Топливный насос высокого давления.

Насос подает через форсунки в камеру сгорания необходимые порции топлива в строго определенные моменты. По принципу действия топливные насосы, применяемые на дизелях, относятся к золотниковому типу с постоянным ходом плунжера и регулированием конца подачи топлива. Число секций топливного насоса соответствует числу цилиндров двигателя. Каждая секция обслуживает один цилиндр. Топливный насос дизеля ЯМЗ-236 имеет шесть секций, а топливный насос дизеля КамАЗ-740 — восемь секций, объединенных в общем корпусе.

Рис.2. Топливный насос высокого давления дизеля ЯМЗ-236: 1— автоматическая муфта опережения впрыскивания топлива; 2 — гайка; 3 — шпонка; 4 — втулка; 5 — винт-ограничитель; 6 — рейка; 7 — перепускной клапан; 8 — корпус насоса; 9 — втулка плунжера; 10 — плунжер; 11 — ниппель; 12 и 29 — пробки; 13 — сапун; 14 — корпус регулятора; 15 — кулачковый вал; 16 — самоподжимной сальник; 17— конический роликоподшипник; 18 — топливоподкачивающий насос; 19 — кулачок; 20 — регулировочная прокладка; 21 — крышка подшипника; 22 — указатель уровня масла; 23 — крышка; 24 — винт крепления крышки; 25 — верхняя тарелка пружины; 26 — зубчатый венец; 27, 37 и 45 — винты; 28 - клапан отвода топлива; 30 — штуцер; 31 — упор клапана; 32— колпачковая гайка; 33 — пружина нагнетательного клапана; 34 — нагнетательный клапан; 35 — седло нагнетательного клапана; 36 — канал подвода топлива; 38 — поворотная втулка; 39 — пружина; 40 — нижняя опорная тарелка пружины; 41 — регулировочный болт; 42 —контргайка; 43 — толкатель; 44 — ролик толкателя; 46 — промежуточная опора кулачкового вала

Топливные насосы высокого давления дизелей ЯМЗ-236 и КамАЗ-740 расположены между рядами цилиндров и приводятся и действие от зубчатых колес распределительного вала. На одном конце вала привода топливного насоса установлено зубчатое колесо, а другой конец вала соединен с центробежной муфтой опережения впрыскивания топлива. За два оборота коленчатого вала кулачковый вал насоса делает один оборот, и топливо подается во все цилиндры.

На корпусе 8 (рис.2) топливного насоса высокого давления дизеля ЯМЗ-236 укреплен топливоподкачивающий насос 18. Автоматическая муфта 1 опережения впрыскивания топлива и регулятор частоты вращения коленчатого вала объединены с насосом в один агрегат. Кулачковый вал 15 насоса вращается на конических роликоподшипниках 17, выходные концы вала уплотнены самоподжными сальниками 16. Горизонтальная перегородка делит корпус на две части: верхнюю и нижнюю. В нижней части расположены кулачковый вал 15 и толкатели 43, а в верхней — плунжерные пары. В горизонтальной перегородке есть шесть отверстий и пазы для установки и направления движения толкателей. Кулачковый вал приводит и движение плунжеры 10 через ролики 44 толкателей 43 с регулировочными болтами 41. В нижнюю часть корпуса насоса наливают масло через отверстие, закрытое сапуном 13, уровень которого контролируют указателем 22.

Плунжер 10 и втулка 9 являются основными деталями отдельной секции насоса. Соединенные вместе, они образуют плунжерную пару. Плунжер имеет диаметр 9мм и ход 10мм. Для создания высокого давления зазор между плунжером и втулкой не должен превышать 0,0015 — 0,0020 мм. Положение втулки в насосе фиксируется стопорным винтом 27. В верхней части втулки 2 (рис.2) имеются впускное 1 и перепускное 13 отверстия. Плунжер может перемещаться внутри втулки в вертикальном направлении и повертываться при помощи двух направляющих выступов, входящих в пазы поворотной втулки 38 (см. рис.). Последняя, в свою очередь, поворачивается закрепленным на ней зубчатым венцом 26, находящимся в зацеплении с рейкой 6. В продольный паз рейки входит стопорный винт 37, определяющий ее положение.

