сообщение №892

Система питания дизельного двигателя

Марки и основные свойства дизельного топлива.

Дизельное топливо должно обеспечивать легкий пуск двигателя, для чего в нем должно быть достаточное количество легких фракций; 50% топлива должно выкипать при температуре 225—290° С. Топливо должно обладать хорошей воспламеняемостью и большим цетановым числом.

Цетановое число дизельного топлива определяется процентным содержанием (по объему) цетана в такой смеси его с альфаметилнафталином, которая по воспламеняемости равноценна испытываемому топливу. Цетан и альфаметилнафталин — это химически чистые углеводороды, обладающие разными периодами запаздывания воспламенения. Периодом запаздывания воспламенения называется промежуток времени от начала впрыска до момента воспламенения топлива. В течение этого времени топливо испаряется, перемешивается с воздухом и подогревается до температуры самовоспламенения. Цетановое число цетана, обладающего минимальным запаздыванием воспламенения, принято за 100, а цетановое число альфаметилнафталина, обладающего наибольшим запаздыванием воспламенения, принято за 0.

При малом цетановом числе топливо имеет большой период запаздывания воспламенения, и поэтому до момента воспламенения его будет больше подано в цилиндр двигателя. В результате в цилиндре будет одновременно сгорать большое количество топлива, что вызовет резкое возрастание давления газов, а следовательно, и более жесткую работу двигателя. При применении топлива с большим цетановым числом, имеющего меньший период запаздывания воспламенения, двигатель будет работать мягче.

Таблица 5
Показатели
Марки дизельного топлива (ГОСТ 4749—49)
ДА
ДЗ
ДЛ
Цетановое число, не менее
40
40
45
50% перегоняется при температуре, °С, не выше
225
275
290
90% перегоняется при температуре, °С, не выше
300
335
350
Кинематическая вязкость при температуре 20 °С, сст
2,5—4,0
3,5—6,0
3,5—8,0
Температура застывания, °С, не выше
—60
—45
—10
Содержание серы, %, не более
0,2
0,2
0,2

Дизельное топливо должно обладать низкой температурой застывания. Чем ниже температура застывания, тем лучше прокачиваемость и фильтрация топлива в холодное время.

Дизельное топливо должно обладать также необходимой вязкостью. При большей вязкости затрудняется фильтрация и прокачиваемость топлива, а также его распыление в цилиндре. При меньшей вязкости ухудшается смазка деталей топливных приборов и увеличивается их износ, а также увеличивается утечка топлива в зазорах сопряженных деталей приборов.

В табл. 5 приведены основные показатели малосернистого дизельного топлива (ГОСТ 4749—49). При наружной температуре выше 0° С следует применять летнее дизельное топливо (марки ДЛ), при температуре от 0 до —30° С — зимнее (марки ДЗ), при температуре ниже —30° С — арктическое (марки ДА).

Дизельное топливо не должно содержать механических примесей, водорастворимых кислот и щелочей; ограничивается содержание серы. Наличие этих примесей ускоряет коррозию и износ приборов системы питания и двигателя.

Смесеобразование в двигателях ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238.

В этих двигателях применяются неразделенные камеры сгорания с углублением в поршне, что обеспечивает легкий пуск и высокую топливную экономичность двигателя. Для того чтобы впрыскиваемое в цилиндры топливо могло за очень малый отрезок времени полностью испариться, хорошо перемешаться с воздухом, полностью и вовремя сгореть, его впрыскивают в камеру сгорания с помощью форсунки под давлением 150 кГ/см2 через четыре отверстия диаметром 0,32 мм каждое под большим углом распыливания.

Топливо в камеру сгорания впрыскивается с небольшим опережением в конце такта сжатия. При этом условии основная часть топлива будет сгорать полностью при отходе поршня от в. м. т. на 8—12°, что обеспечивает мягкую и экономичную работу двигателя.

Для улучшения испарения и перемешивания с воздухом и последующего сгорания топлива создают условия интенсивного завихривания воздуха в цилиндре двигателя. С этой целью впускной канал в головке цилиндра выполнен под углом, и в момент открытия клапана воздух, входящий в цилиндр, ударяется о стенку цилиндра и завихривается. Вращательное движение воздуха сохраняется и при такте сжатия.

