LabRaboty1-7

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Для чего предназначена система питания бензинового ДВС?

2.Что такое горючая смесь?

3.Что такое рабочая смесь?

4.Какая смесь называется стехиометрической (нормальной)?

5.Что такое коэффициент избытка воздуха?

6.Какая смесь называется бедной?

7.Какая смесь называется богатой?

8.Смесь какого состава называется мощностной и почему?

9.Смесь какого состава называется экономичной и почему?

10.Какая смесь требуется для режима пуска холодного двигателя и почему?

11.Какая смесь требуется для устойчивой работы двигателя на холостом ходу и почему?

12.Какая смесь требуется для работы ДВС в режиме частичных нагрузок и почему?

13.Какая смесь требуется для работы ДВС на режиме максимальной мощности и почему?

14.Какая смесь требуется для работы ДВС на режиме резкого ускорения и почему?

15.Что такое трехкомпонентный каталитический нейтрализатор и зачем он нужен?

16.Какой состав смеси необходим для нормальной работы трехкомпонентного каталитического нейтрализатора?

17.Смесь какого состава создается системой питания ДВС без каталитического нейтрализатора?

18.Смесь какого состава создается системой питания ДВС с каталитическим нейтрализатором?

19.В чем заключается качественное регулирование мощности ДВС?

20.В чем заключается количественное регулирование мощности ДВС?

21.Какой способ регулирования мощности используют в бензиновом двигателе?

22.Что такое дроссельная заслонка и для чего она нужна?

23.Каким образом смешивается бензин с воздухом в инжекторном ДВС?

24.Чем центральный впрыск топлива (моновпрыск) отличается от распределенного впрыска?

25.Как устроена и работает электромагнитная форсунка впрыска топлива (инжектор)?

26.Под действием какой силы открывается электромагнитная форсунка бензинового ДВС?

27.Какая сила удерживает электромагнитную форсунку бензинового ДВС в закрытом состоянии?

28.От чего зависит количество топлива, впрыскиваемого во впускной коллектор ДВС в единицу времени?

31

29.От чего зависит продолжительность открытия электромагнитной форсунки бензинового ДВС?

30.На основании чего рассчитывается продолжительность управляющих импульсов, подаваемых на форсунки бензинового ДВС?

31.Какой агрегат системы впрыска бензина подает управляющие импульсы на электромагнитные форсунки?

32.Каким образом измеряется количество воздуха, поступающего в цилиндры ДВС в единицу времени и для чего это нужно?

33.Как вычисляется количество поступающего в цилиндры ДВС воздуха в системах без прямого его измерения?

34.Для чего предназначены и где установлены следующие датчики: массового расхода воздуха, абсолютного давления во впускном коллекторе, угла открытия дроссельной заслонки, частоты вращения и положения коленчатого вала, положения распредвала, температуры охлаждающей жидкости, температуры всасываемого воздуха и детонации? Как их показания учитываются в работе системы впрыска бензина?

35.В каком случае для расчета продолжительности управляющих импульсов, подаваемых на форсунки, не учитывается количество воздуха, поступающего в цилиндры ДВС?

36.Что такое лямбда-регулирование и зачем оно применяется?

37.Чем система впрыска бензина с обратной связью отличается от системы впрыска без обратной связи?

38.На каких режимах работы ДВС отключает лямбда-регулирование?

39.Для чего предназначены датчики кислорода в отработавших газах ДВС (O2-сенсоры)?

40.В каком месте устанавливаются датчики кислорода?

41.Как форсунки впрыска бензина закреплены на ДВС?

42.Что такое топливная рейка (рампа)?

43.Как подается топливо к топливной рампе?

44.Для чего нужен регулятор давления, установленный в топливной рейке?

45.Для чего регулятор давления, установленный в топливной рейке, сообщается с впускным коллектором ДВС?

46.Для чего предназначен обратный топливопровод, подключенный к регулятору давления на топливной рейке?

47.Для чего нужно поддерживать постоянный перепад давления между топливной рейкой и впускным коллектором?

48.Как регулируется давление топлива в системах впрыска без обратного трубопровода?

49.Где расположен топливный насос в системах впрыска бензина?

50.Для чего предназначен и где установлен топливный фильтр в ДВС с системой впрыска бензина?

51.Каков принцип действия топливного фильтра бензинового ДВС?

52.Каков принцип действия топливного насоса в инжекторном ДВС?

32

53.Для чего предназначен бензобак?

54.Почему бензобак связан с атмосферой, а не герметичен?

55.Для чего нужна система улавливания паров топлива из бензобака?

