| Автор: AutoLubitel | Просмотров: 83666 |
Топливный насос (сокращенно ТНВД) предназначен для выполнения следующих функций — подачи горючей смеси под высоким давлением в топливную систему ДВС, а также регулирования его впрыска в определенные моменты. Именно поэтому топливный насос считается наиболее важным устройством для дизельных и бензиновых двигателей.
Преимущественно ТНВД применяются, конечно же, в дизельных двигателях. А в бензиновых двигателях ТНВД встречаются лишь в тех агрегатах, на которых используется система непосредственного впрыска топлива. При этом насос в бензиновом двигателе работает куда с меньшей нагрузкой, поскольку такое высокое давление, как в дизеле не требуется.
Основные конструктивные элементы топливного насоса — плунжер (поршень) и цилиндр (втулка) малого размера, которые объединяются в единую плунжерную систему (пару), изготовленную из высокопрочной стали с большой точностью.
На самом деле изготовление плунжерной пары довольно трудная задача, требующая специальных высокоточных станков. На весь Советский союз был, если не изменяет память, всего один завод, на котором изготавливались плунжерные пары.
Как делают плунжерные пары в нашей стране сегодня можно увидеть в этом видео:
Между плунжерной парой предусматривается очень маленький зазор, так называемое прецизионное сопряжение. Это отлично показано в видео, когда плунжер очень плавно, с зависанием под действием собственного веса входит в цилиндр.
Итак, как мы уже сказали ранее, топливный насос применяется не только для своевременной подачи горючей смеси в топливную систему, но и для распределения его через форсунки в цилиндры в соответствии с типом двигателя.
Форсунки – связующее звено в этой цепи, поэтому они соединены с насосом трубопроводами. С камерой сгорания форсунки соединяются нижней распылительной частью, оснащенной небольшими отверстиями для эффективного впрыска топлива с дальнейшим его воспламенением. Определить точный момент впрыска ТС в камеру сгорания позволяет угол опережения.
Типы топливных насосов
В зависимости от особенностей конструкции различают три основных типа ТНВД – распределительный, рядный, магистральный.
Рядный ТНВД
Этот тип топливного насоса высокого давления оснащается плунжерными парами, расположенными рядом друг с другом (потому и такое название). Их количество строго соответствует количеству рабочих цилиндров двигателя.
Таким образом, одна плунжерная пара обеспечивает подачу топлива в один цилиндр.
Пары устанавливаются в насосном корпусе, в котором предусмотрены каналы входа и выхода. Запускается плунжер при помощи кулачкового вала, соединенного, в свою очередь, с коленвалом, от которого и передается вращение.
Кулачковый вал насоса, при вращении кулачками воздействует на толкатели плунжеров, заставляя их двигаться внутри втулок насоса. При этом поочередно открываются и закрываются впускные и выпускные отверстия. При движении плунжера вверх по втулке создается давление, необходимое для открывания нагнетательного клапана, через который топливо под давлением направляется по топливопроводу к определенной форсунке.
Момент подачи топлива и регулировка его количества, необходимого в конкретный момент времени может осуществляться либо с помощью механического устройства, либо с помощью электроники. Такая регулировка нужна для корректировки подачи топлива в цилиндры двигателя в зависимости от частоты вращения коленчатого вала (оборотов двигателя).
Механическое управление обеспечивается за счет использования специальной муфты центробежного типа, которая закреплена на кулачковом валу. Принцип действия такой муфты заключен в грузиках, которые находятся внутри муфты и имеют возможность перемещаться под действием центробежной силы.
Центробежная сила изменяется с ростом (или уменьшением) величины оборотов двигателя, благодаря чему грузики либо расходятся к внешним краям муфты, либо снова сближаются к оси. Это приводит к смещению кулачкового вала относительно привода из-за чего и изменяется режим работы плунжеров и, соответственно, при увеличении частоты вращения коленвала двигателя обеспечивается ранний впрыск топлива, а поздний, как вы догадались, при снижении оборотов.
Рядные топливные насосы весьма надежны. Их смазка осуществляется моторным маслом, поступающим из системы смазки двигателя. Они совершенно не привередливы к качеству топлива. На сегодняшний день применение таких насосов из-за их громоздкости ограничено грузовыми автомобилями средней и большой грузоподъемности. Примерно до 2000 года они применялись и на легковых дизельных моторах.
