Топливная аппаратура

Подачу топлива в цилиндры дизеля в заданном количестве и в определенное время, а также равномерное распределение топлива по объему камеры сгорания в распыленном состоянии должна обеспечивать топливная аппаратура.

Топливная аппаратура дизеля (рис. 5.32) состоит из топливных насосов 8, их привода и форсунок 17. Различные типы топливной аппаратуры имеют много общего. Основная особенность ее состоит в том, что при работе реализуются вы-

Схема топливной аппаратуры тепловозных дизелей сокие давления топлива (до 80- 90 МПа). Почти на всех дизелях тепловозов советских железных дорог используются насосы с плунжером золотникового типа и форсунки закрытого типа.
Рис. 5.32. Схема топливной аппаратуры тепловозных дизелей сокие давления топлива (до 80- 90 МПа). Почти на всех дизелях тепловозов советских железных дорог используются насосы с плунжером золотникового типа и форсунки закрытого типа.

Плунжер 10 топливного насоса 8 приводится в движение от кулачка 2 вала топливных насосов 1 через толкатель 4 с роликом 3. Толкатель, расположенный в корпусе 6, прижимается к кулачку пружиной 5.

При движении плунжера вверх топливо подается через нагнетательный клапан 12 по трубопроводу 13 к форсунке 17. Топливо, как всякая жидкость, обладает очень малой сжимаемостью. Поэтому нагнетание его связано с повышением давления во всей системе. При достижении давления, достаточного для подъема иглы 18, топливо через сопло распылителя 19 поступает в цилиндр дизеля. При падении давления под действием пружины 15 через штангу 16 игла форсунки закрывается и подача топлива прекращается. Обратный ход плунжер совершает под действием пружины 7. При движении плунжера вниз в надплунжерное пространство поступает топливо из топливного коллектора через отверстие в гильзе И. Количество подаваемого топлива зависит от положения плунжера, которое устанавливается с помощью шестерни 9 от рейки топливного насоса 14.

Регулирование подачи топлива плунжерным насосом с золотниковым управлением состоит в следующем. При движении плунжера вверх из крайнего нижнего положения 1 в положение 2 (рис. 5.33) топливо из надплунжерного пространства вытесняется через отверстие в гильзе в топливный коллектор. В положении 2 верхняя кромка плунжера полностью перекрывает отверстие в гильзе - это положение соответствует геометрическому началу подачи топлива. При дальнейшем движении плунжера вверх давление топлива в надплунжерном пространстве растет. Открывается нагнетательный клапан, и топливо поступает к форсунке при движении плунжера из положения 2 в положение 4. В положении 4 нижняя винтовая кромка головки плунжера совпадает с нижней кромкой отверстия в гильзе - это положение соответствует геометрическому концу подачи топлива. Ход плунжера от положения 2 до положения 4 называется полезным ходом плунжера. При дальнейшем движении плунжера из положения 4 вверх до крайнего верхнего положения 6 топливо из надплунжерного пространства вытесняется через вертикальный паз плунжера и кольцевую проточку в головке в топливный коллектор. Нагнетательный клапан закрыт. При движении плунжера из положения 6 вниз топливо из топливного коллектора поступает в надплунжерное пространство. Так продолжается до достижения плунжером положения 4. При движении плунжера из положения 4 в положение 2 окно в гильзе перекрыто головкой плунжера, и топливо не поступает. При дальнейшем движении плунжера из положения 2 в крайнее нижнее положение У топливо продолжает поступать в надплунжерное пространство. Цикл работы топливного насоса повторяется при каждом обороте коленчатого вала двухтактных дизелей и один раз за два оборота коленчатого вала четырехтактных дизелей.

Схема работы топливного насоса

Рис. 5.33. Схема работы топливного насоса

Изменение количества подаваемого за цикл топлива достигается поворотом плунжера (рис. 5.34). В положении 1, когда вертикальный паз плунжера совпадает с отверстием Рис. 5.34. Схема изменения подачи топлива и типы плунжерных насосов:

а.- плунжер с управлением концом подачи топлива; б - плунжер с управлением началом подачи топлива; в - плунжер с управлением началом и коицом подачи топлива гильзы, при возвратно-поступательном движении плунжера подачи топлива не происходит, так как над-плунжерное пространство все время сообщено с топливным коллектором. В положении 2, когда вследствие поворота плунжера паз и отверстие в гильзе не совпадают, осуществляется минимальная подача топлива. Положения 3, 4 и 5 соответствуют промежуточным значениям подачи топлива плунжером. В положении 6 осуществляется максимальная подача топлива плунжером. При этом полезный ход плунжера достигает максимального значения.

