Газораспределительный механизм дизеля. Методические указания на выполнение лабораторных работ Часть 1 Хабаровск 2000 Рецензент Доцент кафедры "Тепловозы и тепловые двигатели"
 Скачать 1.7 Mb.
|
|
1.2.2. Конструкция ТНВД дизеля Д50 На рис. 1.5 представлен разрез секции ТНВД дизеля Д50. Главными деталями каждой секции, обслуживающей отдельную форсунку, являются знакомая нам плунжерная пара - плунжер и его гильза, а также нагнетательный клапан с пружиной и седлом. Пружина прижимает клапан к седлу. Гильза плунжера укреплена в корпусе секции неподвижно, причем седло нагнетательного клапана опирается на верхний торец гильзы. Соприкасающиеся поверхности седла клапана и гильзы плунжера притираются, поэтому в этом месте создается надежное уплотнение и пропуск топлива при работе исключается. Изменение подачи топлива секцией насоса достигается поворотом плунжера. Конструктивно это выполнено так. На гильзу плунжера снизу надевается поворотная гильза с зубчатым венцом, которая находится в зацеплении с зубчатой рейкой, соединенной механизмом (состоящим из рычагов и тяг) с регулятором частоты вращения коленчатого вала. При перемещении рейки ее зубья заставляют поворачиваться поворотную гильзу. На рис. 1.5 видно, что плунжер насоса снабжен в нижней части выступом - поводком. В свою очередь поворотная гильза имеет здесь прямоугольные пазы, в которые входит выступ-поводок плунжера. Поворачиваясь, гильза упирается в поводок плунжера, заставляя и его поворачиваться. В зависимости от направления хода зубчатой рейки поворотная гильза поворачивается в одну или другую сторону. Нижний конец плунжера, как это видно из рис. 1.5, оканчивается пуговкой, на которую сверху опирается шайба. Пуговка упирается в дно стакана - детали, напоминающей обычный стакан. Пружина прижимает плунжер ко дну стакана. Перемещение стакана ограничивается стопорным кольцом. Подвод топлива в надплунжерное пространство осуществляется через оба окна А в гильзе плунжерной пары, а перепуск при отсечке подачи топлива через одно отверстие, которое перекрывается стороной плунжера, на которой расположена спиральная кромка. Рис. 1.5. Секция ТНВД дизеля Д50 Основные технические данные ТНВД дизеля Д50 представлены в табл. 1.1. Таблица 1.1 Техническая характеристика ТНВД дизеля Д50 Направление вращения вала насоса против часовой стрелки, если смотреть с противоположной стороны регулятора Общий вид ТНВД дизеля Д50 представлен на рис. 1.6. Все шесть секций установлены на одном картере, в котором смонтирован кулачковый вал. Привод кулачкового вала от коленчатого вала дизеля осуществляется с помощью цилиндрических зубчатых колес. От общего топливного коллектора топливо поступает в каждую секцию, которая обеспечивает подачу заданной порции топлива под давлением в нужный момент в соответствующий цилиндр дизеля. На корпусе ТНВД установлен регулятор, обеспечивающий нужный режим работы дизеля, электропневматический серводвигатель, который позволяет перемещать рейку секции ТНВД и соответственно устанавливать цикловую подачу топлива. Стопор секции позволяет отключать работу отдельных секций ТНВД. Рис. 1.6. Общий вид топливного насоса дизеля Д50 Как видно из продольного разреза ТНВД (рис. 1.7), картер 8 представляет собой чугунную литую коробку и служит для монтажа всех деталей и крепления насоса к блоку цилиндров. В нижней части он имеет полость, в которой помещается кулачковый вал, в средней части расположены шесть толкателей, а на верхней обработанной плоскости картера установлены шесть секций насоса. Между верхней плоскостью и полостью кулачкового вала картера имеется перегородка, в которой соосно с гнездами под секции расточено шесть гнезд для толкателей. Рис. 1.7. Топливный насос дизеля Д50, продольный разрез: 1 - пружина выклю- чающего устройства; 2 - направляющий стакан; 3 - манжета; 4 - болт толкателя; 5 - рукоятка выключающего устройства; 6 - пружина; 7 - тяга; 8 - корпус насоса; 9 - кулачковый вал; 10 - стакан; 11 - корпус толкателя; 12 - ролик толкателя; 13 - палец толкателя; 14 - рычаг предельного регулятора; 15 - корпус предельного регулятора; 16 - рычаг; 17 - груз; 18 - сердечник; 19 - ограничитель