2462

му режиму, грузы 4, воздействуя на тарелки 5 и 7, сжимают пружину корректора 8 на величину зазора Z2. При снижении частоты вращения, когда сила пружины 8 станет больше силы грузиков 4, они переместятся к оси вала 1 на величину зазора Z2, подача топлива будет увеличена. Зазор Z2 регулируется толщиной прокладок.

Изменение формы характеристики зависит от частоты вращения, перемещения Z1 и Z2 грузов, положения рычага 16.

Внешняя скоростная характеристика обеспечивается, когда рычаг управления 16 упирается в винт 18, частичные – при положении рычага в зоне между винтами 18 и 17. В зоне между первыми (1–2) и вторым (4–6) режимами требуемая подача топлив устанавливается рычагом 16.

1.4. Всережимный регулятор частоты вращения топливного насоса дизеля КамАЗ -740

Для ограничения максимальных частот вращения коленчатого вала двигателя и обеспечения необходимой цикловой подачи топлива на режиме пуска, холостого хода, номинальной мощности, максимального крутящего момента и других нагрузках у насоса высокого давления имеется регулятор. По конструктивному исполнению регуляторы бывают всережимные, двухрежимные и однорежимные.

На рис. 1.13 приведен пример скоростной характеристики насоса высокого давления с регуляторными ветвями. Данная характеристика может быть получена только с применением всережимного (многорежимного) регулятора частоты вращения. При положении рычага управления подачей топлива на упоре (максимальное натяжение главной пружины регулятора) получается внешняя скоростная характеристика насоса (точки

1 – 10). Участки характеристики 8 –11; 7 –12; 6 –13; 5 –14; 4 –15; 3 –16;

2 –17 называют регуляторными характеристиками, они получены при различных натяжениях (усилиях) главной пружины регулятора.

Регуляторы могут иметь прямые и обратные корректоры. Прямой корректор увеличивает подачу топлива на 10 – 20% при снижении частоты вращения (например, резко увеличивается нагрузка). Обратный корректор снижает подачу топлива при малых частотах вращения коленчатого вала для уменьшения сажи в отработавших газах. Применяют также корректоры цикловой подачи в зависимости от давления, создаваемого агрегатами наддува воздуха.

21

Рис. 1.13. Скоростная характеристика насоса (внешняя и регуляторная):

точка 1 – подача топлива на режиме пуска; 7 – подача топлива на режиме максимального крутящего

момента; 9 – подача (цикловая) топлива на режиме номинальной мощности; 10 – полное выключение подачи топлива при помощи всережимного регулятора

На рис. 1.14 показан общий вид насоса высокого давления дизеля КамАЗ с механическим регулятором частоты вращения.

Рис. 1.14. Насос высокого давления с механическим регулятором

22

В настоящее время в эксплуатации еще находятся дизели типа КамАЗ -740 с управлением насоса высокого давления при помощи механического регулятора. Ниже приводятся его устройство и порядок регулирования.

Рассмотрим принцип действия всережимного регулятора и методику его регулирования. На рис. 1.15 приведена схема всережимного регулятора двигателя КамАЗ -740 [3].

Рис. 1.15. Схема всережимного регулятора насоса высокого давления типа 33 двигателя КамАЗ -740:

1 – державка грузов; 2 – грузы регулятора; 3 – муфта; 4 – винт регулировки общей подачи топлива; 5 – корпус насоса; 6 – болт регулировки пусковой подачи; 7 – болт

ограничения хода рычага останова; 8 – рейка насоса; 9 – замок; 10 – поводок плунжера; 11 – рычаг регулятора;

12 – промежуточный рычаг; 13 – рычаг муфты грузов; 14 – прямой корректор; 15 – главная пружина регулятора;

16 – болт регулировки минимальной частоты вращения;

17 – болт ограничения максимальной частоты вращения;

18 – рычаг управления подачей топлива (регулятором); 19 – ось рычагов регулятора; 20 – обратный корректор; П – пружина; Ш – шайба; Г – гайка

23

Положение рейки насоса 8 влияет на угол поворота поводка плунжера 10, его активный ход и величину подачи топлива, которая изменяется от нуля до 210 мм3 за впрыск. Рейка 8 перемещается влево и вправо при помощи рычага 13, на который действуют силы грузиков 2 и пружины регулятора 15.

Центробежная сила грузиков определяется выражением

где m – масса грузов, кг; R – радиус вращения центра масс грузов, м;

= n – угловая скорость вращения грузов 1/с; n – частота вращения

30

грузов, мин –1.

При массе грузов 0,01 кг, радиусе вращения центра масс 0,02 м, номинальной частоте вращения вала насоса 1300 мин-1 с учетом передаточного отношения привода регулятора, равного 2,3, центробежная сила будет равна 200 Н. При равенстве плеч грузиков и их лапок усилие на муфте будет равно 200 Н.

