Модернизация системы питания дизельного двигателя трактора «БЕЛАРУС» тягового класса 1.4

Предлагаемая система питания дизеля
Двигатель внутреннего сгорания с подачей воды в рабочее тело, содержащий по меньшей мере один цилиндр с размещенным в нем поршнем, головку цилиндра с двухкомпонентной форсункой для подачи топлива и воды, топливный насос высокого давления и радиатор системы охлаждения, отличающийся тем, что он снабжен водяным насосом высокого давления, размещенным в одном корпусе с топливным насосом высокого давления с углом запаздывания срабатывания между ними в соответствии с рабочим циклом двигателя, причем двухкомпонентная форсунка имеет обратные клапаны в корпусе и отверстия в корпусе распылителя с возможностью поочередного запирания топливных и водяных каналов и соединения их с сопловыми отверстиями, а радиатор выполнен в виде бака с упрощенной сердцевиной из стали.

Рис.3.9 Схема системы питания

3.5 Описание устройства экономии топлива для теплового двигателя
Указанная цель изобретения достигается тем, что система имеет двух-компонентные насос и форсунки по числу цилиндров, а также водяной бак-радиатор с упрощенной конструкцией сердцевины из стали.
Такая конструкция системы позволяет без реконструкции существую-щих дизельных двигателей с помощью одного насоса и форсунок по числу цилиндров обеспечить последовательный впрыск топлива по известной схеме и воды в рабочие камеры цилиндров в точке Z индикаторной диаграммы в такте расширения работы двигателя.
Изобретение иллюстрируется чертежом, где на (рис.3.10) изображена полная принципиальная схема системы питания; на (рис.3.11) - конструктивная схема двухкомпонентного насоса высокого давления в поперечном разрезе; (рис.3.12) и (рис.3.13) - конструктивная схема двухкомпонентной форсунки высокого давления в продольном и поперечном разрезах.

Рис.3.10 Принципиальная схема системы питания

ОПИСАНИЕ
Система состоит из модернизованного водяного бака-радиатора 1, топливного бака 2, установленных известными способами на раме машины, двухкомпонентного насоса 3 высокого давления с приводом от вала двигателя известной конструкции, топливоподкачивающий насосом-помпой 4 и ручным насосом 5, а также всережимным регулятором скорости 6 с рычагом и тягой управления 7 известных конструкций, закрепленных на корпусах двигателя и насоса высокого давления известными способами, водяного насоса-помпы 8, вентилятора 9, установленных на едином валу и корпусе двигателя, а также имеющих привод от вала двигателя с помощью кинематической передачи 10 известной конструкции, двухкомпонентных форсунок 11 по числу цилиндров, установленных в гнездах на головке блока цилиндров двигателя известным способом и имеющих соединительные каналы с рабочими камерами цилиндров через распылители, фильтров грубой 12 и тонкой 13 очистки топлива и воды известных конструкций топливных фильтров и размещенных на раме машины и корпусе двигателя 14 известными способами, крана подключения и управления расходом воды 15, контрольного указателя уровня и температуры воды 16, размещенных на приборном щитке 17 в кабине водителя, а также шиберной заслонки-шторы 18 с тягой управления 19 перед баком-радиатором известных конструкций.
Подводящий и отводящий каналы водоподкачивающих секций насоса высокого давления с помощью трубопроводов низкого давления 29 и 31 соединены с системой охлаждения через фильтр тонкой очистки 13, фильтр грубой очистки воды 12, крана управления 15 и штуцера 33 на патрубке термостата 24, а также патрубком 23 на входе в водяной насос-помпу 8. Штуцеры 59 В на выходе водоподкачивающих секций высокого давления также соединены с соответствующими штуцерами 79 В форсунок трубопроводами высокого давления 32 известных конструкций топливопроводов высокого давления.
Фильтры имеют краны 21 для слива отстоя, а фильтры тонкой очистки еще имеют краны 34 с трубками для выпуска воздуха из системы.

