Какой зазор между плунжером и гильзой в топливном насосе высокого давления

—>Автозапчасти и СТО —>

ТНВД — Топливный Насос Высокого Давления

Одним из основных составляющих системы питания дизельной силовой установки является насос, обеспечивающий подачу топлива под высоким давлением на форсунки. Полное название – топливный насос высокого давления (аббревиатура – ТНВД). Помимо дизельных моторов такой насос применяется и в бензиновых агрегатах с инжекторной системой, у которой подача бензина осуществляется непосредственно в цилиндры.

Этот узел системы питания имеет достаточно сложную конструкцию, поскольку в его задачу входит не только нагнетание дизтоплива, но еще и подача его на форсунки в строго определенные моменты. В общем, от его работы напрямую зависит функционирование силовой установки.

Виды ТНВД

Существует несколько типов дизельных топливных систем, имеющих разные конструктивные особенности. Это в свою очередь влияет на устройство ТНВД. Так, на дизелях могут использоваться насосы:

рядные;

распределительные;

магистральные.

Несмотря на отличия в конструкции, во всех используется один и тот же основной рабочий узел – плунжерная пара. Именно она обеспечивает нагнетание давления.

Основной рабочий узел ТНВД

Состоит эта пара из двух частей – поршня (он же плунжер) и гильзы (втулки). Поскольку в узле создается высокое давление, то утечки между составными элементами не допускаются. Поэтому рабочие поверхности поршня и гильзы имеют высокую степень обработки, поэтому не редко пару называют прецизионной.

Суть работы пары построена на возвратно-поступательном перемещении плунжера внутри втулки. При этом посредством каналов или клапанов обеспечивается попадание топлива в надплунжерную полость и отвод его после сжатия.

Работает все так: при перемещении поршня вниз открывается канал или клапан подачи (зависит от устройства ТНВД), и топливо закачивается в полость. При передвижении вверх подача прекращается (канал или клапан закрывается) и плунжер начинает сжимать дизтопливо. При достижении определенного значения давления открывается нагнетательный клапан и дизтопливо (уже находящееся в сжатом состоянии) выходит в магистраль, ведущую к форсункам.

В общем, работа самой плунжерной пары очень проста, но существует множество нюансов и особенностей, в том числе и конструктивных, которые влияют на функционирование этого узла. Поэтому принцип работы ТНВД следует рассматривать отдельно по каждому из указанных видов.

Устройство ТНВД

Какова роль ТНВД в автомобиле? Сравнивая с человеческим телом, можно сказать, что это сердце. Как сердце обеспечивает постоянный ток крови в организме, так и топливный насос непрерывно снабжает топливом мотор. Однако разобравшись глубже, можно прийти к выводу, что ТНВД выполняет более широкий спектр функций:

• точная дозировка горючего в зависимости от нагрузки мотора;
• подача топливной смеси под давлением в форсунки;
• впрыск топлива в цилиндры в строго определенный момент.

ТНВД имеет преимущество перед обычным карбюратором именно потому, что есть возможность точной дозировки впрыскиваемой смеси горючего. Благодаря чему достигается определенная экономия топлива. Насос жестко соединен с коленвалом, поэтому при увеличении оборотов двигателя повышается количество топливной смеси в одной порции, впрыскиваемой в камеры сгорания. При снижении оборотов количество горючей смеси также снижается.

Дизельные моторы испытывают высокие нагрузки при работе. Поэтому солярка нагнетается в цилиндры под большим давлением, и только такие условия обеспечивают ее полное сгорание. Бензиновый двигатель таких нагрузок не испытывает. Поэтому ТНВД применяются только в силовых агрегатах, где происходит прямой впрыск топлива в камеру сгорания, без впускного коллектора.

Отсюда можно сделать вывод, что применение топливного насоса помогает повысить эффективность работы мотора, при этом еще и сократив потребление горючего.

Упрощенно самый простой ТНВД рядного типа состоит из следующих элементов:

• плунжерная пара, состоящая из поршня (плунжера) и цилиндра (втулки);
• топливопроводящие канавки для снабжения плунжерных пар;
• вал с кулачками и центробежной муфтой; привод вала осуществляется от ГРМ-ремня;
• плунжерные толкатели, приводимые в движение кулачковым валом;
• возвратные пружины, благодаря которым плунжер возвращается в исходное положение;
• клапаны нагнетательные;
• штуцеры;
• рейки зубчатые;
• всережимный регулятор, приводимый в действие нажатием на педаль газа.

Если представить эти все детали единой картинкой, можно заметить аналогию принципов работы ТНВД и двухтактного мотора:

Насос устроен таким образом, что не весь объем топливо-воздушной смеси попадает к форсункам. Превышающий требуемую порцию остаток сбрасывается через сливные клапаны. За подачу солярки в нужный момент отвечает центробежная муфта. Регулирование количества топливной смеси осуществляется всережимным регулятором в зависимости от позиции педали газа.

Прогресс не стоит на месте. На смену механическим насосам пришли ТНВД с электронным управлением. Это значит, что процессорная техника управляет всеми происходящими в насосе процессами. В результате обеспечивается подача очень точного количества горючей смеси и быстрая реакция на управляющее воздействие. Механические агрегаты не могут обеспечить такие параметры работы. Благодаря применению электроники удалось уменьшить циклы нестабильного сгорания и повысить качество работы двигателя на холостых оборотах.

Далее внедрили впрыск горючего за две фазы, что позволило использовать топливо полностью. В итоге снизилась токсичность выхлопных газов, а двигатель стал работать с большим КПД. Система отслеживает следующие параметры:

• нажатие педали акселератора;
• частоту вращения распределительного вала двигателя;
• температуру охлаждающей жидкости в двигателе;
• скорость движения;
• величину подъема иглы форсунки;
• давление наддува воздуха;
• температуру воздуха на впуске;
• работу свечей накаливания.

Благодаря наличию опции самодиагностики ТНВД с электронным управлением обладают расширенным функционалом. К примеру, возникновение некоторых неполадок не приводит к полной остановке насоса и автомобиль сохраняет возможность передвижения. Лишь отказ микропроцессора полностью обездвиживает транспортное средство.

Виды и причины неисправностей ТНВД

Эксплуатация дизельных автомобилей показывает, что их работа зависит от различных параметров. В числе этих показателей – износ составляющих топливного насоса. Необходимо знать признаки, указывающие на проблемы в ТНВД.

Основные симптомы неполадок с топливным насосом, указывающие на необходимость ремонта:

• топливная система дала течь;
• двигатель стал потреблять больше топлива;
• ремень ГРМ соскочил с шестерни привода топливного насоса;
• двигатель стал запускаться с трудом;
• мотор начал перегреваться;
• появились необычные шумы при работе мотора;
• двигатель стал больше дымить при обычных условиях работы.

Если хоть один из этих признаков имеет место, нужно оперативно отдать авто на диагностику и ремонт в профессиональную СТО. Там проверят работу насоса и установят процент износа каждого элемента. В случае необходимости произведут ремонт ТНВД, после чего его характеристики вернутся к заводским.