56.Как работает система улавливания паров топлива из бака (EVAP)?

57.Зачем нужен абсорбер паров топлива?

58.Зачем нужен клапан регенерации (клапан продувки абсорбера) в системе EVAP?

59.Как поступает воздух в цилиндры бензинового ДВС?

60.Где установлен и как работает воздушный фильтр бензинового ДВС?

61.Из каких деталей состоит система выпуска отработавших газов ДВС?

62.Зачем нужен и как работает глушитель выхлопа отработавших газов?

63.Для чего нужна система рециркуляции отработавших газов?

64.Как устроена и работает система рециркуляции отработавших газов?

СОДЕРЖАНИЕ ПРОТОКОЛА ОТЧЕТА

1.Характеристика простейшего и идеального карбюратора (график зависимости состава смеси от степени использования мощности ДВС).

2.Общая схема системы распределенного впрыска топлива во впускной коллектор.

3.Схема электромагнитной форсунки (инжектора).

Лабораторная работа № 7 СИСТЕМА ПИТАНИЯ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучить устройство и принцип действия системы питания дизельного двигателя с рядным ТНВД.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ ПОНЯТИЯ

В дизельном двигателе топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр в конце такта сжатия. От соприкосновения с горячими газами оно самовоспламеняется и сгорает. Таким образом, в дизеле процессы смесеобразования и воспламенения происходят практически одновременно. Для обеспечения полного и быстрого воспламенения и сгорания дизельное топливо необходимо распылить внутри камеры сгорания как можно мельче. Для этого его нужно впрыскивать под достаточно высоким давлением (250…450 бар), что и делает система питания дизеля.

33

Впрыск топлива в камеру сгорания осуществляется через форсунку. Она представляет собой сопло, закрытое иглой, которую прижимает к седлу пружина. Под действием давления топлива, подаваемого к форсунке, игла поднимается, открывая сопло, и происходит впрыск. Он продолжается до тех пор, пока сила давления топлива не упадет ниже усилия пружины.

Для создания необходимого давления служит топливный насос высокого давления (ТНВД). Он состоит из нескольких секций – по одной на каждый цилиндр. Каждая секция включает в себя плунжерную пару и кулачковый механизм для привода плунжера в движение. Плунжерная пара представляет собой гильзу со вставленным в нее поршнем (плунжером). Гильза и плунжер являются прецизионной парой, то есть изготовлены и подобраны друг к другу с высокой степенью точности. Зазор в сопряжении "гильза-плунжер" очень мал (порядка 0,001 мм), что позволяет обеспечить герметичность надплунжерного пространства.

Плунжер в гильзе движется вверх-вниз под действием вращающегося кулачка. Кулачки всех плунжеров объединены в один общий кулачковый вал, имеющий привод от коленчатого вала двигателя. При нахождении плунжера в нижнем положении пространство над ним заполняется топливом (для этого в боковой стенке гильзы сделано входное отверстие). При движении плунжера вверх он перекрывает это отверстие и начинает сжимать топливо внутри гильзы. По достижении необходимого давления топливо начинает выталкиваться из гильзы в форсунку (через отдельный топливопровод), для чего в верхнем торце гильзы установлен нагнетательный клапан. В форсунке топливо поднимает иглу и впрыскивается в камеру сгорания. Непрерывное движение плунжера вверх (внутри гильзы) поддерживает в форсунке необходимое для продолжения впрыска давление.

В определенный момент пространство над плунжером соединяется со сливным отверстием, также имеющимся в стенке гильзы. Топливо, находящееся над плунжером, сливается в бак, его давление резко падает, и впрыск прекращается. Этот процесс называется отсечкой впрыска топлива (или просто отсечкой). Чем раньше произойдет отсечка, тем больше топлива сольется из надплунжерного пространства в бак и, соответственно, тем меньше его будет впрыснуто в цилиндр. Таким образом, регулируя момент наступления отсечки, можно регулировать количество топлива, подаваемого в цилиндры дизельного ДВС.

Для осуществления отсечки и регулирования момента ее наступления на боковой поверхности плунжера выполнена спиральная канавка, соединенная сверлением внутри плунжера с верхним его торцом, то есть с надплунжерным пространством. Отсечка происходит при совпадении этой канавки со сливным отверстием в гильзе. Высота подъема плунжера, то есть момент наступления отсечки, при этом может быть различным. Она регулируется поворотом плунжера на некоторый угол вокруг своей оси (именно для этого канавка на его поверхности сделана спиральной).