Распределительный ТНВД
В отличие от рядного насоса высокого давления, у распределительного ТНВД может быть либо один, либо два плунжера в зависимости от объема двигателя и, соответственно, необходимого объема топлива.
И эти один или два плунжера обслуживают все цилиндры двигателя, которых может быть и 4, и 6, и 8, и 12. Благодаря своей конструкции, в сравнении с рядными ТНВД, распределительный насос более компактен и меньше весит, и при этом способен обеспечить более равномерную подачу топлива.
К основному недостатку данного типа насосов можно отнести их относительную недолговечность. Распределительные насосы устанавливаются только в легковые автомобили.
Распределительный ТНВД может оснащаться различными типами приводов плунжера. Все эти типы привода являются кулачковыми и бывают: торцевыми, внутренними, внешними.
Наиболее эффективными считаются торцевые и внутренние приводы, которые лишены нагрузок, создаваемых давлением топлива на приводной вал, вследствие чего они служат несколько дольше, нежели насосы с внешним кулачковым приводом.
Кстати, стоит отметить, что импортные насосы фирм Bosch и Lucas, наиболее часто использующиеся в автомобилестроении оснащены именно торцевым и внутренним приводом, а внешний привод имеют насосы серии НД отечественного производства.
Торцевой кулачковый привод
В этом типе привода, используемом в насосах Bosch VE, основным элементом является распределительный плунжер, предназначенный для создания давления и распределения топлива в топливных цилиндрах. При этом плунжер-распределитель совершает вращательные и возвратно-поступательные перемещения при вращательных движениях кулачковой шайбы.
Возвратно-поступательное перемещение плунжера осуществляется одновременно с вращением кулачковой шайбы, которая, опираясь на ролики, перемещается вдоль неподвижного кольца по радиусу, то есть, как бы обегает его.
Воздействие шайбы на плунжер обеспечивает высокое давление топлива. Возврат плунжера в исходное состояние осуществляется благодаря пружинному механизму.
Распределение топлива в цилиндрах происходит за счет того, что приводной вал обеспечивает вращательные движения плунжера.
Величина подачи топлива может быть обеспечена с помощью электронного (электромагнитный клапан) или механического (центробежная муфта) устройства. Регулировка осуществляется за счет поворота на определенный угол неподвижного (не вращающегося), регулировочного кольца.
Цикл работы насоса состоит из следующих стадий: закачка порции топлива в надплунжерное пространство, нагнетание давления за счет сжатия и распределение топлива по цилиндрам. Затем плунжер возвращается в исходное положение и цикл повторяется заново.
Внутренний кулачковый привод
Внутренний привод применяется в распределительных ТНВД роторного типа, например, в насосах Bosch VR, Lucas DPS, Lucas DPC. В таком типе насоса подача и распределение топлива осуществляется посредством двух устройств: плунжера и распределительной головки.
Распределительный вал оснащается двумя противоположно-расположенными плунжерами, которые обеспечивают процесс нагнетания топлива, чем меньше расстояние между ними, тем выше давление топлива. После нагнетания давления топливо устремляется к форсункам по каналам распредголовки через нагнетательные клапана.
Подачу топлива к плунжерам обеспечивает специальный подкачивающий насос, который может отличаться в зависимости от типа своей конструкции. Это может быть либо шестеренчатый насос, либо роторно-лопастной. Подкачивающий насос находится в корпусе насоса и приводится в действие приводным валом. Собственно, он прямо на этом валу и установлен.
Распределительный насос с внешним приводом рассматривать не будем, поскольку, скорее всего, их звезда близка к закату.
Магистральный ТНВД
Такой вид топливного насоса применяется системе подачи топлива Common Rail, в которой топливо перед тем, как поступить к форсункам сначала накапливается в топливной рампе. Магистральный насос способен обеспечить высокую подачу топлива — свыше 180 МПа.
Магистральный насос может быть одно-, двух- или трехплунжерным. Привод плунжера обеспечивается кулачковой шайбой или валом (тоже кулачковым, разумеется), которые в насосе совершают вращательные движения, проще говоря, крутятся.