Топливные насосы высокого давления чаще всего проявляют следующие неполадки:

• Сбои в работе, вызванные загрязнением. В ТНВД неизбежно попадают пыль и грязь из окружающей среды, а также нагар с поршней и внутренней части цилиндров. Загрязнения забивают клапаны и каналы, затрудняя ход плунжера. В итоге возрастает нагрузка на металл, из которого изготовлены части насоса. Усталость металла приводит к значительному снижению жесткости и прочности конструкции. Проблемы с загрязнением устраняются в ходе профилактики и ремонта.
• Неравномерность подачи и распределения горючего. Такая неисправность возникает, если поводки плунжеров, зубья втулки, рейки, плунжера и нагнетательные клапаны существенно изношены. Также проблемы с нагнетанием топлива появляются в случае загрязнения или разрушения форсунок.
• Выработка ресурса плунжерной пары. С течением временем плунжерная пара изнашивается и появляются «плавающие» обороты при работе двигателя на холостых оборотах. Также увеличивается расход горючего. Так как при этом снижается компрессия, то герметичность всей системы тоже нарушается. В особо запущенных случаях повреждается поверхность плунжера, тянущая за собой нестабильную работу двигателя и перегрев подшипников.
• Брак изготовления. Некоторым автовладельцам приходится решать проблему повредившегося алюминиевого корпуса ТНВД. При этом на поверхности появляются явно видимые трещины. Эти повреждения могут распространяться вплоть до подшипников. Производственным браком также считается заклинивание втулки плунжера. Все эти неисправности решаются только полной заменой топливного насоса.
• Износ и поломки подшипников. В результате этих неполадок ТНВД ухудшает рабочие параметры вследствие увеличения силы трения в движущихся частях.
• Заклинивание поршня. Встречается ситуация, когда плунжер насоса заклинивает во втулке. Последствиями могут быть поломка шестерни, зубчатой рейки, вала с кулачками, регулятора или шпоночных соединений. Часто поршень заклинивает из-за попадания воды.
• Износ движущихся частей из-за уменьшения количества смазки.
• Ржавчина в паре плунжер-втулка из-за высокого содержания влаги в горючем.
• Перегрев насоса несмотря на исправность охлаждения. Основные причины явления – недолив антифриза или забивание каналов охлаждающей жидкости.
• Изнашивание сальников и прокладок. Следствием являются масляные подтеки, нестабильность работы мотора на холостых и высокая дымность выхлопных газов.

Самый опасный признак неисправности ТНВД – масляная эмульсия в системе охлаждения. Это прямое свидетельство разрушения деталей. В данном случае нужно в процессе ремонта заменить все поврежденные комплектующие.

Описанные выше неполадки могут быть вызваны различными причинами:

• Механический износ деталей. Каждый компонент ТНВД имеет свой ресурс эксплуатации и со временем изнашивается. Ускорить этот процесс может низкокачественное горючее.
• Попадание инородных веществ. Вода, пыль и грязь могут спровоцировать полный отказ ТНВД и других элементов системы питания мотора.
• Загрязнение фильтра топлива. При забитом фильтре существенно падает пропускная способность. Как следствие, ТНВД не в состоянии сжать топливо-воздушную смесь до нужного давления.
• Нарушение герметичности системы подачи топлива. В случае наличия подсосов воздуха насос также не сможет развить нужное давление, что негативно сказывается на его ресурсе работы.

Ремонт ТНВД

• Разборка и устранение утечек

Далее приведем пошаговые действия для ремонта ТНВД своими руками. При запущенном моторе нужно отсоединить тягу от педали газа к рычагу, которым регулируется впрыск горючего. Далее нужно радиальными движениями раскачивать рычаг, чтобы ослабить возвратную пружину.

Необходимо обратить внимание на кольцевую щель. Следы подтеков дизельного топлива свидетельствуют об актуальности проведения ремонта. Если подтеков нет, менять уплотнение не требуется.

До демонтажа насоса есть смысл проверить исправность электромагнитного клапана, перекрывающего подачу солярки. Если двигатель заводится и глушится поворотом ключа зажигания – значит, клапан функционирует штатно. Если же во время движения этот элемент отказал, нужно предпринять некоторые действия, о которых расскажем далее.

Переходим к снятию насоса. Чтобы исключить попадание загрязнений в систему подачи топлива во время ремонта, нужно первым делом почистить ТНВД и места соединений ветошью, пропитанной дизтопливом. Затем убрать остатки солярки сухой тряпкой. Далее можно снять насос и промыть его еще раз. После чего открыть его крышку и вылить содержащееся там топливо.

Ремонт начинают с разборки привода управления подачей топлива. Далее обследуются все уплотнения и оценивается износ взаимодействующих элементов. Все уплотнительные кольца необходимо поменять, для чего заранее приобрести ремонтный комплект для вашей модели ТНВД.

Ремонт выработавших свой ресурс деталей возможен двумя способами. Рассмотрим на примере оси. Нужно либо компенсировать износ путем хромирования либо установить ремонтную втулку из бронзы, расточив предварительно корпус.

Ремонт плунжерного механизма

Следующий шаг – разборка и ремонт плунжерного нагнетателя. Для этого нужно снять распределительную головку. Затем корпус ТНВД располагают так, чтобы шкив оказался внизу. Делается это для того, чтобы предотвратить выпадение внутренних деталей. Перед разборкой нужно прокручиванием убедиться, не заедают ли кулачки, приводная шестерня и муфта центробежного регулятора во время вращения. После чего можно аккуратно их снять.

Все снимаемые элементы – оси, шайбы, ролики – лучше снабжать метками. Делается это потому, что детали уже притерты между собой, поэтому желательно собрать их в таком же положении после ремонта. Когда насос разобран, нужно осмотреть все комплектующие на следы износа и сколы.

Однако затруднительно точно определить изношенность плунжерной пары. Только после сборки после ремонта путем измерения вырабатываемого давления можно выяснить, насколько работоспособен ТНВД. Перед сборкой нужно прочистить при помощи сжатого воздуха все фильтрующие сетки.

Сборка и регулировка оборотов

ТНВД после ремонта нужно наполнить топливом, вручную вращая приводной валик. Заполненный соляркой насос можно устанавливать на двигатель, не забыв подсоединить шланги, топливопровод и электрические кабели.

Далее необходимо завести двигатель и проверить зависимость функционирования автомата опережения впрыска топлива от давления низконапорного насоса. Этот насос снабжен собственным регулятором холостого хода. Вращением подстроечного винта подбирают нужное значение параметра.

Перед выполнением регулировки лучше запомнить начальное положение винта. Практично делать это подсчетом свободных оборотов резьбы. В случае неправильной настройки всегда можно будет вернуться к начальной точке. В руководстве по эксплуатации двигателя содержится информация о количестве оборотов, соответствующем холостому режиму работы. Чаще всего это 1100 оборотов при старте и около 750 при выходе на рабочую температуру дизельного мотора с механической КПП. Насос силового агрегата с автоматической коробкой при прогреве должен работать на 850 оборотах.

Проверка давления

Заключительной операцией является проверка давления в нагнетательной магистрали. По этому параметру можно судить об износе плунжерной пары. Для изменений нужен манометр с давлением до 350 бар, шланг для подсоединения к ТНВД и переходник со стравливающим клапаном.

Для этих измерений очень хорошо подходят манометры ТАД-01А или старый КИ-4802. Переходник не всегда есть в автомагазинах, однако его легко можно сделать своими руками.

Обязательно нужно учесть размеры резьбы и место подключения соединительного шланга. Для проведения измерений манометр требуется подключить к центральному выходу распределительного блока или к любому напорному штуцеру.

После подключения к насосу измерительного прибора стартером проворачивают вал ТНВД. В это время нужно снять показания стрелки манометра. Нормальным считается сжатие более 250 атмосфер. Насос при работающем двигателе разовьет еще большее давление.

Экстренный ремонт электромагнитного клапана

Пришло время рассказать о мерах, которые нужно принять на месте, если электромагнит отключения топлива вдруг отказал. Двигатель в такой ситуации заглохнет. Однако не только клапан может быть причиной остановки мотора. Чтобы однозначно убедиться, что дело в электромагните, его нужно просто убрать из схемы работы. Ведь при работающем двигателе он всегда в открытом положении.

