1. Введение
Цель работы – определение параметров подачи топлива на цикл в зависимости от степени перемещения рейки насоса.
2. теория
2.1. Конструкция и назначение топливного насоса высокого давления
Топливный насос высокого давления служит для подачи в цилиндры двигателя (через форсунки) точно отмеренных порций топлива в определённый момент и под высоким давлением.
ТНВД применяется на автомобильных или тракторных дизелях и должен обеспечивать следующий комплекс технических требований:
· создание высокого – до 500 кгс/см², а в некоторых случаях выше 1500 кгс/см² -давления подаваемого топлива;
· подача за каждый цикл определенного количества топлива в короткий интервал времени, соответствующий повороту коленчатого вала дизеля на 10-20°;
· подача топлива в форсунку каждого цилиндра многоцилиндрового дизеля в одинаковых количествах (равномерность подачи по цилиндрам) с разницей не более 3-6% и в последовательности, соответствующей принятому порядку работы цилиндров;
· изменение цикловой подачи топлива в соответствии с нагрузкой дизеля, ограничение максимальной величины подачи во избежание перегрузки дизеля и ее выключение для остановки дизеля.
· некоторое увеличение максимальной цикловой подачи топлива обычно на 10-15 при уменьшении числа оборотов коленчатого вала дизеля для обеспечения запаса крутящего момента
· возможность значительного (1,8-2 раза) увеличения цикловой подачи и ее более позднего начала в период пуска для улучшения пусковых качеств дизеля
· надежную и стабильную работу в течение длительного (до 5000-6000 ч) срока.
Рис. 2.1. Топливный насос высокого давления:
1 - рычаг корректора пусковых подач; 2 - фирменная табличка; 3 – вытеснитель топлива;
4 - штуцер топливного насоса; 5 - пружина нагнетательного клапана;
6 - клапан нагнетательный; 7 - плунжер; 8 - втулка плунжера;
9 - винты выпуска воздуха; 10 - втулка поворотная плунжера;
11 - зубчатый сектор; 12 - зубчатая рейка; 13 - регулировочные прокладки;
14 - пружина; 15 - толкатель; 16 - картер насоса; 17 - ролик толкателя;
18 и 25 - шарикоподшипники; 19 - кулачковый вал; 20 - крышка насоса;
21 - канал масляный отводящий; 22 - опора кулачкового вала;
23 - канал масляный подводящий; 24 - топливоподкачивающий насос;
26 - уплотнительная манжета; 27 -крышка подшипника;
28 - муфта опережения впрыска топлива; 29 - муфта привода топливного насоса
На автотракторных дизелях, в основном, применяется топливная аппаратура высокого давления двух типов: разделенного - ТНВД и форсунки конструктивно выполнены отдельно; неразделенного - ТНВД и форсунка объединены в одном узле (насос-форсунка). В автотракторных дизелях наибольшее распространение получили плунжерные насосы. Эти насосы компактны, удобны в эксплуатации, имеют простую конструкцию, обеспечивают точную дозировку подачи топлива.
В зависимости от кинематических схем плунжерные ТНВД делятся на многосекционные и распределительные. В многосекционных насосах одна нагнетательная секция (рис. 2.2 а.) обслуживает только один цилиндр дизеля (число секций соответствует числу цилиндров). Распределительные ТНВД бывают одно-, двух- и трехсекционные. Каждая секция обслуживает несколько цилиндров двигателя (рис. 2.2 б), поэтому плунжер насоса совершает не только возвратно-поступательное движение, но и вращается вокруг своей оси, распределяя топливо поочередно в цилиндры двигателя.
Базовая модель насосов распределительного типа – насос марки НД-21/4, в нем присутствует одна секция на четыре цилиндра дизеля. Плунжерная пара состоит из втулки и плунжера. Головка втулки закреплена на корпусе насоса четырьмя шпильками с гайками. Кулачковый вал вращается в шариковых подшипниках, установленных в нижней части корпуса топливного насоса. В двух- и четырехцилиндровых двигателях вал снабжен одним кулачком, а шестицилиндровом - двумя кулачками. На каждом кулачке имеется столько выступов, сколько цилиндров он обеспечивает топливом. Например, в шестицилиндровом двигателе насос имеет две секции и каждый кулачок снабжен тремя выступами.
