Системы автомобильных и тракторных двигателей: Практикум

Министерство образования Российской Федерации Владимирский государственный университет

В.М. БАСУРОВ, В.В.БЕЛОВ

СИСТЕМЫ АВТОМОБИЛЬНЫХ И ТРАКТОРНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Практикум

Владимир 2001

УДК 621.43.001.4(076.5) Б27

Рецензенты: Кандидат технических наук, заведующая лабораторией триботехники НИКТИД М.Г. Полякова

Кафедра технико-экономических дисциплин Владимирского государственного педагогического университета Печатается по решению редакционно-издательского совета Владимирского государственного университета

Басуров В. М., Белов В. В. Б27 Системы автомобильных и тракторных двигателей: Практикум/Вла-дим. гос. ун-т. Владимир, 2001. 68 с. 18ВЫ 5-89368-281-5 Практикум подставляет собой 2-е издание, дополненное и исправленное (заменены две лабораторные работы № 10, 11). Первое издание было выпущено в 1997 г. Даны необходимые теоретические понятия и краткие описания конструкций основных систем двигателей внутреннего сгорания, их особенностей и функционирование. Приведены установки для исследований систем с указанием их характеристик. Разработаны подробные методики испытаний и даны необходимые регулировочные параметры проверяемых величин. Изложена последовательность расчета масляного насоса с внецентроидным эпициклоидальным зацеплением. Предназначен для студентов дневного обучения специальности 101200. Доцент В.М. Басуров написал лаб. работы № 1, 2, 4 - 7 , 10 - 12. Доцент В.В. Белов составил лаб. работы - № 3, 8, 9. Табл. 15. Ил. 35. Библиогр.: 6 назв.

УДК 621.43.001.4(076.5) 15ВЫ 5-89368-281-5

© Владимирский государственный университет, 2001

Введение Долговечная, надежная и экономичная работа современного двигателя внутреннего сгорания (ДВС) во многом зависит' от правильно сконструированных и функционирующих всех его систем, характерной особенностью которых являются - повышение цикличности вследствие расширения диапазона скоростных режимов работы двигателя; - снижение габаритных размеров, металлоемкости и уровня шума; - увеличение прочности и жесткости конструкций при интенсификации смазки под давлением; - уменьшение выброса токсичных компонентов в окружающую среду; - снижение .стоимости, благодаря упрощению конструкций элементов и перехода к более прогрессивным технологиям изготовления. Изучение характерных конструкций и тенденций развития систем является необходимой предпосылкой улучшения показателей ДВС. Основная задача практикума — закрепление теоретических знаний студентов и совершенствования практических навыков при работе с системами ДВС. В связи с этим в практикуме рассматриваются методы, позволяющие отрегулировать как систему топливоподачи дизеля, так и двигателя с воспламенением смеси от искры таким образом, чтобы максимально приблизить процесс сгорания к оптимальному. Практикум включает 12 работ, в каждой из которых изложены необходимые теоретические положения, методика выполнения задания и анализ полученных результатов. Приведены сведения об испытательных стендах, используемых для исследования систем, даны методики расчетов основных используемых параметров, а также методика расчета масляного насоса с внецентроидным эпициклоидальным зацеплением. Практикум может быть полезен для инженерно - технических работников, специализирующихся в области контроля и совершенствования систем ДВС.

ТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ И ОФОРМЛЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

В каждой лабораторной работе даются цель работы, задание, общие сведения, описание экспериментальной установки, порядок выполнения работы, обработка экспериментальных данных, контрольные вопросы. Перед проведением работы студент должен иметь отчет с целью работы, заданием, общими сведениями, необходимыми графиками, рисунками и таблицами, знать порядок проведения работы, уметь ответить на контрольные вопросы. До лабораторной работы студент допускается преподавателем лишь после проверки его готовности. В процессе занятия студент заносит в таблицы все необходимые результаты, которые проверяются и подписываются преподавателем. Полностью оформленный отчёт, содержащий все необходимые расчетно-экепериментальные графики, выполненные на миллиметровой бумаге в соответствии с ЕСКД, таблицы и выводы необходимо представить на следующее занятие. При отсутствии предыдущего отчета студент к выполнению следующей работы не допускается. Зачеты по проделанным работам сдаются в течение семестра по мере их выполнения. Техника безопасности при проведении работ

Объектами повышенной опасности являются испытательные стенды, приводимые в действие электрической энергией, и горюче-смазочные материалы (ГСМ). Студенты допускаются к работе только после инструктажа по технике безопасности, о чём делается отметка в специальном журнале. Основные требования техники безопасности

1. Не прикасаться к вращающимся частям стендов и не находиться в плоскости их вращения (даже при наличии ограждения). 2. Пуск стендов разрешается только после тщательной проверки их технического состояния преподавателем или лаборантом. 3. Запрещается работать на стендах, не имеющих заземления, а также пользоваться открытым огнем, мыть руки бензином, всасывать бензин ртом через шланг, прикасаться руками, смоченными в бензине, к глазам, носу, рту. 4. Не допускается подтекание топлива и масла из установок. В случае появления капель ГСМ на полу немедленно их удалить. Использованная ветошь должна храниться в специальном месте. 5. Своевременно включать вентиляцию в лаборатории.

Лабораторная работа № 1 ИЗУЧЕНИЕ ПРИНЦИПИАЛЬНЫХ И КОНСТРУКТИВНЫХ СХЕМ КАРБЮРАТОРОВ Цель работы - изучение работы и конструкции карбюратора. Задание. Изучить работу и конструкцию карбюратора 2105-1107010 и одного из карбюраторов по указанию преподавателя.

Общие сведения В цилиндры карбюраторного двигателя поступает горючая смесь, состоящая из влажных паров топлива, перемешанных с воздухом в определенных пропорциях. К карбюраторам предъявляются следующие требования. 1. Приготовление смеси в соответствии с режимом работы двигателя. 2. Обеспечение быстрого перехода работы двигателя с одного режима на другой. 3. Надёжность и стабильность работы на любом режиме в различных условиях эксплуатации. 4. Минимальное сопротивление движению воздуха и горючей смеси при полностью открытой дроссельной заслонки. 5. Надежный пуск двигателя при низких температурах. 6. Минимально допустимое содержание ОВ в отработавших газах. 7. Простота управления и удобство обслуживания. 8. Простота конструкции, технологичность, надёжность, унификация с другими марками карбюраторов.

Устройство карбюратора Тарировочные данные карбюратора 2105-L107010 приведены в таблице. Показатели

1-я камера

2-я камера

Диаметр диффузора, мм Диаметр смесительной камеры, мм

21 28

25 32

Диаметр главного топливного жиклёра, мм

1,07 1,70

1,62 1,70

0,50

0,60

1,70 0,40

1,70

Диаметр отверстия распылителя насосаускорителя, мм Диаметр перепускного жиклёра насосаускорителя, мм Производительность насоса-ускорителя за 10 полных ходов, см3 Диаметр топливного жиклёра эконостата, мм Диаметр воздушного жиклёра эконостата, мм

0,04

-

Диаметр главного воздушного жиклёра, мм Диаметр топливного жиклёра холостого хода, мм Диаметр воздушного жиклёра холостого хода, мм

7±25%

-

-

1,50

-

1,20

Диаметр эмульсионного жиклёра эконостата, мм

-

1,50

Диаметр воздушного жиклёра пускового устройства, мм Диаметр жиклера пневмопривода дроссельной заслонки вторичной камеры, мм

0,70

-

1,20

1,00

Расстояние поплавка от крышки карбюратора с прокладкой, мм

6,5±0,25

6,5±0,25

Зазоры у заслонок для регулировки пускового устройства, мм: воздушный дроссельный

5+0,5 0,70-0,80

0,07-0,80

Карбюратор 2105-1107010 (рис. 1), устанавливаемый на автомобили ВАЗ, эмульсионного типа, с падающим потоком. Дроссельная заслонка 41 первичной камеры открывается при нажатии на педаль привода управления карбюратором, а заслонка 44 вторичной камеры открывается автоматически от пневмопривода. Карбюратор имеет балансированную поплавковую камеру, две главные дозирующие системы, диафрагменное пусковое устройство для пуска холодного двигателя, эконостат (экономайзер) с пневматическим приводом, переходную систему, систему холостого хода (х.х.), экономайзер принудительного холостого хода с электронным управлением по частоте вращения коленчатого вала (ЭПХХ). В крышке карбюратора находятся входные патрубки первичной и вторичной смесительной камер, воздушная заслонка 17 первичной камеры с пусковым устройством, игольчатый запорный клапан подачи топлива с поплавком и фильтром. В корпус устанавливается насос-ускоритель с форсункой-распылителем, жиклёром, эмульсионные трубки и малые легко-съёмные диффузоры, отлитые заодно с распылителями. В корпусе дроссельных заслонок устанавливаются заслонки первичной и вторичной смесительных камер, винты регулировки холостого хода. На оси дроссельной заслонки первичной камеры устанавливается золотник вентиляции картера двигателя. На корпусе крепится экономайзер ЭПХХ. Топливо подается подкачивающим насосом через штуцер 29 в фильтр 30 и через клапан игольчатый 28 - в поплавковую камеру.

Рис. 1. Карбюратор: 2 - винт регулировки подачи топлива насоса - ускорителя; 3 - пробки обратного клапана; 14, 15 - винт - клапан и распылитель насоса-ускорителя; 18 - соединительная втулка каналов карбюратора; 20 - воздушный жиклёр пускового устройства; 21 - тяга, соединяющая рычаг воздушной заслонки со штоком пускового устройства; 22, 23 - корпус и шток пускового устройства; 24, 25 - диафрагма и регулировочный винт пускового устройства; 26 - воздушный жиклер системы холостого хода; 27 седло игольчатого клапана; 34 - топливный жиклер .системы холостого хода; 37 - регулировочный винт качества смеси холостого хода; 38 - игла экономайзера принудительного холостого хода; 39 - регулировочный винт состава (количества) смеси холостого хода; 40 - седло иглы экономайзера принудительного холостого хода; 41, 42, 43 - вторичные смесительные камеры; 46 соединительная втулка каналов переходной системы

Регулировка уровня топлива в камере осуществляется отгибанием язычка 31 поплавка 33. Шарик 32 демпфера игольчатого клапана обеспечивает постоянство уровня топлива при движении автомобиля по неровной дороге. Главные дозирующие системы. Пневмопривод дроссельной заслонки вторичной смесительной камеры Главные дозирующие системы (см. рис.1) включают в себя главные топливные жиклёры 35 и 49 , эмульсионные колодцы с эмульсионными трубками 36 и 47, главные воздушные жиклёры 9 и 19, малые диффузоры 3 и 16 с распылителями главных дозирующих систем (ГДС). ГДС первичной смесительной камеры 42 обеспечивает работу двигателя в широком диапазоне. При нажатии на педаль открывается заслонка 41 первичной камеры, разрежение в распылителе увеличивается, топливо в эмульсионном колодце поднимается и при достижении нижнего ряда отверстий эмульсионной трубки 47 захватывается воздухом, поступающим из эмульсионной трубки через главный воздушный жиклер 19, и направляется через распылитель в диффузор. ГДС вторичной камеры в отличие от первичной работает при открытии дроссельной заслонки вторичной камеры пневматическим приводом (рис.2).

Рис.2. Управление дроссельными заслонками: 2 - рычаг управления дроссельными заслонками; 3 - рычаг привода открытия дроссельной заслонки; 7 - ось дроссельной заслонки вторичной камеры; 8 - шток пневмопривода; 9 - рычаг управления дроссельной заслонкой вторичной камеры; 11 – втулка

Верхняя полость 12 диффузорного механизма пневмопривода соединяется воздушными каналами 10 с узкой частью больших диффузоров первичной и вторичной смесительных камер через жиклёры 1 и 5 пневмопривода. При увеличении разряжения в больших диффузорах и, следовательно, в жиклёрах пневмопривода диафрагма, преодолевая усилия пружины, перемещает шток 8 вверх и действует на рычаг 6. При этом открывается дроссельная заслонка вторичной камеры. Топливо через главный топливный жиклёр 49 (см. рис.1), эмульсионный колодец 47 вместе с воздухом из главного воздушного жиклёра 9 поступает в распылитель и смесительную камеру. Пневмопривод более плавно включает ГДС и делает ненужным сильное обогащение горючей смеси (по сравнению с карбюратором без пневмопривода), что ведёт к снижению токсичности отработавших газов. Кроме того, он автоматически регулирует положение заслонки, в зависимости от скоростного режима работы двигателя. При полностью открытой дроссельной заслонки первичной камеры с увеличением нагрузки на двигатель частота вращения коленчатого вала, а следовательно, и разрежение в смесительных камерах уменьшаются, заслонка вторичной камеры приоткрывается. Основной поток воздуха будет проходить через первичную смесительную камеру, улучшая распиливание топлива. При резком опускании педали заслонка первичной камеры закрывается и рычаг 4 ограничения открытия (см. рис.2) принудительно закрывает дроссельную заслонку вторичной камеры, предотвращая увеличение частоты в этот момент. Возможность самоколебания механизма пневмопривода исключается соединением полости над диафрагмой с диффузорами как вторичной, так" и первичной камер. Главные топливные жиклёры 36 и 49 (см. рис. 1) маркируются на головке жиклёра цифрами 107 и 162, которые обозначают диаметры жиклёров 1,07 мм и 1,62 мм. Маркировка главных воздушных жиклёров 9 и 19 выбивается на верхней плоскости жиклёра. Переходная система Отсутствие "провалов" в работе двигателя в начале открытия дроссельной заслонки 44 (см. рис. 1) вторичной камеры обеспечивается переходной системой. В момент начала открытия заслонки в отверстиях 45 создаётся разрежение, и топливо из эмульсионного колодца через топливный канал, топливный жиклёр 5 переходной системы, смешиваясь с воздухом из жиклёра 7, поступает по эмульсионному каналу в отверстия 45, обогащая горючую смесь. Система холостого хода. Экономайзер принудительного холостого хода(ЭПХХ) При работе двигателя на холостом ходу дроссельная заслонка 2 (рис. 3) первичной камеры приоткрыта, отверстие 3 располагается выше заслонки, пневмоклапан 19 с электронным управлением открыт, разрежение впускного коллектора передается по шлангу 9 в полость диафрагмы экономайзера. Регулируемое отверстие 4 под действием диафрагмы экономайзера открыто. Разрежение из-под дроссельной заслонки 2 передается через это отверстие по эмульсионным каналам 12 к топливному жиклёру 16 холостого хода.

