От чего приводится в действие кулачковый вал топливного насоса

Топливный насос высокого давления

приводится в действие кулачком кулачкового вала, соединенного зубчатой передачей с коленчатым валом дизеля. В четырехтактном дизеле кулачковый вал топливных насосов так же, как и распределительный вал газораспределения, вращается вдвое медленнее коленчатого вала, в двухтактном — с той же скоростью. При набегании выступа кулачка на плунжер насоса он (плунжер), перемещаясь, выталкивает топливо по нагнетательной трубке к форсунке, из которой оно под давлением в несколько сотен атмосфер впрыскивается в камеру сгорания дизеля. От топливного насоса и форсунки, как видно из схемы, отходят трубки, по которым сливается в бак топливо, просочившееся через зазоры между деталями. Шестеренным насосом топлива подается больше, чем впрыскивается в цилиндр. Избыток топлива также по трубопроводу сливается в топливный бак.

Топливный насос высокого давления служит для подачи топлива к форсункам. Насосы устанавливают в специальные расточки лотка дизеля и крепят к нему четырьмя шпильками. Оси насосов находятся под углом 10º к горизонтали. Толкатели насосов одноименных цилиндров правого и левого рядов приводятся в действие одной и той же кулачковой шайбой распределительного вала.

Рис. 62 – Топливный насос дизеля Д49 1 – направляющая втулка толкателя; 2 – толкатель; 3 – резиновые кольца; 4 – пружина; 5 – поворотная шестерня; 6 – рейка; 7 – плунжер; 8, 10 – штуцера; 9 – корпус нагнетательного клапана; 11 — гильза плунжера; 12 – тарелки плунжера; 13 – корпус насоса; 14 – регулировочные прокладки; 15 – регулировочный винт.

Насос и толкатель (рис.62) объединены между собой. Положение гильзы зафиксировано стопорным винтом 15. В гильзе имеются два отверстия для подвода и отсечки топлива. Головка плунжера имеет две отсечные кромки – верхнюю и нижнюю. Спиральные отсечные кромки расположены таким образом, что при движении рейки в корпус насоса подача топлива уменьшается, а при выдвижении – увеличивается. На цилиндрической поверхности плунжера имеются две кольцевые канавки.

Широкая канавка при любом положении плунжера по высоте, соединена через отверстие в гильзе с полостью всасывания насоса, что исключает протекание топлива по плунжеру в масляную систему.

На гильзе установлена шестерня 5, в пазы которой входит ведущий поводок плунжера. В зацеплении с шестерней находится рейка 6, посредством которой механизм управления топливными насосами поворачивает плунжер.

Максимальный выход А рейки 6 ограничивается винтом, который препятствует повороту зубчатого венца и перемещению рейки насоса. Размер А устанавливают при проверке насоса на подачу на стенде изменением положения рейки с помощью прокладок.

Толкатель представляет собой корпус 2, в котором на оси установлен цементированный ролик. Сверху в корпус 2 ввернут упор для передачи усилия от толкателя к плунжеру. Движение толкателя направляется бронзовой втулкой, запрессованной в направляющую втулку 1. Втулка 1 прикреплена болтами к корпусу насоса. Угол опережения подачи топлива по цилиндрам регулируют прокладками 14. Необходимая толщина прокладок устанавливается на стенде завода – изготовителя. Ее значение выбивается на корпусе насоса. Привод толкателей топливных насосов осуществляется от общего распределительного вала.

Ремонт ТНВД

Основными неисправностями топливного насоса являются: трещины корпуса, потеря упругости и трещины в витках пружины; скалывание и выкрашивание торцевых кромок деталей и наклонных кромок головки плунжера, односторонний и местный натир плунжерных пар; износ плунжерной пары и нагнетательного клапана; трещины и излом плунжера или втулки, повреждение плунжера или втулки коррозией и кавитацией; зависание (заклинивание) плунжера во втулке; износ зубчатой рейки и втулки; пропуск топлива между сопрягаемыми деталями; износ резьбы.

При ремонте насоса все детали очищают от нагарообразования. Втулку плунжера, плунжер, детали толкателя и нагнетательный клапан промывают в бензине, а затем в дизельном топливе, остальные детали промывают в дизельном топливе и обдувают воздухом, осматривают и устраняют обнаруженные дефекты.

Распыливание представляет процесс раздробления на мельчайшие частицы порции топлива, впрыскиваемого в цилиндр форсункой. При распыливании топлива общая поверхность его, соприкасающаяся с воздухом, резко возрастает. Чем меньше диаметр капель топлива, тем быстрее они нагреваются, лучше смешиваются с кислородом горячего воздуха, а это улучшает их сгорание. Но очень маленькая капля будет иметь небольшую кинетическую энергию. Это затруднит забрасывание частиц топлива в удаленные от форсунки участки пространства цилиндра. Поэтому наиболее выгодная степень распыленности топлива определяется для каждого типа дизеля. В цилиндр тепловозного дизеля в зависимости от развиваемой мощности, числа цилиндров и частоты вращения коленчатого вала за один цикл впрыскивается от 0,07 до 1,0 г топлива. Струя топлива, впрыскиваемого в цилиндр дизеля, распадается на миллиарды капель, превращаясь в пылеобразное облачко. В обычных условиях (при малых давлениях и в неограниченный промежуток времени) осуществить распыливание жидкости не так уж сложно, примером чего может служить обыкновенный пульверизатор. Но в условиях дизеля задача осложняется тем, что распыливание нужно осуществить в плотную среду сжатого воздуха за тысячные доли секунды (0,002—0,008 с), которые отведены для этого. Начало и конец распыливания должны быть резкими, четкими, иначе топливо будет выходить из отверстий форсунки с малой скоростью (подтекать). В этом случае топливо плохо сгорает и превращается в нагар, который будет оседать вокруг распыливающих отверстий форсунки. Образовавшийся нагар, постепенно нарастая, затруднит впрыскивание топлива и его перемешивание с воздухом, что неизбежно приведет к ухудшению работы дизеля и увеличению расхода горючего.

Что же нужно сделать, чтобы хорошо распылить топливо за весьма короткий промежуток времени?

