Меню раздела

Конструкции распределительных насосов


Конструкции распределительных насосов очень разнообразны и определяются в основном схемами привода плунжера, распределения и регулирования. Рассмотрим работу такого насоса на примере широко распространенного отечественного ТНВД типа НД21 для тракторных дизелей. Привод т ной вал с кулачковой шайбой 4 установлен в подшипниках качения. Шайба обеспечивает четырехкратный подъем плунжера за один оборот вала. На валу установлено коническое зубчатое колесо 3 привода вертикального вала 75, а также закреплен вал 2 привода топливоподкачивающего насоса 1. Привод плунжера такой же, как и в многосекционных насосах. С помощью зубчатой втулки 5, промежуточной шестерни 6 и вала 15 плунжер непрерывно вращается с частотой, равной частоте вращения приводного вала. Втулка 14 имеет канал 7 для смазывания плунжера маслом, два впускных окна И и четыре канала для нагнетаемого топлива, соответствующих каналам 12 головки, в которой размещены четыре нагнетательных клапана 13.
При движении плунжера вверх перекрываются впускные окна II, и топливо по центральному каналу 10 плунжера и радиальному 9 нагнетается в канал 12 линии высокого давления одного из цилиндров. Регулирование насоса осуществляют осевым перемещением прецизионной втулки 8, определяющей момент отсечки. Втулка смещается регулятором с центробежными чувствительными элементами 17, имеющим пусковой обогатитель и корректор 76. В насосах типа НД21 могут быть использованы плунжеры диаметром 8, 9 и 10 мм. Они выпускаются в модификациях на 2, 3, 4 и 6 цилиндров и обеспечивают долговечность до 5000 ч.
Описанная схема привода распределительного насоса отличается высокой работоспособностью пары кулачок-ролик, но повышенным износом сочленения плунжер - толкатель. Последнее объясняется непрерывным вращением плунжера, в том числе и под нагрузкой.
Распределительный насос, изображенный на рис. 139. имеет соосный с приводным валом плунжер и торцовую фигурную шайбу, сообщающую ему осевое движение. Над-плунжерная полость заполняется от трубопровода 7 при действии на плунжер пружины 1. При качении фигурной шайбы 3 по обойме 2 с роликами и перемещении плунжера 4 вправо топливо поступает через единственный нагнетательный клапан 8 и систему каналов в полость 6 и далее по продольному пазу в теле плунжера- в один из штуцеров. Регулирование насоса также осуществляют перемещением муфты 5. Использование одного нагнетательного клапана способствует идентификации параметров впрыскивания по цилиндрам. ТНВД такого типа имеют диаметр плунжера = 8 + 12 мм, его полный ход обычно не превышает (0,1-0,3)^пл, пл.акт для номинального режима может составлять 0,04 ^пл. Частота ходов-до 12 000 об/мин, максимальное давление впрыскивания-до 75 МПа, масса-до 5-7 кг для дизелей мощностью до 100- 120 кВт. По такой конструктивной схеме построены ТНВД фирм Бош и Кугель-Фишер (ФРГ).