Для отключения устройства снимают с него питание, изолируют от массы. Затем выворачивают сам клапан, снимают с него наконечник и пружину, а клапан возвращают на свое место. Снова пробуют завести мотор. Если двигатель и сейчас отказывается работать, дело не в электромагните. Если же ДВС завелся – виноват именно клапан. Теперь нужно выяснить, что с ним не так.

Однако в пути делать это очень неудобно, лучше попробовать доехать до гаража или дома, пока работает машина. Чтобы заглушить двигатель в месте назначения, придется включить повышенную передачу и тронуться со включенным ручным тормозом.

Затем нужно заняться ремонтом. Первая под подозрением – обмотка электромагнита, проверяем ее на целостность. Метод простой – при помощи провода подают плюс от аккумулятора на клапан и пробуют запустить мотор. Если попытка удачная, значит, обмотка не функционирует. Если же нет, нужно обследовать подводящий провод на предмет утечки напряжения.

Центробежная муфта и конструкция

В конструкцию этой муфты входят подпружиненные грузики, которые за счет центробежной силы могут расходиться, преодолевая усилие пружин. Это расхождение приводит к тому, что кулачковый вал меняет угол (проворачивается) относительно своего привода. То есть, чем выше скорость вращения этого вала, тем на больший угол грузики его провернут. В результате кулачок будет раньше набегать на толкатель плунжера и момент начала впрыска изменяется.

Регулировка ТНВД и профилактика проблем

Обязательно периодически проводить регулировку насоса высокого давления. Иначе о надежной работе дизельного двигателя можно забыть. Для осуществления операции применяют специальные стенды (к примеру, СДТА-1). С ТНВД снимают муфту опережения впрыска, которая работает в автоматическом режиме. Далее вал с кулачками присоединяют к приводу стенда.

Насос готов к проверкам. Во время испытаний регулируют равномерность и дозировку подачи топлива, а также выставляют момент начала впрыска. Делается это при помощи специализированного механизма привода шторки. Она выдвигается между измерительными цилиндрами и эталонными форсунками точно в момент прекращения подачи топлива.

Чтобы отрегулировать начало подачи, применяют моментоскоп, представляющий собой участок топливопровода со стеклянной трубкой на конце. Для выставления момента начала подачи пользуются регулировочными болтами, устанавливаемыми на толкатели плунжеров.Чтобы отрегулировать начало подачи, применяют моментоскоп, представляющий собой участок топливопровода со стеклянной трубкой на конце. Для выставления момента начала подачи пользуются регулировочными болтами, устанавливаемыми на толкатели плунжеров.

Давно известно, что любую неисправность проще предотвратить, чем потом столкнуться с ремонтом. К топливному насосу дизельного двигателя это относится на 100 %. Ведь это очень дорогой механизм, цена ремонта ТНВД очень хорошо бьет по карману. А полная его замена обойдется в круглую сумму. Для профилактики неисправностей топливного насоса нужно руководствоваться следующими правилами:

• периодическая промывка топливной системы 1-2 раза в год;
• при промывке обязательно очистить топливный фильтр или заменить новым;
• периодически сливать из бака осадок топлива;
• длительная стоянка авто рекомендуется с полным баком. Иначе на свободной поверхности стенок ночью выпадет конденсат, который затем вместе с горючим попадет в ТНВД;
• нельзя допускать снижение уровня топлива в баке до очень низкого уровня.

Немаловажным аспектом является тип топлива. Особенно это актуально в осенний переходный период. Так, летняя солярка при снижении температуры быстро теряет текучесть. Если охлаждение продолжается, происходит парафинизация дизтоплива. При использовании прошедшего такие изменения горючего засоряется фильтр и проводящие каналы, что в последующем обернется ремонтом ТНВД двигателя. Поэтому при заправке на АЗС нужно всегда уточнять, какое топливо заливается. Если снижение температуры воздуха произошло быстро, а в баке осталось летняя солярка, нужно перед пуском двигателя прогреть авто обогревателем.

Несмотря на распространенность метода, не рекомендуется добавлять в летнюю солярку бензин для придания характеристик зимнего топлива. Это не приносит желаемого эффекта, зато есть угроза нанести вред топливной системе. Дело в том, что бензин и дизельное топливо различаются по плотности, температуре воспламенения и характеру горения. Применение подобных смесей может стать причиной преждевременного ремонта ТНВД дизеля, а также и других компонентов мотора.

Зимой нужно тщательно прогревать дизельный мотор. В отличие от бензиновых агрегатов, дизель более требователен к рабочей температуре. Да и времени на прогрев ДВС на солярке требуется больше. Поэтому сразу после запуска трогаться нельзя. Но и слишком длительный прогрев на пользу мотору не идет. Поэтому нужно сочетать прогрев в течение 4-5 минут с движением на небольшой нагрузке.

Заливать топливо лучше только на хорошо зарекомендовавших себя АЗС. При заправке топлива сомнительного происхождения можно столкнуться с последствиями в виде ремонта топливной системы, включая ТНВД.

Следующий полезный совет касается общего контроля за работой авто. Если замечены какие-то изменения, признаки скорой поломки ТНВД, лучше не откладывать решение о ремонте в долгий ящик. Это поможет справиться с проблемой с минимальными затратами времени и финансов.

Если же нет навыков, желания или возможности заниматься самостоятельным ремонтом топливного насоса, лучше обратиться в специализированные мастерские по сервису топливных систем. В дилерских центрах по ремонту и обслуживанию авто определенных марок обычно не берутся делать насосы, так как это требует специализированного оборудования.

Самый распространенный стенд для обслуживания, настройки и ремонта ТНВД – Bosch EPS-815. Он позволяет проверить соответствие различных параметров насоса указанным в паспорте значениям. Это такие показали, как объемная подача топлива в разных режимах работы, подача горючего при пуске, выходное давление и другие.

Прислушаемся к советам профессионалов. Они рекомендуют уточнить, есть ли на стенде система термостабилизации. Именно с ней точность измерений будет максимально высокой. Далее нужно узнать, насколько точно имитируется работа ТНВД на двигателе. Полезной опцией является система контроля скорости вращения привода. Благодаря ей насос будет работать с нужной скоростью при любой нагрузке.

Немаловажна надежность мастерской, куда планируется обратиться. Чтобы узнать об этом больше информации, можно съездить на собеседование и поговорить с другими автовладельцами, доверившими ремонт авто этому сервису. Также стоит изучить историю этой СТО. Фирмы с некачественным сервисом не задерживаются на рынке более года.

Что автолюбители говорят о ремонте ТНВД

Цена и сроки ремонта ТНВД

«В моем авто используется ТНВД с распылами. Диагностика показала, что распылители исправные, а вот плунжер изношен. Заказал за 9 тысяч р. оригинальные плунжеры. Теперь ждать целую неделю, пока они придут, пока отремонтируют ТНВД. А отпуск проходит…»

Всегда ли дилерский ремонт хорошо

«В 90-е годы был сотрудником фирмы, у которой был ЗиЛ-4331. Хорошая идея, плохо воплощенная в металле, – вот как можно сказать про эту машину.

Автомобиль пригнали прямо с завода, пробег был небольшой. Водитель жаловался на задымленность, устранить проблему решили заменой распылителей. Отправили авто для ремонта в Москву на завод ЗиЛ.

После ремонта машина совсем отказалась заводиться. Обследование на стенде показало, что семь из восьми форсунок льют….

Такой заводской ремонт.

Устранял неисправности и грехи ремонта дядя Вася на базе заводского автохозяйства».

Важность подходящих запчастей

«Если взять неродные распылители, отличающиеся по номеру, то и распылять они будут не под таким углом. В результате топливо либо вообще не воспламенится, либо сделает это с опозданием. Вывод прост: необходимо менять распылители только на родные, к тому же еще уделить внимание их настройке. Только в таком случае все будет работать как надо».