Надо топливо подавать через форсунки под высоким давлением 19,6— 117 МПа (200—1200 кгс/см2). Благодаря такому давлению скорость истечения топлива через распыливающие отверстия возрастает и процесс впрыска происходит в очень короткий промежуток времени. Скорость струи топлива, выходящей из форсунки, достигает 250—350 м/с. Для сравнения напомним, что скорость звука 330 м/с. Большая скорость способствует дроблению струи в камере сгорания и увеличивает дальность полета отдельных частиц топлива («дальнобойность» струи), которые движутся в плотной среде сжатого воздуха и должны распределиться по всему объему камеры. Давление впрыска рассчитывается таким образом, чтобы обеспечить необходимую «дальнобойность» струи, но при этом топливо не должно попадать на стенки цилиндра, чтобы не охлаждать их.

Таким образом, насосы, подающие топливо в цилиндры дизеля, должны создавать высокое давление.

Внутри неподвижной гильзы помещен подвижной плунжер. Плунжер — это поршень, длина которого значительно превышает диаметр. Вместе эти детали —- гильза и плунжер — образуют плунжерную пару. Плунжер подобран к гильзе или притерт к ее стенкам так плотно, что утечки топлива между ними почти не происходит. Зазор между плунжером и гильзой не превышает обычно 1,5—4 мкм, что в 50—100 раз меньше диаметра волоса человека. Трубопровод, подходящий к окну А гильзы, всегда заполнен топливом.

Проследим, как плунжер такого насоса подает топливо. Когда плунжер находится в нижнем положении, топливо через окно А заполняет пространство над плунжером (рис. 73, а). При вращении кулачкового вала привода топливного насоса кулачок набегает на ролик толкателя (рис. 73, б), плунжер начинает двигаться вверх и верхней кромкой а постепенно закрывает окно А. При этом нагнетательный клапан, прижатый к своему седлу пружиной, испытывает снизу давление топлива, вытесняемого плунжером, а сверху — усилие пружины и давление топлива, оставшегося в трубопроводе. Пока усилие на клапан, создаваемое давлением топлива, меньше усилия, создаваемого пружиной, клапан закрыт и часть топлива, не имея другого выхода, устремится из надплунжерного пространства обратно в окно 4 (см. рис. 73, б). Когда плунжер кромкой а полностью закроет окно А (рис. 73, в), вытекание топлива через него прекратится. Примерно с этого момента при продолжающемся ходе плунжера вверх начнется нагнетание: давление топлива преодолеет усилие пружины нагнетательного клапана, он откроется, и топливо будет через трубопровод поступать в форсунку до тех пор, пока плунжер не достигнет своего крайнего положения (рис. 73, г). Когда плунжер начинает двигаться вниз, прекращается подача топлива. Нагнетательный клапан под действием пружины снова садится на свое седло. Сбегая с выступа кулачка, ролик вместе с толкателем и плунжером возвращается в первоначальное положение (см. рис. 73, а).

Если бы дизель всегда работал только на одной постоянной мощности, то рассмотренный нами топливный насос вполне удовлетворял бы требованиям работы на дизеле, так как за один ход плунжера он подает одно и тоже количество топлива, необходимое для получения нужной мощности. Количество топлива, подаваемого таким насосом, постоянно потому, что высота кулачка, а следовательно, и ход плунжера являются величинами постоянными, а начало и конец нагнетания топлива, определяемые ходом плунжера в процессе работы, как мы видим, при такой конструкции не могут быть изменены.

Однако условия работы тепловоза, как уже указывалось, требуют, чтобы мощность дизеля могла изменяться. Дизель, как и всякий транспортный двигатель внутреннего сгорания, должен быть приспособлен к переменному режиму работы локомотива.

Мощность дизеля зависит от количества впрыскиваемого в цилиндры топлива. Чем больше топлива поступит в цилиндр во время рабочего хода, тем большую мощность будет развивать дизель. Поэтому нужно чтобы топливный насос при необходимости позволял изменять количество топлива, подаваемого в течение одного хода плунжера в каждый из цилиндров дизеля, соответственно его нагрузке.

В самом деле, при наибольшей мощности 2200 кВт (3000 л.с.) и максимальной частоте вращения коленчатого вала (850 об/мин) дизель 10Д100 расходует в среднем 8,25 кг топлива в минуту (495 кг в час). Очевидно, за один оборот вала (дизель двухтактный) расход топлива всеми десятью цилиндрами дизеля составит 8,25:850=0,0097 кг.

Подача топлива в цилиндр одним насосом за один оборот вала будет в 20 раз меньше (на каждый цилиндр установлены два топливных насоса), т. е. 0,00048 кг, или 0,48 г. При минимальной подаче топлива, когда коленчатый вал делает 400 об/мин и вращается вхолостую, подача топлива одним насосом может сократиться до 0,07 г, т. е. за цикл почти в семь раз меньше, чем в первом случае (при 850 об/мин).

Каким же образом можно изменять (регулировать) количество подаваемого топлива, не усложняя слишком конструкцию топливного насоса? Наиболее просто изменение подачи топлива в таком диапазоне решается путем изменения активного хода плунжера. Для этого конструкцию верхней части плунжера, называемую головкой, надо изменить. На некотором расстоянии от верхней кромки плунжера сделаем поперечную кольцевую выточку (рис а). Теперь как показано на рис.б, в головке плунжера прорежем и вертикальный сквозной паз. После этого часть металла головки уберем таким образом, чтобы на ней образовался специальный косой срез—со спиральной (винтовой) кромкой О. В результате головка плунжера примет вид, изображенный на рис. в.

Если окрасить головку плунжера и катить ее по плоскости, то на ней останется след от поверхности (и кромок) плунжера.

