Система питания дизельного двигателя

Цель  работы: изучить и ознакомиться с устройством системы питания дизельного двигателя, принципом работы и регулировки форсунки и ТНВД.

Приборы и принадлежности: стенд, учебные плакаты.

 

ОБЩАЯ СХЕМА СИСТЕМЫ  ПИТАНИЯ

Система питания дизеля служит для подачи в цилиндры двигателя  воздуха и топлива и отвода отработавших газов. Топливо подается под большим давлением, в определенные моменты (характеризуемые углом  опережения по. дачи топлива) и в  определенном количестве в зависимости  от нагрузки двигателя. Система питания  дизеля состоит из систем подачи воздуха, подачи топлива и выпуска отработавших газов.

В систему питания четырехтактного  дизеля ЯМЗ-236 (рис. 1, а) входят топливный  бак 9, фильтры грубой 8 и тонкой 1 очистки топлива, топливоподкачивающий насос 11, топливопроводы, форсунки 6, топливный насос 5 высокого давления с всережимным регулятором, воздухоочиститель 4 и другие приборы и детали.

Рассмотрим путь топлива  в системе питания. Из бака 9 через фильтр 8 грубой очистки по топливопроводу 10 топливо поступает к топливоподкачивающему насосу 11, от которого подается по топливопроводу 12 к фильтру 1 тонкой очистки, а по топливопроводу 2 к насосу 5 высокого давления. Насос по топливопроводам 3 высокого давления подает топливо в форсунки 6 в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя (1—4—2—5—3—6). Независимо от частоты вращения коленчатого вала двигателя в каналах насоса поддерживается постоянное давление топлива 130—150 кН/м² (1,3-— 1,5 кгс/см²) вследствие работы перепускного клапана 13 и жиклера фильтра тонкой очистки. Топливо, не использованное в насосе высокого давления, но топливопроводу 14 сливается в бак. Топливопроводы 7 служат для отвода в бак топлива, просочившегося между распылителем форсунки и иглой. Топливо, постоянно циркулирующее в системе питания, охлаждает головку насоса, отводит в бак топливо и воздух, попавший в систему.

Особенностью системы  питания дизеля автомобиля КамАЗ-5320 является наличие в ней двух топливоподкачивающих насосов 23 и 34 . Насос 23, установленный на кронштейне коробки передач, имеет только ручной привод, а насос 34, укрепленный на корпусе насоса 17 высокого давления, имеет два привода: ручной и механический.

При работе двигателя топливо  из бака 27 по топливопроводу 29 поступает в фильтр 31 грубой очистки, затем подходит к тройнику 25 и по топливопроводу S3 к топливоподкачивающему насосу 34. Насос 34 нагнетает топливо по топливопроводу 18 к фильтру 22 тонкой очистки, а из него по топливопроводу 24 к впускной полости насоса 17 высокого давления. От насоса 17 по топливопроводам 16 топливо подается в форсунки 15 в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя (1—5—4—2—6—3—7—8).

Топливо, не использованное в насосе высокого давления, и воздух, попавший в систему питания, отводятся  через перепускной клапан насоса и сливной клапан фильтра тонкой очистки по топливопроводам 19 и 30 в топливный бак. Топливопроводы 32 и 28 с тройником 26 служат для отвода в бак топлива, просочившегося между распылителем и иглой.

При работе дизеля ЯАЗ-М206 топливоподкачивающий насос 14 засасывает топливо из бака 2 через трубку 1, топливопровод 4, фильтр 7 грубой очистки и топливопровод 16, а затем нагнетает топливо по топливопроводу 15 через фильтр 8 тонкой очистки и топливопровод 9 к насосам-форсункам 12 в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя (1 — 5—3—6—2—4). Избыток топлива, непрерывно идущего через

насосы-форсунки, охлаждает их и по топливопроводам 11 и 13 отводится в топливный бак. В конце отводящего топливопровода 11 установлен штуцер 10 с дроссельным отверстием, создающим сопротивление, что способствует поддержанию необходимого давления в системе питания.

 

Рис. 1. Схемы систем питания  четырехтактных дизелей:

а — дизеля ЯМЗ-236; б — дизеля автомобиля КамАЗ-5320; 1 и 22 — фильтры тонкой очистки топлива; 2, 3, 7, 10, 12, 14, 16, 18, 19, 20, 24, 28, 29, 30, 32 и 33 — топливопроводы; 4 — воздухоочиститель; 5 к 17 — насосы высокого давления; 6 и 15 - форсунки; 8 и 31 — фильтры грубой очистки топлива; 9 и 27 — топливные баки; 11, 23 и 34 — топливоподкачивающие насосы; 13 — перепускной клапан; 21 - кран отбора топлива к подогревателю; 25 и 26 – тройники.

