2.2.2.12.8.Форсунки

Форсунка предназначена для впрыска и распыливания топлива в цилиндре дизеля. Распыливание топлива производится за счет подачи его к форсунке от ТНВД (топливный насос высокого давления) под большим давлением, что обеспечивает истечение топлива с большой скоростью через сопловые отверстия форсунки диаметром от 0,15 до 0,9мм. По конструкционному исполнению форсунки делятся на открытые и закрытые. На дизелях морского флота применяются, в основном, форсунки закрытого типа. Форсунка закрытого типа имеет автоматически закрывающийся клапан (иглу) для разобщения нагнетательного трубопровода от полости цилиндра, что имеет большое значения для качественного протекания процессов впрыскивания и сгорания топлива. Игла находится внутри корпуса распылителя и нагружается через стержень толкателя пружиной, изменение натяжения которой производится регулировочным винтом. После регулирования форсунки на заданное давление распыливания, регулировочный винт фиксируется контргайкой. Открытие иглы происходит следующим образом: ТНВД нагнетает топливо по трубопроводу в кольцевую полость корпуса распылителя, соединенную с корпусом форсунки накидной гайкой. Давление топлива воздействует на дифференциальную площадку запорной иглы и поднимает ее, преодолевая натяжение пружины распылителя. Подъем иглы форсунки составляет от 0,4-1,2 мм. После прекращения подачи топлива и падения давления в трубопроводе, игла, под действием пружины, прижимается к седлу корпуса и закрывает сопловое отверстие. Давление топлива, при котором происходит открытие иглы, является постоянной величиной независимо от режима работы двигателя, колеблется от 140 до 450 кг/см2 и имеет определенные значения для каждого типа дизеля. В форсунках закрытого типа применяются различные распылители – однодырчатые и многодырчатые, запорная часть которых имеет вид обычного конуса или штифта. Однодырчатые применяются на дизелях небольшой мощности с вихрекамерным и предкамерным смесеобразованием. Многодырчатые применяются на дизелях с непосредственным впрыском в неразделенные камеры сгорания. Игла и направляющая иглы с распылителем являются точной (прецизионной) парой и заменяются в случае выхода из строя в комплекте. (рис. 83).

Рис. 83Устройство форсунки закрытого типа:

1 – шпилька; 2,17,20 – штуцера; 3,5 –каналы для охлаждения; 4 – центрирующий штифт; 6 – игла;

7 – иглодержатель; 8 –распылитель; 9 – прокладка;

10,16 – топливные каналы; 11 – фигурная гайка;

12 –прокладка; 13 – толкатель; 14 – пружина;

15 – регулировочный винт; 18 – корпус;

19 –контргайка.

2.2.2.12. 9.Топливные насосы высокого давления (тнвд)

Топливный насос служит для подачи топлива к форсунке под высоким давлением (110-700 кг/см² и выше) строго отмеренными порциями и в определённые моменты по углу 10-20° поворота коленчатого вала. Топливный насос приводится в движение от распределительного вала дизеля. Привод топливного насоса делается кулачковым, причём устанавливается так, чтобы впрыск топлива происходил с некоторым опережением относительно В.М.Т. Топливные насосы высокого давления бывают клапанные и золотниковые .

В ТНВД клапанного типа количество подаваемого топлива регулируется перепуском топлива из нагнетательной полости во всасывающую перепускным клапаном, а в ТНВД золотникового типа – косым вырезом на плунжере (золотнике). Перепуск топлива из нагнетательной полости во всасывающую может происходить перед нагнетанием топлива в форсунку, после нагнетания или частично перед нагнетанием и частично после нагнетания. По моменту перепуска топлива ТНВД делятся на насосы с регулированием по началу подачи топлива, по концу подачи топлива и насосы со смешанным регулированием. Клапанные топливные насосы с регулированием по началу подачи применяются на двигателях фирмы «Зульцер». (Рис84)

Рис. 84 Схема топливного насоса высокого давления (ТНВД) клапанного типа: 1 – пружина; 2 – всасывающий (перепускной) клапан; 3 – толкатель; 4 – двуплечий рычаг; 5 – эксцентриковый валик; 6 – кулачная шайба; 7 – ролик толкателя; 8 – толкатель; 9 –возвратная пружина; 10 – плунжер; 11 – предохранительный клапан; 12 –нагнетательный клапан; 13 – нагнетательный трубопровод.

Когда ролик 7 толкателя 8 насоса скатывается с вершины кулачной шайбы 6, плунжер 10 начинает перемещаться вниз под действием возвратной пружины 9. В это время в рабочей камере насоса создаётся разрежение. Давлением топлива во всасывающем трубопроводе (которое создаётся топливоподкачивающим насосом) открывается клапан 2 и топливо всасывается в рабочую камеру. Ход плунжера вниз – ход всасывания топлива. Клапан 2 в этот момент работает как всасывающий. С толкателем насоса соединён двуплечий рычаг 4, который при ходе плунжера вниз поворачивается вокруг эксцентрикового валика и удерживает всасывающий клапан в открытом положении при помощи толкателя 3. При ходе плунжера вверх (ролик толкателя набегает на выступ кулака) топливо из рабочей камеры выходит через открытый клапан 2 обратно во всасывающий трубопровод. В этот момент клапан 2 работает как перепускной, перепуская топливо и нагнетательной полости во всасывающую. Но при ходе толкателя вверх, двуплечий рычаг 4 поворачивается и клапан 2 садится на гнездо под действием пружины 1. Как только клапан сел на гнездо, начинается сжатие топлива в рабочей камере. Давлением топлива открывается нагнетательный клапан 12 и топливо идёт к форсунке. Количество топлива, подаваемого в цилиндр двигателя, зависит от момента закрытия перепускного клапана. Если клапан закрывает перепускное отверстие в самом начале нагнетательного хода плунжера, то всё топливо из рабочей камеры пойдёт к форсунке, т.е. будет полная подача топлива, соответствующая полной нагрузке двигателя. Более позднее закрытие клапана уменьшит количество подаваемого топлива в цилиндр. Моментами закрытия перепускного (он же всасывающий) клапана управляют поворотом эксцентрикового валика 5, который соединён с топливной рукояткой поста управления двигателем. Поворачивая эксцентриковый валик, опускают или поднимают двуплечий рычаг, уменьшая или увеличивая этим ход перепускного клапана. Позднее или ранее закрытие перепускного клапана автоматически сдвигает начало подачи топлива в рабочий цилиндр двигателя.

Каждый топливный насос регулируется отдельно путём изменения длины толкателя. Иногда возникает необходимость изменить угол начала подачи топлива некоторыми насосами без изменения количества подаваемого топлива, с целью выравнивания давления сгорания по цилиндрам. Это достигается поворотом кулачной шайбы топливного насоса вокруг оси распределительного вала на необходимый угол.

Топливный насос снабжён предохранительным клапаном 11 с пружиной, который срабатывает при давлении топлива 900 кг/см².

В современных двигателях, оборудованных ТНВД золотникового типа , существуют два способа дозировки

топлива:

1) изменением момента конца подачи топлива (отсечки). Изменение дозировки топлива осуществляется проворачиванием плунжера вокруг его оси, вследствие чего, спиральная отсечная кромка плунжера открывает перепускное окно во втулке;

2) изменением момента начала подачи топлива. Перепуск топлива в этом случае производится всасывающим клапаном, закрываемым в определённый момент в начале подачи топлива

В малооборотных и среднеоборотных дизелях для каждого цилиндра имеется отдельный ТНВД, а в быстроходных ТНВД обычно делают блочными, с числом отдельных насосных секций, равным числу цилиндров.

Секция топливного насоса – это насос поршневого типа, в котором всасывание и нагнетание топлива производится поршеньком (плунжером) при его возвратно-поступательном движении.

На рис. 85 показана топливоподающая секция насоса золотникового типа, с регулированием по концу подачи.

Рис.85 Топливоподающая секция насоса: 1-штуцер; 2-пружина; 3-нагнетательный клапан; 4-седло; 5-приемные отверстия; 6-зубчатая рейка; 7-зубчатый венчик; 8-плунжер; 9-поворотная втулка.

Выступающая часть кулачка, набегая на ролик, который катится по его поверхности, перемещает вверх толкатель. Вместе с толкателем поднимается вверх плунжер. Когда выступ кулачка начнёт выходить из-под ролика, плунжер и вместе с ним толкатель, под действием сжатой пружины, будут опускаться вниз и займут первоначальное положение.

Подача топлива начнётся при перекрытии отверстий во втулке кромкой верхнего торца плунжера во время движения вверх, а закончится в момент, когда отверстие втулки начнёт открываться отсечной кромкой спирального выреза на плунжере.

Количество подаваемого топлива зависит от относительного положения плунжера и втулки. Зубчатая рейка 6, находящаяся с зубчатым венчиком 7, вращает плунжер 8. Венчик устанавливается на поворотной втулке 9. Втулка плунжера имеет пазы, в которые входят прямоугольные выступы плунжера. Регулировка количества топлива, подаваемого плунжером насоса, устанавливается при заводском испытании путём поворота венчика. Верхнее выходное отверстие втулки закрывается седлом 4, в которое устанавливается нагнетательный клапан 3. Седло прижимается к втулке штуцером 1, который ввёрнут в головку, а нагнетательный клапан – пружиной 2, вставленной в штуцер 1.

Во время движения плунжера вниз, т.е. при ходе всасывания топливо, в момент открытия отверстий 5, заполнит полость под плунжером во втулке. При движении плунжера вверх топливо в начальный период вытесняется из втулки через отверстия обратно в канал головки. Когда верхняя кромка плунжера перекроет впускные отверстия, в над плунжерной полости втулки начнёт повышаться давление.

Так как топливо почти несжимаемое, давление повышается очень быстро. Когда давление топлива в над плунжерной полости достигнет величины, необходимой для преодоления сопротивления пружины и сопротивления топлива в топливопроводе, нагнетательный клапан откроется, и топливо будет нагнетаться по топливопроду к форсунке.

При дальнейшем движении плунжера, кромка его винтового среза откроет перепускные отверстия и, вследствие большого давления в надплунжерной полости, топливо через вертикальный канал начнёт протекать по перепускному отверстию в канал головки. При этом, давление над плунжером начнёт падать и пружина нагнетательного канала прижмёт его к седлу.

Положение плунжера при различных количествах подаваемого топлива показаны на Рис 86, где:

а и б соответствуют началу и концу подачи при полной подаче топлива;

в и г – началу и концу при половинной подаче;

д – нулевой подаче.

Рис. 86. Различные положения плунжера:

а и б – полная подача топлива (а – нижняя мертвая точка, б – конец подачи); в и г – половинная подача (в - нижняя мертвая точка, г – конец подачи); д – нулевая подача.