Рассмотренный на рис. 5.33 и 5.34, а плунжер имеет цилиндрическую верхнюю и винтовую нижнюю кромки. Такая конфигурация головки плунжера обеспечивает одинаковый угол начала подачи при всех значениях подачи топлива. Подачей топлива управляют, изменяя конец его подачи. На рис. 5.34, б показан плунжер, конфигурация которого обеспечивает управление началом подачи в зависимости от количества подаваемого топлива при неизмененном конце подачи, а на рис. 5.34, в - конфигурация плунжера, обеспечивающая управление началом и концом подачи. Топливные насосы с плунжером, представленным на рис. 5.34, а, применяются на большинстве тепловозных дизелей. На дизелях типов Д40 и Д49 применяются плунжеры, изображенные на рис. 5.34, е.

Большое значение в обеспечении нормальной работы топливной аппаратуры имеет нагнетательный клапан. При достижении плунжером положения 4 (см. рис. 5.33) давление в надплунжерном пространстве падает и клапан садится на свое место. При недостаточно быстром падении давления возможно подтекание топлива в конце цикла подачи. Для достижения быстрого падения давления в топливопроводе устанавливают нагнетательный клапан с разгрузочным пояском. Однако при длинном топливопроводе подтекание полностью не устраняется даже при быстрой разгрузке топливопровода от высокого давления. Поэтому всегда стремятся к сокращению длины топливопровода между насосом и форсункой. В некоторых дизелях применяются насосы-форсунки, у которых нагнетательный топливопровод совсем отсутствует.

Дефектом работы топливной аппаратуры может быть так называемое подвпрыскивание топлива, которое также снижает экономичность работы дизеля. Подвпрыскивание вызывается колебательным процессом в нагнетательном топливопроводе высокого давления после посадки иглы форсунки на седло, когда амплитуда волны давления достигает значения, достаточного для отрыва иглы форсунки. Для устранения под-впрыскивания стремятся к сокращению объема надклапанной полости за счет установки в нагнетательный клапан специальных вытеснителей. При этом создаются условия более равномерной подачи топлива в цилиндры и затухания волны давления топлива в топливопроводе, что способствует устранению причин подвпрыскивания топлива форсунками.

Основные характеристики топливной аппаратуры дизелей. Подача топлива за рабочий цикл в один цилиндр двигателя определяется номинальной цилиндровой эффективной мощностью и удельным расходом топлива дизелем. Для обеспечения допустимой перегрузки дизеля, а также для компенсации потери подачи насоса из-за износа возможная максимальная подача за цикл принимается примерно в полтора раза больше номинальной. Неравномерность распределения топлива по цилиндрам дизеля допускается на номинальной мощности не более 3-4 %. На оборотах холостого хода неравномерность достигает 30- 50%.

Коэффициентом подачи топливной системы называется отношение объема поданной через форсунку порции топлива к объему, описанному плунжером на полезном участке его хода.

Действительная продолжительность подачи топлива для различных двигателей составляет от 12 до 35° по углу поворота коленчатого вала. Следует отличать действительную продолжительность подачи от геометрической, которая определяется как угол поворота коленчатого вала двигателя, соответствующий перемещению плунжера от начала полезного хода до его окончания. Геометрическая продолжительность обычно меньше действительной.

Действительное опережение подачи топлива измеряется в градусах поворота коленчатого вала (п. к. в.) двигателя от начала впрыскивания до в. м. т. Для различных двигателей оно составляет обычно от 6 до 30 ° п. к. в. Оптимальное опережение подачи топлива подбирается экспериментальным путем и зависит от способа смесеобразования, сорта топлива, степени сжатия, нагрузки и частоты вращения. Геометрическое опережение, соответствующее началу полезного хода плунжера, больше действительного на запаздывание впрыскивания, которое составляет от 2 до 15° п. к. в.