хода; 20 - конический штифт; 21 - шестерня регулятора; 22 - крышка; 23 - болт; 24 - пружина; 25 - регулирующая гайка; 26 - корпус привода регулятора Кулачковый вал предназначен для периодического перемещения плунжеров насоса из нижнего положения в верхнее. Он имеет шесть кулачков, расположенных под углом 60° друг к другу в порядке 1 - 3 - 5 - 6 - 4 - 2. Фланцы кулачкового вала обработаны и служат для присоединения: левый - регулятора числа оборотов цилиндрической шестерней, а правый - вала привода топливного насоса. Внутри кулачковый вал имеет осевое отверстие, служащие каналом для подвода масла к опорным подшипникам и регулятору. Толкатели приводят в движение плунжеры насоса. Корпус 11 толкателя стальной, цементированный с цилиндрической наружной поверхностью и хвостовиком, с внутренней резьбой для болта 4, предназначенного для регулировки моментов начала подачи топлива плунжерами (угла опережения подачи топлива). Он снабжен шестигранником под ключ и цилиндрической головкой с шаровой поверхностью, на которую опирается стакан пружины плунжера. Положение болта фиксируется стаканом толкателя. В нижней части корпуса имеется поперечное сквозное отверстие для бронзового пальца 13 и ролика 12. Секции топливного насоса выполнены съемными, что позволяет их менять в процессе эксплуатации. 1.2.3. Конструкция ТНВД дизеля 10Д100 Рис. 1.8. Топливный насос дизеля 10Д100: 1 – регулировочный болт; 2 – регулировочная рейка; 3 – болт; 4 – стрелка; 5 – прокладка; 6 – фланец; 7 – пружина клапана; 8 – нажимной штуцер; 9 – прокладка клапана; 10 – седло клапана; 11 – нагнетательный клапан; 12 – гильза плунжера; 13 – плунжер; 14 – шестерня плунжера; 15 – корпус насоса; 16 – кольцо пружины; 17 – пружина плунжера; 18 – тарелка пружины; 19 – стопорное кольцо; 20 – уплотнительное кольцо; 21 – стопорный винт; 22 – прокладка На рис. 1.8 представлен топливный насос высокого давления дизеля 10Д100. В расточке корпуса 15 насоса установлена прецизионная пара, состоящая из плунжера 13 и гильзы 12, фиксируемой в определенном положении стопорным винтом 21. На шлицы плунжера надета шестерня 14, которая находится в зацеплении с регулирующей рейкой. В верхней части расположено кольцо 16, ограничивающее шестерню от осевого перемещения. Нагнетательный клапан 11 установлен в нижней части насоса и служит для разобщения нагнетательного топливного топливопровода от подплунжерной полости. Клапан прижимается к седлу пружиной 7. Плунжер 13 получает поступательное движение от толкателя, к корпусу которого прикреплен топливный насос. При ходе вниз плунжер перекрывает нижней кромкой окно в гильзе, сообщающее полость низкого давления А с подплунжерной полостью. С этого момента происходит повышение давления топлива под плунжером и, когда сила давления топлива достигает величины, превышающей силу затяжки пружины нагнетательного клапана и давления под ним, клапан открывается и топливо проходит по нагнетательному трубопроводу в форсунку. Нагнетание топлива продолжается до тех пор, пока винтовая кромка плунжера откроет окно в гильзе А. При дальнейшем движении плунжера вниз топливо из подплунжерной полости по вертикальному пазу плунжера и отверстию в гильзе будет перетекать в полость низкого давления. При этом давление под плунжером резко упадет, а нагнетательный клапан под действием пружины и разности давлений топлива в трубопроводе и под плунжером опустится на седло. При ходе плунжера вверх топливо поступает из полости низкого давления в подплунжерную полость. Количество топлива, подаваемого плунжером, зависит от положения винтовой кромки плунжера относительно окна в гильзе и изменяется поворотом плунжера вокруг его оси при помощи шестерни 14 и регулирующей рейки 2. В дизелях Д50 используются ТНВД блочного типа. В дизелях 10Д100 установлено 20 индивидуальных ТНВД, конструкция которых уже рассмотрена, по два насоса на каждый цилиндр. Привод 10 ТНВД каждого ряда осуществляется кулачковым валом. Между кулачковым валом и каждым насосом устанавливается толкатель, который обеспечивает перемещение плунжера ТНВД (рис. 1.9). Рис. 1.9. Толкатель и топливный насос дизелей 10Д100, 2Д100 При набегании кулачка на ролик шток перемещает плунжер ТНВД вниз, что обеспечивает подачу топлива в цилиндр, а когда кулачек обращен к ролику тыльной стороной под действием возвратной пружины, шток поднимается и плунжер под действием своей пружины возвращается в исходное положение. 