Рис. 3. Система холостого хода. ЭГГХХ: 1 - корпус дроссельных заслонок; 5 -канал подвода воздуха; 7 - корпус экономайзера принудительного холостого хода; 8 -крышка экономайзера; 10 и 11-регулировочные винты; 13 - крышка карбюратора; 14 воздушная заслонка; 17-топливный канал; 18 - эмульсионный колодец; 20 - шланг к впускной трубе

Топливо под действием разрежения проходит топливный жиклёр, смешивается с воздухом, поступающим через воздушный жиклёр 15 холостого хода, проходит по эмульсионному каналу, где к нему вновь подмешивается воздух через отверстие 3. Далее эмульсия проходит под регулировочный винт 11 качества смеси, под иглу 6 экономайзера и за дроссельную заслонку. Часть эмульсии поступает через жиклёр по каналу, минуя винт качества смеси, чем уменьшается чувствительность регулировки винта качества и облегчается процесс регулировки холостого хода. Отверстия 3 обеспечивают отсутствие провалов в работе двигателя в момент открытия дроссельной заслонки, когда через них также поступает эмульсия. На принудительном холостом ходу, который бывает во время торможения автомобиля двигателем, при переключении передач, при движении под уклон частота вращения коленчатого вала возрастает. Это приводит к увеличению содержания остаточных газов в цилиндрах, выбросам несгоревшего топлива, хлопкам в глушителе. Чтобы этого избежать, ЭПХХ отключает подачу топлива на принудительном холостом ходу, исключая выбросы окиси углерода в атмосферу. При открытии дроссельной заслонки первичной камеры рычаг привода освобождает рычагом микропереключателя, который включает его и подаёт питание пневмоклапану как электронному блоку управления. При достижении двигателем частоты вращения 1600... 1800 мин-1 электронный блок отключается, но пневмоклапан остается включенным благодаря микропереключателю. На режиме принудительного холостого хода резко закрывается дроссельная заслонка, рычаг привода нажимает на рычажок микропереключателя и включает его. В результате пневмоклапан отключается, и игла 6 экономайзера закрывает выход эмульсии. После снижения частоты вращения до 1200...1260 мин-1 включается электронный блок управления, вновь открывается пневмоклапан, и двигатель начинает работать. При выключении зажигания отключается питание электротоком, пневмоклапан закрывается и прекращается подача эмульсии под иглу ЭПХХ. Пневмоклапан с электронным управлением открывается при подаче тока в обмотку, микропереключатель крепится на карбюраторе винтами, выключается он рычагом управления дроссельными заслонками при опущенной педали. Система пуска Пусковое устройство (рис. 4) обеспечивает пуск холодного двигателя. При вытягивании кнопки ручного управления, расположенной в салоне, трёхплечий рычаг, поворачиваясь вокруг оси, через тягу 9 приоткрывает дроссельную заслонку первичной камеры. Телескопическая тяга 9 действует на рычаг воздушной заслонки 2 и закрывает её. Тяга 4, соединенная с рычагом воздушной заслонки, перемещается по пазу штока 5, занимает крайнее левое положение. При первых вспышках в цилиндрах и последующей работе ДВС на холостом ходу разряжение из задроссельного пространства по воздушному каналу передается в полость 8 диафрагменного механизма. Диафрагма 6 действует на шток, тягу 4, рычаг и приоткрывает воздушную заслонку, обеспечивая необходимый состав горючей смеси, под действием разрежения в смесительной камере работают главная дозирующая система и система холостого хода. Пружина в телескопической тяге позволяет воздушной заслонке занимать промежуточные положения в зависимости от величины разрежения в задроссельном пространстве. По мере прогрева двигателя воздушная заслонка открывается вручную кнопкой.

Эконостат Входит во вторичную смесительную камеру и вступает в работу при полностью открытых дроссельных заслонках на скоростных режимах, близких к максимальным. При открытых дроссельных заслонках значительно возрастает разрежение в малом диффузоре и распылителе П (см. рис.1) эконостата. Топливо из поплавковой камеры 4 поступает по каналу через жиклёр 8 эконостата в каналы крышки поплавковой камеры. Через воздушный жиклёр 6 эконостата к топливу подмешивается воздух. Эмульсия поступает далее по каналу через эмульсионный жиклер 10 эконостата в распылитель 11 и диффузор 13, обогащая горючую смесь. Насос - ускоритель

Рис. 4. Схема пускового устройства: 3 — воздушный патрубок; 7 — винт регулировочный; 10 — рычаг управления; 11 — рычаг привода дроссельной заслонки; 12 ось дроссельной заслонки первичной камеры; 13 - рычаг, ограничивающий открытие заслонки

Насос - ускоритель диафрагменного типа с приводом от кулачка на оси дроссельной заслонки первичной камеры. Его назначение - обогащать горючую смесь при резком открытии дроссельной заслонки, обеспечивая хорошую приёмистость автомобиля. При резком открытии нажимает на рычаг 1 и через пружину в толкателе действует на диафрагму 52, преодолевая сопротивление возвратной пружины. Диафрагма подает топливо по топливному каналу 48 и впрыскивает через распылитель в первичную камеру. Часть топлива перепускается через перепускной жиклёр 51 обратно в поплавковую камеру. При обратном ходе диафрагмы под действием возвратной пружины из поплавковой камеры топливо засасывается через жиклёр 51 и впускной клапан 50 в насос-ускоритель. Перепускной жиклёр подбирают таким образом, чтобы при плавном открытии дроссельной заслонки всё топливо перепускалось в поплавковую камеру. Профиль кулачка обеспечивает двойной впрыск; второй впрыск совпадает с началом открытия дроссельной заслонки вторичной камеры.

Контрольные вопросы 1. Какие требования предъявляются к карбюраторам? 2. Как устроены и работают главные дозирующие системы, системы холостого хода и ЭПХХ, экономайзер и насос-ускоритель? 3. В чем особенности устройства и работы системы пуска и эконостата?

Лабораторная работа № 2 ПРОВЕРКА ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ ЖИКЛЁРОВ КАРБЮРАТОРОВ Цель работы - ознакомление с методами проверки жиклёров карбюраторов ДВС. Задание 1. Определить влияние отношения длины l калиброванной части жиклёра к его диаметру d на коэффициент расхода µ ж. 2. Определить влияние проходной части жиклёра и величины давления жидкости на коэффициент расхода. 3.Построить график зависимостей µ ж =f(l/d) и µ ж =f(P). Общие сведения Масса горючей смеси, подаваемой в карбюраторный двигатель, зависит от многочисленных факторов и в том числе от пропускной способности жиклёров, которая, в свою очередь, зависит от диаметра калиброванной части и в меньшей степени от длины. Однако диаметр жиклёра не всегда дает точное представление о его производительности, так как коэффициент расхода не является постоянной величиной. Объясняется это тем, что в процессе эксплуатации карбюратора пропускная способность жиклёров может уменьшаться вследствие отложения смол на калиброванной поверхности или увеличиваться в результате износа. Поэтому пропускную способность жиклёров, находящихся в эксплуатации, необходимо проверять не реже двух раз в год. Наиболее точное представление о пропускной способности жиклёров дает проливка их водой при температуре 293 К под давлением 9810±20 Па за время, равное 60 с, согласно ГОСТ 2096-43. Действительный массовый расход топлива через жиклёр определяют исходя из следующего, скорость истечения равна, м/с.

ω = ϕ ж 2 / ρ Т ( P1 − P2 ) где P1 и Р2 - давления в поплавковой камере и у распылителя соответственно, Па; ρТ- плотность топлива, кг/м3; φж - коэффициент скорости, учитывающий трение в топливных каналах и жиклёре, а также местное сопротивление при переходе от одного сечения к другому. С учётом площади поперечного сечения калиброванной части жиклёра φж и коэффициента сжатия струи топлива χ = fc/fж равного отношению площадей поперечного сечения вытекающей струи жидкости fc и калиброванной части жиклёра fж (рис. 1), действительный массовый расход топлива через жиклёр, кг/с,

G Д = ωxf ж ρ Т

или G Д = ϕ ж 2 / ρ Т ( P1 − P2 )

Значение величин <рж и % для жиклёров современных карбюраторов, имеющих диаметры калиброванной части в пределах (0,6...2,5) 10'3м, определить отдельно затруднительно. Поэтому при расчётах и исследованиях карбюраторов определяют коэффициент расхода

µж = ϕ ж x

(1)

Тогда с учетом (1) действительный массовый расход топлива, кг/с

G Д = ρ Т µ ж f ж 2 / ρ Т ( P1 − P2 ) = ϕ ж f ж 2 ρ Т ( P1 − P2 ) Коэффициент расхода ц* определяется экспериментальным путем и представляет собой отношение действительного массового расхода топлива, прошедшего через жиклёр, к его теоретическому массовому расходу GT:

µ ж = G Д / Gж , где

(2)

GТ = f ж 2 ρТ ( P1 − P2 )

Коэффициент расхода при безотрывном течении жидкости (см.рис.1) зависит от относительной длины жиклёра l/d и числа Рейнольдса

Re = ωx /ν где ν - кинематическая вязкость жидкости, м2/с. Известно, что с увеличением Re значения µж сначала увели-чиваются, что обусловлено резким возрастанием φж, а затем, достигнув максимального значения, уменьшаются в связи со значительным снижением χ и при больших значениях Re практически стабилизируется. Минимальное значение l/d , при котором может существовать безотрывный режим течения, находится в пределах 1...2. Поэтому в карбюраторах целесообразно применять жиклёры с отношением l/d > 1,5. В этом случае неточности на изготовление по длине мало влияют на значение µж, Кроме того, такие жиклёры имеют более стабильный расход топлива с изменением разрежения в диффузоре при различных положениях дроссельной заслонки и частотах вращения. Из курса гидравлики известно, что расход жидкости через отверстия одинаковой длины, имеющие различную геометрию входной части при прочих равных условиях, различен. Так, жиклёры с острыми кромками уменьшают коэффициент расхода по сравнению с жиклёрами, имеющими фаску на входе. Объясняется это большей величиной сопротивления на входе, характеризующейся коэффициентом ξ, который при резком переходе от большего диаметра к меньшему (острые кромки) равен 0,5, а при плавном - ξ=0,3. Резкое изменение коэффициента расхода наблюдается при углах конусности от 0 до 15°. Это справедливо для различных величин давлений. Наиболее рационально использовать жиклёры с углами входа от 20 до 45°. На практике пропускная способность жиклёров определяется проливкой их водой. Действительное количество воды GД прошедшее через жиклёр при его проливке, кг/с:

GД = G/τ

(3)

где G - масса воды, прошедшая через жиклёр за время проливки, кг; τ -время проливки жиклёра, с. Теоретический массовый расход воды через жиклёр подсчитывают по формуле, кг/с,

GT = f ж 2 ρ В Р

(4)

где Р = HДρв - давление столба воды, Па; Н - высота столба воды, м; рв - плотность воды, кг/м3.

Описание экспериментальной установки Пропускная способность жиклёров проверяется на приборе, представленном на рис.2.Прибор работает следующим образом. Вода из бачка 7 через кран 8 подается в камеру 9, при помощи которой поддерживается постоянное давление над адаптером 12. Из. камеры 9 вода по трубе через регулировочный кран 11 поступает в адаптер 12, а из него в напорную трубку 5. Краном 11 устанавливается и поддерживается рабочий напор воды над жиклёром в пределах от 2362,5 до 9810 Па в зависимости от проводимого опыта. Величина напора измеряется передвижным стержнем 4, указатель которого подводится под нижний торец жиклёра.

Порядок выполнения работы 1. Определение влияния отношения l/d жиклёра на коэффициент истечения методом абсолютного замера качества вытекающей воды. Работа проводится с жиклёрами, имеющими различное отношение длины калиброванной части Рис. 2. Прибор для проливки жиклера отверстия к их диаметрам (жиклёры, имеющие разную длину, выполнены с постоянным диаметром, равным 7·10-4 м) (рис.3): l/d = 0,3; 0,7; 3,0; 5,3; 10,0. 1.1. Подготовить прибор к работе. Заполнить верхний бачок 7 водой, следя за уровнем в трубке 6, проверить, нет ли утечки (см. рис. 2). Открыть кран 8, соединив верхний бачок с поплавковой камерой 9 и адаптером 12. 1.3. Открыть кран 10, удалить воз дух из адаптера 12, после чего кран 10 закрыть. 1.4. Вставить проверяемый жиклёр с отношением l/d, равным 0,3, в резиновый наконечник 2 и крепить его на штуцере крана 13. 1.5. Под торцом жиклёра установить нижний указатель 3 стержня 4, зафиксировать стержень винтом, после чего отвести указатель в сторону. 1.6. Открыть кран 13 до упора и краном 11 установить в трубке 5 уровень воды, равный 9810 Па (1000 мм вод. ст.). 1.7. Установить постоянный расход воды через жиклёр. 1.8. Замерить объём воды V (см3), прошедший через отверстие за время, равное 15 с. Замер проводить не менее двух раз с помощью мерного цилиндра 1с ценой деления 1·10-6 м3 и секундомера. Рис. 3. Жиклёр для определения 1.9. Выполнить аналогичные действия с жиклёрами, имеющими от влияния l/d на µж ношения l/d, равные 0,7; 3,0; 5,3; 10,0. Результаты замера внести в табл.1. 2. Определить влияние формы входной части жиклёра и величины напора жидкости на коэффициент расхода µ ж Работа проводится с жиклёрами, имеющими одинаковое отношение (l/d=7·10-4), но отличающимися формой входной части (рис.4). 2.1. Выполнить действия, предусмотренные в пп. 1.1; 1.2; 1.3. 2.2. Вставить жиклёр без фаски в резиновый наконечник, укрепив его на штуцере крана 13. 2.3. Выполнить действия, предусмотренные в пп.1.5; 1.6; 1.7; 1.8. Результаты замеров занести в табл.2. 2.4. Установить с помощью крана 11 последовательно Рис.4. Жиклёры для определения влияния форм выхода на ц* давления, равные 7848, 4905, 3924, 2943 Па, выполняя каждый раз действия, предусмотренные в пп. 1.7; 1.8. 2.5. Установить в резиновый наконечник жиклёр с фаской и повторить пп. 1.7; 1.8; 2.4; 2.6. Таблица 1

Расход воды через жиклёр V,CM3

l/d

1

τ,c

G,KT

GД, кг/с

Gr,кг/c

µж

Ср.