При этом в определенном положении кулачков, под действием пружины плунжер перемещается вниз. В этот момент происходит расширение компрессионной камеры, за счет чего в ней снижается давление и образуется разряжение, которое заставляет открыться впускной клапан, через который топливо проходит в камеру.
Поднятие плунжера сопровождается увеличением внутрикамерного давления и закрытием клапана впуска. При достижении давления, на который настроен насос, открывается выпускной клапан, через который топливо нагнетается в рампу.
В магистральном насосе управление процессом подачи топлива реализуется дозирующим топливным клапаном (который приоткрывается или закрывается на необходимую величину) при помощи электроники.
То́пливный насо́с высо́кого давле́ния (ТНВД) ди́зельного дви́гателя является одним из наиболее сложных узлов системы топливоподачи дизельных двигателей.
Содержание
Назначение [ править | править код ]
Топливные насосы предназначены для подачи в цилиндры дизеля под определенным давлением и в определенный момент цикла, точно отмеренных порций топлива, соответствующих данной нагрузке приложенной к коленчатому валу. По способу впрыска различают топливные насосы непосредственного действия и с аккумуляторным впрыском.
В топливном насосе непосредственного действия осуществляется механический привод плунжера, а процессы нагнетания и впрыска протекают одновременно. В каждый цилиндр секция топливного насоса подает необходимую порцию топлива. Требуемое давление распыления создается движением плунжера насоса.
У топливного насоса с аккумуляторным впрыском привод рабочего плунжера осуществляется за счет сил давления сжатых газов в цилиндре двигателя или с помощью специальных пружин. На мощных тихоходных дизелях применяют аккумуляторные топливные насосы с гидравлическими аккумуляторами.
В системах с гидравлическими аккумуляторами процессы нагнетания и впрыска протекают раздельно. Предварительно топливо под высоким давлением нагнетается насосом в аккумулятор, из которого поступает к форсункам. Эта система обеспечивает качественное распыление и смесеобразование в широком диапазоне нагрузок дизеля, но из-за сложности конструкций такой насос широкого распространения не получил. Современные дизели используют технологию с управлением электромагнитными клапанами форсунок от микропроцессорного устройства (такое сочетание называется «common rail»).
Разновидности [ править | править код ]
Топливные насосы высокого давления могут быть рядными, V-образными (многосекционными) и распределительными. В рядных ТНВД насосные секции располагаются друг за другом, и каждая подает топливо в определенный цилиндр двигателя. В распределительных ТНВД, которые бывают одноплунжерными и двухплунжерными, одна насосная секция подает топливо в несколько цилиндров двигателя.
Устройство распределительного ТНВД:
- редукционный клапан;
- всережимный регулятор;
- дренажныйштуцер;
- корпус насосной секции высокого давления в сборе с плунжерной парой и нагнетательными клапанами;
- топливоподкачивающий насос;
- лючок регулятора опережения впрыска;
- корпус ТНВД;
- электромагнитный клапан выключения подачи топлива;
- кулачково-роликовое устройство привода плунжера.
Подачу топлива из бака в ТНВД обеспечивает топливоподкачивающий насос (5), а редукционный клапан (1) поддерживает стабильное давление на входе в насосную секцию ТНВД, которая расположена в корпусе (4).
Плунжерная пара насосной секции представляет собой золотниковое устройство, регулирующее количество впрыскиваемого топлива и распределяющее его по цилиндрам дизеля в соответствии с порядком их работы. Всережимный регулятор (2) обеспечивает устойчивую работу дизеля в любом режиме, задаваемом водителем с помощью педали акселератора, и ограничивает максимальные обороты коленчатого вала, а регулятор опережения впрыска топлива (6) изменяет момент подачи топлива в цилиндры в зависимости от частоты вращения коленвала.
Топливоподкачивающий насос подает в ТНВД топливо в гораздо большем объёме, чем требуется для работы дизеля. Излишки возвращаются в бак через дренажный штуцер (3). Что касается электромагнитного клапана (8), то он предназначен для остановки дизеля. При повороте ключа в замке зажигания в положение «выключено» электромагнитный клапан перекрывает подачу топлива к плунжерной паре, а значит, и в цилиндры дизеля, это и требуется, чтобы заглушить силовой агрегат.
