Топливный насос (насос высокого давления) служит для подачи в цилиндры двигателя точно отмеренных порций топлива в определенный момент и под высоким давлением.
На дизелях устанавливают топливные насосы двух типов: рядные типа ТН и распределительные типа НД. Расшифруем, например, марку насоса 4УТНМ: четырехплунжерный универсальный рядный топливный насос модернизированный. Марка насоса НД-21/2-4 означает, что насос дизельный распределительного типа, односекционный (21), для двух — четырех цилиндров. Марка насоса НД-22/6 означает, что насос дизельный распределительного типа, двухсекционный (22), для шести цилиндров.
Насосы рядного типа состоят из секций, число которых соответствует числу цилиндров. Рассмотрим устройство и работу одной типичной секции этого насоса.
Насосная секция включает в себя плунжерную пару, пружину 3 (рис. 43), толкатель, кулачок 8 вала топливного насоса и нагнетательный клапан 14 с седлом 13.
Рис. 43. Насосная секция дизеля Д-243: 1 — рейка; 2 — винт; 3 — пружина; 4 — тарелка пружины; 5 — регулировочный болт толкателя; 6 — корпус толкателя; 7 — ролик; 8 — кулачок; 9 — плунжер; — поворотная втулка; 11 — зубчатый венец; 12 — втулка плунжера; 13 — седло клапана; 14 — нагнетательный клапан; А — плунжерная пара; Б — толкатель; В — выступ; Г — отсечной паз; Д — осевой канал; Е — впускное отверстие
Плунжерная пара состоит из втулки 12 и перемещающегося внутри нее плунжера 9. Диаметр плунжера 9 мм, его ход для насосов разных марок 8… 10 мм.
Втулка и плунжер изготовлены из легированной стали и подвергнуты термической обработке до высокой твердости. Во время работы в плунжерной паре создается высокое давление топлива. При рабочем движении плунжера топливо не должно просачиваться из надплунжерного пространства между трущимися поверхностями плунжерной пары, поэтому плунжер с большой точностью притирают к втулке. Зазор между ними в десятки раз тоньше человеческого волоса (0,001…0,002 мм). Раскомплекговывать детали плунжерной пары не разрешается.
В утолщенной части втулки имеется два противоположных боковых отверстия. Верхнее впускное отверстие Е служит для заполнения надплунжерного пространства топливом, а нижнее перепускное — для перепуска топлива. Оба отверстия втулки соединены с соответствующими каналами, расположенными в насосе высокого давления. В верхней части плунжера находятся соединенные осевой Д и боковой каналы, отсечный паз Г, который выполнен по винтовой линии. С его помощью можно менять порции подаваемого топлива без изменения общего хода плунжера. Кольцевая выточка в средней части плунжера служит для равномерного распределения по гильзе дизельного топлива, выполняющего в данном случае роль смазки.
В нижней части плунжера выполнены выступ В и выточка. Выступ входит в пазы поворотной втулки на которой помещен зубчатый венец 11, соединенный с рейкой насоса. Зубчатый венец зажимается на втулке винтом 2.Нижняя выточка выполнена для закрепления в ней тарелки 4 пружины, которая необходима для перемещения плунжера вниз.
Плунжер перемещается вверх под действием толкателя Б, который получает движение от кулачка валика топливного насоса. Толкатель состоит из корпуса 6, ролика 7 с осью и регулировочного болта 5 с контргайкой. От проворачивания толкатели удерживаются фиксаторами, входящими в пазы его корпуса.
Нагнетальный клапан обеспечивает четкое окончание подачи топлива в цилиндр и состоит из седла 13 и точно подогнанного к нему клапана 14. Его устанавливают на втулку. Под давлением пружины клапан плотно закрывает выход к форсунке, и в топливопроводе ocтается избыточное давление 2…4 МПа, что способствует четкой работе форсунки на всех режимах работы Дизеля.
Схема работы секции топливного насоса показана на рис. 44. Под действием толкателя и пружины плунжер совершает возвратно-поступательное движение.
При движении плунжера 1 вниз топливо из впускного канала 4 проходит во втулку 2 (рис. 44, а). При движении вверх плунжер перекрывает впускное отверстие втулки (рис. 44, б), и топливо, открывая нагнетательный клапан 5, проходит под большим давлением в форсунку. Как только кромка отсечного паза совмещается с перепускным отверстием втулки (рис. 44, в), топливо из над- плунжерного пространства попадает по каналам плунжера в перепускное отверстие 7 втулки и далее через перепускной канал 8 к подкачивающему насосу. Давление в надплунжерном пространстве падает, и под действием пружины 6 нагнетательный клапан опускается в гнездо.
Рис. 44. Схема работы секции топливного насоса: а — заполнение втулки топливом; б — подача топлива в форсунку; в — конец подачи топлива (отеечка); г — поворот плунжера в сторону увеличения подачи; д — положение плунжера при выключенной подаче; 1 — плунжер; 2 — втулка; 3 — седло нагнетательного клапана; 4 и 8 впускной и перепускной каналы; 5 — нагнетательный клапан; 6 — пружина; 7 — перепускное отверстие втулки; А — разгрузочный поясок
Разгрузочный поясок А при посадке клапана отсасывает часть топлива из топливопровода высокого давления, благодаря чему давление в нем резко падает, и происходит четкое прекращение впрыскивания топлива форсункой. Таким образом, рабочий ход плунжера длится от конца закрытия верхней кромки плунжера впускного окна втулки до начала открытия перепускного окна кромкой отсечного паза. Подачу топлива за один нагнетательный ход плунжера называют цикловой подачей.