34

Для осуществления поворота плунжера на его нижней части (выступающей из гильзы) закреплен зубчатый сектор или поводок, связанный с рейкой управления подачей топлива. Эта рейка связана с педалью акселератора и управляет одновременно всеми плунжерами. При ее перемещении в одну сторону подача топлива в цилиндры ДВС увеличивается, а при перемещении в другую сторону – уменьшается. Таким образом регулируется мощность дизельного ДВС. (Количество поступающего в цилиндры воздуха при этом можно не изменять, поэтому дроссельная заслонка в дизельном двигателе не нужна).

ТНВД, форсунки и соединяющие их трубопроводы образуют контур высокого давления системы питания дизеля. Для подачи топлива к ТНВД существует также контур низкого давления. Он включает в себя топливный бак, фильтры грубой (предварительной) и тонкой очистки топлива, топливоподкачивающий насос, питающий и обратный (дренажный) трубопроводы.

Топливо из бака подается к ТНВД с помощью топливоподкачивающего насоса. Он представляет собой поршневой насос с механическим приводом от коленчатого вала двигателя (например, с помощью эксцентрика на кулачковом валу ТНВД). Для заполнения и прокачки системы при неработающем ДВС предусмотрен ручной привод.

Перед тем как попасть в ТНВД дизельное топливо проходит тщательную очистку. Во-первых, из него должны быть удалены даже мельчайшие механические примеси и вода, так как их наличие приведет к выходу из строя прецизионных плунжерных пар. Во-вторых, из дизельного топлива необходимо удалять пузырьки воздуха, поскольку их наличие приведет к сжимаемости топлива и не позволит ТНВД создать высокое давление.

Очистка топлива происходит в две стадии: в фильтре грубой очистки из топлива удаляются крупные механические примеси и вода, а в фильтре тонкой очистки – мельчайшие механические примеси и воздух. Фильтр грубой очистки установлен на линии всасывания топливоподкачивающего насоса и находится в самой нижней точке топливной системы (как правило, на раме автомобиля), поскольку является фильтром-отстойником для воды (вода тяжелее дизельного топлива и опускается в нижнюю часть фильтра под действием силы тяжести). Фильтр тонкой очистки установлен между топливоподкачивающим насосом и ТНВД, в самой верхней части системы, так как служит для удаления воздуха. В верхней части фильтра имеется дренажное отверстие, через которое часть топлива сливается обратно в бак, захватывая и удаляя вместе с собой всплывающие вверх пузырьки воздуха (так называемая очистка методом флотации). Для удержания механических примесей оба фильтра имеют фильтрующие элементы – тканевые, бумажные или композитные. Топливо просачивается через их поры, оставляя в них частицы примесей (то есть это фильтры щелевого типа).

Для слива топлива в бак предназначены дренажные (возвратные) топливопроводы. Они отводят неиспользованное топливо от секций ТНВД,

35

топливо из фильтра тонкой очистки, а также топливо, просочившееся через неплотности между иглой и корпусом каждой форсунки.

Помимо описанных выше агрегатов, для стабильной работы дизельного двигателя необходимы еще два устройства: регулятор частоты вращения коленчатого вала и автоматическая муфта опережения впрыска

топлива. Регулятор необходим для поддержания постоянной частоты вращения коленвала ДВС, задаваемой водителем путем нажатия на педаль акселератора. Дело в том, что из-за отсутствия дроссельной заслонки дизельный двигатель не имеет свойства самоограничения частоты вращения. При снижении нагрузки на ДВС (например, при движении под уклон) частота вращения коленвала возрастает. В результате плунжеры ТНВД тоже начинают двигаться чаще, и топлива в единицу времени впрыскивается больше. Это приводит к увеличению мощности, развиваемой ДВС, и к еще большему увеличению частоты вращения. В итоге дизельный двигатель самопроизвольно разгоняется до тех пор, пока силы инерции не разрушат его подвижные детали (говорят: "двигатель идет в разнос"). Для исключения этого явления используется регулятор. Его принцип действия несложен: рейка управления подачей топлива ТНВД связана с педалью акселератора не жестко, а через пружину. Помимо водителя на нее воздействует центробежная сила вращающихся грузиков, приводимых в движении о кулачкового вала ТНВД (так называемый регулятор Уатта). При самопроизвольном увеличении частоты вращения коленвала ДВС грузики начинают вращаться быстрее, их центробежная сила увеличивается и перемещает рейку в сторону уменьшения подачи топлива, преодолевая сопротивление пружины. В результате, количество впрыскиваемого топлива уменьшается, и частота вращения коленвала снижается до прежнего уровня. При самопроизвольном снижении частоты вращения коленвала регулятор увеличивает подачу топлива для ее подъема до прежнего уровня. Таким образом, при неизменном положении педали водителя частота вращения коленвала остается постоянной.