Этот след является поверхностью цилиндра, развернутого на плоскости, или просто разверткой. Развертка рабочей поверхности головки плунжера представляет собой прямоугольник, один угол которого срезан. Срез соответствует спиральной кромке О и является прямой линией ей. Спиральная кромка О плунжера имеет большое значение, так как она является регулирующей. С ее помощью можно изменять количество топлива, подаваемого плунжером. Посмотрим, как это происходит. Количество подаваемого топлива зависит от положения, которое занимает регулирующая кромка О относительно окна А (рис. 76) гильзы плунжера. В самом деле, топливо начнет подаваться после того, как верхний торец плунжера перекроет окно А, а прекращение подачи соответствует моменту, когда плунжер, продолжая двигаться вверх, своей спиральной кромкой откроет это окно. Нетрудно, однако, сообразить, что если наш плунжер будет лишен возможности поворачиваться вокруг своей вертикальной оси, то кромка О никогда не сможет регулировать величину подачи топлива, так как она будет открывать окно А одним и тем же участком. Следовательно, при одном поступательном движении плунжера спиральная кромка О не решает задачи.

Для того чтобы изменить подачу топлива насосом, нужно заставить плунжер повернуться на некоторый угол так, чтобы против окна оказался другой участок головки. Задача осложняется тем, что повернуть плунжер нужно «на ходу», т. е. во время возвратно-поступательного перемещения заставить плунжер участвовать одновременно в двух разных движениях: поступательном (вверх, вниз вдоль оси В—В, рис. 76) и вращательном (вокруг оси В—В).

Как мы уже видели, поступательное движение плунжеру насоса сообщает кулачок (см. рис. 73). Поворот же его осуществляется с помощью специального механизма через выступ (поводок) плунжера. На рис. 76 показаны различные положения плунжера, соответствующие нулевой, частичной и полной подаче топлива плунжером.

Чтобы лучше понять, как происходит изменение количества подаваемого топлива с помощью спиральной кромки, зададим себе такой вопрос: при каком положении плунжера насос вовсе не будет подавать топливо? Мы уже знаем, что вертикальный паз соединяет надплунжерное пространство с кольцевой выточкой. Следовательно, топливо всегда заполняет не только надплунжерное пространство, но и вертикальный паз и кольцевую выточку. Если повернуть плунжер так, что вертикальный паз расположится прямо против окна А в гильзе, то, как это видно из рис. 76, а, при движении плунжера вверх топливо просто будет вытекать (перепускаться) через окно Л и ни одна капля его не попадет в нагнетательный трубопровод.

Теперь повернем плунжер вокруг оси В—В по часовой стрелке так, чтобы окно А было изолировано от вертикального паза (рис. 76, б). В этом случае хотя в пазу и есть топливо, но попасть в окно А оно может только, пройдя через полость б, когда кромка О приоткроет окно А. Плунжер при этом поднимется на величину h1 объем вытесненного в цилиндр топлива будет равен площади поперечного сечения плунжера, умноженной на расстояние h1. Дальнейшее движение плунжера вверх происходит вхолостую, так как вытесняемое топливо перепускается через окно А.

Если плунжер повернуть еще больше (рис. 76, в), то полезный ход его увеличится и станет равным h2. Соответственно увеличится и объем топлива, вытесненного плунжером и поданного через форсунку в цилиндр. Таким образом, каждому значению мощности дизеля соответствует определенное положение спиральной кромки О плунжера относительно окна гильзы. При увеличении мощности дизеля плунжер будет поворачиваться по часовой стрелке, и подача топлива увеличится до нужной величины. Уменьшение нагрузки будет сопровождаться поворотом плунжера в обратном направлении. Чем больше угол, на который повернется плунжер по часовой стрелке, тем позднее спиральная кромка откроет окно А, тем больше топлива будет подано плунжером за один ход и тем меньше топлива уйдет обратно через окно А.

Итак, изменение величины подачи топлива производится поворотом плунжера. Практически для изменения подачи топлива от нуля до максимума плунжер достаточно повернуть на 1/4 оборота. Возникает вопрос: каким же образом производится поворот плунжера вокруг вертикальной оси В—В во время его хода?

ФОРСУНКИ

предназначены для впрыскивания топлива в цилиндры в мелкораспыленном виде с обеспечением равномерного его распыливания по всему объему камеры сгорания.

Рис. 65 – Форсунка 1, 2 – штуцера; 3 – регулировочный штуцер; 4 – тарелка; 5, 8 – резиновые кольца; 6 – пружина; 7 – корпус; 9 – толкатель; 10 – колпак; 11 – корпус иглы; 12 – распылитель; 13 – игла; 14 – щелевой фильтр; а, б – каналы.

Принципиально форсунки всех дизелей устроены одинаково, а различаются главным образом конструкцией распылителя, размерами проходных сечений в них, количеством и размерами сопловых отверстий и габаритными размерами.

В стальном корпусе 7 форсунки размещены сопловой наконечник распылителя 12 с отверстиями малого диаметра, корпус 11 иглы (корпус распылителя) и игла 13. Игла и корпус представляют собой прецизионную пару, сопряжение которой по цилиндрической направляющей и конической запорной поверхностям выполнено с высокой степенью точности. Угол конуса иглы 13 на 1-2º больше угла конуса корпуса, что обеспечивает небольшую ширину контактного пояса и хорошее уплотнение. Игла 13 прижата к посадочному гнезду пружиной 6 через толкатель 9. Затяжка пружины осуществляется регулировочным винтом. Затяжкой пружины устанавливается давление топлива, соответствующее моменту начала подъема иглы, 32+0,5 МПа (320+5кГс/см²). Топливо подводится от топливного насоса к штуцеру корпуса форсунки и через него поступает к щелевому фильтру 14, представляющему собой стержень, на наружной поверхности которого профрезерованы канавки, поочередно не доходящие до одного из торцов.

Топливо из одной канавки в соседнюю может попасть только через зазор между стержнем фильтра и отверстием, в которое он установлен. Этот зазор для форсунок устанавливается от 0,02 до 0,1 мм. Пройдя фильтр, топливо по каналу А поступает в полость корпуса распылителя к игле. Начальное усилие подъема иглы пропорционально площади кольцевого пояска на игле.

При отрыве иглы топливо действует уже на всю площадь иглы и усилие на нее резко возрастает, приводя к стремительному подъему иглы. Поступив в канал соплового наконечника, топливо через его отверстия впрыскивается в цилиндр. После впрыскивания давление топлива резко падает и игла садится на седло под действием пружины.

