Традиционные системы топливоподачи разделенного типа

Системы питания дизелей

В настоящее время все большим потребительским спросом пользуются автомобили с дизельными двигателями.

Это объясняется высокой топливной экономичностью в сочетании с высокими энергетическими показателями работы современного дизеля - таким образом они в большей степени, чем другие типы двигателей отвечают современным тенденциям развития двигателестроения – повышение экологичности работы двигателя при сочетании высоких энергетических и топливно-экономических показателей.

Наибольшее влияние на перечисленные показатели оказывает система питания топливом. Поэтому ниже приведены основные системы топливоподачи, используемые в современных дизелях.

На сегодняшний день наибольшее распространение получили следующие системы впрыска топлива: распределительный ТНВД с электронным управлением, индивидуальный ТНВД с электромагнитным клапаном, насос-форсунка, система HEUI, система Common Rail.

В различных типах топливоподающей аппаратуры дизеля обеспечиваются следующие уровни максимального давления впрыска:

- роторные ТНВД 160…180 МПа;

- индивидуальные ТНВД 180…200 МПа;

- насос-форсунки свыше 200 МПа;

- системы «Common Rail» последнего поколения до 180 МПа.

Каждая из перечисленных систем имеет свои достоинства и недостатки, и на данном этапе нет веских оснований какую-либо из них считать бесперспективной.

Традиционные системы топливоподачи разделенного типа.

Топливная аппаратура разделенного типа – топливная система, в которой существуют раздельно агрегат для создания энергии впрыска – нагнетательная секция ТНВД – и агрегат, который непосредственно производит впрыск топлива в цилиндр – топливная форсунка. Между собой эти агрегаты соединяются трубкой высокого давления.

Пример типичной схемы системы питания дизеля топливом приведен на рис. 2.53. При работающем дизеле и открытом расходном кране 4 топливо просасывается через сетчатый приемник 3 и фильтр грубой очистки 5 подкачивающим насосом 7. Его поршень приводится от эксцентрика на кулачковом валике насоса высокого давления 11. В фильтре 5 происходит отделение от топлива частиц размером 50... 100 мкм, а также воды, образующейся при конденсации атмосферной влаги как в топливохранилищах и транспортных цистернах, так и в самом баке и вызывающей коррозию прецизионных деталей топливной аппаратуры. Для визуального наблюдения за отделяющимися примесями на насосе 7 устанавливают фильтр-отстойник с прозрачным стаканом 6.

Рис. Схема системы питания дизеля топливом

Насос ручной прокачки 8 предназначен для удаления из системы паров, образующихся в ней при длительной стоянке трактора, а также воздуха, попадающего в нее при ремонтах и обслуживании.

Под действием давления, создаваемого насосом 7, топливо проходит через элементы фильтра тонкой очистки 13 и по трубопроводу 14 поступает во впускной канал насоса высокого давления 11. Высокая тонкость отсева (2... 10 мкм) частиц этим фильтром предотвращает ускоренный износ прецизионных деталей насоса 11 и форсунок 17. Давление топлива, создаваемое насосом 11, достигает 150 МПа и даже более. Поэтому стальные трубопроводы 16, по которым топливо поступает в форсунки 17, имеют наружный диаметр 6...7 мм, а внутренний 1,5...2,0 мм. Топливо, просочившееся через зазор между иглами и корпусами распылителей форсунок, отводится через трубопровод 15 или в фильтр 13, или в бак (штриховые линии), или в линию всасывания насоса 7. Топливо, вытесняемое плунжерами насоса 11 в его выпускной канал после отсечки подачи его к форсункам, перепускается по трубопроводу 20 в линию всасывания подкачивающего насоса 7. В камеры сгорания 18 цилиндров дизеля топливо впрыскивается струями (4-8), что обеспечивает его быстрое и полное сгорание.

Топливный насос высокого давления: В зависимости от кинематических схем плунжерные топливные насосы делятся на многосекционные и распределительные. В многосекционных насосах одна нагнетательная секция может подавать топливо только в один цилиндр дизеля (число нагнетательных секций соответствует числу цилиндров). Распределительные насосы бывают одно- или двухсекционные, а также роторные. Каждая нагнетательная секция этих насосов подает топливо в несколько цилиндров двигателя (до шести цилиндров).