Автоматическая муфта опережения впрыска топлива нужна для регулирования угла опережения впрыска в зависимости от частоты вращения коленвала. Углом опережения впрыска называется угол недоворота коленвала до положения, соответствующего нахождению поршня в в.м.т. (Как было сказано ранее, топливо впрыскивается в цилиндр в конце такта сжатия, когда поршень немного не дошел до в.м.т., то есть с опережением. Этому положению соответствует определенный угол поворота коленчатого вала.) Таким образом, опережение впрыска топлива измеряется в угловых градусах.

Опережение впрыска необходимо для того, чтобы топливо успело воспламениться к моменту достижения поршнем в.м.т. Если впрыск произвести слишком поздно, то топливо воспламенится после прохождения поршнем в.м.т., когда он уже движется вниз, и повышение давления в ка-

36

мере сгорания будет не таким значительным. Это приведет к падению мощности ДВС, увеличению его нагрева и увеличению выбросов сажи. Если впрыск произвести слишком рано, то повышение давления в цилиндре произойдет еще до того, как поршень достигнет в.м.т., что приведет к обратным ударам (то есть к противодействию вращению коленвала). В результате, возникнут значительные ударные нагрузки на детали ДВС, и также произойдет потеря мощности. Поэтому впрыск топлива следует производить своевременно.

Оптимальная величина угла опережения впрыска зависит от многих факторов. Муфта опережения впрыска учитывает только один из них – частоту вращения коленчатого вала. Дело в том, что при ее увеличении скорость движения поршня в цилиндре возрастает, а время, требуемое на воспламенение топлива (задержка воспламенения), практически не изменяется. Поэтому угол опережения впрыска необходимо увеличивать (так как за то же время, но при большей частоте вращения, коленвал и поршень проходят большее расстояние).

Конструктивно муфта опережения впрыска топлива состоит из двух полумуфт: ведущей и ведомой, которые соединены между собой через подвижные грузики. Ведомая полумуфта надета на конец кулачкового вала ТНВД, а ведущая связана с приводом от коленчатого вала. При увеличении частоты вращения коленвала грузики расходятся под действием центробежных сил и проворачивают ведомую полумуфту относительно ведущей на некоторый угол по направлению вращения кулачкового вала. В итоге, кулачки начинают раньше набегать на толкатели плунжеров, то есть угол опережения впрыска увеличивается.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1.Общее устройство и принцип действия системы питания дизеля. Смесеобразование в дизеле. Типы камер сгорания дизельных двигателей (разделенные и неразделенные), преимущества и недостатки каждого типа.

2.Устройство и принцип действия агрегатов системы питания дизельного ДВС.

2.1Устройство и работа форсунки дизельного двигателя.

2.2Устройство и работа топливного насоса высокого давления (ТНВД) рядного типа. Работа плунжерной пары (начало и прекращение впрыска топлива в цилиндр, понятие "отсечка"). Регулирование момента отсечки и количества подаваемого в цилиндр топлива.

2.3Агрегаты контура низкого давления, их устройство и работа: топливный бак, топливные фильтры тонкой и грубой очистки, топливоподкачивающий насос. Удаление воздуха из системы питания дизеля.

37

2.4Угол опережения впрыска, его назначение и необходимость изменения в зависимости от режима работы ДВС. Назначение, устройство и работа автоматической муфты опережения впрыска топлива.

2.5Всережимный регулятор частоты вращения коленчатого вала. Его назначение, устройство и работа при снижении и при повышении частоты вращения коленчатого вала.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Для чего предназначена система питания дизельного ДВС?

2.Как смешивается топливо с воздухом в дизельном ДВС?

3.Как происходит воспламенение топлива в дизельном ДВС?

4.Для чего нужен топливный насос высокого давления дизельного двигателя?

5.Почему для впрыска в дизельном ДВС требуется высокое давление топлива?

6.Чем определяется и как регулируется давление начала впрыска топлива в дизельном ДВС с механическими форсунками?

7.Как устроена и работает механическая форсунка дизельного ДВС?

8.Что заставляет иглу дизельной форсунки подниматься?

9.Что заставляет иглу дизельной форсунки опускаться в седло?

10.За счет чего поднимается давление топлива на входе форсунки дизельного двигателя?

11.За счет чего давление топлива на входе дизельной форсунки в определенный момент резко снижается?

12.Из каких частей состоит плунжерная пара ТНВД?

13.Сколько плунжерных пар имеется в ТНВД?