Максимальный подъем иглы ограничивается упором, обеспечивающим ход иглы 0,55–0,65 мм.

Топливо, просочившееся через зазоры деталей форсунки, отводится через штуцер 2регулировочного винта. Детали форсунки уплотнены медными прокладками или резиновыми кольцами.

Чтобы не допустить накопления топлива под давлением и прорыва резинового кольца 8уплотнения деталей форсунки дизеля при возможных нарушениях плоскости стыковых соединений деталей, в нижней части корпуса выполнен наклонный канал, через который топливо отводится в систему слива.

Форсунки дизелей Д49 устанавливают в специальные расточки крышек цилиндров под углом 30º к оси цилиндра, что позволяет расположить внешнюю часть форсунки вне закрытия крышек цилиндров и снимать форсунки, не разбирая крышек.

Уплотнение форсунки в крышке обеспечивается конусным соединением в нижней части и резиновым уплотнительным кольцом 5 в верхней части.

РАБОТА ФОРСУНКИ

Сами по себе топливные насосы только нагнетают топливо под большим давлением, а распыливание осуществляется форсунками. Форсунка является неотъемлемым спутником топливного насоса, и работают они совместно. Насос соединяется с форсункой нагнетательной трубкой. Чем короче трубка, тем лучше, так как впрыск (подача) микроскопических порций топлива становится более точным.

Преимущественное распространение на тепловозных дизелях получили форсунки закрытого типа, имеющие распылитель с запорной иглой. Они называются закрытыми потому, что запорная игла после впрыска топлива разобщает цилиндр от объема топливного трубопровода высокого давления. По нагнетательной трубке (рис. 80), выдерживающей большие давления, топливный насос подает топливо к форсунке. Однако сразу к распыливающим отверстиям топливо пройти не может, так как путь ему преграждает игла, конус которой плотно притерт к седлу корпуса распылителя форсунки.

Для впрыска топлива необходимо приподнять иглу, прижатую пружиной. Это осуществляется за счет высокого давления топлива. Впрыскивание происходит, когда давление топлива, действующее на кольцевой заплечик иглы, создает усилие, достаточное для сжатия пружины при подъеме иглы. Тогда топливо со значительной скоростью устремляется в цилиндр дизеля через распиливающие отверстия, расположенные за иглой в нижней части корпуса распылителя (соплового наконечника). Начальное давление впрыска, необходимое для поднятия иглы и определяемое затяжкой пружины, обычно равно 19,6 — 31,3 МПа (200—320 кгс/см2). Едва игла оторвется от своего седла, как действующее на нее усилие со стороны топлива возрастает. Дело в том, что при закрытом положении иглы давление топлива действует не на всю поверхность конусной части. Когда игла начинает пропускать топливо к распыливающим отверстиям, общее усилие на нее возрастает за счет увеличения площади, на которую действует давление топлива (рис. 81).

После прекращения подачи топлива насосом давление падает, и игла под воздействием пружины тотчас опускается. При быстром закрытии (отсечке) возможность подтекания, просачивания топлива из распылителя форсунки исключается. Этому способствует также следующая особенность работы топливного насоса.

В момент отсечки (прекращении подачи топлива плунжером) на какое-то время нагнетательная полость топливного насоса, нагнетательная трубка и полость форсунки соединяются через окно А (см. рис. 73) с полостью низкого давления. За счет этого давление топлива перед иглой форсунки резко падает. Это положительно сказывается на четкой, без подтекания работе форсунки.

Подъем иглы форсунки в момент впрыска обычно ограничивается упором (ограничителем) и в тепловозных дизелях не превышает 0,7 мм. Форсунки дизелей типов Д100 и Д50 имеют, например, максимальный подъем иглы, равный 0,45 мм (рис. 82). Несмотря на такую малую величину подъема, площадь проходного сечения под конусом иглы в несколько раз больше суммарной площади распиливающих отверстий.

Для равномерного распределения топлива по камере сгорания имеется несколько распыливающих отверстий. Форсунка дизеля 10Д100 имеет три отверстия диаметром 0,56 мм каждое, форсунки дизелей 11Д45 и Д50 — восемь и девять отверстий соответственно диаметром 0,4 и 0,35 мм.

На дизелях 10Д100 в каждом цилиндре имеются две форсунки, расположенные одна против другой. Для большей плотности, чтобы в местах их соединения с цилиндром не просачивались ни газы, ни охлаждающая цилиндры вода, форсунки крепятся с помощью промежуточной (переходной) детали, называемой адаптером.

Главной деталью форсунки (см. рис. 82) является распылитель, состоящий из корпуса распылителя и иглы, которая притирается к корпусу распылителя по цилиндрической и конической (запирающей) поверхностям. Этим достигается плотность этой пары и легкость перемещения иглы в распылителе. Игла прижимается к конусу корпуса распылителя усилием пружины, которое передается через тарелку, толкатель и ограничитель.

Топливо, поступающее от насоса, проходит щелевой фильтр, задерживающий случайно попавшие в топливо крупные частицы грязи, и направляется по пазам и каналам в полость, окружающую нижний конец иглы. Далее форсунки работают так, как описано выше.

Давление топлива, которое испытывают распылители, как подчеркивалось выше, может МПа (1000 кгс/см2), времени, в течение которого происходит впрыск горючего под таким давлением, чрезвычайно малы: на впрыск отводятся тысячные доли секунды. В остальное время между конусом иглы и конусом корпуса распылителя не должно просочиться в цилиндр дизеля ни капли топлива! Лишь несколько капель в минуту может проникнуть в отлив через зазор между их цилиндрическими поверхностями. Чтобы игла не «заедала» и при этом узкий поясок конуса иглы плотно прилегал к такому же пояску на конусе корпуса распылителя, между этими деталями все же должен быть зазор, но в пределах 0,002—0,004 мм (2—4 мкм). Как же решается эта в высшей степени трудная задача? Пока еще распылители изготовляются с недостаточной точностью. Несоосность цилиндрических и конических поверхностей иглы и корпуса (рис. 83) и их некруглость могут быть и не более 2—4 мкм, но для каждой детали в отдельности. В сумме же из-за неточности изготовления обеих деталей может возникнуть положение, показанное на рисунке. Мы видим, что цилиндр и конус иглы сдвинулись и упираются в разные стороны цилиндра и корпуса распылителя. В результате возникает щель (на рисунке изображена в увеличенном виде), через которую топливо все время будет протекать в цилиндр дизеля. Для того чтобы обойти эту трудность, в тепловозных дизелях в настоящее время поступают так. На конус иглы накладывают абразивный материал (пасту) и на доводочном станке притирают иглу с корпусом до тех пор, пока часть металла конусов сточится настолько, что будет обеспечен контакт по всей окружности сопрягаемых поверхностей (поясков). Беда, однако, в том, что в процессе работы этот контакт довольно быстро нарушается. Тогда приходится снимать форсунки с дизеля, проверять, как они распиливают топливо, и снова притирать поверхности иглы к корпусу. Это отнимает много времени.

