Топливные насосы высокого давления

27/12/2011 в 17:56

Топливный насос высокого давления является одним из наиболее сложных узлов системы топливоподачи дизелей.

Топливные насосы предназначены для подачи в цилиндры дизеля под определенным давлением и в определенный момент точно отмеренных порций топлива, соответствующих данной нагрузке. 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 распыливания 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 распыливание и смесеобразование в широком диапазоне нагрузок дизеля, но из-за сложности конструкции такой насос широкого распространения не получил.

Топливные насосы высокого давления могут быть рядными (мно-госекцпонными) и распределительными. В рядных топливных насосах высокого давления насосные секции располагаются друг за другом и каждая подает топливо в определенный цилиндр двигателя, У распределительных топливных насосов высокого давления, которые бывают одноплунжерными и двухплунжерными, одна насосная секция подает топливо в несколько цилиндров двигателя.

На рис. 60 показан рядный топливный насос высокого давления непосредственного действия с механическим приводом плунжера золотникового типа. В одном корпусе насоса соединены шесть насосных секций по числу цилиндров двигателя. Каждая насосная секция состоит из толкателя 3, плунжерной пары (плунжера 6 и втулки 7), нагнетательного клапана и механизма поворота плунжера. Топливный насоо вместе с регулятором устанавливают на блоке дизеля и крепят к нему болтами, входящими в отверстие на приливах корпуса насоса. Основными частями насоса являются корпус, кулачковый валик и насосные секции.

Корпус насоса отлит из алюминиевого сплава и предназначен для установки в нем всех деталей насоса. К одному из торцов корпуса насоса прикреплен корпус 16 регулятора. В корпусе насоса имеются две полости: в нижней помещается кулачковый валик 2, в верхней - детали привода и насосные секции В боковой части корпуса расположен люк с крышкой, предназначенный для регулирования и осмотра механизмов насоса. В верхней части корпуса находится маслозаливное отверстие с пробкой 17, в нижней - спускное отверстие с пробкой.

В днище корпуса сделаны отверстия, в которые ввернуты пробки 21, являющиеся в то же время держателями войлочных подушек. Подушки, пропитываясь маслом, обеспечивают смазку кулачков при наклонном положении двигателя. В корпусе расточено шесть вертикальных гнезд, в которых размещены втулки плунжеров и корпуса нагнетательных клапанов. В верхней части гнёзда имеют резьбу для крепления топливоподаю-щих штуцеров 10.

Топливные насосы высокого давления

Рис. 60. Топливный насос высокого давления: а-поперечный разрез, б- продольный разрез; 7, 9 и 16 - корпуса насоса, нагнетательного клапана, регулятора и упора рейки, 2 и 20 - кулачковые валик и втулка муфты привода, 3 - толкатель плунжера, 4 - ролик толкателя, б - палец ролика, 6 - плунжер, 7 и 13 - втулки плунжера, 8 - окно входа топлива и перепуска, 10 и 18 - топли-воподающие штуцера, 11 - окно входа топлива во втулку, 12 - топливопода-ющий канал, 14 - рейка топливного насоса, 15 - регулировочный болт, 17 - пробка маслозаливного отверстия, 19 - букса шарикоподшипника, 21 - спускная пробка, 22 - крестовина грузов регулятора, 23 и 25 - коническая и плоская тарелки, 24 - груз регулятора (шар), 26 - муфта, 27 - ось рычага, 28 - шарикоподшипник, 29 - переводной рычаг, 30 - рычаг натяжения пружины, 31 - пружина, 32 - тяга

Топливные насосы высокого давления

Рис. 60 (продолжение)

В верхней части корпуса просверлен продольный топливоподводящий канал, в который с одной стороны ввернут штуцер 18 для подвода топлива; другая сторона канала закрыта заглушкой. Два резьбовых отверстия с пробками служат для выпуска воздуха из топливопод-водящего канала. В средней части корпуса насоса в горизонтальной перегородке между верхней и нижней полостями имеются направляющие толкателей плунжера. Передняя стенка корпуса топливного насоса расточена под буксу 19 шарикоподшипника, на котором устанавливается кулачковый валик.

Кулачковый валик 2 служит для периодического перемещения плунжеров насоса из нижнего положения в верхнее, изготовлен из стали и термически обработан. Кулачки выполнены заодно с валом и тщательно обработаны. Концы вала обточены на конуо и заканчиваются резьбовыми хвостовиками. Валик установлен на двух шарикоподшипниках и на одном подшипнике скольжения, расположенном в поперечной перегородке нижней части корпуса.