Рис.3.11 Конструктивная схема двухкомпонентного насоса высокого давления в по-перечном разрезе
Двухкомпонентный насос высокого давления отличается от известных, например, насоса УТН-5 и др. наличием двухкомпонентных насосных секций высокого давления, одинаковых по устройству с плунжерными насосными секциями указанных насосов. В остальном насосы одинаковы и имеют взаимозаменяемые детали и узлы.
Насос состоит из корпуса 35, на котором размещены регулятор скорости, топливоподкачивающая помпа, сапун 36. В корпусе под углом - запаздывания впрыска воды размещены плунжерные насосные секции 37 известных конструкций. В картере насоса в подшипниках качения размещен вал 38 с кулачками 39, соединенный с регулятором скорости и валом двигателя известным способом кинематическими передачами.
Для управления режимом работы насоса и двигателя в корпусе имеется рейка 40, соединенная с регулятором скорости известным способом, а с плунжерами зубчатыми планками 41 и венцами 42, стянутыми винтами 43 с шайбами, с поворотными гильзами 44, соединенными с плунжерами известными способами.
Плунжеры 37 размещены во втулках 45 и снизу упираются в регулировочные винты 46 с контргайками 47, установленными в корпусах толкателей 48, которые размещены в отверстиях корпуса насоса и с помощью роликов 49 с осями вращения 50 контактируются с кулачками кулачкового вала. От разворота толкатели и втулки плунжеров фиксированы штифтами 54 и винтами 55. При работе плунжеры совершают возвратно-поступательное движение под действием кулачков при нагнетательном ходе и пружин 51 при ходе всасывания. Пружины установлены между неподвижными шайбами-тарелками 52 на поворотных гильзах и подвижными шайбами-тарелками на нижних частях плунжеров и контактируются с регулировочными винтами 46.
Сверху над втулками плунжеров установлены седла нагнетательных клапанов 56 с нагнетательными клапанами 57, упирающимися сверху в пружины 58. Укрепляются и герметизируются седла нагнетательных клапанов в корпусе насоса с помощью штуцеров 59 и шайб 60. Штуцера насосных секций с помощью накидных гаек и трубопроводов высокого давления соединены с соответствующими штуцерами 79 Т или В форсунок. От самопроизвольного развинчивания штуцеры фиксированы зажимами 61, стянутыми винтами 62 с шайбами 63.
Картеры кулачкового вала и насосных секций имеют маслосливную пробку 64 с уплотнительной шайбой 65, маслозаливное отверстие с пробкой-крышкой, маслопереливную трубку 66, закрепленным на корпусе винтом-штуцером 67 с шайбами 68, крышки 69 с прокладками, закрепленными на корпусе насоса винтами 70 с шайбами 71. Насос-помпа к насосу высокого давления присоединяется по фланцу 72 с помощью шпилек 73 с гайками и шайбами. Насос к корпусу двигателя присоединяется с помощью фланца 74 и крепежа. Нагнетающие рабочие поверхности деталей насосных секций уплотнены за счет высокой чистоты обработки-притирки и селективной сборки.

Рис.3.12 конструктивная схема двухкомпонентной форсунки высокого давления в продольном разрезе

Рис.3.13 конструктивная схема двухкомпонентной форсунки высокого давления в поперечном разрезе

