В какой части воздухоочистителя дизельного двигателя воздух завихряется
Обновлено: 20.05.2024
В цилиндры двигателя за каждый час работы засасывается 150—400 м3 воздуха. В нем содержится много пыли. Если бы она попадала в цилиндры, то через короткий срок работы трущиеся части двигателя оказались бы изношенными.
Для очистки воздуха, поступающего в цилиндры, двигатель трактора оборудован воздухоочистителем. Он не должен оказывать большого сопротивления движению воздуха, чтобы не уменьшать наполнение цилиндров и не снижать этим мощность двигателя.
Воздух в двигателе трактора очищается от пыли несколькими способами: инерционным, контактным или способом фильтрации.
Инерционный способ заключается в придании воздуху быстрого вращения или в резком изменении направления его движения. При этом пыль под действием центробежной силы (силы инерции) будет выделяться из воздуха.
При контактном способе очистки запыленный воздух подводится к масляной пленке поддона воздухоочистителя. Здесь остается часть пыли. Затем воздух пропускается через крупные ячейки сетки, смоченной маслом. Частицы пыли прилипают к мокрым сеткам.
Способ фильтрации основан на прохождении воздуха через фильтрующий материал, в порах которого пыль задерживается.
Действие воздухоочистителей тракторных двигателей основано на использовании нескольких способов очистки воздуха, поэтому такие воздухоочистители называются комбинированными. В них воздух проходит две или три ступени очистки: сухой центробежный пылеотделитель, инерционно-масляный контактный пылеуловитель, фильтрующий материал. Эти воздухоочистители оказывают небольшое сопротивление движению воздуха и хорошо улавливают из него пыль.
Инерционно-масляные воздухоочистители двигателей Д-37М (а), Д-50 (б), Д-37Е и Д-21 (б):
1 - сетка; 2 — завихритель; 3 — корпус инерционного очистителя; 4 — щель для выброса пыли; 5-стяжной хомут; 6 — внутренняя труба воздухоочистителя; 7 — кассета с матерчатым фильтром; 8 — патрубок отвода чистого воздуха; 9 — уплотнительные резиновые кольца, 10 — корпус воздухоочистителя; 11 — кассета с сетчатыми элементами; 12 — проволочная сетка кассеты; 13 — пружина для поджима кассет; 14 — резиновое уплотнительное кольцо; 15 — опорная шайба; 16 — маслоотражатель; 17 — масляная ванна (чашка); 18 — поддон воздухоочистителя с пояском-указателем уровня масла; 19 — стяжной болт поддона; — пружина клапана; 21 — стержень клапана для аварийной остановки двигателя; 22 — отверстие для прохода воздуха; 23 — резиновая шайба; 24 — верхний фильтрующий элемент; 25 - нижний фильтрующий элемент; — фильтр из пенополиуретана; 21 — фильтр из пористого капрона
Инерционно-масляный воздухоочиститель. Воздухоочиститель двигателя Д-37М (рис. а) имеет три ступени очистки: центробежный пылеотделитель, инерционно-масляный контактный пылеуловитель и матерчатый фильтр.
Пылеотделитель герметично соединен с трубой 6. Между ней и корпусом 10 расположена кассета 11 с гофрированными проволочными сетками 12 и кассета 7, в которой уложена лента из ватина ворсом навстречу потоку воздуха. Обе кассеты закреплены на трубе внизу пружиной 13 и шайбой 15.
Снизу корпус 10 воздухоочистителя закрыт поддоном 18, который притянут через уплотнительное резиновое кольцо 14 к корпусу. В поддон вварена ванна (чашка) 17, имеющая одно нижнее отверстие и несколько отверстий по окружности.
Воздух заходит в пылеотделитель через сетку 1, ударяется о наклонные лопасти неподвижной крыльчатки-завихрителя 2 и приобретает винтовое движение.
При этом тяжелые частицы пыли (до 50% всей пыли, поступающей с воздухом) центробежной силой отбрасываются к стенкам корпуса 3 и, продолжая вращаться, выбрасываются через две щели 4 наружу.