А что если иглу и корпус распылителя изготовить (на точных станках) так, чтобы максимальные допуски на несоосность и некруглость обеих деталей в сумме были меньше, чем зазор (см. рис. 83) в цилиндрической части распылителя? Тогда станет возможным иглу сразу вставить в корпус, и она без совместной притирки так точно ляжет пояском своей конической поверхности на поверхность корпуса распылителя, что топливо при закрытой (прижатой) игле не просочится в цилиндр дизеля. Такой «замок» служит надежно и долго (несколько тысяч часов без осмотра и ремонта). Подобная сборка получила название селективной (групповой). В этом случае все корпуса распылителей и иглы заранее распределяют по соответствующим группам в зависимости от диаметров цилиндров, подбирая их так, чтобы между цилиндром иглы и цилиндром корпуса распылителя был зазор б порядка 0,002— 0,004 мм (2—4 мкм). Иными словами, суммарные их отклонения (неточности, допуски) на геометрию конуса и корпуса, получаемые при изготовлении, всегда окажутся меньше этого зазора и не будут препятствовать плотному прилеганию конических поверхностей, обеспечивая тем самым плотность распылителя.

Дата добавления: 2016-09-26 ; просмотров: 8849 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Кулачковый вал топливного насоса и распределительный вал приводятся во вращение от коленчатого вала через шестерни: одна из них 9 насажена на распределительный вал, вторая / — на приводной вал топливного насоса, третья / / ( разъемная), являющаяся ведущей, смонтирована на коленчатом валу. Шестерни /, 9 и 11 изготовлены из стали 45, а шестерня 13 — из стали 50; все они терметически обработаны.  [1]

Поскольку кулачковый вал топливного насоса четырехтактного дизеля вращается с частотой, в два раза меньшей частоты вращения коленчатого вала, количество выступов на кулачке 18 должно равняться числу обслуживаемых плунжерной парой цилиндров.  [2]

Положение кулачковых валов топливных насосов проверяют и регулируют в следующих случаях: при текущих ТР-3 и капитальных ремонтах; в случае замены верхнего коленчатого вала, валов топливных насосов, зубчатых колес вертикальной передачи; при выставлении угла опережения нижнего коленчатого вала. В других случаях кулачковые валы устанавливают по монтажным меткам. Положение валов топливных насосов проверяют и регулируют по кулачкам первого цилиндра. Проверку выполняют после окончательного соединения и закрепления коленчатых валов, вертикальной передачи и других деталей, влияющих на их положение. Для этого нижний коленчатый вал проворачивают по ходу до совмещения метки IT, нанесенной на ведущем диске муфты соединения с тяговым генератором, с указательной стрелкой. Проверив положение кулачков первого цилиндра ( вершины кулачков должны быть направлены вверх), на левый и правый толкатели вместо топливных насосов устанавливают индикаторные приспособления.  [3]

Правильность установки кулачкового вала топливных насосов проверяют таким образом. При этом ролик рычага толкателя должен опираться на тыльную часть кулачка. Нуль шкалы индикатора совмещают с большой стрелкой. На конце вала привода масляного насоса укрепляют диск ( металлический или из плотной бумаги) с градуировкой на 360, а на корпусе привода — стрелку, подогнув ее острие к делениям диска. Совмещают 0 градуированного диска со стрелкой. Поворачивают коленчатый вал по ходу, пока показание индикатора не составит 5 мм. При этом деление градуированного диска 34 3 должно совпасть со стрелкой.  [5]

Во время вращения кулачкового вала топливного насоса сидящая на его конце крестовина регулятора заставляет вращаться шаровые грузы. Грузы под действием центробежных сил расходятся от оси вращения, перемещаясь по конической поверхности неподвижной тарелки и отжимая плоскую тарелку. Скользящая муфта 24 стремится повернуть рычаг 1 регулятора, соединенный с пружинами 7 и тягой 8 с рейкой 10 топливного насоса. Преодолевая усилие пружин и двигая рейку в глубь насоса, регулятор уменьшает подачу топлива в цилиндры.  [6]

Всережимный регулятор приводится во вращение от кулачкового вала топливного насоса . Грузы регулятора вращаются значительно быстрее, чем кулачковый вал насоса. Для повышения числа оборотов регулятора служит пара шестерен 28 и 31 ( фиг.  [7]

Регулятор дизеля ПД1М приводится в действие от кулачкового вала топливного насоса . Ось закреплена в отверстиях корпуса привода регулятора стяжным болтом 7 в таком положении, что канал 8 совпадает с каналом в корпусе.  [8]

Скоростные характеристики дизеля слабо зависят от угловой скорости кулачкового вала топливного насоса и в основном определяются активным ходом плунжеров.  [10]

Для обеспечения правильного положения распределительного вала двигателя и кулачкового вала топливного насоса относительно коленчатого вала шестерни /, 2, 5 и 12 устанавливают по меткам.  [11]

Эти устройства — автоматические муфты — устанавливают между кулачковым валом топливного насоса высокого давления и валом его привода или помещают на дизеле между валом и шестерней привода топливного насоса.  [13]

Он обеспечивает определение частоты вращения коленчатого вала двигателя и кулачкового вала топливного насоса , частоту вращения начала и конца действия регулятора частоты вращения, характеристики впрыскивания топлива. При подключении к анализатору осциллографа можно визуально оценивать характеристики впрыскивания.  [15]

Привод плунжеров ТНВД

Конструкция кулачкового вала зависит от исполнения насоса (блочное или индивидуальное для каждого цилиндра). Кулачковые валы изготовляют цельными или составными. Цельные валы преимущественно выполняют для блочных топливных насосов, а составные — для дизелей с индивидуальными топливными насосами. Для уменьшения массы кулачкового вала иногда выполняют осевое сверление, которое можно использовать для подвода масла к шейкам и кулачкам.