Как понять состояние плунжера

«Если плунжеры изношены, то двигатель нормально не заведешь. Например, при новом моторе авто сразу заводится после поворота ключа. Если же износ ТНВД значительный, то придется покрутить двигатель стартером. Чем в худшем состоянии плунжеры, тем больше нужно будет крутить двигатель, пока он стартанет».

Как распознать некачественный ремонт

«Настройка ТНВД зависит от того, одноплунжерный или многоплунжерный насос. Если плунжер один, то и все распылители на одно давление настраиваются. В случае наличия нескольких плунжеров каждая пара настраивается отдельно. Это грамотный ремонт многоплунжерного ТНВД.

На любых оборотах во все колбы должно попадать одинаковое количество топлива. Хороший мастер подписывает форсунки, чтобы при сборке каждую на свое место поставить. Ремонтировал ТНВД своего авто. Попался очень хороший мастер: аккуратный, дотошный и умный. Результат настройки порадовал. Двигатель работает очень хорошо и потребляет мало солярки. Регулятор четко отрабатывает изменение режима работы двигателя.

На машине это менее заметно, а вот экскаватор совсем по-другому отзывается на повышение или уменьшение нагрузки. И очень чистый выхлоп, без дыма и запаха солярки. Можно даже завести машину в закрытом гараже, а потом не спеша открывать двери.

Даже замена насоса на новый с новыми форсунками не обеспечит идеальную работу. Чтобы убедиться в этом, нужно поставить многоплунжерный насос на стенд вместе с форсунками. При испытании будет видно, что в колбах разное количество топлива. Поэтому и двигатель не сможет идеально работать. Однако неспециалист вряд ли заметит проблему. А видимые признаки, например, дым из выхлопной трубы, будут объяснены низким качеством топлива».

Устройство и принцип действия ТНВД механического типа

Рядные ТНВД относятся к классической аппарату ре впрыскивания дизельного топлива. Эти надежные агрегаты используются на дизелях с 1927 г. Рядные ТНВД устанавливаются на стационарные дизели, на двигатели грузовых автомобилей, строительных и сельскохозяйственных машин. Они позволяют получать высокие цилиндровые мощности у двигателей с числом цилиндров от 2 до 12. В сочетании с регуляторами частоты вращения коленчатого вала, устройствами для изменения угла опережения впрыскивания и различными дополнительными механизмами они обеспечивают потреби гелю возможность широкого выбора режимов эксплуатации. Рядные ТНВД для легковых автомобилей сегодня не производятся. Мощность дизеля существенно зависит от количества впрыскиваемого топлива. Рядный ТНВД всегда должен дозировать количество подаваемого топлива
в соответствии с нагрузкой. Для хорошей подготовки смеси ТНВД должен дозировать топливо максимально точно, впрыскивая его под очень высоким давлением в соответствии с процессом сгорания. Оптимальное соотношение расхода топлива, уровней шума работы и эмиссии вредных веществ в ОГ требует точности порядка 1° угла поворота коленчатого вала по моменту начала
впрыскивания. Для управления моментом начала впрыскивания и компенсации времени на проход волны давления топлива через подводящую магистраль в стандартном рядном ТНВД используется муфта 3 опережения впрыскивания см. на рис. ниже, которая с увеличением частоты вращения коленчатого вала изменяет момент начала подачи топлива в направлении «раньше». В особых случаях предусмотрено управление опережением впрыскивания в зависимости от нагрузки на двигатель. Нагрузка и частота вращения коленчатого вала регулируются изменением величины цикловой подачи топлива. Рядные ТНВД делятся на два типа: стандартные и с дополнительной втулкой.

1. Дизель
2. Стандартный рядный ТНВД
3. Муфта опережения впрыскивания
4. Топливоподкачивающий насос
5. Регулятор частоты вращения коленчатого вала
6. Установочный рычаг с тягой от педали газа
7. Ограничитель полной подачи, зависимый от давления наддува
8. Фильтр тонкой очистки топлива
9. Магистраль высокого давления
10. Форсунка о сборе
11. Магистраль обратного слива топлива

Конструкция и принцип действия

Рядные ТНВД серии РЕ имеют собственный кулачковый вал 14, который установлен в алюминиевом корпусе. Он
соединяется с двигателем либо непосредственно, либо через соединительный узел и муфту опережения впрыскивания.
Количество кулачков на кулачковом валу TНВД соответствует числу цилиндров двигателя. Над каждым кулачком находится роликовый толкатель 13 с тарелкой 12 пружины 11. Тарелка передает усилие от толкателя на плунжер 8, а пружина возвращает его в исходное положение. Гильза 4 плунжера является направляющей, в которой плунжер совершает возвратно-поступательное движение. Сочетание втулки и плунжера образует насосный элемент, или плунжерную пару.

1. Корпус нагнетательного клапана
2. Проставка
3. Пружина нагнета тельного клапана
4. Гильза плунжера
5. Конус нагнетательного клапана
6. Впускное и распределительное отверстия
7. Регулирующая кромка плунжера
8. Плунжер
9. Регулирующая втулка плунжера
10. Поводок плунжера
11. Пружина плунжера
12. Тарелка пружины
13. Роликовый толкатель

Конструкция плунжерной пары

П лунжерная пара состоит из плунжера 9 и гильзы 8. Гильза имеет один или два подводящих канала (при двух каналах один из них выполняет функции подводящего и перепускного), которые соединяют полость всасывания с камерой высокого давления плунжерной пары. Над плунжерной парой находится штуцер 5 с посадочным конусом 7 нагнетательного клапана. Двигающаяся в корпусе TНВД рейка 10 вращает зубчатый сектор 2, управляя тем самым регулирующей втулкой 3 плунжера. Перемещение самой рейки определяется регулятором частоты вращения коленчатого вала. Это позволяет точно дозировать величину цикловой подачи. Полный ход плунжера неизменен. Активный ход и связанная с ним величина цикловой подачи могут изменяться поворотом плунжера, который совершается при помощи регулирующей втулки.

1. Полость всасывания
2. Зубчатый сектор
3. Регулирующая втулка плунжера
4. Боковая крышка
5. Штуцер нагнетательного клапана
6. Корпус нагнета тельного клапана
7. Конус нагнетательного клапана
8. Гильза плунжера
9. Плунжер
10. Рейка ТНВД
11. Поводок плунжера
12. Возвратная пружина плунжера
13. Нижняя тарелка возвратной пружины
14. Регулировочный винт
15. Роликовый толкатель
16. Кулачковый вал ТНВД

Плунжер имеет наряду с продольной канавкой 2 еще и спиральную канавку 7. Получаемая таким образом косая кромка на поверхности плунжера называется регулирующей кромкой 6. Если величина давления впрыскивания не превышает 600 бар, то достаточно одной регулирующей кромки, для больших значений давления впрыскивания необходим плунжер с двумя регулирующими кромками, отфрезерованными с противоположных сторон плунжера. Их наличие снижает износ плунжерной пары, поскольку плунжер с одной регулирующей кромкой под давлением прижимается к одной стороне гильзы, увеличивая ее выработку.В гильзе плунжера размещены одно или два отверстия для подвода и обратного слива топлива.
Плунжер притерт к гильзе так плотно, что пара герметична без дополнительных уплотнений даже при очень высоких давлениях и низких частотах вращения коленчатого вала. Из-за этого замене могут подвергаться только комплектные плунжерные пары.
Величина возможной подачи топлива зависит от рабочего объема пары. Максимальное значение давления впрыскивания у форсунки может составлять, в зависимости от конструкции, 400. 1350 бар. Угловой сдвиг кулачков на кулачковом валу гарантирует точное совмещение впрыскивания с фазовым сдвигом процессов по цилиндрам двигателя в соответствии с порядком его работы.