Углубление в дне поршня обеспечивает интенсивное завихривание воздуха в период впрыска топлива. Топливо, впрыскиваемое в цилиндр, благодаря вихревому движению сильно нагретого воздуха почти полностью испаряется, не достигая днища поршня. Пары топлива интенсивно перемешиваются с воздухом, самовоспламеняются и сгорают.

Система питания топливом двигателя ЯМЗ-236.

Топливо из бака 1 (рис. 28) под разрежением, создаваемым топливоподкачивающим насосом 9, подается к фильтру 10 грубой очистки, затем проходит топливоподкачивающий насос 9, фильтр 2 тонкой очистки и поступает в насос 7 высокого давления.

Топливо, нагнетаемое в фильтр тонкой очистки, частично проходит через фильтрующий элемент и очищенное поступает в насос высокого давления. Остальная же часть топлива без фильтрации проходит через жиклер 3 в топливный бак.

От насоса высокого давления топливо под давлением около 150 кГ/см2 подается к форсункам 5. Избыточное топливо из насоса 7 при давлении 1,3—1,5 кГ/см2, открывая перепускной клапан 6, стекает по топливопроводу в бак. Клапан 6 поддерживает в топливных каналах насоса избыточное давление, что необходимо для полного наполнения гильз топливом при быстром опускании плунжеров. В случае просачивания топлива между иглой и распылителем форсунки оно отводится от каждой форсунки по сливной трубке 4 в бак.

Рис. 28. Схема системы питания топливом двигателя ЯМЗ-236
Рис. 28. Схема системы питания топливом двигателя ЯМЗ-236

1 — топливный бак; 2 — фильтр тонкой очистки; 3 — жиклер; 4 — сливная трубка; 5 — форсунка; 6 — перепускной клапан; 7 — топливный насос высокого давления; 8 — ручной насос; 9 — топливоподкачивающий насос; 10 — фильтр грубой очистки; I, II, III, IV, V, VI — номера цилиндров двигателя

Порядок подсоединения топливопроводов высокого давления к форсункам цилиндров I, II, III, IV, V и VI двигателя показан на рис. 28. Порядок работы секций насоса соответствует порядку работы цилиндров двигателя.

Очистка топлива.

В корпусе 4 фильтра грубой очистки топлива (рис. 29, а) установлен фильтрующий элемент 3, нанизанный на перфорированный стальной каркас 5 с навитым на него хлопчатобумажным шнуром. Правильность установки фильтрующего элемента обеспечивается розеткой 7.

Фильтрующий элемент 3 фильтра тонкой очистки (рис. 29, б) с торцов имеет резиновые уплотнительные прокладки. Элемент состоит из стального с мелкими отверстиями каркаса, обмотанного хлопчатобумажной лентой, на него установлен сменный фильтрующий элемент из древесной муки, пропитанной для связи особой смолой. Элемент обладает большой пористостью. Поверхность элемента обернута марлевой лентой.

Рис. 29. Топливные фильтры: а — грубой очистки; б — тонкой очистки
Рис. 29. Топливные фильтры: а — грубой очистки; б — тонкой очистки

1 — крышка; 2 и 5 — прокладки; 3 — фильтрующий элемент; 4 — корпус; 5—каркас фильтрующего элемента; 7 — розетка; 8 — сливная пробка; 9 — трубка; 10 — пробка для выпуска воздуха; 11 — жиклер; 12 — пробка для заливки топлива

Пробка 12 в крышке фильтра грубой очистки служит для залива топлива в корпус, а пробка 10 в крышке фильтра тонкой очистки — для выпуска воздуха при прокачке системы. Через жиклер 11 часть топлива перетекает в бак, минуя фильтрующий элемент, что предотвращает быстрое его загрязнение. Пробка 8 служит для слива отстоя.

Топливоподкачивающий насос.

Топливоподкачивающий насос служит для подачи под давлением до 6 кГ/см2 топлива к насосу высокого давления. Топливоподкачивающий насос поршневого типа (рис. 30) двигателей ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238 крепится к корпусу топливного насоса высокого давления.

