МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ
По выполнению лабораторного занятия №4 «Изучение устройства системы питания карбюраторного двигателя»
МДК 01.02
«Двигатели автотракторной техники»
Для учащихся по специальности
Автомобиле- и тракторостроение»
Разработал Сметанин В.Г.
Санкт-Петербург
Методическое пособие содержит
1. Общее устройство и принцип действия системы питания.
2. Элементы системы питания для очистки воздуха и топлива.
3. Контрольные вопросы.
4. Методика проведения занятия.
5. Общие правила по технике безопасности работы в лаборатории.
6. Рекомендуемая литература.
7. Средства обучения.
Приложение А. Моменты затягивания ответственных резьбовых соединений
Общее устройство и принцип действия системы питания
Принцип действия системы питания карбюраторного двигателя следующий. При вращении коленчатогo вала двигaтеля начинает действовать топливный насос 4 (рисунок 1), который засасывает через сетчатый фильтр 25 топливо из бака 1 и по топливопроводу 2 нaгнeтает его в поплавковую камеру 8 карбюратора. При движении поршня 22 вниз (такт впуска) под действием разрежения из распылителя 14 карбюратора вытекает топливо, а через воздушный фильтр 12 засасывается очищенный воздух. В смесительной камере 15 кapбюратора струя воздуха распыляет топливо и, смешиваясь с ним, образует roрючую смесь, которая по впускному трубопроводу 17 через открытый впускной клапан 18 поступает в цилиндр 21 двиraтсля, rде, перемешиваясь с остатками отработавших raзoв, образует рабочую смecь.
Рисунок 1 - Принципиальная схема системы питания карбюраторного
двигателя:
1 - топливный бак; 2 - топливопровод; 3 - фильтр тонкой очистки топлива; 4 -топливный насос; 5 - эксцентрик привода топливноrо насоса; 6, 7 и 8 - игoльчатый клапан, поплавок и поплавковая камера карбюратора; 9 и 10 - воздушный и топливный жиклеры карбюратора; 11 - карбюратор; 12 - воздушный фильтр; 13, 14, 15 и 16 - диффузор, распылитель, смесительная камера и дроссельная заслонка карбюратора; 17 и 19 - впускной и выпускной трубопроводы; 18 и 20 - впускной и выпускной клапаны; 21 - цилиндр; 22 - поршень;19 и 23 трубопроводы; 24 - глушитель; 25 - сетчатый фильтр топливозаборной трубки бензобака
При движении поршня вверх происходит сжатие рабочей смеси (такт сжатия) и ее сгорание (рабочий ход). Продукты сrорания (отработавшие rазы) через открывающийся выпускной лапан 20 по трубопроводам 19 и 23 поступают в rлушитель 24 и далее в атмосферу (такт выпуска).
Топливо для двиraтелей изучаемых автомобилей является бензин марки АИ-92. В маркировке бензина буква А обозначает, что бензин автомобильный, буква И указывает метод определения oктaновоro числа (исследовательский), а цифры после букв октановое число, которое характеризует стойкость бензина против детонации..
Чем выше октановое число топлива, тем меньше его склонность к
детонации и тем большая допускается степень сжатия, что в свою очередь позволяет повышать мощность и экономичность двиraтеля.
Рисунок 2 – Агрегат системы питания карбюраторного двигателя ЗИЛ-508.10:
1 – подкапотное (пространство); 2 – воздушный фильтр; 3 – карбюратор; 4 – ручка управления воздушной заслонкой; 5 – ручка управления дроссельными заслонками; 6 – педаль управления дроссельными заслонками (акселератором); 7 – топливопровод; 8 – бак; 9 – датчик указателя уровня топлива; 10 - указатель уровня топлива; 11 – кран; 12 – заливная горловина; 13 – выпускная труба; 14 – фильтр-отстойник; 15 – глушитель; 16 – трубы; 17 – выпускной трубопровод; 18 – фильтр тонкой очистки топлива; 19 – топливный насос; 20 – крышка заливной горловины; 21 – пружина выпускного клапана; 22 – воздушный клапан; 23 – пружина воздушного клапана; 24 – выпускной клапан
Системы питания бензиновых карбюраторных двигателейаналогичны изображенной на рисунке 2 системе питания двигателя ЗИЛ-508.10. Топливо из бака 8 при открытом кране 11 через фильтр-отстойник 14, топливопровод 7 засасывается подкачивающим насосом 19, подается в фильтр 18 тонкой очистки и далее в карбюратор 3. При такте впуска воздух, очищенный от посторонних примесей в воздушном фильтре 2, поступает в карбюратор. В нем топливо распыливается, смешивается с воздухом и начинает испаряться. Приготовление горючей смеси продолжается во впускном трубопроводе, двигаясь по которому топливо испаряется и перемешивается с воздухом. Этот процесс заканчивается в цилиндрах двигателя во время тактов впуска и сжатия.
