Топливоподающая аппаратура дизельных двигателей
Основные требования. Топливоподающая аппаратура дизельных двигателей должна обеспечивать:
• высокое давление впрыска, необходимое для тонкого распыливания топлива;
• равномерное распределение топлива в камере сгорания в соответствии с ее формой в целях образования равномерной смеси топлива и воздуха и эффективного использования воздуха, заполняющего камеру;
• точное дозирование впрыскиваемого топлива для подачи его в камеру сгорания, а также возможность изменения в зависимости от режима работы двигателя;
• впрыск топлива в камеру сгорания в определенный момент рабочего процесса с требуемой продолжительностью по наивыгоднейшему закону впрыска и под давлением, обеспечивающим тонкое распыливание и распределение топлива в камере;
• равные условия впрыска для всех цилиндров двигателя при различных режимах его работы (момент начала подачи, ее продолжительность и момент конца подачи — отсечка);
• последовательность подачи в соответствии с порядком работы двигателя;
• длительную работоспособность без изменения начальных регулировок и без износов, влияющих на работу двигателя.
Принципиальная схема. Топливоподающая аппаратура дизельных двигателей разделяется на две основные разновидности: разделенную (преобладающее применение) и неразделенную. Разделенная аппаратура: топливный насос высокого давления и форсунки. В неразделенной аппаратуре топливный насос высокого давления конструктивно объединен с форсункой.
В разделенных системах используются многосекционные насосы или насосы распределительного типа. Каждая секция многосекционного насоса обеспечивает нагнетание и дозирование топлива только в один цилиндр. Секция насоса распределительного типа нагнетает, дозирует и распределяет топливо в определенной последовательности.
В системе питания с разделенной аппаратурой (рис. 11.2) топливо из бака 1 через фильтр грубой (предварительной) очистки 2 поступает по топливопроводу к топливоподающему насосу низкого давления 3, который нагнетает через фильтр тонкой очистки 5 к топливному насосу высокого давления 6 и далее к форсунке 7. На топливоподающем насосе установлен насос ручной подкачки 4. К корпусу насоса примыкает регулятор частоты вращения коленчатого вала дизеля.
На современных двигателях лесотранспортных машин применяются разделенные системы питания, в которых насос высокого давления и форсунка представляют собой отдельные агрегаты.
Топливный бак предназначен для хранения топлива, необходимого для длительной работы двигателя. Бак имеет крышку с сетчатым фильтром, топливозаборник, топливный фильтр, расходный кран.
Фильтр грубой (предварительной) очистки предназначен для предварительной очистки топлива от крупных механических примесей и влаги. На современных и перспективных двигателях лесовозных автомобилей в фильтрах грубой очистки устанавливается фильтрующий элемент, состоящий из сетчатого каркаса с навитым на него ворсистым хлопковым шнуром, или сменный фильтрующий элемент типа ФГ-75.
Фильтр тонкой очистки служит для окончательной очистки топлива от мелких механических примесей размеров более 4...5 мкм, не задержанных фильтром грубой очистки, перед поступлением его в топливный насос высокого давления. Двигатели лесотранспортных машин имеют сменные фильтрующие элементы, выполненные в виде стального каркаса с большим числом отверстий, обмотанного слоем ткани, на котором располагается фильтрующая масса или сменные бумажные (картонные) элементы. Фильтры тонкой очистки выполняют роль фильтра-отстойника. Механические примеси и вода отлагаются в нижней части корпуса, где обычно устанавливается еще и успокоитель.
Некоторые топливоподающие системы имеют предохранительные фильтры, установленные в топливопроводах высокого давления перед форсункой или в форсунке. Они изготовлены из многослойной сетки с впрессованными латунными шариками и предназначены для фильтра, очищающего топливо от технологических загрязнений. В нижней части корпуса имеется отверстие, закрытое пробкой, для слива отстоя. В крышке фильтра установлен кран или пробка для выпуска воздуха, попавшего в систему при ее заполнении или прокачивании.