 

Топливный насос  высокого давления.

 

Топливный насос высокого давления (ТНВД) дизельного двигателя  является одним из наиболее сложных  узлов системы топливоподачи  дизелей.

Топливные насосы предназначены  для подачи в цилиндры дизеля под  определенным давлением и в определенный момент точно отмеренных порций топлива, соответствующих данной нагрузке. По способу впрыска различают топливные  насосы непосредственного действия и с аккумуляторным впрыском. В  топливном насосе непосредственного  действия осуществляется механический привод плунжера, а процессы нагнетания и впрыска протекают одновременно. В каждый цилиндр секция топливного насоса подает необходимую порцию топлива. Требуемое давление распыливания создается  движением плунжера насоса.

У топливного насоса с аккумуляторным впрыском привод рабочего плунжера осуществляется за счет сил давления сжатых газов  в цилиндре двигателя или с  помощью специальных пружин. На мощных тихоходных дизелях применяют аккумуляторные топливные насосы с гидравлическими  аккумуляторами.

В системах с гидравлическими  аккумуляторами процессы нагнетания и  впрыска протекают раздельно. Предварительно топливо под высоким давлением  нагнетается насосом в аккумулятор, из которого поступает к форсункам. Эта система обеспечивает качественное распыливание и смесеобразование в  широком диапазоне нагрузок дизеля, но из-за сложности конструкций такой  насос широкого распространения  не получил. Современные дизели используют технологию с управлением электромагнитными  клапанами форсунок от микропроцессорного устройства (такое сочетание называется "common rail").

Топливные насосы высокого давления могут быть рядными, V-образными (многосекционными) и распределительными. В рядных ТНВД насосные секции располагаются друг за другом, и каждая подает топливо в определенный цилиндр двигателя. В распределительных ТНВД, которые бывают одноплунжерными и двухплунжерными, одна насосная секция подает топливо в несколько цилиндров двигателя.

 Устройство распределительного ТНВД:

1. редукционный клапан;
2. всережимный регулятор;
3. дренажный штуцер;
4. корпус насосной секции высокого давления в сборе с плунжерной парой и нагнетательными клапанами;
5. топливоподкачивающий насос;
6. лючок регулятора опережения впрыска;
7. корпус ТНВД;
8. электромагнитный клапан выключения подачи топлива;
9. кулачково-роликовое устройство привода плунжера.

Подачу топлива из бака в ТНВД обеспечивает топливоподкачивающий насос (5), а редукционный клапан (1) поддерживает стабильное давление на входе в насосную секцию ТНВД, которая расположена  в корпусе (4).

Плунжерная пара насосной секции представляет собой золотниковое устройство, регулирующее количество впрыскиваемого топлива и распределяющее его по цилиндрам дизеля в соответствии с порядком их работы. Всережимный регулятор (2) обеспечивает устойчивую работу дизеля в любом режиме, задаваемом водителем с помощью педали акселератора, и ограничивает максимальные обороты коленчатого вала, а регулятор опережения впрыска топлива (6) изменяет момент подачи топлива в цилиндры в зависимости от частоты вращения коленвала.

Топливоподкачивающий  насос подает в ТНВД топливо в гораздо большем объёме, чем требуется для работы дизеля. Излишки возвращаются в бак через дренажный штуцер (3). Что касается электромагнитного клапана (8), то он предназначен для остановки дизеля. При повороте ключа в замке зажигания в положение «выключено» электромагнитный клапан перекрывает подачу топлива к плунжерной паре, а значит, и в цилиндры дизеля, это и требуется, чтобы заглушить силовой агрегат.

В зависимости от давления и продолжительности впрыска, а  также от величины цикловой подачи топлива существуют следующие модели рядных ТНВД:

 

- М (4…6 цилиндров, давление  впрыска до 550 бар)

— А (2…12 цилиндров, давление впрыска до 950 бар)

— P3000 (4…12 цилиндров, давление впрыска до 950 бар)

— P7100 (4…12 цилиндров, давление впрыска до 1200 бар)

— P8000 (6…12 цилиндров, давление впрыска до 1300 бар)

— P8500 (4…12 цилиндров, давление впрыска до 1300 бар)

— R (4…12 цилиндров, давление впрыска до 1150 бар)

— P10 (6…12 цилиндров, давление впрыска до 1200 бар)

— ZW (M) (4…12 цилиндров, давление впрыска до 950 бар)

— P9 (6…12 цилиндров, давление впрыска до 1200 бар)

— CW (6…10 цилиндров, давление впрыска до 1000 бар)

— H1000 (5…8 цилиндров, давление впрыска до 1350 бар)

Основные части  ТНВД:

1. Корпус.
2. Крышки.
3. Всережимный регулятор
4. Муфта опережения впрыска.
5. Подкачивающий насос.
6. Кулачковый вал.
7. Толкатели.
8. Плунжеры с поводками или зубчатыми втулками,
9. Гильзы плунжеров.
10. Возвратные пружины плунжеров.
11. Нагнетательные клапаны.
12. Штуцеры.
13. Рейка.

