Voznitskiy_-_Sudovye_dvigateli_vnutrennego_sgora (1)

ротокап (механизма проворачивания клапана) повышают ресурс кла­ панов, но в целом обозначенную здесь проблему они не решают.

4. При использовании топлив с высоким содержанием ванадия полезно вводить в них присадки, в состав которых входит Mg (Ameroid Mark-4, Vecom Fot-SAn др.). При сгорании топлива магний окисляется с образованием MgO, температура плавления которого составляет 2800°С. Продукты его взаимодействия с окислами ванадия уже имеют температуру плавления 800-900°С, что значительно превышает темпе­ ратуры клапанов и тем самым исключает опасность прилипания и осаждения агрессивных соединений на клапанах, лопатках турбин и утилизационных котлах. В итоге соединения ванадия в сухом виде ухо­ дят из дизеля вместе с продуктами сгорания. Опыт показывает, что эти присадки оказываются довольно эффективными в борьбе с вы ­ сокотемпературной коррозией и продлением ресурса выхлопных клапанов.

непосредственного

2000 бар потребовало уменьше­

впрыскивания

ния зазора в плунжерных парах до 2,5 мкм.

Насос приводится в действие механически от кулачковой шайбы 5 (шайба жестко закреплена на распределительном вале) и роликового толкателя 6. Обратное перемещение плунжера после нагнетательного хода осуществляется возвратной пружиной 7. Наполнение ТНВД осу­ ществляется из трубопровода 10 низкого давления (5-10 бар).

Подача топлива к форсунке 1 осуществляется трубопроводом вы­ сокого давления 9 через автоматический нагнетательный клапан 8. В форсунке установлен второй автоматический запирающий клапан 2, который называют иглой форсунки. Форсунка осуществляет распыливание топлива высокого давления, поступающего от ТНВД. Обяза­ тельным элементом ТНВД является топливорегулирующий орган (ТРО), обеспечивающий требуемое изменение g (на рисунке 12.1 не показан).

В судовых дизелях, как правило, ТА выполняется в виде отдель­ ных секций на каждый цилиндр. Рассмотренный тип ТА является пре­ обладающим на судовых дизелях, находящихся в эксплуатации.

В новых моделях дизелей (например, малооборотные дизели B&W-MAN серии ME) применяются ТНВД с гидравлическим приво­ дом плунжера и электронным регулировапнием (подробно см. § 14.2).

Схема аккумуляторной ТА приведена на рисунке 12.2.

На рисунке приведена принципиальная схема ТА новых малообо­ ротных дизелей фирмы «Зульцер» серии RT-flex. В данном случае по­ дача топлива к форсункам осуществляется из аккумулятора топлива (англ. - common rail), в котором при работе дизеля поддерживается высокое давление (1000 бар). Подкачку топлива осуществляет ТНВД, приводимый от коленчатого вала. В данной схеме ТНВД не участвует в регулировании эту функцию выполняют клапаны управления впрыс­ ком топлива, которые получают сигнал на открытие и закрытие подачи топлива из аккумулятора к форсункам от блока электронного управле­ ния. Система управления подачей топлива показана на рис. 12.2 для одного цилиндра, остальные цилиндры оборудованы такими же уст­ ройствами (подробно см. § 14.2).

§ 12.1. Принцип действия и классификация ТНВД

В насосах с механическим приводом при нахождении ролика тол­ кателя на цилиндрической части кулачковой шайбы плунжер находит­ ся в крайнем нижнем положении. При выходе ролика на вершину ку­ лачка плунжер переместится в крайнее верхнее положение. Перемеще11*

164 Судовые двигатели внутреннего сгорания

определяется геометрией кулачковой шайбы, и ее невозможно изме­ нить, поэтому масса вытесняемого плунжером топлива при нагнета­ тельном ходе будет также постоянной и определяться формулой:

Очевидно, что для изменения цикловой подачи следует сделать переменным ход плунжера. В современных ТНВД это достигается тем, что для подачи топлива к форсунке используется не весь ход плунже­ ра, а только его часть. Остальной ход плунжера затрачивается на пере­ пуск топлива обратно в магистраль наполнения. Ход плунжера, при котором топливо подается к форсунке, называют активным ходом - ha,

оставшийся hn - ходом перепуска.

Перепуск топлива может осуществляться в начале нагнетательно­ го хода плунжера, в конце подачи или и в начале и в конце подачи.