Рис. 30. Топливоподкачивающий насос: 1 — эксцентрик кулачкового вала; 2 — роликовый толкатель; 3 — корпус; 4 — шток; 5 и 10 — поршни; 6 — нагнетатель
Рис. 30. Топливоподкачивающий насос: 1 — эксцентрик кулачкового вала; 2 — роликовый толкатель; 3 — корпус; 4 — шток; 5 и 10 — поршни; 6 — нагнетательный клапан; 7 — пробки; 8 — рукоятка; 9 — корпус ручного насоса; 11 — уплотнительная прокладка; 12 — впускной клапан; 13 — дренажный канал

Во время работы поршень 5 насоса движется вверх под действием роликового толкателя 2, приводимого от эксцентрика 1 кулачкового вала топливного насоса высокого давления, и вниз под действием пружины. При движении поршня вниз над ним создается разрежение, и топливо через впускной клапан 12 поступает в полость над поршнем. В этот момент нагнетательный клапан 6 закрыт. Во время подъема поршня вверх давлением топлива открывается нагнетательный клапан, и топливо вытесняется в полость под поршнем, а большая часть его через фильтр тонкой очистки поступает к насосу высокого давления. В период движения поршня вниз топливо из-под поршня вытесняется в фильтр тонкой очистки.

При малом расходе топлива в полости под поршнем имеется избыточное давление, поэтому поршень не доходит до крайнего нижнего положения; в результате ход поршня и подача топлива автоматически уменьшаются.

Дренажный канал 13 обеспечивает отвод топлива, стекающего по штоку во всасывающую полость насоса, что предотвращает разжижение смазки в картере насоса высокого давления.

Ручной насос служит для заполнения топливом системы питания при неработающем двигателе и удаления воздуха из системы. Для прокачки топливной системы следует отвернуть рукоятку 8 с корпуса насоса и сделать ею несколько качков, после чего опустить поршень 10 вниз и навернуть рукоятку на корпус 9 насоса; при этом поршень прижмется к уплотнительной прокладке 11 и тем самым предотвратит пропуск топлива в полость корпуса выше поршня 10.

Топливный насос высокого давления.

Топливный насос высокого давления служит для подачи под большим давлением одинаковых порций топлива в цилиндры двигателя в соответствии с порядком их работы.

Топливный насос двигателя ЯМЗ-236 устанавливается между рядами цилиндров и приводится в действие от шестерни распределительного вала двигателя. Кулачковый вал насоса приводится в действие через автоматическую муфту опережения впрыска. С другой стороны насоса прикреплен всережимный регулятор числа оборотов коленчатого вала двигателя.

Основными деталями каждой секции насоса являются плунжер 15 (рис. 31) и гильза 16. Обе детали подбираются парно с зазором в сопряжении 0,001—0,002 мм и разукомплектованию не подлежат.

Рис. 31. Топливный насос высокого давления двигателя ЯМЗ-236
Рис. 31. Топливный насос высокого давления двигателя ЯМЗ-236

1 — кулачковый вал; 2 — кулачок; 3 — роликовый толкатель; 4 — шариковый подшипник; 5 — ведомый фланец автоматической муфты опережения впрыска топлива; 6 — палец ведомого фланца; 7 — возвратная пружина; 8 — ведущий фланец; 9 — груз; 10 — пружина плунжера; 11 — зубчатый сектор; 12 — зубчатая рейка; 13 — ограничитель хода рейки; 14 — корпус насоса; 15 — плунжер; 16 — гильза; 17 — нагнетательный клапан; 18 — корпус клапана; 19 — штуцер; 20 — пробка для выпуска воздуха; 21 — ручной насос; 22 — регулятор числа оборотов коленчатого вала двигателя; 23 — топливоподкачивающий насос

В верхней части каждой гильзы имеются два отверстия. К отверстиям гильз топливо подается топливоподкачивающим насосом 23 под давлением до 6 кГ/см2. Плунжер движется вверх от кулачка 2 при помощи толкателя 3, а вниз — под действием пружины 10. При нижнем положении плунжера боковое отверстие 9 гильзы (рис. 32) открыто, и топливо, нагнетаемое топливоподкачивающим насосом; поступает внутрь гильзы. При подъеме плунжера в момент перекрытия плунжером отверстия 9 гильзы резко возрастает давление, под действием которого открывается нагнетательный клапан 7, и топливо поступает в форсунку.