1.2.4. Конструкция и принцип работы форсунок дизелей типа Д100 и Д50 Цикловая подача топлива под большим давлением из ТНВД поступает в форсунку. Основное назначение форсунки - распыливание и распределение топлива по объему камеры сгорания. Преимущественное распространение на тепловозных дизелях получили форсунки закрытого типа, имеющие распылитель с запорной иглой. Они называются закрытыми потому, что запорная игла после впрыска топлива разобщает цилиндр от объема топливного трубопровода высокого давления. По нагнетательной трубке (рис. 1.10), выдерживающей большие давления, ТНВД подает топливо к форсунке. Однако сразу к распыливающим отверстиям топливо пройти не может, так как путь ему преграждает игла, конус которой плотно притерт к седлу корпуса распылителя форсунки. Для впрыска топлива необходимо приподнять иглу, прижатую пружиной. Это осуществляется за счет высокого давления топлива. Впрыскивание происходит, когда давление топлива, действующее на кольцевой заплечик иглы, создает усилие, достаточное для сжатия пружины при подъеме иглы. При этом топливо со значительной скоростью устремляется в цилиндр дизеля через распыливающие отверстия, расположенные за иглой в нижней части корпуса распылителя (соплового наконечника). Начальное давление впрыска, необходимое для поднятия иглы и определяемое затяжкой пружины, составляет 20-30 МПа. Рис. 1.10. Схема устройства форсунки закрытого типа Едва игла оторвется от своего седла, как действующее на нее усилие со стороны топлива возрастает. Дело в том, что при закрытом положении иглы давление топлива действует не на всю поверхность конусной части. Когда игла начинает пропускать топливо к распыливающим отверстиям, общее усилие на нее возрастает за счет увеличения площади, на которую действуют давление топлива. После прекращения подачи топлива насосом давление падает, и игла под воздействием пружины тотчас опускается. При быстром закрытии (отсечке) возможность подтекания, просачивания топлива из распылителя форсунки исключается. Этому способствует также следующая особенность работы топливного насоса. В момент отсечки (прекращение подачи топлива плунжером) на какоето время нагнетательная полость топливного насоса, нагнетательная трубка и полость форсунки соединяются через окно А (см. рис. 1.4) с полостью низкого давления. За счет этого давление топлива перед иглой форсунки резко падает. Это положительно сказывается на четкой, без подтекания работе форсунки. 1.2.5. Конструкция форсунки дизеля 10Д100 Для равномерного распределения топлива по камере сгорания в форсунке имеется несколько распыливающих отверстий. Форсунка дизеля 10Д100 имеет три отверстия диаметром 0,56 мм каждое. На дизелях Д100 в каждом цилиндре имеются две форсунки, расположенные одна против другой. Для обеспечения плотности, чтобы в местах их соединения с цилиндром не просачивались ни газы, ни охлаждающая цилиндры вода, форсунки крепятся с помощью промежуточной (переходной) детали, называемой адаптером. Главной деталью форсунки (рис. 1.11) является распылитель, состоящий из корпуса распылителя и иглы, которая притирается к корпусу распылителя по цилиндрической и конической (запирающей) поверхностям. Этим достигается плотность этой пары и легкость перемещения иглы в распылителе. Игла прижимается к конусу корпуса распылителя усилием пружины, которое передается через тарелку, толкатель и ограничитель. Подъем иглы форсунки в момент впрыска обычно ограничивается упором (ограничителем) и в тепловозных дизелях не превышает 0,7 мм. Форсунки тепловозных дизелей имеют, например, максимальный подъем иглы, равный 0,45 мм (см. рис. 1.11). Несмотря на такую малую величину подъема, площадь проходного сечения под конусом иглы в несколько раз больше суммарной площади распыливающих отверстий. Топливо, поступающее от насоса, проходит щелевой фильтр, задерживающий случайно попавшие в топливо крупные частицы грязи, и направляется по пазам и каналам в полость, окружающую нижний конец иглы. Далее форсунка работает так, как описано выше. Давление топлива, которое испытывают распылители, может превышать 100 МПа, а промежутки времени, в течение которого происходит впрыск топлива под таким давлением, чрезвычайно малы: на впрыск отводятся тысячные доли секунды. В остальное время между конусом иглы и конусом корпуса распылителя топливо не должно просочиться в цилиндр дизеля. Это требует высокоточного изготовления и подбора прецизионной пары: корпуса распылителя и иглы распылителя. В процессе эксплуатации распылители форсунок соприкасаются с горячими газами в цилиндре. Это может вызвать перегрев. В результате могут измениться зазоры, возникает коробление, что нарушает нормальную работу форсунки. Большим недостатком топливной аппаратуры является ее ненадежная работа на режимах холостого хода и малых нагрузок двигателя из-за низких давлений, создаваемых в ТНВД, и некачественного распыливания цикловой подачи. В результате большой работы исследователей по повышению топливной экономичности дизелей типа 10Д100 конструкция форсунки претерпела изменения, которые коснулись в первую очередь распылителя. Рис. 1.11. Разрез форсунки дизелей 10Д100, 2Д100 На рис. 1.12 видно, что сопловой наконечник укорочен и на нем установлена проставка 5. В проставке есть центральное отверстие, закрытое клапаном 6 и пружиной 7. Второй канал в проставке связан с каналом Ж в сопловом наконечнике. Теперь в новой форсунке есть два режима работы. На малых нагрузочных режимах, когда давление цикловой подачи топлива недостаточное и клапан 6 с пружиной 7 закрывает центральное отверстие, впрыскиваемое топливо через боковой канал и канал Ж поступает в цилиндр. Поскольку впрыск топлива осуществляется через одно отверстие, обеспечивается достаточно качественное распыливание при минимальной частоте вращения nmin = = 240-270 мин-1. Рис. 1.12. Двухрежимная форсунка дизеля 10Д100М: 1 – плунжер; 2 – толкатель; 3 – щелевой фильтр; 4 – корпус распылителя; 5 – проставка; 6 – клапан; 7 – пружина; 8 – штифт; 9 – сопловой наконечник С переходом на большие нагрузочные режимы цикловая подача и давление топлива растут, клапан 6 открывается и подача топлива осуществляется через три штатных распыливающих отверстия М. Использование двухрежимных форсунок позволяет сократить часовой расход при работе дизеля на холостом ходу до 15 кг/ч вместо 25 кг/ч при работе со стандартной форсункой и минимальной частоте вращения колен- чатого вала nmin = 400 мин-1. 1.2.6. Конструкция форсунки дизеля Д50 На рис. 1.13 показана конструкция закрытой форсунки, которая представляет собой стальной корпус 17, к которому с помощью гайки 19 крепится корпус распылителя 21. Распылитель в нижней части имеет девять сопловых отверстий a с диаметром 0,35 ± 0,02 мм. Угол между осями сопловых отверстий составляет 155 ± 5°. Над посадочным пояском иглы распылителя 20 образована камера в. Под посадочным пояском иглы находится общий для всех девяти сопел вертикальный канал б. Рис. 1.13. Форсунка дизеля Д50: 1 – стержень щелевого фильтра; 2 – штуцер; 3 – накидная гайка; 4 – кольцо; 5 – нагнетательная топливная трубка; 6 – сливная трубка; 7 – накидная гайка сливной трубки; 8 – штуцер; 9 – медное прокладочное кольцо; 10 – пломба; 11 – регулировочный болт; 12 – контргайка регулировочного болта; 13 – пробка корпуса форсунки; 14 – верхняя тарелка пружины; 15 – пружина; 16 – нижняя тарелка пружины; 17 – корпус форсунки; 18 – штанга; 19 – гайка распылителя; 20 – игла распылителя; 21 – корпус распылителя; 22 – медная прокладка; 23 – шарик установлен на втором варианте форсунок; 24 – верхняя тарелка пружины (с шариком); а – сопловые отверстия; б, г, д; ж – каналы; в – камера иглы распылителя; к – кольцевой канал Топливо от ТНВД через нагнетательную трубку высокого давления 5, щелевой фильтр 1, далее через каналы е, д и г поступает в камеру в. Игла распылителя внизу имеет меньший диаметр, чем вверху. Разность этих диаметров иглы образует поясок, на который действует давление топлива. Регулировка пружины 15 на давление 27 МПа осуществляется с помощью регулировочного болта 11. При достижении в канале в указанного давления игла 20 приподнимается и цикловая подача топлива устремляется через сопловые отверстия в цилиндр дизеля. Просочившееся между иглой и корпусом распылителя топливо поступает в камеру, где расположена штанга и пружина, и далее по сливной трубке 6 и трубопроводам в топливный бак. 2. Лабораторная работа № 2 ВНЕШНИЙ ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 2.1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ Ознакомление с направлениями использования теплоты в двигателях внутреннего сгорания, принципами проведения теплобалансовых испытаний, численное определение значений уравнения теплового баланса двигателя лабораторной установки. 2.2. ВНЕШНИЙ ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ Современный двигатель является комбинированным тепловым двигателем, состоящим из поршневого двигателя внутреннего сгорания, газовой турбины, компрессора и целого ряда устройств для подвода и отвода теплоты, объединенных общим рабочим телом, совершающим единый рабочий цикл. Рабочим телом единого рабочего цикла дизеля являются продукты сгорания, образующиеся в результате реакций окисления топлива. Таким образом, дизель - это такой тепловой двигатель, в цилиндре которого происходят процессы сгорания топлива с выделением теплоты и преобразования тепловой энергии в механическую. Основными отличиями дизеля являются: - высокая степень сжатия; - работа на тяжелом жидком топливе; - внутреннее смесеобразование, т.е. раздельное поступление в цилиндр топлива и воздуха; - самовоспламенение топлива от сжатия. Дизельные двигатели нашли наибольшее распространение на теплово-зах и в судовых тепловых установках. Другой наиболее распространенный тип двигателя внутреннего сгорания - карбюраторный. Основные отличия этого теплового двигателя: - низкая степень сжатия воздуха; - работа на легком жидком топливе; - внешнее смесеобразование, т.е. рабочая смесь паров топлива и воздуха образуется в карбюраторе, за пределами цилиндра; - принудительное воспламенение рабочей смеси. Карбюраторные двигатели преимущественно используются на автомобильном транспорте. Тепловая энергия, выделяющаяся при сгорании топлива в цилиндрах двигателя, лишь частично используется для совершения эффективной работы. Значительная часть тепла теряется с выпускными газами, охлаждающей водой и смазочным маслом, вследствие неполноты сгорания и др. Внешним тепловым балансом двигателя внутреннего сгорания называется распределение теплоты, выделяющейся при сгорании топлива в камере сгорания, на отдельные составляющие, включающие как полезно используемую теплоту, так и потери теплоты. Тепловой баланс можно определять на различных режимах работы двигателя. Это позволяет выяснить, как изменяются тепловые потери при изменении нагрузки и числа оборотов. Тем самым появляется возможность оценить характер изменения экономичности в зависимости от режима работы двигателя. Во всех случаях тепловой баланс определяется только на установившихся режимах работы двигателя, когда с течением времени не изменяются температуры охлаждающей воды, смазочного масла и выпускных газов, нагрузка и частота вращения коленчатого двигателя. Для проведения испытаний используется лабораторная установка, схема которой представлена на рис. 2.1. Рис. 2.1. Схема лабораторной установки: 1 - впускной коллектор; 2 - термометр воздуха, поступающего в дизель; 3 - подводы охлаждающей воды; 4 - термометр охлаждающей воды на входе в дизель; 5 - бачок для определения расхода топлива; 6 - дизель; 7 - выпускной коллектор; 8 - термометр выпускных газов; 9 - отвод ох-лаждающей воды; 10 - термометр охлаждающей воды на выходе из дизеля; 11 - амперметр генератора; 12 - вольтметр генератора; 13 - бачок охлаждающей воды; 14 - весы для замера расхода охлаждающей воды; 15 - генератор постоянного тока Целью лабораторной работы является овладение методикой расчета составляющих внешнего теплового баланса на основе проведения испытаний двигателя внутреннего сгорания, овладение навыками пользования измерительной аппаратурой и обработки опытных данных. |