В зависимости от давления и продолжительности впрыска, а также от величины цикловой подачи топлива существуют следующие модели рядных ТНВД:
- М (4—6 цилиндров, давление впрыска до 550 бар)
- А (2—12 цилиндров, давление впрыска до 950 бар)
- P3000 (4—12 цилиндров, давление впрыска до 950 бар)
- P7100 (4—12 цилиндров, давление впрыска до 1200 бар)
- P8000 (6—12 цилиндров, давление впрыска до 1300 бар)
- P8500 (4—12 цилиндров, давление впрыска до 1300 бар)
- R (4—12 цилиндров, давление впрыска до 1150 бар)
- P10 (6—12 цилиндров, давление впрыска до 1200 бар)
- ZW (M) (4—12 цилиндров, давление впрыска до 950 бар)
- P9 (6—12 цилиндров, давление впрыска до 1200 бар)
- CW (6—10 цилиндров, давление впрыска до 1000 бар)
- H1000 (5—8 цилиндров, давление впрыска до 1350 бар)
Общее устройство ТНВД [ править | править код ]
- Корпус.
- Крышки.
- Всережимный регулятор
- Муфта опережения впрыска.
- Подкачивающий насос.
- Кулачковый вал.
- Толкатели.
- Плунжеры с поводками или зубчатыми втулками,
- Гильзы плунжеров.
- Возвратные пружины плунжеров.
- Нагнетательные клапаны.
- Штуцеры.
- Рейка.
Принцип действия ТНВД [ править | править код ]
Вращение кулачковый вал получает через муфту опережения впрыска и зубчатую передачу от коленчатого вала. При вращении кулачкового вала кулачок набегает на толкатель и смещает его, а он в свою очередь, сжимая пружину, поднимает плунжер. При поднятии плунжера он вначале закрывает впускной канал, а затем начинает вытеснять топливо, находящееся над ним. Топливо вытесняется через нагнетательный клапан, открывшийся за счёт давления, и поступает к форсунке.
В момент движения плунжера вверх винтовой канал, находящийся на нём, совпадает со сливным каналом в гильзе. Остатки топлива, находящиеся над плунжером, начинают уходить на слив через осевой, радиальный и винтовой каналы в плунжере и сливной в гильзе. При опускании плунжера за счёт пружины открывается впускной канал, и объём над плунжером заполняется топливом от подкачивающего насоса.
Изменение количества подаваемого топлива к форсунке осуществляется поворотом плунжеров от рейки через всережимный регулятор. При повороте плунжера, если винтовой канал совпадёт со сливным раньше, то впрыснуто топлива будет меньше. При обратном повороте каналы совпадут позже, и впрыснуто топлива будет больше.
На некоторых ТНВД (например, ТНВД трактора Т-130) часть секций отключается на холостых оборотах, соответственно, отключается и часть цилиндров двигателя.
Дополнительные агрегаты ТНВД [ править | править код ]
Муфта опережения впрыска — служит для изменения угла опережения впрыска в зависимости от оборотов. По принципу действия является механизмом, использующим центробежную силу. Устройство:
- Ведущая полумуфта.
- Ведомая полумуфта.
- Грузы.
- Стяжные пружины грузов.
- Опорные пальцы грузов
Принцип действия муфты следующий. При минимальных оборотах грузы за счёт пружин стянуты к центру и положение между муфтами является исходным, при этом угол опережения впрыска находится в пределах отрегулированного параметра. При увеличении оборотов центробежная сила в грузах возрастает и разводит их, преодолевая сопротивление пружин. При этом муфты поворачиваются относительно друг друга и угол опережения впрыска увеличивается.
Всережимный регулятор — служит для изменения количества подачи топлива в зависимости от режимов работы двигателя: запуск двигателя, увеличение/уменьшение оборотов, увеличение/уменьшение нагрузки, остановка двигателя. Устройство:
- Корпус.
- Крышки.
- Державка.
- Грузы.
- Муфта.
- Рычаги.
- Скоба-кулисы.
- Регулировочные винты.
- Оттяжные пружины.
Принцип действия регулятора следующий:
- Запуск двигателя: перед запуском рейка за счёт пружины находится в положении максимальной подачи топлива, поэтому при запуске в двигатель подаётся максимальное количество топлива. Это способствует быстрому запуску. Как только двигатель начнёт развивать обороты, и центробежная сила в грузах начнёт расти, они, преодолевая сопротивление пружин, начнут расходиться в стороны и внутренними своими рычагами давить на муфту, которая будет воздействовать на рычаг, а рычаг будет тянуть рейку в сторону уменьшения подачи топлива. Обороты установятся в соответствии с натягом пружин.
