Дозатор- распределитель, регулятор

ДАВЛЕНИЯ ПИТАНИЯ.

Дозатор-распределитель (рис. 6) дозирует и распределяет топливо, поступившее через фильтр от насоса к каналу "А", по форсункам (инжекторам) цилиндров, каналы "Е". Перемещение плунжера распределителя происходит в соответствии с перемещениями напорного диска расходомера воздуха. Напомним, что в свою очередь напорный диск перемещается в соответствии с расходом воздуха или с открытием дроссельной заслонки.

Плунжер 6 перемещается в гильзе 7 с отверстиями. Каких-либо уплотнений в этой паре не предусмотрено, герметичность обеспечивается минимальными зазорами, точностью формы и чистотой сопрягаемых поверхностей деталей. Гильза вставляется в корпус с большим зазором, а уплотнение обеспечивается резиновым кольцом установленном, в канавке гильзы (на рис. 6 не показано).

На плунжер снизу воздействует рычаг напорного диска, сверху — управляющее давление.

Между распределителем и выходными каналами "Е" располагаются дифференциальные клапаны, необходимые, как отмечалось, для получения линейной зависимости между перемещением плунжера и расходом топлива поступающего к форсункам.

Само название клапанов — дифференциальные объясняется следующим. Дифференциал от лат. differentia — разность, перепад, разделение. Дифференциальный клапан это буквально — клапан с двумя камерами с перепадом давлений или клапан разделенный гибкой диафрагмой.

Нижние камеры дифференциальных клапанов соединены кольцевым каналом и находятся под рабочим давлением. На стальную диафрагму 4 снизу воздействует это давление, а сверху пружина опирающаяся вверху в корпус, внизу на специальное седло и диафрагму.

При поступлении топлива в верхнюю камеру (рис. 7) к усилию пружины добавляется давление топлива, диафрагма прогибается вниз, увеличивая проходное сечение. В связи с чем давление в верхней камере падает, диафрагма несколько выпрямляется, в результате получается динамическое равновесие или та самая необходимая линейная зависимость между перемещением плунжера и поступлением топлива к форсункам.

Рассмотренное регулирование состава рабочей смеси относится к частичным нагрузкам или к обычной работе двигателя. Но существуют и другие режимы: холодный пуск, холостой ход, полная нагрузка. Приспособляемость к этим режимам "по воздуху" предусмотрена в расходомере (см. рис. 2, 7, а), благодаря форме и сечению направляющего устройства. В дозаторе-распределителе предусмотрено приспособление "по бензину", осуществляемое подводом к плунжеру сверху управляющего давления. Чем больше управляющее давление, тем больше усилие препятствующее подъему плунжера, соответственно с уменьшением управляющего давления уменьшается и сила препятствующая подъему.

 

Рис.6. Дозатор- распределитель с регулятором давления питания: а- общая схема: 1- верхняя камера дифференциального клапана; 2- нижняя камера; 3- трубка форсунки впрыска; 4- диафрагма клапана; 5- пружина клапана; 6- плунжер распределителя; 7- гильза распределителя; 8- демпфирующий дроссель; 9- дроссель подпитки; 10- поршень регулятора давления; 11- толчковый клапан; б- регулятор давления слива топлива в бак; в- состояние покоя; г- холостой ход, частичные нагрузки; д- полная нагрузка; А,В,C, D, E- топливные каналы.

 

 

Рис. 7. Регулирование состава рабочей смеси:

а — направляющее устройство с зонами перемещения напорного диска: 1 — максимальная нагрузка, 2 — частичные нагрузки, 3 — холостой ход; б — малая доза впрыска, в — большая доза впрыска; 1 — дифференциальный клапан, 2 — распределитель. Каналы: А — подвод питания от насоса; Е — подача топлива к форсункам

Постоянное по величине давление топлива в системе поддерживает регулятор давления. В случае повышения давления поршень 10 (см. рис. 6 а, б), сжимая пружину перемещается вправо и позволяет излишку топлива через канал "В" возвратиться в бак. Давление топлива в системе уравновешивается пружиной поршня 10 и остается постоянным.

При остановке двигателя топливный насос выключается. Давление системы быстро снижается и становится ниже величины давления открытия клапанной форсунки, сливное отверстие закрывается с помощью подпружиненного поршня регулятора давления.

В регулятор давления встроен толчковый клапан 11. Этот клапан приводится в движение поршнем регулятора давления (открывается). Толчковый клапан работает совместно с регулятором управляющего давления.

4. Системы пуска двигателей.

Лекции

09.12.14;

4.1.. Способы пуска двигателей

В двигателях внутреннего сгорания применяют следующие способы пуска двигателей (рис.4.1).