2

Таблица 2 Р, Па

τ, с С

Жиклёр с фаской Расход воды Gg, через жиклер кг/с 3 G, V. CM

1 2 Ср.

кг

Жиклёр без фаски

GT µ ж τ, кг/с c

Расход воды Gg через жиклер кг/с 3 G, V. CM

1 2 Ср.

GT µ ж кг/с

кг

9810

Обработка экспериментальных данных 1.Подсчитать площадь поперечного сечения калиброванной части жиклера, м2,

f ж = πd 2 / 4 где d - диаметр калиброванной части жиклёра. 2. По формулам (3) и (4) рассчитать действительное G Д и теоретическое значение GТ расходов воды через жиклёр с различным отношением l/d при давлении 9810 Па. 3. По формуле (2) рассчитать значения µ ж для каждого жиклёра с различным отношением l/d. Результаты расчётов свести в табл. 1 и построить график зависимости µЖ = f{l/d). 4. Рассчитать значения GТ, GДa и µж для жиклеров с фаской и без фасКи при различных значениях давлений. Результаты свести в табл. 2 и построить график зависимостей µЖ = f(Р). Графики зависимостей µЖ = f{l/d) и µЖ = f(Р) должны иметь вид, показанный на рис. 5. и 6.

Контрольные вопросы 1. Почему необходима периодическая проверка пропускной способности жиклёров и условия её определения? 2. Как вывести и объяснить уравнение, определяющее действительный массовый расход топлива через жиклёр? 3. Каков физический смысл коэффициента расхода µЖ = f(Re)? 4. Какое отношение l/d целесообразно применять в жиклёрах и почему? 5. Формула определения теоретического расхода топлива, проходящего через жиклёр. Как влияет геометрия входной части жиклёра на коэффициент расхода µЖ? 6. Как работает экспериментальная установка? 7. Чем объясняется протекание зависимостей µж = f(l/d) и µЖ = f(Р).

Лабораторная работа № 3 Харктеристики карбюраторов Цель работы - ознакомление студентов с методикой экспериментального определения характеристик карбюраторов, снятие, обработка и анализ характеристик, получение практических навыков регули-ровки карбюраторов. Задание. 1. Снять характеристику карбюратора при различных положениях дроссельной заслонки. 2. Получить заданную характеристику карбюратора (при мощностном или экономичном составах смеси), изменяя пропускную способность жиклера главной дозирующей системы и положение иглы корректора. 3. Обработать результаты экспериментов, построить графики зависимостей α = f(∆РД),GВ = f(∆РД), GTl0 = f(∆РД ), сделать их анализ.

Общие сведения Процесс приготовления горючей смеси из паров жидкого топлива и воздуха вне цилиндра двигателя называется карбюрацией, а прибор, в котором происходит этот процесс, - карбюратором. Простейший карбюратор (рис. 1,а) работает следующим образом. Топливо из бака подается в поплавковую камеру 6. С помощью игольчатого клапана 5, соединенного с поплавком 7, уровень топлива поддерживается постоянным. Под действием разрежения, создаваемого работающим двигателем, в воздушный патрубок 3 поступает воздух. При движении воздуха через диффузор 2 в распылителе 4 создается разрежение. Топливо, проходя через жиклер 8, поступает в узкое сечение диффузора и распыливается воздухом. Количество смеси регулируется дроссельной заслонкой 1. Состав смеси при этом изменяется автоматически по определенной закономерности.

Зависимость состава смеси от разрежения в диффузоре называется характеристикой карбюратора. Анализ характеристики простейшего карбюратора можно провести на основании известных выражений для коэффициента избытка воздуха

α=

GВ 1 fД µД = l0 GT l0 f ж µ ж

ρВ ∆Р ρТ (∆Р Д − ∆hρ T g )

,

где GB, GT - расходы воздуха через диффузор и топлива через жиклёр соответственно, кг/с; µж, µД – коэффици-енты расхода диффузора и жиклёра;fж, fД - проходные сечения диффузора и жиклёра, м2 ; ∆РД - разрежение в диффузоре; ∆h - разность между высотой отверстий распылителя и уровнем топлива поплавковой камеры, м; ρТρД - плотности топлива и воздуха, кг/м3, g - ускорение свободного падения, м/с2. В выражении произведения 1/l0 и fД /fЖ являются постоянной величиной, a ∆PД /(∆РД − ∆hρT g) и ρ В / ρ Т - уменьшаются с увеличением ∆РД.. Коэффициент расхода µд незначительно зависит от ∆РД. Величина µж определяется геометрическими размерами отверстия жиклёра, формой его кромок, а также вязкостью топлива. Отношение µд/µж с ростом ∆Рд уменьшается. Таким образом, изменение соотношений, входящих в выражение, показывает, что смесь, приготавливаемая простейшим карбюратором, обогащается с увеличением разрежения ∆Рд, т.е. с ростом расхода воздуха (рис. 1,6).

Максимальная мощность двигателя обеспечивается обогащенными смесями α< 1,0 (рис.2, кривая 1), а наилучшая экономичность - обедненными с αэк > αм (см. рис. 2, кривая 2). Для каждого двигателя и режима его работы величины αэк и αм имеют определенное значение. В случае регулировки карбюратора на обедненную или обогащенную смеси работа двигателя при некоторых нагрузках может быть неустойчивой, возможен перегрев двигателя и увеличение нагарообразования. Реальную регулировку карбюратора подбирают для некоторой средней характеристики, полученной при различных частотах вращения (см. рис.2, кривая 3). Простейший карбюратор не обеспечивает необходимого обеднения смеси с ростом ∆Рд в области частичных нагрузок и не обогащает ее при полностью открытом дросселе. Автоматическое изменение а в соответствии с наивыгоднейшей характеристикой карбюратора осуществляется главной дозирующей системой и называется корректированием состава смеси. Существует ряд способов корректирования состава смеси, но в подавляющем большинстве современных карбюраторов главная дозирующая система работает с компенсацией состава смеси путём понижения разрежения у топливного жиклера. Карбюраторы, устанавливаемые на двухтактных двигателях (рис. 3), дополнительно имеют управляемую корректирующую систему и регулируемую иглу дроссельной заслонки, что позволяет изменять состав смеси в достаточно широком диапазоне.

Рис. 3. Схема карбюратора К - 36 Г: 1 - жиклер топливного корректора; 2 - поплавок с иглой; 3 - поплавковая камера; 4 топливный корректор; 5 - рычаг управления корректором; 6 - рукоятка управления дроссельной заслонкой; 7 - игла дроссельной заслонки; 8 - дроссель; 9 - распылитель; 10 - топливный жиклер холостого хода; 11 - винт холостого хода; 12 - жиклёр главной топливной системы; 13 - винт регулировки жиклёра главной топливной системы

Описание экспериментальной установки

Снятие характеристик карбюраторов и их регулирование выполняются на безмоторном стенде, схема которого представлена на рис. 4. Воздух за счёт разрежения, создаваемого ротационным насосом 3, поступает через карбюратор 12 по впускному трубопроводу 14 в ресивер-отстойник 1. Ротационный насос вращается от электродвигателя 2 постоянного тока, частота вращения которого изменяется реостатом 10. Топливо в поплавковую камеру карбюратора поступает из бака 6, соединенного краном 11 с мерной колбой 7. Время расхода дозы топлива замеряют с помощью электрического секундомера 9. Разрежение в диффузоре карбюратора регистрируется манометром 5. Расход воздуха через карбюратор определяют по частоте вращения ротора насоса с помощью индукционного датчика 4 и регистрирующего прибора 8.

Для визуального наблюдения процесса распыливания топлива фланцевое соединение карбюратора и впускной трубопровод выполнены из прозрачных материалов. Регулирование карбюратора осуществляется перемещением иглы корректора и изменением винта 13 проходного сечения жиклёра главной дозирующей топливной системы.

Порядок выполнения работы Проверить готовность стенда к работе, включить его и в течение 3... 5 минут прогреть регистрирующую аппаратуру. 1. Снять характеристики карбюратора 1.1 Открыть кран 11 и заполнить поплавковую камеру карбюратора топливом. 1.2. Установить дроссель и иглу корректора в заданное положение. 1.3. Включить ротационный насос 3 и с помощью реостата 10 установить по манометру 5 минималь-ное (10... 12 мм) разрежение в диффузоре карбюратора. 1.4. Установить кран 11 в положение "замер" и с помощью электрического секундомера 9 определить время расхода топлива. 1.5. По окончании замера записать показания секундомера 9 и расхода воздуха. 1.6. Увеличить на 40...50 мм разрежение в карбюраторе и повторить замеры расхода топлива и воздуха 1.7. Для построения характеристики карбюратора выполнить 6...7 замеров до максимального значения разрежения в диффузоре, равного 500 мм вод. ст. 2. Регулировка карбюратора. 2.1. Установить рукоятку управления корректором в среднее положение. 2.2. Винт регулировки жиклёра главной топливной системы отвернуть на 1,5... 2,0 оборота. 2.3. Установить дроссель в заданное положение. 2.4. Выполнить 3...4 замера шт. 1.1... 1.6 и сравнить полученную характеристику с заданной. 2.5. В случае значительного расхождения полученной и заданной характеристик выполнить регулировку карбюратора. При переобогащенной смеси уменьшить высоту подъёма иглы корректора и на 1/4 оборота ввернуть винт регулировки жиклёра главной топливной системы. При обедненной смеси увеличить высоту подъёма иглы и на 1/4 оборота отвернуть винт регулировки жиклёра 2.6. Снять повторно характеристику. 2.7. При необходимости продолжить регулирование карбюратора до получения характеристики, близкой к заданной. 2.8. Построить полученные характеристики карбюратора, сравнить с заданной и провести анализ. Результаты свести в таблицу. Каждая группа студентов снимает характеристики карбюратора и выполняет регулировку при одном фиксированном положении дросселя Номер точек

∆Рд, мм вод. ст.

GВ, кг/с

GТ кг/с

Доза топлива, см3

Время расхода дозы топлива, с

Открытие Подъем ПлотПлотдроссельиглы ность ность ной зас- корректора, топлива, воздуха, лонки, % % кг/м3 кг/м3

Контрольные вопросы 1. Что такое карбюрация? 2. Что называется характеристикой карбюратора? 3. Почему в простейшем карбюраторе происходит обогащение смеси при увеличении разрежения в диффузоре? 4. Чем обосновываются наивыгоднейшие характеристики карбюрато ра? 5. Какие значения а обеспечивают максимальную мощность двига теля и почему?

Лабораторная работа № 4 ПРОВЕРКА ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ И РЕГУЛИРОВКА ФОРСУНОК Цель работы - изучение и освоение методов и средств проверки технического состояния и регулировки форсунок. Задание 1. Изучить конструкцию форсунок. 2. Проверить техническое состояние и герметичность форсунки. 3. Отрегулировать форсунку. 4. Проверить качество распиливания топлива

Общие сведения Форсунки служат для распиливания топлива и распределения его частиц по объёму камеры сгорания. Совместно с топливным насосом форсунка должна обеспечивать необходимый закон подачи топлива На автотракторных двигателях используются два типа форсунок: открытые и закрытые. В открытых форсунках между топливопроводом высокого давления и сопловыми отверстиями распылителя нет запорного устройства, и они постоянно соединены между собой, вследствие чего после окончания впрыска наблюдается подтекание топлива Для устранения этого в конструкцию современных форсунок введен элемент, изолирующий топливопроводы высокого давления от камеры сгорания в период между впрысками, такие форсунки относятся к числу закрытых (клапанные; клапанно-сопловые; прецизионные; беспрецизионные), они могут быть с запорной иглой и штифтовые. Одним из важных элементов форсунки является ее распылитель. Количество и направление струй сопловых отверстий в распылителе выбираются в соответствии с формой камеры сгорания и принятым в двигателе способом смесеобразования. При непосредственном впрыске, когда качество смесеобразования обеспечивается в основном за счет, тонкости распиливания и распределения топлива по объему камеры сгорания, используются распылители с большим количеством отверстий (четыре-семь и более диаметром 0,15...0,30 мм). При наличии в камере сгорания интенсивного вихревого движения воздушного заряда дизелей с разделенными камерами сгорания и при пленочном смесеобразовании количество отверстий составляет один - четыре с диаметром 0,25...0,45 мм. Форсунки со штифтовыми распылителями используются в двигателях с разделенными камерами сгорания. Форма факела топлива в этом случае определяется формой и размерами штифта. Наибольшее распространение получили штифты в виде двух сложенных малыми основаниями конусов, но могут использоваться также штифты цилиндрической, конической и другой форм. В закрытых штифтовых и сопловых форсунках игла (штифт) поднимается за счет усилия, создаваемого давлением топлива, подаваемого насосом высокого давления. Ход иглы составляет 0,30...0,45 мм. Отношение длины соплового отверстия к его диаметру равно 3,0..6,0. Средняя скорость топлива в распыливающем канале составляет обычно 85... 100 м/с и выше. Зазор между корпусом распылителя и иглой составляет 0,0015...0,0020 мм. От качества работы форсунок зависят мощностные и экономические показатели двигателя, его надежность и долговечность, уровень создаваемого шума, токсичность и дымность отработавших газов, что требует при эксплуатации поддерживать их в нормальном техническом состоянии.

Описание экспериментальной установки Устройство прибора КИ562 показано на рисунке. Испытываемую форсунку подсоединяют к прибору навертыванием маховика 3 на штуцер форсунки 4. Одновременно маховичок навертывается на штуцер прибора, имеющего более мелкую резьбу, чем штуцер форсунки, За счёт разницы в шаге резьб форсунка подтягивается к штуцеру прибора, топливо из бачка 6 самотеком поступает к плунжерной паре, расположенной в стойке 9. Плунжер приводится в движение рычагом 10. Топливо, подаваемое плунжером, поступает через нагнетательный канал в корпус 8 распылителя, а оттуда по каналу в форсунку 4 и к манометру 5, показывающему величину создаваемого давления. Для отключения манометра служит вен-вентиль с маховичком 7. Впрыскиваемое топливо собирается в глушитель 2. Подставка 1 служит для сбора топлива, не попавшего в глушитель.