ТНВД различаются также методом дозирования топлива. В дизелях изменение цикловой подачи топлива осуществляется отсечкой или дросселированием на впуске. Наибольшее применение получили ТНВД с регулированием подаваемого топлива посредством отсечки топлива за счет плунжера. Основными деталями секции являются: плунжер и гильза, образующие прецизионную пару, поворотная втулка с зубчатым сектором, пружина, нагнетательный клапан с седлом и пружиной, нажимной штуцер и толкатель.
Для регулировки и испытания ТНВД используются стенды КИ-921М, КИ-22205, КИ-15711 и др. ТНВД на режимах (пусковом, номинальном, перегрузки, холостом ходе) регулируют и испытывают на подачу, равномерность, начало подачи топлива, настройку регулятора.
Рис. 2.2. Секции ТНВД:
а – многосекционного насоса; б – распределительного насоса
Рис. 2.3. Схема топливного насоса
А – питательный канал; 1 – кулачок; 2 – ролик толкателя; 3 – толкатель;
4 – плунжер; 5 – пружина нагнетательного клапана;
6 – возвратная пружина плунжера
2.2. Основные неисправности топливного насоса высокого давления и их причины
2.2.1. Подача топлива секциями ТНВД не соответствует норме для различных режимов работы дизеля.
Причины:
1. Неправильная регулировка ТНВД на минимальную (пусковую) и максимальную подачу.
2.Не герметичность нагнетательных клапанов секций.
3. Несоответствие норме давления начала открытия нагнетательных клапанов.
4. Неисправная работа центробежного регулятора - происходит нарушение нормального воздействия на привод рейки управления подачей топлива при изменении частоты вращения коленчатого вала дизеля;
5. Отклонение от нормы подачи топлива отдельными секциями ТНВД (неравномерность подачи) - происходит ввиду различной степени износа плунжерных пар секций ТНВД.
2.2.2. Момент начала подачи топлива секциями ТНВД не соответствует оптимальному
Момент начала подачи топлива секциями ТНВД не соответствует оптимальному - по аналогии с углом опережения зажигания в карбюраторных двигателях, происходит опережение или запаздывание впрыска топлива форсунками.
Причины:
1. Неправильно установлен момент начала подачи топлива - неправильная установка муфты опережения впрыска относительно привода по углу поворота коленчатого вала (не совпадают специальные метки и т.д.).
2. Неисправная работа муфты опережения впрыска - при повышенных износах происходит заедание деталей или имеет место (заводской) дефект.
3. Запаздывание подачи топлива отдельными секциями ТНВД - при нормальной работе нагнетательных клапанов секций ввиду износа (по высоте) рабочих поверхностей деталей привода плунжерных пар секций, включая кулачки распределительного вала, плунжеры секций в процессе эксплуатации постепенно меняют свое положение (опускаются) по сравнению с первоначальным (заводским).
Регулировку секций ТНВД на начало подачи топлива необходимо производить после каждого технического обслуживания и ремонта насоса, так как слишком большое опережение или запаздывание впрыска вызывает неполное сгорание топлива, что ведет к снижению мощности двигателя и повышенному дымлению
2.3. Справочные материалы
Справочные материалы, необходимые для проведения лабораторной работы, приведены в таблице 2.1
Таблица 2.1
Нормы подачи топлива одной секции за цикл (один ход плунжера)
при определенной частоте вращения кулачкового вала
|
ТНВД двигателей |
Частота вращения (об/мин.) |
Объемы подачи топлива (мм³) |
|
ЯМЗ |
1020-1040 |
105-107 |
|
КамАЗ |
1290-1310 |
75,0-77,5 |
2.4. Проверка и регулировка ТНВД
Перед проверкой ТНВД значения и равномерность подачи топлива различными секциями необходимо довести температуру топлива перед фильтром стенда до 25-30°С. Затем следует проверить герметичность нагнетательных клапанов секций – 6. Она проверяется при положении рейки соответствующем выключенной подаче. Затем создают давление в 0,15-0,20 МПа (1,5-2,0 кгс/см2) - клапаны не должны пропускать топливо в течение 2 мин (в случае течи клапан следует заменить). Последней подготовительной операцией является проверка и при необходимости регулировка давления на входе в ТНВД создаваемого топливоподкачивающим насосом. Для двигателей КамАЗ оно должно составлять 0,05-0,1 МПа (0,5-1 кгс/см2) - открытие перепускного клапана ТНВД регулируется шайбами при вращении кулачкового вала 1300 об/мин. У двигателей ЯМЗ это давление должно составлять 0,13-0,15 МПа (1,3-1,5 кгс/см2) при 1050 об/мин - регулировку давления производят при необходимости поворачиванием седла перепускного клапана (после регулировки седло зачеканивают).