После сгорания рабочей смеси отработавшие газы через выпускной трубопровод 17, трубы 16 и глушитель 15 выбрасываются в окружающую среду. Топливо заливают в бак 8 через горловину 12, закрываемую крышкой 20.
2. Элементы системы питания для очистки воздуха и топлива.
Пыль, содержащаяся в воздухе, состоит главным образом из мельчайших частиц диоксида кремния (кремнезема). Твердость пылинок кремнезема превышает твердость стали.
Пыль попадая в двигатель, смешивается с маслом. Образуется абразивная смесь, которая способствует быстрому изнашиванию трущихся поверхностей деталей двигателя. Следовательно, воздух, используемый для приготовления горючей смеси, надо тщательно очистить от пыли. Для этого автотракторные двигатели оборудуют воздухоочистителями или фильтрами 2 (см. рисунок 2). Помимо высокой степени очистки, воздухоочиститель должен обладать возможно меньшим сопротивлением, чтобы не снижать наполнение цилиндров.
Работа современных автотракторных воздухоочистителей основана на следующих способах очистки воздуха: инерционном, контактном и фильтрующем. Чтобы повысить степень очистки воздуха, в некоторых воздухоочистителях используют масло для смачивания очищающих элементов. Воздухоочиститель, в котором применяют несколько способов очистки, называют комбинированным. Он обеспечивает высокую степень очистки и поэтому наиболее распространен.
Топливо, используемое в двигателе не должно содержать механических примесей и воды. В противном случае ухудшается качество горючей смеси, повышается интенсивность изнашивания трущихся поверхностей, а при температуре ниже 0° С в топливопроводах образуются ледяные пробки. Для очистки топлива от механических примесей и воды в систему питания каждой модели двигатели включены фильтры 4 или 14,18 (см. рисунок 2) соответственно грубой и тонкой очистки топлива. Для подачи топлива через фильтры к ТНВД и карбюратору в системе питания устанавливают подкачивающий насос 19 (см. рисунок 2).
Эффективное средство повышения мощности двигателя – подача воздуха в цилиндры под давлением (наддув). У дизеля давление в конце такта впуска при наддуве может быть 0,15…0,25 МПа. Наиболее распространен наддув с помощью турбокомпрессора, позволяющий использовать энергию отработавших газов и тем самым улучшить экономические показатели дизеля. Наддув турбокомпрессором применяют в дизелях Д-245, СМД-86 и др.
Турбокомпрессор увеличивает массу поступающего в цилиндры воздуха, в результате чего можно увеличить количество сжигаемого топлива. Это повышает эффективную мощность дизеля на 20…30%. Однако при наддуве увеличиваются механическая и тепловая нагрузки на детали кривошипно-шатунного и газораспределительного механизмов. Компрессор повышает температуру наддувочного воздуха, в результате чего несколько снижается масса воздуха, поступающего в цилиндр. Поэтому в дизеле СМД-66 воздух после компрессора проходит через специальный охладитель (воздухо-воздушный радиатор).
Чрезвычайно важно, чтобы все трубопроводы в системе питания были тщательно герметизированы.
2.1 Воздухоочистители.
На тракторных дизелях наиболее часто применяют трехступенчатые воздухоочистители. Так как сельскохозяйственные тракторы работают в условиях большой запыленности, то первая ступень очистки воздуха, поступающего в систему питания дизеля, представляют собой инерционный очиститель (или инерционную решетку в двигателе СМД-66), в котором задерживается до 60% пыли. На дизелях Д-240, Д-245, Д-120, А-41 вторая ступень – масляная ванна (контактный способ очистки), третья ступень – фильтрующие элементы (тоже контактный способ очистки).
