие в обычных условиях.

D2 ДВС без наддува для тяжелых условий или с наддувом для умеренныхъ условий.

D3 ДВС с наддувом для особо тяжелых условий.

PD-1 Дизели легковых автомобилей.

D4 ДВС с высоким наддувом, работающие в тяжелых условиях.

D5 ДВС с высоким наддувом, работающие в особо тяжелых условиях.

PD-2 ДВС с турбонаддувом для легковыцх автомобилей, предъявляющие особые требования к диспергирующим свойствам масла.

 

В 1996 г. классификацию ССМС сменила новая АСЕА (Ассоциация европейских производителей автомобилей). Это также европейская классификация моторного масла, которая более полно характеризует его применяемость. В ней три класса А,В и Е.

 

Классификация моторных масел по АСЕА

Категория Характеристики Применение и особенности

«А» - бензиновые двигатели

А1-96 Предотвращение образования Масло с максимальным

Отложений на поршне и шлама, топливосберегающим эф-

Стойкость к высокотемператур- фектом .Новый стандарт

ному окислению, защита от из- для моторных масел с низ-

носа. ким значением вязкости

при 150⁰С (без наддува).

А2-96 То же, что и А1-96, но с лучшей Стандартный класс для

защитой подшипников. Для двигателей современ - ных и перспективных авто-

мобилей, используемых на

скоростных автотрассах

(лучше G4 на 20%).

А3-96 То же, что и А2-96, но с лучшей Экстракласс для ДВС ско-

стойкостью к высокотемпера- ростных автомобилей с осо-

турному окислению, чем А1-96 быми требованиями к про-

и А2-96. тивоокислительным, вязко-

стным и противоизносным

свойствам масла (лучше

чем G5 на 20%)

«В»- дизельные двигатели легковых автомобилей

В1-96 Предотвращение образования Масло с максимальным топ-

отложений на поршне, диспер- ливосберегающим эффектом.

гирования сажи (загущение ма- Новый стандарт для мотор-

сла), защита кулачков распре- ных масел с низким значени-

делительного вала от износа. ем вязкости при 150⁰С (без

наддува).

В2-96 То же, что и В1-96, но с лучшей Стандартный класс, двигате-

защитой подшипников. Ли с турбонаддувом и без

него для легковых автомо-

биллей. По сравнению с

PD-2 улучшает диспергиро-

вание сажи на 30%.

В3-96 То же, что и В2-96, но с лучшей Экстракласс, двигатели с

защитой кулачков распредели- турбонаддувом для легко-

тельного вала от износа, способ- вых автомобилей. По срав-

ностью диспергировать сажу и нению с PD-2 улучшает ди-

сохранять вязкостную характе- спергирование сажи на 20-

ристику. 30%.

«Е» - дизельные двигатели грузовых автомобилей

Е1-96 Предотвращение образования Стандартный класс, двига-

отложений на поршне, полиров- тели с высоким наддувом,

ка цилиндров, защита кулачков работающие в тяжелых ус-

распределительного вала от из- условиях, по свойствам

носа. (износ) лучше D4 на 20%.

Е2-96 Лучшие характеристики, чем Стандартный класс, двига-

у Е1-96, по тем же показателям. тели с высоким наддувом

и без наддува, работающие

в легких и тяжелых условиях,

по свойствам (чистота и износ)

лучше, чем Е1-96.

Е3-96 Лучшие характеристики, Экстракласс с отличной спосо-

чем у Е2-96, по тем же собностью диспергировать

показателям. Дополни- сажу, двигатели с высоким

тельно контролируется наддувом, работающие в осо-

способность диспергиро- бо тяжелых условиях, по свой-

вать сажу и сохранять вяз- вам (чистота и износ) лучше,

кость. чем D5 в целом на 20%.

 

Многие производители автомобилей предъявляют дополнительные ребования к маслам, применяемым в их двигателях. Для этой цели некоторые фирмы составляют списки или спецификации, в которых перечиасляются все проверенные и апробированные продукты.

 

Охлаждающие жидкости

Требования к охлаждающим жидкостям: - иметь высокую температуру кипения и теплоту испарения; - иметь низкую температуру кристаллизации;