- Увеличение оборотов: при нажатии на педаль «газа» натягивается пружина, которая действует на рычаг рейки и муфту. Муфта и рейка смещается, при этом преодолевается центробежная сила в грузах. Рейка смещается в сторону увеличения подачи топлива, и обороты растут.
- Увеличение нагрузки — при увеличении нагрузки и неизменном положении педали «газа» обороты снижаются, центробежная сила в грузах тоже. Грузы складываются и дают возможность сместиться муфте, рычагу и рейке в сторону увеличения подачи топлива. При снижении нагрузки обороты начинают увеличиваться, центробежная сила в грузах тоже, грузы начинают расходится и внутренними рычагами смещать муфту, рычаг и рейку в сторону уменьшения подачи топлива. Обороты при этом прекращают расти.
- Остановка двигателя — при остановке двигателя поворачивается скоба, кулиса скобы воздействует на рычаг, а рычаг — на рейку. Рейка перемещается настолько в сторону уменьшения подачи, что подача прекращается, и двигатель останавливается
Топливные насосы высокого давления предназначены для подачи топлива к форсункам. В процессе работы дизеля насосы высокого давления должны выполнять следующие функции:
- создавать высокое давление топлива у форсунки, необходимое для качественного его распиливания в камере сгорания;
- изменять количество топлива, подаваемого в камеру сгорания за цикл, в зависимости от нагрузочного режима работы дизеля;
- подавать топливо к форсунке в определенную фазу рабочего процесса дизеля и за сравнительно небольшой промежуток времени;
- подавать отмеренную порцию топлива в соответствии с характеристикой подачи, наиболее оптимальной для заданных условий протекания процесса сгорания;
- изменять начало и конец подачи топлива в зависимости от нагрузочного и скоростного режимов работы дизеля;
- увеличивать цикловую подачу во время пуска дизеля для ускорения и облегчения этого процесса;
- обеспечивать подачу топлива к форсункам многоцилиндрового дизеля в строго одинаковых количествах и в последовательности, соответствующей принятому порядку работы каждой форсунки;
- увеличивать подачу топлива при уменьшении частоты вращения коленчатого вала дизеля;
- обеспечивать сохранение высоких давлений подачи топлива при снижении нагрузки и уменьшении частоты вращения коленчатого вала дизеля;
- обеспечивать устойчивую работу дизеля на минимальных скоростных и нагрузочных режимах.
Рис. Схемы топливных насосов с различными способами регулирования подачи:
а — с переменным ходом плунжера; б — с дросселированием на перепуске, в — с дросселированием на впуске; 1 — нагнетательный клапан; 2 — всасывающий клапан, 3 — плунжер; 4 — пружина, 5 — толкатель, 6, 10 — рычаги, 7 — кулачковая шайба; 9 — дросселирующая игла; 9 — регулируемый упор
Различные топливные насосы высокого давления выполняют перечисленные функции по-разному. Создать насос, который одинаково хорошо удовлетворял бы всем требованиям, затруднительно.
По способу дозирования цикловой подачи насосы высокого давления классифицируют на насосы:
- с переменным ходом плунжера
- с дросселированием на перепуске
- с дросселированием на всасывании
- с клапанным регулированием
- с золотниковым регулированием
Насосы перечисленных типов различаются по характеристикам подачи, конструкции.
Топливные насосы с переменным ходом плунжера
Топливные насосы с переменным ходом плунжера (рис. а) имеют подачу топлива на протяжении всего хода нагнетания, происходящего при набегании кулачковой шайбы 7 на ролик толкателя 5, который передает осевое усилие на плунжер 3. Топливо через нагнетательный клапан 1 поступает в форсунку и далее в камеру сгорания дизеля. Всасывающий ход происходит под действием пружины 4 при сбегании толкателя с кулачковой шайбы. Подачу топлива регулируют изменением хода плунжера при помощи конической кулачковой шайбы. При помощи рычага 6, связанного с регулятором, шайба 7 передвигается в осевом направлении. При перемещении шайбы вправо увеличивается ход плунжера, а поэтому и цикловая подача. Наоборот, при перемещении шайбы влево цикловая подача уменьшается.
