§ 3. Паливні насоси (пнвт) багатоплунжерні та розподільного типу

§ 3.1 Рядні багатоплунжерні пнвт

Схема системи живлення зі стандартним рядним багатоплунжерним ПНВТ наведена на рис. 10. Прийняття більш жорстких екологічних норм привело до удосконалення конструкції їх і до появи ПНВТ з додатковою втулкою та електронним керуванням (рис. 11).

Рядні багатоплунжерні ПНВТ використовують для дизелів з числом циліндрів від 2 до 12 та потужністю 10–200 кВт на циліндр. Їх використовують для стаціонарних дизелів, вантажних автомобілів, сільськогосподарських та будівельних машин.

Рис. 10. Схема системи живлення з рядним багатоплунжерним ПНВТ: 1 — паливний бак; 2 — фільтр тонкого очищення; 3 — муфта випередження впорскування палива; 4 — ПНВТ; 5 — паливопідкачувальний насос; 6 — регулятор частоти обертання; 7 — педаль подачі палива; 8 — магістраль високого тиску; 9 — форсунка; 10 — магістраль зворотного зливу палива; 11 — свіча розжарювання; 12 — пристрій керування включенням свіч розжарювання; 13 — акумуляторна батарея; 14 — вимикач свіч розжарювання; 15 — ДВЗ

Рис. 11. Схема системи живлення з рядним багатоплунжерним ПНВТ з додатковою втулкою: 1 — паливний бак; 2 — фільтр тонкого очищення; 3 — електромагнітний запірний клапан; 4 — ПНВТ; 5 — паливопідкачувальний насос; 6 — датчик температури палива; 7 — механізм зміни моменту початку подачі палива; 8 — механізм зміни величини циклової подачі палива; 9 — форсунка; 10 — свіча розжарювання; 11 — датчик температури охолодної рідини; 12 — датчик частоти обертання колінчастого вала; 13 — ДВЗ; 14 — пристрій керування включенням свіч розжарювання; 15 — блок керування ДВЗ; 16 — датчик температури повітря; 17 — датчик тиску наддуву; 18 — турбокомпресор; 19 — педаль подачі палива; 20 — роз’їм електричного з’єднання; 21 — тахограф; 22 — датчики педалей; 23 — акумуляторна батарея; 24 — діагностичний монітор; 25 — вимикач свіч розжарювання

Рис.12. Конструкція секції рядного ПНВТ:1 — нагнітальний клапан; 2 — втулка плунжера; 3 — плунжер; 4 — рейка; 5 — поворотна втулка; 6 — пружина плунжера; 7 — регулювальний болт; 8 — роликовий штовхач; 9 — кулачковий вал; 10 — зубчастий хомут; 11 — регулювальний люк

Рядні паливні насоси (рис. 12) звичайно поєднують в одному корпусі кілька насосних елементів (секцій). Вони приводяться від колінчастого вала. Частота обертання вала удвічі менша за частоту обертання колінчастого вала (у чотиритактних ДВЗ). Плунжер приводиться в рух кулачком вала через роликовий штовхач. Зворотний рух плунжер робить під дією пружини. Робота насосної секції відбувається у такий спосіб (рис. 13). Коли плунжер рухається вниз, паливо через канал і вікно заповнює надплунжерний простір. При русі нагору плунжер перекриває вікно у гільзі. З цього моменту паливо у надплунжерному просторі починає стискуватися і при тиску порядку 1 МПа підіймає нагнітальний клапан, переборюючи зусилля його пружини. Форсунка робить впорскування палива в циліндр. У той момент, коли відсічна кромка каналу на плунжері відкриє відсічне вікно, паливо з великою швидкістю спрямовується в пропускну порожнину. Тиск над плунжером швидко знижується і нагнітальний клапан під дією пружини і тиску палива почне опускатися вниз. З метою різкого відсічення подачі палива, нагнітальний клапан має розвантажувальний пасок. При вході циліндричного паска у напрямний канал сідла клапана відбувається роз’єднання трубопроводів високого тиску від секції насоса. Розвантажувальний пасок, опускаючись, різко знижує тиск у трубопроводах. Іноді функції розвантажувального паска виконує додатковий зворотний клапан.

Різке відсічення подачі палива і зниження залишкового тиску в нагнітальному трубопроводі запобігає підтіканню палива із сопел форсунки і повторному впорскуванню.

Після закінчення впорскування конус нагнітального клапана відокремлює об`єм трубопроводів від надплунжерного простору. Невеликий і майже постійний тиск у нагнітальних трубопроводах обумовлює ідентичну подачу палива на різних режимах роботи двигуна.