Рис. 187. Секция топливного насоса высокого давления:

1 — зубчатая рейка; 2 — зубчатый венец; 3 — нажимной штуцер; 4 — пружина нагнетательного клапана; 5 — ограничитель подъема нагнетательного клапана; 6 — нагнетательный клапан; 7 — седло; 8 — гильза плунжера; 9 — стопорный винт; 10 — плунжер; 11 — винт; 12— поворотная втулка; 13 и 15 — тарелки пружины; 14 — пружина; 16 — регулировочный болт; 17 — толкатель; 18 — ось ролика; 19 — ролик; 20 — кулачковый валик; 21 — кулачок; а – топливный канал

На рис. 7.2 а представлена принципиальная схема плунжерного насоса с плунжером-золотником. Плунжер 5 нагружен пружиной 3 и опирается на роликовый толкатель 2. Когда кулачок 1 набегает на ролик толкателя 2, плунжер 5 перемещается вверх, а по окончании действия кулачка пружина 3 возвращает плунжер в исходное положение. При движении плунжера вверх идет нагнетание топлива (подача в форсунку), при опускании плунжера надплунжерная полость гильзы 4 вновь заполняется топливом. При этом впускное отверстие 6 перекрывается самим плунжером, выполняющим здесь функции золотника. Поэтому заполнение рабочей полости насоса происходит только во время, когда плунжер находится вблизи его нижнего крайнего положения (н.м.т.) и надплунжерная полость сообщена с полостью впуска через отверстие 6.

На выходе из надплунжерной полости устанавливают нагнетательный клапан 7 с пружиной 20, который разобщает полости насоса и магистрали высокого давления, позволяет поддерживать в магистрали определенное остаточное давление, т.е. давление после окончания впрыскивания топлива в цилиндр.

Рис. 188. Схема работы нагнетательной секции топливного насоса высокого давления плунжерного типа:

1 – топливный канал; 2 – гильза; 3– плунжер; 4 –штуцер; 5 – нагнетательный клапан; 6 и 7 – окна гильзы. а- вытеснение топлива (рис. 188, а) из надплунжерного пространства через впускное отверстие в подводящий канал в корпусе насоса; б- подача топлива (рис. 188 6), плунжером при перекрытом канале, после открытия нагнетательного клапана 5 в полость штуцера 4 насоса; в- отсечка и перепуск топлива (рис. 188, в) через отверстия 6 и 7 в отводящий канал; г- заполнение объема в гильзе топливом

На некоторых дизелях впускные и выпускные отверстия в гильзах нагнетательной секции топливного насоса выполнены на одном уровне (см. рис. 187). В этом случае наполнение надплунжерного пространства осуществляется одновременно через оба отверстия. Отсечка и перепуск топлива происходит через отсечную кромку плунжера и отверстие в гильзе со стороны стопорного винта.

В настоящее время большое распространение стали получать системы с насосами распределительного типа. В этих насосах один насосный элемент (плунжер) обеспечивает подачу топлива в четыре—шесть цилиндров. Основными элементами данной системы являются насосный элемент и распределитель.

Рис. 189 Схема насоса распределительного типа с вращающимся плунжером:

1 — нагнетательный клапан; 2 — дозирующая втулка

В связи с обслуживанием нескольких цилиндров плунжер должен иметь соответственно повышенную частоту действия, что достигается применением для его привода шайбы с несколькими кулачками. Для раздачи топлива, подаваемого насосным элементом, используется распределитель с вращающимся золотникам.

В некоторых конструкциях насосов рассматриваемого типа функция распределения топлива по цилиндрам выполняется плунжером насосного элемента (рис. 189). В этом случае плунжеру сообщается не только поступательное, но и вращательное движение. Особенностью данной схемы является регулирование подачи посредством специальной дозирующей втулки, установленной на плунжере. При осевом перемещении втулки изменяется момент выхода из нее отверстия плунжера, связанного с полостью нагнетания насоса, и, следовательно, изменяется момент отсечки подачи.

Топливные форсунки. Форсунки предназначены для введения топлива в цилиндр, распыливания его на мельчайшие капли и распределения по камере сгорания.

В дизелях наибольшее распространение получили закрытые форсунки. В них сопловые отверстия распылителя закрываются иглой (клапаном), нагруженной пружиной. Игла поднимается под действием давления топлива. Такие форсунки называют форсунками с гидравлическим управлением. Они установлены на двигателях ЯМЗ (рис. 190) и КамАЗ (рис. 191).

На двигателях ЯМЗ применяются форсунки с четырехдырчатым фиксированным относительно корпуса распылителем и диаметром сопловых отверстий распылителя 0,34 мм. Давление начала подъема иглы распылителя 15,5 МПа. Ход иглы распылителя 0,28—0,38 мм. Топливо к сопловым отверстиям распылителя форсунки подводится через канал штуцера, сетчатый фильтр, отверстие корпуса, кольцевую канавку и три наклонных канала в корпусе распылителя.