В насосах этого типа отсечка топлива отсутствует, поэтому при крайнем верхнем положении плунжера в надплунжерном пространстве топливо находится под максимальным давлением. При обратном ходе плунжера доля хода затрачивается на расширение этого топлива, вследствие чего уменьшается поступление очередной порции из всасывающей полости насоса. С увеличением частоты вращения коленчатого вала дизеля максимальное давление топлива растет, поэтому возрастает потерянная доля хода на всасывании и уменьшается цикловая подача. Это уменьшение происходит тем интенсивнее, чем меньше нагрузка дизеля, так как увеличивается объем надплунжерного объема насоса, находящегося под максимальным давлением.
Насосы этого типа имеют гладкий плунжер, сравнительно простую конструкцию, удовлетворительную характеристику подачи. Однако им присущи и недостатки, препятствующие их распространению. Основные недостатки следующие:
- при работе насоса между шайбой и роликом толкателя возникает осевая составляющая суммарной силы, увеличивающая перестановочное усилие регулятора;
- осевая сила, действующая на роликовый толкатель, приводит к повышенному износу шайбы и ролика, ухудшает условия и работы;
- малые начальные скорости движения плунжера, обусловленные движением толкателя по первому участку профиля, вызывают плохое распиливание первых порций топлива, поступающих в камеру сгорания;
- отсутствие отсечки не позволяет заканчивать подачу при резком падении давления распыливания;
- уменьшение подачи сопровождается сокращением скорости плунжера и изменением фаз подачи, что в сильной степени сказывается на качестве смесеобразования.
Топливные насосы с дросселированием на перепуске
Топливные насосы с дросселированием на перепуске имеют постоянный ход плунжера при всех нагрузках дизеля, а регулирование подачи осуществляется перепуском части топлива на протяжении всего нагнетательного хода плунжера при помощи дросселирующей иглы 8 (рис. б). Движение плунжера 3 вверх при набегании толкателя 5 на кулачковую шайбу 7 приводит к сжатию топлива в надплунжерном пространстве, закрытию всасывающего клапана 2 и открытию нагнетательного клапана 1 и дросселирующей иглы 8. Перемещение иглы 8 ограничивается упором 9, установленным на винте, который поворачивается рычагом 10. Чем больше дросселирующее сечение под иглой 8, тем медленнее происходит нарастание давления в надплунжерном пространстве, тем позже начинается подача топлива в камеру сгорания дизеля. В многоцнлиндровых дизелях дросселирующие иглы устанавливают в каждой секции насоса, а привод рычагов 10 находится под воздействием регулятора. Равномерность подачи по отдельным цилиндрам осуществляется поворотом винта, предварительно освобождаемого от рычага 10.
Насосы с дросселированием на перепуске отличаются простой конструкцией плунжера и регулирующего устройства; к недостаткам этих насосов следует отнести:
- трудную регулировку равномерности подачи с помощью иглы по отдельным цилиндрам;
- резкое увеличение цикловой подачи при повышении частоты вращения коленчатого вала;
- небольшое давление и плохое распиливание в начале подачи, отсутствие отсечки, что не дает возможности получить резкий и четкий конец впрыска топлива;
- ухудшение распиливания топлива, резкое уменьшение давления подачи при снижении нагрузки (увеличением дросселирующего сечения);
- трудное регулирование фазы подачи при изменении скоростного и нагрузочного режимов работы насоса.
Топливные насосы с дросселированием на всасывании
Топливные насосы с дросселированием на всасывании имеют дросселирующую иглу 8 у всасывающего окна (рис. в). Игла связана с винтом, находящимся под воздействием регулятора дизеля. При помощи рычага 10 можно изменять дросселирующее сечение, а следовательно и наполнение полости насоса. Работа этого насоса происходит следующим образом. При движении плунжера вниз в надплунжерном пространстве возникает разрежение, которое заполняется парами топлива. После открытия плунжерам всасывающего отверстия это пространство заполняется топливом. Чем больше частота вращения вала, тем сильнее разрежение над плунжером, тем больше сопротивление дроссселирующего сечения проходящему топливу, тем меньше интервал времени, в течение которого остается открытым всасывающее окно, тем меньшее количество топлива поступит в полость насоса.