а	б	в	г
Рис. 13. Схема роботи секції ПНВТ: а — витиснення; б — впорскування (активний хід); в — відсічка; г — наповнення; 1 — впускне вікно; 2 — втулка; 3 — плунжер; 4 — штуцер; 5 — нагнітальний клапан; 6 — отвір; 7 — зливне вікно; 8 — відсічна кромка.

Регулювання кількості палива, що впорскується, здійснюється поворотом плунжера навколо його подовжньої осі (рис. 14). Звичайно це здійснюється за допомогою зубчастої або вилчастої рейки. При повороті плунжера косою відсічною кромкою змінюється момент відкриття пропускного вікна, тобто змінюється величина подачі палива насосною секцією. Типи плунжерів зображені на рис. 15.

Матеріали, що використовують для плунжерних пар, повинні мати високу зносостійкість і твердість, зберігати розміри і геометричну форму, мати малий коефіцієнт лінійного розширення. Для втулки і плунжера використовують леговані сталі ШХ15 і ХВГ, хромомолібденові сталі типу 30ХН3ВА. Високі вимоги пред’являються до якості механічної обробки цих деталей. Відібрані плунжерні пари сортують на групи за гідрощільністю. У насос установлюють пари однієї групи. Після притирання і перевірки плунжерну пару не розукомплектовують. За допомогою селективної збірки вдається забезпечити діаметральний зазор у них 1–3 мкм.

а	б	в
Рис. 14. Принцип золотникового регулювання подачі палива: а — нульова подача; б — часткова подача; в — повна подача.

Рис. 15. Варіанти виконання плунжерів: а, д — з несиметричним вифрезеруванням; б — з симетричним вифрезеруванням; в, е — з верхньою регулювальною кромкою; г — з двома верхніми регулювальними кромками (для двостадійного впорскування); ж — з пусковою канавкою; з — зі зворотнім відведенням палива через кільцеву канавку у плунжері; и — зі зворотнім відведенням палива через кільцеву канавку у гільзі;к — розгорнення золотникової частини плунжера; 1 — нижня відсічна кромка; 2 — верхня регулювальна кромка; 3 — пускова канавка; 4 — канавка обмеження пускової подачі; 5 — канал зворотного відведення палива; 6 — канавки для зворотного відведення палива; 7 — кільцева канавка у плунжері; 8 — кільцева канавка у гільзі

Нагнітальні клапани бувають різними за конструкцією (рис. 16).

а	б	в	г
Рис. 16. Конструкції нагнітальних клапанів: а — грибкового пір’яного; б — грибкового трубчастого; в — золотникового; г — подвійного; 1 — грибок; 2 — хвостовик; 3 — центральний отвір; 4 — розвантажувальний пасок; 5 — сідло; 6 — основний клапан; 7 — додатковий клапан; 8 — корегувальний отвір.

Збільшення швидкості руху плунжера приводить до росту тиску у надплунжерному просторі, скороченню тривалості упорскування і поліпшенню розпилювання. Однак збільшення швидкості плунжера веде до зростання інерційних сил і зносу деталей насоса. Тому прагнуть додати кулачку таку форму, при якій виходила економічна робота при задовільній зносостійкості.

Тривалість процесу упорскування в залежності від типу двигуна і режиму його роботи лежить у межах 15–30° повороту колінчастого вала. Закон подачі палива (характеристика упорскування) задається формою кулачка (рис. 17).

Рис. 17.

Для забезпечення потрібної подачі палива відповідно до режиму роботи ДВЗ і сталості частоти обертання при фіксованому положенні рейки використовують регулятори частоти обертання. За характеристиками вони можуть бути однорежимними, дворежимними або всережимними, за конструкцією — механічними відцентровими або електронними.

Регулятор встановлюють безпосередньо на ПНВТ, рейка якого з’єднана з регулювальним важелем регулятора (рис. 18). Діапазон зміни швидкісного режиму задається педаллю подачі палива, яка урівноважується відцентровою силою тягарів. При збільшенні частоти обертання відцентрова сили тягарів збільшується, муфта рухається вліво, зменшуючи подачу палива і, відповідно, частоту обертання. Аналогічно, при зменшенні частоти тягарі сходяться, рейка під дією пружини зміщується у бік збільшення подачі. Таким чином, підтримується сталий режим роботи ДВЗ. Дворежимний регулятор забезпечує сталу роботу лише у діапазоні малих обертів холостого ходу та максимальної частоти за допомогою пружин 8 та 9(рис. 18, б). На середніх обертах частота визначається лише положенням педалі подачі палива. На рис. 19 зображено будову всережимного регулятора фірми Bosch.