Для обеспечения постоянного положения рейки насоса, например на режиме номинальной мощности, со стороны пружины регулятора должна быть обеспечена сила, равная центробежной силе грузиков. Например, при жесткости пружины регулятора в 50 Н/мм пружина

где с – жесткость пружины, Н/мм; у – величина растяжения пружины, мм. При равенстве Fц и Fпр рейка находится в неподвижном состоянии, обеспечивая требуемую подачу топлива. Если Fц › Fпр, рейка перемеща-

ется в сторону уменьшения подачи, и наоборот.

При регулировке топливной аппаратуры пользуются понятием цикловая подача (подача за один ход плунжера). Циклом называют совокупность (множество) тактов, обуславливающих работу двигателя. Цикл четырехтактного двигателя включает такты впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск. Рабочий цикл у четырехтактного двигателя продолжается 720о, а такт – 180о. Примерно за 20о до ВМТ поршня на такте сжатия в воздух, сжатый в камере сгорания до температуры 500–600 оС, подается под высоким давлением (40–60 МПа) распыленное топливо.

24

Для режима номинальной мощности двигателя цикловую подачу определяют по формуле [1]

где qе – удельный эффективный расход топлива, г/(кВт·ч); Nе – эффективная номинальная мощность, кВт; i – число цилиндров; nн – частота вращения вала насоса, мин-1; ρт – плотность топлива.

Так, для двигателя КамАЗ -740 при qе = 220 г/(кВт·ч); Nе = 176 кВт; i = 8; nн = 1300 мин-1; ρт = 0,83 г/см3 величина qц = 75 мм3/цикл (на двигателе).

У современных двигателей КамАЗ частота вращения коленчатого вала на номинальном режиме снижена до 1900 мин-1. Внедрение электронной системы подачи топлива позволило снизить удельный эффективный расход топлива до 200 г/(кВт·ч).

В табл. 1.2 представлены технические характеристики дизелей

Цикловую подачу измеряют на стенде, используя мензурки с делением, счетчик циклов и шторку с приводом от электромагнита, открывающую или закрывающую поток топлива из форсунок. Если за 100 циклов в мензурку подано 20 см3 (20000 мм3), то подача за цикл будет равна 200 мм3.

При работе двигателя вращается кулачковый вал насоса и державка грузов 1 (см. рис. 1.15). Под действием центробежной силы грузики 2 расходятся и своими лапками перемещают муфту 3 вправо, воздействуя на рычаг муфты 13. При натяжении пружины регулятора 15 рычагом управления 18 рычаг регулятора 11 прижимается к болту 4, которым ре-

25

гулируют общую подачу топлива. На режиме (nн = 1300 мин-1) номинальной мощности, когда пружина 15 максимально растянута (рычаг 18 упирается в винт 17), промежуточный рычаг 13 прижат к рычагу 12 (δ3= 0), а рычаг 12 упирается в рычаг 11 (δ2= 0). Пружины прямого корректора 14 и обратного 20 (противодымного) сжаты.

Прямой корректор 14 служит для увеличения подачи топлива на режиме максимального крутящего момента (nн = 800 – 900 мин-1). Это позволяет увеличить крутящий момент двигателя на перегрузках и повысить его проходимость. Коррекция (изменение) подачи топлива зависит от зазора δ2 между рычагами 11 и 12. Чем больше этот зазор, тем на бо́льшую величину перемещаются влево рычаги 12, 13 и рейка насоса 8. При этом повышается подача топлива в результате поворота плунжера насоса высокого давления и увеличения его активного хода.

Начало действия корректора зависит от усилия пружины корректора, которое регулируется прокладками или винтом. Полное выступание штока корректора должно быть при nн = 800–900 мин-1 (Мкр max = 650 Н·м). При этом крутящий момент двигателя увеличивается на 20% по сравнению с номинальным (основным) режимом.

При частоте вращения вала насоса ниже 700 мин-1 в работу вступает обратный (антидымный) корректор 20. Когда сила пружины корректора станет больше силы грузов, рычаг 13 отходит от опорной поверхности рычага 12. Рычаг 13 поворачивается вокруг своей оси, перемещая рейку 8 вправо (в сторону уменьшения подачи).

Регулировка номинальной подачи топлива и начала действия регулятора

На рис. 1.16 показана крышка насоса высокого давления с рычагами управления топливной аппаратурой дизеля КамАЗ -740.

1.При помощи специального приспособления рычаг 1 прижимают

кболту 7 и фиксируют его.

2.Включив стенд и установив частоту вращения вала насоса, равную 1300 мин –1, наблюдают подачу топлива через все форсунки.

3.Увеличив частоту вращения до 1350–1370 мин –1, проверяют начало действия регулятора. Подача топлива должна уменьшиться до 60–70 мм3. Полное выключение подачи должно произойти при частоте nн = 1450–1500 мин –1. Начало действия регулятора контролируют винтом 7 (выкручивая – частота вращения увеличивается, закручивая – уменьшается).

26

4.Устанавливают частоту вращения вала насоса 1300 мин –1 , а счетчик циклов в положение 1000.

5.Включают измерительное устройство, объем топлива в мензурках должен быть 78–80 см3 (78–80 мм3/цикл).

Рис. 1.16. Крышка регулятора с рычагами управления (насос типа 33):

1 – рычаг управления регулятором;

2 – болт ограничения минимальной частоты вращения; 3 – рычаг останова; 4 – пробка наливного отверстия; 5 – болт регулировки пусковой подачи; 6 – болт регулировки хода рычага останова; 7 – болт ограничения максимальной частоты вращения

Если во всех секциях подача топлива намного больше или меньше заданного значения, то, сняв крышку насоса, подачу регулируют винтом 4 (см. рис. 1.15). При закручивании винта отверткой на один оборот подача увеличивается на 10 мм3, при выкручивании – уменьшается. По всем секциям подача должна быть равной. Неравномерность подачи по секциям не должна превышать 3%. Она зависит от износа прецизионных пар насоса и форсунки, разной по величине регулировки форсунок на давление начала открытия иглы и других факторов. Для окончательной регулировки отпускают гайки крепления фланца корпуса секции на

27

два оборота и, поворачивая его на 5–10о, производят изменение подачи (по часовой стрелке – меньше, против часовой стрелки – больше).

Последние модификации насосов высокого давления имеют меньшую по величине частоту вращения вала, но большую цикловую подачу топлива.

Рис. 1.17. Внешняя скоростная (контрольная) характеристика насоса:

1 – режим пуска; 2 – холостой ход; 3 – 4 – зона работы антидымного корректора; 4 – режим максимального крутящего момента;

4 – 5 – зона работы прямого корректора; 5 – режим номинальной мощности; 6 – начало действия регулятора;

7 – прекращение подачи топлива

Внешняя скоростная (контрольная) характеристика насоса показана на рис. 1.17.

1.5.Регулятор частоты вращения вала насоса

сэлектромагнитом поворотного типа

Насос высокого давления с электронным регулятором (рис. 1.18) не имеет рычагов управления. Данный регулятор выполняет такие же функции, как и регулятор с механическим управлением. Он способен на всех нагрузочных и скоростных режимах без задержки, с высокой точностью подавать необходимое количество топлива в камеру сгорания

28

дизеля. Ограничивать максимальные частоты вращения коленчатого вала дизеля. Подбирать оптимальный угол опережения впрыска топлива, обеспечивая снижение расхода топлива и уменьшение токсичности отработавших газов.

Насосы комплектуются поворотным исполнительным механизмом управления рейкой. Насосы данного семейства обеспечивают цикловую подачу топлива до 210 мм3 и максимальное давление впрыска топлива до 135 МПа.

На рис. 1.19 и 1.20 показан общий вид электронного блока управления М230.Е3 и электромагнит поворота типа 337-23 для управления рейкой топливного насоса и обеспечения нужным количеством дизельного топлива при работе дизеля на всех возможных нагрузочных и скоростных режимах.

Рис. 1.18. Насос высокого давления типа 337-23 с электронным регулятором

Рис. 1.19. Многопроцессорный электронный блок управления М230. Е3

29

Рис. 1.20. Электромагнит поворотного типа 337-23 для управления рейкой топливного насоса

Из анализа рис. 1.20 следует, что на выходном валу поворотного электромагнита закреплен рычаг с выступом для соединения с механизмом перемещения реек насоса высокого давления. Для возврата рычага

висходное положение применена пружина растяжения.

Всистеме автоматического регулирования подачи топлива кроме электронного блока управления (ЭБУ) М230.Е3 и исполнительного механизма типа 337-23 должны быть датчики частоты вращения коленчатого вала, давления и температуры наддувочного воздуха, температуры охлаждающей жидкости, температуры топлива, положения педали подачи топлива, давления и температуры моторного масла.

Исполнительным механизмом (актуатором) может быть электродвигатель с редуктором, управляемый электронным блоком. В качестве

моторчика используем электродвигатель постоянного тока типа 12V 993 647 060, напряжением питания 12 вольт, током нагрузки 3 А, мощностью 30 Вт, крутящим моментом на валу (роторе) МВ = 0,1 Н∙м, частотой вращения nэ = 3500 мин-1, с числом зубьев ведущей прямозубой шестерни 9, диаметром 27 мм.

На рис. 1.21 приведена схема исполнительного механизма для перемещения рейки насоса 8 (см. рис. 1.15) и поворота поводка плунжера 10 с целью изменения цикловой подачи топлива и выбора ее оптимальной величины.

30