Устройство узлов, системы питания дизелей

Топливный бак состоит из двух штампованных и свар­ных половин из листовой стали. (Внутри бака вварены перегород­ки, придающие ему необходимую жесткость. В нижней части перегородок имеются вырезы для прохождения топлива в отсеки.) В верхнюю часть бака вварена горловина с фильтром, для заливки топлива.

Бак оборудован крышкой, подобной радиа­торной, с двумя клапанами и прокладкой, обеспечивающей его герметичность.

Фильтры грубой очистки.

В системе питания дизелей ЯМЗ применяются фильтры гру­бой и тонкой очистки топлива, включенные в систему последовательно, т. е, через них проходит все топливо. Фильтр грубой очистки топлива имеет сменный фильтрующий элемент 6, вставленный в корпус 5, который сверху закрыт крышкой 2. Между корпусом и крышкой поставлена, уплотнительная прокладка 9. Фильтрующий элемент состоит из хлопчатобумажной пряжи, намотанной на каркас, изготовленный в виде трубки с большим количеством отверстий. При установке фильтрующего элемента в корпус направляющая розетка, прива­ренная к днищу корпуса, входит в отверстие элемента. Кроме того, плотное соединение фильтрующего элемента с корпусом и крышкой достигается тем, что трех­гранные кольцевые рёбра крышки и днища корпуса вдавливаются в мягкие торцо­вые поверхности. Топливо, подаваемое к фильтру грубой очистки по трубопроводу, проходит через отверстие 4 и постепенно заполняет пространство между корпусом и фильт­рующим элементом. Пройдя через слой пряжи, очищенное топливо поступает внутрь каркасной трубки, поднимается вверх и по каналам крышки проходит через отверстие 1 в трубопровод, а затем подается к топливоподкачивающему насосу. На внешней поверхности фильтрующего элемента и на днище корпуса осаждаются механические примеси. Для спуска отстоя из кор­пуса фильтра в днище имеется от­верстие, закрываемое пробкой 8. При заполнении системы пита­ния топливом воздух из фильтра грубой очистки удаляется через от­верстие, закрываемое пробкой 3. По­сле замены фильтрующего элемента отвертывают пробку 3 и заполняют фильтр топливом.

Рис. 3. Фильтр грубой очистки топлива:

а – дизель; б – карбюраторный двигатель; 1 и 3 – трубки; 2 – корпус;

4 – распределитель потока топлива; 5 – нажимное кольцо; 6 – стакан; 7 – сетчатый фильтрующий элемент; 8 – успокоитель; 9 – сливная пробка

Рис. 5. Фильтр тонкой очистки

В фильтре тонкой очистки топлива (рис. 5) сменный фильтрующий элемент 14 надет на центральный стержень 16, приваренный к корпусу 15. Корпус фильтра закрыт крышкой 17, удерживаемой от смещения болтом 20, ввернутым в централь­ный стержень. Фильтрующий элемент представляет собой перфорированный металлический каркас, обмотанный ситцевой оберткой. На этом каркасе сформирована фильт­рующая масса из древесной муки, про­питанной пульвербакелитом. Чтобы то­пливо не могло миновать фильтрующе­го элемента, он пружиной 11, установ­ленной внизу, прижимается к крышке. Топливо, подаваемое топливоподкачивающим насосом к фильтру тонкой очистки, через отверстие проходит в крышку и заполняет все пространство между корпусом и фильтрующим элемен­том. Поступающее под давлением топливо просачивается через пористую фильт­рующую массу, поднимается вдоль центрального стержня и проходит в крышку. К отверстию присоединен теплоотводящий трубопровод, по которому топливо по­ступает к насосу высокого давления. Оставшиеся в топливе после фильтра грубой очистки механические примеси задерживаются фильтром тонкой очистки, и часть их осаждается на дно корпуса, имеющего сливное отверстие для удаления отстоя, закрываемое пробкой 10. С течением времени фильтрующие элементы засоряются и их гидравлическое сопротивление возрастает. Поэтому фильтрующие элементы фильтров грубой и тонкой очистки нужно периодически заменять.