Рис. 190. Топливная форсунка двигателя типа ЯМЗ:

1 — игла распылителя; 2 — накидная гайка; 3 — штанга; 4 — корпус форсунки; 5 — тарелка; 6 — пружина; 7 — гайка; 8 — регулировочный винт; 9—штуцер; 10— уплотнитель; 11– сетчатый фильтр; 12 — топливный канал в штуцере; 13 — топливный канал в корпусе форсунки; 14 — кольцевая каиавка; 15 – вертикальные каналы в корпусе распылителя; 16 — распылитель

Рис. 191. Топливная форсунка двигателя К.амАЗ-740:

1 — корпус распылителя; 2 — гайка распылителя; 3 — проставивка; 4 — установочные штифты; 5 — штанга; 6 — корпус; 7 — уплотнительное кольцо; 8 — штуцер; 9 —фильтр; 10 — уплотнительная втулка; 11 и 12 — регулировочные шайбы; 13 — пружины; 14 — игла распылителя

При увеличении давления в камере распылителя игла, преодолевая сопротивление пружины, отрывается от седла. Площадь иглы, на которую действует давление топлива, повышается, и игла резко поднимается вверх до упора в нижний торец корпуса форсунки. Топливо впрыскивается в цилиндр. Просочившееся при работе форсунки через зазор в корпусе распылителя топливо отводится через верхнее отверстие штуцера форсунки, к которому присоединяется сливной трубопровод.

После длительной работы форсунки допускается снижение давления подъема иглы до 13,5 МПа. При проверке давление должно быть восстановлено до 15—15,5 МПа. Перед регулировкой форсунки необходимо снять ее штуцер и отвернуть контргайку регулировочного винта пружины. Давление подъема иглы распылителя устанавливается в необходимых пределах регулировочным винтом пружины, при ввертывании которого давление повышается, при вывертывании — понижается.

Качество распыливания топлива считается удовлетворительным, если топливо впрыскивается в атмосферу в туманообразном состоянии и равномерно распределяется по поперечному сечению конуса струи. Начало и конец впрыскивания должны быть четкими, подтекание топлива не допускается.

Форсунки двигателя КамАЗ регулируются на давление подъема иглы. Регулировка осуществляется шайбами, устанавливаемыми под пружину. При увеличении общей толщины регулировочных шайб давление повышается, при уменьшении — понижается. Изменение толщины шайб на 0,05 мм приводит к изменению давления начала подъема иглы на 0,3—0,35 МПа.

Автоматическая муфта 9 (см. рис. 2.53) предназначена для изменения угла опережения начала подачи топлива секциями насоса высокого давления: его увеличения при возрастании частоты вращения коленчатого вала дизеля и наоборот. Это способствует повышению энергетических, топливно-экономических и экологических показателей дизеля при его работе на различных скоростных режимах. Муфта может быть выполнена в виде отдельного агрегата или встроенной в ведомую шестерню привода насоса. Изменение угла опережения начала подачи топлива осуществляется путем углового смещения кулачкового валика насоса относительно валика его привода. Для этого, как правило, используются центробежные силы грузов муфты, зависящие от частоты ее вращения.

Принципиальная схема муфты автоматического изменения начала подачи топлива представлена на рис. 2.60. Ведущая полумуфта 2 приводится во вращение крестовиной 1 карданной передачи. Ведомая полумуфта 5 закреплена на коническом носке 6 кулачкового валика насоса.

Рис. 2.60. Муфта автоматического изменения начала подачи топлива

При увеличении частоты вращения крестовины 1 с ведущей полумуфтой 2 грузы 4 расходятся. В результате, ведомая полумуфта 5 вместе с кулачковым валиком насоса высокого давления поворачивается относительно ведущей полумуфты 2, крестовины 1.

Привод насоса высокого давления осуществляется обычно от вала механизма газораспределения, поскольку частоты их вращения являются одинаковыми, либо непосредственно шестерней 10 (см. рис. 2.53), закрепленной на носке кулачкового валика насоса, либо через карданный вал 1 (рис. 2.61).

Регуляторы частоты вращения: Частое изменение сопротивлений движению и, следовательно, нагрузок на его дизель, является характерным в эксплуатационных условиях. Поддержание постоянной скорости трактора требует изменения мощности дизеля путем изменения цикловых доз топлива, впрыскиваемого в его цилиндры. Частые воздействия на рычаг управления подачей топлива насосом высокого давления вызывают быстрое утомление. Поэтому эти насосы всех тракторных дизелей комплектуются автоматическими регуляторами частоты вращения.

Автоматические регуляторы обычно объединяются с ТНВД и служат для поддержания заданного скоростного режима работы путем изменения доз топлива, впрыскиваемого в цилиндры дизеля. Они подразделяются на:

- всережимные - обеспечивают регулировку всех нагрузочных и скоростных режимов работы двигателя и поддерживают фактически постоянную частоту вращения в зависимости от положения рычага управления;

- двухрежимные - автоматически регулируют режимы минимальной и частоты вращения и максимальных оборотов, остальные режимы регулируются водителем путем воздействия на управляющий рычаг;

Как правило, всережимные регуляторы имеют прямой и обратные корректоры топливоподачи. Задача прямойкоррекции цикловой подачи топлива, заключается в увеличении подачи при повышении нагрузки на дизель. При этом происходит увеличении крутящего момента дизеля. Обратная или антидымная коррекция, наоборот, необходима для уменьшения цикловой подачи топлива на низких частотах вращения коленчатого вала дизеля во избежание повышения дымности отработавших газов.

Поиск по сайту: