Voznitskiy_-_Sudovye_dvigateli_vnutrennego_sgora (1)

перепуск топлива.

Величина активного хода зависит от положения винтовой кромки плунжера относительно окон. На рис. 12.76 плунжер повернут против часовой стрелки (если смотреть сверху). Активный ход будет меньше, так как расстояние между верхней и винтовой кромками плунжера в районе окон втулки будет меньше. При дальнейшем повороте плунже­ ра в указанном направлении вертикальные пазы в плунжере располо­ жатся напротив окон. При такой позиции плунжера в течение всего

Рис. 12.7. Схема работы ТНВД золотникового типа

с регулированием gli концом подачи

хода топливо будет перепускаться из надплунжерного пространства в магистраль наполнения через вертикальный паз, цикловая подача бу­ дет равна нулю.

Очевидно, что ход перепуска в начале подачи (а значит и угол начала подачи) будет оставаться постоянным при различных поло­ жениях топливной рейки; активный ход плунжера регулируется за счет изменения хода перепуска в конце подачи. Таким образом, в рас­ смотренном варианте реализован принцип регулирования gu концом подачи.

В золотниковых ТНВД легко могут быть реализованы и другие принципы регулирования. Для этого достаточно изменить геометрию кромок плунжера: при регулировании началом подачи верхняя кромка выполняется винтовой, нижняя - прямой; при комбинированном регу­ лировании обе кромки являются регулировочными и выполняются фигурными.

Общее регулирование цикловых подач во всех цилиндрах осуще­ ствляется одновременным изменением положения реек топливных на­ сосов с помощью тяги, перемещаемой выходным валом регулятора частоты вращения в зависимости от нагрузки на двигатель. Топливные рейки соединены с тягой посредством гибкого элемента (пружины), что обеспечивает возможность управления подачей топлива при закли­ нивании плунжерной пары одного из ТНВД. Вторым обязательным элементом в соединении является устройство, обеспечивающее воз­ можность перемещения реек отдельных ТНВД относительно тяги ре­ гулятора, - талреп. Путем изменения длины талрепа осуществляется индивидуальная регулировка gu по цилиндрам для выравнивания мощ­ ности. Для контроля положения относительно корпуса ТНВД топлив­ ные рейки имеют насечку в виде делений (обычно 0-100). Положение рейки в делениях называют индексом ТНВД.

Индивидуальное регулирование угла начала подачи топлива для выравнивания максималных давлений цикла по цилиндрам в золотни­ ковых ТНВД может осуществляться тремя способами: изменением зак­ линки кулачной шайбы относительно распределителительного вала; перемещением втулки плунжера вверх или вниз относительно корпуса ТНВД; изменением длины толкателя плунжера. Последний вариант показан на рисунке 12.5. Для этой цели конструкцией предусмотрен регулировочный винт толкателя плунжера 6, при вращении которого плунжер перемещается вверх или вниз. Самопроизвольное проворачи­ вание регулировочного винта во время работы двигателя предотвра­ щает зажимное устройство 9.

стер и Вайн» серии МС, которые имеют золотниковый ТНВД, чертеж которого приведен на рисунке 12.8а.

На рис. 12.86 показан механизм привода и реверсирования ТНВД (описание работы см. § 13.2).

Плунжер насоса 3 имеет регулирующие винтовые кромки 4, вы­ полненные по принципу регулирования g u концом подачи. Втулка плун­ жера 5 составная, может перемещаться вдоль оси относительно корпу­ са насоса 14. Нагнетательного клапана в этом насосе нет, вместо него установлен впускной клапан 15. Впускной клапан имеет уплотняемый корпус 16, ввернутый в крышку 17 насоса (см. укрупненный фрагмент/).

Механизм регулирования g jf состоит из зубчатой рейки 7, пово­ ротной втулки 9, крестовины 8 плунжера. Вторая зубчатая рейка 6 слу­ жит для изменения угла начала подачи топлива в диапазоне изменения мощности двигателя 70-100% (программа VIT, реализуется путем свя­ зи реек 6 и 7 через пневмомеханический позиционер). Рейка 6 сцепле­ на с зубчатым венцом поворотной втулки 10 и втулки плунжера 5. Ве­ личина (рНПНизменяется осевым сдвигом втулки плунжера 5 вверх или вниз, при этом изменяется момент перекрытия плунжером рабочих окон 13 во втулке плунжера. Осевое смещение втулки происходит по прин­ ципу болт-гайка. «Гайкой» служит поворотная втулка 10, на внутрен­ ней стенке которой проточена винтовая канавка. В канавку входит ви­ ток резьбы с крупным шагом, нарезанной на нижнем конце втулки плунжера 5. При изменении нагрузки двигателя в указанном выше диапазоне регулятор перемещает топливную рейку 7. Пневмомехани­ ческий позиционер в соответствии с заданной программой VIT пере­ мещает рейку 6. При этом втулка 10, зафиксированная своим нижним фланцем в корпусе 14 насоса, поворачивается на определенный угол и через резьбовое соединение вызывает сдвиг втулки 5 относительно плунжера. Таким образом, в рассматриваемом ТНВД реализован ком­ бинированный способ регулирования цикловой подачи.

ТНВД работает следующим образом. Полость наполнения насоса 2 образуется между корпусом 14 и втулкой плунжера 5. Топливо пода­ ется от топливоподкачивающего насоса через дроссельную вставку 1 под давлением 10 бар. Излишки топлива перепускаются в отводящую магистраль через дроссельную вставку 11. При движении плунжера вверх топливо перепускается через окна 13 в магистраль наполнения. В момент перекрытия окон давление топлива над плунжером и за та­ релкой впускного клапана 15 начинает повышаться. Клапан плотно садится на гнездо, и топливо по осевому сверлению в нем поступает в трубопровод высокого давления. В момент открытия окон 13 регули­

174 Судовые двигатели внутреннего сгорания

рующими кромками 14 давление топлива над плунжером быстро пада­ ет до 10 бар.

Вследствие большого перепада давлений в момент окончания ак­ тивного хода (часто применяется термин отсечка топлива) в окнах 13 втулки плунжера развивается высокая скорость потока топлива, что вызывает кавитационную эрозию металла напротив окон. Для защиты корпуса насоса от эрозии напротив окон ввернуты периодически сме­ няемые отражательные болты 12.

Впускной клапан остается закрытым под воздействием пружины до выхода плунжера в верхнее положение. В начальной фазе наполне­ ния насоса впускной клапан еще остается закрытым, топливо поступа­ ет в надплунжерное пространство через окна 13 и вертикальную ка­ навку в вехней части плунжера. В момент перекрытия окон 13 винто­ выми кромками 4 плунжера давление над плунжером становится мень­ ше, чем в полости наполнения 2. За счет перепада давлений клапан 15 поднимается, и топливо поступает через верхние окна втулки в над­ плунжерное пространство. В конце хода наполнения при открытии окон 13 верхней кромкой плунжера клапан 15 вновь закрывается, и топливо опять поступает через окна 13.

Общее и индивидуальное регулирование цикловой подачи топлива осуществляется так же, как описано выше для ТНВД среднеоборотно­ го дизеля. Регулирование Ц>нт осуществляется путем изменения про­ граммы пневмомеханического позиционера.

§12.4* Форсунки

Форсунки служат для непосредственного впрыскивания топлива в цилиндр двигателя, распыливания его на капли с размером 5-30 мкм и распределения их внутри камеры сгорания. Форсунки устанавлива­ ются в крышке цилиндра. В четырехтактных дизелях, как правило, устанавливается одна центрально расположенная форсунка. В мало­ оборотных двухтактных дизелях с прямоточно-клапанным газообме­ ном устанавливаются 2-3 форсунки на периферии цилиндровой крыш­ ки, так как в центральной ее части установлен выпускной клапан.

Рассмотрим принцип действия форсунки малооборотного судово­ го дизеля «Зульцер» серии RTA (см. рис. 12.9).

Основные элементы конструкции форсунки: 1 - цилиндровая крышка; 2 - корпус форсунки; 3 - направляющая иглы форсунки; 4 - игла; 5 - сопло; 6 - пружина; 7 - штуцер для присоединения трубопро-

б)

F,

Рис. 12.9. Форсунка малооборотного дизеля RTA 84 С:

а) общий вид; б) распылитель

вода высокого давления; 8 - регулировочный винт; 9 - контргайка; 10 - шпилька крепления форсунки.

Топливо от ТНВД подводится к штуцеру 7 и далее по каналам в корпусе форсунки 2 и направляющей иглы 3 поступает в кольцевую камеру под иглой форсунки 4. При закрытом положении игла своим конусом сидит на посадочном гнезде в направляющей 3 (см. рис. 12.9а) и препятствует проникновению топлива в нижерасположенную каме­ ру сопла 5. Игла через толкатель нагружена пружиной 6, затяг которой может регулироваться винтом 8.

Положение иглы определяется действием двух сил (см. рис. 12.9б): силы затяга пружины Fw прижимающей иглу к седлу, и силы Р№обус­ ловленную действием давления топлива Р на кольцевое сечение иглы iz{d2}i —d \ ) / 4- При достижении давления топлива величины Р (дав­ ление открытия иглы форсунки) сила FMпревысит Fn, и игла подни­

мется до упора, открывая доступ топлива к отверстиям распылителя. При этом сила давления топлива будет действовать уже на всю пло­ щадь поперечного сечения иглы n:djr /4, удерживая ее в этом положе­ нии до падения давления до Р (давление закрытия иглы). Давление топлива, при котором игла садится на седло, меньше давления откры­ тия на величину, определяемую соотношением:

Это явление получило название дифференциальный эффект иглы форсунки.

Высота подъема иглы форсунки ограничивается упором и в зави­ симости от размеров форсунки и количества пропускаемого ею топли­ ва находится в пределах 0,5-1,5 мм. С увеличением хода иглы растут динамические силы ее удара о седло и упор, что приводит к появлению наклепа и потере плотности посадки иглы. Посадочный конус иглы обычно принимается равным 60°. Посадочный конус седла в целях достижения узкой притирочной поверхности посадки, при которой достигается наиболее высокая плотность, принимается на 2° меньше. Игла и ее направляющее отверстие в распылителе являются прецизи­ онными и изготовлены с высокой точностью. Путем селективного под­ бора выбирают пару «игла-направляющая» такой, чтобы зазор между ними укладывался в заданный технологический допуск, величина ко­ торого зависит от размеров, теплового режима работы, вязкости ис­ пользуемого топлива и находится в пределах 5-12 микрон. Скомплек­ тованная таким образом пара является «неразлучной», и при эксплуа­ тации их замена должна производиться только парами, без перекомплектации.

По типу запорных органов и распиливающих отверстий приме­ няются следующие виды распылителей:

- клапанные многодырчатые (рис. 12.9б) - получили наибольшее распространение в основном в двигателях с непосредственным впрыс­ ком, количество отверстий - от 1 до 9, диаметр 0,20-1,5 мм;

-клапанные однодырчатые (рис. 12.10а); применяются в предкамерных двигателях, для которых наилучшей формой распиливания является сосредоточенный факел с малым углом конуса и с большой пробивной способностью;

-штифтовые распылители, имеющие одно сопловое отверстие; применяют в сравнительно маломощных дизелях с разделенными ка­ мерами сгорания. Штифтовый распылитель с цилиндрическим штиф-

можность фирмам «МАН-Бурмейстер и Вайн» и «Зульцер» отказаться от специального охлаждения форсунок.

В то же время работа на тяжелом горячем топливе, особенно на режимах маневрирования, требует для предотвращения зависания иглы при кратковременных остановках двигателя сохранения постоянства температур в зоне распылителя. С этой целью в новых конструкциях (МС-МЕ) предусмотрено постоянное прокачивание топлива через фор­ сунки (см. рис. 12.11).

Топливо подводится по центральному каналу 14. Распылитель состоит из сопла 10, направляющей 5, иглы 7 и запорного клапана 17 внутри иглы. Направление односторонних сопловых отверстий обес­ печивается фиксацией сопла штифтом 5. Игла 7, имеющая вверху фор­ му стакана, воспринимает усилие затяга пружины 2 через ползун 13, в вырезы которого входит головка проставки 15 с центральным каналом

14.Внутри стакана иглы размещены пружина 16 запорного клапана 17

иузел сопряжения топливного канала в проставке 15 и в клапане 17. Нижний заплечик проставки 15 ограничивает подъем клапана (А = 3,5 мм), а верхний - подъем иглы (h = 1,75 мм).

Форсунка обеспечивает циркуляцию нагретого топлива при нера­ ботающем двигателе (во время подготовки к пуску и при вынужден­ ных остановках в море), а также в период между смежными впрыска­ ми, когда ролик толкателя плунжера обкатывает цилиндрическую часть шайбы.

При стоянке двигателя, когда ТНВД находится в положении нуле­ вой подачи (полости наполнения и нагнетания соединены), топливопод­ качивающий насос при давлении 0,6 МПа подает топливо в нагнетатель­ ный топливопровод и канал 14 форсунки. Так как пружина 16 запорного клапана 17 имеет затяг 1 МПа, то клапан не поднимается, и топливо проходит через небольшое отверстие 18 в стакан иглы и далее вверх на слив. Таким образом, при стоянке любой продолжительности через фор­ сунки циркулирует топливо с постоянной температурой и вязкостью.

При работе двигателя в период активного хода плунжера давле­ ние нагнетания практически мгновенно поднимает запорный клапан 17, и перепускное отверстие 18 перекрывается. Топливо проходит к дифференциальной площадке иглы 7 и поднимает иглу.

В конце активного хода плунжера вся система нагнетания быстро разгружается через рабочую полость насоса, так как нагнетательного клапана в нем нет. Когда давление топлива падает ниже давления Р3ф, пружина 2 сажает иглу 7, а при давлении ниже 1 МПа пружина 16 опускает на место запорный клапан 17. Ролик толкателя плунжера на