Скоростные характеристики этого насоса имеют гиперболический вид. При малых скоростных режимах топливо успевает заполнять надплунжерное пространство насоса, поэтому подача насоса увеличивается, а при большой частоте вращения вала уменьшение времени-сечения впускного окна и увеличение гидравлического сопротивления дросселирующего сечения обусловливают сокращение подачи.
Этот способ регулирования цикловой подачи используют главным образом для дизелей небольшой мощности и в насосах распределительного типа.
Насос отличается простотой конструкции плунжера и регулирующего устройства, имеет удовлетворительную скоростную характеристику подачи. К недостаткам насоса следует отнести:
- трудность регулирования равномерности подачи в многоцилиндровых дизелях, когда иглу устанавливают в каждой секции насоса;
- небольшие давления начала подачи и отсутствие четкой отсечки в конце подачи;
- уменьшение давления подачи при снижении нагрузки дизеля;
- значительное падение цикловой подачи при повышенных скоростных режимах;
- трудность регулирования фаз подачи при различных режимах работы дизеля.
Топливные насосы с клапанным регулированием
Топливные насосы с клапанным регулированием цикловой подачи топлива могут дозировать подачу изменением начала активного хода плунжера, его конца изменением начала и конца этого хода.
Рассмотрим наиболее общий случай, когда дозируют изменением начала и конца подачи. Такое регулирование называется смешанным. В насосе со смешанным регулированием при набегании кулачковой шайбы 15 на ролик толкателя 1 плунжер 2 поднимается и вытесняет топливо через открытый всасывающий клапан 6 в приемную магистраль насоса. Одновременно с толкателем поднимается и левый конец рычага 13, противоположный выступ которого находится в контакте с толкателем 12 стержня 10, управляющего всасывающим клапаном 8 Рычаг 13 вращается на эксцентриковой оси 14. Начало подачи топлива через нагнетательный клапан 4 к форсунке совпадает с моментом отхода стержня 10 от торца клапана 6 и посадки всасывающего клапана на гнездо. Подача продолжается до подхода стержня 9 к торцу перепускного клапана 3.
Рис. Клапанный топливный насос смешанного регулирования:
1 — толкатель; 2 — плунжер, 3 — перепускной клапан, 4 — нагнетательный клапан, 5—7 — колпачки-заглушку; 8 — всасывающий клапан, 9, 10 — стержни клапанных толкателей, 11 — регулировочные болты; 12 — Клапанные толкатели, 13 — рычаг, 14 — эксцентриковая ось коромысла, 15 — кулачковая шайба
Цикловая подача (активный ход) плунжера изменяется при повороте эксцентриковой оси 14. При повороте оси изменяется расстояние между осями эксцентрика и толкателей, поэтому меняется начало и конец подачи топлива. Привод эксцентриковой оси обычно связан с регулятором дизеля. Равномерность подачи топлива по отдельным цилиндрам регулируют изменением зазора между торцами толкателей и стержней при помощи болтов 11, ввертываемых в толкатели.
Преимуществами такого насоса являются простота конструкции плунжера, автоматическое изменение начала и конца подачи при изменении частоты вращения коленчатого вала дизеля, возможность использования одной и той же кулачковой шайбы для переднего и заднего хода, удовлетворительная характеристика цикловой подачи с изменением частоты вращения коленчатого вала дизеля. К недостаткам относится усложненная конструкция насоса вследствие наличия специальных устройств для регулирования всасывающего и перепускного клапанов.
Применение этих насосов в быстроходных дизелях затруднительно в результате наличия сложного привода клапанов, а также увеличенных масс подвижных деталей. При отсутствии перепускного клапана и детален его привода насос характеризуется регулированием подачи только по началу, а при отсутствии всасывающего клапана — только по концу подачи.