Проверку значения подачи топлива производят при упоре рычага управления регулятором в болт ограничения максимальной частоты вращения
Для удобства проверки счетчик-автомат выключения привода стенда устанавливают, например, на 800 циклов. При этом будет достаточно большое наполнение топливом мензурок и по уровню топлива, в каждой мензурке, определяют равномерность подачи топлива. При необходимости регулируют и значение подачи вышеуказанными регулировочными болтами, и равномерность подачи (т.е. количество топлива, подаваемого каждой секцией, ибо из-за разной степени износа плунжерных пар секций будет разным и количество топлива, подаваемого секциями ТНВД). При повороте корпуса против часовой стрелки подача топлива увеличивается, и наоборот. Допускается неравномерность подачи не более 5%.
Если насос не обеспечивает необходимого давления и имеет производительность ниже нормы, то это свидетельствует о его неисправности или неправильной регулировке и износе привода. Давление и производительность насоса снижаются при ослаблении упругости пружины диафрагмы и при значительном износе конца рычага привода, что вызывает уменьшение хода диафрагмы.
3. Оборудование
3.1. Активные клавиши
Для работы в этой лабораторной работе применяются следующие клавиши:
W, S, A, D – для перемещения в пространстве;
F2, E – аналоги средней клавиши манипулятора (при первом нажатии берется объект, при последующем – ставится);
Ctrl – присесть;
F10 – выход из программы.
Рис. 3.1. Активные клавиши клавиатуры
Рис. 3.2. Функции манипулятора
Левая клавиша мыши (1) - при нажатии и удерживании обрабатывается (поворачивается, переключается) тот или иной объект.
Средняя клавиша (2) - при первом нажатии (прокрутка не используется) берется объект, при последующем – ставится (прикрепляется).
Правая клавиша (3) - появляется курсор–указатель (при повторном - исчезает).
Примечание: При появившемся курсоре невозможно перевести взгляд вверх и стороны.
3.2. Оборудование, необходимое для проведения лабораторной работы
3.2.1. Универсальный стенд мод. КИ-921 М
Рис. 3.3. Универсальный стенд мод. КИ-921 М
На универсальном стенде для проверки дизельной топливной аппаратуры мод. КИ-921М (рис. 3.3) можно выполнять следующие основные операции:
· обкатку топливных насосов, имеющих до восьми секций;
· проверку и регулировку топливных насосов по показателям: давление открытия нагнетательных клапанов, угол начала подачи топлива, угол начала впрыска топлива и величина подачи топлива (подача насосных секций);
· настройку регулятора на начало действия и полное прекращение подачи топлива;
· испытание форсунок на пропускную способность;
· испытание подкачивающих насосов на подачу и максимальное давление;
· испытание топливных фильтров на герметичность и пропускную способность.
Подача топливных и подкачивающих насосов определяется объемным методом. Определение угла начала впрыска топлива производится с помощью стробоскопического устройства.
Стенд состоит из корпуса, в котором имеются топливные баки, приводы (электродвигатели) с механическим вариатором и клиноременной передачей, системы топливоподачи низкого давления, системы топливоподачи высокого давления со стендовым насосом, счетного устройства, контрольно-измерительных приборов и электрооборудования.
На передней панели стенда смонтированы следующие контрольно-измерительные приборы:
· электрический дистанционный тахометр, для измерения частоты вращения вала привода стенда во всем рабочем диапазоне;
· манометр для измерения давления в системе топливоподачи низкого давления;
· счетчик-автомат для отсчета частоты вращения вала привода стенда;
· стробоскопическое устройство.
Количество впрыскиваемого топлива замеряется мензурками, которые укреплены на поворотном мосту и установлены в переднем баке стенда. Для измерения давления в системе топливоподачи высокого давления имеется специальный манометр.
Для обслуживания дизельной топливной аппаратуры, разборки, сборки и регулировки отдельных агрегатов стенд комплектуется набором приборов, приспособлений, специального и стандартного инструмента, в число которого входят: прибор для проверки форсунок, прибор для проверки плунжерных пар, приспособления для разборки и сборки топливных насосов, моечная ванна, чистики для распылителей, кисти, ерши, топливопроводы, кронштейны для крепления насосов и фильтров, молотки, отвертки, специальные ключи, мерные пробирки (стеклянные, объемом 200 мл) и т.д. - всего около 60 наименований.
