Меню раздела

Конструкция и расчет топливных насосов высокого давления


Конструктивные особенности насоса обусловливаются типом топливной системы, способом привода плунжера, регулирования цикловой подачи, а также конструкцией дизеля, на котором устанавливается насос.
Рассмотрим ТНВД непосредственного впрыскивания, имеющие кулачковый привод. В настоящее время они получили наибольшее распространение на дизелях различного назначения благодаря следующим преимуществам. Системы с такими ТНВД относительно просты конструктивно и в обслуживании, надежны, сравнительно легко компонуются на двигателе, допускают широкое изменение цикловых подач. Наряду с этим им присущи недостатки: параметры впрыскивания, в первую очередь давление впрыскивания, сильно меняются при изменении скоростного и нагрузочного режимов системы. Результатом этого, в частности, является плохое распыливание на режимах холостого хода, малых п, при пуске. В деталях привода возникают большие механические нагрузки. Имеются трудности обеспечения идентичности характеристик топливоподачи по секциям многоплунжерного насоса, устранения отрицательных волновых явлений в широком диапазоне режимов работы.
Регулируют подачу ТНВД непосредственного впрыскивания изменением полного хода плунжера, дросселированием при перепуске топлива из линии высокого давления в линию низкого давления, а также дросселированием топлива на впуске-изменением наполнения надплунжерной полости; применением золотникового и клапанного регулирования.
Для малооборотных двухтактных и среднеоборотных дизелей, как правило, ТНВД выполняют индивидуальными на каждый цилиндр. Часто ТНВД крупных дизелей, выпускаемых небольшими сериями или даже единичными экземплярами, имеют уникальную конструкцию и могут быть специально спроектированы для данного дизеля. На рис. 122 представлен насос малооборотного дизеля, имеющий клапанное регулирование подачи. Автономные эксцентриковые валы впускного 12 и отсечного 2 клапанов обеспечивает изменение угла опережения впрыскивания и цикловой подачи топлива. Симметричный профиль кулачковой шайбы обеспечивает реверсирование насоса. Проста конструкция прецизионной детали-плунжера 10.
Несмотря на преимущества систем с клапанным регулированием, сложность конструкции и большая масса движущихся деталей определили тенденцию замены их на системы с золотниковым регулированием.
Получили распространение разветвленные топливные системы: один насос обслуживает две форсунки и, напротив, два насоса подают топливо по индивидуальным топливопроводам в одну форсунку. Первое связано со стремлением к лучшему распределению топлива по камере сгорания, второе-путем последовательного включения насосов-к обеспечению высокого качества впрыскивания на режимах малых нагрузок или улучшению протекания скоростной характеристики подачи топлива.
В ТНВД среднеоборотных дизелей используют в основном золотниковое регулирование, хотя конструктивное исполнение их весьма разнообразно. Такие насосы обеспечивают давления впрыскивания до 130 МПа, питание дизелей с цилиндровой мощностью до 700 кВт. В большинстве случаев в них применяют толстостенные втулки подвесного типа. Через корпус нагнетательного клапана их прижимает к корпусу насоса, воспринимая усилия от давления топлива, развитый штуцер 14 (рис. 123) или дополнительный накидной фланец 1 (рис. 124), который притягивается к нижней части корпуса насоса анкерными шпильками.
Для насосов с <2ПЛ > 20 ч- 30 мм целесообразно фланцевое крепление втулки и применение ввинчивающегося во втулку штуцера клапана с уплотнением по узким кольцевым поверхностям. Комплектование насосов совместно с толкателями снижает их массогабаритные показатели, но одновременно уменьшает и возможность их унификации.
В настоящее время отечественной промышленностью для среднеоборотных дизелей разработаны типоразмерные ряды ТНВД с учетом возможности получения максимальных давлений впрыскивания до 120-130 МПа, цикловых подач от 1 до 35 см3 и использования тяжелых топлив. Условно их обозначают ТН-22, ТН-26, ТН-30, ТН-36 и ТН-50 (цифра соответствует максимальному диаметру и ходу плунжера в мм). Насосы характеризуются идентичностью рациональных конструктивных решений (см. рис. 124), возможностью обеспечения каждым типоразмером ТНВД широкого диапазона «дп» для различных «дп» при сохранении высокой унификации, а также широкими компоновочными возможностями. В этих насосах используют рациональное уплотнение торца втулки, уменьшающее до минимума ее радиальные монтажные деформации; конические приемники ослабляют волновые явления при отсечке, а увеличенная вверх полость низкого давления стабилизирует наполнение.
До недавнего времени в ТНВД быстроходных дизелей доминировала рядная многоплунжерная конструкция с корпусом, снабженным смотровыми люками. Люки позволяют регулировать угол опережения впрыскивания и цикловую подачу каждой из секций, как и в индивидуальных насосах крупных дизелей. Первое достигается изменением положения болта 10, второе-тангенциальным разворотом втулки плунжера или поворотной втулки с плунжером в зубчатом секторе.
Однако повышение давления впрыскивания привело к созданию ТНВД с более жесткими глухими корпусами. Такие конструкции применяют на отечественных дизелях грузовых автомобилей и на некоторых современных зарубежных двигателях. В этих насосах регулирование угла опережения впрыскивания осуществляют подбором толщины прокладок или диаметра ролика толкателя, а регулирование цикловой подачи-тангенциальным разворотом вставной секции насоса. Для исключения деформации втулки при сборке используют накидные фланцы. Масса рядного насоса фирмы Бош (рис. 126), несмотря на увеличенные размеры деталей привода, меньше, расстояние между секциями равно 35 мм, (1ил = = 74-13 мм, Уп = 0,06     0,25       см3. Рейка с зубчатым венцом заменена более простым поводком с шариком. Высокая компактность ТНВД дизеля Ч 12/12 обеспечена У-образным расположением секций и установкой регулятора в развале между ними.
Плунжеры насосов с золотниковым регулированием усложнены как в верхней, так и в нижней части. Регулирование цикловой подачи топлива, как известно, осуществляют разворотом плунжера вокруг его оси, т.е. изменением его активного хода. Несимметричные выфрезеровки на плунжере (рис. 127, а) приводят к возникновению боковой силы при нагнетании и неравномерному прилеганию его к втулке. Иногда в результате более плотного перекрытия отверстий втулки может улучшаться герметичность сопряжения, но в любом случае она уменьшается в процессе эксплуатации вследствие повышенного износа. Большими возможностями противостоять изнашиванию обладают симметричные плунжеры (рис. 127,6), в которых винтовые выфрезеровки могут быть соединены с надплунжерным пространством осевым и радиальным каналами. Последовательная по ходу плунжера работа выфрезеровок позволяет уменьшить их наклон и длину.
Оптимальный угол опережения впрыскивания возрастает с увеличением частоты вращения коленчатого вала двигателя. Если двигатель работает на винт, то существует известная зависимость между ре и п или дп и 0. Таким образом, для судовых дизелей можно обеспечить оптимальное изменение угла опережения впрыскивания введением дополнительной - верхней - регулирующей кромки плунжера (рис. 127, в). Для двигателей наземного транспорта нет однозначной зависимости ре = =/(«). Учитывая меньшую зависимость оптимального угла 0 от ре> чем, например, от п, обычно применяют регулирование только по концу подачи (рис. 127, а и б). В раде случаев применяют специальные плунжеры (рис. 127, г), обеспечивающие двухразовое впрыскивание.