Подача топлива продолжается до момента подхода отсечной кромки 3 плунжера к отверстию 5 гильзы. При дальнейшем движении плунжер вытесняет топливо из рабочей полости гильзы через перепускную канавку 4 и выточку 10 плунжера в отверстие 5, а из него по каналу корпуса насоса через перепускной клапан 6 (см. рис. 28) в топливный бак. Давление топлива в гильзе резко уменьшается, и нагнетательный клапан 7 (см. рис. 32) под действием пружины и давления топлива быстро закрывается.

Рис. 32. Схемы работы плунжера (а) и нагнетательного клапана (б)
Рис. 32. Схемы работы плунжера (а) и нагнетательного клапана (б)

1 — гильза; 2 — плунжер; 3 — отсечная кромка плунжера; 4 — перепускная канавка плунжера; 5 — перепускное отверстие; 6 — корпус нагнетательного клапана; 7 — нагнетательный клапан; 8 — разгрузочный поясок клапана; 9 — отверстие входа топлива в гильзу; 10 — выточка; I — заполнение гильзы топливом; II и III — положения плунжера при полной подаче топлива (II — начало и III — конец подачи); IV — при малой подаче; V — при нулевой подаче; VI — начало погружения пояска нагнетательного клапана; VII — конец погружения

При опускании нагнетательного клапана 7 в отверстие корпуса 6 входит разгрузочный поясок 8. С этого момента клапан работает как поршенек, обеспечивая увеличение объема топлива в трубопроводе высокого давления, и, следовательно, резкое снижение давления в нем. Благодаря этому игла форсунки быстро закрывает отверстия распылителя. Происходит четкая отсечка подачи и устраняется подтекание топлива из форсунки. Когда плунжер опускается вниз, торец плунжера открывает отверстие 9, и полость гильзы снова наполняется топливом.

Количество подаваемого топлива в цилиндры двигателя изменяется поворотом плунжеров в гильзах на одинаковый угол при помощи зубчатой рейки 12 и зубчатых секторов 11 (см. рис. 31). Секторы винтами закреплены на поворотных втулках 34 (см. рис. 33). В нижней части каждой втулки имеются две прорези, в которые входят шипы плунжера 33. На плунжерах имеются по две симметрично расположенные перепускные канавки 4 (см. рис. 32, а), заканчивающиеся в нижней части отсечными дозирующими кромками 3. При такой конструкции плунжера облегчается сборка топливного элемента насоса, и при установке плунжера гильзу можно произвольно вводить шипы плунжера в прорези поворотной втулки 34 (см. рис. 33), при этом не будет нарушено правильное положение перепускной канавки плунжера относительно перепускного отверстия гильзы.

Рейка 17 перемещается вдоль корпуса насоса от воздействия регулятора числа оборотов и рычага 11 управления. Рейка при движении вращает зубчатые секторы, которые через поворотные втулки повертывают плунжеры.

В зависимости от угла поворота плунжера изменяется расстояние, проходимое им от момента перекрытия отверстия 9 гильзы (см. рис. 32) до момента открытия отсечной кромкой 3 отверстия 5 гильзы; в результате изменяется продолжительность впрыска и, следовательно, количество подаваемого топлива. Максимальная подача топлива ограничивается болтом 12 (см. рис. 33).

Чтобы остановить двигатель, прекращают подачу топлива. Для этого при помощи рейки устанавливают плунжеры в гильзах в положение, когда перепускная канавка 4 каждого плунжера будет обращена к отверстию 5 (см. рис. 32). В этом случае при движение плунжера вверх все топливо перетекает из рабочей полости каждой гильзы по перепускной канавке 4 плунжера к отверстию 5, а затем в топливный бак.

Автоматическая муфта опережения изменяет угол момента впрыска топлива в цилиндры в зависимости от числа оборотов коленчатого вала двигателя.