Насос низкого давления дизе­ля КамАЗ- 740 (рис. 6) работает следующим образом. При опуска­нии толкателя 1 поршень 2 под действием пружины 3 движется вниз. При этом в полости А созда­ется разрежение и впускной кла­пан 4, сжимая пружину, перепус­кает топливо в эту полость по топливопроводу от фильтра грубой очи­стки. Одновременно топливо, нахо­дящееся в нагнетательной полости Б, вытесняется к топливному насо­су высокого давления (ТНВД). При движении поршня 2 вверх под давлением предварительно по­ступившего топлива закрывается впускной клапан 4 и открывается выпускной клапан 6. В этом слу­чае топливо из полости А через перепускной канал поступает в полость Б, и при последующем перемещении поршня 2 вниз опи­санный цикл работы насоса повторяется.

К фланцу насоса низкого давления крепится насос 5 ручной подкачки топлива. В системе питания дизелей КамАЗ установлен второй насос ручной подкачки топлива аналогичного типа, кото­рый крепится через кронштейн к картеру сцепления. Этот насос позволяет подкачивать топливо без опрокидывания кабины, что создает значительные удобства при пуске двигателя, особенно в сложных условиях эксплуатации автомобилей.

Рис. 6. Схема топливоподкачивающего насоса дизеля КамАЗ-740

Форсунка: с помощью форсунок топливо поступает в камеру сгорания двигателя в мелкораспыленном состоянии и под боль­шим (около 17 МПа) давлением. На дизелях устанавливают мно­годырчатые форсунки с малым диаметром распыливающих отвер­стий. Все детали форсунки смонтированы в стальном корпусе 8 (рис. 7). Основная часть форсунки — распылитель, состоящий из корпуса 5 и иглы 6. Игла прижата к коническому седлу корпуса пружиной 10 с помощью штанги 9.

Форсунка работает при давлении 170÷180 кг/см2. Следующим образом: топливо поступает из ТНВД – сетчатый фильтр 3 → канал в корпусе А форсунки → канал корпуса распылителя → кольцевая полость под фаской иглы 6 → поднимает иглу → в цилиндр.

а – устройство; б – схема работы; 1 – колпак; 2 – штуцер для топливопровода;

3 – сетчатый фильтр; 4 – гайка распылителя; 5 – корпус распылителя;

6 – игла распылителя; 7 – штифт; 8 – корпус; 9 – штанга; 10 – пружина;

11 – регулировочный винт; 12 – контргайка; А – канал; Б – камера распылителя

Воздушные фильтры: при использовании воздушных фильтров уменьшается изнашивание деталей цилиндропоршневой группы в несколько раз, поскольку они очищают воздух от пыли, в которой содержатся твердые частицы. Наибольшее распространение на авто­мобилях получили двухступенчатые инерционно-масляные воздуш­ные фильтры и сухие со сменными фильтрующими элементами.

Рис. 8. Воздушный фильтр сухого типа двигателя КамАЗ:

а - расположение на двигателе; б - устройство; в — индикатор засоренности;

1 - воздухозаборник; 2 - входной воздухопровод; 3 - выходной воздухопровод; 4 - воздушный фильтр; 5 - крышка; 6 - защитный кожух; 7 - корпус; 8 - кронш­тейн крепления фильтрующего элемента; 9 - входной патрубок; 10 - выходной патрубок; 11 - патрубок отсоса пыли; 12 - фильтрующий элемент; 13 - колпа­чок; 14 - смотровое окно

Двухступенчатый воздушный фильтр сухого типа показан на рис. 8, а, б. При работе дизеля воздух через сетку в колпаке воздухозаборника 1 проходит по входному возду­хопроводу 2 в воздушный фильтр 4. По входному патрубку 9 воз­дух попадает в первую ступень очистки — пылесборник. Направ­ляясь по касательной к корпусу 7 воздушного фильтра, воздух получает вращательное движение. Под действием центробежной силы частицы пыли отбрасываются к стенке корпуса и собира­ются в крышке 5 (новой конструкции) или отсасываются через патрубок 11 отработавшими газами в выпускную трубу и выбра­сываются в атмосферу. Очищенный от крупных частиц воздух проходит через бумажный фильтрующий элемент 12 и очищенным поступает через выходной патрубок 10 во впускную трубу дизеля.