В насосах фирм Лукас (Великобритания), Сигма (Франция), Стэнэдин (США) имеется соосный с приводным валом ротор с заключенной в нем парой плунжеров, радиально движущихся при набегании их роликов на радиальные выступы окружающей ротор фигурной шайбы (рис. 140). ТНВД фирмы Стэнэдин предназначен для работы с дизелями, у которых чис-~ло цилиндров 1 = 24-8 и цилиндровая мощность 18,5 кВт. Насос имеет массу 4,5 кг, размеры 178 х 221 х 76 мм, обеспечивает максимальное давление впрыскивания 48 МПа при ресурсе 3000 ч. В корпусе насоса 2 размещены вал 1 привода, регулятор с грузами 11, ротор 7 с двумя или тремя плунжерами 10, фигурная шайба 8 с механизмом 9 изменения угла опережения впрыскивания, топливоподкачивающий роторно-вра-щательный насос 5, головка насоса 4 со штуцерами. Клапан-ре-гулятор 6 обеспечивает линейное возрастание давления подкачки с увеличением частоты вращения независимо от вязкости топлива. Это необходимо для точного автоматического выдерживания закона дц =/(п), 0=/(п, дц). Изменение дц осуществляется дросселированием топлива на впуске клапаном, помещенным в канале 3, связанным с регулятором. Для уменьшения износа ротора и кромок и снижения влияния утечек топлива на работу насоса впускное окно закрывается не менее чем за 2° до начала нагнетания. Подача топлива происходит через нагнетательный клапан 12, внутри ротора 7 и далее через канал 13 к одному из штуцеров. Величина Нр при перемещении клапана под действием пружины-его разгрузочный ход до посадки на седло. В штуцерах устанавливают пластинчатые обратные клапаны с дросселирующими отверстиями. Они демпфируют волны давления в трубопроводе и этим препятствуют появлению подвпрыскиваний. Для улучшения равномерности подачи по цилиндрам остаточное давление в штуцерах выравнивают периодическим их соединением между впрыскиваниями диаметральными каналами в роторе. Угол опережения впрыскивания изменяется поворотом кулачковой шайбы через шарнир подпружиненным сервопоршнем. Перемещение его определяется изменением давления подкачки, т.е. частотой вращения вала 7, а также площадью сечения перепускного дросселя, изменяющейся в зависимости от нагрузки двигателя и его теплового состояния.
Как правило, современные распределительные насосы для автомобильных дизелей имеют двухрежимный регулятор, улучшающий управляемость автомобилем. Изменение подачи насосов фирмы Лукас осуществляют также при помощи подвижного поршня (объемным методом), что позволяет увеличить точность дозирования. Насосы оборудуют электрическим стоп-устройством, срабатывающим от «ключа зажигания» на режиме принудительного холостого хода и при нарушениях в работе двигателя. Применяют автоматическое отключение половины цилиндров на режиме активного холостого хода. Для упрощения конструкции механический регулятор в ряде случаев заменяют на гидравлический, чувствительный к давлению подкачки, а смазывание узлов большинства современных ТНВД осуществляют топливом. Вместе с этим они могут быть оснащены корректорами подачи по частоте вращения, давлению наддува или атмосферного воздуха, температуре, а также пусковыми обогатителями. Ресурс распределительных насосов достигает 10 ООО ч, они обеспечивают работу дизеля с агрегатной мощностью 1000 кВт и более. Эти насосы могут устанавливаться на двигателе в любом пространственном положении. Их размеры вдвое меньше, чем размеры многоплунжерных насосов, и на 30% меньше масса. Они более технологичны, имеют меньшую стоимость и просты в эксплуатации, обеспечивают большую равномерность подачи топлива по цилиндрам.
Вместе с тем им присущи недостатки: меньший ресурс, интенсивные волновые процессы в линии низкого давления, увеличенные гидравлические потери в линиях нагнетания и распределения. Совокупность отмеченных свойств распределительных насосов определяет устойчивую тенденцию замены ими многосекционных ТНВД на автотракторных дизелях.
Проектируют ТНВД применительно к конкретному дизелю, часто находящемуся в это время также в стадии разработки, или применительно к типоразмерному ряду дизелей. В любом случае принимают во внимание тип и назначение двигателя, его ресурс, номинальные значения Ые и и, птт, число и порядок работы цилиндров, 5 и Д тип камеры сгорания и способ смесеобразования, удельный расход топлива. В соответствии с этим формируют технические условия на проектируемую топливную систему, основные размеры элементов ТНВД.
Увеличение приводит к повышению механических нагрузок в приводе ТНВД при нагнетании, утечек через зазор в плунжерной паре, однако уменьшает износ последней и инерционные силы, действующие на детали привода.
В выполненных конструкциях с1пи /кпяякт составляет 2-6 для быстроходных и среднеоборотных дизелей с цилиндровой мощностью до 150 кВт; 1,2-4-для дизелей с цилиндровой мощностью свыше 150 кВт; 4-12-в насосах распределительного типа. Выбрать диаметр плунжера можно на основании статистических данных (так, для автотракторных дизелей (1ПЛ /I) — = 0,065 4- 0,08 независимо от способа смесеобразования и быстроходности) или используя следующие соотношения.