Порядок выполнения работы 1. Подготовить прибор КИ562 к работе. Залить в бачок профильтрованное дизельное топливо, удалить воздух из топливопроводов, проверить герметичность прибора. При перекрытом пробкой штуцере конусной выточкой продолжительность снижения давления с 30,0 до 0,5 МПа по шкале манометра должна быть не менее 3 минут. 2. Подготовить форсунки. Форсунки, бывшие в эксплуатации, очищают, разбирают и промывают. Проверить плавность пе- Схема прибора КИ 562 ремещения иглы в распылителе, игла, смоченная топливом и выдвинутая на 1/3 длины направляющей части распылителя при наклоне его на 45° к горизонтали, должна свободно опускаться в направляющую распылителя под действием собственной массы. Проверить состояние торцовой поверхности корпуса, сопрягающейся с торцом распылителя, и особенно той части поверхности, которая подвергается ударам заплечиков иглы. При наличии выработки и подъема иглы повышается пропускная способность форсунки, что приводит к увеличению неравномерности подачи и вызывает возрастание расхода топлива. Такой корпус подлежит замене. Прочистить сопловые отверстия распылителя стальной проволокой, зажатой в цангу. Диаметр проволоки должен соответствовать диаметру соплового отверстия. С помощью магнитной иглы удалить из внутренней полости распылителя металлические включения. 3. Собрать форсунки. 4. Проверить герметичность форсунки. В бачок прибора КИ562 заливается смесь дизельного топлива и веретенного масла с общей вязкостью 9,9... 10,9 мм2/с. Для штифтовых форсунок станавливают давление начала впрыска топлива, равное 23 МПа. После этого нагнетание топлива прекращают и наблюдают за понижением давления по показаниям манометра. С помощью секундомера замеряют время снижения давления от 20 до 18 МПа. Для новых форсунок время снижения давления в этом интервале должно быть не менее 5 с, для бывших в эксплуатации - не менее 3 с. При проверке герметичности форсунок с многодырчатыми распылителями устанавливают давление начала впрыска топлива 38 МПа Для новых форсунок это время должно быть не менее 15 с, а для бывших в эксплуатации - не менее 10 с. Герметичность сопряжения запирающих конусов иглы и корпуса распылителя проверяют при давлении в форсунке на 1,5...2,5 МПа меньше номинального начала давления впрыска топлива. Топливо в течение 20 с не должно просачиваться из сопла распылителя. 5. Отрегулировать форсунки на давление начала впрыска топлива в соответствии с данными, приведенными в табл. 1. Таблица 1 Обозначение форсунки (марка)

Марка дизеля

Давление начала впрыска топлива, МПа ■

16-С40-48 (ФШ-62025)

Д-48, Д-50, Д-60

В2,80,16,0026(ФШ-2005)

СМД-14,СМД-17К, СМД-18К

13+−00,,12

67261

КМД-100

12+0, 2

6А1-2001

А-01, А-41

15,3+0,1

6Т2-2001-2Д

Д-144

15,3 ± 0,5

236-1112010

ЯМЗ-238

15,0 +0, 25

13+−00,,12

6. Проверить качество распиливания топлива. Для этого рычагом прибора делают 10... 15 впрысков в минуту. Качество распыливания характеризуется показателями: а) распыливаемое в виде факела топливо (туманообразное состояние) не должно содержать заметных на глаз отдельно вылетающих капель и струек нераспыленного топлива; б) в момент начала и окончания впрыска подтекание топлива в виде капель на носке распылителя не допускается;

в) начало и конец впрыска должны быть четкими и сопровождаться резкими звуками; г) у форсунок штифтового типа угол факела распыленного топлива должен находиться в пределах, установленных техническими условиями, а ось факела должна совпадать с осью распылителя форсунки; д) у форсунок с многодырчатым распылителем топливо должно впрыскиваться равномерно из всех сопловых отверстий. 7. Данные измерений и проверок занести в табл.2. Таблица 2 Номер форсун- Обозначение форки сунки

Марка дизеля Регулировочные параметры

Герметичность

■

Давление начала впрыска, МПа

Угол

Техническое состояние

Качество

Контрольные вопросы

1. Какие причины вызывают понижение давления впрыска топлива форсункой, подтекание топлива в торце распылителя и зависание иглы? 2. По каким показателям оценивается работа форсунки? 3. Как проверить герметичность форсунки? 4. Какие существуют способы регулировки давления впрыска топлива форсункой? 5. Какое различие между открытыми и закрытыми форсунками? 6. Чем определяется форма факела топлива? 7. Как работают штифтовая и электродинамическая форсунки? 8. Как устроена насос-форсунка и принцип её работы?

Лабораторная работа № 5 СТЕНДЫ ДЛЯ КОМПЛЕКСНОЙ ПРОВЕРКИ ТОПЛИВНОЙ АППАРАТУРЫ Цель работы - изучить устройство и работу стендов, освоить на них монтаж насосов. Задание - спеть и установить на стенд насос типа УТН.

Общие сведения Универсальные испытательные стенды предприятий "Моторпал" и "Хартридж" предназначены для контрольно-регулировочных испытаний топливной аппаратуры, а также для проведения исследовательских работ. Стенд предприятия "Моторпал" оборудован синхронным электродвигателем 4,5 кВт с гидравлическим приводом, имеет стендовую подкачивающую помпу и приспособление для проверки форсунок, диапазон изменения числа оборотов приводного вала 100..3200 мин-1. Кроме контрольно-регулировочных испытаний, на стенде можно испытывать топливные насосы с пневматическими регуляторами с помощью устройства, создающего вакуум, визуально проверять качество работы форсунок, регулировать давление затяжки пружины форсунки, определять геометрическое начало подачи топлива насосом и давление открытия нагнетательных клапанов топливного насоса при неподвижном вале привода.

Описание экспериментальных установок На рис 1. показан стенд NC-101. На чугунном основании закреплена сварная рама, закрытая стенками. Сверху на раму уложена чугунная плита, на которую устанавливают испытываемые топливные насосы. Внутри рамы стенда расположены баки для топлива и масла, гидропривод с электродвигателем, топливные и масляные трубопроводы, фильтры. Топливный бак вместимостью 55 л снабжен терморегулятором для поддержания температуры в пределах 4О...8О°С. Топливо очищается двумя войлочными фильтрами тонкой очистки. Топливопроводы низкого давления выполнены из прозрачной пластмассы, что позволяет обнаруживать присутствие воздуха в системе. Приводом насоса служит гидравлическая бесступенчатая передача (гидропривод). Гидравлическая схема привода дана на рис.2. Гидропривод состоит из двух основных частей гидронасоса и гидродвигателя. Вал гидронасоса приводится во вращение электродвигателем и имеет постоянную скорость. Вал гидродвигателя соединяется с валом топливного насоса, частотой вращения которого необходимо управлять. Работа привода основана на регулировании производительности насоса, следовательно, и скорости гидродвигателя с помощью золотника 10. Движение привода реверсируется изменением направления подачи жидкости в гидравлический двигатель посредством золотника 4. Рабочая жидкость нагнетается насосом 2

через трубопроводы 1 и 3 в двигатель 5. После того как жидкость отдала свою потенциальную энергию гидродвигателю, она выталкивается из него на слив по шлангам 7 и 9 и затем поступает опять в насос 2. Кран 6 предназначен для выпуска воздуха из гидравлической системы, а клапан 8 - для выключения гидравлического двигателя. Нормальное рабочее давление масла в системе составляет 60-103 Па, максимальное давление 100-105 Па при полной нагрузке. Максимальная мощность, передаваемая гидравлическим приводом, достигает 2,6 кВт. При испытании топливных насосов на стенде возникает необходимость измерения частоты вращения вала насоса, расхода топлива через форсунки, начала подачи топлива. Расход топлива через форсунки измеряется мензурками, смонтированными на вращающейся раме поворотной консоли, применяемой для испытания насосов правого и левого вращения с различной длиной трубопроводов высокого давления. Заслуживает внимания способ наполнения мензурок топливом снизу, позволяющий избежать вспенивания и испарения топлива при наполнении (рис.3). Топливо из форсунки 1 поступает в стеклянную колбу 3, расположенную в передней части рамы, что дает возможность наблюдать за процессом впрыска. Из колбы 3 топливо поступает в мензурку б через трехходовой золотник 4, имеющий три рабочих положения. Мензурки стенда имеют разный диаметр по высоте. Это позволяет увеличить точность замера производительности насосов с большой и малой подачей на цикл. Продолжительность замера можно установить любую, кратную SO в диапазоне 50... 500, впрысков при помощи счётчика впрысков. Частоту вращения вала насоса устанавливают с помощью гидропривода, а измеряют и контролируют гидравлическим тахометром, цена деления которого составляет 20 мин. Начало впрыска определяют стробоскопическим устройством. При освещении колбы импульсной лампой настраивают стробоскоп на момент выхода струи топлива из распылителя. При освещении этой же лампой маховика с градуировкой определяют начало подачи топлива. Таким же образом определяют конец впрыска, а следовательно, и продолжительность подачи. На рис.4 представлена кинематическая схема стенда

"Хартридж". Приводной электродвигатель б через клиноременную передачу 7 вращает вал 13 вариатора, от которого вращение передается на приводной вал испытываемого насоса. Частота вращения приводного вала изменяется с помощью механического вариатора скорости следующим образом, Вращая регулировочный валик 3 через цепную передачу 5, винтовой валик 8 и рамку 10, перемещаем нижний шкив, изменяя его рабочий диаметр и рабочие диаметры шкивов 15 на среднем валу, а также шкив 19. Левая половина большого шкива и правая половина малого шкива, насаженного на средний вал, жестко соединены между собой и перемещаются одновременно. Для ограничения движения шкивов на рамке 10 установлены стопорные гайки 9 и 11, что предотвращает их большое расхождение, вызывающее излом ремня при очень малом рабочем диаметре, и соприкосновение. Стенд имеет топливную систему низкого до 4·105 Па и среднего до 40 кг/см2 давления, которое регулируется специальными клапанами. Топливо фильтруется фильтрами с сетчатыми, бумажными и магнитными фильтрующими элементами. Сетчатый фильтр установлен в верхней части топливного бака под его крышкой. Через него проходит топливо, сливаемое из мензурок, а также заливаемое в бак. Перед мензурками установлен магнитный фильтр, который очищает топливо от стальной стружки. В подводящих штуцерах стендовых форсунок установлены щелевые фильтры.

Расход топлива через форсунки определяют объёмным способом с помощью мензурок. Блок мензурок с форсунками устанавливают на специальной регулируемой консоли, предназначенной для испытания топливных систем с короткими трубопроводами высокого давления. Мензурки смонтированы в два ряда по восемь в каждом ряду. Фирма изготовляет к стенду три взаимозаменяемых щитка с мензурками. Первый щиток комплектуют мензурками объёмом 0 - 1 0 см3 с одной стороны и 8 - 12 см3 с другой; второй щиток - объемом 0 - 21 см3 с одной стороны и 39 - 60 см3 -с другой; третий щиток - 0 - 50 см3 с одной стороны и 0 - 150 см3 - с другой. Частота вращения приводного вала, соединенного с насосом, контролируется тахометром, который связан с валом стенда цепной передачей. Цена деления тахометра - 50 мин-1. Продолжительность замера устанавливают счётчиком числа (кратное 100 в диапазоне 100 - 1500) ходов. Начало подачи топлива определяют стробоскопом, датчик которого срабатывает под действием струи топлива, выходящего из форсунки. Полученный от датчика сигнал передается импульсной лампе, освещающей градуированный маховик, по шкале которого определяют действительный угол начала подачи. Стробоскопическое устройство позволяет одновременно наблюдать за действительным началом подачи всеми секциями насоса. Контрольные вопросы 1. Для чего предназначен и как устроен стенд "Моторпал"? 2. Как устроен стенд "Хартридж"? 3. Какие параметры топливных насосов позволяют замерять стенды?

Лабораторная работа № 6 ПРОВЕРКА И РЕГУЛИРОВКА ТОПЛИВНЫХ НАСОСОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ Цель работы - ознакомление с методами проверки и регулировки топливных насосов на безмоторном стенде. Задание. Проверить и отрегулировать: 1. Заданный преподавателем скоростной режим насоса. 2. Количество и равномерность впрыскиваемого топлива 3. Угол начала подач топлива 4. Угол опережения начала и продолжительности впрыска топлива форсунками.