а — гильза с одним подводящим каналом
b — гильза с двумя подводящими каналами

1. Подводящий канал
2. Продольная канавка
3. Гильза плунжера
4. Плунжер
5. Перепускном канал
6. Регулирующая кромка
7. Спиральная канавка
8. Кольцевая канавка для смазки

ПЛУНЖЕРНАЯ ПАРА С ПРИВОДОМ

а — НМТ плунжера
б — ВМТ плунжера

1. Кулачок
2. Ролик
3. Роликовый толкатель
4. Нижняя тарелка возвратной пружины
5. Возвратная пружина плунжера
6. Верхняя тарелка возвратной пружины
7. Регулирующая втулка плунжера
8. Плунжер
9. гильза плунжера

Принцип действия плунжерной пары

(последовательность фаз)
Вращение кулачкового вала ТНВД преобразуется непосредственно в возвратно-поступательное движение роликового толкателя, приводящего в действие плунжер Движение плунжера в направлении к его ВМТ называется ходом нагнетания.
Возвратная пружина возвращает плунжер к его НМТ. Пружина рассчитана так, что даже при максимальных частотах
вращения кулачкового вала ТНВД ролик не отходит от кулачка; отскок и вместе с ним удар ролика по кулачку при длительной эксплуатации привели бы к разрушению поверхностей кулачка или ролика. Плунжерная пара работает по принципу перетока топлива с управлением регулирующей кромкой 5. Этот принцип используется в рядных ТНВД серии РЕ и индивидуальных ТНВД серии PF. В НМТ плунжера подводящий канал 2 гильзы 3 и канал 6 слива топлива открыты. Благодаря им топливо может перетекать под давлением подкачки из полости впуска в камеру 1 высокого давления. При движении вверх плунжер закрывает отверстие подводящего канала своим верхним торцом. Этот ход плунжера называется предварительным. При дальнейшем движении плунжера вверх давление
растет, что приводит к открытию нагнетательного клапана над плунжерной парой. При применении нагнетательного клапана постоянного объема плунжер дополнительно совершает втягивающий ход. После открытия нагнетательного клапана топливо во время активного хода через магистраль высокого давления направляется к форсунке, которая впрыскивает точно дозируемое количество топлива в камеру сгорания двигателя. Когда регулирующая кромка плунжера открывает перепускной канал, активный ход плунжера завершается. С этого момента топливо в форсунку не нагнетается, поскольку во время остаточного хода оно через продольную и спиральную канавки из камеры высокого давления направляется в перепускной канал. Давление в плунжерной паре при этом падает. По достижении ВМТ плунжер меняет направление своего движения на противоположное. Топливо при этом через спиральную и продольную канавки поступает обратно из перепускного канала в камеру высокого давления. Это происходит до тех пор, пока регулирующая
кромка вновь не перекроет перепускной канал. При продолжении обратного хода плунжера над ним возникает область низкого давления. С освобождением подводящего канала верхним торцом плунжера топливо вновь поступает в камеру высокого давления. Цикл начинается снова.

Последовательность работы плунжерной пары

1. Камера высокого давления
2. Подводящий канал
3. Гильза плунжера
4. Плунжер
5. Регулирующая кромка
6. Перепускной капал А полный ход плунжера

Регулирование цикловой подачи

Величину цикловой подачи топлива можно регулировать изменением активного хода кромки. Для этого рейка 5 через регулирующую втулку плунжера поворачивает сам плунжер 3 таким образом, что регулирующая кромка 4 может изменять момент конца нагнетания и
вместе с тем величину цикловой подачи (регулирование по концу впрыскивания). В крайнем положении, соответствующем нулевой подаче (а), продольная канавка находится непосредственно перед перепускным каналом. Вследствие этого давление в камере высокого давления плунжерной пары во время всего хода плунжера равняется давлению в полости всасывания и нагнетания топлива не происходит. В это положение плунжер приводится, если двигатель должен быть остановлен. При средней подаче (Ь) плунжер устанавливается в промежуточное положение (по регулирующей кромке). Полная подача (с) становится возможной только при установке максимального активного хода плунжера. Передача движения от рейки на плунжер может производиться либо через
зубчатую рейку на зубчатый сектор , закрепленный на регулирующей втулке плунжера либо через рейку с направляющими шлицами на штифт или сферическую головку на регулирующей втулке плунжера .

Топливный насос высокого давления

приводится в действие кулачком кулачкового вала, соединенного зубчатой передачей с коленчатым валом дизеля. В четырехтактном дизеле кулачковый вал топливных насосов так же, как и распределительный вал газораспределения, вращается вдвое медленнее коленчатого вала, в двухтактном — с той же скоростью. При набегании выступа кулачка на плунжер насоса он (плунжер), перемещаясь, выталкивает топливо по нагнетательной трубке к форсунке, из которой оно под давлением в несколько сотен атмосфер впрыскивается в камеру сгорания дизеля. От топливного насоса и форсунки, как видно из схемы, отходят трубки, по которым сливается в бак топливо, просочившееся через зазоры между деталями. Шестеренным насосом топлива подается больше, чем впрыскивается в цилиндр. Избыток топлива также по трубопроводу сливается в топливный бак.

Топливный насос высокого давления служит для подачи топлива к форсункам. Насосы устанавливают в специальные расточки лотка дизеля и крепят к нему четырьмя шпильками. Оси насосов находятся под углом 10º к горизонтали. Толкатели насосов одноименных цилиндров правого и левого рядов приводятся в действие одной и той же кулачковой шайбой распределительного вала.

Рис. 62 – Топливный насос дизеля Д49 1 – направляющая втулка толкателя; 2 – толкатель; 3 – резиновые кольца; 4 – пружина; 5 – поворотная шестерня; 6 – рейка; 7 – плунжер; 8, 10 – штуцера; 9 – корпус нагнетательного клапана; 11 — гильза плунжера; 12 – тарелки плунжера; 13 – корпус насоса; 14 – регулировочные прокладки; 15 – регулировочный винт.

Насос и толкатель (рис.62) объединены между собой. Положение гильзы зафиксировано стопорным винтом 15. В гильзе имеются два отверстия для подвода и отсечки топлива. Головка плунжера имеет две отсечные кромки – верхнюю и нижнюю. Спиральные отсечные кромки расположены таким образом, что при движении рейки в корпус насоса подача топлива уменьшается, а при выдвижении – увеличивается. На цилиндрической поверхности плунжера имеются две кольцевые канавки.

Широкая канавка при любом положении плунжера по высоте, соединена через отверстие в гильзе с полостью всасывания насоса, что исключает протекание топлива по плунжеру в масляную систему.

На гильзе установлена шестерня 5, в пазы которой входит ведущий поводок плунжера. В зацеплении с шестерней находится рейка 6, посредством которой механизм управления топливными насосами поворачивает плунжер.

Максимальный выход А рейки 6 ограничивается винтом, который препятствует повороту зубчатого венца и перемещению рейки насоса. Размер А устанавливают при проверке насоса на подачу на стенде изменением положения рейки с помощью прокладок.

Толкатель представляет собой корпус 2, в котором на оси установлен цементированный ролик. Сверху в корпус 2 ввернут упор для передачи усилия от толкателя к плунжеру. Движение толкателя направляется бронзовой втулкой, запрессованной в направляющую втулку 1. Втулка 1 прикреплена болтами к корпусу насоса. Угол опережения подачи топлива по цилиндрам регулируют прокладками 14. Необходимая толщина прокладок устанавливается на стенде завода – изготовителя. Ее значение выбивается на корпусе насоса. Привод толкателей топливных насосов осуществляется от общего распределительного вала.