Рис. 3.4. Стенд КИ-921М
1 – топливный насос высокого давления (ТНВД); 2 – подвод топлива к ТНВД;
3 – мерные пробирки сбора топлива (200 мл); 4 – рукоятка поворота мерных пробирок;
5 – вал стенда; 6 – манометр топлива перед ТНВД;
7 – табло, отображающее скорость вращения вала
Рис. 3.5. Панель управления стендом
1 – штурвал, управляющий частотой вращения стенда; 2 – пульт включения стенда;
3 – пульт управления двигателем стенда
Рис. 3.6. Тумблер подачи топлива в мерные стаканы
Рис. 3.7. Рычаг от педали акселератора
Рис. 3.8. Регулировочная линейка на ТНВД
1 - контрольный список (линейка); 2 - стрелка-указатель;
3 - винт, упирающийся в корпус ТНВД и затормаживающий перемещение рейки
(чтобы регулятор не влиял на рейку); 4 – рейка;
5 – увеличенное изображение линейки, появляющееся
По щелчку на линейку
3.2.2. Порядок диагностирования
Порядок диагностирования:
1. Включают питание стенда КИ-921 М.
2. После устанавливают частоту вращения вала на счетном устройстве с помощью регулировочной ручки.
3. Далее открывают заслонку для подачи топлива в мензурки.
4. Наблюдают за поступлением топлива в мерные мензурки в течении одной минуты.
5. После окончания одной минуты прекращают подачу топлива закрытием заслонки.
6. Заносят в таблицу значение количества топлива в каждой мерной мензурке.
7. Также повторяют этот опыт уже при других значениях частоты вращения вала.
8. Сравнивают полученные значения с технической документацией.
Проверка насоса на производительность проводится при температуре топлива 18-220С.
4. Порядок выполнения работы
Смысл лабораторной работы заключается в измерении подачи топлива топливным насосом в зависимости от положения рейки регулирования подачи ТНВД. Перемещение рейки изменяет высоту подъема плунжера топливного насоса, соответственно изменяет его подачу.
ТНВД проверяют и регулируют на следующие параметры:
• производительность;
• равномерность подачи топлива отдельными секциями насоса.
4.1. Проверка ТНВД на производительность
1. Включите питание электродвигателя и стенда КИ-921 М.
Сверху на табло скорости отобразятся показания.
2. Затем установите частоту вращения вала на счетном устройстве и положение рейки.
Регулирование оборотов происходит при помощи штурвала. Один оборот штурвала по часовой стрелке – приращение 100 об/мин.
Равномерность подачи топлива секциями насоса регулируется смещением поворотной втулки плунжера относительно зубчатого сектора. Поворот втулки влево уменьшает, а вправо - увеличивает подачу топлива.
Перемещение рейки задает подачу топлива, перемещение влево – уменьшение подачи, вправо – увеличение. Минимальное положение указателя на линейке под рейкой 6 см, максимальное – 7,2 см. Рейка в реальных условиях управляется педалью акселератора и регулятором оборотов. В нашем случае задача лабораторной работы - проследить величину подачи от положения рейки, соответственно регулятор и рычаг (от педали акселератора) не должен влиять на рейку. Это достигается закреплением рейки относительно корпуса за счет винта 3 (рис. 3.8) - винт закручивается и просто упирается в корпус.
Изначально винт закручен. Перемещение рейки произведите следующим образом: открутите винт, далее можно перетащить сам указатель, при отпускании винт закручивается обратно.
При перемещении рейки вращается рычаг, соединенный с педалью акселератора. При минимальном значении рейки (6 см) рычаг поворачивается против часовой на 300, при максимальном - на 300 по часовой. Общий ход – 600.
После включения стенда и электродвигателя стенда происходит подача топлива по топливопроводу, но поскольку перед замером подачи необходимо выставить частоту вращения ТНВД и положение указателя на линейке, то подача топлива в мерные стаканы не происходит. Для этого подачу топлива в мерные стаканы преграждает заслонка. Открыть подачу можно, нажав на тумблер подачи топлива. Этот тумблер включает магнит, который притягивает заслонку, перемещающуюся по полозьям. После этого топливо не стекает по заслонке за заднюю стенку в поддон, а льется в мерные мензурки. Закрытие заслонки регулируется тем же тумблером.