Рис.4.1. Системы пуска ДВС

Пуск электростартером является наиболее часто применяемым способом пуска автомобильных двигателей.

Пневматические стартеры устанавливают на двигатели в некоторых, очень редких случаях. Это специальные воздушные двигатели, в которые поступает сжатый воздух из баллонов.

Сжатый воздух при пуске двигателя может подаваться также непосредственно в его цилиндры (пневматический пуск). Перед пуском некоторых двигателей сжатый воздух подается в баллоны от специального карбюраторного двигателя, соединенного с компрессором.

Инерционные стартеры применяют для пуска автомобильных и тракторных двигателей. Принцип действия этих стартеров основан на использовании кинетической энергии специального маховика. Этот маховик перед пуском двигателя раскручивается от руки или от электродвигателя до большого числа оборотов, после чего вращение маховика при помощи механизма включения передается коленчатому валу.

В некоторых конструкциях вместо специального маховика используют маховик двигателя, устанавливаемый в этом случае на коленчатом валу свободно и соединяющийся с ним через фрикционную муфту. Во время пуска двигателя маховик при выключенной муфте раскручивается от руки до необходимых оборотов, после чего муфта включается и коленчатый вал с маховиком вращаются как одно целое.

Пусковые четырех- или двухтактные карбюраторные двигатели применяют наиболее часто для пуска тракторных дизелей большой мощности. Это обычно одно- или двухцилиндровые двигатели с зажиганием от магнето, устанавливаемые на блок- картерах дизелей. Пуск вспомогательных двигателей производится от руки или электростартером.

4.2. Параметры пускового устройства

Пусковое число оборотов – число оборотов коленчатого вала, необходимое для обеспечения пуска, зависит от типа двигателя.

Пусковое число оборотов карбюраторных двигателей должно обеспечивать:

1) образование в конце хода сжатия смеси, находящейся в пределах воспламеняемости; 2) получение интенсивной искры, достаточной для воспламенения рабочей смеси;

3) получение температур и давлений смеси, достаточных для повышения числа оборотов коленчатого вала от пусковых до устойчивых.

Пусковое число оборотов карбюраторных двигателей n_п = 0.8–1 c^-1.

Пусковое число оборотов дизелей должно быть достаточным для обеспечения надежного воспламенения впрыскиваемого в цилиндр топлива. При малом числе оборотов процесс сжатия протекает относительно медленно, что является причиной повышенного теплообмена между сжимаемыми газами и поверхностью соприкасающихся с ними деталей, значительной утечки этих газов через поршневые кольца и, как следствие, причиной недостаточно высоких температур конца сжатия. Кроме того, температура в конце процесса сжатия зависит от температуры воздуха, подаваемого в цилиндры (рис.4.2).

Для дизельных ДВС температура устойчивого воспламенения топлива Т= 300…375⁰C.

Для получения необходимой температуры конца сжатия пусковые обороты дизелей должны быть n_п = 2…4 c^-1 (120…240 об./мин) при температуре минус 10…20⁰C. При более низких температурах применяют устройства предпусковой тепловой подготовки двигателей.

Рис.4. 2. Температура в конце процесса сжатия

Мощность пускового устройства – мощность, достаточная для прокручивания коленчатого вала с пусковым числом оборотов.

4.2. 1. Выбор мощности пускового устройства двигателей

 

1. Суммарное сопротивление двигателей прокручиванию определяется средним моментом сопротивления М_с, который зависит от вязкости масла ν_t, площади поверхностей трения, частоты вращения коленчатого вала n_e, а также от утечек рабочего тела при сжатии.

Для расчета М_с можно воспользоваться эмпирическими формулами:

- при числе цилиндров , кг·м

- при , кг·м

- при , кг·м

где V_h, л – рабочий объем цилиндра;

n_n, мин^-1 – частота прокручивания коленчатого вала при пуске

(n_nmin = 35…40 мин^-1 – для двигателей ИЗ при t_о = 0…20ºС; n_nmin = 100…200 мин^-1 – для дизелей без средств облегчения пуска при t_о = –5ºС);

ν_t, мм²/с – кинематическая вязкость масла.

Значение величины ν_t можно выбрать по табл.4.1, предварительно выбрав марку масла для двигателя.

2. Требуемую мощность электростартерной системы пуска, обеспечивающую пуск в течение одной попытки продолжительностью не более 20с, для заданных условий можно вычислить по формуле:

, л.с., где

 

k – коэффициент, учитывающий дополнительное сопротивление прокручиванию двигателя, установленного на тракторе (для трактора k = 1,1; для автомобиля k = 1,0);

η – КПД передачи от стартера к маховику (можно принять η = 0,83…0,86);

М_с, в кг · м.