Величину рабочего хода плунжера можно менять, повернув его во втулке на соответствующий угол (рис. 44, г). Момент начала подачи топлива при этом не изменяется, а конец подачи топлива наступает раньше или позже (в зависимости от расположения плунжера во втулке). Чем ближе к верхнему торцу плунжера кромка отсчетного паза, обращенная в сторону перепускного отверстия, тем раньше заканчивается подача топлива. Наименьшее расстояние от кромки паза до торца плунжера соответствует выключению подачи топлива (рис. 44, д).
Количество подаваемого топлива каждой секцией регулируют поворотом втулки 10 (см. рис. 43) относительно зубчатого венца 11, для чего предварительно ослабляют стяжной винт 2. Порции топлива, подаваемые всеми секциями насоса, меняют передвижением зубчатой рейки 1 насоса, которая с помощью зубчатых венцов и поворотных втулок 10 поворачивает одновременно все плунжеры вокруг их оси.
Перемещением зубчатой рейки 8 (рис. 45) насоса рядного типа управляет регулятор А, который приводится в действие от кулачкового вала 11. Регулятор смонтирован в корпусе, который закреплен за задней частью корпуса топливного насоса, и составляет с ним единый агрегат.
Рис. 45. Детали насоса рядного типа дизеля Д-243: 1 — втулка плунжера; 2 — П-образные каналы; 3 — топливоподводящий штуцер; 4 и 6 — перепускной и нагнетательный клапаны; 5 — штуцер; 7 — плунжер; 8 — рейка; 9 — толкатель; 10 — эксцентрик; 11 — кулачковый вал; 12 — шлицевая втулка; 13 — установочный фланец; 14 — стопорный винт; 15 — корпус; А — регулятор
Корпус рассматриваемого насоса представляет собой монолитную конструкцию с несъемной головкой. Он разделен литой горизонтальной перегородкой на две части. В верхней части корпуса 15 (головке) имеются четыре вертикальные расточки для установки секций топливного насоса. Горизонтальные сверления (впускного, и перепускного каналов) образуют П-образный топливный канал 2, соединенный топливопроводами с подкачивающим насосом. Перепускной клапан 4, установленный в штуцере перепуска топлива к подкачивающему насосу, поддерживает в П-образном канале давление около 0,1 МПа.
В нижней половине корпуса насоса на двух шариковых подшипниках размещен кулачковый вал (общий для всех секций насоса). На нем расположено четыре кулачка, развернутые один относительно другого под углом 90°. Между вторым и третьим кулачками вала находится эксцентрик 10, который служит для привода подкачивающего насоса.
В некоторых насосах рядного типа применяют механизм поворота плунжеров с гладкой рейкой, на которой стяжными винтами закреплены вильчатые хомуты 4 (рис. 46). В прорези хомутов входят поводки 2, напрессованные на нижние концы плунжеров.
Рис. 46. Механизм поворота плунжеров дизеля А-41: 1 — рейка; 2 — поводок; 3 — стяжной винт хомута; 4 — вильчатый хомут; 5 — плунжер
Подачу топлива каждой секцией в таких насосах изменяют перемещением хомутов по рейке при ослабленных стяжных винтах 3.
Движением рейки вперед увеличивают порцию подаваемого топлива. Рейкой управляет регулятор, который прикреплен к задней части топливного насоса.
Кулачковый вал топливного насоса приводится в действие шестерней привода с помощью шлицевой втулки 4 (рис. 47), которая связана шпонкой с кулачковым валом и соединяется с шестерней 1 привода посредством шлицевой шайбы 2 и двух болтов 3. Шестерня 1 свободно посажена на ступице установочного фланца. В центральное отверстие шестерни запрессована бронзовая втулка, которая прижимается буртом к торцу установочного фланца. Шайба 2 устанавливается относительно втулки в определенном положении благодаря пропущенному («слепому») шлицу. При этом положении можно снимать и устанавливать топливный насос без нарушения установленного момента подачи топлива.
Рис. 47. Привод топливного насоса:
1 — шестерня; 2 — шлицевая шайба; 3 — болт; 4 — шлицевая втулка
Общий момент подачи топлива насосными секциями изменяют поворотом шлицевой шайбы относительно шестерни насоса. Для этого в шайбе просверлены 14 отверстий на одном радиусе через 2 Г. На переднем торце ступицы шестерни имеются 14 резьбовых отверстий через 22,5°. При таком расположении можно совместить только 2 противоположных отверстия.
При повороте шлицевой шайбы 2 по ходу часовой стрелки до совмещения следующей пары отверстий, расположенных по диаметру, шлицевая втулка вместе с кулачковым валом повернется на 1,5°, а момент начала подачи топлива насосом высокого давления (угол опережения) происходит на 3° раньше поворота коленчатого вала. Если повернуть шайбу против хода часовой стрелки, то угол опережения начала подачи топлива соответственно уменьшится, т.е. момент начала подачи будет позже.
При нормальной работе топливного насоса каждая секция начинает подачу топлива к форсункам за несколько градусов до прихода поршня в в.м.т. при такте сжатия.
У некоторых дизелей имеется привод с автоматическим изменением угла начала подачи топлива. В этом случае между шестерней привода и насосом устанавливают муфту опережения впрыска топлива, которая закрепляется на кулачковом валу. Муфта обеспечивает выгодный угол опережения впрыска топлива в зависимости от частоты вращения коленчатого вала.
Для смазывания деталей топливного насоса используют моторное масло. Оно подается под давлением из смазочной системы дизеля или заправляется автономно в зависимости от конструкции насоса.