На головке плунжера 3 профрезерованы две спиральные канавки 11 (см. рис.2). При наличии спиральных канавок давление топлива с обеих сторон плунжера одинаковое (во время подачи топлива), и долговечность секций насоса увеличивается.

На нижнем конце плунжера сделана кольцевая проточка для опорной тарелки 40 (см. рис.2) пружины 39. Другой конец пружины упирается в верхнюю тарелку 25, установленную в кольцевой выточке корпуса. В верхней части каждой секции насоса ввернут; штуцер 30 с седлом 35 нагнетательного клапана 34, пружиной 33 и упором 31 клапана. От штуцера 30 через ниппель 11 топливо поступает в топливопровод, ведущий к форсунке. Плунжер, втулка, нагнетательный клапан и его седло изготовлены с высокой точностью из высококачественной стали, т.е. являются прецизионными парами, и раскомплектовывать их нельзя. Для выпуска воздуха из насоса служит отверстие, закрываемое пробкой 29.

Работа насоса высокого давления. Все секции топливного насоса высокого давления работают одинаково, поэтому рассмотрим работу только одной из них. При вращении кулачкового вала 15 (см. рис. 2) насоса кулачок 19 набегает на ролик 44 толкателя 43, который, поднимаясь, сжимает пружину 39 и перемещает плунжер 10 вверх во втулке 9. Во время дальнейшего поворота вала кулачок выходит из-под ролика толкателя, и пружина опускает плунжер вниз. При движении плунжера вверх секция подает топливо; при движении плунжера вниз происходит наполнение надплунжерного пространства топливом. Перемещение рейки 6 вызывает поворачивание плунжера на некоторый угол. Таким образом, плунжер совершает сложное движение — возвратно-поступательное и вращательное одновременно.

Рис. 3. Плунжерные пары: а — схемы работы секции насоса; б — схемы изменения количества подаваемого топлива; I — впуск топлива; II — начало подачи; III — конец подачи; IV — максимальная подача; V — половинная подача; VI — отсутствие подачи; 1 — впускное отверстие; 2 — втулка плунжера; 3 — плунжер; 4 — надплунжерное пространство; 5 — разгрузочный поясок нагнетательного клапана; 6 — нагнетательный клапан; 7 — седло нагнетательного клапана; 8 — штуцер; 9 — пружина нагнетательного клапана; 10 — канал подвода топлива; 11 — спиральная канавка на плунжере; 12 — канал отвода топлива; 13 — перепускное отверстие; 14 — осевое отверстие в плунжере; 15 — диаметральное отверстие в плунжере

Топливо поступает из фильтра тонкой очистки в канал 36 насоса высокого давления и при нижнем положении плунжера через впускное отверстие 1 (см. рис.3,а, схема I) подается внутрь втулки 2, заполняет надплунжерное пространство 4 и проходит через осевое 14 и диаметральное 15 отверстия к спиральным канавкам 11. При подъеме плунжера 3 (схема II) топливо вначале вытесняется из надплунжерного пространства через впускное отверстие обратно в топливоподводящий канал. Затем, когда это отверстие перекроет плунжер, топливо сжимается в надплунжерном пространстве. При достижении давления 1 — 1,8МПа нагнетательный клапан 6 поднимается вверх, сжимает пружину 9 и пропускает топливо из надплунжерного пространства в штуцер 8, откуда оно поступает к форсунке. Дальнейшее движение плунжера вверх сопровождается повышением давления до 16,5МПа, при котором игла форсунки, приподнимаясь, открывает проход топливу, впрыскиваемому в камеру сгорания.

Впрыскивание топлива из форсунки в камеру сгорания продолжается до тех пор, пока отсечная кромка спиральной канавки 11 движущегося вверх плунжера не начнет открывать перепускное отверстие 13 (схема III), соединяющее надплунжерное пространство с топливо-отводящим каналом. Давление в надплунжерном пространстве резко снижается, топливо перетекает в указанный канал, и нагнетательный клапан 6 под действием пружины садится в седло 7.