Для контроля за степенью засоренности фильтрующих элементов и определения необходимости проведения ТО воздухоочистителей предусмотрен индикатор засоренности (рис. 8, в). Его устанавлива­ют либо на выходном воздухопроводе, либо в кабине. Индикатор засоренности представляет собой прозрачный корпус, под которым установлен поршень с ярко-красной окраской по окружности. Авто­матически индикатор срабатывает при загрязнении фильтрующих эле­ментов воздухоочистителя. При этом увеличивается разрежение во впускном трубопроводе, и поршень, преодолевая сопротивление пру­жины, перемещается в прозрачном корпусе. В смотровом окне 14 появляется часть поршня, окрашенная в красный цвет.

Турбокомпрессо р: мощность дизеля можно повысить, подавая в цилиндры воздух, предварительно сжатый в компрессоре (наддувом). Если в цилиндры подано больше воздуха, то можно подать больше топлива, которое полностью сгорит и выделит больше энергии.

Рис. 9. Схема работы турбокомпрессора:

1 – колесо компрессора; 2 – вал турбокомпрессора; 3 – корпус; 4 – колесо турбины;

5 – выпускной трубопровод; 6 – выпускной клапан; 7 – цилиндр; 8 – поршень; 9 – впускной клапан; 10 – впускной трубопровод

Турбокомпрессор используют для нагнетания воздуха под давлением в цилиндры двигателя. Он состоит из корпуса 3 (рис. 9) и колес 1 и 4 соответственно цен­тробежного компрессора и га­зовой турбины, которые жест­ко закреплены на общем валу 2.

Отработавшие газы по вы­пускному трубопроводу 5 попа­дают в камеру газовой турбины и направляются на лопатки ра­бочего колеса 4 турбины, зас­тавляя его вращаться вместе с валом 2. Далее отработавшие газы выбрасываются в атмосферу через выпускную трубу. Закреп­ленное на валу колесо 1 компрессора, вращаясь, засасывает воздух из атмосферы через воздухоочиститель и под избыточным давле­нием 0,05... 0,06 МПа нагнетает его по впускному трубопроводу 10 в цилиндры двигателя, увеличивая наполнение их воздухом.

Колеса турбины и компрессора вращаются с большой скорос­тью (частота вращения около 600 с^-1, или 36000 мин^-1). Вал 2 смазывается маслом под давлением из смазочной системы дизеля.

Система выпуска отработавших газов Система выпуска служил для отвода газов из цилиндров двигателя и снижения шума. Одновременно система выпуска обеспечивает отсос пыли из воздуш­ного фильтра.

Отработавшие газы из выпускных трубопроводов двигателя поступают в приемные трубы 2 и 3 глушителя (рис. 10) и далее через гибкий металлический рукав 6 в глушитель 7. Из глушителя газы через выпускную трубу 8 и эжектор 10 выбрасываются в ок­ружающий воздух. Через патрубок 9 производится отсос пыли из воздушного фильтра в эжектор. В системе выпуска отработавших газов устанавливается вспо­могательный (моторный) тормоз-замедлитель 4.

Рис. 11. Схема системы выпуска отработавших газов дизеля:

1 – уплотнитель; 2, 3, 8 – трубы; 4 – тормоз-замедлитель; 5 – пневмоцилиндр;

6 – рукав; 7 – глушитель; 9 – патрубок; 10 - эжектор

Насос высокого давления двигателя ЯМЗ-236 (рис. 11) имеет, столько секций, сколько цилиндров в двигателе, каждая секция как отдельный насос. Они могут быть расположены рядно или V образно, каждая из секций включает в себя плунжер 10 (рис. 11, а) и гильзу 8. Гильзы установлены в корпусе 15 насоса. В гильзе выполнены выпускные и впускные отверстия, соединяющие ее внутреннюю полость с каналами 4 и 9 отвода и подвода топлива. Над гиль­зой в гнезде 7 размещен нагнета­тельный клапан 6. Гнездо клапана зажато в расточке корпуса насоса штуцером 5. К каждому штуцеру прикреплены то­пливопроводы высокого давления, пода­ющие топливо к форсункам. Поворот плунжера осуществляется втулкой 3, на которой закреплен зубчатый сектор, на­ходящийся в зацеплении с рейкой 11. Плунжер опускается вниз под действием пружины 12, а поднимается вверх тол­кателем 13. Толкатель имеет регулиро­вочный болт, с помощью которого устанавливают необходимый момент подачи топлива отдельными секциями насоса. Ролик 14 толкателя опирается на кулачок кулачкового вала 17, ко­торый установлен в нижней части кор­пуса насоса на двух шариковых под­шипниках. Вал приводится во вращение от муфты 16, автоматически изменяю­щей опережение подачи топлива в зави­симости от частоты вращения коленча­того вала двигателя.