14.Что заставляет подниматься вверх плунжеры ТНВД?

15.Что вынуждает плунжеры ТНВД опускаться вниз?

16.С какой целью плунжеры ТНВД движутся вверх-вниз?

17.С какой целью плунжеры ТНВД могут поворачиваться вокруг своей оси?

18.Что приводит во вращение (поворачивает) плунжеры ТНВД?

19.Как часто плунжеры ТНВД поворачиваются вокруг своей оси?

20.Как часто плунжеры ТНВД совершают поступательное движение (вверх-вниз)?

21.Для чего внутри плунжера имеется сверление, а на его поверхности спиральная канавка?

22.Что такое отсечка подачи топлива в дизельном ДВС?

23.От чего приводится во вращение кулачковый вал ТНВД?

24.Каким образом регулируется количество топлива, подаваемого в цилиндры дизельного ДВС?

25.С чем связана педаль акселератора ("газа") в дизельном ДВС?

26.Почему дизельный ДВС может работать без дроссельной заслонки?

27.За счет чего поступает топливо на вход ТНВД?

28.Для чего нужен топливоподкачивающий насос в системе питания дизеля?

38

29.От чего приводится в движение топливоподкачивающий насос?

30.Под действием какой силы дизельное топливо поступает из топливного бака внутрь топливоподкачивающего насоса?

31.Сколько клапанов имеет топливоподкачивающий насос и для чего они нужны?

32.За счет чего создается давление топлива на выходе из топливоподкачивающего насоса?

33.Насколько большое давление создает топливоподкачивающий насос?

34.Как регулируется подача (расход топлива) топливоподкачивающего насоса?

35.Насколько большое давление создает ТНВД?

36.Для чего нужен нагнетательный клапан ТНВД и разгрузочный поясок на нем?

37.Сколько секций включает в себя ТНВД?

38.Из чего состоит каждая секция ТНВД?

39.В какой последовательности работают секции ТНВД?

40.Почему недопустимо попадание воды в ТНВД?

41.Как удаляется вода из дизельного топлива?

42.Почему недопустимо попадание воздуха в ТНВД?

43.Как удаляется воздух из дизельного топлива?

44.Как дизельное топливо очищается от механических загрязнений?

45.Почему фильтр тонкой очистки топлива расположен в самой верхней точке системы питания дизеля?

46.Почему фильтр грубой очистки топлива, как правило, установлен в самой нижней точке системы питания дизеля?

47.Что такое угол опережения впрыска топлива в дизельном ДВС?

48.Какое влияние оказывает угол опережения впрыска на работу дизельного ДВС?

49.Как конструктивно обеспечивается впрыск дизельного топлива в нужный момент рабочего цикла ДВС?

50.С какой целью нужно регулировать угол опережения впрыска дизельного топлива при изменении частоты вращения коленчатого вала ДВС?

51.Для чего нужна автоматическая муфта опережения впрыска топлива?

52.Как устроена и работает автоматическая муфта опережения впрыска топлива?

53.Почему для дизельного двигателя необходим регулятор частоты вращения коленчатого вала?

54.Как работает всережимный регулятор частоты вращения дизельного ДВС при самопроизвольном снижении числа оборотов коленчатого вала?

55.Как работает всережимный регулятор частоты вращения дизельного ДВС при самопроизвольном увеличении числа оборотов коленчатого вала?

56.Что такое нулевая подача ТНВД и для чего она нужна?

57.Каким образом рейка ТНВД перемещается в положение нулевой подачи топлива?

39

СОДЕРЖАНИЕ ПРОТОКОЛА ОТЧЕТА

1.Общая схема системы питания дизельного двигателя с рядным ТНВД.

2.Схема топливоподкачивающего насоса.

3.Схема плунжерной пары ТНВД.

4.Схема всережимного регулятора частоты вращения коленчатого вала дизельного ДВС.

У ч е б н о е и з д а н и е

Евгений Юрьевич Липатов Артем Вячеславович Лемешкин

ТЕХНИКА ТРАНСПОРТА И ТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА. АВТОМОБИЛИ

Методические указания к лабораторным работам № !–7

Темплан 2013 г. Поз. № 97.

Подписано в печать 22.04.2013. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Гарнитура Times. Печать офсетная. Усл. печ. л.2,32.

Тираж 10 экз. Заказ

Волгоградский государственный технический университет. 400005, Волгоград, просп. В. И. Ленина, 28, корп. 1.

Отпечатано в типографии ИУНЛ ВолгГТУ. 400005, Волгоград, просп. В. И. Ленина, 28, корп. 7.

40