Двухкомпонентная форсунка по конструкции аналогична известным однокомпонентным серийно выпускаемым для автотракторных двигателей-дизелей.
Она имеет взаимозаменяемые детали, например, с форсункой двигателя Д37М. Принцип действия ее приемлем также и для всех других форсунок. Отличается предлагаемая форсунка от серийных соответствующим изменением корпуса и распылителя путем введения в конструкцию перепускных клапанов и добавочных каналов для поочередной подачи к распылителю топлива и воды.
Форсунка имеет корпус 75, на котором смонтированы корпус распылителя 76 с иглой распылителя 77, закрепленных на корпусе с помощью гайки 73, штуцеры 79 для подсоединения с помощью накидных гаек трубопроводов высокого давления от насосных секций соответствующего компонента, например, по стрелке В - воды и по стрелке Т - топлива.
Внутри штуцеров размещены индивидуальные фильтры 80 с установочными шайбами-втулками 81 и уплотнительными шайбами 82.
Внутри корпуса форсунки размещается штанга 83, передающая усилия прижима от пружины 84 к игле распылителя. Пружина размещается в резьбовом стакане-втулке 85, соединенном резьбой с корпусом форсунки.
Для регулирования давления впрыска в резьбовом стакане-втулке имеется регулировочный винт 86, контактирующийся с пружиной и фиксирующейся контргайкой 87. Сверху на стакане-втулке установлен колпак 88 с уплотнением 89. К колпаку с помощью винта-штуцера, прокладок подсоединяется трубопровод низкого давления, идущий к топливному баку для отвода просачивающей части компонентов в бак.
Внутри корпусов форсунки и распылителя имеются каналы для поочередного пропуска топлива или воды: Кв - для подачи воды и Кт - для подачи топлива. При этом переключение каналов происходит с помощью клапанов 90, размещенных в соответствующих выточках указанных каналов корпуса форсунки и соединенных между собой для перетекания компонентов секторной канавкой Л.
Относительное положение корпусов форсунки и распылителя фиксируется двумя штифтами 91 по известной схеме.
В гнездах в головки блока цилиндров форсунка укрепляется с помощью гаек 92 или другим известным способом. В гнезде форсунка герметизируется медной шайбой-прокладкой 93.
Рабочие поверхности прецизионных пар форсунки герметизированы за счет высокой чистоты обработки-притирки и селективной сборки.
На чертеже стрелками показаны: В - направление движения воды, Т - направление движения топлива, Т, В - направление движения топлива и воды поочередно или в смеси. Вз - направление выпуска воздуха из системы, К - направление вращения кулачкового вала, Q - слив отстоя из фильтров, РК - рабочие камеры цилиндров двигателя, Ш - направления движения тяги управления шиберной заслонкой-шторой радиатора, Р - то же, тяги регулятора и топливоподачи.
РАБОТА СИСТЕМЫ
Работа системы происходит следующим образом.
После заполнения бака-радиатора 1, его дополнительного бака, водяной рубашки двигателя чистой водой известных качеств, топливного бака 2 топливом открывают магистральный кран топливного бака 27 и, отвинтив маховичок ручного насоса 5, открыв краники 34 на фильтре тонкой очистки топлива 13, прокачивают систему, выпускают воздух и заполняют ее топливом.
После этого фиксируют поршень и маховичок ручного насоса в закрытом состоянии, навинтив маховичок на корпус насоса, и запускают двигатель.
При этом с помощью механического насоса-помпы 4 топливо по трубопроводам низкого давления 29 подается из топливного бака через фильтр грубой очистки топлива 12 в фильтр тонкой очистки 13 и впускной канал головки топливоподкачивающих секций насоса высокого давления 3, отводящий канал которых соединен с насосом-помпой для отвода излишнего топлива из головки насоса и поддержания в ней постоянства давления топливопроводом низкого давления 31. Далее под действием кулачков 39 кулачкового вала 38 и пружин 51 плунжеры 37 подают в заданном количестве и порядке порции топлива в форсунки 11 через нагнетательные клапаны 57, штуцеры 59, трубопроводы высокого давления 32 и штуцеры форсунок 79 Т. Далее, воздействуя на клапаны 90, топливо открывает каналы Кт подачи топлива и запирает каналы Кв подачи воды, попадает в распылитель, поднимает иглу и, открыв отверстия распылителя, впрыскивается в рабочие камеры цилиндров двигателя в конце такта сжатия в порядке работы цилиндров, заданный ку-лачковым валом.
После устойчивой проработки двигателя краном 15 включают подачу воды.
При этом под напором, создаваемым водяным насосом-помпой 10, вода подается в впускной канал головки водоподкачивающих секций насоса высокого давления 3 через штуцер 33, трубопроводы низкого давления 29, кран 15, фильтр грубой очистки воды 12, фильтр тонкой очистки воды 13. При этом с помощью краника 34 выпускают воздух из системы подачи воды, лишняя вода из головки насосных секций возвращается в патрубок 23 водяного насоса по трубопроводу 31, чем поддерживается постоянство заданного давления в головке насосных секций. Вода порциями с заданным углом запаздывания - 30-60о поворота коленчатого вала двигателя от момента впрыска топлива насосной секцией подается в штуцер 79 В форсунки. Работа насосных секций происходит аналогично работе топливоподкачивающих секций. Далее порции воды, пройдя дополнительные фильтры 80, попадают в каналы Кв и действуют на клапаны 90 за счет разности давлений над и под клапанами и разности соответствующих площадей. Каналы Кв подачи воды открываются, а каналы Кт подачи топлива закрываются, т. к. в них в этот момент давления падает из-за ухода плунжеров топливных секций в такт всасывания топлива. И вода впрыскивается через тот же распылитель 76 в рабочие камеры двигателя.
Давление впрыска топлива и воды устанавливается регулировочным винтом 86 на величину 1,5-2,0 МПа на стенде регулировки форсунок.
При работе форсунок клапаны 90 совершают возвратно-поступательные движения. При этом топливо и вода перетекают из полости одного клапана в полость другого по секторной канавке Л, чем и обеспечивается соответствующая работа клапанов и перекрытие каналов.
Угол впрыска топлива регулируется приводной муфтой кулачкового вала и регулировочными винтами 46 толкателей 48 насосных секций известным способом.
Угол запаздывания впрыска воды получается автоматически установкой угла при конструировании корпуса насоса и дополнительно подрегулируется регулировочными винтами толкателей водоподкачивающих насосных секций.
Управление насосом и режимом работы двигателя происходит регулятором скорости 6 и рычагом с тягой топливоподачи 7, имеющего орган воздействия известной конструкции в кабине водителя.
Уровень и температуру воды в системе контролируют дистанционным указателем 16. Температуру воды и режим работы бака-радиатора регулируют положением шиберной заслонки-шторы 18, воздействуя на нее органом управления 19 известным способом.
В связи с тем, что бак-радиатор имеет уменьшенные поверхность и ко-эффициент теплоотдачи, работа в режиме без подачи воды в цилиндры нежелательна из-за возможности перегрева двигателя, особенно в летнее время.
Учитывая это, следует следить за полнотой водяных баков.
Критический уровень воды в системе охлаждения контролируется и блокируется уровнем установки водозаборного штуцера 33 и датчика 22 указателя 16 на уровне термостата 24.
Привод насосы получают от вала двигателя известными способами.