Расположение кулачков на валу обеспечивает необходимый порядок работы дизеля. Для уменьшения утечки масла концы кулачкового валика уплотнены самоподвнжными сальниками и внутренними маслоотражатель-ными шайбами. На правом конце кулачково го валика насажена кулачковая втулка 20 муфты привода, левый конец валика приводит в движение крестовину 22 грузов регулятора.

Рассмотрим устройство и работу отдельных частей насосной секции топливного насоса высокого давления.

Толкатели 3 плунжера передают движение от кулачкового валика плунжерам 6 насоса. Передача движения плунжеру через толкатель разгружает плунжер от боковых давлений, что значительно снижает его износ. Толкатель плунжера состоит из цилиндрического корпуса, ролика 4 с игольчатым подшипником, насаженным на палец 5, регулировочного болта 15 с контргайкой. При помощи этого болта изменяется момент подачи данной плунжерной пары. Концы пальца выступают за поверхность толкателя и входят в пазы направляющей, что исключает поворот толкателя вокруг своей оси.

Плугшерная пара (рис. 61) является основной деталью топливного насоса, при помощи которой точно отмеряются необходимые порции топлива и в нужный момент под определенным давлением подаются в цилиндр двигателя. Чтобы топливо при высоком давлении подачи не проникало через зазор между гильзой и плунжером, зазор делают чрезвычайно малым (1-3 мкм), для чего подбирают каждый плунжер к гильзе и затем тщательно притирают эти детали. Стальные плунжер и гильза закалены до высокой твердости и представляют собой точную (прецизионную) пару, в которой исключается замена одной из деталей

Топливные насосы высокого давления

Рис. 61. Плунжерная пара и сопряженные детали: 1 - плунжер, 2, 3 и 10 - перепускная канавка, втулка и отсечная кромка плунжера, 4 и 9 - окна, 5 и 6 - корпус и пружина нагнетательного клапана. 7 -штуцер отвода топлива, 8 - на гнетательныя клапан, 11 - рейка, 12 - зубчатый венец поворотной втулки, 13 - поворотная втулка

Топливные насосы высокого давления

Рнс. 62. Нагнетательный клапан в сборе: а - начало погружения пояска, б - коней погружения: 1 - корпус, 2 - раз-грузо ный поясок, 3 - пружина, 4 - клапан, 5 - канавки для прохода топлива 1 - длина части хода клапана, соответствующая разгрузке

Плунжер 1 перемещается во втулке 3 вверх от кулачка кулачкового валика при помощи толкателя, а вниз - под действием пружины. Втулка плунжера представляет собой цилиндр, плотно сидящий в корпусе насоса. В верхней утолщенной части его имеются два окна 4 и 9, которые соединяют внутреннюю полость цилиндра с топливо-подводящим каналом. Если плунжер находится в нижнем положении, оба окна открыты и полость втулки заполняется топлиеом. При движении плунжера вверх топливо в надплунжерном пространстве сжимается и вытесняется обратно в подводящую полость. Когда верхняя кромка плунжера перекроет окна 4 и 9, давление в надплунжерном пространстве резко увеличится.

Нагнетательный клапан 8 поднимается и топливо начинает нагнетаться через штуцер 7 в топливопровод высокого давления и далее к форсунке, как только давление в надплунжерном пространстве станет достаточным для преодоления давления пружины 6. При повышении давления до 20 МПа топливо, преодолевая упругость пружины, приподнимет иглу, закрывающую выходное отверстие форсунки и произойдет впрыск его в цилиндр двигателя.

При дальнейшем движении плунжера вверх винтовая отсечная кромка 10 плунжера откроет окно 9. При этом давление в надплунжерном пространстве упадет, нагнетательный клапан опустится в свое гнездо и произойдет отсечка (конец подачи). Несмотря на продолжающееся движение плунжера вверх, топливо к форсунке больше поступать не будет, так как через перепускную канавку 2 на плунжере будет уходить обратно в подводящую полость. Далее при движении вниз плунжер откроет окна 4 и 9 и надплунжерное пространство вновь заполнится топливом.

Количество подаваемого в цилиндр топлива зависит от положения отсечной косой кромки плунжера и бокового отверстия втулки. Чем больше расстояние между ними, тем позже происходит отсечка и тем больше подается топлива, т. е. количество топлива, подаваемого в цилиндры, регулируется путем смещения конца подачи. Начало подачи не изменяется и наступает в момент полного закрытия плунжером окон втулки.