Общие сведения Топливный насос высокого давления является основным агрегатом системы тошшвоподачи дизеля. От правильности его регулировки зависят экономические, экологические и мощностные показатели, а также надежность и долговечность работы цилиндропоршневой группы. В связи с этим топливный насос должен обеспечивать: - подачу за цикл в каждый цилиндр заданной массы топлива по заданному закону, идентичному во всех цилиндрах двигателя; - подачу топлива в строго определенный момент времени относительно ВМТ каждого цилиндра в соответствии с режимом работы ДВС; - необходимое увеличение цикловой подачи на пусковых режимах дизеля. Цикловая подача топлива g'ц, впрыскиваемого каждой форсункой в камеру сгорания дизеля на одном из выбранных режимах его работы, определяется, мг/ц:

g a' =

g e N eτ 1000 120ne i

(1)

Принимая во внимание, что Nц =Ne/i, мощность, развиваемая в одном цилиндре, кВт:

Nц =

120тe g ц' g eτ 1000

(2)

где ge - эффективный удельный расход топлива двигателем, г/(кВт • ч); Ne-эффективная мощность двигателя, кВт; τ, i - тактность и число цилиндров двигателя соответственно; п е - частота вращения вала двигателя, мин-1. Из выражения (2) видно, что мощность, развиваемая в одном цилиндре двигателя, зависит от количества топлива, подаваемого в цилиндр за цикл. Равномерность нагрузки цилиндров зависит от неравномерности подачи топлива δ, значение которой на стенде можно определить по формуле, %;

δ=

2(Vmax − Vmin ) 100 Vmax + Vmin

(3)

где Vmax, Vmin - максимальный и минимальный объёмы топлива, подаваемого в мерные цилиндры стенда, см3. В процессе регулировки насоса на стенде цикловая подача каждой секцией определяется, мг/ц:

g ци =

VTM ⋅ 60 ⋅ ρ T 1000 nτ

(4)

где VTM - объём впрыскиваемого топлива в мерный цилиндр стенда, см3; п - частота вращения вала стенда, мин1 ; τ - время замера, с; ρт -плотность топлива, мг/мм3. С изменением цикловой подачи в цилиндре меняется характер процесса сгорания вследствие изменения коэффициента избытка воздуха α. Повышенная неравномерность подачи топлива по цилиндрам ухудшает общую экономичность двигателя вследствие того, что цилиндры работают

с разными значениями а. Величину цикловой подачи ga контролируют на трех режимах: номинальной мощности, максимального крутящего момента и на минимальных частотах холостого хода. Регулировочным режимом выбирается один, причем он должен обеспечить минимальный разброс величины цикловой подачи на всех трех режимах (обычно таким выбирается режим номинальной мощности). Энергоэкономические показатели дизеля в значительной степени зависят от угла начала подачи и впрыска топлива. Угол начала подачи топлива (УНПТ) насосом является одним из основных параметров двигателя и указывается в его технической характеристике. При эксплуатации двигателя ранее установленный УНПТ через 500 - 700 часов работы может изменяться вследствие износа рабочих поверхностей кулачков, роликов, торцов регулировочных болтов толкателей, плунжеров, деталей форсунки. Поэтому его нужно периодически проверять и при необходимости устанавливать в пределах, соответствующих техническим условиям., Регулировочные параметры некоторых топливных насосов приведены в табл. I. Таблица 1 № п/п

Регулировочные параметры насосов Типы насосов Регулировочные параметры СМД-14

1

Угол начала подачи топлива насосом по мениску до ВМТ кулачкового валика, град.

2

Номинальная частота вращения валика насоса, мин-1 Начало действия регулятора при частоте вращения,

3 мин-1

4 S

Неравномерность подачи топлива при работе на стенде, % Полное автоматическое отключение подачи топлива, мин-1

6 7

Давление начала впрыска топлива, МПа Частота вращения кулачкового валика насоса при максимальном крутящем моменте двигателя, мин-1 Максимальная частота вращения холостого хода,

8 мин"1 9

Подача топлива по штуцерам при максимальной частоте вращения холостого хода, не более, см3/мин

10

Средняя подача топлива по штуцерам при номинальной частоте вращения валика насоса, см3/мин

11

Подача топлива при пусковой частоте вращения валика насоса, см3/мин

УТН-5

НД-21

ЯМЗ-238

54+1

57+1

57±1

39±1

850

900

1000

850

860-870

910-915

1005-1015

870-880

6

б

6

б

950

1020

ИЗО

930

12,5

17,5

17,5

15,0

600*+50

650+5°

750

600+50

900-950

950-965

1055-1075

900-915

17

19

24

17

46-48

52-53

67-69

46-48

16-18

16-19

16-19

16-18

В большинстве случаев УНПТ насоса определяется прибором "момен-тоскоп" по моменту сдвига уровня топлива в стеклянной трубке диаметром 1 - 2 мм и длиной 50 - 60 мм, устанавливаемой на штуцере насоса. Трубка соединяется резиновым шлангом с коротким отрезком трубопровода высокого давления, который крепится гайкой к штуцеру насосного элемента. Однако этот прибор не определяет действительный угол начала впрыска топлива в цилиндры, так как сопротивление впускных отверстий втулки, клапанов и трассы высокого давления, удаленность распыливающих отверстий от плунжера, а также упругая деформация втулки насосов, трубопроводов высокого давления и утечки топлива через зазоры плунжерных пар изменяют начало впрыска топлива по отношению к моменту начала движения его по мениску. Таким образом, угол действительного начала впрыска топлива форсункой может отличаться от УНПТ насосом на несколько градусов. Топливные насосы проверяются и регулируются на безмоторном стенде NC -104 фирмы "Моторпал".

Порядок выполнения работы 1. Проверка и регулировка скоростного режима насоса УТН-5. 1.1. Получить у преподавателя необходимые значения параметров: номинальную мощность Ne, частоту вращения коленчатого вала двигателя nе, удельный расход топлива ge 1.2. Убедиться в исправности стенда. 1.3. Переместить рычаг управления 12 до упора в болт 13 (см. рисунок). 1.4. Включить стенд и, постепенно увеличивая частоту вращения вала, определить, при какой частоте основной рычаг 2 отрывается от головки болта номинала 4 (момент начала действия регулятора). 1.5. Снижая постепенно частоту вращения вала стенда, определить исходную номинальную частоту вращения, т.е. момент касания основного рычага 2 головки болта номинала 4.

1.6. При отличии скоростного режима от заданного преподавателем более чем на 5 мин-1 довести частоту вращения до заданной с помощью регулировочного болта 13, т.е. установить момент отрыва основного рычага от головки болта номинала при заданной частоте вращения. Болт 13 ограничивает перемещение рычага управления и тем самым определяет усилие натяжения пружины регулятора. Результаты регулировки скоростного режима занести в табл.2 Для увеличения частоты вращения вала, при которой вступает в действие регулятор (повышается номинальная частота вращения), болт 13 необходимо вращать против часовой стрелки, для снижения - по часовой. 2. Проверка и регулировка количества и равномерности подачи топлива по секциям насоса. Таблица 2 -1

Начало действия регулятора, пр, мин до регулировки

после регулировки

-1

Номинальная частота вращения, пе мин до регулировки

после регулировки

2.1. Установить заданную номинальную частоту вращения вала насоса 2.2. С помощью мерного устройства стенда замерить объём топлива, впрыскиваемого каждой форсункой за 15 с. Результаты замеров занести в табл.3. Используя формулу (3), подсчитать неравномерность подачи топлива. Согласно заданию определить по формуле (1) цикловую подачу, не обходимую для обеспечения заданной мощности двигателя. 2.3. По формуле (4) определить цикловую подачу каждой секцией насоса на стенде. 2.4. При несоответствии расчетных gц и δ, полученным на стенде, отрегулировать их поворотом гильз, следовательно, и плунжеров относительно зубчатого венца при ослабленных стяжных винтах. При повороте гильз влево подача топлива увеличивается, при повороте вправо - уменьшается. При регулировке gц и δ стенд необходимо выключить. После разворота гильз в ту или иную сторону и их 1-промежуточныйрычаг;2 -основнойрычаг; фиксации включить стенд, установить номинальную частоту вращения, 3 -бочкообразныйролик;4 - болт номинала; замерить расход топлива через каждую форсунку и вновь определить 5-шток корректора;б-корпус корректора; по формулам (3) и (4) gц и δ. Результаты замеров занести в табл. 3. 7 -пружинарегулятора;8-тяга;9-рейказубчатая; Некоторую подрегулировку часовой производительности насоса 10 -рычаг пружины; 11 -пружинаобогатителя; можно осуществлять с помощью болта номинала 4. При наворачивании болта часовая производительность увеличивается, при 12 -рычаг управления;13 -болт максимальных выворачивании - уменьшается. Регулировка подачи топлива болтом оборотов;14 -муфтарегулятора;15 -грузы номинала может привести к изменению скоростного режима регулятора и величине обогащения подачи на пусковых частотах вращения. В этом случае после регулировки часовой подачи следует провести регулировку начала действия регулятора. 3. Проверка и регулировка угла начала подачи топлива насосом. 3.1. Установить моментоскоп на штуцер первого насосного элемента, поставить рейку в положение полной подачи топлива и прокачать систему топливоподкачивающим насосом. Таблица 3 Параметры

Номер форсунки

До регулировки

1 2 3 4

После регулировки

1 2 3 4

Цикловая Объём впрыснутого топлива подача gци мг/мин VTM, М3/МИН

Неравномерность подачи топлива δ,%

3.2. Провернуть вал от руки до появления в стеклянной трубке топлива без пузырьков воздуха. После установления уровня топлива в моментоскопе медленно провернуть вал стенда до момента начала сдвига мениска. По делениям градуированной шкалы подвижного диска определить УНПТ относительно метки ВМТ плунжера, указанной на диске. В случае отличия замеренного угла от заданного в табл. 1 более чем на 0,5 градуса, отрегу-

лировать его в следующей последовательности. Отвернуть контргайку и, вращая регулировочный болт толкателя, установить требуемый угол опережения начала подачи топлива. Для увеличения угла болт выворачивают, для уменьшения - вворачивают. Один полный оборот болта изменяет угол на 1,5 ...5,0 градусов. 3.3. По окончании регулировки необходимо проверить угол по моментоскопу. Результаты замеров занести в табл. 4. Угол начала подачи топлива остальных насосных элементов проверяют и регулируют в соответствии с порядком работы секций насоса: 1-3-4-2. Таблица4 №п/п

Угол начала подачи топлива до регулировки по секциям, град.

Угол начала подачи топлива после регулировки, град.

1

1

3

4

2

4

2

4. Проверка угла начала и продолжительность впрыска топлива форсунками. 4.1. Поставить рейку в положение полной подачи топлива и установить номинальную частоту вращения вала насоса. 4.2. С помощью стробоскопического устройства стенда определить на градуированной шкале вала момент начала впрыска топлива каждой форсункой. Для этого, изменяя частоту вспышек стробоскопа с помощью рукоятки, установленной на валу стенда, определить момент выхода струи топлива из соплового отверстия первой форсунки. Не меняя частоту вспышек, зафиксировать угол на шкале стенда. Изменяя частоту вспышек рукояткой, определить момент окончания выхода струи топлива из соплового отверстия и зафиксировать угол на шкале стенда. По разнице величин углов начала и конца впрыска топлива определить продолжительность впрыска. Аналогично проверяются углы для остальных форсунок. 4.3. По разнице углов начала подачи и впрыска топлива определить углы задержки впрыска топлива Результаты занести в табл. 5. Таблица 5 Параметры

Номер 1 секции

Угол начала впрыска топлива, град. 2

3

4

Угол конца впрыска топлива, град. 1

2

3

4

Продолжительность впрыска, град. 1

2

3

4

Угол задержки впрыска, град 1

Контрольные вопросы 1. Какие требования предъявляются к топливному насосу? 2. Что такое неравномерность подачи топлива и ей влияние на работу ДВС? 3. Какова методика регулировки скоростного режима насоса высокого давления на равномерность и количество впрыскиваемого топлива? 4. Какова методика определения угла начала подачи впрыска топлива?

и

2

3

4

его

регулировки

Лабораторная работа № 7 ХАРАКТЕРИСТИКИ ТОПЛИВНОГО НАСОСА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ Цель работы - ознакомление с методом получения, обработки и анализа характеристик топливного насоса высокого давления. Задание. 1. На безмоторном стенде снять нагрузочную, скоростную и регулировочную характеристики. 2. Обработать результаты экспериментов, построить графики зависимостей g цп =f(h p ),g ц =f(n), δ=f(n), составить отчёт.

Общие сведения При оценке работ топливных систем, а также их выборе для конкретного дизеля, работающего в различных режимах, пользуются характеристиками систем впрыска. Они определяют изменение основных параметров топливной системы в зависимости от одной из величин, характеризующих работу дизеля. Основными характеристиками топливных систем дизеля являются: нагрузочная (характеристика по подаче), скоростная и регулировочная. Вид характеристик определяется конструкцией топливной системы, целым рядом регулировочных параметров, физическими свойствами топлива, величиной давления в подводящей системе и

отсечной полости, дросселированием топлива во впускных каналах и при отсечке, цикловой подачей и многими другими факторами, что не позволяет строить их расчётным путем при помощи сравнительно простых аналитических зависимостей. Поэтому их получают на специальных безмоторных стендах. Анализ полученных опытным путем характеристик позволяет сделать некоторые выводы о влиянии многочисленных факторов на изменение параметров рабочего процесса топливных систем. Нагрузочная характеристика показывает изменение цикловой подачи gц в зависимости от положения регулирующего органа hр (рейка, дозатор) при постоянной частоте вращения п валика насоса. Характеристика снимается при n=const и переменном положении рейки или дозатора, положение которых изменяется от gц = min до gц = max. Желательно, чтобы изменение gц от режима холостого хода до номинального выражалось прямолинейной зависимостью от положения регулирующего органа (рис.1). В насосе золотникового типа распределительные кромки представляют собой правильные винтовые линии. Поэтому нагрузочная характеристика неизношенной плунжерной пары при различных положениях рейки имеет вид прямой линии. По мере износа распределительных кромок линейность характеристики может нарушаться. Угол наклона графика изменения gц к оси ординат обусловливается многочисленными факторами, основными из которых являются: конструкция регулирующего органа (наклон винтовой кромки плунжера, изменение проходного сечения впускного отверстия при регулировании дросселированием на впуске и др.), объём системы высокого давления, скоростной режим работы и др. На рис.1 зависимость "a"-gц = f(h p) получена при п = 1000 мин-1, а зависимость "в" - при п = 400 мин-1. Видно, что по мере перемещения рейки производительность каждой секции, а следовательно, и насоса увеличивается. Кроме того, такие параметры рабочего процесса топливной системы, как максимальное давление Рmax и продолжительность впрыска φвп, в большинстве случаев увеличиваются при росте нагрузки, характеризующейся величиной цикловой подачи. Используя графики на рис.1, можно определить положение рейки, при котором обеспечивается заданная gцн дизеля (например на номинальном режиме), мг/цикл:

GT 1,07 ⋅10 6 g цн = 60 ⋅ ne i

,

где Gт - часовой расход топлива на номинальном режиме, кг/ч; nе - номинальная частота вращения валика насоса, мин-1; i - число цилиндров; 1,07 -коэффициент, учитывающий условия впрыска топлива. Скоростная характеристика показывает изменение ga топливной системы в зависимости от частоты вращения п валика насоса или числа подач в минуту при постоянном заданном положении регулирующего органа (в мм), соответствующего заданной gu при часовом расходе дизеля на но м и на ль но м р е ж им е . По этим характеристикам работают транспортные, а также многие судовые дизели. Они являются основными, так как позволяют в наибольшей мере* судить о применимости конкретной топливной системы для проектируемого дизеля, например, gц по скоростной характеристике оказывает большое влияние на характер протекания кривой крутящего момента и имеет важное значение для оценки динамических показателей дизеля. При увеличении частоты вращения, начиная с минимально устойчивых значений при постоянном положении регулируемого органа, величина gц постепенно возрастает (рис.2, кривая 1), достигает максимума (точка "С” при определенной п для каждой конкретной топливной системы), а затем падает. Такое протекание зависимости gц =f(n) объясняется следующими причинами. 1. При увеличении и уменьшается время цикла, снижаются относительные потери топлива на утечки через зазор в прецизионной паре втулка- плунжер. 2. Рост п приводит к возрастанию инерционных явлений в наполнительной полости насоса при всасывающем ходе плунжера, улучшающих наполнение надплунжерного пространства топливом и уменьшающих перетекание его в наполнительные окна при нагнетательном ходе. Положение точки зависит от частоты вращения, количества подаваемого топлива, размеров и форм наполнительных окон, давления топлива на входе в насос высокого давления. 3. Приращение gц обеспечивается, кроме того, за счёт опережения подачи, вызванного дросселированием топлива в наполнительных окнах. 4. При дальнейшем росте п цикловая подача падает, так как во всасывающей полости насоса усиливаются колебательные процессы за счёт увеличения скорости плунжера и кавитации, в результате чего выделяется газовая фаза из топлива, ухудшается наполнение надплунжерного пространства.