3. Откройте заслонку для подачи топлива в мерные мензурки, при этом сверху появляется надпись «Время наполнения ХХ сек» и время в реальном времени начинает накапливаться.
4. Понаблюдайте за поступлением топлива в мерные мензурки в течение одной минуты.
5. По окончании одной минуты остановите подачу топлива закрытием заслонки. При открытии заслонки время обнуляется и начинается отсчет, при закрытии заслонки отсчет прекращается.
6. Занесите в таблицу значение количества топлива в каждой мерной мензурке.
Если пробирки наполнились, то происходит перелив (сразу под стаканами есть небольшие отверстия для переливающегося топлива).
7. Когда опыт проведен, необходимо слить топливо из мерных стаканов. Слив производится внутрь стенда посредством переворачивания закрепленных мензурок. Переворачиванием управляет рукоятка (рис. 3.4, 4) – происходят поворот на 3600, слив топлива и возврат в исходное состояние. Эти действия будет происходить автоматически, по нажатию на поворотную рукоятку.
8. Также повторите этот опыт уже при других значениях частоты вращения вала.
9. Сравните полученные значения с технической документацией.
10. Результаты проверки топливного насоса высокого давления занесите в отчет.
Примечание: В любой момент можно изменить число оборотов и положение рейки. Слить топливо можно только при закрытой заслонке.
4.2. Регулировка ТНВД на равномерность подачи
Неравномерность подачи топлива характеризуется неодинаковым количеством топлива, подаваемым секциями насоса. Степень неравномерности подачи топлива определяется по следующей формуле
|
|
(4.1) |
где 
- максимальная величина подачи топлива
одной секцией насоса;
- минимальная величина подачи топлива
одной секцией насоса.
–
среднее значение величины подачи топлива одной секцией насоса, равное:
|
|
(4.2) |
где 
- суммарная величина подачи топлива всеми
секциями насоса;
- число секций насоса.
Определите степень неравномерности подачи топлива по формуле (4.1).
Коэффициент неравномерности подачи топлива определяется по следующей формуле
|
|
(4.3) |
Коэффициент неравномерности подачи топлива 
должен быть в пределах
2-3 %.
5. Отчет
Форма отчета:
Цель работы: __________________________________________________
Протокол испытаний
|
№ опыта |
мм |
мин-1 |
см3 |
|
% |
|||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
,
,
,
,
Отчет по каждой проверке должен содержать:
1. Краткий порядок проверки.
2. Протокол испытаний.
3. Построение нагрузочной характеристики ТНВД (на миллиметровой бумаге).
Работу выполнил: ______________________________________________
Работу принял: ________________________________________________
«___» ____________ 200_г.
6. Контрольные вопросы
1. Устройство и работа прибора КИ-921 М.
2. По каким параметрам оценивается техническое состояние насоса высокого давления?
3. Для чего необходима характеристика насоса по подаче топлива?
4. Как определяется степень неравномерности подачи топлива секциями насоса высокого давления?
5. Как производится проверка на момент подачи топлива секциями насоса?
6. Основные регулировки насоса высокого давления.
7. Каким устройством обеспечивается пусковая цикловая подача топлива?
8. Каким устройством обеспечивается увеличение цикла подачи топлива при перегрузках двигателя?
9. Каким образом регулируется равномерность подачи топлива отдельными секциями ТНВД?
7. Литература
1. Трубников Г.И. Практикум по автотракторным двигателям / Г.И. Трубников. - М.:Колос, 1975. - 192 с.
2. Хитрюк В.А., Цехов Е.С. Практикум по автотракторным двигателям / В.А. Хитрюк, Е.С. Цехов. - Мн.:Ураджай, 1989. - 143 с.
3. Рунец М.А. Справочник автомобильного механика / М.А. Рунец. - М.:Транспорт, 1976. - 272 с.
4. Анохин В.И. Отечественные автомобили / Анохин В.И. - М.:Машиностроение, 1977. - 592 с.
8. Авторы
Лабораторная работа «Снятие нагрузочной характеристики (по подаче топлива)» по дисциплине «Трактора и автомобили»
Методическое обеспечение: Анисимова Л.В.
Редактор: Яковлев О.В.
3D-графика: Елесин А.С.
Script-программирование: Баканов А.А.