Основні теоретичні відомості

Процес сумішоутворення в дизелі, на відміну від карбюраторного двигуна, відбувається за дуже малий проміжок часу - приблизно за 0,001 с. Тому дуже важливо, щоб паливо, що впорскується у циліндри, було розпилене на найдрібніші краплини і рівномірно розподілене по всьому об'єму повітря в камерах згоряння. Тоді воно буде надійно займатися і інтенсивно згоряти.

Головними вимогами до системи живлення дизеля є створення високого тиску при впорскуванні палива в камери згоряння, добре розпилювання його в стисненому повітрі, дозування порцій палива відповідно до навантаження двигуна і, нарешті, синхронізація моменту початку впорскування з рухом поршнів у відповідності з робочим циклом двигуна.

Крім того необхідно забезпечити рівномірність подачі палива по всіх циліндрах двигуна і надійну фільтрацію його перед надходженням до насоса високого тиску і форсунок.

Загальна схема системи живлення дизеля приведена на рис. 3.1. Запас палива

знаходиться в паливному баку 1. За допомогою підкачувального насоса 10, через фільтри грубої 4 і тонкої 18 очистки воно подається до насоса високого тиску 12.

Відповідно до порядку роботи циліндрів, під високим тиском паливо надходить від насоса до форсунок 6 по паливопроводах 8 високого тиску. Форсунки, що розташовані в головці (головках) циліндрів, впорскують паливо у камери згоряння, добре розпилюючи його і перемішуючи з повітрям. Частина палива, що просочилось

При нижньому положенні плунжера (рис. 3.2 а), тобто коли на штовхач не діє кулачок приводного вала, робоча порожнина гільзи сполучена з впускним отвором З, і паливо через канал 4 заповнює весь надплунжерний простір. При обертанні приводного вала кулачок діє на штовхач (рис. 3.2 б) і переміщує плунжер вгору. Паливо витісняється з надплунжерного простору назад у канал 4, доки плунжер своїм верхнім краєм не перекриє отвір 3. Під час подальшого руху плунжера вгору паливо стискається в ізольованому просторі над плунжером і, яктільки тиск на нагнітальний клапан 6 знизу перевищить тиск на нього пружини 5 зверху, клапан відривається від свого сідла (рис. 3.2 в), відкриваючи шлях паливу через трубопровід високого тиску до форсунки.

На початку подачі палива до форсунки імпульс тиску в трубопроводі поширюється з швидкістю звуку в рідині (приблизно 1500 м/с). Це забезпечує своєчасний і чіткий початок впорскування палива форсункою.

Подача палива у форсунки відбувається до того моменту, коли гвинтовий паз плунжера не з'єднає надплунжерну порожнину через осьовий канал з перепускним каналом 8 (рис. 3.2 г). Внаслідок цього тиск палива над плунжером різко знижується і, коли він зрівняється з тиском пружини, нагнітальний, клапан притискується до сідла, відокремлюючи надплунжерну порожнину від паливопроводу високого тиску і зберігаючи в ньому паливо під залишковим тиском. Виконується так звана відсічка палива. Проте, якщо залишковий тиск у паливопроводі буде надмірним, форсунка не здатна буде чітко припинити впорскування, а це може спричинити нагароутворення у її вихідних отворах.

Для усунення цього недоліку-для чіткого припинення дії форсунки на нагнітальному клапані зроблений розвантажувальний поясок 10. При різкому припиненні подачі палива нагнітальний клапан під дією пружини і тиску у паливопроводі починає рухатись до сідла. При цьому в отвір сідла спочатку входить циліндричний поясок 10 і, рухаючись далі як поршень, відсмоктує паливо з трубопроводу і тільки після цього конічна фаска клапана закриває сідло.

Важливо відмітити, що кількість палива, яке подається секцією до форсунки за один хід плунжера, залежить від відстані, яку проходить плунжер з моменту перекриття впускного отвору 3 торцем плунжера до моменту відкриття перепускного отвору 9 гвинтовим пазом. Зазначену відстань у процесі роботи двигуна можна змінювати, якщо повертати плунжер відносно його поздовжньої осі. Для цього призначений привід керування подачею палива. Він включає в себе передачу, що складається з рейки і зубчастого колеса, або систему важелів, які зв'язують плунжер з педаллю водія чи з всережимним регулятором частоти двигуна.