Топливоподающий насос низкого давления предназначен для подачи топлива из топливного бака к топливному насосу высокого давления (ТНВД). На двигателях лесотранспортных машин устанавливаются топливоподающие насосы поршневого типа (рис. 11.3) с приводом от эксцентрика (кулачка) вала ТНВД. Эксцентрик 6 через ролик 5 и толкатель 4, сжимая пружины 7 и 8, перемещает поршень 3 (на схеме вверх), создавая давление на топливо, находящееся в полости А. Под действием давления впускной клапан 2 закрывается, а нагнетательный 1 открывается и топливо перетекает из полости А в полость Б. При движении поршня под действием пружины 8 выпускной клапан и топливо из полости Б нагнетается к выходному отверстию 9 насоса и далее через фильтр тонкой очистки к ТНВД. При этом в полости А создается разрежение, открывается впускной клапан 2 и поступает новая порция топлива из бака; цикл работы насоса повторяется. Пружина 7 исключает отрыв ролика 5 от эксцентрика 6.
На корпусе топливоподающего насоса установлен насос ручной подкачки т о п л и в а, предназначенный для заполнения системы питания топливом и удаления из системы воздуха после проведения технического обслуживания.
Топливный насос высокого давления предназначен для точного дозирования топлива и подачи его в строго определенный момент к форсункам. Топливные насосы высокого давления обычно классифицируются по трем признакам: конструктивному исполнению, регулированию количества подаваемого топлива и числу секций. Наиболее широко применяются золотниковые многоплунжерные насосы, регулирование количества подаваемого топлива в которых достигается поворотом плунжера. Число секций насосов может или соответствовать числу цилиндров двигателя (такие насосы называют многоплунжерным), или быть кратным числу цилиндров (такие насосы бывают одно- или двухплунжерные). Шире распространены многоплунжерные насосы.
Рассмотрим в качестве примера работу одной секции многоплунжерного топливного насоса высокого давления.
Каждая секция (см. рис. 11.4) состоит из плунжерной пары, включающей плунжер 12 и гильзу (втулку) 11, нагнетательного клапана 20, поворотной втулки 3, толкателя 2, пружины 4. На головке плунжера имеется кольцевая выточка 6, продольный канал 8 с винтовым срезом кромки 9. Работа секции протекает в такой последовательности. Плунжер в гильзе совершает возвратнопоступательное движение под воздействием кулачка кулачкового вала 1 топливного насоса и пружины 4 и может поворачиваться вокруг оси на некоторый угол с помощью рейки 5, зубчатого сектора 7 и поворотной втулки 3. Рейка 5 связана через регулятор частоты вращения с педалью подачи топлива, размещенной в кабине оператора. При опускании плунжера под воздействием пружины 4 вниз с того момента, когда его верхний срез откроет впускное окно гильзы в надплунжерное пространство из подводящего канала 1 топливо поступает под давлением около 0,2 МПа.
В начальный момент подъема плунжера под действием набегающего кулачка часть топлива, заполняющего надплунжерное пространство, вытеснится через окна в канал 1. С момента закрытия впускного окна верхним срезом плунжера давление топлива в надплунжерном пространстве начинает повышаться и топливо через нагнетательный клапан 10 поступает по каналу III к форсунке. При достижении определенного давления форсунка начнет впрыскивать топливо в цилиндр, которое будет впрыскиваться до тех пор, пока винтовая кромка 9 не откроет отверстие в гильзе, связанное с каналом II. С момента открытия винтовой кромкой отверстия в гильзе под перепадом давления топливо из надплунжерного пространства по каналу 8 и кромке 9 поступит в канал II.
Вследствие падения давления в надплунжерном пространстве нагнетательный клапан под действием пружины садится в гнездо, разобщая надплунжерное пространство и топливопровод высокого давления. Наличие на клапане разгрузочного цилиндрического пояска позволяет создать резкую отсечку подачи топлива форсункой (прекращение подачи топлива), так как топливопровод высокого давления и надплунжерное пространство разъединяются еще до посадки клапана в седло, с момента входа пояска в направляющую часть седла клапана. Дальнейшее опускание клапана вызывает снижение давления в топливопроводе, так как объем возрастает. Резкое снижение давления в топливопроводе после прекращения подачи устраняет подтекание топлива из сопла форсунки.
Поворотом втулки 3 с сектором 7 изменяется цикловая подача только конкретной секции, а перемещением рейки 5 — всех секций одновременно. Толкатель 2 имеет регулировочный винт для регулирования момента подачи топлива секцией.
Привод топливного насоса осуществляется от коленчатого вала двигателя через муфту опережения впрыска топлива, которая предназначена для автоматического изменения начала подачи топлива в цилиндры в зависимости от частоты вращения коленчатого вала.
Форсунка предназначена для впрыскивания, распыливания и распределения топлива по объему камеры сгорания. Количество впрыска топлива форсункой оценивается следующими основными показателями: тонкостью и однородностью распыливания топлива; равномерным распределением частиц распыленного топлива в камере сгорания, своевременным началом и окончанием впрыска, четкой отсечкой, поддержанием требуемого давления впрыска при различных режимах работы двигателя.
По конструктивному исполнению форсунки разделяются на две группы: открытые и закрытые. Наиболее ответственным элементом форсунки является распылитель. Количество и направление сопловых отверстий распылителя выбирается в зависимости от формы камеры сгорания и способа смесеобразования. На дизельных двигателях безрельсовых лесотранспортных машин применяются форсунки закрытого типа с гидравлическим подъемом запорной иглы распылителя.
В закрытых форсунках давление, необходимое для распыли-вания топлива, зависит от скорости нагнетания топлива насосом, отношения площадей поперечного сечения плунжера и сопловых отверстий, а также давления газов, находящихся в камере сгорания. Давление, при котором запорная игла отрывается от своего седла, определяется усилием предварительной затяжки пружины, нагружающей запорную иглу, и размерами площади ее конического пояска.
Закрытые форсунки имеют распылители с одним или несколькими отверстиями. Число отверстий зависит от способа смесеобразования и формы камеры сгорания. У двигателей с непосредственным впрыском распылитель форсунки обычно имеет несколько отверстий, которые закрываются запорной иглой. Такие форсунки называют закрытыми. Форсунки двигателей с вихрекамерным смесеобразованием имеют одно отверстие. Закрытые форсунки с распылителем, имеющим одно отверстие, выполняются штифтовыми, т. е. у них запорная игла имеет на конце штифт, придающий струе топлива желаемый конус.
Форсунки двигателя ЯМЗ-288Ф, устанавливаемого на лесовозном автомобиле KpA3-6437 (см. рис. 11.5), закрытого типа, с четырехдырчатым распылителем и гидравлическим подъемом иглы. Распылитель форсунки, состоящий из корпуса 16 и запорной иглы 14, крепится к корпусу форсунки и фиксируется от проворачивания двумя штифтами 13. Пружина 5 через штангу 12 с напрессованной тарелкой 7 прижимает запорный конус иглы к седлу распылителя. Усилие пружины можно изменять регулировочным винтом 2, который контрится гайкой 3. На гайку 4 навернут предохранительный клапан 1, имеющий резьбовое отверстие, в которое устанавливается топливопровод для отвода просочившегося из распылителя топлива. Уплотнительная шайба 6 герметизирует стык между колпаком 2 и корпусом форсунки. Из топливного насоса высокого давления топливо подводится к форсунке через штуцер 9 уплотненным в головке блока двигателя уплотнителем 10.
Топливо, пройдя фильтрацию в фильтре 8, по каналам в корпусе форсунки и распылителя поступает в кольцевую полость распылителя. С увеличением давления топлива возрастает усилие, действующее на коническую поверхность иглы распылителя, а когда это усилие превысит силу давления пружины на иглу, она поднимается и откроет сопловые отверстия. Начнется впрыск топлива в камеру сгорания. В момент отсечки топлива плунжерной парой секции ТНВД снизится давление в кольцевой полости распылителя и конус иглы сядет в седло корпуса распылителя. При этом обратный клапан секции ТНВД опустится в седло и своим разгрузочным пояском резко снизит давление топлива, тем самым создаст четкую отсечку подачи топлива форсункой.
Топливоподающая аппаратура имеет три прецизионных (высокой точности) пары: плунжерную пару, обратный клапан, распылитель форсунки.