Воздух же с более легкой пылью устремляется по трубе 6 вниз, ударяется о масло, находящееся в чашке 17 поддона, вытесняет это масло и, резко меняя направление, устремляется вверх, а частицы пыли прилипают к масляному слою чашки. Этот слой загрязненного масла непрерывно перемещается движущимся воздухом по стенкам чашки вверх и через края чашки сбрасывается в поддон. Одновременно через нижнее отверстие в чашку постоянно поступает из поддона отстоявшееся масло.
Оставшиеся в воздухе мелкие частицы пыли встречают на своем пути сначала масляную пену, которая образуется в кольцевом пространстве над чашкой, а затем гофрированные сетки, смоченные каплями масла. Часть пыли задерживается в масляной пене, а остальная пыль прилипает к мокрым сеткам.
Очищенный на 97—98% от пыли воздух проходит через кассету 7 с матерчатым фильтром, оставляя в ворсистой части ватина мельчайшие частицы пыли, и поступает в головку воздухоочистителя, а далее по всасывающим трубам идет в цилиндры двигателя.
Воздухоочиститель двигателя Д-108 устроен аналогично описанному, но не имеет фильтрующей ступени очистки, отличается большими размерами и некоторыми конструктивными особенностями. Пылеотделитель расположен на крыше кабины трактора, соединен с, трубой воздухоочистителя шлангом и имеет две заслонки. Первая перекрывает трубу, в результате чего разрежение, создаваемое движением поршней, передается через трубу в топливный бак для механической заправки его топливом. Вторая заслонка перекрывает трубу для забора теплого воздуха из-под капота двигателя при работе трактора в зимних условиях. Этот воздух идет в кабину.
Воздухоочиститель двигателя Д-50 (рис. б) имеет в верхней части пылеотделителя клапан для аварийной остановки двигателя. При нажатии рукой до отказа на тарельчатую кнопку стержня 21 конусная резиновая шайба 23 плотно закроет трубу, доступ воздуха в цилиндры прекратится, и двигатель остановится.
В корпусе воздухоочистителя вместо проволочных сеток заложены два фильтрующих элемента из капроновой щетинки: верхний 24 и нижний 25. Верхний элемент из тонкой щетинки плотнее нижнего, изготовленного из более толстых нитей.
В корпусе воздухоочистителя двигателей Д-37Е и Д-21 (рис. б) уложены фильтрующие элементы 27 из пористого капрона и 26 из очень пористой пластмассы—пенополиуретана или три элемента из этой пластмассы. Чем выше в корпусе расположен элемент, тем он плотнее.
Циклонный воздухоочиститель. На двигателях СМД-14 и СМД-14А установлен циклонный воздухоочиститель (рис. выше) с двумя ступенями очистки: сухой инерционной в циклонах 7 и мокрой контактной в кассетах 16 с проволочной путанкой, смоченной маслом. Основная очистка воздуха от пыли (до 97% ее содержания в водухе) происходит в блоке циклонов 18, который изготовлен из пластмассы или сварен из листовой стали.
1— эжектор с искрогасителем; 2 — трубка эжектора; 3 — воздухоочиститель; 4 — воздухозаборная труба с сеткой; 5 — бункер для сбора пыли; 6 — кожух воздухоочистителя; 7 — циклон; 8 — трубка циклона; 9 — вход воздуха в циклон; 10 — рефлектор; 11 — уплотнительные резиновые кольца; 12 — стяжной болт; 13 — пружинная защелка барашка; 14 — головка воздухе теля; 15 — стяжной центральный болт; 16 — кассеты с проволочной путанкой; 17 — входной патрубок; 18 — блок циклонов; 19 — эжектор для отсоса пыли; 20 — искрогаситель
Воздух поступает через сетку и заборную трубу 4 во входные патрубки циклонов 7. Патрубки расположены по касательной к поверхности корпуса, поэтому воздух приобретает здесь быстрое вращательное движение. Пыль, поступающая в циклон, центробежной силой отбрасывается к его корпусу и вместе с потоком воздуха движется по спирали вниз. В середине циклона направление потока воздуха резко меняется.
