Меню раздела

Длинно-корпусные распылители


Их использование позволяет удалить прецизионную пару от наиболее нагретой нижней части и облегчить конструирование форсунки с укороченной штангой, уменьшить диаметр ее нижней части и таким образом облегчить компоновку головки цилиндра и уменьшить площадь тепловоспринимающей поверхности, а также обеспечить эффективное и равномерное охлаждение топливом иглы и корпуса распылителя в кольцевом зазоре 7. Если этой меры оказывается недостаточно, в крупных дизелях используют принудительное охлаждение с помощью одной из рабочих жидкостей. Введение искусственного охлаждения заметно усложняет форсунку, головку цилиндра, поэтому оно нашло ограниченное применение.
Ограничение тепловой нагруженности распылителей является одной из актуальных задач проектирования топливоподающей аппаратуры дизелей. При перегреве распылителя снижается твердость запирающих поверхностей по посадочному конусу, увеличивается их износ, изменяется величина зазоров в прецизионном соединении, уменьшается его герметичность. В результате тепловых деформаций возможно зависание иглы, закоксовывание распыливающих отверстий. Эти факторы прогрессируют через ухудшение протекания рабочего процесса двигателя. Установлено, что для распылителей, изготовленных из обычных рекомендованных для них сталей, максимально допустимая температура составляет 220-240°С, превышение которой обусловливает быстрое снижение их работоспособности. Рабочую температуру распылителя уменьшают интенсификацией не только принудительного охлаждения, но и охлаждения нагнетаемым топливом, а также охлаждения форсуночного стакана головки цилиндра.
Эффективным путем улучшения тепловых условий распылителя является уменьшение тепло-подвода. Для этого уменьшают площадь тепловоспринимающей поверхности: минимальный диаметр <1г распылителей сейчас доведен до 9,5 мм. Используют запрессованные в тело головки защитные колпачки-экраны. Они снижают температуру распылителя на 25-40°С, а их эффективность возрастает при установке вблизи его носика теплоизолирующей прокладки, препятствующей циркуляции горячих газов в зазоре между цилиндрическими поверхностями. Уменьшение зазора 5 при установке форсунки в своем гнезде существенно снижает теплоотдачу в распылитель и его температуру (рис. 162,6). Из технологических соображений радиальный зазор ограничивают 0,3-0,4 мм, однако очень важно, чтобы он был одинаков по периметру. При плохом центрировании распылителя, особенно при одностороннем касании со стенкой гнезда, в результате тепловых деформаций резко увеличивается вероятность зависания иглы и разгерметизации форсунки.
Одним из основных дефектов форсунок является закоксовывание внутренних поверхностей распылителей. Закоксовывание внешних поверхностей и связанный с этим перегрев распылителя обусловлены истечением топлива из распыливающих отверстий с малыми скоростями и подтеканием. В результате неполного сгорания, пиролиза углеводородов на носике распылителя образуются отложения, близкие по физико-химическим свойствам к нагару. Закоксовывание внутренних поверхностей распылителя происходит вследствие окисления и полимеризации остающегося на поверхности металла топлива с образованием твердой и прочной лаковой пленки. При этом уменьшается сечение распыливающих отверстий, изменяются режимы подачи. Необходимыми условиями протекания процесса закоксовывания является высокая температура и контакт топливной пленки с газами при их забросе из цилиндра в распылитель. Для исключения первого фактора температуру распылителя целесообразно ограничивать 180-190°С, для исключения второго-обеспечивают выполнение условия рф > Рц для всех моментов подачи, в частности принимают меры для ускорения закрытия иглы форсунки (рис. 163,6 и в). Лакообразование также заметно снижается при уменьшении шероховатости поверхности (использование гидрополирования), замене стали ШХ15 на ХВГ. Степень закоксовывания наружных и внутренних поверхностей распылителя минимальна при некоторой скорости разгрузки линии высокого давления, являющейся оптимальной между скоростями, обеспечивающими впрыскивание с малыми скоростями, подтекание и прорыв газов в форсунку при очень резкой отсечке.