Устанавливают кулачковый вал на опорных подшипниках, число которых обусловлено нагруженностью кулачка. При небольших нагрузках между двумя опорами может находиться три-четыре и более кулачков. При установке индивидуальных насосов каждый кулачок находится между двух опор. Если кулачковый вал вставляют в блок насоса с торца, то радиус опорных шеек выполняют больше высоты кулачка и устанавливают неразъемные подшипники. При большой высоте кулачков подшипники имеют разъем. Перед установкой кулачкового вала с разъемными подшипниками в корпус насоса их скрепляют кольцами, а затем фиксируют от осевого и радиального смещений стопорными винтами. Подшипниками могут служить втулки из легкого сплава, бронзовые или латунные вкладыши, внутренние поверхности которых могут быть выполнены из антифрикционных сплавов, стальные втулки с внутренней поверхностью из антифрикционных сплавов.

Подшипники качения применяют главным образом в топливных насосах легких дизелей, когда нагрузки на кулачки небольшие и кулачковый вал устанавливают на двух опорах. При большой длине вала, расположенного на опорах качения, иногда посредине предусматривают вспомогательный подшипник.

Кулачки выполняют или как одно целое с валом, или съемными в виде кулачковых шайб. Число кулачков зависит от числа секций насоса. Взаимное расположение их «а кулачковом валу обусловлено порядком работы секций насоса. Съемные кулачковые шайбы применяют в дизелях средней и большой мощности и устанавливают обычно на распределительном валу. Преимуществом съемных шайб является то, что их изготовляют из двух половинок, которые при необходимости можно заменить новыми без демонтажа распределительного вала. Наличие съемных шайб позволяет также измерять угол опережения подачи топлива, поворачивая шайбу относительно вала перед тем как ее закрепить.

Кулачковый вал фиксируют от осевого перемещения упорными подшипниками, воспринимающими усилия от механизма привода. Упорные подшипники можно устанавливать в различных местах (вала: около приводной муфты, на средней опорной шейке или на конце вала. При установке подшипников качения один из них выполняют упорным. Упорные подшипники скольжения изготовляют из легких сплавов, легких чугунов. Они представляют собой пластинки, залитые в местах трения антифрикционными сплавами. От смещения в гнезде их крепят буртиками или штифтами. Часто фиксируют при помощи стального диска, закрепленного на торце вала и расположенного между крышкой и корпусом насоса с зазором 0,10—0,20 мм. Иногда в крышке устанавливают поршенек с пружиной. Этот поршенек упирается в каленую головку штифта, запрессованного в торец вала. Вместо подпружиненного поршенька можно устанавливать регулировочный болт с необходимым зазором между торцом болта и торцом штифта.

Подшипники насосов смазывают масляным туманом, находящимся в картере насоса, или маслом, подводимым по каналам в перегородках картера, или через внутреннюю полость вала и отверстая в его опорных шейках. В последнем случае масло подводят и к кулачкам через отверстия в них.

Привод кулачкового вала осуществляют при помощи шестерен от коленчатого вала. Передаточное отношение шестерен зависит от тактности дизеля и типа насоса высокого давления (аккумуляторный, распределительный и др.). Шестерни привода изготовляют цилиндрическими и коническими. Конические шестерни выполняют с прямыми зубьями, а цилиндрические, как правило, с косыми. Шестерни устанавливают на валы с натягом и закрепляют для предотвращения перемещений в продольном направлении винтами или гайками со стопором.

От кулачкового вала часто приводится подкачивающий насос. Тогда на валу выполняют специальный эксцентрик. От кулачкового вала приводится и регулятор дизеля.

Толкатели

В топливных насосах дизелей используют роликовые, плоские и рычажные толкатели.

Роликовые толкатели получили широкое распространение. При работе между толкателем и кулачком возникает трение качения, поэтому уменьшается износ трущихся поверхностей. Они более сложные, чем толкатели других типов, и более тяжелые, поэтому в сильно форсированных дизелях применение их затруднительно.

В корпус 1 топливного насоса высокого давления устанавливают корпус 6 толкателя (рис. а). На запрессованной в корпус оси 9 находится ролик с втулкой 8. Для предотвращения осевого поворота толкателя в процессе работы, который может привести к аварии, на оси выполнены лыски 10, заходящие в пазы 2. Смазывается ролик и его подшипник маслом, поступающим через каналы 3 в корпусе толкателя. В верхней части установлен регулировочный болт 4 с контргайкой 5, с помощью которого регулируют угол опережения впрыска для отдельных плунжерных пар и осуществляют таким образом идентичность начала подачи топлива в каждый из цилиндров дизеля. Под воздействием кулачка валика насоса толкатель совершает возвратно-поступательное движение, передавая боковые нагрузки на направляющую и осевые на торец плунжера насоса.

При конструировании толкателя необходимо стремиться к получению максимально большой опорной поверхности при минимальной общей массе. В противном случае будут иметь место большие силы инерции и большие нагрузки на детали привода. Поэтому толкатели максимально облегчают, выбирая в корпусе лишний металл (см. рис. б—з). На наружной поверхности корпуса толкателя могут быть специальные выемки, служащие резервуарами масла (рис. ж). Чтобы не уменьшить опорную поверхность толкателя, маслораспределительные выемки иногда выполняют в направляющей (рис. г).

Направляющими толкателя чаще всего служат расточки в блоке насоса (см. рис. а—г, ж, з). Иногда устанавливают чугунные втулки (см. рис. д, е, и, к), которые легко можно заменить новыми при больших износах поверхности. Применяют такие втулки главным образом в топливных насосах тяжелых дизелей.