, кВт.

Определенную по указанной формуле мощность электростартер должен развивать на третьем прокручивании при питании от аккумуляторной батареи с начальной степенью заряженности 75%.

Таблица 4.1.

 

Классы кинематической вязкости моторных масел в соответствии с ГОСТ 17479.1 – 85

 

Класс вязкости	Кинематическая вязкость, мм^2/с, при температуре
+ 100ºС	–18ºС, не более
Зимние классы З3 43 53 63	Не менее 3,8 Не менее 4,1 Не менее 5,6 Не менее 5,6
Летние классы	5,6 – 7,0 7,0 – 9,5 9,5 – 11,5 11,5 – 13,0 13,0 – 15,0 15,0 – 18,0 18,0 – 23,0	- - - - - - -
Всесезонные классы 33/8 43/6 43/8 43/10 53/10 53/12 53/14 63/10 63/14 63/16	7,0 – 9,5 5,6 – 7,0 7,0 – 9,5 9,5 – 11,5 9,5 – 11,5 11,5 – 13,0 13,0 – 15,0 9,5 – 11,5 13,0 – 15,0 15,0 – 18,0

 

4.3.Средства для облегчения пуска.

 

1.Декомпрессионный механизм.

Служит для снижения давления в цилиндрах двигателя при сжатии за счёт сообщения полостей цилиндров с окружающей средой.

Предварительное прокручивание К.В. при включённом декомпрессионном механизме позволяет подать смазку на трущиеся поверхности деталей, частично нагреть их, снизить потери на трение и тем самым облегчить последующий пуск двигателя.

Суть конструкции декомпрессионного механизма заключается в удержании в приоткрытом положении впускных, выпускных или тех и других клапанов.

Тенденция к тому, что декомпрессионные механизмы не делают. Это стало возможным благодаря улучшению пусковых свойств дизелей и повышению надёжности их пусковых устройств.

2.Подогрев свежего заряда на впуске.

Производится только при низких температурах (t≤0ºC) независимо от того, имеются ли на двигателе ещё какие- либо вспомогательные облегчающие пуск устройства.

Применяют следующие способы подогрева свежего заряда:

-установка спиралей накаливания на пути поступающего воздуха;

-впрыскивание топлива во впускную магистраль и воспламенение его запальной свечой высокого напряжения;

-использование электрофакельного подогрева с помощью термостарта при отрицательных температурах окружающей среды;

- использование свечей накаливания непосредственно в камере сгорания дизеля.

3. Использование легковоспламеняющихся пусковых жидкостей.

4.Предпусковой разогрев двигателя.

4.3.1. Предпусковой разогрев двигателя.

Ориентировочно необходимую теплопроизводительность подогревателя системы предпускового разогрева двигателя в кВт можно определить по формуле: τ_р

Q_Ж= (К_tподш.× Δt_подш. × 0,7)/(10000× τ_р), где

К_tподш.- экспериментальное значение условной теплоёмкости подшипников (для различных двигателей К_{tподш.экспер.} ≈ 1800…2900 кДж/ ºC).

Δt_подш.-необходимая величина нагрева подшипников, ºC.

τ_р- время работы подогревателя до пуска двигателя, мин.

После определения теплопроизводительности подогревателя по параметрам коренных подшипников проверяют температуру ГБЦ:

t _г.=(Q_Ж × τ_р.)/(К_tг.× 60) + t₀, где

t₀ – начальная температура двигателя, ºC.

К_tг. – условная теплоёмкость ГБЦ, (300…520 кДж/ ºC).

Должно выполняться условие: [t _г.] ≥ +40 ºC.

4.3.1.1.Предпусковой подогреватель.(Рис.4.3.)

 

Рис.4.3. Основные узлы нагревателя.

Основные понятия

Один запуск холодного двигателя в зависимости от температуры окружающего воздуха равняется по износам пар трения от 200 до 600 км пробега. Это одна сторона этого вопроса - долговечность автомобиля. С другой стороны современные двигатели, соответствующие требования правилам Евро, оснащенные турбокомпрессорами и ОНВ без предварительной тепловой подготовки запустить будет практически невозможно.

 

Оптимальной температурой в камере сгорания дизельного двигателя д.б. порядка 600°С. Минимальная - 300°С.

Факторы, влияющие на снижение этой температуры и мероприятия, предотвращающие снижение этой температуры.

