2462

На рис. 1.4 показаны плунжерные пары в разобранном виде. В собранном виде зазор между плунжером и втулкой 1 – 2 мкм (1мкм равен

0,001 см).

Рис. 1.4. Плунжерные пары в разобранном виде

Поворот плунжера происходит при помощи рейки, соединенной рычагом с всережимным регулятором. Рейка соединяется при помощи втулки 7 с плунжером 6 (см. рис. 1.3). На некоторых насосах рейка выполняется с нанесением зубьев. Поворот плунжера осуществляется зубчатым сектором с втулкой, имеющей паз, в который входит плунжер.

Процесс подачи топлива имеет волновой характер. После прекращения подачи топлива и закрытия иглы распылителя форсунки волна давления движется в обратном направлении от форсунки к насосу. Отразившись от клапана, волна давления движется обратно к форсунке. Если давление отраженной волны будет больше давления начала открытия иглы, то игла откроется и начнется дополнительный впрыск топлива. Данное явление называют «подвпрыском», топливо плохо распыливается и сгорает с образованием сажи. При этом расход топлива резко увеличивается, в каналах распылителей возможно образование кокса. Для устранения «подвпрысков» топлива применяют разгрузку линии высокого давления при помощи особой конструкции нагнетательных клапанов.

На рис. 1.5 приведены различные виды нагнетательных клапанов. Особенностью клапана насоса фирмы Bosch (рис. 1.5, а) является

то, что в прямом направлении потока топлива он открывает обратный дроссель 2 и не оказывает сопротивления при подаче топлива. После отсечки подаваемого топлива поясок 5 нагнетательного клапана 6 произ-

11

водит разгрузку только полости штуцера. Отраженная волна давления, двигаясь от форсунки к насосу, проходит через малое отверстие в дросселе и гасится. Отсутствие отраженных волн стабилизирует подачу топлива, особенно на режиме холостого хода

Рис. 1.5. Нагнетательные клапаны:

а – клапан с обратным дросселем; б – клапан с корректирующим отверстием; в – клапан перьевой; 1 – корпус штуцера; 2 – обратный дроссель (отверстие диаметром 0,6 мм); 3 – пружина; 4 – клапан нагнетательный; 5 – поясок разгрузочный; 6 – корпус клапана;

7 – корректирующее отверстие; 8 – подводящее отверстие

При помощи клапана с корректирующим отверстием (рис. 1.5, б) изменяют внешний вид скоростной характеристики насоса высокого давления. Наибольшее распространение в насосах высокого давления получили клапаны грибкового типа (рис. 1.5, в). Клапан имеет разгрузочный поясок 5, благодаря которому при его полной посадке на седло (корпус 6) уменьшается объем в линии высокого давления (например, на 80 мм3). Уменьшение объема приводит к снижению амплитуды отраженной волны давления и устранению «подвпрыска» топлива.

На рис. 1.6 показано протекание процесса подачи топлива плунжерной парой топливного насоса высокого давления (ТНВД) дизеля [впуск топлива, начало движения плунжера вверх, момент начала нагнетания, момент отсечки (прекращения) подачи топлива].

12

Рис. 1.6. Этапы процесса подачи топлива насосной секцией

Насос высокого давления проверяют и при необходимости регулируют на специальном стенде (рис. 1.7).

Рис. 1.7. Стенд для регулирования насосов высокого давления

13

Насос высокого давления устанавливают, крепят и присоединяют к испытательному стенду. Стенд позволяет плавно изменять частоту вращения вала насоса от 0 до 3000 мин-1. На стенде установлены эталонные форсунки двигателя, для которого регулируется насос высокого давления. Например, давлением открытия игл распылителей должно быть 25 МПа, а проходные сечения распылителей – 0,3 мм2. Номинальная частота вращения коленчатого вала двигателя 2800 мин-1 (у вала насоса – 1400 мин-1). Цикловая подача должна соответствовать паспортным данным 100 ± 2 мм3.

Рычаг подачи топлива регулятора устанавливаем в максимальное положение. Включаем стенд, устанавливаем обороты вала насоса 1400 мин-1. Число циклов выбираем 400, и начинаем замер топлива, поступающее в мензурки. Через 400 циклов подача топлива в мензурки отсекается (при помощи автоматического устройства). Например, во все мензурки поступило по 40 см3 или 40000 мм3. Подача топлива за цикл будет равна 40 000/400 = 100 мм3 / цикл.