Законом подачи (или характеристикой подачи) топлива называется распределение топлива по углу поворота вала двигателя за период впрыскивания. Закон подачи - это обобщенная характеристика влияния как профиля кулачка, размера плунжера и проходного сечения сопла форсунки, так и ряда других конструктивных и эксплуатационных факторов, например конструкции нагнетательного клапана, длины топливопроводов высокого давления, наличия в системе (под клапаном в штуцере) местных объемов, давления впрыскивания, сжимаемости жидкости и т. п. Увеличение цилиндровой мощности при неизменном скоростном режиме работы дизеля связано с увеличением цикловой подачи топлива, что приводит к изменению характеристики процесса впрыскивания. Увеличение цикловой подачи приводит к существенному возрастанию продолжительности впрыскивания и отдельных фаз топливопо-дачи. При растянутом процессе впрыска повышается температура выпускных газов, снижается экономичность работы дизеля.

Топливный насос дизеля Д49 (рис. 5.35) установлен на лотке, расположенном в развале цилиндров. Насос состоит из корпуса 4, гильзы 11, плунжера 12, седла 8 и клапана 9. Гильза и седло закреплены в корпусе насоса нажимным штуцером 10.

В гильзе плунжера имеются два отверстия для подвода топлива. Плунжер типа В имеет верхнюю и нижнюю спиральные отсеченные кромки, обеспечивающие регулировку количества подаваемого в цилиндры топлива с одновременным изменением углов начала и конца подачи. На цилиндрической поверхности плунжера имеются две кольцевые канавки. Широкая канавка при любом положении плунжера по высоте соединена с полостью низкого давления. На гильзу плунжера установлен зубчатый венец 5, в пазы которого входит поводок плунжера. В зацеплении с венцом находится рейка 6, которой механизм управления поворачивает плунжер. Максимальный выход рейки, замеряемый от торца рейки до болта 7, ограничивается винтом, который препятствует повороту зубчатого венца и перемещению рейки насоса. Размер выхода рейки устанавливают при регулировании насоса по подаче на стенде изменением положения рейки и прокладок под болтом 7. Снизу к корпусу насоса прикреплена направляющая втулка 2 толкателя. В нее запрессована втулка 1, в которой размещен толкатель. Угол опережения подачи топлива по цилиндрам регулируют набором прокладок 3 по зазору между плунжером и седлом нагнетательного клапана.

Форсунки. На дизелях установлены форсунки закрытого типа, предназначенные для направления струй и распыливания топлива в камере сгорания. По конструкции форсунки тепловозных дизелей различаются главным образом конструкцией распылителя, размерами проходных сечений, количеством и размерами сопловых отверстий, массой, габаритными и установочными размерами. Принципиальное отличие имеют только форсунки дизелей типа \ТЕ 17/24, являющиеся полузакрытыми и имеющими вместо запорной иглы запорный клапан, удерживаемый пружинной силой 0,4 Н и открывающийся при давлении топлива 2,5 МПа. В этих форсунках давление начала впрыска не регулируется. Максимальное давление подачи топлива в них достигает 34 МПа.

У форсунки дизелей типа Д49 (рис. 5.36) сопло 1 и корпус распылителя 2 прикреплены к корпусу форсунки 7 с помощью колпака 4. В корпусе распылителя размещена игла 3, разобщающая внутренние полости форсунки от камеры сгорания. Корпус распылителя и игла представляют собой прецизионную пару. Игла прижимается к корпусу распылителя пружиной 8 через штангу 6. Пружина через тарелку 10 затягивается винтом 11, положение которого фиксируется гайкой 13. Сверху на регулировочный винт навернут штуцер 15, к которому присоединена труба отвода топлива, просачивающегося по зазору между иглой и корпусом распылителя. Топливо поступает через щелевой фильтр в канал корпуса форсунки и далее в кольцевую камеру корпуса распылителя. Форсунки устанавливают в крышки цилиндров и крепят шпильками. Уплотнение достигается за счет конусных поверхностей, прокладок 12. 14 и уплотнительных колец 5 и 9.

Форсунка дизеля 5Д49
Рис. 5.36. Форсунка дизеля 5Д49

На дизелях типов Д49 и УЕЕ17/24 форсунки установлены в крышках цилиндров наклонно, что позволяет монтировать их без снятия крышек клапанных коробок. На дизелях типа Д100 форсунки вмонтированы в цилиндры с помощью специальных адаптеров, обеспечивающих уплотнение от прорыва газов и течи воды.

⇐ | Газораспределительный механизм и крышки цилиндров | | Тепловозы: Основы теории и конструкция | | Регулирующая аппаратура дизеля | ⇒