Фиксируют роликовый толкатель от проворачивания в процессе работы при помощи двусторонних (см. рис. а) или односторонних (см. рис. в) пазов, а также специальных болтов (см. рис. е), закрепленных в блоке и входящих концами в пазы корпуса толкателя.

При работе толкателя, имеющего увеличенную длину, значительно уменьшенную массу (для его облегчения), появляется опасность некоторого перекоса корпуса толкателя в направляющей. Для предотвращения этого в верхней части корпуса закрепляют специальные направляющие (см. рис. в) или предусматривают вторую направляющую меньшего диаметра (см рис. б).

Часто практикуется установка пружин у толкателя (см. рис. б, з). В этом случае корпус толкателя выполняют так, чтобы удобно было компоновать пружины. Число пружин обусловлено силами инерцией. В легких дизелях обычно устанавливают по одной пружине, расположенной или у плунжера, или у толкателя. В тяжелых дизелях нередко встречается две и три пружины.

Оси роликов в основном запрессовывают в расточки корпуса толкателя (см рис. а—г). Их можно и фиксировать в расточках блока при помощи болтов (см. рис. ж, з). Реже применяют плавающие оси (см. рис. д, е), удерживаемые от осевых перемещений стопорными кольцами. Расточки корпуса толкателя при закреплении осей в них не изнашиваются, поэтому по длине их можно выполнять укороченными. Тогда появляется возможность несколько увеличить ширину ролика и, следовательно, уменьшить давление как между внешней поверхностью ролика и кулачком, так и между осью и подшипником. При наличии плавающей оси более равномерно изнашивается поверхность пальца. Однако тогда необходимо удлинить опорную поверхность расточек в корпусе толкателя.

Ролики можно устанавливать или непосредственно на осях (см. рис. в, г), или на втулках (см. рис. а, б, ж, з), или на игольчатых подшипниках (рис. д, е, з). При отсутствии втулок можно уменьшить габаритные размеры ролика и его массу, однако поверхностную твердость оси и ролика в месте контакта следует увеличить. При наличии втулок значительно улучшается работа узла, но это приводит к увеличению размеров ролика. Втулки можно запрессовывать в ролик (см. рис а, б), устанавливать на оси при помощи шпонки (см. рис. ж) или выполнять плавающими. При плавающих втулках (см. ж) происходит более равномерный износ, а при установке на шпонке увеличивается внешняя опорная поверхность втулки. Конструктивно проще и надежнее в работе узел с запрессованной в ролик втулкой, поэтому такой способ установки втулки встречается наиболее часто. Во многих толкателях практикуется установка игольчатых подшипников или непосредственно в расточки ролика (см. рис. д, е), или в запрессованные втулки. При наличии игольчатых подшипников улучшается работа узла, но увеличивается масса толкателя и к поверхностной твердости соприкасающихся с ними деталей предъявляются повышенные требования.

Смазка роликовых толкателей производится масляным туманом, а также маслом, подводимым по специальным каналам (см. рис. а, б, г, ж).

В насосах с золотниковым регулированием подачи топлива, в которых усилия передаются непосредственно от толкателя к плунжеру, у толкателя устанавливают устройство для регулировки угла опережения подачи в виде болта с контргайкой (см. рис. а—в). При подаче усилия через штангу это устройство размещают обычно у опоры штанги с коромыслом.

Торец плунжера чаще всего упирается в верхнюю часть толкателя. В насосах, в которых контакт плунжера с толкателем происходит в его средней части (см. рис. г, к), толкатель воспринимает нагрузки, более равномерно распределенные по его опорной поверхности, меньше перекашивается. Такую конструкцию легче осуществить в насосах с клапанным регулированием. В золотниковых насосах наличие регулировочной рейки затрудняет аналогичную компоновку.

Плоские толкатели насосов быстроходных дизелей по (конструктивному оформлению имеют много общего с плоскими толкателями системы газораспределения дизеля. Торцовым трущимся поверхностям, контактирующим с профилем кулачка, придают плоскую или сферическую форму. При плоской поверхности вследствие погрешностей изготовления и деформаций возможны задиры. Для более равномерного износа опорной поверхности толкателя и его тарелки ось кулачка смещают относительно оси толкателя на 1,5—3 мм. При этом в месте контакта создается момент, проворачивающий толкатель относительно его оси. Толкатели с плоским торцом отличаются простотой конструкции и малой стоимостью. Толкатели со сферическими головками (радиус сферы 700—1000 мм) обычно применяют с кулачками, имеющими небольшую конусность (6’—12′). Это способствует проворачиванию толкателя и равномерному износу контактирующих поверхностей.

Плоские толкатели насосов тяжелых дизелей на торцовых поверхностях имеют специальные опоры плоского и шарового типов (см. рис. и, к). При износе такие опоры сравнительно легко можно заменить.

Плоские толкатели сравнительно мало применяют в топливных насосах дизелей. Их устанавливают в насосах высокооборотных дизелей, а также при комбинации с рычажными толкателями в некоторых тяжелых дизелях.

Рычажные толкатели применяют самостоятельно или в комбинации с плоскими толкателями в основном в тяжелых дизелях. В тяжелых дизелях в системе привода возникают большие усилия. При передаче усилий интенсивно изнашивается направляющая толкателя. Поэтому устанавливают «дополнительный рычажный толкатель, значительно облегчающий работу плоского. Боковые нагрузки воспринимает ось рычажного толкателя. В месте контакта рычажного толкателя с кулачком часто устанавливают ролики (см. рис. и, к).

Устройство топливного насоса высокого давления (ТНВД): виды топливных насосов высокого давления, и принцип работы топливного насоса

Топливный насос высокого давления имеющий сокращенную аббревиатуру (ТНВД) выполняет следующие основные функции:

— подает топливо под высоким давлением в топливную систему ДВС;

— регулирует моменты впрыска топлива.

Топливный насос относится к наиболее важным устройствам, как бензиновых, так и дизельных двигателей.