На корпусе установлен подкачивающий насос, приводимый в работу от кулачкового вала 17. К корпусу насоса прикреплен корпус всережимного регулятора частоты вра­щения коленчатого вала двигателя со­ответственно положению педали подачи топлива при различной нагрузке. Кроме того, всережимный регулятор устана­вливает минимальную угловую ско­рость коленчатого вала на режиме хо­лостого хода и ограничивает максимальную частоту вращения.

Рис. 11. Насос высокого давления

Рис. 11 а. Секция топливного насоса

Рис. 12. Насос высокого давления с V -образным расположением секций

Работа насоса высокого давления плунжерного типа, установ­ленного на дизелях ЯМЗ, Д-245.12, КамАЗ-740 и ЗИЛ-645, состоит из наполнения надплунжерного пространства топливом с частичным его перепуском, подачи топлива под дав­лением к форсункам, отсечки и перепуска его в сливной топливопровод. При работе двигателя рейка топливного насоса переме­щается в соответствии с изменением подачи топлива, при этом одновременно поворачиваются плунжеры всех секции.

Рис. 13. Схема работы секции насоса высокого давления:

а — «пуск (наполнение); б — начало подачи; в — конец подачи

Ввиду того что все секции работают одинаково, рассмотрим работу насоса на примере одной из секций. При движении плунжера 1 вниз (рис. 13, а) внутреннее простран­ство гильзы 12 наполняется топливом из подводящего канала 10 корпуса 11 насоса. При этом открывается впускное отверстие 9, и топливо поступает в надллунжерное пространство 8. Затем под действием кулачка плунжер начинает подниматься вверх (рис. 13, б), перепуская топливо обратно в подводящий канал 10 до тех пор, пока верхняя кромка плунжера 1 не перекроет впускное отвер­стие 9 гильзы. После перекрытия этого отверстия давление топли­ва резко возрастает, и при 1,2... 1,8 МПа топливо, преодолевая усилие пружины 5, поднимает нагнетательный клапан 6 и посту­пает в топливопровод.

Дальнейшее перемещение плунжера вверх вызывает повыше­ние давления (до 16,0+⁰⁵ МПа), которое превышает давление, со­здаваемое пружиной форсунки, в результате чего игла форсунки приподнимается и происходит впрыскивание топлива в камеру сгорания. Подача топлива продолжается до тех пор, пока винто­вая кромка 13 (рис. 13, в) плунжера не откроет выпускное отвер­стие 3 в гильзе, в результате чего давление над плунжером резко падает, нагнетательный клапан 6 под действием пружины закры­вается и надплунжерное пространство разъединяется с топливо­проводом высокого давления. При дальнейшем движении плун­жера вверх топливо перетекает в сливной канал 4 через продоль­ный паз 2 и винтовую кромку 13 плунжера.

Нагнетательный клапан 6 разгружает топливопровод высокого давления, так как он снабжен цилиндрическим разгрузочным пояском 7, который при посадке клапана на седло обеспечивает быструю отсечку топлива и в топливопроводе сохраняется давление примерно 7,0...8,0 МПа. Этим достигается резкое прекращение впрыскивания топлива и устра­няется возможность его подтекания через распылитель форсунки, что улучшает процесс смесеобразования и сгорания рабочей сме­си, а также повышает надежность работы форсунки.

Перемещение плунжера во втулке с момента закрытия впуск­ного отверстия до момента открытия выпускного отверстия назы­вается активным ходом плунжера, который в основном и опреде­ляет количество подаваемого топлива за цикл работы топливной секции.

Изменение количества топлива, подаваемого секцией за один цикл, происходит в результате поворота плунжера 1 зубчатой рей­кой. При различных углах поворота плунжера благодаря винтовой кромке смешаются моменты открытия выпускного отверстия. При этом чем позднее открывается выпускное отверстие, тем большее количество топлива может быть подано к форсункам.