Резкое снижение давления достигается благодаря разгрузочному Цилиндрическому пояску 2 (рис. 62) на клапане 4. При посадке клапана разгрузочный поясок сначала разъединяет топливопровод с надплунжерным пространством, а затем, при дальнейшем опускании увеличивает объем внутренних полостей линий высокого давления «отсасывая» из топливопровода некоторое количество топлива Благодаря этому процессу впрыск топлива в камеру сгорания дизеля резко заканчивается, уменьшается возможность его подтекания через распыливающие устройства. Это уменьшает вероятность закоксовывания сопловых отверстий распылителя и способствует лучшей работе дизеля.
Топливные насосы высокого давления

Рис. 63. Различные положения плунжера
На рис. 63 показаны различные положения плунжера: 1 - крайнее нижнее, соответствующее максимальной подаче топлива; 11 - конец нагнетания при полной подаче топлива; 111 - крайнее нижнее, соответствующее частичной подаче топлива (около половины); IV - конец нагнетания при частичной подаче топлива; V - нулевая подача; осевая канавка на боковой поверхности головки плунжера располагается против бокового отверстия его втулки. При движении плунжера вверх топливо свободно перетекает обратно в подводящую полость топливного насоса и подачи топлива в камеру сгорания дизеля не происходит.

Рассмотренный способ регулирования подачи топлива концом подачи (рис. 64, а) применяют в дизелях, которые должны работать при неизменной частоте вращения. Кроме того, можно регулировать количество подаваемого топлива изменением начала подачи или начала и конца подачи (смешанное регулирование). При регулировании началом подачи (рис. 64, б) отсечную кромку на плунжере выполняют в верхней части его головки, что при неизменном моменте конца впрыска обеспечивает регулировку подачи топлива только по началу подачи. При смешанном регулировании (рис. 64, в) изменяется как начало, так и конец подачи, что достигается наклоном кромок, определяющих моменты начала и конца подачи топлива. При этом способе получаются наилучшие эксплуатационные показатели работы дизелей на переменных режимах. Однако ввиду большой сложности данный способ применяют редко.

Топливные насосы высокого давления

Рис. 64. Регулирование подачи топлива с помощью кромок на плунжере: а -концом подачи, б - началом подачи, в - смешанное
Механизм поворота плунжера (см. рис. 61) служит для регулирования количества подаваемого топлива. Количество топлива, подаваемого в каждый цилиндр, при изменении нагрузки должно меняться, что достигается одновременным поворотом всех плунжеров в одну и ту же сторону на один и тот же угол.

На нижнюю часть каждой гильзы свободно насажена поворотная втулка 13, в прорези которой входят выступы плунжера 1, поэтому плунжер поворачивается вместе с втулкой. На верхнюю часть втулки надет зубчатый венец 12, который входит в зацепление в зубчатой рейкой 11. Последняя передвигается в нужном направлении g помощью регулятора и действует одновременно на поворотные втулки всех плунжеров. При увеличении подачи топлива рейка передвигается в сторону привода, а при уменьшении - в сторону регулятора. При регулировании плунжерных пар на одинаковую подачу зубчатый венец поворачивают относительно втулки и фиксируют на ней по установочным рискам на втулке и венце с помощью винта.

Недостатком топливных насосов с плунжером является незначительный срок службы плунжерных пар: приблизительно 3-5 тыс. ч для быстроходных и 10-30 тыс. ч для тихоходных двигателей.

Для увеличения долговечности плунжерные пары изготовляют простейшей формы без продольного паза и кромок в головке плунжера с одним или двумя отверстиями во втулке при относительных малых исходных зазорах. Такие плунжерные пары обеспечивают стабильную и равномерную подачу топлива в течение длительного срока эксплуатации. В тихоходных дизелях большой мощности с большим сроком службы применяют топливные насосы с клапанным распределением, имеющие впускные и отсечные клапаны.

На рис. 65 показан разрез топливного насоса с клапанным распределением двухтактного дизеля. При опускании плунжера 1 под действием статического давления топлива поднимается перепускной кла-, пан 3 и по топливопроводу 4 топливо поступает в надплунжерную камеру. При движении плунжера вверх давление в камере сжатия не повышается, так как клапан 3 некоторое время остается открытым. По мере поворота рычага 6, связанного с толкателем 8 плунжера, опускается толкатель 5 перепускного клапана, и клапан закрывается. После этого вытесняемое плунжером топливо поднимает нагнетательный клапан 2 и поступает по нагнетательному трубопроводу к форсунке.