Ступенчатое впрыскивание, улучшающее процесс сгорания, может быть организовано не только с помощью ТНВД, но и с использованием специальных форсунок. На рис. 164, а и 6 представлены распылители таких форсунок. Распыливающие отверстия 1 имеют меньший диаметр, чем основные отверстия 2, и «работают» в начале (конце) процесса впрыскивания, а также на режиме холостого хода и близких к нему режимах, когда игла не поднимается до своего упора. Таким образом, эти форсунки в результате изменения цс/с позволяют, так же как и штифтовые форсунки, осуществлять ступенчатую подачу, улучшать распыливание топлива в конце впрыскивания и на частичных режимах двигателей. Широкого применения, однако, описанные конструкции не нашли вследствие сложности, а также в результате того, что с увеличением скоростного и нагрузочного режимов работы дизеля скорость подъема иглы возрастает и влияние ступенчатости подачи исчезает.
На рис. 164, в показан распылитель судового дизеля, имеющий более сложную конструкцию, однако обеспечивающий устойчивое двухразовое впрыскивание на всех режимах двигателя. Игла имеет две прецизионные поверхности 4 и 6, две дифференциальные площадки, на которые действует давление топлива полостей 5 и 7, а также обратный клапан 3. При подъеме толкателя насоса участком кулачка О А топливо поступает в обе полости 5 и 7 и открывает иглу при давлении 6-11 МПа. После кратковременного впрыскивания в результате падения давления в нагнетательной линии игла садится на седло, но высокое давление в полости 7 сохраняется. В результате этого при подъеме толкателя по участку АВ игла быстро открывается, и происходит основное впрыскивание.
Важным преимуществом конструкции является быстрая посадка иглы при давлении топлива, в 2-3 раза превышающем давление начала подачи. Это положительно влияет на качество впрыскивания и ресурс распылителя и достигается тем, что при посадке иглы пружина преодолевает высокое давление только в полости 7. Форсунка может применяться с ТНВД других конструкций, например, с плунжером, показанным на рис. 127, г.
Пружинное запирание игл форсунок имеет ряд недостатков: перекос и заклинивание игл, повышенный износ посадочных конусов, поломка и усадка пружин и т. д. Этих недостатков лишены форсунки с гидрозапиранием, в которых опускающее иглу усилие создается давлением жидкости из специальной линии. В этом случае конструкция форсунки значительно упрощается: отсутствуют штанга, пружина, трубопровод для слива топлива. Вследствие наличия противодавления жидкости уменьшаются утечки через прецизионную пару, а зазор в ней и допуск на его величину могут быть увеличены. С учетом наличия утечек и для улучшения обслуживания удобным оказалось использование в качестве гидрозапирающей жидкости топлива с добавками ингибиторов или масла. К основным преимуществам рассматриваемой форсунки относится уменьшение массы подвижных деталей: даже игла в этом случае значительно легче, так как выполняется полой или укороченной. Важно также, что в зависимости от режима работы двигателя можно изменять давление гидрозапирающей жидкости, т.е. давление начала впрыскивания, причем обеспечивается его идентичность по цилиндрам дизеля. Таким образом, применение гидрозапирания обеспечивает значительно больший ресурс распылителей и прецизионных пар и улучшает показатели топливной системы на частичных режимах работы дизеля.
К недостаткам этих форсунок относится необходимость установки дополнительной гидросистемы и ее обслуживание. Некоторое упрощение вносит использование в качестве гидрозапирающей жидкости чистого топлива, однако в любом случае предъявляют высокие требования к ее фильтрации. Нарушение герметичности в системе гидрозапирания исключает нормальную работу дизеля. Перед пуском двигателя необходима прокачка системы.
Система работает более надежно, если гидрозапирание скомбинировано с пружинным запиранием. К форсункам с гидромеханическим запиранием относится форсунка с замкнутым надыголочным объемом. В простейшем случае она представляет обычную форсунку с заглушкой вместо штуцера слива просочившегося топлива. Надыголочное пространство обеспечивается давлением топлива при перетечках его из кармана распылителя. Затяжку пружины в этом случае уменьшают. Форсунка обладает преимуществами форсунок с гидрозапиранием, а вследствие отсутствия линии слива даже несколько проще форсунок с пружинным запиранием. В отличие от обеих форсунок она имеет еще одно преимущество: давление конца впрыскивания превышает давление начала в результате увеличения давления в надплунжерной полости во время подачи топлива. В более совершенных конструкциях надыголочная полость соединяется через дроссель или клапан с линией низкого или высокого давления.