Для устранения подтекания топлива в камеру сгорания между распылителем и иглой форсунки необходима быстрая посадка иглы в седло, т.е. четкая отсечка подачи топлива. Это обеспечивается нагнетательным клапаном, имеющим разгрузочный поясок 5, который при посадке клапана на седло способствует увеличению объема пространства за ним, что приводит к резкому снижению давления в трубке между штуцером и форсункой. Поясок клапана и седло (при опускании клапана) работают как поршневая пара.

Режим работы дизеля зависит от количества топлива, подаваемого в цилиндры секциями насоса за один ход плунжера. При повороте плунжеров во втулках на некоторый угол изменяется количество подаваемого топлива.

Если смотреть на плунжер сверху, то поворот его против часовой стрелки сопровождается увеличением количества подаваемого топлива. При движении рейки внутрь насоса плунжеры всех секций одновременно повертываются в положение, соответствующее максимальной подаче (схема IV). В этом случае расстояние А от отсечной кромки плунжера 3 до перепускного отверстия 13 будет наибольшим. При повороте плунжера по часовой стрелке подача топлива снижается (схема V), так как перепускное отверстие открывается раньше.

Подача топлива плунжерной парой прекращается при совмещении диаметрального отверстия 15 плунжера с перепускным 13 (схема VI), так как при движении плунжера вверх надплунжерное пространство 4 сообщается сначала с отверстием 13, а затем с отверстием 1. Таким образом, при повороте плунжера изменяется момент окончания подачи и количество подаваемого топлива, в момент начала подачи топлива насосом остается неизменным. Момент начала подачи топлива регулируют болтом 41 (см. рис. 3), ввернутым в толкатель 43. Если болт вывертывать, то при повороте кулачкового вала толкатель раньше будет поднимать плунжер и топливо будет раньше поступать к форсунке, т.е. угол начала подачи топлива секцией насоса увеличится. При ввертывании болта в толкатель этот угол уменьшается. Такую регулировку насоса выполняют на специальном стенде, где можно также отрегулировать и равномерность подачи топлива отдельными секциями, для чего необходимо ослабить крепление зубчатого венца 26 (см. рис.2) на втулке 38, чтобы можно было поворачивать плунжер 10 (вместе с втулкой при неподвижной рейке 6 в ту или иную сторону.

Поворачивая кулачковый вал, можно изменять угол опережения подачи топлива для всего насоса. При повороте кулачкового вала в направлении его вращения при работе двигателя угол опережения подачи топлива увеличивается, а при повороте этого вала в обратном направлении указанный угол уменьшается. В процессе работы двигателя кулачковый вал повертывается автоматически — центробежной муфтой опережения впрыскивания топлива. Насос начинает подавать топливо в цилиндр еще тогда, когда кривошип коленчатого вала не доходит на некоторый угол до ВМТ. Этот угол называют углом начала подачи топлива или углом опережения подачи топлива насосом. Форсунка позднее насоса начинает подавать топливо в цилиндр двигателя вследствие некоторого расширения топливопроводов, незначительной сжимаемости топлива и небольших его утечек в насосе и форсунке.

Необходимо помнить, что нельзя нарушать угол опережения подачи топлива насосом как в сторону уменьшения, так и в сторону увеличения. В обоих случаях снижается мощность двигателя и возрастает износ его деталей. При изменении угла с 20° (нормальный для дизелей ЯМЗ-236 и ЯМЗ-238) до 28° (ранняя подача топлива) жесткость работы двигателя возрастает в 1,5 — 2,5 раза, а износ цилиндров — почти в 2,5 раза. Поэтому нужно своевременно проверять и, если необходимо, регулировать угол опережения подачи топлива насосом.

Секция насоса работает так же, как и секция топливного насоса высокого давления дизеля ЯМЗ-236, с той лишь разницей, что давление впрыскивания топлива увеличено до 18МПа.