Рычаг 6 насажен на эксцентриковый палец 7, связанный с регулятором. При изменении частоты вращения меняется положение грузов регулятора и соответственно положение пальца. При повышении мощности двигателя рычаг опускает толкатель 8, и при нагнетательном ходе плунжера клапан 3 раньше входит в свое гнездо, раньше начинается подача топлива, следовательно, его поступает больше к форсунке. При понижении мощности, когда частота вращения двигателя несколько повышается, регулятор, поворачивая палец, приподнимает толкатель 8, при нагнетании клапан закрывается позже и начало подачи отодвигается на более поздний момент.

Таким образом, моментом закрытия перепускного клапана регулируется момент начала впрыска топлива.

В одноцилиндровых двигателях малой мощности и многоцилиндровых средней мощности очень часто применяют односекционные топливные насосы с плунжером фланцевого типа. На рис. 66 показан распределительный топливный насос высокого давления, имеющий одну насосную секцию, которая подает топливо в несколько цилиндров двигателя. Насосы распределительного типа имеют сравнительно простую конструкцию, меньшую массу и габариты, незначительную неравномерность подачи топлива при малых нагрузках двигателя, а в процессе эксплуатации не нуждаются в регулировках.

В корпусе 29 топливного насоса расположены плунжерная пара, толкатель 4 плунжера, регулятор с приводными коническими шестернями 31 и 32, корректор 27, кулачковый вал 34 и эксцентриковый вал 30 привода топливоподкачивающего насоса.

На кулачковом валу 34 имеется четыре кулачка, расположенных в плоскости оси плунжера и действующих на роликовый толкатель 4. В состав насосной секции входят втулка 14 с плунжером 6 и дозатором 11, головка 19 с штуцером 20, нагнетательными 37 и обратными 36 клапанами, пружина 5 с опорными тарелками и поворотная втулка 7 плунжера. Головка 19 и втулка 14 плунжера стопорятся двумя штифтами 21 и скрепляются стяжной гайкой 17. Для предотвращения подтекания топлива между головкой и втулкой плунжера установлен колпачок 40. На втулке 14 плунжера сделаны центральный рабочий канал, два всасывающих отверстия 16, поперечные окна 22, которые соединяются между собой распределительными каналами 18. Втулка плунжера на нижнем конце имеет канавку 8 для запорного масляного кольца, масло к канавке подводится от системы смазки двигателя через радиальные отверстия втулки. Центральный канал 13 плунжера соединяет надплунжерное пространство через распределительное отверстие 15 с соответствующим поперечным окном 22 втулки плунжера и через поперечный отсечной канал 12 р. полостью топливоподкачивающего насоса. В канавках втулки плунжера помещаются резиновые кольца 9, которые разделяют и герметизируют топливную и масляную полости насоса.

Топливные насосы высокого давления

Рис. 65. Топливный насос высокого давления с клапанным распределением двухтактного дизеля: 1 - плунжер, 2 и 3 - нагнетательный и перепускной клапаны, 4 - подводящий топливопровод, 5 и 6 - толкатели перепускного клапана и плунжера, 6 - рычаг регулирования подачи, 7 - эксцентриковый палец

Топливные насосы высокого давления

Рис. 66. Схема распределительного топливного насоса высокого давления: а - продольный разрез, 6 - насосная секция; 1 - установочный фланец. 2 и 7 - шлицевая и позоротная втулки, 3 - стяжной болт, 4 - толкатель, I и 26 - пружины. 6 - плунжер, 8 - канавка, 9 - резиновое кольцо, 10. 31 и 32 - промежуточная и конические шестерни, 11 - дозатор, 12 - отсечной канал, 13 и 14 - центральный канал и втулка плунжера, 15, 16 и 38 - распределительное, всасывающее и калиброванное отверстья, 17 - стяжная ганка, 18 - распределительные каналы, 19 - головка. 20 - штуцер, 21 - штифт, 22 - поперечное окно. 23. 26 и 28-крышка, пружина и груз регулятора. 24- лимб. 25 - сапун, 27 - корректор, 29 - корпус. 30 и 34 - эксцентриковый и кулачковый валы. 33 - пробка отверстия для слива масла, 35 - монтажная чека, 36 и 37 - обратный и нагнетательный клапаны, 39 - упор. 40 - колпачок

Разгрузка топливопровода высокого давления осуществляется двумя клапанами с пружинами: верхнего нагнетательного 37 и нижнего обратного 36. Нагнетательный клапан плотно прикрывает седло. В центре нагнетательный клапан имеет калиброванное разгрузочное отверстие 38, которое закрывается обратным клапаном 36.

Распределительный топливный насос высокого давления работает следующим образом. Под действием вращательного движения кулачкового вала 34 плунжер 6 совершает возвратно-поступательное движение. Причем нагнетательный ход плунжера 6 происходит при набегании кулачка на ролик толкателя 4 плунжера, а всасывающий ход - под действием пружины 5. Одновременно плунжер приводится во вращательное движение от вала регулятора через шестерню 10 и поворотную втулку 7. В процессе вращения плунжера происходит распределение топлива по отдельным цилиндрам. Если кулачковый вал совершит один оборот, то плунжер сделает четыре двойных хода (рабочих цикла) и один поворот вокруг своей оси. Во время перемещения плунжера вниз топливо подается под давлением топливоподкачивающим насосом через всасывающее отверстие 16 во втулке плунжера в над-плунжерное пространство. Во время перемещения плунжера вверх часть юплива снова вытесняется во всасывающую полость.

Как только торец плунжера перекроет всасывающие отверстия 16 втулки, топливо начинает поступать через распределительное отверстие 15 плунжера и распределительные каналы 18 головки к нагнетательному клапану 37 и далее по топливопроводам высокого давления к форсунке. При работе насоса нагнетательный 37 и обратный 36 клапаны приподнимаются на 0,5-0,6 мм, их подъем ограничивает упор 89.

Подача топлива к форсунке длится до тех пор, пока кромки отсечного канала 12 плунжера не выйдут из дозатора 11. В этот момент часть топлива сливается через клапан снова в топливоподкачивающий насос и происходит разгрузка топливопровода высокого давления через отверстие 38 нагнетательного клапана. При отсечке топлива нагнетательный клапан 37 закрывает седло, препятствуя обратному протеканию топлива. Все же небольшое количество топлива под действием сил инерции проходит через калиброванное отверстие 38, открывая обратный клапан 36, что способствует резкому снижению давления в топливопроводе высокого давления.

При дальнейшем повороте кулачкового валика на ролик толкателя набегает следующий кулачок и процесс работы насосной секции повторяется, плунжер, повернувшись вокруг своей оси, соединяет следующий распределительный канал и подает топливо в очередной цилиндр. Таким образом, за один оборот плунжера топливо подается во все цилиндры двигателя.

При перемещении по плунжеру дозатора 11 происходит изменение цикловой подачи топлива. Если дозатор перемещается вниз, цикловая подача уменьшается, а при перемещении вверх - увеличивается. Во время запуска двигателя подача топлива увеличивается автоматически перемещением дозатора вверх пусковой пружиной.

Еще по теме

  • Пуск вспомогательным карбюраторным двигателем
    Вспомогательные карбюраторные двигатели в качестве пусковых особенно широко применяют на тракторных двигателях. Их устанавливают на блоке основного двигателя и включают в работу только в период пуска. Пусковые двигатели имеют не более двух цилиндров, причем одноцилиндровые выполняют обычно двухтактными, а двухцилиндровые - четырехтактными. На рис. 151 показан двухтактный пусковой карбюраторный двигатель[..]
  • Масляные фильтры
    Масляные фильтры служат для удаления из масла продуктов износа металлов и окисления масла (нагар, смолистые вещества, пыль, частицы несгоревшего топлива). По принципу действия все фильтры делятся на механические, поглощающие (емкостные), гидродинамические и магнитные. Механические фильтры по характеру набивки различают сетчатые (поверхностные), щелевые и пластинчатые и используют в качестве фильтров грубой[..]
  • Устройство элементарного карбюратора. Общие сведения.
    Система топливоподачи карбюраторных двигателей состоит из топливного бака, топливного насоса, одного или двух фильтров, топливопроводов и карбюратора. В карбюраторных двигателях основная часть процесса приготовления горючей смеси осуществляется вне цилиндра в особом приборе - карбюраторе. В карбюраторе топливо дозируется, распыливается, частично испаряется и перемешивается с воздухом. Образующаяся в карбюраторе горючая смесь[..]