Полученное значение округляют до ближайшего стандартного диаметра плунжера.
Выбранные таким образом значения активных ходов плунжера используют, например, и при профилировании его отсечных кромок. С учетом потерь хода плунжера на пересечение окон втулки конечных размеров, а также вследствие стремления не использовать для нагнетания начальный и конечный участки кривой Нил(ф), характеризующиеся, малыми скоростями его движения, полный ход плунжера выбирают в 1,4-5 раз больше активного хода при номинальном режиме.
Если рекомендуемые значения этого отношения для безнад-дувных двигателей составляют 3,5-4, то при рк = 0,15 МПа они равны 2,5-3 и при рк = 0,2 МПа составляют 2-2,25.
Продолжительность впрыскивания (рв г определяет эффективные показатели двигателя и, в первую очередь, его экономичность не только через время подачи топлива, но и через изменение давления впрыскивания, т.е. качество распыливания. Кроме того, срв. г определяет усилия в деталях привода ТНВД. Для безнаддувных дизелей при пленочном смесеобразовании и для разделенных камер сгорания фв г = 144-24°, при объемном смесеобразовании (рв г уменьшается до 8-14°. Объемное смесеобразование характеризуется более высокой интенсивностью нагнетания (рис. 142). В форсированных по частоте вращения и наддуву дизелях срв г может достигать 24-30°. В выполненных конструкциях средняя скорость плунжера спл = = (бмк^пл тах) / фв. г ^ 0,7 Ч- 3,0 м / с. Действительная продолжительность впрыскивания в 1,2-1,8 раза превышает геометрическую (рис. 143).
С точки зрения уменьшения контактных напряжений в кулачковом приводе параметры плунжерного насоса могут быть оптимизированы: где е0опт = 1,371/1 -0,48(г0/К)2; г0-радиус ролика; средний радиус поверхности кулачка, соответствующей нагнетанию.
Впускные окна втулки открываются периодически; их способность обеспечить стабильное, а для большинства систем еще и полное наполнение оценивают время-сечением окон. Объем топлива, поступившего в надплунжерную полость, где рвп - давление топлива во впускной полости; Цвп/вп” эффективное сечение впускных окон.
Для оценки необходимого время-сечения процесс наполнения считают обычно квазистационарным и сомножитель, в который входит давление, выносят за знак интеграла. Трудности обеспечения этого время-сечения, как правило, возникают в насосах распределительного типа; в этих насосах его величина в 4—7 раз меньше, чем в многоплунжерных ТНВД. Решение этой задачи облегчается при использовании дросселирующих и аккумулирующих демпферов, применении питающих трубопроводов из эластичных материалов, увеличении питающих и отсечных полостей и при их разделении и т.п. Эти меры позволяют ослабить отрицательное влияние на наполнение волновых явлений в линии низкого давления. Наиболее эффективным способом улучшения наполнения является увеличение давления на впуске: в многоплунжерных насосах рвп = = 0,24-0,6 МПа, в распределительных рвп = 0,254-0,9 МПа. В выполненных конструкциях диаметр (в м) впускных окон близок к величине <1ВП = 0,0025 ехр (43,2 йпя), где 1вп-число впускных окон.
Для обеспечения наибольшего соответствия закона подачи топлива закону движения плунжера, т.е. для достижения наибольшей управляемости впрыскивания, стремятся минимизировать отношение объема линии высокого давления к цикловой подаче, а также обеспечить наибольшую жесткость всех механических элементов топливной системы.
После выбора основных геометрических параметров ТНВД рассчитывают и проектируют его элементы согласно рекомендациям, приведенным выше. При проектировании ТНВД и двигателя возникает необходимость определения потребляемой насосом мощности. Считая, что вся работа расходуется на нагнетание со средним за время впрыскивания давлением рц, мощность можно определить по формуле.