Всережимні регулятори використовують у тракторах та дорожніх машинах, дворежимні — у легкових та вантажних автомобілях.

а	б
Рис. 18. Схеми всережимного (а) та дворежимного (б) регуляторів: 1 — упор; 2— важіль; 3, 8, 9 — пружини; 4 — муфта; 5 — тягар; 6 — рейка ПНВТ; 7 — рухливий упор рейки; 10— втулка.

Рис. 19. Всережимний регулятор моделі Bosch RQV: 1 — рейка ПНВТ; 2 — пружина; 3 — обмежувач повної подачі; 4 — регулювальна гайка; 5 — пружина регулятора; 6 — відцентровий тягар; 7 — тяга рейки; 8 — регулювальна важіль; 9 — сухар куліси; 10 — важіль; 11 — кулачок; 12 — кривошип; 13 — повзун; 14 — підпружинений пересувний валик

У ДВЗ з наддувом величина максимальної подачі пов’язана з тиском наддуву. У нижньому діапазоні частот обертання тиск наддуву незначний, тому подачу палива треба корегувати. Для цього застосовуютькомпенсатор тиску у впускному трубопроводі (рис. 20, а).

При роботі на великій висоті над рівнем моря подачу палива треба корегувати з урахуванням зменшення наповнення циліндрів. Для цього використовують компенсатор атмосферного тиску (рис. 20, б). Принцип його дії засновано на розширенні анероїдних пластин при зростанні розрідження повітря.

Деякі ПНВТ мають коректори холостого ходу, пускові обмежувачі, стабілізатори частоти обертання.

а

б

Рис. 20. Компенсатори: тиску у впускному трубопроводі (а) та атмосферного тиску (б): 1 — гвинт; 2 — тарілка; 3 — діафрагма; 4 — пружина; 5 — напрямна втулка; 6 — шток; 7 — регулювальний вал; 8 — кривошип; 9 — тяга; 10 — рейка ПНВТ; 11 — корпус регулятора; 12 — пускова пружина; 13 — кришка регулятора; 14 — важіль; 15 — кришка анероїдної камери; 16 — анероїдні коробки; 17 — вилка; 18 — патрубок з’єднання з атмосферою; 19 — куліса

Зміну моменту початку впорскування палива у залежності від частоти обертання забезпечує муфта випередження впорскування палива. Муфта встановлюється на кулачковому валу ПНВТ, і за її допомогою вал приводиться у дію. При збільшенні частоти обертання тягарі (рис. 21) розходяться під дією відцентрової сили. При цьому вони через проставки провертають корпус і разом з ним — кулачковий вал, збільшуючи кут випередження впорскування. При зменшенні частоти під дією пружин тягарі сходяться.

Рис. 21. Муфта випередження впорскування палива: 1 — корпус; 2 — тягар; 3 — вісь; 4 — пружина; 5 — проставка; α — кут випередження впорскування палива

У сучасних ПНВТ механічний регулятор замінено на електромагнітний з програмним керуванням від електронного блоку (рис. 22).

Рис. 22. Електронний регулятор ПНВТ: 1 — рейка ПНВТ; 2 — пружина; 3 — контактне кільце датчика шляху регулювання; 4 — електромагніт; 5 — якір електромагніта; 6 — датчик частоти обертання; 7 — імпульсне кільце датчика частоти обертання; 8 — кулачковий вал ПНВТ

Для зменшення рівня шкідливих викидів на дизелях вантажних автомобілів підвищують тиск впорскування і оптимізують момент його початку.

Момент початку впорскування палива незалежно від частоти обертання регулюється у рядних ПНВТ з додатковою втулкою. Вони бувають лише з електронним керуванням. У таких системах відсутня муфта випередження впорскування.

Додаткова втулка (рис. 23) рухається вертикально у вікні гільзи плунжера, змінюючи момент початку впорскування. Робота секції зображена на рис. 24.

Рис. 23. Секція ПНВТ з додатковою втулкою: 1 — плунжер; 2 — вікно додаткової втулки; 3 — розподільний отвір; 4 — додаткова втулка; 5 — рейка ПНВТ; 6 — вал приводу додаткової втулки

Рис. 24. Схема роботи секції ПНВТ з додатковою втулкою: 1 — нагнітальний клапан; 2 — камера високого тиску; 3 — втулка плунжера; 4 — додаткова втулка; 5 — регулювальна кромка плунжера; 6 — розподільний отвір; 7 — плунжер; 8 — пружина плунжера; 9 — роликовий штовхач; 10 — кулачок; 11 — керувальний отвір; h₁ — попередній хід; h₂ — корисний хід; h₃ — холостий хід