Из курса "Рабочие процессы ДВС" известно, что цикловую подачу топлива можно определить из соотношения

gц =

Vh' ρ В g α В l0

где Vh - рабочий объём цилиндра двигателя; ρВ - плотность воздуха, поступившего в двигатель; g - ускорение силы тяжести; αв, ηч - коэффициенты избытка воздуха и наполнения соответственно; 10 – теоретически необходимое количество воздуха для сжигания единицы массы топлива. С целью сохранения постоянства αв, при прочих равных условиях в дизеле, работающем по скоростной характеристике, необходимо обеспечить изменение gц аналогично изменению ηч. Известно, что ηч дизеля при увеличении п сначала растёт за счёт положительного влияния инерционных явлений во всасывающей воздушной системе, достигает максимальной величины для каждого конкретного дизеля, а затем уменьшается (см. рис.2, кривая 3), так как увеличивающееся гидравлическое сопротивление всасывающей системы, значительно больше положительного влияния инерционных явлений. В соответствии с этим при увеличении п дизеля, начиная с макси мального значения rjv, необходимо снижать величину gn В зоне Н, соответствующей малым нагрузкам и холостому ходу, необходимо увеличивать величину ga (2), так как в этом случае растут утечки топлива через зазоры прецизионных пар вследствие уменьшения гидравлической плотности и увеличения продолжительности подачи, приводящей к большой не равномерности подачи топлива 5 и снижению максимально устойчивой п дизеля. На рис. 2 зависимость 2 изображает скорректированную скоростную характеристику топливной системы дизеля. Она позволяет обеспечить увеличение Мкр дизеля при перегрузке, улучшить его приспособляемость, повысить стабильность работы при малых скоростных и нагрузочных режимах, уменьшить минимально устойчивую п. Исправление скоростной характеристики (корректирование), т.е. приближение её к зависимости 2 (см. рис.2), достигается с помощью корректоров - специальных пружин и жестко профилированных упоров, устанавливаемых у рейки насоса высокого давления или на силовых рычагах регулятора, нагнетательных клапанов с отсасывающими поясками и многими другими устройствами. Зависимость gц = f(n) используют для расчёта корректоров, степени устойчивости работы дизеля на режиме холостого хода, а также для оценки динамических свойств на переходных режимах. Регуляторная характеристика топливного насоса показывает изменение gц в зависимости oт п валика насоса. При этом орган, регулирующий gц топлива, соединен с регулятором. Данная характеристика позволяет определить частоту вращения валика насоса при которой вступает в действие регулятор, минимальную частоту вращения холостого хода, степень неравномерности регулятора на различны? скоростных режимах, зону действия корректора, соответствие gц в зоне действия регулятора техническим условиям. Частота вращения, при которой регулятор вступает в действие, оказывает значительное влияние на работу дизеля. При раннем начале действия регулятора дизель развивает меньшую мощность, при позднем - возрастает расход топлива. С целью выявления влияния всережимного регулятора на работу то» дивного насоса регуляторные характеристики снимают при положения? рычага регулятора, соответствующих максимальному и минимальном; скоростным режимам, а также двум-трём промежуточным (частичные регуляторные характеристики). Полученные характеристики позволяют оценить степень неравномерности 5р регулятора на каждом скоростном режиме. %.

δp =

2(nmax − nmin ) 100 , nmax + nmin

где nmах , nmax - частоты вращения кулачкового валика насоса, определяющие начало действия регулятора и прекращение подачи топлива соответственно. С понижением скоростного режимах задаваемого изменением положения рычага регулятора, величина δр возрастает. Регуляторную и скоростную характеристики обычно строят на одном графике так, чтобы точка, соответствующая gu на номинальном режиме (например при п = 1000 мин), совместилась (рис.3, точка d).

Эта точка должна соответствовать установившемуся положению рейки по нагрузочной характеристике насоса (см. рис.1, точка к). Из рис. 3 видно, что точка d соответствует gu = 60 мг/цикл. Для получения такой цикловой подачи необходимо обеспечить перемещение рейки на величину hр = 9,5 мм (см. рис. 1, точка к).

Порядок выполнения работы и необходимые расчёты Нагрузочная характеристика 1. Отсоединить рейку от регулятора насоса, включить стенд, установить п, заданную преподавателем, и дать поработать стенду 3 мин. 2. Установить рейку насоса в положение минимальной цикловой подачи (нулевое положение по шкале) и зафиксировать её. 3. Провести замер объёма топлива VTM (в см3), впрыскиваемого в мерные цилиндры за 1 мин. Результаты замера занести в табл. 1. Таблица 1 Ход рейки hp, мм

Объём впрыскиваемого топлива в мерных цилиндрах VTM, CM3/MHH 1

2

3

Цикловая подача форсунками gц., мл/цикл

4

1

2

3

Неравномерность подачи топлива δ, % 4

4. Перемещая рейку насоса, на 2 мм после каждого замера, выполнить действие по п.З. Последний замер, выполнить в положении рейки, обеспечивающей gц max, и выключить стенд. 5. При заданных преподавателем GT И п по формуле (1) вычислить необходимое значение gu для дизеля. 6. По формулам (3) и (4) (см. лаб. работу № 6) подсчитать значения δ и gцм насоса для каждого положения рейки и построить графики зависимостей δ = f{h p ) и gцм = f(h p ), 7. Используя график gцм = f(h p ), определить положение рейки насоса (см. рис.1), обеспечивающее значение gu дизеля, вычисленное по формуле (1).

Скоростная характеристика 1. Установить рейку в положение, определенное в п. 7 нагрузочной характеристики. 2. Включить стенд, установить п = 100 мин-1 3. Замерить объём топлива (см3), впрыскиваемого в мерные цилиндры стенда за 30 с. 4.Увеличивая п насоса на 100 мин-1, после каждого замера (до п =1200 мин-1) выполнить действия по п.З. По окончании замеров стенд выключить. 5. Результаты внести в табл. 2. 6. По формуле (4) (см. лаб. работу № 6) рассчитать gцм и построить график зависимости gu = f{n). Таблица 2 Цикловая подача форсунками gцн, мг/мин

Частота вращения Объем впрыскиваемого топлива в мерных цилиндрах, Vтм. см3/мин п, мин-1'

1

2

з

4

1

2

3

4

Регуляторная характеристика 1. Соединить рейку топливного насоса с пружиной регулятора, установив рычаг управления пружиной в положение "до упора". 2. Включить стенд, установить номинальную п, заданную преподавателем, и gцн, в соответствии с п.2.4 (см. лаб. работу № 6). Значение hp должно соответствовать полученной в п. 7 нагрузочной характеристике. 3. Установить п = 100 мин-! и замерить объём топлива (в см 3), впрыскиваемого в мерные цилиндры стенда за 1 минуту. 4. Устанавливая значения я (табл.3), сделать замеры, предусмотренные в п.З. По окончании замеров выключить стенд.

5. Результаты внести в табл.3, рассчитать значения δ и gц по формулам (3) и (4) (см. лаб. работу № 6) и построить график зависимостей gц=f(n), δ = f{hp). Таблица 3 Частота вращения, п, Объём впрыскиваемого топлива в мерных мин---1 цилиндрах Vтм см3/мин 1

2

3

4

Цикловая подача форсунками gцн, мг/цикл 1

2

.3

Неравномерность подачи топлива δ,% 4

100 200 1000 1010 1050 Полное выключение подачи

Контрольные вопросы 1. Методики снятия характеристик с топливного насоса и в чем их отличие? 2. Каковы причины понижения цикловой подачи топлива при снижении п и чрезмерном его повышении в насосе золотникового типа (по скоростной характеристике)? 3. Чем объясняется наклон графика нагрузочной характеристики и как изменяются параметры рабочего процесса топливного насоса при росте нагрузки? 4. Почему необходимо корректировать скоростную характеристику и как это осуществляется? 5. Как определить степень неравномерности регулятора, неравно мерность подачи топлива, степень коррекции и их влияние на параметры насоса?

Лабораторная работа

№8

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПУСТИМОГО ЗНАЧЕНИЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ГЛУШИТЕЛЯ ШУМА ВЫПУСКА Цели работы: 1. Выполнить исследование влияния гидравлического сопротивления системы выпуска тракторного двигателя на эффективные показатели. 2. Определить предельно допустимую величину гидравлического сопротивления глушителя шума выпуска. Задание 1. На номинальном режиме работы дизеля снять регулировочную характеристику по величине гидравлического сопротивления выпускной системы. 2. На основании полученных результатов оценить влияние гидравлического сопротивления выпускной системы на эффективные показатели дизеля и дать заключение о предельно допустимой величине гидравлического сопротивления.

Общие сведения Шум, возникающий при работе двигателя, делят на две группы: аэродинамический и механический. Аэродинамический шум передается газовоздушной средой на входе и выходе впускной и выпускной систем. Источниками механического шума являются наружные поверхности двигателя. Уровень аэродинамического шума выше уровня механического. Основным способом снижения уровня шума при всасывании и выпуске газов является применение глушителей. Глушители должны обеспечивать снижение аэродинамического шума до величин, предусмотренных ГОСТ 12647-67. В настоящее время разработан целый ряд глушителей, отличающихся как типом, так и конструкцией. Для автотракторных двигателей наибольшее распространение получили одно- и многокамерные резонансные глушители. Для повышения эффективности объёма камер их заполняют звукопоглощающим материалом. Однако в процессе работы таких глушителей происходит засмоление материала, вследствие чего падает их эффективность и возрастает гидравлическое сопротивление до уровня, ухудшающего эффективные показатели двигателя. Таким образом, гидравлическое сопротивление является одним из основных параметров глушителей. При

расчете глушителей и их доводке необходимо знать допустимую величину гидравлического сопротивления. Эта величина определяется, как правило, экспериментально и имеет для каждого двигателя свое значение. От нее зависит конструкция глушителя, его весогабаритные показатели и в конечном счёте компоновка двигателя.

Порядок выполнения работы Для определения допустимой величины гидравлического сопротивления глушителя шума выпуска необходимо снять регулировочную характеристику по величине сопротивления на номинальном режиме работы двигателя. При этом замеряются частота вращения п , мин-1; показания тормоза Рт, Н*м; расход топлива GT, кг/ч; гидравлическое сопротивление на выпуске ∆Р, мм вод. ст.(кПа). Замеры, расчёты и построение графиков выполняются по методике. На основании полученных результатов определяют предельно допустимую величину гидравлического сопротивления глушителя шума выпуска из условия снижения мощности и увеличения удельного расхода топлива Контрольные вопросы 1. Какое допустимое значение величины сопротивления на впуске для дизелей без наддува? 2. Какова динамика увеличения g0 и снижения Nt в зависимости от роста сопротивления на впуске? 3. Какие типы и конструкции глушителей шума используются в современных двигателях?

Лабораторная работа № 9 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ ВПУСКНОЙ СИСТЕМЫ ДИЗЕЛЯ Цели работы: 1. Определить влияние гидросопротивления впускной системы на показатели дизеля. 2. Определить предельно допустимую величину гидросопротивления впускного тракта. Задание 1. На номинальном режиме снять регулировочную характеристику дизеля по влиянию гидросопротивления на эффективные показатели. 2. Построить нагрузочную характеристику дизеля и дать заключение о величине предельно допустимого сопротивления впускного тракта.