Далее проверяют цикловую подачу на режимах максимального крутящего момента, пуска и холостого хода. При необходимости насос регулируют.

Подкачивающий насос поршневого типа

На рис. 1.8 показан подкачивающий насос поршневого типа. Подкачивающий насос должен создавать давление, необходимое

для преодоления сопротивления топливных фильтров и надежно обеспечивать топливом головку секций насоса высокого давления под избыточным давлением 0,1 – 0,3 МПа при любых режимах работы двигателя. Подкачивающий насос должен иметь часовую подачу, превышающую в 1,5 – 3,0 раза часовой расход топлива двигателем. Циркулирующее топливо охлаждает корпус насоса, который нагревается в результате создания высокого давления (более 70 МПа).

Подкачивающий насос дополнительно имеет устройство для ручной прокачки топлива с целью удаления воздуха из системы питания и создания избыточного давления топлива в головке насоса.

На рис. 1.9 приведена кинематическая схема подкачивающего насоса поршневого типа [3].

14

Рис. 1.8. Подкачивающий насос поршневого типа

При вращении кулачкового вала 1 (эксцентрика) толкатель 2 и поршень 3 совершают возвратно-поступательное движение. Пружина 5 возвращает в исходное положение поршень 3, который совершает при этом такт нагнетания. При движении поршня 3 вверх впускной клапан 6 находится в закрытом состоянии, сжатое топливо открывает нагнетательный клапан 4 и топливо вытесняется в полость 11 под поршень 3. При движении толкателя 2 вниз пружина 5 перемещает поршень 3 вниз, который выталкивает топливо в полость нагнетания, фильтр и головку насоса. Клапан 4 при этом находится в закрытом состоянии. При движении поршня 3 вниз над ним создается разрежение (давление меньше атмосферного), впускной клапан 6 открывается и под действием атмосферного давления из бака топливо поступает в полость насоса. Клапаны и их посадочные гнезда выполняются обычно с плоской посадочной поверхностью и для обеспечения герметичности их притирают.

15

Рис. 1.9. Схема подкачивающего насоса: 1– кулачковый вал; 2 – толкатель;

3 – главный поршень; 4 – нагнетательный клапан; 5 – пружина возврата главного поршня;

6 – впускной клапан; 7 – пружина впускного клапана; 8 – насос ручной прокачки; 9 – поршень ручного насоса;

10 – пружина нагнетательного клапана; 11 – полость нагнетания

Давление, создаваемое насосом, обычно 0,1 – 0,3 МПа и зависит от давления открытия перепускного клапана, установленного в головке насоса.

Приведем пример расчета подкачивающего насоса для насоса высокого давления дизеля КамАЗ мощностью Ne = 265 кВт; частотой вращения вала двигателя n = 1900 мин-1; удельным расходом топлива gе = 0,22 кг/(кВт∙ч); плотностью топлива ρ = 850 кг/м3.

Принимаем диаметр и ход поршня ручного насоса 2 и 3 см; диаметр и ход главного (рабочего) поршня насоса 2,2 и 1 см; диаметр отверстий, закрываемых клапанами, 0,6 см; жесткость пружин впускного и нагнетательного клапанов 0,1 Н/мм.

16

Vг = Sг h = 3,8 1 = 3,8 см3.

5. Частота вращения вала насоса в два раза меньше частоты вращения вала двигателя и определяется из выражения

nН = 0,5 nД = 0,5 1900 = 950 мин −1 .

6. Объемная часовая подача насоса

VН = VР nн 60 ,

где VР – рабочий объем насоса; – объемный коэффициент насоса ,= 0,6 – 0,8.

VН = VР nн 60 = 3,8 950 0,6 60 = 129 960 см3 = 130 л/ч.

7. Часовой массовый расход топлива

GЧ = qe Ne = 0,22 265 = 58,3 кг/ч. 8. Часовой объемный расход топлива

VЧ = CЧ = 58,3 = 68,5 л/ч.Т 0,85

9. Коэффициент запаса подачи топлива подкачивающим насосом

K = VН = 130 = 1,9 .

VЧ 68,5

10. Определим силу (Н), действующую на главный поршень от избыточного давления топлива, равного 2 атм (2·105 Н/м2):

F = P Sг = 2 105 3,8 10−4 = 76 Н .