Температура топливо - воздушной смеси, которая подается в цилиндры:

1. Подогрев топлива осуществляется при прогреве двигателя жидкостным подогревателем. Что касается прогрева нагнетаемого воздуха, то он должен подогреваться ЭФУ. Фактически водитель это обеспечивает зажженным факелом, направленным в воздушный тракт двигателя.

2. Скорость сжатия топливо - воздушной смеси в камере сгорания цилиндра. Она зависит от оборотов коленчатого вала, минимальные обороты согласно требований ОСТ 37.001.052 должны быть min 50 об/мин.

 

Два фактора, влияющие на этот параметр:

а) Сила трения в поршневой группе. Влияние этого фактора снижается при прогреве двигателя жидкостным подогревателем.

б) Момента трения в подшипниках коленчатого вала, который зависит от вязкости моторного масла. Это достигается применением специальных сортов масла или его подогревом, что наиболее распространено, особенно в переходные периоды осень-зима и Северных регионах.

Принцип работы систем подогрева ОЖ( Рис.4.4.).

 

Рис.4.4.

Нормативная база, определяющая требования к конструкции жидкостного подогревателя двигателя, как одного из вариантов системы тепловой подготовки двигателя.

1. ОСТ 37.001.052.2000. “Двигатели АТС. Качества пусковые. Технические требования” определяет основные потребительские свойства и требования к конструкции системы тепловой подготовки двигателя. Самое главное, дано определение понятия – система тепловой подготовки двигателя:

а. Однорежимная система тепловой подготовки – для предпускового подогрева двигателя.

б. Двухрежимная система тепловой подготовки двигателя – для предпусковой подготовки и длительного поддержания его теплового состояния.

Основные требования:

Любая из систем тепловой подготовки должна иметь устройство автоматического управления работой подогревателя и поддержания неработающего двигателя в рабочем состоянии, а также систему диагностики отказов.

Обязательность исполнения выше указанных требований факультативна т.е. определяется – “по согласованию с заказчиком”.

Обязательным является то, что должен быть обеспечен запуск двигателя любого АТС при температуре окружающей среды минус 45°С в течении 36 мин.; для многоцелевых автомобилей – при минус 50°С за 30 мин.; для всех АТС исполнения ХЛ – при минус 60°С за 45 мин.

Эти требования подтверждены ГОСТ Р 50.992-96.

В вышеуказанных нормативных документах отсутствуют, какие либо рекомендации по тепловой мощности подогревателя, его конструкции и что особенно показательно, нет даже упоминания о такой важной его функции – как обогрев кабины.

2. Технические требования к системам управления установлены ГОСТ Р 50.905-96 “АТС. Электронное оснащение. Общие технические условия”. Это всеобъемлющий ГОСТ, устанавливающий требования ко всем параметрам электронного оснащения любого изделия в составе АТС. Чего, к сожалению, невозможно сказать о руководящих документах, относящихся к жидкостным подогревателям.

Остановимся на двух:

а. Требование по приспособленности электронного оснащения к контролю работоспособности и диагностирования, т.е. должен быть предусмотрен самоконтроль и индикация водителю результатов самоконтроля при изменении функционирования или неработоспособности электронного оснащения, или его компонентов.

б. Требования по стойкости к воздействию условий эксплуатации, в частности: блоки и узлы электронного оснащения должны иметь конструктивную защиту, предохраняющую от попарного замыкания выводов и каждого вывода на корпус. При нарушении и последующем восстановлении контакта в цепи любого вывода, электронное оснащение должно быть работоспособно. Работоспособность должна быть сохранена при воздействии импульсных электрических напряжений в бортовой сети АТС в нормальных режимах эксплуатации и аномальных режимах (срабатывание предохранителей, при отключении и подключении АБ, в том числе – с обратной полярностью).

 

Существуют две базовые конструкции современных жидкостных подогревателей и воздушных отопителей. Принципиальные различия состоят в способе подачи топлива в зону горения и образования факела.

 

Общим для обеих конструкций должно быть выполнение условия:

- для сокращения времени прогрева самого подогревателя и двигателя, выход ОЖ из подогревателя должен быть расположен в наиболее горячей зоне.

Базовые конструкции ( Рис.4.5, 4.6.).

 

Рис.4.5.Подогреватель с распылительной камерой сгорания.

Топливо шестеренчатым насосом под давлением до 1,1 МПа через форсунку подается в зону горения ( Рис.4.5), конструкция которой обеспечивает оптимальное распыление топлива. Т.е. создаваемое насосом давление и конструкция форсунки обеспечивают полноту сгорания топлива. Розжиг пламени производится искрой от высоковольтного источника напряжения (ВИН).

