Механизмы и узлы магистрали высокого давления

Топливный насос высокого давления. Для точного дозирования топлива и подачи его в определенный момент под высоким давлением к форсункам применяется топливный насос высокого давления. Наибольшее распространение на автомобильных дизелях получили многосекционные насосы с постоянным ходом плунжера и регулировкой конца подачи топлива.

По расположению секций насосы делятся на рядные и V-образные. Каждая секция топливного насоса обеспечивает работу одного из цилиндров дизеля, поэтому число секций топливного насоса определяется числом его цилиндров. Топливный насос дизеля ЯМЗ-236 шестисекционный, дизелей ЯМЗ-238 и ЗИЛ-645- рядный восьмисекционный, дизеля КамАЗ-740 V-образный восьмисекционный. Конструктивно топливные секции рядных насосов дизелей ЯМЗ-236, -238 и ЗИЛ-645 существенных различий не имеют. Типичным примером конструкции рядного топливного насоса высокого давления является насос дизеля ЯМЗ-236 (рис. 8), состоящий из шести одинаковых секций. В нижней части корпуса / насоса на двух радиально-упорных шарикоподшипниках 20, уплотненных самоподжимными сальниками, установлен кулачковый вал 12 с шестерней 11.

На кулачковом валу имеются профилированные кулачки 19 для каждой насосной секции и эксцентрик 14 для приведения в движение насоса низкого давления, который крепится к привалочной плоскости 13 насоса высокого давления.

В перегородке корпуса против каждого кулачка установлены роликовые толкатели 18. Оси роликов 15своими концами входят в пазы корпуса насоса, предотвращая проворачивание толкателей.

Рис. 8. Топливный насос высокого давления дизеля ЯМЗ-236

Насосные секции установлены в верхней части корпуса и крепятся винтами 29. Основной частью каждой насосной секции является плунжерная пара, состоящая из плунжера 6 и гильзы 35. Плунжерную пару изготовляют из хромомолибденовой стали и подвергают закалке до высокой твердости. После окончательной обработки подбором производят сборку плунжеров и гильз так, чтобы обеспечить в соединении зазор, равный 0,0015-^0,0020 мм. Этим достигается максимальная плотность сопряжения взаимодействующих деталей, обеспечивающих давление впрыскивания топлива до 16 МПа.

Топливо к плунжерным парам подводится по каналу 36, а отводится по каналу 30, в переднем конце которого под колпаком установлен перепускной клапан 5. Если давление в каналах превышает 0,16-0,17 МПа, клапан открывается и перепускает часть топлива в бак. Попавший в каналы насоса воздух выпускается через отверстие, закрываемое пробкой 8. На торец гильзы 35 притертой торцовой поверхностью опирается седло 34 нагнетательного клапана 33. Седло прижато к гильзе плунжера штуцером 7 через уплотнительную прокладку.

Нагнетательный клапан 33 состоит из головки с запорной конической фаской, разгрузочного пояска и хвостовика с прорезями для прохода топлива. Сверху на клапан установлена пружина 32, которая прижимает его к седлу. Верхний конец пружины упирается в выступ упора 31.

При вращении кулачкового вала 12 насоса выступ кулачка 19 набегает на роликовый толкатель 18, который через болт 40 воздействует на плунжер 6 и перемещает его вверх. Когда выступ кулачка выходит из-под ролика толкателя, пружина 38, упирающаяся в тарелки 39 и 28, возвращает плунжер в первоначальное положение. Рейка 3 входит в зацепление с зубчатым венцом 4 поворотной втулки 16, надетой на гильзу, а в вертикальные пазы нижней части втулки входят выступы 17 плунжера.

При перемещении рейки 3 вдоль ее оси втулка 16 поворачивается на гильзе и, действуя на выступы 17 плунжера, поворачивает его, в результате чего изменяется количество топлива, подаваемого к форсункам. Ход рейки ограничивается стопорным винтом 37, входящим в ее продольный паз. Задний конец рейки соединен с тягой 10 регулятора частоты вращения коленчатого вала, установленного в корпусе 9.