Общие сведения Гидравлическое сопротивление системы очистки воздуха оказывает влияние на параметры рабочего процесса двигателя. Известно, что при повышении сопротивления воздухоочистителя ∆h снижается коэффициент наполнения цилиндра ηv, а следовательно, ухудшаются эффективные и экономические показатели работы двигателя. Влияние сопротивления зависит от типа двигателя (карбюраторный двигатель или дизель), от параметров его рабочего процесса и пр. Для карбюраторных двигателей была установлена зависимость, по которой можно рассчитать потери мощности ∆Ne двигателя в зависимости от сопротивления воздухоочистителя

∆N e = N e 0 − N e1 =

∆h ( N e 0 + kVh ) P0

где Ne0 и Ne1- соответственно мощность двигателя без воздухоочистителя и с воздухоочистителем; Ро - давление воздуха перед воздухоочистителем, Па; k - коэффициент, зависящий, от хода поршня и частоты вращения; Vh рабочий объём двигателя, л. Относительные потери мощности (в процентах от первоначального её значения), подсчитанные по формуле, показывают, что они прямо пропорциональны сопротивлению на впуске и для различных карбюраторных двигателей практически одинаковы: увеличение сопротивления на 100 мм вод. ст. вызывает уменьшение мощности примерно на 1,3% (рис.1). Расчётные данные совпадают с экспериментальными примерно до 1000 ...1200 мм вод. ст. В литературе нет достаточного анализа данных по влиянию сопротивления воздухоочистителя на мощность Ne и уделный расход топлива ge дизелей. Однако

полученные различными авторами данные указывают на то, что дизели с большим значением коэффициента избытка воздуха а могут работать с более высокими величинами сопротивления воздухоочистителей. Специальные опыты, проведенные на тракторных двигателях разных моделей с различным смесеобразованием, позволили экспериментально определить зависимость значений Ne и ge от сопротивления на впуске ДА. Исследовались следующие модели тракторных двигателей СМД-14, Д-50, Д-37М, А-01М и ЯМЗ238НБ (с турбонаддувом). Потери мощности ∆Ne и увеличение удельного расхода топлива ∆ge ,отнесенные соответственно к мощности Ne и удельному расходу топлива ge, при работе двигателя с воздухоочистителем на номинальных оборотах с полной отдачей топлива представлены на рис. 2 и 3. С повышением сопротивления до 700 мм вод. ст. кривые потерь мощности и увеличения удельного расхода топлива для всех двигателей приближаются к прямым. При сопротивлении выше 700 мм вод. ст. эти величины изменяются более интенсивно. У двигателя ЯМЗ-238НБ, работающего с турбонаддувом, изменение этих величин во всем диапазоне ∆h практически близко к линейному. В среднем повышение сопротивления тракторных дизелей на каждые 100 мм вод. ст. вызывает увеличение расхода топлива и уменьшение мощности примерно на 0,3... 0,5%. Учитывая характер кривых (см. рис. 2 и 3), можно принять для тракторных дизелей, работающих без турбонаддува, допустимую величину сопротивления на впуске, равной 700 мм вод. ст. Зависимость потерь мощности от сопротивления на впуске для двухтактных дизелей ЯМЗ-204 во время работы с полной подачей топлива при п = 1200 - 2000 мин-' близка к линейной, причем потери составляют 0,55% Nemax на каждые 100 мм вод. ст. В Британском стандарте B.S - 1701-1950 максимальное допустимое сопротивление воздухоочистителя принято равным 305 мм вод. ст. (при максимальном расходе воздуха), а его увеличение за время испытаний не должно превышать 150 мм вод. ст. В ГДР допустимое сопротивление воздухоочистителя устанавливается в зависимости от начального сопротивления чистого воздухоочистителя. Однако при начальном сопротивлении, равном 250 мм вод. ст. или выше, дальнейшее возрастание его не должно превышать начального значения. На некоторых двигателях применяются воздухоочистители с эжекционным отсосом пыли, которые устанавливают в выпускной системе двигателя. Применение вихревого эжектора на двигателе СМД-14 вызывает повышение противодавления на впуске при работе двигателя на номинальном режиме в среднем на 350 - 400 мм вод. ст., что приводит к потерям мощности до 1,5%. Эжектор, установленный на двигателе ЯМЗ-236НБ, повышает противодавление выпуска на режиме максимальной мощности на 150 мм вод. ст. (рис.4). Повышение противодавления на выпуске у этого двигателя на 100 мм вод. ст. вызывает потери мощности примерно 0,5% и такое же увеличение удельного эффективного расхода топлива. Установлено, что повышение расхода воздуха в эжекционной системе на 1% вследствие установки соответствующего эжектора приводит к падению мощности дизеля ЯМЗ-204 на 0,9%, увеличению противодавления на выпуске до 900 мм вод. ст. Следует отметить, что для двигателей с наддувом увеличение сопротивления впускного и выпускного трактов приводит к ухудшению эффективности работы турбокомпрессора, в связи с чем на таких двигателях предпочтительней устанавливать воздухоочистители, работающие без эжекционных устройств.

Порядок выполнения работы -

Регулировочная характеристика снимается на номинальном режиме дизеля. При этом замеряются: частота вращения п, мин-1; показания тормоза Рт, Н*м; расход топлива Gт кг/ч; гидравлическое сопротивление на впуске ∆Р, мм вод. ст.; температура воздуха на входе в двигатель t, °C;

- давление атмосферное Ро, мм рт. ст. Расчёты и построение графика осуществляются в соответствии с методикой. Контрольные вопросы 1. Какое допустимое значение величины сопротивления на впуске для дизеля? 2. Какова.динамика роста ge и уменьшения Ne? 3. Какие конструкции и типы воздухоочистителей применяются в современном двигателестроении?

Лабораторная работа № 10 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ПЛОТНОСТИ НАГНЕТАТЕЛЬНЫХ КЛАПАНОВ ТОПЛИВНОГО НАСОСА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ Цель работы - изучение методики испытаний основных параметров нагнетательного клапана: суммарной гидравлической плотности и гидравлической плотности по разгрузочному пояску. Задание

1. Определить гидравлическую плотность партии нагнетательных клапанов. 2. Построить гидравлические характеристики клапанов P=f(τ) суммарной гидроплотности и по разгрузочному пояску. 3. Сделать заключение о пригодности каждого клапана.

Общие сведения Для улучшения параметров подачи топлива в выходном штуцере топливного насоса устанавливается нагнетательный клапан, выполняющий следующие функции. В системах с открытыми форсунками: - препятствует проникновению газов из камеры сгорания в полости ТНВД; - разъединяет трубопровод высокого давления от полости насоса в процессе всасывающего хода плунжера, обеспечивая тем самым улучшение наполнения; - способствует получению резкого окончания впрыска и уменьшению таким образом подтекания форсунок. В системах с закрытыми форсунками: - обеспечивает получение остаточного давления в трубопроводах, что позволяет в некоторых случаях управлять процессом впрыска и более строго выдерживать фазы впрыска; - клапан с разгрузочным пояском осуществляет разгрузку трубопровода, снижая тем самым колебания прямых и обратных волн после окончания впрыска; - в отдельных случаях позволяет корректировать характеристику подачи, приближая ее к желаемой. При нагнетательном ходе плунжера клапан поднимается и пропускает топливо и полость штуцера по каналам крестообразного сечения или по кольцевому зазору суженой части. При возвратном ходе плунжера клапан под действием пружины опускается на седло и, изолируя рабочую полость, препятствует перетеканию в нее топлива из трубопровода высокого давления. С момента входа разгрузочного пояска в направляющее отверстие клапан, совершая насосное действие, разгружает трубопровод от чрезмерного давления. Это обеспечивает резкое окончание впрыска топлива и препятствует появлению повторных впрысков.

Описание установки Нагнетательные клапаны проверяют на приборе ПНК, схема которого представлена на рисунке. Прибор состоит из корпуса 11, который вместе с поддоном 7 установлен на столе и прикреплен шпильками. В центральной части корпуса имеется аккумулятор давления 3, в верхней части корпуса установлена головка, в которой установлены выходной штуцер трубопровода 2 и манометр 4. В основании корпуса имеется подкачивающий насос 6, приводимый в действие рукояткой 5. Испытываемый нагнетательный клапан крепится в специальном устройстве, состоящем из корпуса 11, в котором имеется подвижная втулка 15, внутри её крепятся винт 18 с гайкой 20 и внутренний винт 17 с головкой 21, в которой установлено устройство (трещотка), предотвращающее превышение необходимой затяжки клапана Втулка 15 может опускаться внутри корпуса рукояткой 10. Топливо, просачивающееся при испытании клапана, улавливается воронкой 9 и затем сливается в бак 8.

Прибор ПНК для испытания нагнетательных клапанов топливных насосов: 1 - устройство для крепления нагнетательного клапана; 12 - пружина; 13 - поршенек; 14 - испытываемый клапан с прокладкой; *1б - упорный шарикоподшипник; 19 - гайка; 22 рукоятка.

Порядок выполнения работы 1. Подготовить прибор к испытаниям. Убедиться в наличии топлива в аккумуляторе и, если необходимо, заполнить систему и удалить воздух. 2. Подготовить нагнетательные клапаны к испытаниям. Промыть их дизельным топливом и убедиться в свободном перемещении клапана во втулке. 3. Установить клапаны в устройство и вращением головки 21 по часовой стрелке зажать клапан (до начала действия трещотки). 4. Проверить суммарную гидравлическую плотность нагнетательного клапана, для чего рукояткой 5 создать давление топлива, равное 0,55МПа по показанию манометра. Как только давление в манометре снизится до 0,5 МПа, включить секундомер и определить время, за которое давление в системе снизится до 0,4 МПа. Нагнетательный клапан считается годным, если это время будет не менее 30 с. 5. Определить гидравлическую плотность нагнетательного клапана по разгрузочному пояску. Для этого винтом 17 с поворотом головки 21 на два деления поднять клапан над седлом на 0,2 мм. Рукояткой 5 увеличить давление до 0,25 МПа. Как только давление в манометре снизится до 0,2 МПа, включить секундомер и замерить время, за которое давление в системе снизится до 0,1 МПа. Нагнетательный клапан считается годным, если время снижения давления будет более 2 с. 6. Рукояткой 10 отвернуть винт 18 на один оборот, опустить втулку 15 и вынуть клапан. Выполнить указанные замеры для 5 - 6 нагнетательным клапанов. Данные испытаний занести в таблицу. 7. Выполнить указанные замеры для 5 - 6 нагнетательным клапанов. Данные испытаний занести в таблицу. Суммарная гидроплотность

По разгрузочному пояску

Р, МПа τ, с

Нагнетательные клапаны при работе воспринимают достаточно большие усилия от давления топлива а направляющие поверхности, фаски клапана и его гнездо подвергаются усиленному износу. В процессе эксплуатации на конусной поверхности клапана в результате ее износа образуется кольцевая канавка с продольными рисками. Это приводит к неплотному прилеганию клапана и как следствие к преждевременному перетеканию топлива из нагнетательной полости ТНВД в полость штуцера при нагнетательном ходе плунжера нарушению закона подачи топлива и угла опережения впрыска. Износ отсасывающего пояска и направляющей клапана изменяет степень разгрузки системы, что также нарушает закон подачи топлива Контрольные вопросы 1. Какие типы нагнетательных клапанов применяются в ТНВД и в чем различие их гидравлических характеристик? 2. В чем состоит методика определения гидроплотности нагнетательных клапанов?

Лабораторная работа № 11 ИЗУЧЕНИЕ УСТРОЙСТВА И РАБОТЫ НАСОСА С ВНЕЦЕНТРОИДНЫМ ЭПИЦИКЛОИДАЛЬНЫМ ЗАЦЕПЛЕНИЕМ Цель работы — изучение работы и конструкции насоса. Задание. Изучить работу, конструкцию и расчет насоса с внутренним эпициклоидальным зацеплением.

Общие сведения Отличительной особенностью шестеренчатого насоса с внутренним зацеплением (рис. 1) является отсутствие разделительного элемента между сцепляющимися шестернями (роторами), чем достигается его компактность и малый вес. Внешний ротор помещен в расточке корпуса насоса, а ось вращения его смещена по отношению к оси вращения внутреннего ротора на величину эксцентриситета е. Зубья внешнего ротора имеют профиль, составленный из дуг окружностей, профиль зубьев внутреннего ротора является эквидистантой эпициклоиды, т.е. в насосе используется внецен-троидное эпициклоидальное зацепление, позволяющее обеспечить его нормальную работу при разности внешнего и внутреннего роторов в один зуб. Вращающийся вместе с валом насоса внутренний ротор приводит во вращение внешний ротор. При этом по одну сторону плоскости, проведенной через оси вращения обоих роторов, происходит увеличение объемов, заключенных между их зубьями, сопровождающееся всасыванием рабочей жидкости, а по другую - уменьшение объемов, обеспечивающее нагнетание рабочей жидкости. Насосы с внутренним зацеплением обладают большей всасывающей способностью, чем насосы с внешним зацеплением, и могут эксплуатироваться на высоких (5000 и выше) оборотах, что позволяет обеспечивать при заданных расходах большую компактность конструкций. Свойства таких насосов иллюстрируются графиками, приведенными на рис. 2. В связи с этим представляет интерес расчет насосов подобного типа. Зуб внутреннего ротора насоса представляет собой эквидистанту укороченной эпициклоиды, образованную инструментом заданного размера, ось вращения которого перемещается по укороченной эпициклоиде. На рис.3 показано построение профиля зуба (одной половины, поскольку он симметричен относительно вершины). Используя обозначения, приведенные на рис.3, запишем уравнение укороченной эпициклоиды в виде:

x = ( R0 + R) sinψ + e sin(ϕ + ψ ) y = ( R0 + R) cosψ + e cos(ϕ +ψ )

,

(1)

где Ro - радиус основной окружности, по которой перекатывается без скольжения окружность радиусом R. Параметры укороченной эпициклоиды определяются величиной эксцентриситета е < R; при е = R получим уравнение нормальной эпициклоиды. Поскольку перекатывание окружности радиусом R по основной окружности происходит без скольжения, то φ = ψ*R0/R Так как внутренний ротор должен иметь целое число зубьев Z2, соотношение между углами φ и ψ должно обеспечивать возврат точки, образующей эпициклоиду, в исходное положение, т.е. R0/R = Z2; тогда φ= Z2ψ.