Ремонт ТНВД

Основными неисправностями топливного насоса являются: трещины корпуса, потеря упругости и трещины в витках пружины; скалывание и выкрашивание торцевых кромок деталей и наклонных кромок головки плунжера, односторонний и местный натир плунжерных пар; износ плунжерной пары и нагнетательного клапана; трещины и излом плунжера или втулки, повреждение плунжера или втулки коррозией и кавитацией; зависание (заклинивание) плунжера во втулке; износ зубчатой рейки и втулки; пропуск топлива между сопрягаемыми деталями; износ резьбы.

При ремонте насоса все детали очищают от нагарообразования. Втулку плунжера, плунжер, детали толкателя и нагнетательный клапан промывают в бензине, а затем в дизельном топливе, остальные детали промывают в дизельном топливе и обдувают воздухом, осматривают и устраняют обнаруженные дефекты.

Распыливание представляет процесс раздробления на мельчайшие частицы порции топлива, впрыскиваемого в цилиндр форсункой. При распыливании топлива общая поверхность его, соприкасающаяся с воздухом, резко возрастает. Чем меньше диаметр капель топлива, тем быстрее они нагреваются, лучше смешиваются с кислородом горячего воздуха, а это улучшает их сгорание. Но очень маленькая капля будет иметь небольшую кинетическую энергию. Это затруднит забрасывание частиц топлива в удаленные от форсунки участки пространства цилиндра. Поэтому наиболее выгодная степень распыленности топлива определяется для каждого типа дизеля. В цилиндр тепловозного дизеля в зависимости от развиваемой мощности, числа цилиндров и частоты вращения коленчатого вала за один цикл впрыскивается от 0,07 до 1,0 г топлива. Струя топлива, впрыскиваемого в цилиндр дизеля, распадается на миллиарды капель, превращаясь в пылеобразное облачко. В обычных условиях (при малых давлениях и в неограниченный промежуток времени) осуществить распыливание жидкости не так уж сложно, примером чего может служить обыкновенный пульверизатор. Но в условиях дизеля задача осложняется тем, что распыливание нужно осуществить в плотную среду сжатого воздуха за тысячные доли секунды (0,002—0,008 с), которые отведены для этого. Начало и конец распыливания должны быть резкими, четкими, иначе топливо будет выходить из отверстий форсунки с малой скоростью (подтекать). В этом случае топливо плохо сгорает и превращается в нагар, который будет оседать вокруг распыливающих отверстий форсунки. Образовавшийся нагар, постепенно нарастая, затруднит впрыскивание топлива и его перемешивание с воздухом, что неизбежно приведет к ухудшению работы дизеля и увеличению расхода горючего.

Что же нужно сделать, чтобы хорошо распылить топливо за весьма короткий промежуток времени?

Надо топливо подавать через форсунки под высоким давлением 19,6— 117 МПа (200—1200 кгс/см2). Благодаря такому давлению скорость истечения топлива через распыливающие отверстия возрастает и процесс впрыска происходит в очень короткий промежуток времени. Скорость струи топлива, выходящей из форсунки, достигает 250—350 м/с. Для сравнения напомним, что скорость звука 330 м/с. Большая скорость способствует дроблению струи в камере сгорания и увеличивает дальность полета отдельных частиц топлива («дальнобойность» струи), которые движутся в плотной среде сжатого воздуха и должны распределиться по всему объему камеры. Давление впрыска рассчитывается таким образом, чтобы обеспечить необходимую «дальнобойность» струи, но при этом топливо не должно попадать на стенки цилиндра, чтобы не охлаждать их.

Таким образом, насосы, подающие топливо в цилиндры дизеля, должны создавать высокое давление.

Внутри неподвижной гильзы помещен подвижной плунжер. Плунжер — это поршень, длина которого значительно превышает диаметр. Вместе эти детали —- гильза и плунжер — образуют плунжерную пару. Плунжер подобран к гильзе или притерт к ее стенкам так плотно, что утечки топлива между ними почти не происходит. Зазор между плунжером и гильзой не превышает обычно 1,5—4 мкм, что в 50—100 раз меньше диаметра волоса человека. Трубопровод, подходящий к окну А гильзы, всегда заполнен топливом.

Проследим, как плунжер такого насоса подает топливо. Когда плунжер находится в нижнем положении, топливо через окно А заполняет пространство над плунжером (рис. 73, а). При вращении кулачкового вала привода топливного насоса кулачок набегает на ролик толкателя (рис. 73, б), плунжер начинает двигаться вверх и верхней кромкой а постепенно закрывает окно А. При этом нагнетательный клапан, прижатый к своему седлу пружиной, испытывает снизу давление топлива, вытесняемого плунжером, а сверху — усилие пружины и давление топлива, оставшегося в трубопроводе. Пока усилие на клапан, создаваемое давлением топлива, меньше усилия, создаваемого пружиной, клапан закрыт и часть топлива, не имея другого выхода, устремится из надплунжерного пространства обратно в окно 4 (см. рис. 73, б). Когда плунжер кромкой а полностью закроет окно А (рис. 73, в), вытекание топлива через него прекратится. Примерно с этого момента при продолжающемся ходе плунжера вверх начнется нагнетание: давление топлива преодолеет усилие пружины нагнетательного клапана, он откроется, и топливо будет через трубопровод поступать в форсунку до тех пор, пока плунжер не достигнет своего крайнего положения (рис. 73, г). Когда плунжер начинает двигаться вниз, прекращается подача топлива. Нагнетательный клапан под действием пружины снова садится на свое седло. Сбегая с выступа кулачка, ролик вместе с толкателем и плунжером возвращается в первоначальное положение (см. рис. 73, а).

Если бы дизель всегда работал только на одной постоянной мощности, то рассмотренный нами топливный насос вполне удовлетворял бы требованиям работы на дизеле, так как за один ход плунжера он подает одно и тоже количество топлива, необходимое для получения нужной мощности. Количество топлива, подаваемого таким насосом, постоянно потому, что высота кулачка, а следовательно, и ход плунжера являются величинами постоянными, а начало и конец нагнетания топлива, определяемые ходом плунжера в процессе работы, как мы видим, при такой конструкции не могут быть изменены.

Однако условия работы тепловоза, как уже указывалось, требуют, чтобы мощность дизеля могла изменяться. Дизель, как и всякий транспортный двигатель внутреннего сгорания, должен быть приспособлен к переменному режиму работы локомотива.

Мощность дизеля зависит от количества впрыскиваемого в цилиндры топлива. Чем больше топлива поступит в цилиндр во время рабочего хода, тем большую мощность будет развивать дизель. Поэтому нужно чтобы топливный насос при необходимости позволял изменять количество топлива, подаваемого в течение одного хода плунжера в каждый из цилиндров дизеля, соответственно его нагрузке.

В самом деле, при наибольшей мощности 2200 кВт (3000 л.с.) и максимальной частоте вращения коленчатого вала (850 об/мин) дизель 10Д100 расходует в среднем 8,25 кг топлива в минуту (495 кг в час). Очевидно, за один оборот вала (дизель двухтактный) расход топлива всеми десятью цилиндрами дизеля составит 8,25:850=0,0097 кг.

Подача топлива в цилиндр одним насосом за один оборот вала будет в 20 раз меньше (на каждый цилиндр установлены два топливных насоса), т. е. 0,00048 кг, или 0,48 г. При минимальной подаче топлива, когда коленчатый вал делает 400 об/мин и вращается вхолостую, подача топлива одним насосом может сократиться до 0,07 г, т. е. за цикл почти в семь раз меньше, чем в первом случае (при 850 об/мин).