Выступающий из насоса передний конец рейки закрыт запломбированным колпачком, в который ввернут винт 2 ограничения мощности двигателя при обкатке автомобиля

Для опережения впрыскивания топлива в цилиндры дизеля в зависимости от частоты вращения его коленчатого вала в передней части насоса установлена центробежная муфта. Она состоит из ведущей 23 и ведомой 26 полумуфт. На ведомой полумуфте закреплены две оси 27 с установленными на них центробежными грузами 25, в вырезах которых размещены пружины 22, опирающиеся с одной стороны на оси 27, а с другой - на опорные пальцы 21 ведущей полумуфты 23. Механизм муфты в сборе закрыт крышкой 24, которая навернута на резьбу ведомой муфты.

На дизеле ЗИЛ-645 топливный насос высокого давления рядный восьмисекционный, создающий давление впрыскивания до 18,5 МПа, установлен в развале блока цилиндров. Привод насоса осуществляется от коленчатого вала через две пары зубчатых колес, упругую муфту привода и автоматическую муфту опережения впрыскивания.

Насосные секции топливного насоса так же, как у насоса дизелей ЯМЗ, плунжерного (золотникового) типа с постоянным ходом плунжера. Наряду с отдельными конструктивными отличиями насоса работа его секций принципиально не отличается от работы секций насоса дизелей ЯМЗ-236, -238.

На дизелях семейства КамАЗ устанавливают V-o бразные насосы высокого давления. Они располагаются в развале блока цилиндров и приводятся в действие от шестерен газораспределения через шестерню привода. В корпусе / насоса (рис. 9) установлен механизм 20 поворота плунжеров, соединенный с правой и левой рейками, которые действуют на плунжеры нагнетательных секций, расположенных в два ряда. В каждом ряду расположено по четыре нагнетательных секции, давление впрыскивания которых по сравнению с давлением впрыскивания дизелей ЯМЗ-236, -238 увеличено и составляет 18 МПа. Секции насоса расположены под углом 75°, что повышает прочность кулачкового вала за счет уменьшения его длины, позволяет увеличить давление впрыскивания и повысить работоспособность плунжерных пар.

Рис. 9.Насос высокого давления с V -образным расположением насосных секций

Каждая секция насоса состоит из корпуса 15, гильзы 14 с плунжером 9, поворотной втулки 6, нагнетательного клапана 17, прижатого штуцером к гильзе плунжера через уплотнительную прокладку 16. Положение гильзы 14 относительно корпуса 15 фиксируется штифтом 12. В нижней части гильза и корпус уплотняются прокладками 10 и 11.

Так же как и у дизелей ЯМЗ, топливные секции насоса плунжерного типа с постоянным ходом плунжера. Плунжер приводится в движение от кулачкового вала насоса, через ролик 2 толкателя, ось которого крепится в сухаре 3. Пружина 7 толкателя в верхней части упирается в шайбу 8, а через тарелку 5 постоянно прижимает ролик 2 к кулачку. Толкатель от поворота фиксируется сухарем 3, выступ которого входит в паз корпуса насоса.

Начало подачи топлива регулируется установкой пяты 4 определенной толщины. При установке пяты большей толщины топливо будет подаваться раньше, меньшей толщины - позднее. Чтобы изменить количество подаваемого топлива плунжер 9 поворачивается относительно гильзы 14 при помощи рейки 13 насоса, которая связана с поворотной втулкой 6.

Управление подачей топлива осуществляется из кабины водителя педалью, воздействующей с помощью трех тяг и рычага 18 на всережимный регулятор 19 частоты вращения коленчатого вала, расположенный в развале топливного насоса. На крышке регулятора 19 закреплен топливный насос 22 низкого давления и насос 21 ручной подкачки топлива.

Рис. 10. Схема работы секции насоса высокого давления: а - впуск (всасывание); 6 - начало подачи; в - конец подачи

Работа насоса высокого давления плунжерного типа, установленного на дизелях ЯМЗ-236, -238, КамАЗ-740 и ЗИЛ-645, состоит из наполнения надплунжерного пространства топливом с частичным его перепуском, подачи топлива под высоким давлением к форсункам, отсечки и перепуска его в сливной топливопровод. При работе двигателя рейка топливного насоса перемещается в соответствии с изменением подачи топлива, при этом одновременно поворачиваются плунжеры всех секций.