ПНВТ, що випускаються різними фірмами, за конструкцією досить різноманітні, хоча принцип дії їх робочих секцій залишається в основному аналогічним. Насос складається з корпусу 25 (рис. 3.3), в якому розміщені однотипні секції. До кожного штуцера секції за допомогою накидної гайки приєднується паливопровід високого тиску для подачі палива до форсунки. Горизонтальна перегородка ділить корпус на дві частини. У верхній просвердлено з'єднані між собою поздовжні канали 4 і 9, що створює загальний П-подібний

канал. Один кінець каналу сполучається з фільтром тонкої очистки палива, інший - з підкачувальним насосом для перепускання надлишку палива, коли тиск досягне 0,07...0,12 МПа. У штуцері каналу розміщений перепускний клапан 21.

У нижній частині корпусу насоса на шарикових підшипниках розміщений вал 1, кулачки якого приводять у дію насосні секції. До корпусу кріпиться також папивопідкачувальний насос, привід якого виконується від ексцентрика на валу.

Насос приводиться у дію від зубчастого колеса, розташованого на колінчастому валу. Це колесо з'єднане з зубчастим колесом насоса через проміжне колесо. Правильне взаємне розташування цих коліс при складанні контролюють за допомогою установочних міток.

Зубчасте колесо паливного насоса обертається на маточині фланця 23. Просвердлені у фланці канали забезпечують підведення оливи до робочої поверхні "втулка колеса - поверхня маточини". З валом насоса колесо з'єднане за допомогою шліцьового фланця 31, який закріплений двома кріпиться до валу насоса шпонкою і зафіксована гайкою 17. З'єднання втулки і фланця можливе лише в одному положенні, оскільки в їх з'єднанні є один широкий шліц.

Одноплунжерні паливні насоси розподільного типу знаходять все більшого розповсюдження на сучасних автомобільних дизелях.

Як зразок такого ПНВТ розглянемо конструкцію та принцип дії насоса НД- 22/6Б4 (рис. 3.4). Такі насоси уніфіковані для 2,4, 6 і 12-циліндрових двигунів.

Нерозбірний корпус насоса виготовлений з алюмінієвого сплаву і складається з трьох порожнин. В одній з цих порожнин розміщено насосну секцію, у другій - механізм регулятора частоти обертання, у третій - привідний вал з ексцентриковим валом привода підкачувального насоса.

Насосна секція складається з втулки 9 (рис.3.5), виконаної разом з розподільною головкою, штуцерів і паливопроводів високого тиску з нагнітальним 4 і зворотними (розвантажувальними) 5 клапанами. Основою вузла є плунжер 10 з дозатором 11 та зубчаста втулка зі зворотною пружиною 19. Втулка плунжера має центральний робочий канал А, вікно Б для дозатора, впускний отвір В та розподільні канали.

болтами до колеса, та шліцьової втулки кріпиться до валу насоса шпонкою і зафіксована гайкою 17. З'єднання втулки і фланця можливе лише в одному положенні, оскільки в їх з'єднанні є один широкий шліц.

Одноплунжерні паливні насоси розподільного типу знаходять все більшого розповсюдження на сучасних автомобільних дизелях.

Як зразок такого ПНВТ розглянемо конструкцію та принцип дії насоса НД- 22/6Б4 (рис. 3.4). Такі насоси уніфіковані для 2,4, 6 і 12-циліндрових двигунів.

Нерозбірний корпус насоса виготовлений з алюмінієвого сплаву і складається з трьох порожнин. В одній з цих порожнин розміщено насосну секцію, у другій - механізм регулятора частоти обертання, у третій - привідний вал з ексцентриковим валом привода підкачувального насоса.

Насосна секція складається з втулки 9 (рис.3.5), виконаної разом з розподільною головкою, штуцерів і паливопроводів високого тиску з нагнітальним 4 і зворотними (розвантажувальними) 5 клапанами. Основою вузла є плунжер 10 з дозатором 11 та зубчаста втулка зі зворотною пружиною 19. Втулка плунжера має центральний робочий канал А, вікно Б для дозатора, впускний отвір В та розподільні канали. У плунжері зроблений центральний канал Д, розподільний отвір Е з пазами та перепускний (відсічний) канал О. Центральний робочий канал втулки закритий зверху пробкою 8.

Контактні поверхні втулки, плунжера і дозатора ретельно оброблені та індивідуально підігнані одна до одної. Ці деталі становлять невзаємозамінні - прецизійні пари. Нижній кінець плунжера квадратний, що забезпечує його зачеплення і сумісне обертання з втулкою 18 (рис. 3.4), не заважаючи в той же час переміщенню плунжера уздовж осі втулки.