Нагнетатель и топливный насос приводятся во вращение одним электродвигателем, что в принципе должно обеспечить стабильность коэффициента избытка воздуха при номинальных оборотах.

Управление факелом (включение и отключение подачи топлива) производится электромагнитным клапаном. Для подогрева топлива при запуске имеется электронагреватель.

Особенностью конструкции подогревателя с распылительной камерой сгорания является одна постоянная ступень тепловой мощности. Изменение оборотов электромотора нагнетателя и соответственно количества подаваемого воздуха и топлива на горение и его давления из-за не пропорциональности изменений производительности нагнетателя и топливного насоса приводит к дисбалансу режима горения и, как следствие изменяет, показатели экологичности выхлопа.

Габариты подогревателя такой конструкции определяются длиной факела, который, в свою очередь, зависит от конструкции форсунки т.е. угла распыла и наличие в теплообменнике различных завихрителей.

Тепловая мощность подогревателя зависит от количества топлива сгораемого в подогревателе, которое зависит, в первую очередь, от проходных сечений в форсунке. Таким образом нижний предел тепловой мощности подогревателей ограничивается технологической возможностью обработки отверстий в форсунке.

Наиболее распространенный модельный ряд тепловых мощностей подогревателей это 23-30-35 кВт.

Верхний предел тепловой мощности практически технически не ограничен. Совершенно естественно повышенная тепловая мощность ведет к повышению потребления энергии аккумуляторной батареи (АБ) электромоторами нагнетателя и циркуляционного насоса, что ограничивает продолжительность его работы (по условию сохранения положительного баланса АБ).

Основная область применения этих подогревателей – предпусковой прогрев двигателя. В случае необходимости обогрева обитаемых помещений, это возможно только при работающем на холостом ходу двигателе АТС.

 

Рис.4.6.Подогреватель с испарительной камерой сгорания.

 

Топливо плунжерным импульсным насосом подается на испаритель горелки ( Рис.4.6.), одновременно нагнетатель подает воздух на горение. Свеча накаливания производит предварительный прогрев зоны испарителя и топливно-воздушной смеси и ее воспламенение. После того как горение началось, свеча отключается. Количество топлива и воздуха на горение строго регламентировано в зависимости от режима горения и уровня тепловой мощности.

Конструкция горелки должна обеспечить оптимальную смешиваемость топливно-воздушной смеси. Чем интенсивнее обеспечивается этот процесс, тем полнее идет процесс горения, тем выше экологические и энергетические показатели подогревателя.

Тепловая мощность такого подогревателя напрямую зависит от размеров испарителя. Поэтому минимальная тепловая мощность зависит только от потребности в этой минимальной тепловой мощности.

Максимальная длина ограничивается габаритами горелки и самого подогревателя. Габариты «факела» определяются размерами горелки и наличием специальных завихрителей, ограничивающих длину факела и обеспечивают более интенсивный нагрев ОЖ на первоначальной стадии разогрева ОЖ, именно в зоне выхода ОЖ из подогревателя - в передней части теплообменника. В этой конструкции подогревателя его максимальные габариты зависят только от тепловой мощности, т.е. его габариты должны обеспечить отвод созданной подогревателем тепловой энергии.

Схема конкретного подогревателя 15.8106-05,-15, его внешний вид и составляющие представлены на рис.4.7, рис.4.8 и далее по тексту.

Рис.4.7. Схема подогревателя 15.8106-05,-15.

 

 

Рис.4.8. Внешний вид подогревателя 15.8106.

 

Технические параметры подогревателей фирм Webasto и Eberspracher сведены в таблицу 4.2.

Таблица 4.2. Технические параметры подогревателей.

4.3.1. 2.Подогреватель моторного масла.

НАЗНАЧЕНИЕ.

Подогреватель моторного масла предназначен для разогрева масла в картерах двигателей при минусовых температурах окружающего воздуха. Опыты пуска двигателя при разогретом масле показали значительное улучшение пусковых характеристик, таких как скорость нарастания давления масла в системе, время пуска двигателя. В первые минуты работы двигателя (Токр_.= -20°С), без предварительного подогрева масла, давление в системе отсутствует, имеет место масляное голодание - значительно снижающее ресурс работы двигателя.² достигается в течение 30 сек. после запуска, что превосходит зарубежные и отечественные требования для холодного пуска двигателей и исключает масляное голодание.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

- Напряжение питания, 12(24) В

- Потребляемая мощность одного модуля в течении 30 сек. после включения, не более, 240 Вт

- Потребляемая мощность в течении 10 мин. после пуска, не более, 120 Вт

- Масса модуля, 0,2 кг

- Подогреватель сохраняет работоспособность при температуре окружающей среды до, °С-50