Очищенный таким образом воздух, обладающий меньшей инерцией, засасывается в трубку 8 и движется вверх. Проходя через кассеты 16, смоченные маслом, он очищается от мельчайших частиц пыли. Чистый воздух попадает в головку воздухоочистителя, а из нее — во всасывающую трубу двигателя.
Рефлектор 10 направляет поток воздуха от циклонов к кассетам и препятствует стеканию масла с кассет в циклоны.
Частицы пыли, выделившиеся из воздуха под действием силы инерции, продолжают опускаться по спирали в нижнюю часть циклона. На конической поверхности циклона скорость вращения частиц увеличивается и опускаясь, попадают в бункер 5. Отсюда вместе с частью воздуха засасывается отработавшими газами в эжектор 19 и выбрасывается наружу.
Пыль поступает в эжектор потому, что работавшие газы, проходя через узкую эжектора с большой скоростью, создают разрежение, которое передается в бункер
Воздухоочиститель двигателей АМ-01 и АМ-41 тоже циклонный, но отличается от описанного размерами, большим числом циклонов, изготовленных из листовой стали, и наличием одной широкой кассеты из проволочной путанки, смоченной маслом.
Двигатель, работая на различных режимах, должен получать разное количество топливо-воздушной смеси, обладающей нужным соотношением и хорошим перемешиванием топлива и воздуха. Для этого система питания должна иметь сборочные единицы, детали и приборы, обеспечивающие: поступление чистого воздуха; подачу топлива и приготовление горючей смеси; регулирование питания двигателя в зависимости от нагрузки.
В двигателе внутреннего сгорания применяют внутреннее и внешнее смесеобразование.
Внутреннее смесеобразование - это такое, когда перемешивание воздуха с топливом происходит непосредственно в цилиндрах двигателя (дизельный двигатель).
Внешнее смесеобразование - это такое, при котором перемешивание топлива и воздуха осуществляется вне цилиндров двигателя (карбюраторные двигатели).
Очистка воздуха. Воздух в двигатель поступает из атмосферы, который должен быть очищенным. Очистка осуществляется в воздушных фильтрах - воздухоочистителях.
В зависимости от способа очистки воздуха воздухоочистители бывают:
- 1. Инерционные - проходящий через воздухоочиститель с большой скоростью воздух резко меняет направление движения.
- 2. Центробежные (циклонного типа) - воздух, проходя через воздухоочиститель, приобретает вращательное движение.
- 3. Фильтрующие - воздух проходит через фильтрующий элемент, задерживающий пыль. Фильтрующий элемент может быть выполнен из металлической сетки, хлопчатобумажной ткани, войлока и т.п.
Инерционные и фильтрующие воздухоочистители могут быть мокрыми, когда воздух, проходя через очиститель ударяется о слой масла, налитого в корпус воздухоочистителя и сухими, когда масло отсутствует.
4. Комбинированные - воздух сначала очищается инерционным или центробежным способами, а затем фильтруется. Они могут быть сухими, мокрыми или смешанными. В смешанных воздухоочистителях инерционная очистка делается сухой, а фильтрующая - мокрой.
На современных тракторах и автомобилях в основном применяются комбинированные воздухоочистители.
На рис. 156, а показан наиболее часто применяемый на тракторных двигателях трёхступенчатый воздухоочиститель. Первая ступень очистки воздуха обеспечивается в нём инерционным очистителем, вторая - контактная с масляной ванной, третья - контактная с фильтрующим элементом.
Воздухоочиститель вместе с патрубком выхода очищенного воздуха устанавливается на головке блока цилиндров с помощью кронштейна и хомутов.
Он состоит из корпуса 3, головки 11 и приваренной к ней заборной трубы 9. Сверху на заборной трубе хомутом закреплён инерционный очи- с-титель 6. В головку воздухоочистителя установлены три фильтрующих элемента 2 из капроновой путанки, расположенные между опорными обоймами 10. Снизу к головке стяжными болтами 13 крепится поддон 1 с масляной ванной 12.