Каким же образом можно изменять (регулировать) количество подаваемого топлива, не усложняя слишком конструкцию топливного насоса? Наиболее просто изменение подачи топлива в таком диапазоне решается путем изменения активного хода плунжера. Для этого конструкцию верхней части плунжера, называемую головкой, надо изменить. На некотором расстоянии от верхней кромки плунжера сделаем поперечную кольцевую выточку (рис а). Теперь как показано на рис.б, в головке плунжера прорежем и вертикальный сквозной паз. После этого часть металла головки уберем таким образом, чтобы на ней образовался специальный косой срез—со спиральной (винтовой) кромкой О. В результате головка плунжера примет вид, изображенный на рис. в.

Если окрасить головку плунжера и катить ее по плоскости, то на ней останется след от поверхности (и кромок) плунжера.

Этот след является поверхностью цилиндра, развернутого на плоскости, или просто разверткой. Развертка рабочей поверхности головки плунжера представляет собой прямоугольник, один угол которого срезан. Срез соответствует спиральной кромке О и является прямой линией ей. Спиральная кромка О плунжера имеет большое значение, так как она является регулирующей. С ее помощью можно изменять количество топлива, подаваемого плунжером. Посмотрим, как это происходит. Количество подаваемого топлива зависит от положения, которое занимает регулирующая кромка О относительно окна А (рис. 76) гильзы плунжера. В самом деле, топливо начнет подаваться после того, как верхний торец плунжера перекроет окно А, а прекращение подачи соответствует моменту, когда плунжер, продолжая двигаться вверх, своей спиральной кромкой откроет это окно. Нетрудно, однако, сообразить, что если наш плунжер будет лишен возможности поворачиваться вокруг своей вертикальной оси, то кромка О никогда не сможет регулировать величину подачи топлива, так как она будет открывать окно А одним и тем же участком. Следовательно, при одном поступательном движении плунжера спиральная кромка О не решает задачи.

Для того чтобы изменить подачу топлива насосом, нужно заставить плунжер повернуться на некоторый угол так, чтобы против окна оказался другой участок головки. Задача осложняется тем, что повернуть плунжер нужно «на ходу», т. е. во время возвратно-поступательного перемещения заставить плунжер участвовать одновременно в двух разных движениях: поступательном (вверх, вниз вдоль оси В—В, рис. 76) и вращательном (вокруг оси В—В).

Как мы уже видели, поступательное движение плунжеру насоса сообщает кулачок (см. рис. 73). Поворот же его осуществляется с помощью специального механизма через выступ (поводок) плунжера. На рис. 76 показаны различные положения плунжера, соответствующие нулевой, частичной и полной подаче топлива плунжером.

Чтобы лучше понять, как происходит изменение количества подаваемого топлива с помощью спиральной кромки, зададим себе такой вопрос: при каком положении плунжера насос вовсе не будет подавать топливо? Мы уже знаем, что вертикальный паз соединяет надплунжерное пространство с кольцевой выточкой. Следовательно, топливо всегда заполняет не только надплунжерное пространство, но и вертикальный паз и кольцевую выточку. Если повернуть плунжер так, что вертикальный паз расположится прямо против окна А в гильзе, то, как это видно из рис. 76, а, при движении плунжера вверх топливо просто будет вытекать (перепускаться) через окно Л и ни одна капля его не попадет в нагнетательный трубопровод.

Теперь повернем плунжер вокруг оси В—В по часовой стрелке так, чтобы окно А было изолировано от вертикального паза (рис. 76, б). В этом случае хотя в пазу и есть топливо, но попасть в окно А оно может только, пройдя через полость б, когда кромка О приоткроет окно А. Плунжер при этом поднимется на величину h1 объем вытесненного в цилиндр топлива будет равен площади поперечного сечения плунжера, умноженной на расстояние h1. Дальнейшее движение плунжера вверх происходит вхолостую, так как вытесняемое топливо перепускается через окно А.

Если плунжер повернуть еще больше (рис. 76, в), то полезный ход его увеличится и станет равным h2. Соответственно увеличится и объем топлива, вытесненного плунжером и поданного через форсунку в цилиндр. Таким образом, каждому значению мощности дизеля соответствует определенное положение спиральной кромки О плунжера относительно окна гильзы. При увеличении мощности дизеля плунжер будет поворачиваться по часовой стрелке, и подача топлива увеличится до нужной величины. Уменьшение нагрузки будет сопровождаться поворотом плунжера в обратном направлении. Чем больше угол, на который повернется плунжер по часовой стрелке, тем позднее спиральная кромка откроет окно А, тем больше топлива будет подано плунжером за один ход и тем меньше топлива уйдет обратно через окно А.

Итак, изменение величины подачи топлива производится поворотом плунжера. Практически для изменения подачи топлива от нуля до максимума плунжер достаточно повернуть на 1/4 оборота. Возникает вопрос: каким же образом производится поворот плунжера вокруг вертикальной оси В—В во время его хода?

ФОРСУНКИ

предназначены для впрыскивания топлива в цилиндры в мелкораспыленном виде с обеспечением равномерного его распыливания по всему объему камеры сгорания.

Рис. 65 – Форсунка 1, 2 – штуцера; 3 – регулировочный штуцер; 4 – тарелка; 5, 8 – резиновые кольца; 6 – пружина; 7 – корпус; 9 – толкатель; 10 – колпак; 11 – корпус иглы; 12 – распылитель; 13 – игла; 14 – щелевой фильтр; а, б – каналы.

Принципиально форсунки всех дизелей устроены одинаково, а различаются главным образом конструкцией распылителя, размерами проходных сечений в них, количеством и размерами сопловых отверстий и габаритными размерами.

В стальном корпусе 7 форсунки размещены сопловой наконечник распылителя 12 с отверстиями малого диаметра, корпус 11 иглы (корпус распылителя) и игла 13. Игла и корпус представляют собой прецизионную пару, сопряжение которой по цилиндрической направляющей и конической запорной поверхностям выполнено с высокой степенью точности. Угол конуса иглы 13 на 1-2º больше угла конуса корпуса, что обеспечивает небольшую ширину контактного пояса и хорошее уплотнение. Игла 13 прижата к посадочному гнезду пружиной 6 через толкатель 9. Затяжка пружины осуществляется регулировочным винтом. Затяжкой пружины устанавливается давление топлива, соответствующее моменту начала подъема иглы, 32+0,5 МПа (320+5кГс/см²). Топливо подводится от топливного насоса к штуцеру корпуса форсунки и через него поступает к щелевому фильтру 14, представляющему собой стержень, на наружной поверхности которого профрезерованы канавки, поочередно не доходящие до одного из торцов.

Топливо из одной канавки в соседнюю может попасть только через зазор между стержнем фильтра и отверстием, в которое он установлен. Этот зазор для форсунок устанавливается от 0,02 до 0,1 мм. Пройдя фильтр, топливо по каналу А поступает в полость корпуса распылителя к игле. Начальное усилие подъема иглы пропорционально площади кольцевого пояска на игле.

При отрыве иглы топливо действует уже на всю площадь иглы и усилие на нее резко возрастает, приводя к стремительному подъему иглы. Поступив в канал соплового наконечника, топливо через его отверстия впрыскивается в цилиндр. После впрыскивания давление топлива резко падает и игла садится на седло под действием пружины.

Максимальный подъем иглы ограничивается упором, обеспечивающим ход иглы 0,55–0,65 мм.

Топливо, просочившееся через зазоры деталей форсунки, отводится через штуцер 2регулировочного винта. Детали форсунки уплотнены медными прокладками или резиновыми кольцами.

Чтобы не допустить накопления топлива под давлением и прорыва резинового кольца 8уплотнения деталей форсунки дизеля при возможных нарушениях плоскости стыковых соединений деталей, в нижней части корпуса выполнен наклонный канал, через который топливо отводится в систему слива.