тивный ход изменяется при изменении хода перепуска. В зависимости от того, каким образом это осуществляется, различают три способа регулирования gц:

1. Регулирование концом подачи. Ход перепуска излишнего ко­ личества топлива в начале подачи остается постоянным вне зависимо­ сти от положения топливорегулирующего органа hJ/ / J = const, при этом остается постоянным и угол начала подачи топлива насосом - (рнт (отсчитывается относительно ВМТ поршня). Активный ход плунжера изменяется за счет изменения хода перепуска в конце подачи h™ —v aria, при этом угол окончания подачи насосом - <ркт будет также изменяться.

2. Регулирование началом подачи. При этом способе, наоборот,

h™ = var ia и <рНПН - var ia ; h*n = const и <ркпн - c o n s t.

3. Комбинированный способ регулирования. В этом варианте при изменении положения ТРО изменяется ход перепуска и в начале, и в конце подачи, соответственно изменяться будут и угловые фазы по­ дачи топлива.

В зависимости от конструкции механизма перепуска ТНВД под­ разделяются на насосы клапанного типа и золотниковые. В каждом из них может быть реализован любой из вышеперечисленных спосо­ бов регулирования

1 12.2. Клапанные ТНВД

Принцип работы насосов этого типа рассмотрим на примере двух­ клапанного ТНВД малооборотных дизелей фирмы «Зульцер» серий от RND до RTA. Схема насоса приведена на рисунке 12.3.

На рис. 12.3а ролик 8 толкателя плунжера 9 находится под дей­ ствием возвратной пружины 14 в контакте с цилиндрической частью кулачковой шайбы 7. Плунжер 13 находится в крайнем нижнем поло­ жении, надплунжерное пространство и вышерасположенные каналы в корпусе насоса заполнены топливом низкого давления, нагнетатель­ ный клапан закрыт. Всасывающий клапан 3 под воздействием рычага 5, опирающегося на эксцентрик 6, приоткрыт, и магистраль топлива низкого давления сообщена с правым каналом в корпусе насоса. От­ сечной 2 и обратный 1 клапаны закрыты под воздействием пружин.

что и обеспечивает закрытие клапана. Толкатель 12 опирается на ры­ чаг 10, который опирается на эксцентрик 11. Эксцентрики ТНВД всех цилиндров жестко соединены с общим валиком, на котором установ­ лен кронштейн 15. Кронштейн шарнирно соединен с топливной тягой 16, которая связана с выходным валом регулятора частоты вращения коленчатого двигателя. При воздействии регулятора на тягу 16 кронш­ тейн 15 перемещается, поворачивая эксцентрики 11 всех ТНВД по или против часовой стрелки. При этом рычаг 10 будет подниматься или опускаться, изменяя зазор S. Перечисленные элементы составляют топ­ ливорегулирующий орган клапанного ТНВД.

На установившемся режиме работы двигателя ТРО не перемеща­ ется. Нагнетательный ход осуществляется следующим образом. При вращении распределительного вала по часовой стрелке ролик 8 набе­ гает на кулак 7 и перемещает толкатель и плунжер вверх. Так как вса­ сывающий клапан 3 открыт, топливо из надплунжерного пространства перепускается в полость под клапаном и далее в магистраль наполне­ ния. При движении плунжера вверх правый конец рычага 5 опускается вниз и клапан 3 начинает закрываться. Рычаг 10 поднимает толкатель 12, и зазор S по мере движения плунжера уменьшается. Ход перепуска в начале подачи завершится в момент закрытия клапана 3. Так как к этому моменту клапан 2 еще остается закрытым, начинается активный ход плунжера, который завершится с открытием этого клапана толка­ телем 12. При дальнейшем перемещении плунжера и до конца его хода (в момент выхода ролика на вершину кулака) происходит перепуск топлива в магистраль наполнения через невозвратный клапан 1. Невоз­ вратный клапан обеспечивает дросселирование потока топлива при перепуске и разобщение надплунжерного пространства от магистрали наполнения при подходе к насосу возвратной волны давления при его колебаниях в трубопроводе низкого давления. Это предохраняет кла­ пан 2 от гидравлических ударов и кавитационной эрозии.

При движении плунжера вниз в надплунжерном пространстве давление становится меньше давления на наполнении, клапан 3 откры­ вается, преодолевая сопротивление пружины, и начинается наполне­ ние ТНВД, которое завершается при достижении плунжером нижнего положения. Далее процесс повторяется.