Рис. 2. Характеристики насоса с внецентроидным эпициклоидальным зацеплением при работе на масле АМГ-10: а зависимость расхода Q от давления на входе Рю (при температуре масла 20±5 ° С); б - зависимость объемного КПД т)о от давления нагнетания Р„ (при температуре масла 25±5 ° С); 1- при п = 2000 об/мин; 2-при п =4000 об/мин; 3- при п = 5000 об/мин

Рис.3. Построение профиля зуба внутреннего ротора

Из построения на рис.3 следует R1 + R2 = 2e R1 + R2=2[R(Z2 + l)-Ru], (1) где Ru - радиус инструмента. Разделение полостей всасывания и нагнетания в корпусе насоса осуществляется при контактировнии зуба внутреннего ротора с вершиной зуба внешнего ротора (см. рис. 1), поэтому

R4 – RJ = e R3 – R2 = е R4 – R3 =2e

Изменяя радиус Ru, можно получить профиль зуба различной степени заострения. Предельно заостренный профиль зуба получается при

Rг max = [ R( Z 2 + 1) − e]sin

π z2

Применяя Rumax = e + R, получим очень плавный профиль зуба. Большая толщина зуба и малая глубина впадины приемлемы для редукторных колес, но нецелесообразны для насоса, так как увеличат его размеры для заданного расхода. Поэтому следует принимать Rumin < Ru
Ru = e[1,2 Z 2 + 0,2) sin

π z2

− 0,5

Принимая объемы зуба и впадины между зубьями равными друг другу, можно производительность насоса за один оборот вала определить по выражению, мм3/об,

q = 4πbe 2 [1,2( Z 2 + 1)(1 − sin где b - ширина ротора, мм. Отсюда

π Z2

) + sin

π Z2

+ 0,5]

(2)

e=

1 q 2 πb[1,2( Z + 1)(1 + sin π ) + sin π + 0,5] 2 Z2 Z2

(3)

Таким образом, по заданной производительности q можно, выбрав число зубьев Z2 и по формуле (3), вычислив значение е, найти Ru Ro, R1 и R2, по которым построить профиль зуба. Часто рекомендуется Z2 = б. В этом случае, мм ,

e ≈ 1,24

q и

(4)

Ru = 3,2е. Тогда R1, = 6,2е; R2 = 4,2e; R3 = 5,2е; R4= 7,2е + 0,5 мм. (5) Профиль зуба внешнего ротора берется цилиндрическим с радиусом, равным Ru. Впадины между зубьями в зоне внешнего радиуса R4 делают с целью снижения защемления рабочей жидкости в них несколько шире, чем головка зуба внутреннего ротора, а действительное значение R4 принимают примерно на 0,5 мм больше расчетного. Профили зубьев внутреннего ротора получают шлифованием, а внешнего ротора протягиванием в условиях единичного производства. Для проверки предложенных формул был испытан насос описываемого типа, имеющий следующие размеры: R1 = 16,5 мм; R2 = 12 мм; R3 = 14,25 мм; R4= 19,2 мм; b = 8,74 мм; число зубьев внутреннего ротора Z2 = 6. Согласно (1) R1-R2 = 2e = 4,5 мм, а по уравнению (2) теоретическая подача q = 3,5 см3/об. При снятии характеристик на холостом ходу (п = 1000 мин-1) был получен расход Q = 3,43 л/мин, что соответствует q = 3,43 см3/об. Для такого расхода по формуле (4) е = 2,48 мм. В соответствии с рекомендованными для такого насоса зависимостями (5) получаем R1 = 15,4 мм; R2 = 10,4 мм; R3 = 12,90 мм; R4 = 17,85 мм, а Ru = 3,2 * 2,48 = 7,9 мм. Как видно, предлагаемые для расчета формулы дают результаты, весьма близкие к измеренным на реальном насосе. По изложенной методике спроектирован насос на параметры Q = 30 л/мин (q = 5,78 см3/об) при п = 5200 мин-1; Рн = 30 кг/см2. Масса насоса составила всего 0,6 кг, тогда как типовой насос с шестернями внешнего зацепления с аналогичными параметрами весит около 4 кг. Наибольшее распространение получили насосы с числом зубьев Z2 = 6, однако применяются насосы и с другим числом зубьев. На рис. 4 показан качающий узел насоса. При Z2 = 4 и при Z2 = 8. Как видно из рис.4, насос с числом зубьев Z2 = 4 при одинаковых габаритных размерах с насосом, имеющим Z2 = 8, будет обладать по сравнению с ним большей производительностью, однако вследствие меньшей длины пути утечек будет иметь несколько меньший объемный КПД η0, а значит, его целесообразно использовать только на низких давлениях (до < 30 кг/см2). Контрольные вопросы 1. Что является отличительной особенностью насоса? 2. Как осуществляется построение профиля зуба внутреннего ротора? 3. Как рассчитать эксцентриситет? 4. Чему равны радиусы R1...R4 при использовании ротора с числом зубьев 12 = 6?

Лабораторная работа № 12 УСТРОЙСТВО И РАБОТА СМАЗОЧНЫХ СИСТЕМ Цепь работы. Изучение конструкции и работы смазочных систем. Задание. Изучить работу агрегатов, узлов и конструкцию смазочной системы автомобилей ГАЗ-24, ЗИЛ-130.

Общие сведения Автомобильные и тракторные двигатели имеют комбинированную смазочную систему. В этом случае особо нагруженные детали (коренные и шатунные подшипники коленчатого вала, подшипники распределительного вала, коромысла, иногда поршневые пальцы и другие детали) смазываются под давлением. К другим деталям масло поступает разбрызгиванием или самотеком. Смазывание под давлением производится двумя способами: непрерывной подачей масла к трущимся поверхностям или пульсирующим потоком. Смазочная система двигателя автомобиля ГАЗ-24 "Волга". Смазочная система состоит из масляного насоса 3 (рис.1),установленного внутри поддона 22, полнопоточного масляного фильтра 17, масляной магистрали 6 с каналами, радиатора 8, маслозаливной горловины с крышкой 9, указателя 26 уровня масла и других частей. Масляный насос приводится в действие от распределительного вала 7 при помощи двух зубчатых колес. Шестерня выполнена как одно целое с распределительным валом, а колесо установлено на промежуточном валу привода насоса. Во время работы двигателя масло из поддона 22 забирается насосом через неподвижный маслоприемник 2 и нагнетается в фильтр 17. Пройдя полнопоточный фильтр, масло по каналу во второй перегородке блока цилиндров (канал просверлен вдоль всего блока цилиндров с его правой стороны) поступает в масляную магистраль. Из масляной магистрали по поперечным каналам в блоке цилиндров масло подводится к коренным подшипникам коленчатого вала 5 и подшипникам распределительного вала.

В верхних вкладышах коренных подшипников просверлены отверстия для прохода масла к коренным шейкам коленчатого вала. На вкладышах коренных подшипников сделаны маслораспределительные канавки, постоянно сообщающиеся с каналами 30, просверленными в щеках, по которым масло поступает от коренных шеек к шатунным. В шатунных шейках коленчатого вала имеются грязеуловительные полости 31 для дополнительной центробежной очистки масла. У некоторых двигателей (автомобилей семейства ГАЗ, ЗИЛ, УАЗ и др.) в нижних головках шатунов сделаны небольшие отверстия 23, по которым при совпадении их с отверстиями в шатунных шейках коленчатого вала подается пульсирующий поток масла на стенки цилиндров или кулачки распределительного вала. Коромысла 10 и верхние наконечники штанг 14 смазываются также пульсирующим потоком. При вращении вала кольцевая канавка соединяет вертикальный канал 25 в блоке цилиндров с каналом, подводящим к ней масло. Из канала 25 масло поступает в канал 24 головки 12 блока, нагнетается под заднюю пустотелую стойку оси коромысел и заполняет полость в оси. По каналам в коротких плечах коромысел и в регулировочных винтах масло подается к верхним наконечникам штанг. Стекая по штангам, масло смазывает их нижние наконечники, толкатели 15 и кулачки распределительного вала, а затем поступает в поддон. Концы коромысел и стержни клапанов смазываются туманом, а также маслом, вытекающим из зазоров втулок коромысел. Поршневые пальцы, поршни и цилиндры сма-

зываются разбрызгивающимся и стекающим маслом. На передней опорной шейке распределительного вала имеются две незамкнутые канавки. В переднем торце блока цилиндров просверлено отверстие, в которое вставлена трубка 33. При вращении распределительного вала канавки 34 дважды за один его оборот соединяют поперечный масляный канал с отверстием, и масло по трубке 33 поступает к распределительным зубчатым колесам 35 и 36. Из пятой опорной шейки распределительного вала вытекающее масло подается в полость между заглушкой и валом, а затем по каналу 32 отводится в поддон. В смазочной системе есть три клапана: редукционный 4, расположенный в крышке масляного насоса; перепускной, установленный в полнопоточном фильтре 17; ограничительный 20, находящийся в штуцере крана масляного радиатора. Редукционный клапан необходим для поддержания соответствующего давления в смазочной системе. Масляный насос подает масла больше, чем необходимо для работы двигателя, поэтому давление в смазочной системе увеличивается (особенно в зимний период). Вследствие повышения давления клапан открывается и перепускает масло из нагнетательной полости насоса во всасывающую. Износ шеек вала приводит к увеличению зазоров в трущихся парах и возрастанию расхода масла через подшипники. Редукционный клапан, поддерживающий необходимое давление в смазочной системе, обеспечивает меньший перепуск масла во всасывающую полость насоса. Перепускной клапан вступает в работу при засорении фильтра 17. . Ограничительный клапан 20 масляного радиатора 8 обеспечивает поступление масла в радиатор только при давлении более 70 - 90 кПа и при включенном радиаторе. Давление в смазочной системе контролируют с помощью указателя давления масла, датчик 16 которого установлен на корпусе фильтра. Масло в поддон двигателя наливают через горловину, расположенную на крышке головки блока. Количество масла в поддоне двигателя контролируют по меткам П и 0, выбитым на указателе 26. Масло наливают в поддон до метки П, после чего двигатель может работать до снижения уровня масла до метки 0. Насосы Насос предназначен для подачи масла под давлением к основным трущимся поверхностям и к приборам его очистки и охлаждения. На автомобильных двигателях получили распространение одно- и двухсекционные шестеренные масляные насосы. Схема работы шестеренного масляного насоса показана на рис.2. В корпусе 4 с минимальными зазорами 0,19...0,20 мм установлены два зубчатых колеса; ведомое 3 и ведущее 6. При работе насоса зубчатые колеса вращаются в направлениях, показанных стрелками. Масло, поступающее к насосу по каналу 2, заполняет впадины между зубьями колес и переносится ими к отводящему каналу 5. Во время вращения колес между двумя парами зубьев масло сжимается в замкнутом пространстве, в результате чего между зубчатыми колесами возникают значительные "распирающие" силы. Для уменьшения этих сил на корпусе или крышке насоса делают разгрузочную канавку, по которой масло выходит в полость нагнетания или всасывания. Шестеренные масляные насосы устанавливают в поддоне (двигатели автомобилей ГАЗ-24 "Волга", МАЗ5335, КамАЗ-5320 и др.) или снаружи блока цилиндров (двигатели автомобилей ГАЗ-53А, ГАЗ-53-12, ЗИЛ-130 и др.). Насосы, смонтированные снаружи на блоке цилиндров, можно осматривать, ремонтировать или заменять, не снимая поддона. Перед установкой на двигатели в эти насосы наливают масло для обеспечения их нормальной работы. Масляный насос (например двигателя автомобиля ЗИЛ-130) приводится в движение зубчатым колесом, расположенным на заднем конце распределительного вала и входящим в зацепление с колесом, которое установлено на промежуточном валу. Выступ промежуточного вала входит в паз вала 5 (рис.3, а) масляного насоса, а в паз промежуточного вала на верхнем конце входит выступ валика распределителя зажигания. Масляный насос - двухсекционный, расположен с правой стороны блока цилиндров. В корпусе 6 верхней секции насоса находится ведущее колесо 7, укрепленное на валу 5 при помощи шпонки стопорного кольца 8, ведомое колесо 4, свободно вращающееся на оси. В корпусе нижней секции также расположены два зубчатых колеса: ведущее 11, закрепленное шпонкой на валу, и ведомое 12, свободно , вращающееся на оси, запрессованной в корпус. Крышка 9 масляного насоса является одновременно разделительной пластиной, при установке которой с обеих её сторон образуются две отдельные секции насоса. Прокладки 3 создают плотное соединение секций с крышкой. Штифт 10 служит для правильной установки крышки и корпуса В крышке насоса расположен редукционный клапан 13 верхней секции насоса. Когда давление в нагнетательной полости превысит 320 кПа, открывается редукционный клапан, отрегулированный на это давление, и масло перетекает во всасывающую полость (рис.3, б). В корпусе нижней секции (см. рис. 3, а) установлен редукционный клапан 15, отрегулированный на давление 120 кПа.

Масляные фильтры В процессе работы двигателя свойства масла постепенно ухудшаются: понижается его вязкость и маслянистость. Масло загрязняется твердыми механическими примесями, состоящими из нагара и мельчайших металлических частиц, которые появляются в масле в результате изнашивания деталей. Кроме того, масло загрязняется смолами и продуктами окисления. Для очистки масла и сохранения его свойств на более длительный период, а также для защиты трущихся поверхностей от механических частиц на современных двигателях устанавливают различные масляные фильтры (грубой и тонкой очистки), которые могут быть полнопоточными или неполнопоточными. Фильтр называют полнопоточным, если он установлен в смазочной системе последовательно и через него проходит все масло. Фильтр - неполнопоточный, если он установлен в смазочной системе параллельно и через него проходит только часть (10-15%) масла. Контрольные вопросы 1. 2. 3. 4.

Как работает смазочная система? Расскажите о работе клапанов и их конструкции: Как работает масляный насос, его конструктивные особенности? Как работает масляный фильтр, его конструкция?

Заключение В настоящем практикуме, рассчитанном на студентов высших учебных заведений, изучающих двигатели внутреннего сгорания, рассмотрены конструкции и методы испытаний основных систем. Приведены описания лабораторных стендов, предназначенных для безмоторных испытаний систем ДВС. В каждой работе даны элементы теории, методика проведения эксперимента, обработки и анализа полученных данных. В практикуме охвачены не все системы двигателей внутреннего сгорания, например, такие, как система пуска, система зажигания. Не рассматриваются также система впрыска легкого топлива, а также системы топливоподачи дизелей с давлением выше 200 МПа. Несмотря на вышеуказанное, материал настоящего практикума служит дополнением к углубленному изучению теории рабочих процессов поршневых двигателей, систем ДВС, а также вопросов методики и техники экспериментальных исследований. РЕКОМЕНДАТЕЛЬНЫЙ БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Двигатели внутреннего сгорания. Системы поршневых и комбинированных двигателей: Учеб. для вузов /СИ. Ефимов, Н.А. Иващенко, В.И.Ивин и др.; Под общ. ред. А.С. Орлина, М.Г. Круглова. 3-е изд.,перераб.и доп. - М.: Машиностроение, 1985. - 456 с. 2. Трубников Г.И. Практикум по автотракторным двигателям. - М.:Колос, 1975.-192 с. 3. Лышевский А.С. Питание дизелей: Учеб. пособие. - Новочеркасск,1974. -66 с. 4. Астахов И.В. Топливные системы и экономичность дизелей. - М.:Машиностроение, 1990. - 288 с. 5.Грибанов В.И. Карбюраторы двигателей внутреннего сгорания. - Л.: Машиностроение, 1967. - 283 с. 6. ГОСТ 18509-88. Дизели тракторные и комбайновые. Методы стендовых испытаний. - М.: Изд-во стандартов, 1988. - 70 с.