Общие сведения. Форсунка является одним из ответственных узлов дизеля и служит для впрыска топлива в камеру сгорания и его равномерного распределения по находящемуся там

Форсунка является одним из ответственных узлов дизеля и служит для впрыска топлива в камеру сгорания и его равномерного распределения по находящемуся там заряду воздуха. От качества работы форсунок во многом зависят экономичность и надежность работы двигателя на всех эксплуатационных режимах.

В двигателях внутреннего сгорания (ДВС) на процессы смесеобразования (т.е. образование топливовоздушной смеси) и сгорания топлива отводится весьма короткий промежуток времени (0,005...0,05 с). Причем в дизелях смесеобразование происходит непосредственно в цилиндрах. Поэтому время, отведенное на смесеобразование в дизелях в 10 и более раз меньше. Чем в карбюраторных ДВС. В результате указанный фактор, а также низкая испаряемость дизельного топлива, создают значительные трудности для смесеобразования в дизелях. Для обеспечения необходимого качества смесеобразования, наряду с другими мероприятиями (конструкция камеры сгорания, избыток воздуха, организация вихреобразного движения воздуха в цилиндре и др.), применяется впрыск топлива через распылитель форсунки под большим давлением. Благодаря этому, частички топлива приобретают высокую скорость (150...400 м/с) и, вследствие трения о воздух, распыляются на мельчайшие капли диаметром 0,005...0,04 мм. За счет этого обеспечивается большая площадь соприкосновения топлива с воздухом и последующее быстрое испарение и сгорание топлива. По конструкции форсунки делятся на открытые и закрытые. Форсунки открытого типа (сообщающиеся с полостью цилиндра) в настоящее время не применяются ввиду нестабильности их работы и низкого качества распыливания.

В форсунках закрытого типа полости нагнетательного трубопровода и цилиндра разобщены посредством клапана, роль которого выполняет посадочный поясок иглы форсунки.

На рис.1 изображена типичная конструкция форсунки закрытого типа. Топливо подводится к форсунке по трубопроводу высокого давления через штуцер стального корпуса. В период отсутствия нагнетания топлива игла прижата к седлу распылителя посредством пружины, и топливо не может поступать в цилиндр.

Рисунок 5.1 – Закрытая форсунка дизеля NVD-48:

1-сопло; 2-направляющая иглы; 3-игла; 4-промежуточнеая шайба; 5-промежуточный стержень; 6-пружина иглы форсунки; 7-нажимной винт; 8-клапан для выпуска воздуха; 9-щелевой фильтр; 10-штуцер подвода топлива; 11-втулка нажимного винта; 12-колпачок.

Во время подачи топливным насосом высокого давления (ТНВД), топливо через предохранительный щелевой фильтр, сверления и кольцевой канал поступает в камеру перед запорным конусом иглы распылителя. Давление топлива действует на кольцевую дифференциальную площадку иглы, создавая подъемную силу. Наличие этой площадки на игле является необходимым условием работоспособности форсунки. Подъемная сила пропорциональна давлению топлива и площади дифференциальной площадки. Когда эта сила становится больше силы сжатия форсункой пружины, игла поднимается и топливо через сопла распылителя впрыскивается в цилиндр.

Давление, при котором начинается подъем иглы, является важным регулировочным параметром и называется давлением подъема иглы или давлением начала впрыска. Значение этого давления определяется величиной сжатия (затяжки) пружины, что регулируется винтом и фиксируется контргайкой. Регулировочный винт и контргайка сверху закрываются колпаком, который наворачивается на корпус форсунки и уплотняется прокладкой. В некоторых конструкциях форсунки давление подъема иглы регулируется толщиной специальной прокладки.

После подъема иглы давление топлива перед соплами продолжает возрастать в соответствии с характером изменения скорости плунжера ТНВД и достигает максимальной величины, которая в 1,5...3 раза превышает начальное значение. По окончании нагнетательного хода плунжера давление топлива резко снижается, и, по достижении некоторого значения, запорная игла под воздействием пружины "садится" на седло распылителя и отсекает подачу. С целью обеспечения долговечности величина подъема иглы всегда ограничивается конструкцией форсунки и обычно составляет 0,3...1,2 мм.

Игла и распылитель являются прецизионной парой и тщательно притираются друг к другу по запорному пояску (шириной не более 0,5...1,0 мм) и по направляющей цилиндрической поверхности. Топливо, просочившееся через неплотности в полость пружины, отводится через штуцер снова в топливную систему.