Рис. 156. Воздухоочистители: а - тракторного; б - автомобильного; 1 - поддон; 2 - фильтрующий элемент, 3 - корпус; 4 - выходной патрубок очищенного воздуха; 5 - заверитель; 6 - инерционный очиститель; 7 - окно; 8 - сетка; 9 - заборная труба; 10 - опорная обойма; 11 - головка; 12 - масляная ванна; 13 - стяжной болт; 14-крышка
При такте впуска под действием разрежения воздух через отверстия сетки 8 попадает внутрь инерционного очистителя и, ударяясь о наклонные полости завихрителя 5, принимает вращательное движение. Под действием центробежной силы крупные частицы пыли, попавшие с воздухом в очиститель, отбрасываются к стенками через два окна 7 в колпаке и выпадают наружу. В инерционном очистителе отделяется 2/3 пыли, содержащейся в воздухе. Поток воздуха с мелкими частицами пыли с большой скоростью движется вниз по заборной трубе 9, соприкасается с поверхностью масла в поддоне 1 и резко меняет направление и скорость. При этом мелкие частицы пыли остаются в масле, а воздух проходит через фильтрующие элементы 12, улавливающие мельчайшие механические примеси воздуха, поступает в выходной патрубок 4 и далее направляется в цилиндры двигателя.
Автомобильный воздухоочиститель (воздушный фильтр) имеет две ступени очистки: инерционную и фильтрующую. Он состоит из корпуса 3 (рис. 156, б) и фильтрующего элемента 2. Фильтрующий элемент в сборе с крышкой 14 представляет собой неразборную конструкцию. В качестве набивки фильтрующего элемента применена капроновая щетина. Корпус в нижней части имеет специальную выштамповку - масляную ванну 12, в которую заливается моторное масло. Корпус фильтра и корпус фильтрующего элемента уплотнены резиновой прокладкой.
При работе двигателя воздух входит в кольцевую щель между корпусами 3 фильтра и фильтрующего элемента 2. Пройдя вертикальный кольцевой канал, образованный между этими корпусами, воздушный поток меняет своё направление на 180° над масляной ванной 12. При этом крупные частицы, продолжая двигаться по инерции вниз, попадают в масло и оседают на дне масляной ванны 12. Затем воздух входит в фильтрующий элемент 2, очищается в нём, ещё раз изменяет своё направление и через выходной патрубок 4 направляется в карбюратор.
Воздух, поступающий в цилиндры тепловозного дизеля, необходимо очистить от пыли и влаги. Для этого на тепловозах устанавливают специальные воздухоочистители. Тепловозные воздухоочистители должны быть компактны, должны обеспечивать малое сопротивление проходу воздуха, высокую степень очистки, способность задерживать мелкую пыль, а также удобство и простоту обслуживания.
На тепловозах применяют различные по принципу действия и конструкции воздухоочистители: сетчатые, циклонные, набивные, маслопленочные. На большинстве тепловозов (2ТЭ10М, ТЭМ2, ТЭП70 и др.) устанавливают унифицированные самоочищающиеся маслопленочные воздухоочистители непрерывного действия, обеспечивающие высокую степень очистки и небольшое гидравлическое сопротивление проходу воздуха. На тепловозе ТЭП70 (рис. 10) так же, как и на тепловозе 2ТЭ10В, воздухоочистители установлены в машинном помещении на правой и левой стенках кузова. В сварном корпусе 2 воздухоочистителя (рис. 10), обшитом металлическими листами, размещены вращающаяся 3 и неподвижные 6 фильтрующие кассеты. Первая ступень очистки -- вращающаяся кассета -- представляет собой сварной круглый каркас, в который помещены четыре секторообразных съемных фильтра (секции), изготовленные из стальной тканой сетки с различным диаметром проволоки и размером ячеек. Во время работы кассета вместе с секциями вращается вокруг оси 4 и секции по очереди устанавливаются против проема в стенке кузова, через который забирается воздух из окружающей среды; в этом проеме установлены створки жалюзи 10. В нижней части воздухоочистителя имеется масляная ванна, в которую при работе тепловоза по очереди погружаются фильтрующие секции. При этом загрязненная секция промывается и одновременно покрывается масляной пленкой, а пыль оседает в масляной ванне; после выхода секций из ванны лишнее масло стекает вниз. Когда очищенная секция при вращении кассеты 3 поднимется вверх и установится против проема в стенке кузова, она начнет выполнять роль воздушного фильтра: через нее проходит поток запыленного воздуха, засасываемого турбокомпрессорами. Кассета 3 с фильтрующими секциями при работе дизеля непрерывно поворачивается и процесс замены фильтрующих элементов и дальнейшей очистки их в масляной ванне все время повторяется.
Рис. 10. Расположение воздухоочистителей на тепловозе ТЭП70:
1 -- конус воздухоочистителя; 2 -- жалюзи на кузове; 3 - жалюзи на корпусе воздухоочистителя; 4 -- привод жалюзи; 5 -- металлический патрубок: 6 -- резиновый патрубок; 7 воздушные трубопроводы
Фильтрующие секции набраны из металлических проволочных сеток, заключенных в стальную рамку. Секции вращающейся кассеты состоят из 14 сеточных слоев с размером ячейки 3,2X3,2 мм; их укладывают со смещением через одну, чтобы уменьшить площадь проходного сечения в направлении потока воздуха и повысить эффективность процесса очистки. Неподвижные фильтрующие кассеты 6 также набраны из проволочных сеток (18 слоев) с размером ячеек 1,6x1,6 мм. Проходя последовательно через извилистые каналы набора сеток всех ступеней очистки, воздух изменяет направление движения, а частицы пыли сталкиваются с проволочками фильтрующих сеток, которые покрыты слоем масла. Попавшие на проволочки частицы пыли задерживаются масляной пленкой, и таким образом совершается процесс очистки воздуха. По ободу колеса вращающейся кассеты приварена металлическая зубчатая лента. Вращение кассеты позволяет значительно повысить пылеемкость очистителя, практически не влияя на его гидравлическое сопротивление.
Для заливки масла в ванну предусмотрена специальная заправочная горловина, а для спуска масла и конденсата -- сливная труба 1 с краном. Скопившуюся на дне масляной ванны грязь удаляют через люк в нижней части воздухоочистителя во время его очистки и промывки. В период эксплуатации необходимо контролировать уровень масла в корпусе воздухоочистителя по маслоуказателю. Нормально уровень масла должен находиться примерно на середине маслоуказателя. Летом воздухоочистители заполняют дизельным маслом, а в холодное время года (при понижении температуры воздуха ниже --5°С) -- смесью 75% дизельного масла и 25% дизельного топлива. На некоторых тепловозах ТЭП70 и 2ТЭ116 фильтрующие элементы неподвижных кассет состоят из пенополиуретановых промасляных пакетов, вставленных в алюминиевую рамку между двумя металлическими сетками. В случае пылевых бурь для дополнительной очистки воздуха на тепловозах 2ТЭШВ предусмотрена установка наружных сетчатых кассет 11.
Створки жалюзи в проеме стенки кузова (см. рис. 11) имеют ручной привод из машинного помещения. В теплое время года жалюзи должны быть открыты, и воздух поступает из окружающей среды. При снегопадах, во время дождя и пыльных бурь, а также при температуре наружного воздуха ниже +5°С необходимо перейти на забор воздуха из дизельного помещения. Для этого нужно открыть боковые дверки на корпусе воздухоочистителя, а затем закрыть жалюзи. Привод жалюзи сблокирован с боковыми дверками так, что работа с закрытыми одновременно жалюзи и дверками исключается. Забор воздуха из дизельного помещения допускается также при длительных стоянках тепловоза. При заборе воздуха из кузова тепловоза он очищается только в неподвижных фильтрующих кассетах. После воздухоочистителей воздух по патрубкам и далее по прорезиненным компенсирующим устройствам поступает к всасывающим каналам турбокомпрессоров дизеля.
Рис. 11 Унифицированный воздухоочиститель непрерывного действия:
1 - труба сливная; 2 корпус; 3 кассета вращающаяся; 4 ось; 5 -колесо; 6 кассета неподвижная: 7 -- зажим: 8 -- люк для выемки колеса; 9 - проем; 10 створки жалюзи; 11 - кассета наружная дополнительной очистки воздуха
Эффективность очистки воздуха в воздухоочистителях оценивается отношением количества пропущенной пыли к общему количеству пыли, поступившей в очиститель с воздухом. Для маслопленочных воздухоочистителей непрерывного действия этот коэффициент составляет 1,5--2%. Аэродинамическое сопротивление такого воздухоочистителя примерно 800 Па (80 мм вод. ст.); размеры механических частиц, пропускаемых этими воздухоочистителями к турбокомпрессорам, не превышают 1 мкм.
Влияние состояния системы очистки и подачи воздуха на работу дизеля. Система очистки и подачи воздуха в цилиндры состоит из воздухоочистителя (впускного патрубка и турбокомпрессора), применяемого на многих современных дизелях для повышения их мощности и экономичности за счет нагнетания в цилиндры дополнительных порций воздуха.
Современные тракторные дизели выпускаются с турбонад- дувом. При среднем наддуве мощность дизеля повышается на 50-70 %, а вообще мощность двигателя может быть увеличена в несколько раз. В целях обеспечения прочности и допускаемой тепловой напряженности при применении наддува в дизелях их мощность увеличивают не более чем в два раза.При применении наддува не только увеличивается мощность 142 двигателей, но и решаются не менее важные вопросы развития двигателей — снижаются токсичность и удельный расход топлива.
По давлению наддува турбокомпрессоры делятся на группы: низкого давления со степенью повышения давления от 1.3 до 1,9 включительно; среднего давления — от 1,9 до 2,5 включительно; высокого давления — от 2,5 до 3,5.
Воздухоочиститель — один из основных агрегатов, предохраняющих двигатель внутреннего сгорания от преждевременного износа. Велико его значение для тракторных дизелей, работающих в облаке пыли. При сельскохозяйственных работах пылесодержание колеблется в значительных пределах. Например, на пахоте — от 0,005 до 0,5 г пыли на 1 м 3 воздуха, на бороновании — от 0,03 до 1,5 г/м 3 . Иногда содержание пыли достигает 2 г/м 3 . Размеры пылинок, находящихся в воздухе во взвешенном состоянии, могут быть от десятых долей микрона до сотен микрон.
В процессе эксплуатации трактора рабочие характеристики воздухоочистителя изменяются по мере накопления в нем пыли, уноса и испарения масла в поддоне, изнашивания и уплотнения фильтрующих элементов (ФЭ). При этом степень и тонкость очистки воздуха от пыли резко ухудшаются, а количество пыли, поступающей на трущиеся поверхности деталей дизеля, увеличивается. По мере засорения воздушного фильтра возрастает сопротивление движению воздуха. В результате в фильтре и во впускном патрубке возникает дополнительное разрежение, которое создает опасность подсоса в камеры сгорания неочищенного, запыленного воздуха (через неплотности системы), снижает массу, температуру и давление воздушного заряда, поступающего в камеры сгорания. Это резко повышает интенсивность изнашивания двигателя и снижает его мощность и экономичность. При подсосе запыленного воздуха через неплотности системы значительно повышается количество и размер пылинок, попадающих в камеры сгорания.
Эффективность работы инерционно-масляных воздухоочистителей зависит от состояния масла в поддоне. По мере нассыщения частицами пыли оно густеет, на поверхности масляного слоя образуется плотная пленка, и степень очистки воздуха 143 снижается.
Абразивные частицы, проникающие из камеры сгорания в картер, попадают в моторное масло и, циркулируя вместе с ним многократно, оказывают вредное действие. Они изнашивают зеркала цилиндров, поршневые кольца, поршни, шейки коленчатого вала, вкладыши и другие детали двигателя до тех пор, пока не будут задержаны масляными фильтрами. Интенсивность изнашивания деталей зависит от размеров и свойств абразива. Очень опасны в этом отношении частицы с высокой твердостью. В смеси с маслом абразивы действуют подобно наждаку.
Для обеспечения нормальной работы системы очистки и подачи воздуха необходимо своевременно и качественно проводить техническое обслуживание воздухоочистителя, периодически очищать и промывать его составные части, своевременно заменять масло в поддоне, подтягивать крепления и проверять герметичность соединений. Масло в поддон следует заливать до нормального уровня. Избыток масла в поддоне засасывается вместе с пылью в двигатель, а недостаток ухудшает процесс очистки воздуха от пыли.
Читайте также: