Основные параметры и конструкция топливной системы высокого давления

3.1 Плунжерные пары

Топливные насосы высокого давления предназначены для подачи топлива к форсункам. В процессе работы дизеля топливные насо­сы высокого давления должны выполнять следующие функции:

- создавать высокое давление топлива у форсунки, необходимое для качественного его распыливания в камере сгорания;

- изменять количество топлива, подаваемого в камеру сгорания за цикл в зависимости от нагрузочного и скоростного режимов работы дизеля.

- подавать топливо к форсунке в определенную фазу рабочего процес­са дизеля за сравнительно небольшой промежуток времени;

- подавать отмеренную порцию топлива в соответствии с характерис­тикой подачи, наиболее оптимальной для создания условий протекания процесса сгорания;

- изменять момент начала и конца подачи топлива в зависимости от нагрузочного и скоростного режимов работы дизеля;

- обеспечивать сохранение высоких давлений подачи топлива при снижении, нагрузки и уменьшении частоты вращения коленчатого вала дизеля:

- обеспечивать подачу топлива к форсункам многоцилиндрового дизеля по заданному закону и в последовательности, соответствующей принятому порядку работы каждой форсунки;

- разъединять трубопровод высокого давления от надплунжерной по­лости насоса для создания необходимой величины остаточного давле­ния, обеспечивающего наилучшую характеристику топливоподачи.

Топливные насосы золотникового типа относительно просты по конструкции и в обслуживании. Однако наряду с этим им присущи недостатки. Параметры впрыскивания, и в первую очередь давление впрыскивания топлива в цилиндры дизеля, значительно меняются при изменении скоростного и нагрузочного режимов дизеля. Результатом этого, в частности, является плохое качество распыливания топлива на частичных режимах и в режиме холостого хода, а также при запуске дизеля. В деталях дизеля возникают большие механические на­грузки.

Основными элементами ТКВД, влияющими на процесс топливоподачи, являются плунжерная пара, нагнетательный клапан и кулачок ва­ла насоса.

Плунжерная пара, скомплектованная из плунжера и гильзы, представляет собой прецизионную пару, не подлежащую разукомплектова­нию (рис. 3.1.). Плунжерная пара должна обладать уплотняющей спо­собностью, препятствующей утечке топлива через зазоры из надплунжерной полости.

Гильзы плунжера изготовляют ступенчатой формы. Наружный ди­аметр золотниковой (силовой) части гильзы D₂ подвергающейся действию высокого давления топлива, превышает в 1,3+1,5 раза наружный диаметр направляющей (компрессорной) части D_1. В утолщенной части расположены окна, а по наружному диаметру компрессионной части гильза центрируется в отверстии корпуса насоса. Гильза опирается в корпусе насоса на кольцевую поверхность заплечиками, расположенными на границе ее толстостенности и прижима­ется нажимным штуцером через корпус нагнетательного клапана. Обе опорные поверхности гильзы обрабатываются с высокой точностью для герметизации надплунжерной полости высокого давления и полости низкого давления. Геометрические параметры плунжерных пар тепловозных дизелей приведены в таблице 3.1.

У топливных насосов дизелей типа Д100 в гильзе имеется од­но окно, выполняющее функции наполнения и отсечки. Уплотняющая способность такой плунжерной пары велика, однако для нее харак­терна цикловая неравномерность подачи топлива ввиду наличия в на­сосе встречных потоков топлива при следующих друг за другом от­сечке и наполнении надплунжерной полости топливом.

Рис.3.1. Плунжерная пара золотникового типа:

D₂; l – диаметр и длина золотниковой части гильзы; L – длина гильзы; D₁- диаметр компрессионной части гильзы; d_П – диаметр плунжера; d₀, d_В – диаметр отсечного и всасывающего окон гильзы; а – расстояние между окнами гильзы.

В конструкции некоторых дизелей гильза имеет два окна, рас­положенных на одном (дизели Д50, Д70) или разных (дизели 11Д45, Д49, ЧН21/21)уровнях. Верхнее окно выполняет функцию наполнения надплунжерного пространства топливом, а нижнее - отсечки.

Наилучшие условия наполнения надплунжерного пространства топливом обеспечиваются в насосах, у которых гильза имеет всасы­вающее и отсечное окна, а всасывающая и отсечная полости в корпу­се насоса разделены (дизели 11Д45, 11Д40).

На золотниковой части плунжера расположены две симметричные отсечные кромки. Такая конструкция плунжерной пары позволяет осуществлять четкую отсечку и хорошее качество процесса наполне­ния надплунжерной полости. Однако уплотняющая способность таких плунжерных пар невелика из-за значительных утечек топлива в окне гильзы.

Для уменьшения утечек топлива плунжерные пары изготавливают высокой точностью путем взаимной притирки плунжера и гильзы или селективной сборки с минимальным зазором (1-3 мкм).

Золотниковая часть плунжера, обеспечивающая регулирование цикловой подачи, имеет сложную конфигурацию (рис. 3.2).

Распределительные кромки золотниковой части плунжера чаще всего выполняют винтовыми, обеспечивающими линейный закон изме­нения геометрического активного хода плунжера от угла его пово­рота или перемещения рейки ТНВД. В топливных насосах высокого давления золотникового типа с перепуском топлива в период его нагнетания (постоянным ходом плунжера) регулирование фаз топливоподачи осуществляют в основном по концу подачи (а), в некоторых насосах по началу и концу подачи (б) (см. рис. 3.2).

В первом случае, когда золотниковая часть плунжера имеет ци­линдрическую верхнюю и винтовую нижнюю (отсечную) кромки, обеспе­чивается одинаковый момент (угол) начала подачи топлива независи­мо от количества подаваемого топлива (активного рабочего хода плунжера). Такое регулирование осуществляется у большинства топливных насосов тепловозных дизелей (Д100, ПД1М). Во втором случае, когда золотниковая часть плунжера имеет винтовые наполнительную и отсечную кромки (дизели типа Д49 и 11Д45), при изменении цикловой подачи (активного рабочего хода плунжера) изменяется и начало подачи.

Рис.3.2. Способы выполнения распределительных кромок на золотниковой части плунжера:

а – регулирование концом подачи; б – смешанное регулирование; в – регулирование концом подачи со спиральными симметричными кромками и центральным сверлением; 1 – всасывающая кромка; 2 – отсечная кромка; 3 – продольный паз; 4 – осевой канал; 5 – радиальное сверление.

Таблица 3.1.