ТНВД обычно применяются в дизельных двигателях. В бензиновых двигателях применение ТНВД нецелесообразно, ввиду того, что в нем не требуются такие высокие давления, как в дизельном двигателе.

Можно выделить следующие основные конструктивные элементы топливного насоса:

1. Плунжер (поршень) + Цилиндр (втулка) = Плунжерная система (пара)

Плунжерная система изготавливается из высокопрочной стали на высокотехнологическом оборудовании (станках), в связи с необходимостью высокой точности.

Всего один завод на все пост Советское пространство изготавливал плунжерные пары. Изготовление плунжерных пар сегодня происходит таким образом.

Если внимательно изучить процесс производства плунжерных пар, то отчетливо видно, что огромное значение уделяют прецизионному сопряжению (зазор между плунжерной парой). Плунжер плавно входит в цилиндр под действием собственного веса.

Как изначально упоминалось, топливный насос служит не только для подачи топлива в топливную систему, но и подает его к форсункам на каждый цилиндр на бензиновом двигателе.

Форсунки являются связующим звеном этой цепи и соединяются с насосом специальными трубопроводами. Для эффективного впрыска топлива форсунки соединяются с нижней распылительной частью с специальными отверстиями для увеличения эффективности впрыска топлива с дальнейшим воспламенением. Момент впрыска топливной смеси в камеру сгорания регулируется углом опережения зажигания.

Типы топливных насосов

1. распределительный ;
2. рядный
3. магистральный.

Рядный ТНВД

Рядный топливный насос высокого давления оснащен плунжерными парами, которые располагаются друг с другом. Их количество зависит от количества рабочих цилиндров двигателя и соответствует ему. Одна плунжерная пара обеспечивает подачу топлива только для одного цилиндра.

Пары устанавливаются в корпусе насоса, в котором имеются каналы входа и выхода. Плунжер приводится в работу при помощи кулачкового вала, который имеет привод от коленчатого вала.

При вращении кулачкового вала топливного насоса, кулачки воздействуют на толкатели плунжеров приводя их в движении внутри втулок насоса. Вследствие впускные и выпускные отверстия начинают последовательно открываться и закрываться. Когда плунжер движется вверх во втулке создается давление, которое приводит к открытию нагнетательного клапана, через который топливо подается к форсунке по топливопроводу.

Момент подачи топлива регулируется специальным устройством (муфтой центробежного типа). Работа муфты центробежного типа основана на перемещении грузиков под действием центробежной силы.

Центробежная сила изменяется по мере роста (или уменьшения) величины оборотов коленчатого вала двигателя, вследствие чего грузики расходятся к внешним краям муфты, либо сближаются к оси. Происходит смещение кулачкового вала относительно привода, что приводит к изменению работы плунжеров.

Когда обороты коленчатого вала увеличиваются – происходит ранний впрыск топлива, когда уменьшаются – поздний впрыск топлива.

Рядные топливные насосы зарекомендовали себя своей надежностью. Они совсем не привередливы к качеству топлива и смазка ТНВД осуществляется обычным моторным маслом.

Недостатки рядных топливных насосов высокого давления – их размер.

Распределительный ТНВД

Распределительный ТНВД включает в себя один или два плунжера, что зависит от объема двигателя.

И эти один или два плунжера работают на все цилиндры двигателя. Таким образом удалось не только обеспечить более равномерную подачу топлива, но и уменьшить габариты топливного насоса высокого давления. Недостатки распределительных ТНВД в их надежности и долговечности.

1. торцевой привод;
2. внутренний привод;
3. внешний привод;

Наиболее эффективными себя показали торцевые и внутренние приводы ТНВД, с меньшей нагрузкой.

Кстати, такие импортные насосы, как Bosch, оснащены именно торцевым и внутренним приводом, а внешний привод имеют насосы отечественного производства.

Основным элементом в торцевом приводе Bosch является распределительный плунжер, который создает давление и распределяет горючую смесь по цилиндрам. Плунжер распределитель при этом совершает вращательные и возвратно-поступательные перемещения при вращательных движениях кулачковой шайбы.

Плунжер совершает возвратно-поступательно движение одновременно с вращением кулачковой шайбы, которая обегает кольцо. Воздействие шайбы на плунжер обеспечивает высокое давление топлива. Возврат плунжера в начальное положение осуществляется с помощью возвратного механизма.

Именно вращательное движение плунжера, что приводится от приводного вала, способствует распределению топлива в цилиндрах. Величина подачи топлива обеспечивается с помощью электромагнитного клапана или центробежной муфты.

1. Закачка порции топлива в надплунжерное пространство;
2. Нагнетание давления за счет сжатия и распределение топлива по цилиндрам.
3. Возвращение плунжера в исходное положение. Повторение цикла работы.

Внутренний кулачковый привод ТНВД

Такой привод топливных насосов применяется в распределительных ТНВД роторного типа, например, Bosch VR, Lucas DPC. В данном типе ТНВД распределение горючей смеси происходит за счет плунжера и распределительной головки.

Распределительный вал оснащается двумя плунжерами, расположенными друг напротив друга, которые нагнетают топливо. Тем выше давление в насосе, чем меньше расстояние между плунжерами. По мере возрастания давления топливо поступает к форсункам через нагнетательные клапана.

Магистральный ТНВД

Магистральный ТНВД используется в известной системе подачи топлива Common Rail. Работа магистрального ТНВД заключается в накапливании топлива в топливной рампе, затем подается на форсунки. Давление в магистральном топливном насосе высокого давления составляет примерно 180 Мпа.

Магистральный насос бывает одно-, двух- или трех плунжерным. Приводится магистральный ТНВД от кулачкового вала.

Когда кулачки воздействуют на плунжер, тот перемещается вниз, происходит расширение компрессионной камеры, давление падает и создается разряжение, которое приводит к открытию впускного клапана, и топливо начинает поступать.

Когда плунжер подымается – давление растет и клапан закрывается. Когда давление достигает необходимой отметки, топливо через выпускной клапан нагнетается в топливную рампу.

Процесс подачи топлива в магистральном ТНВД регулируется дозирующим топливным клапаном, открытие и закрытие, которого осуществляется с помощью электроники.