Нагнітальний хід плунжера здійснюється під дією кулачка, всмоктувальний - під дією пружини. Одночасно із зворотно-поступальним рухом плунжер обертається відносно своєї вісі завдяки приводу від зубчастого колеса 25, що знаходиться на ексцентриковому валу 27, через вал регулятора 15 з колесом, проміжне колесо 16 та зубчасту втулку 18 насосної секції.

Положення плунжера має бути узгоджено з положенням кулачкового вала. Для цього на верхньому краю вала регулятора нанесено мітку, а в кришці його підшипника змонтовано лімб 29 з поділками від 0° до 360°.

Паливо подається в трубку високого тиску в такій послідовності: пгговхач скочується з кулачка (рис. 3.5 а), плунжер під дією пружин рухається вниз, створюючи розрідження у надплунжерній порожнині втулки. З моменту відкриття краєм плунжера впускного отвору В надплунжерна порожнина А заповнюється паливом.

Під час руху плунжера під дією кулачка вгору (рис. 3.5 б) паливо витісняється назад у впускний канал, поки край плунжера не перекриє його. У момент перекриття впускного отвору розподільний отвір Е з пазом з'єднує центральний канал плунжера Д з розподільним каналом 7 втулки. Подальший рух плунжера вгору створює високий тиск палива, під яким воно подається до форсунки і вприскується в камеру згоряння. Цей процес продовжується, поки перепускний (відсічний) канал О не вийде за межі дозатора 11, перепускаючи паливо в порожнину тиску, внаслідок чого подача його до форсунки припиняється.

Кількість палива, що надходить до форсунки, регулюється зміщенням дозатора уздовж осі плунжера: чим вище дозатор, тим більше палива подається форсункою, оскільки пізніше починається відсікання його. Крайня нижня позиція дозатора відповідає відсутності подачі (нульовий вприск).

 

Через кожні 120° повороту кулачкового вала насоса процес подачі палива повторюється, але воно надходить в наступний за напрямом обертання плунжера розподільний канал втулки і подається до форсунки наступного, згідно з порядком роботи двигуна, циліндра.

У штуцерах головки насоса розмішені нагнітальні та зворотні клапани. Вони працюють так: при відсутності подачі палива до форсунки нагнітальний клапан 4 притиснутий пружиною 3 до сідла 7, а зворотний (розвантажувальний) 5 - пружиною 6 до нагнітального і перекриває його калібрований отвір. Під тиском палива обидва клапани піднімаються і пропускають його до форсунки.

З початком перепускання палива клапани опускаються, оскільки тиск, створений пружиною нагнітального клапана зверху, буде більшим, ніж тиск палива на нагнітальний клапан знизу. Розподільний канал втулки і паливо-провід високого тиску роз'єднуються. Внаслідок різниці тисків у паливо-проводі та під клапанами зворотний клапан відходить від нагнітального і частина палива перепускається через калібрований отвір (жиклер) Ж нагнітального клапана. Внаслідок цього паливопровід розвантажується від високого тиску, що забезпечує чіткість припинення впорскування форсункою.

Привідний вал 23 (рис.3.4) насоса обертається на двох шарикових підшипни­ках. Механізм приводу (так як і у насоса УТН-5) являє собою шли-цьовану втулку із шайбою і привідною шестернею. Відповідним з'єднанням ведучих і ведених частин приводу паливного насоса встановлюється відповідний кут випередження початку подачі та впорскування палива.

Кутом випередження впорскування палива називають кутове положення шатунної шийки колінчастого вала двигуна відносно ВМТ, при якому починається впорскування палива у відповідний циліндр.

Для кожної моделі двигуна завод-виготовлювач рекомендує кут випередження подачі палива, який є оптимальним лише для номінальної частоти обертання колін­частого вала.

З метою підвищення паливної економічності двигуна на різних режимах роботи, а також для полегшення його запуску в деяких насосах передбачено автоматичну муфту зміни кута випередження впорскування.

Конструктивна схема такої муфти приведена на рис. 3.6. її ведена півмуфта 13 за допомогою шпонки закріплена на передньому конічному кінці кулачкового вала ПНВТ. На маточині веденої півмуфти за допомогою втулки 3 вільно установлена ведуча півмуфта 1 (може повертатись на ній).

Ведуча напівмуфта приводиться в дію розподільним проміжним зубчастим колесом через вал з еластичними сполучними муфтами. На ведену напівмуфту обертання передається двома тягарцями 11. Тягарці можуть повертатися у площині, перпендикулярній до осі обертання муфти, на осях 16, запресованих у ведену напівмуфту. Підставка 12 ведучої напівмуфти впирається одним кінцем у палець тягарця, а другим - у профільний виступ. Пружини 8 стягують тягарці до упора у втулку 3 ведучої напівмуфти.

При збільшенні частоти обертання колінчастого вала тягарці під дією відцентрових сил розходяться, в результаті чого ведена напівмуфта повертається відносно ведучої в напрямі обертання кулачкового валика, що збільшує кут випередження упорскування палива.

При зменшенні частоти обертання колінчастого вала тягарці під дією пружини сходяться. Ведена напівмуфта повертається разом із валиком паливного насоса в бік, протилежний напрямові обертання вала, що зменшує кут випередження впорскування.

Порівнюючи конструкцію односекційних насосів розподільного типу з багатосекційними, необхідно зазначити, що кожна секція багатосекційного насоса обслуговує свій циліндр і регулюється на однакові для всього насоса параметри. Але під час роботи двигуна деталі насоса зношуються, регулювання його може порушитись, що значно впливає на узгодженість роботи окремих циліндрів двигуна і, як наслідок, знижує його ефективність. Тому багатосекційні ПНВТ вимагають періодичного ретельного регулювання.

Єдина плунжерна пара насоса розподільного типу обслуговує одночасно кілька циліндрів. Отже, важливою перевагою таких насосів є те, що непотрібно регулювати рівномірність подачі до окремих циліндрів. Крім того, такі насоси більш компактні і маса їх незначна.

До недоліків односекційних насосів відносять порівняно швидке спрацювання плунжерних пар і втрату потрібної щільності внаслідок складної кінематики і більш високої частоти роботи плунжерів. Тому технологічні вимоги до стійкості проти спрацювання плунжерних пар цих насосів вищі.

Форсунки призначені для подачі палива під високим тиском і розпилювання його у камерах згоряння дизелів. Якість розпилювання і перемішування палива з повітрям залежить від способу сумішоутворення. У двигунах з розділеними камерами згоряння застосовують форсунки, які забезпечують подачу палива компактним стру­менем з порівняно малим кутом конуса розпилювання. Це пояснюється тим, що змішування палива з повітрям відбувається переважно за рахунок енергії потоку повітря, що рухається з надпоршневого простору у додаткову камеру. Досить поширені одноотворові штифтові форсунки (рис. 2.7 в) з тиском впорскування 12,5 ± 0,5 МПа.

У двигунах з неподільними камерами згоряння енергія струменя палива становить більшу частину енергії сумішоутворення. Подача палива в таких двигунах

відбувається за допомогою закритих багатоотворових форсунок (рис. 3.7 а) під тис­ком 17,5 ± 0,5 МПа через кілька соплових отворів. Форсунка складається з корпусу 4 та прикріпленого до нього гайкою 3 розпилювача 1. Розпилювач багатоотворової форсунки фіксується відносно корпусу штифтами 17, чим досягається потрібне орієнтування його відносно камери згоряння. Запірна голка 2 або штифт через штангу 5 пружиною 6 притис - каються до сідла, щільно закриваючи сопловий отвір розпилювача. Голка розпилювача з одного боку має хвостовик, в який упирається штанга 5, з іншого — конус, який притискається до сідла.

Під час нагнітального ходу плунжера паливного насоса тиск у камері 15 (рис. 3.8) розпилювача зростає. Якщо сумарний тиск на конусну поверхню запірної голки перевищує опір пружини, голка піднімається, відкриваючи шлях паливу до отворів розпилювача.

У штифтовій форсунці під час зростання тиску у кільце - вій камері 15 і піднімання штифта між ним і корпусом 1 створюється вузька щілина.

Внаслідок значного тиску впорскування і малих розмірів

щілини швидкість руху палива на виході з форсунки в камеру згоряння значно зростає, що забезпечує якісне розпилювання його.

Гвинт 9 призначений для регулювання зусилля пружини на штангу, від якого залежить тиск впорскування.

Якщо подача палива насосом припиняється, тиск у камері 15 знижується і голка під дією пружини 6 знову щільно закриває сопловий отвір розпилювача.

Паливопроводи високого тиску, що використовують в дизельних двигунах, найчастіше виготовляють із стальних трубок з внутрішнім діаметром 2 мм і товщи­ною стінки 2,5...3,5 мм. їх кріплять до штуцерів насоса і форсунок за допомогою накидних гайок. Для захисту від корозії зовнішні поверхні трубок оксидовані.

Висновок: на лабораторному занятті ми теоретично і практично ознайомитись зі схемою системи живлення чотирьохтактного дизеля.

Лабораторна робота №4