В виду того что все секции работают одинаково, рассмотрим работу насоса на примере одной из секций дизеля ЯМЗ-236 (рис. 10). При движении плунжера 1 вниз (рис. 10, а) внутреннее пространство гильзы 12 наполняется топливом, и одновременно оно подается насосом низкого давления в подводящий канал 10 корпуса 11 насоса. При этом открывается впускное отверстие 9, и топливо поступает в надплунжерное пространство 8. Затем под действием кулачка плунжер начинает подниматься вверх (рис. 10, б), перепуская топливо обратно в подводящий канал 10 до тех пор, пока верхняя кромка плунжера 1 не перекроет впускное отверстие 9 гильзы. После перекрытия этого отверстия давление топлива резко возрастает и при 1,2-1,8 МПа топливо, преодолевая усилие пружины 5, поднимает нагнетательный клапан 6 и поступает в топливопровод.

Дальнейшее перемещение плунжера вверх вызывает повышение давления до 16,5^+0,5 МПа, превышающее давление, создаваемое пружиной форсунки, в результате чего игла форсунки приподнимается и происходит впрыскивание топлива в камеру сгорания. Подача топлива продолжается до тех пор, пока винтовая кромка 13 (рис. 10, в) плунжера не откроет выпускное отверстие 3 в гильзе, в результате чего давление над плунжером резко падает, нагнетательный клапан 6 под действием пружины закрывается и надплунжерное пространство разъединяется с топливопроводом высокого давления. При дальнейшем движении плунжера вверх топливо перетекает в сливной канал 4 через продольный паз 2 и винтовую кромку 13 плунжера.

Нагнетательный клапан 6 разгружает топливопровод высокого давления, так как он снабжен цилиндрическим разгрузочным пояском 7, который при посадке клапана на седло обеспечивает увеличение объема топливопровода примерно на 70-80 мм³. Этим достигается резкое прекращение впрыскивания топлива и устраняется возможность его подтекания через распылитель форсунки, что улучшает процесс смесеобразования и сгорания рабочей смеси, а также повышает надежность работы форсунки.

Перемещение плунжера во втулке с момента закрытия впускного отверстия до момента открытия выпускного отверстия называется активным ходом плунжера, который в основном и определяет количество подаваемого топлива за цикл работы топливной секции.

Изменение количества топлива, подаваемого секцией за один цикл, происходит в результате поворота плунжера / зубчатой рейкой. При различных углах поворота плунжера благодаря винтовой кромке смещаются моменты открытия выпускного отверстия. При этом чем позднее открывается выпускное отверстие, тем большее количество топлива может быть подано к форсункам.

Рис. 11. Схема изменения подачи топлива

На рис. 11 показаны следующие положения винтовой кромки плунжера за цикл работы топливной секции:

положение А - максимальная подача топлива и наибольший активный ход плунжера /. В этом случае расстояние h от винтовой кромки 5 плунжера до выпускного отверстия 2 будет наибольшим;

положение Б - промежуточная подача, так как при повороте плунжера по часовой стрелке расстояние h уменьшается и выпускное отверстие открывается раньше;

положение В - нулевая подача топлива. Плунжер повернут так, что его продольный паз 3 расположен против выпускного отверстия 2 (/г=0), в результате чего при перемещении плунжера вверх топливо вытесняется в сливной канал, подача топлива прекращается и двигатель останавливается.

Момент начала подачи топлива каждой секцией по углу поворота коленчатого вала изменяют регулировочным болтом 40 (см. рис. 8) с контргайкой, ввернутым в толкатель. При вывертывании болта верхний торец плунжера раньше перекрывает входное отверстие 4 гильзы и топливо раньше подается к форсунке, т. е. угол начала подачи топлива увеличивается. При ввертывании болта в толкатель этот угол уменьшается и топливо к форсунке подается с запаздыванием.