Форсунка.Насос подает топливо в камеру сгорания через форсунки, которые обеспечивают поступление топлива в камеру сгорания при определенном давлении и в мелкораспыленном виде.

На дизелях применяют форсунки нескольких типов: открытые или закрытые, с распылителем, имеющим одно или несколько отверстий. Закрытые форсунки могут быть штифтовые или бесштифтовые. На дизелях ЯМЗ-236 и КамАЗ-740 применяют закрытые бесштифтовые форсунки (рис.4).

Форсунку называют закрытой, так как отверстия (сопла) в распылителя 4 закрыты иглой 1 и только в момент впрыскивания топлива сообщают с камерой сгорания. Для выхода топлива распылитель имеет четыре отверстия диаметром 0,34 мм.

Форсунку на дизеле ЯМЗ-236 устанавливают в латунный стакан 24 (рис.4, а) головки 25 блока. Под торцом накидной гайки 5 крепления распылителя имеется медная шайба 2, предотвращающая прорыв газов. Каждая форсунка укреплена скобой, имеющей лапки, которые опираются на буртик кол пака 15. В месте соединения штуцера 20 форсунки с головкой блока и колпаком головки установлен резиновый уплотнитель 19. Накидная гайка 5 прижимаем тщательно притертые поверхности торцов распылителя и корпуса 8 форсунки, обеспечивая необходимую герметичность соединения. Внутри корпуса форсунки проходит штанга 9, на верхнем конце которой закреплена тарелка 10. Пружина 11, упираясь одним концом в винт 12, а другим в тарелку 10, через штангу 9 прижимает иглу 1 к распылителю. В штангу с нижней стороны запрессован шарик 7 для плотной посадки иглы на седло. Винт 12 ввернут в стакан 13 пружины, закреплен от самоотвертывания контргайкой 14 и закрыть колпаком 15. В корпус 8 форсунки запрессовано два штифта 6 для правильной установки распылителя.

Рис.4. Форсунки дизелей: а – ЯМЗ-236; б – КамАЗ-740; 1 – игла распылителя; 2 – медная шайба; 3 – кольцевая полость; 4 – распылитель; 5 – накидная гайка; 6 – штифт; 7 – шарик; 8 – корпус; 9 – штанга; 12 – регулировочный винт; 13 – стакан пружины; 14 – контргайка; 15 – колпак; 16 – прокладка; 17 – втулка; 18 – сетчатый фильтр; 19 – уплотнитель штуцера; 20 – штуцер; 21 и 23 – каналы; 22 – кольцевая проточка; 24 – латунный стакан; 25 – головка блока цилиндров; 26 – проставка; 27 – уплотнительное кольцо; 28 – регулировочные шайбы; 29 – опорная шайба.

Топливо подводится к форсунке через штуцер 20 с сетчатым фильтром 18 и поступает по наклонному каналу 21 в кольцевую проточку 22 на распылителе. Затем топливо по трем каналам 23 проходит в кольцевую полость 3, расположенную под утолщенной частью иглы. Топливо, поступающее в полость 3, находится под давлением, создаваемым насосом, и, в свою очередь, воздействует на нижний конус иглы. Отверстия распылителя открываются тогда, когда давление топлива в полости и на нижнем конце иглы превысит сопротивление пружины 11. В этот момент топливо впрыскивается в камеру и сгораниет. После впрыскивания топлива давление в полости 3 снижается, и под действием пружины игла плотно садится на седло в распылителе.

Затяжку пружины 11 можно изменять регулировочным винтом 12 при ослабленной контрагейке 14.Более сильная затяжка пружины приводит к повышению давления и запаздыванию впрыскивания, а менее сильная — к уменьшению давления и опережению впрыскивания. Топливо, которое просочилось между иглой и распылителем, отводится в полость пружины, затем через отверстие в стакане 13 поступает в сливную трубку, соединенную с отверстиями колпака 15 форсунки. Форсунка дизеля КамАЗ-740 устроена и работает аналогично рассмотренной.