Форсунки дизелей Д49 устанавливают в специальные расточки крышек цилиндров под углом 30º к оси цилиндра, что позволяет расположить внешнюю часть форсунки вне закрытия крышек цилиндров и снимать форсунки, не разбирая крышек.

Уплотнение форсунки в крышке обеспечивается конусным соединением в нижней части и резиновым уплотнительным кольцом 5 в верхней части.

РАБОТА ФОРСУНКИ

Сами по себе топливные насосы только нагнетают топливо под большим давлением, а распыливание осуществляется форсунками. Форсунка является неотъемлемым спутником топливного насоса, и работают они совместно. Насос соединяется с форсункой нагнетательной трубкой. Чем короче трубка, тем лучше, так как впрыск (подача) микроскопических порций топлива становится более точным.

Преимущественное распространение на тепловозных дизелях получили форсунки закрытого типа, имеющие распылитель с запорной иглой. Они называются закрытыми потому, что запорная игла после впрыска топлива разобщает цилиндр от объема топливного трубопровода высокого давления. По нагнетательной трубке (рис. 80), выдерживающей большие давления, топливный насос подает топливо к форсунке. Однако сразу к распыливающим отверстиям топливо пройти не может, так как путь ему преграждает игла, конус которой плотно притерт к седлу корпуса распылителя форсунки.

Для впрыска топлива необходимо приподнять иглу, прижатую пружиной. Это осуществляется за счет высокого давления топлива. Впрыскивание происходит, когда давление топлива, действующее на кольцевой заплечик иглы, создает усилие, достаточное для сжатия пружины при подъеме иглы. Тогда топливо со значительной скоростью устремляется в цилиндр дизеля через распиливающие отверстия, расположенные за иглой в нижней части корпуса распылителя (соплового наконечника). Начальное давление впрыска, необходимое для поднятия иглы и определяемое затяжкой пружины, обычно равно 19,6 — 31,3 МПа (200—320 кгс/см2). Едва игла оторвется от своего седла, как действующее на нее усилие со стороны топлива возрастает. Дело в том, что при закрытом положении иглы давление топлива действует не на всю поверхность конусной части. Когда игла начинает пропускать топливо к распыливающим отверстиям, общее усилие на нее возрастает за счет увеличения площади, на которую действует давление топлива (рис. 81).

После прекращения подачи топлива насосом давление падает, и игла под воздействием пружины тотчас опускается. При быстром закрытии (отсечке) возможность подтекания, просачивания топлива из распылителя форсунки исключается. Этому способствует также следующая особенность работы топливного насоса.

В момент отсечки (прекращении подачи топлива плунжером) на какое-то время нагнетательная полость топливного насоса, нагнетательная трубка и полость форсунки соединяются через окно А (см. рис. 73) с полостью низкого давления. За счет этого давление топлива перед иглой форсунки резко падает. Это положительно сказывается на четкой, без подтекания работе форсунки.

Подъем иглы форсунки в момент впрыска обычно ограничивается упором (ограничителем) и в тепловозных дизелях не превышает 0,7 мм. Форсунки дизелей типов Д100 и Д50 имеют, например, максимальный подъем иглы, равный 0,45 мм (рис. 82). Несмотря на такую малую величину подъема, площадь проходного сечения под конусом иглы в несколько раз больше суммарной площади распиливающих отверстий.

Для равномерного распределения топлива по камере сгорания имеется несколько распыливающих отверстий. Форсунка дизеля 10Д100 имеет три отверстия диаметром 0,56 мм каждое, форсунки дизелей 11Д45 и Д50 — восемь и девять отверстий соответственно диаметром 0,4 и 0,35 мм.

На дизелях 10Д100 в каждом цилиндре имеются две форсунки, расположенные одна против другой. Для большей плотности, чтобы в местах их соединения с цилиндром не просачивались ни газы, ни охлаждающая цилиндры вода, форсунки крепятся с помощью промежуточной (переходной) детали, называемой адаптером.

Главной деталью форсунки (см. рис. 82) является распылитель, состоящий из корпуса распылителя и иглы, которая притирается к корпусу распылителя по цилиндрической и конической (запирающей) поверхностям. Этим достигается плотность этой пары и легкость перемещения иглы в распылителе. Игла прижимается к конусу корпуса распылителя усилием пружины, которое передается через тарелку, толкатель и ограничитель.

Топливо, поступающее от насоса, проходит щелевой фильтр, задерживающий случайно попавшие в топливо крупные частицы грязи, и направляется по пазам и каналам в полость, окружающую нижний конец иглы. Далее форсунки работают так, как описано выше.

Давление топлива, которое испытывают распылители, как подчеркивалось выше, может МПа (1000 кгс/см2), времени, в течение которого происходит впрыск горючего под таким давлением, чрезвычайно малы: на впрыск отводятся тысячные доли секунды. В остальное время между конусом иглы и конусом корпуса распылителя не должно просочиться в цилиндр дизеля ни капли топлива! Лишь несколько капель в минуту может проникнуть в отлив через зазор между их цилиндрическими поверхностями. Чтобы игла не «заедала» и при этом узкий поясок конуса иглы плотно прилегал к такому же пояску на конусе корпуса распылителя, между этими деталями все же должен быть зазор, но в пределах 0,002—0,004 мм (2—4 мкм). Как же решается эта в высшей степени трудная задача? Пока еще распылители изготовляются с недостаточной точностью. Несоосность цилиндрических и конических поверхностей иглы и корпуса (рис. 83) и их некруглость могут быть и не более 2—4 мкм, но для каждой детали в отдельности. В сумме же из-за неточности изготовления обеих деталей может возникнуть положение, показанное на рисунке. Мы видим, что цилиндр и конус иглы сдвинулись и упираются в разные стороны цилиндра и корпуса распылителя. В результате возникает щель (на рисунке изображена в увеличенном виде), через которую топливо все время будет протекать в цилиндр дизеля. Для того чтобы обойти эту трудность, в тепловозных дизелях в настоящее время поступают так. На конус иглы накладывают абразивный материал (пасту) и на доводочном станке притирают иглу с корпусом до тех пор, пока часть металла конусов сточится настолько, что будет обеспечен контакт по всей окружности сопрягаемых поверхностей (поясков). Беда, однако, в том, что в процессе работы этот контакт довольно быстро нарушается. Тогда приходится снимать форсунки с дизеля, проверять, как они распиливают топливо, и снова притирать поверхности иглы к корпусу. Это отнимает много времени.

А что если иглу и корпус распылителя изготовить (на точных станках) так, чтобы максимальные допуски на несоосность и некруглость обеих деталей в сумме были меньше, чем зазор (см. рис. 83) в цилиндрической части распылителя? Тогда станет возможным иглу сразу вставить в корпус, и она без совместной притирки так точно ляжет пояском своей конической поверхности на поверхность корпуса распылителя, что топливо при закрытой (прижатой) игле не просочится в цилиндр дизеля. Такой «замок» служит надежно и долго (несколько тысяч часов без осмотра и ремонта). Подобная сборка получила название селективной (групповой). В этом случае все корпуса распылителей и иглы заранее распределяют по соответствующим группам в зависимости от диаметров цилиндров, подбирая их так, чтобы между цилиндром иглы и цилиндром корпуса распылителя был зазор б порядка 0,002— 0,004 мм (2—4 мкм). Иными словами, суммарные их отклонения (неточности, допуски) на геометрию конуса и корпуса, получаемые при изготовлении, всегда окажутся меньше этого зазора и не будут препятствовать плотному прилеганию конических поверхностей, обеспечивая тем самым плотность распылителя.

Дата добавления: 2016-09-26 ; просмотров: 8356 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