Рис. Клапанный топливный насос с одним регулирующим клапаном:
1 — всасывающий клапан, 2 — нагнетательный клапан, 3 — отсечной клапан, 4 — стержень клапана; 5 — регулировочное устройство; 6 — дополнительный рычаг; 7, 9 — эксцентриковые оси; 8 — регулировочный болт; 10 — основной рычаг
В топливном насосе начало и конец подачи регулируют одним и тем же клапаном. Насос имеет всасывающий 1, нагнетательный 2 и отсечной 3 клапаны. Отсечной клапан 3 приводится в движение основным рычагом 10, связанным с толкателем насоса через стержень 4 клапана. Кроме основного рычага 10 имеется дополнительный рычаг 6. Этот рычаг одним концом входит в специальное гнездо толкателя клапана, а другим упирается в регулировочный болт 8, установленный в выступе основного рычага 10 При движении плунжера насоса вверх перемещается и конец рычага 10, установленного на эксцентриковой оси 9. Тогда регулировочный болт 8 отходит от конца дополнительного рычага 6, а пружина отсечного клапана перемещает стержень 4 клапана вниз. Когда отсечной клапан при движении вниз достигает своего гнезда, утечки через него топлива прекращаются и начинается активный ход плунжера, в течение которого сжатое топливо поступает через нагнетательный клапан 2 к форсунке. При подходе основного рычага 10 к торцу стержня 4 отсечной клапан открывается и активный ход плунжера насоса прекращается. Изменением расстояний l1 и l2 при повороте эксцентриковых осей 9 и 7 меняют начало и конец подачи, а также количество впрыскиваемого в цилиндр дизеля топлива. При увеличении расстояния l1, отсечка наступает раньше и подача топлива уменьшается, а при увеличении расстояния l2 отсечной клапан садится на гнездо позже, поэтому активный ход запаздывает и цикловая подача уменьшается. Равномерность подачи по отдельным цилиндрам изменяют регулировочным устройством 5.
Несмотря на то, что насосы с клапанным регулированием имеют удовлетворительную характеристику, простую конструкцию плунжера (гладкий), их ограниченно применяют в дизелях вследствие конструктивной. сложности и наличия дополнительных элементов. В настоящее время стремятся заменять клепанные насосы насосами золотникового типа даже на тех дизелях, на которые клапанные насосы устанавливали раньше.
Топливные насосы с золтниковым регулированием
Топливные насосы с золтниковым регулированием получили наибольшее распространение. Особенность этих насосов состоит в том, что плунжер у них выполняет одновременно функции впрыска, дозирования и регулирования фаз. На верхней части плунжера сделаны выточки определенной формы, конфигурация которых обусловлена способом дозирования цикловой подачи. В топливном насосе золотникового типа с регулированием по концу подачи при сбегании толкателя 8 с кулачка 9 пружина 6 опускает плунжер 5 вниз, а освобождаемой плунжером объем насоса заполняется через окно 2 топливом. Обратное движение плунжера происходит при набегании кулачка на ролик толкателя. По мере перекрытия плунжером окна 2 в надплунжерном полости насоса давление увеличивается, в результате чего нагнетательный клапан 1 поднимается и пропускает топливо к форсунке. При полном перекрытии плунжером окна 2 начинается активный ход плунжера, в продолжение которого все топливо вытесняется в нагнетательный топливопровод. Когда винтовая кромка 3 плунжера начинает открывать окно 2, активный ход плунжера заканчивается, топливо начинает поступать в отсечную полость, давление в надплунжерной полости насоса резко падает и впрыск топлива в камеру дизеля прекращается. Количество впрыскиваемого топлива обусловлено длиной образующей плунжера между его торцом и винтовой кромкой по диаметру окна. Поворотным устройством 4 изменяют эту длину плунжера и тем самым регулируют подачу топлива в цилиндр дизеля. Начало подачи регулируют при помощи болта 7.
Рис. Секция топливного насоса с золотниковым регулированием:
1 — нагнетательный клапан, 2 — окно, 3 — кромка плунжера, 4 — поворотное устройство, 5 — плунжер, 6 — пружина, 7 — регулировочный болт, 8 — толкатель, 9 — кулачок
Насосы с золотниковым регулированием подачи отличаются простой конструкцией, небольшими габаритными размерами. Их удобно компоновать на дизеле. Они сравнительно просты в эксплуатации и надежны в работе. К недостаткам их относятся усложнение конструкции верхней части плунжера, повышенный износ винтовой кромки и неблагоприятная скоростная характеристика подачи. Однако недостатки не преобладают над преимуществами золотниковых насосов, поэтому они получили большое распространение, особенно в быстроходных дизелях.