11.Определим жесткость главной пружины:

С= F / h = 76 / 0,01 = 7600 Н/м = 7,6 Н/мм.

17

1.3. Двухрежимный регулятор частоты вращения

Современные двигатели внутреннего сгорания оборудуются двухрежимными и всережимными регуляторами частоты вращения. Двухрежимные регуляторы обеспечивают автоматическое регулирование минимальной и максимальной частот вращения коленчатого вала двигателя (два режима). Конструкция регулятора позволяет корректировать подачу топлива по скоростной характеристике (увеличивать подачу при снижении частоты вращения). Увеличение подачи при пуске может осуществляться регуляторами или специальным ручным устройством, которое позволяет устанавливать рейку насоса в положение максимальной подачи. В условиях городского движения автомобиля с дизелем, оборудованным всережимным регулятором, расход топлива увеличивается на 5–7% по сравнению с двухрежимным. Это происходит потому, что при разгонах, в отличие от двухрежимного регулятора, всережимный регулятор переводит рейку в положение, соответствующее режиму полной подачи, а потом уже устанавливается цикловая подача в соответствии с нагрузкой.

Конструкция двухрежимного регулятора (рис. 1.10) позволяет автоматически увеличивать подачу топлива при пуске, корректировать подачу топлива при изменении частоты вращения, ограничивать максимальную частоту вращения вала двигателя.

Рис. 1.10. Общий вид двухрежимного регулятора

18

Кинематическая схема двухрежимного регулятора приведена на рис. 1.11 [1]. Вал 1 имеет втулку 2, в которой установлена муфта 3, к которой шарнирно закреплены грузы 4. На рис. 1.11 для упрощения схемы показан один груз. Второй с блоком пружин располагается симметрично под углом 180о. Тарелка 5 с пружиной 6 обеспечивает пусковую подачу. При пуске двигателя (nн =100 мин –1) центробежная сила грузов 4 незначительна. Под действием пусковой пружины 6 через тарелку 5 грузы 4 при помощи муфты 3 и рычага 13 устанавливают рейку 15 в положение наибольшей подачи топлива. На некоторых регуляторах (ЗИЛ-645) пусковой пружины нет, его функцию выполняет рычаг 20, при помощи которого водитель при пуске обеспечивает максимальную подачу топлива (150–160 мм3/цикл).

Рис. 1.11. Кинематическая схема двухрежимного регулятора: 1 – вал; 2 – втулка; 3 – муфта; 4 – грузы регулятора;

5 – тарелка пусковой пружины; 6 – пусковая пружина; 7 – тарелка корректора; 8 – пружина корректора; 9 – прокладка

корректора; 10 – тарелка; 11– пружина максимальной частоты; 12 – регулировочная гайка n max; 13 – двухплечий рычаг; 14 – вал с эксцентриком, изменяющий

положение рейки 15; 16 – рычаг управления подачей топлива; 17 – винт холостого хода; 18 – винт номинальной подачи; 19 – ось грузов; 20 – рычаг корректора пусковой подачи топлива

19

После пуска двигателя, когда центробежная сила грузов 4 станет больше силы пружины 6, тарелка 5 поднимается на величину зазора Z1, снижая подачу топлива. В зависимости от режима работы двигателя требуемая подача топлива обеспечивается рычагом управления 16, который имеет эксцентрик (кулачок) 14, перемещая рычаг 13 и рейку насоса 15 в нужное положение. Холостой ход регулируется подпружиненным винтом 17. Если рычаг 16 повернуть до сжатия пружины, то подача топлива прекратится и двигатель остановится.

На рис. 1.12 показаны внешняя и частичная скоростные характеристики насоса высокого давления с двухрежимным регулятором, которые можно изменить для двигателя с конкретной мощностью и частотой вращения коленчатого вала.

Рис. 1.12. Внешняя и частичная характеристики двигателя с двухрежимным регулятором насоса высокого давления:

1 – 6 – внешняя скоростная характеристика; 1/ – 6/ – частичная скоростная характеристика; 1// – 2// – характеристика, формирующая работу двигателя на холостом ходу

Для увеличения подачи топлива на режиме максимального крутящего момента служит прямой корректор, состоящий из тарелки корректора 7 и пружины 8 (см. рис. 1.11). На частотах, близких к номинально-

20