Наиболее важной (с точки зрения распыла топлива) частью форсунки является распылитель, конструкция которого может быть одно- и многодырчатой В дизелях с неразделенными и полуразделенными камерами сгорания применяются многодырчатые форсунки (рис.1, 2а). Наличие нескольких сопловых отверстий позволяет, выбирая их число, направление и размеры, целесообразно распределить топливо по объему воздушного заряда или направлять факел на стенку при пленочном смесеобразовании. Высокое давление начала впрыска (20...40 МПа) при отверстиях малого диаметра (0,15...1,1 мм) в количестве 4...10 штук, позволяет добиться достаточно высокого качества смесеобразования, в чем заключается основное достоинство распылителей данного типа. Поэтому такие форсунки применяются в сочетании с неразделенными камерами сгорания, наименее приспособленными для получения топливно-воздушной смеси.

В сочетании с разделенными камерами сгорания как правило используются форсунки с одним отверстием (однодырчатые). Поскольку в таких камерах сгорания обеспечивается хорошее смесеобразование благодаря применению вихревой камеры или предкамеры, то при впрыске не требуется большого давления топлива. Поэтому для форсунок с однодырчатыми распылителями назначается давление подъема иглы не более 12...20 МПа. По конструкции однодырчатые распылители могут выполняться со штифтом на конце иглы (рис.2б) и без него (рис.2в). Штифт представляет собой цилиндр или усеченный конус, расположенный в сопловом отверстии. В результате факел топлива, впрыскиваемого через штифтовый распылитель, приобретает форму полного конуса с углом распыливания от 4 до 70 градусов. Постоянное перемещение штифта в сопловом канале делает их малочувствительными к закоксовыванию.

Рисунок 5.2 – Устройство распылителей форсунки:

а - многодырчатый распылитель; б - однодырчатый распылитель со штифтом; в - однодырчатый распылитель без штифта

В некоторых дизелях применяют гидрозапорные форсунки, в которых сила, прижимающая иглу к седлу, создается запорной жидкостью, подаваемой в полость над иглой под давлением 15...20 МПа. В качестве запорной жидкости применяется дизельное топливо, нередко с добавлением масла. Давление подъема иглы определяется величиной давления запорной жидкости и геометрическими размерами иглы.

Для повышения надежности и долговечности во многих крупных судовых дизелях применяются форсунки с охлаждаемым распылителем водой, топливом или маслом. С этой целью в корпусе форсунки предусматривается канал для подвода и отвода охлаждающей жидкости. Система охлаждения форсунок всегда выполняется автономной. Благодаря охлаждению распылителя снижается его термическое напряжение и предотвращается возможность нагарообразования вокруг сопел, особенно при работе на тяжелом топливе.

Форсунки современных судовых дизелей работают в тяжелых условиях. Ее детали и узлы (особенно распылитель) подвергаются воздействию высоких температур, больших механических нагрузок импульсного характера от давления топлива и сил инерции движущихся деталей, испытывают существенные тепловые и механические деформации. Неизбежный износ прецизионных пар приводит к постепенному нарушению гидравлической плотности распылителя. В результате в процессе эксплуатации происходит снижение качества работы форсунок и двигателя в целом. Поэтому при эксплуатации ДВС большое внимание должно уделяться их периодической проверке и регулировке. Периодичность проверки технического состояния форсунок определяется инструкцией завода-изготовителя и Правилами технической эксплуатации дизелей и обычно составляет от 250 до 1000 часов работы.

Основными проверочными и регулировочными параметрами форсунки являются:

• давление подъема иглы (начала впрыска);

• гидравлическая плотность (герметичность) распылителя по запорному пояску и по направляющей поверхности;

• высота подъема иглы;

• состояние сопловых отверстий;

• качество распыливания топлива.

К характерным неисправностям форсунок относятся:

• зависание иглы в открытом или закрытом положении;

• закоксовывание или износ сопловых отверстий;

• износ и наклеп запорного пояска и седла распылителя;

• подтекание топлива на распылителе;

• износ цилиндрической направляющей поверхности иглы и распылителя;

• трещины и снижение упругости подшипника;

• трещины в корпусе форсунки;

• чрезмерные деформации корпуса из-за неправильного монтажа форсунки на двигателе и др.