Рис. 14. Схема изменения подачи топлива:

1 - максимальная подача; 2 - промежуточная подача: 3 - нулевая подача;

На рис. 14. показаны следующие положения винтовой кромки плунжера за цикл работы топливной секции:

положение а - максимальная подача топлива и наибольший активный ход плунжера. В этом случае расстояние h от винтовой кромки 5 плунжера до выпускного отверстия 2 будет наиболь­шим;

положение б - промежуточная подача, так как при повороте плунжера по часовой стрелке расстояние h уменьшается и выпуск­ное отверстие открывается раньше;

положение в - нулевая подача топлива. Плунжер повернут так, что его продольный паз 3 расположен напротив выпускного отверстия 2 (h = 0), в результате чего при перемещении плунжера вверх топливо вытесняется в сливной канал, подача топлива пре­кращается и двигатель останавливается.

Муфта опережения впрыскивания. За два оборота коленчатого вала кулачковый вал насоса делает один оборот, и топливо из секций топливного насоса высокого давления подается в цилинд­ры дизеля в соответствии с порядком его работы. Для изменения момента начала подачи топлива в зависимости от частоты враще­ния коленчатого вала служит муфта опережения впрыскивания топлива, которая дополнительно поворачивает кулачковый вал относительно вала привода топливного насоса, обеспечивая тем самым углы опережения впрыскивания, близкие к оптимальным.

Механизм опережения впрыскивания дизелей ЯМЗ имеет две полумуфты, установленные в корпусе 5 (рис. 15, а): ведущую 6 и ведомую 10. Ведущая полумуфта надета на ступицу ведомой полу­муфты и может на ней поворачиваться, а ведомая — жестко зак­реплена на кулачковом валу 11 насоса. Ведущая полумуфта через промежуточные детали 2, 3 и 4 соединена с валом / привода. Между полумуфтами расположены два одинаковых груза 7, установлен­ные на осях 8 ведомой полумуфты, а своим криволинейным вы­резом грузы охватывают опорные пальцы 12 ведущей полумуфты. Между осями 8 и опорными пальцами 12 враспор установлены пружины 9, которые, стремясь увеличить расстояние между ними, поворачивают одну полумуфту относительно другой. В этом случае (рис. 15, б, I) грузы 7 смещаются к центру механизма, а ведо­мая полумуфта занимает исходное положение относительно веду­щей.

Рис. 15. Муфта опережения впрыскивания топлива:

а - устройство; б - схема работы; в - детали муфты

В основу работы муфты положен принцип использования цен­тробежных сил грузов. При вращении ведущей полумуфты ее опор­ные пальцы 12 давят на криволинейные вырезы грузов 7, а послед­ние передают усилие осям 8 ведомой полумуфты, и образуется пара сил, вращающая кулачковый вал 11 насоса высокого давле­ния.

С увеличением частоты вращения коленчатого вала дизеля воз­растают центробежные силы, действующие на грузы. Под действием этих сил преодолевается противодействие пружин 9 и грузы 7 рас­ходятся (см. рис. 15, б, II). При этом грузы, скользя криволиней­ными вырезами по опорным пальцам ведущей полумуфты, под­тягивают к ним оси ведомой полумуфты и, таким образом проис­ходит угловое смещение кулачкового вала насоса (по направле­нию вращения) относительно вала привода насоса (показано стрел­ками). Следовательно, угол опережения впрыскивания топлива увеличивается.

При снижении частоты вращения коленчатого вала центробеж­ная сила грузов уменьшается и под действием пружин ведомая полумуфта поворачивается относительно ведущей в сторону, про­тивоположную вращению кулачкового вала насоса, в результате чего угол опережения впрыскивания топлива уменьшается.

Максимальный угол опережения впрыскивания, который обес­печивается муфтой, составляет 6...8° по углу поворота кулачкового вала насоса относительно приводного вала и 10... 14° по углу поворота кулачкового вала относительно угла поворота коленча­того вала.

Муфты опережения впрыскивания топлива дизелей КамАЗ-740, ЗИЛ-645 и Д-245.12 так же, как и муфты опережения впрыскива­ния топлива дизелей - автоматические, с центробежными механизмами и состоят из ведущих и ведомых полумуфт, связанных друг с другом через подвижные детали с упругими элементами. Принцип работы их такой же, как у муфты опережения впрыскивания дизелей ЯМЗ.