Рисунок 3 – Комбинированные воздухоочистители:
а – дизеля типа ЯМЗ: 1 – выходной патрубок; 2 – корпус; 3, 9 – шпильки; 4 – входной патрубок; 5 – патрубок моноциклона; 6 – защитная сетка; 7 – завихритель; 8 – колпак; 10 – щель; 11, 12 – барашковые гайки; 13 – крышка; 14 – уплотнительное кольцо крышки; 15 – основной фильтр-патрон; 16 – предохранительный фильтр-патрон; 17 – уплотнительные кольца; 18 – бонка для сигнализатора засоренности;
б – карбюраторного двигателя ЗМЗ-53-11: 1 – корпус; 2 – крышка; 3 – фильтрующий элемент; 4 – шумопоглощающая прокладка; 5 – кронштейн; 6 – стяжной винт; 7 – прокладка; 8 – отражатель; 9 – масляная ванна
На дизелях Д-260 применены воздухоочистители сухого типа с двумя ступенями очистки. Первая ступень – инерционный очиститель (моноциклон), установленный на входно патрубке 4 (рисунок 3, а). Воздух вследствие разрежения, возникающего при такте впуска в цилиндрах дизеля, засасывается в моноциклон через сетку 6 и, проходя между лопастями завихрителя 7, начинает вращаться. Под действием центробежной силы частицы пыли отлетают к стенкам колпака 8 и через щели 10 выбрасываются наружу (у СМД-66 под действием разрежения, создаваемого эжектором, пыль отсысывается из инерционного очистителя).
Втоая ступень очистителя – два фильтрующих элемента (фильтр-патрона) из высокопористого картона, закрепленные барашковыми гайками 12 внутри корпуса 2 на шпильке 3. Наружный фильтр-патрон 15 основной, внутренний 16 – предохранительный. Фильтр-патрон 16 необходим для очистки воздуха от пыли в случае повреждения фильтр-патрона 15. Оба фильтр – патрона состоят из наружной и внутренней сеток, картонной шторы, помещенной внутри сеток, и донышек, скрепленных с сетками.
Воздух, пройдя моноциклон, попадает внутрь корпуса 2 и последовательно проходит через фильтр-патроны 15 и 16. В них он очищается от пыли и по патрубку 1 поступает в турбокомпрессор.
На автомобильных двигателях применяют двухступенчатые воздухоочистители; на двигателях ЗМЗ-4062.10, ЗМЗ-4052.10, Д-245.12 (автомобиль ЗИЛ-5301), КамАЗ-740 – воздухоочистители сухого типа с бумажными фильтрующими элементами. Двухступенчатый воздухоочиститель двигателей ЗИЛ-508.10 и ЗМЗ-53-11 (рисунок 3, б) закреплен на патрубке карбюратора винтом 6.
Воздух, засасываемый из окружающей среды, движется вниз через кольцевую щель между коруом 1 и крышкой 2 и, соприкасаясь с поверхностью масла, резко меняет направление движения. При этом частицы пыли, находящиеся в воздухе, не успевают изменить направление движения и оседают в масляной ванне 9. Далее воздух, захватывая частицы масла, проходит через фильтрующий элемент 3, состоящий из капроновых нитей, находящихся в крышке 2 между нижней и верхней секами. При движении через фильтрующий элемент, нити которого смочены маслом, воздух очищается от оставшейся в нем пыли. Масло, накапливающееся в фильтрующем элементе вместе с задержанной пылью, стекает в масляную ванну. Таким образом происходит самоочищение фильтрующего элемента. Отражатель 8 препятствует чрезмерному захвату маслс воздухом и возникновению колебаний масла при наклонах автомобиля.
2.2 Впускные и выпускные трубопроводы.
По впускному трубопроводу топливо-воздушная смесь от карбюратора или карбюратора – смесителя и воздух от воздухоочистителя (в дизелях) поступают в цилиндры, а по выпускному трубопроводу отработавшие газы отводятся из цилиндров. Поэтому формы и сечения этих трубопроводов должны оказывать минимальное сопротивление движению смеси (газа, воздуха) и обеспечивать равномерное распределение ее по цилиндрам.
Для лучшего испарения топлива и предотвращения его конденсации топливовоздушная смесь перед поступлением в цилиндры двигателя нагревается отработавшими газами или жидкостью из системы охлаждения. С этой целью часть впускного трубопровода выполнена с двойными стенками, между которыми циркулируют отработавшие газы или жидкость из системы охлаждения.
Подогрев смеси может быть регулируемый и нерегулируемый. Необходимая степень подогрева зависит от фракционного состава применяемого топлива, температуры внешней среды и нагрузки двигателя.
В двигателях ЗМЗ-53-11 и ЗИЛ-508.10 впускной трубопровод, отлитый из алюминиевого сплава, подогревается горячей водой из системы охлаждения. Для облегчения пуска дизеля Д-245 воздух во впускном трубопроводе подогревается электрофакельным подогревателем.
В дизеле типа ЯМЗ применяют промежуточнное охлаждение наддувочного воздуха, так как после сжатия в компрессоре он нагревается до 120…130°С. Для охлаждния наддувочного воздуха устанавливают воздухо-воздушный радиатор.
Выпускные трубопроводы изготовляют, как правило, из чугуна в виде одной общей или двух отдльных отливок. Тубопроводы крепят к блок-картеру или головке цилиндров шпильками и гайками. Под фланцы впускных трубопроводов подкладывают паронитовые прокладки, а под фланцы выпускных – металлоасбестовые.
Если отработавшие газы выпускать непосредственно в окружающую среду, то они, быстро расширяясь, вызовут сильный шум. Поэтому их пропускают через глушитель (рисунок 2), действие которого основано на уменьшении скорости и давления газов. Сопротивление глушителя выходу газов должно быть небольшим, чтобы не снижались мощность и экономичность двигателя.
Для уменьшения пожарной опасности выпускные трубопроводы дизелей тракторов направлены вверх и снабжены искрогасителями.
Топливные баки
Их изготовляют из двух штампованных из листовой стали и сваренных половин. Внутри бака вварены перегородки, придающие ему необходимую жесткость. Вместимость бака обеспечивает непрерывную работу двигателя с полной нагрузкой в течение 8…10 ч. Расходным краном бак соединен с системой питания, а через сливной кран удаляют отстой топлива. В горловине бака размещают сетчатый фильтр.
В автомобилях с карбюраторными двигателями крышки 20 (см.рисунок 2) заливных горловин снабжены воздушным 22 и выпускным 24 клапанами. По мере расходования топлива из герметичного бака давление в нем уменьшается, и при разрежении 0,002…
0,004 МПа открывается воздушный клапан 22 – в бак поступает воздух. Если из-за испарения топлива давление в баке превысит атмосферное на 0,01…0,015 МПа, то откроется выпускной клапан 24 и выпустит пары топлива в окружающую среду.
Топливные фильтры
На автотракторных двигателях обычно устанавливают два последовательно работающих топливных фильтра грубой и тонкой очистки.
На дизелях для грубой очистки топлива используют фиьтры-отстойники ФГ-25 (СМД-66) и ФГ-75 (Д-245, СМД-86, А-41). Фильтр ФГ-75 действует следующим образом. Топливо, поступая от бака по топливопрводу 7 (рисунок 4, а), направляется в кольцевую полость 5 и, пройдя распределитель 3, попадает на отражатель 2, которым отбрасывается к стенкам стакан 1. Основная састь потока топлива, резко изменяя направление, проходит через сетку фильтрующего элемента с отверстиями размером 0,1 мм и отводится из фильтра по топливопроводу 9. Часть топлива с грубыми механическими примесями и водой направляется под успокоитель 13 в полость отстоя.
Фильтр тонкой очистки топлива ФГ-150А (дизели Д-245, А-41) состоит из корпуса 7 (рисунок 4, б) и двух бумажных фильтрующих элементов 5, закрытых отдельными стаканами 4. Каждый фильтрующий элемент марки ЭТФ-75А представляет собой двойные бумажные шторы, склеенные в цилиндр, гофрированные и сложенные гармошкой для увеличения поверхности фильтрации. Фильтровальная бумага удерживает на поверхности механические примеси размером более 0,002 мм. Наружная шторка – это первая ступень очистки, а внутренняя – вторая.
Фильтрующие элементы включены параллельно. Топливо поступает от подкачивающего насоса по топливопроводу 19 к одному фильтрующему элементу, а затем по соединительной полости – к другому. Очищенное топливо по трубопроводу 8 подается к ТНВД, Очистка топлива происходит в первой ступени фиьтрующего элемнта. Вторая ступень предохранительная: в случае разрыва шторы первой ступени примеси будут задержаны второй ступенью. Клапан 15, ввернутый в корпус фильтра, предназначен для автоматического удаления воздуха из топливной системы при работе дизеля.
В дизелях СМД-60 применяют двухступенчатый фильтр, первая ступень которого состоит из двух параллельно работающих секций, а вторая (контрольная) имеет одну секцию.
В карбюраторных двигателях ЗМЗ-53-11, ЗИЛ-508.10 между баком и топливным насосом установлен щелевой пластинчатый фильтр-отстойник, а между топливным насосом и карбюратором – фильтр тонкой очистки топлива, который имеет керамический фильтрующий элемент или элемент в виде стакана из алюминиевого сплава с отверстиями и ребрами, обернутого мелкой латунной сеткой.