При неизменном положении эксцентрика 11 gI1остается постоян­ ной. При снижении внешней нагрузки на двигатель регулятор переме­ стит тягу 16 влево, эксцентрики всех ТНВД переместят рычаги 10 вверх и зазор S уменьшится. Очевидно, что при этом клапан 2 откроется

раньше, h ftl увеличится, a ha и g /; уменьшатся. При переводе ТРО в положение «стоп» тяга 16 перемещается влево настолько, что толкате­ ли 12 насосов приоткрывают клапаны 1 даже при нижнем положении плунжера. При этом перепуск топлива идет в течение всего хода плун­ жера и gq = 0. Таким образом осуществляется общее регулирование g r; по всем цилиндрам. Конструкция ТНВД позволяет в небольших преде­ лах осуществить индивидуальную подрегулировку grf в отдельных ци­ линдрах, которая необходима для выравнивания мощности по цилинд­ рам. Это осуществляется с помощью изменения длины толкателя 12. При увеличении длины толкателя зазор S уменьшается, и g[J (и сле­ довательно мощность) в данном цилиндре снижается; при сокраще­ нии длины толкателя цикловая подача топлива и мощность увели­ чиваются.

Для выравнивания максимальных давлений цикла (Р ) по цилинд­ рам необходимо изменить угол начала подачи топлива насосом ((рнпн), не изменяя величину g В насосах рассматриваемого типа (рнпн изме­ няется путем перемещения разъемной кулачной шайбы 7 относитель­ но распределительного вала (изменение угла на 1° п.к.в. изменяет Ргна 3-5 бар). Для увеличения Ргкулак смещают на требуемую величину по направлению вращения распределительного вала, для уменьшения - против вращения.

Впервых конструкциях ТНВД эксцентрики 6 не были связаны с тягой управления 16 (зафиксированы в корпусе насоса), поэтому в них gL( регулировалась концом подачи. Принцип регулирования поясняет рис. 12.36. Ход и скорость плунжера определяются профилем кулака. Благодаря наличию хода перепуска в начале и конце подачи активный ход плунжера во всем диапазоне регулирования glf осуществляется при высоких скоростях (см. заштрихованную область на рис. 12.36), что обеспечивает хорошее качество распыливания топлива форсункой.

Впоследующих модификациях ТНВД малооборотных дизелей фирмы «Зульцер» эксцентрик 6 был связан с тягой 16 (и с эксцентри­ ком 11) специальным программным механизмом, осуществляющим изменение (рнпн при изменении мощности двигателя в диапазоне 70100%. Этот принцип регулирования (комбинированный) получил наи­ менование Variable Injection Time (далее - VIT). Смысл этого мероприя­ тия подробно рассмотрен во II томе учебника (глава 3).

Внекоторых типах дизелей (в основном старых) применяются одноклапанные ТНВД, реализующие принцип регулирования началом подачи или концом подачи. Рассмотренный ТНВД конструктивно объе­ диняет оба принципа регулирования. Если удалить правую часть кла­

панного механизма на рис. 12.3а, получим ТНВД с регулированием концом подачи. При удалении левого клапанного механизма и присое­ динении эксцентрика к тяге управления регулятора получим ТНВД с регулированием началом подачи.

Поперечный разрез ТНВД двигателей фирмы «Зульцер» приведен нарис. 12.4.

Рис. 12.4.Топливный

насос дизелей серии

RTA фирмы «Зульцер»:

4, 5 - толкатель плунжера; 6 - распределительный вал; 8 - корпус насоса; 9 - экс­ центрик механизма VIT; 10 - эксцентрик управления цикловой подачей; 11 - на­ гнетательный клапан; 12 - отсечной клапан; 13 - плун­ жер; 14, 15 - толкатели кла­ панов; 16 - рычаги клапа­ нов; 17 - всасывающий кла­ пан; 18 - защитная шайба; 19 - кулачная шайба; 21 - предохранительный клапан; 22 - механизм подъема плунжера (ручное выключе­ ние ТНВД); HD - трубопро­ вод высокого давления; SD - полости наполнения и на­ гнетания; LA - сбор проте­ чек топлива

§ 12.3* Золотниковые ТНВД

Этот тип топливных насосов наиболее распространен в судовых дизелях. На рисунке 12.5. приведен поперечный разрез ТНВД золотни­ кового типа.

Основным элементом ТНВД, как и в клапанных насосах, является плунжерная пара - втулка 3 и плунжер 4. Плунжер выполняет две фун­