При увеличении числа оборотов грузы 9 (см. рис. 31) под действием центробежной силы преодолевают сопротивление пружин 7 и расходятся. Через пальцы 6 грузы поворачивают ведомый фланец 5, а вместе с ним и кулачковый вал насоса на определенный угол по направлению вращения, что и обеспечивает более ранний впрыск топлива в цилиндры двигателя. Муфта начинает работать с 1000 об/мин коленчатого вала двигателя и при 2100 об/мин увеличивает угол опережения впрыска топлива на 10—14° (5—7° по кулачковому валу насоса).

Смазка подшипников, кулачков и толкателей насоса высокого давления и деталей всережимного регулятора числа оборотов обеспечивается маслом, заливаемым в картер насоса и корпус регулятора. Количество масла в картере насоса и корпусе регулятора контролируют при помощи стержневых указателей уровня.

Всережимный центробежный регулятор числа оборотов коленчатого вала двигателя ЯМЗ-236. Регулятор служит для автоматического изменения подачи топлива в цилиндры при изменении нагрузки двигателя, что обеспечивает поддержание любого установленного скоростного режима от 500 до 2275 об/мин коленчатого вала.

При возрастании нагрузки необходимо увеличить подачу топлива, иначе двигатель может заглохнуть. В случае снижения нагрузки следует уменьшить подачу топлива, иначе увеличится скорость вращения коленчатого вала и двигатель может работать вразнос.

Водитель педалью управления подачей топлива устанавливает необходимую скорость вращения коленчатого вала двигателя. Во время работы двигателя заданная скорость вращения поддерживается регулятором, который изменяет количество подаваемого топлива насосом при изменении нагрузки.

Регулятор (рис. 33) приводится в действие от кулачкового вала насоса через цилиндрические шестерни 8 и 14.

Рычагом 11 управления изменяют положение рейки 17, которая через зубчатый сектор 35 и втулку 34 повертывает плунжер 33 каждой секции на определенный угол, что и изменяет подачу топлива. Рычаг 11 соединен с педалью, расположенной в кабине водителя.

Рис. 33. Всережимный регулятор числа оборотов коленчатого вала двигателя ЯМЗ-236
Рис. 33. Всережимный регулятор числа оборотов коленчатого вала двигателя ЯМЗ-236

1 — регулировочный винт подачи топлива и мощности двигателя в период эксплуатации; 2 — кулиса; 3 — палец рычага рейки; 4 — серьга; 5 — муфта; 6 и 16 — грузы; 7 — корпус; 8 — шестерня кулачкового вала насоса; 9 — скоба кулисы; 10 — вал рычага пружины регулятора; 11 — рычаг управления; 12 — болт ограничения максимальных оборотов; 13 — болт ограничения малых оборотов холостого хода; 14 — шестерня валика регулятора; 15 — валик регулятора; 17 — зубчатая рейка; 18 — тяга зубчатой рейки; 19 — пружина рычага рейки; 20 — рычаг пружины; 21 — пружина регулятора; 22 — распорная пружина; 23 — двуплечий рычаг; 24 — рычаг привода рейки; 25 — регулировочный винт; 26 — рычаг регулятора; 27 — буферная пружина; 28 — контргайка; 29 — корпус буферной пружины; 30 — предохранительный колпачок; 31 — винт регулирования вдвига рейки; 32 — гаситель вибраций регулятора; 33 — плунжер; 34 — втулка; 35 — зубчатый сектор; 36 — гильза; 37 — корпус нагнетательного клапана; 38 — нагнетательный клапан; 39 — пружина; 40—штуцер

Для увеличения подачи топлива рычаг 11 управления перемещают в сторону болта 12. При этом усилие от рычага 11 на рейку 17 передается через вал 10 на рычаг 20, затем пружину 21 регулятора, двуплечий рычаг 23, регулировочный винт 25, рычаг 26 регулятора, серьгу 4, а затем на шарнирно связанный с ней рычаг 24 привода рейки и тягу 18.

Рейка 17 вдвигается в корпус насоса, и подача топлива секциями увеличивается.

Для уменьшения подачи топлива необходимо выдвинуть рейку из корпуса насоса, что достигается перемещением рычага 11 управления в сторону болта 13.