Принцип действия ТНВД: Вращение кулачковый вал получает через муфту опережения впрыска и зубчатую передачу от коленчатого вала. При вращении кулачкового вала кулачок набегает на толкатель и смещает его, а он в свою очередь, сжимая пружину, поднимает плунжер. При поднятии плунжера он вначале закрывает впускной канал, а затем начинает вытеснять топливо, находящееся над ним. Топливо вытесняется через нагнетательный клапан, открывшийся за счёт давления, и поступает к форсунке. В момент движения плунжера вверх винтовой канал, находящийся на нём, совпадает со сливным каналом в гильзе. Остатки топлива, находящиеся над плунжером, начинают уходить на слив через осевой, радиальный и винтовой каналы в плунжере и сливной в гильзе. При опускании плунжера за счёт пружины открывается впускной канал, и объём над плунжером заполняется топливом от подкачивающего насоса. Изменение количества подаваемого топлива к форсунке осуществляется поворотом плунжеров от рейки через всережимный регулятор. При повороте плунжера, если винтовой канал совпадёт со сливным раньше, то впрыснуто топлива будет меньше. При обратном повороте каналы совпадут позже, и впрыснуто топлива будет больше. На некоторых ТНВД (например, ТНВД трактора Т – 130) часть секций отключается на холостых оборотах, соответственно, отключается и часть цилиндров двигателя.

 

Дополнительные  агрегаты ТНВД

 

Муфта опережения впрыска – служит для изменения угла опережения впрыска в зависимости от оборотов. По принципу действия является механизмом, использующим центробежную силу. Устройство:

1. Ведущая полумуфта.
2. Ведомая полумуфта.
3. Грузы.
4. Стяжные пружины грузов.
5. Опорные пальцы грузов

Принцип действия: При минимальных оборотах грузы за счёт пружин стянуты к центру и положение между муфтами является исходным, при этом угол опережения впрыска находится в пределах отрегулированного параметра. При увеличении оборотов центробежная сила в грузах возрастает и разводит их, преодолевая сопротивление пружин. При этом муфты поворачиваются относительно друг друга и угол опережения впрыска увеличивается.

Всережимный регулятор – служит для изменения количества подачи топлива в зависимости от режимов работы двигателя: запуск двигателя, увеличение/уменьшение оборотов, увеличение/уменьшение нагрузки, остановка двигателя.

Устройство:

1. Корпус.

2. Крышки.

3. Державка.

4. Грузы.

5. Муфта.

6. Рычаги.

7. Скоба-кулисы.

8. Регулировочные винты.

9. Оттяжные пружины.

Принцип действия: Запуск двигателя – перед запуском рейка за счёт пружины находится в положении максимальной подачи топлива, поэтому при запуске в двигатель подаётся максимальное количество топлива. Это способствует быстрому запуску. Как только двигатель начнёт развивать обороты, и центробежная сила в грузах начнёт расти, они, преодолевая сопротивление пружин, начнут расходиться в стороны и внутренними своими рычагами давить на муфту, которая будет воздействовать на рычаг, а рычаг будет тянуть рейку в сторону уменьшения подачи топлива. Обороты установятся в соответствии с натягом пружин. Увеличение оборотов – при нажатии на педаль «газа» натягивается пружина, которая действует на рычаг рейки и муфту. Муфта и рейка смещается, при этом преодолевается центробежная сила в грузах. Рейка смещается в сторону увеличения подачи топлива, и обороты растут. Увеличение нагрузки – при увеличении нагрузки и неизменном положении педали «газа» обороты снижаются, центробежная сила в грузах тоже. Грузы складываются и дают возможность сместиться муфте, рычагу и рейке в сторону увеличения подачи топлива. При снижении нагрузки обороты начинают увеличиваться, центробежная сила в грузах тоже, грузы начинают расходится и внутренними рычагами смещать муфту, рычаг и рейку в сторону уменьшения подачи топлива. Обороты при этом прекращают расти. Остановка двигателя – при остановке двигателя

поворачивается скоба, кулиса скобы воздействует на рычаг, а рычаг  – на рейку. Рейка перемещается настолько  в сторону уменьшения подачи, что  подача прекращается, и двигатель  останавливается.