Во время работы насоса перемещение рейки обеспечивается всережимным регулятором автоматически. Следует помнить, что пружины 19 и 21 регулятора, воздействуя на рычаг 24 привода рейки, стремятся установить зубчатую рейку 17 в положение большей подачи.

Снижение нагрузки сопровождается увеличением скорости вращения коленчатого вала. Одновременно увеличивается скорость вращения грузов 6 и, 16 регулятора, центробежная сила грузов возрастает, и они, повертываясь на своих осях, через ролики перемещают муфту 5 по валику 15 регулятора. Вместе с муфтой будет перемещаться шарнирно связанный с ней рычаг 24 привода рейки. Рейка немного выдвинется из корпуса насоса и через зубчатые секторы повернет плунжеры секций насоса в сторону уменьшения подачи топлива. Скорость вращения вала двигателя, а следовательно, и грузов 6 к 16 регулятора снизится, и грузы слабее будут давить на муфту 5.

В результате усилием пружин 19 и 21 рейка насоса установится в положение большей подачи топлива, и двигатель будет работать на заданном скоростном режиме.

Когда рычаг 11 управления устанавливают в положение большей подачи топлива, вместе с ним поворачивается рычаг 20, и натяжение пружины 21 регулятора увеличивается.

При установке рычага 11 управления до упора в болт 12 подача топлива, а следовательно, и мощность двигателя будут наибольшими. Если при этом положении рычага уменьшится нагрузка двигателя, то возрастает скорость вращения коленчатого вала двигателя и грузов 6 и 16 регулятора. Грузы, воздействуя через муфту 5 и систему рычагов на зубчатую рейку 17 насоса, выдвинут ее в сторону регулятора. Подача топлива уменьшится, что ограничит максимальные обороты коленчатого вала и предохранит двигатель от разноса при уменьшении нагрузки.

Рис. 34. Форсунка двигателя ЯМЗ-236: 1 — распылитель; 2 — игла; 3 — кольцевая камера; 4 — гайка распылителя; 5 —корпус; 6 — топливный канал; 7 — шток
Рис. 34. Форсунка двигателя ЯМЗ-236: 1 — распылитель; 2 — игла; 3 — кольцевая камера; 4 — гайка распылителя; 5 —корпус; 6 — топливный канал; 7 — шток; 8 — опорная шайба; 9 — пружина; 10 — гайка; 11 — уплотнительная шайба; 12 — регулировочный винт; 13 — контргайка; 14 — колпачок; 15 — гнездо фильтра; 16 — сетчатый фильтр; 17 — штуцер; 18 — резиновый уплотнитель

Для остановки двигателя выключают подачу топлива при помощи скобы 9 кулисы. При перемещении скобы вниз усилие от нее передастся на кулису 2, а через палец 3 на рычаг 24 привода рейки. Рейка выдвинется из корпуса насоса и установит плунжеры всех секций насоса в положение нулевой подачи. Регулировочный винт 1 ограничивает ход кулисы. Этим винтом ограничивают подачу топлива, а следовательно, мощность двигателя при его эксплуатации.

Гаситель вибраций 32 и буферная пружина 27 предотвращают резкое изменение подачи топлива при работе регулятора. Винтом 31 регулируют максимальный вдвиг рейки, а винтом 25 — натяжение пружины 21 регулятора.

Форсунка.

На двигателях ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238 устанавливают форсунки закрытого типа. Форсунка (рис. 34) служит для тонкого распыливания и равномерного распределения топлива, впрыскиваемого насосом в камеру сгорания.

От насоса высокого давления топливо подается через сетчатый фильтр 16 форсунки в топливный канал 6. Топливо, подводимое в кольцевую камеру 3, давит на коническую поверхность иглы 2, немного приподнимает иглу при давлении около 150 кГ/см2 и через четыре отверстия распылителя впрыскивается в камеру сгорания двигателя. По окончании нагнетания топлива пружина 9 через шток 7 быстро опускает иглу, и она закрывает отверстия распылителя.

В.М. Кленников, Н.М. Ильин

Статья из книги «Устройство грузового автомобиля». Читайте также другие статьи из

Глава «Система питания»: