Судовые топливные насосы высокого давления

Министерство образования и науки Украины

Херсонский государственный морской институт

Факультет заочного обучения Реферат По дисциплине: Судовое ДВС

На тему: Топливные насосы высокого давления

студента __5__ курса ______

Почепинский П.С.________

^{(Фамилия Имя Отчество)}

Херсон 2008

Назначение топливных насосов высокого давления — впрыс-кивать топливо через форсунку в цилиндр двигателя. Требования, предъявляемые к ТНВД: способность создавать высокие давления [400—800 кгс/см² (40—80 МПа) при разделенных насосах и фор-сунках и до 1500—2000 кгс/см² (150—200 МПа) при неразделен-ной топливной аппаратуре]; точно дозировать цикловую подачу топлива g_ц и регулировать ее величину при изменении режима работы двигателя; производить впрыск топлива в цилиндр при определенном положении кривошипа; установленные на одном двигателе ТНВД должны иметь одинаковую цикловую подачу. Неравномерность цикловых подач по отдельным цилиндрам до-пускается не более 5% на режиме полного хода.

Величину цикловой подачи определяют по формуле:

g_ц = N_ецg_e/60(n/m)

где N_ец — эффективная цилиндровая мощность, л. с. (кВт);

g_e — удельный расход топлива, г/(э.л. с.-ч) [г/(кВт-ч)];

п — частота вращения коленчатого вала, об/мин;

т — коэффициент тактности (для четырехтактных двигателей

m = 2, для двухтактных n = 1).

Для мощного малооборотного двигателя g_ц =35-:-40 г/цикл, для высокооборотных маломощных двигатели g_u = 0,10-:-0,15 г/цикл.

При уменьшении мощности двигателя (при работе на малом ходу) цикловая подача уменьшается в 7—10 раз.

Привод ТНВД. Наибольшее применение имеет механический привод от кулачной шайбы. Топливные насосы, выполненные от-дельно для каждого цилиндра, приводятся от кулачных шайб, ук-репленных на распределительном валу двигателя. У многосек-ционных ТНВД, выполненных в виде общего блока, имеется собственный кулачковый вал для привода плунжеров насосных сек-ций. Расположение кулачных шайб на валу согласуется с распо-ложением кривошипов коленчатого вала, а их крепление должно давать возможность изменять положение кулачных шайб по от-ношению к кривошипам и таким образом изменять момент впрыс-ка топлива по углу п. к. в.

Кулачковый вал ТНВД должен делать один оборот за цикл, поэтому в двухтактных двигателях коленчатый и кулачковый ва-лы имеют одинаковую частоту вращения, в четырехтактных дви-гателях частота вращения коленчатого вала в 2 раза больше, чем у вала ТНВД.

Чтобы сохранить взаимное расположение кулачных шайб и кривошипов при изменении направления вращения коленчатого вала, у реверсивных двигателей устанавливают:

одну кулачную шайбу симметричного профиля и при реверсе разворачивают распределительный вал на угол, обеспечивающий сохранение момента впрыска топлива по углу п. к. в. при изме-нении стороны вращения;

две кулачные шайбы для каждого ТНВД: одну — для работы на передний ход, другую — работы на задний ход. При реверсе под ТНВД подводят соответствующую шайбу за счет осевого пе-редвижения вала.

Диаграмма топливораспределения изображает момент и про-должительность подачи топлива, выраженные в углах п. к. в. кривошипа (отсчет углов производится от ВМТ). Для осуществле-ния цикла смешанного сгорания необходимо обеспечить самовос-пламенение топлива до прихода поршня в ВМТ (за 1—2° п. к. в.). Период задержки самовоспламенения топлива

?_i = 0,001 -: — 0,010 с, поэтому впрыск топлива в цилиндр всегда производят до ВМТ. Угол поворота кривошипа (отсчитанный от ВМТ), при котором происходит впрыск топлива, называется углом опережения подачи топлива ?_0п. Его выбирают в зависимости от час-тоты вращения двигателя. В двигателях высокооборотных? _оп= 20-:-30° п. к. в., в малооборотных

? _оп=4-:-8^о п. к. в.; общая про-должительность подачи топлива, выраженная в углах п. к. в., со-ставляет 15—25° п. к. в.

Способы регулирования цикловой подачи. Подача топлива осуществляется только на части хода плунжера, который назы-вается активным ходом, на остальной части топливо пере-пускается в приемную полость насоса.

Величину цикловой подачи можно регулировать тремя спосо-бами: изменяя начало подачи топлива; изменяя конец подачи топлива; применяя смешанное регулирование, при котором одновре-менно изменяется начало и конец подачи топлива.

На рис. 1 показаны диаграммы топливоподачи и графики пу-ти и скорости плунжера при различных способах регулирования цикловой подачи. Диаграмма и графики (рис. 1, а) соответ-ствуют регулированию g_ц за счет изменения начала подачи топлива. На всех режимах конец подачи насоса (КПН) про-исходит в точке 4.

Угол п. к. в., в течение которого происходит впрыск топлива, изменяется за счет изменения угла опережения подачи топлива? _оп1 Наибольшей подаче соответствуют точки 1на диаграмме топливораспределения и на графике пути плунже-ра, угол опережения? _оп1 и полезный ход плунжера h_а1. При уменьшении g_ц начало подачи последовательно смещается в точ-ки 2 и 3, угол опережения уменьшается до? _оп2,? _оп3 и полез-ный ход плунжера становится h_а2 и h_а3

Следовательно, регулирование величины цикловой подачи всегда приводит к изменению угла опережения подачи. Недостат-ком этого способа регулирования является малая скорость плун-жера в конце подачи, что приводит к «вялому» распыливанию в конце впрыска.

Рис. 1. Диаграммы топливоподачи Диаграмма и графики (рис. 1, б) соответствуют регули-рованию за счет изменения конца подачи топлива. На-чалу подачи всегда соответствует точка 1, при уменьшении g_ц конец подачи перемещается из точки 4 в точки 3 и 2 и соответ ственно изменяется полезный ход плунжера. Угол опережения по дачи топлива? _оп на всех режимах остается неизменным. Ско рость плунжера во время впрыска высокая, вся порция топлива хорошо распыливается.

Диаграмма и графики (рис. 1, в) соответствуют регули-рованию g_ц за счет одновременного изменения начала и конца подачи топлива. Точки 1—6 соответствуют началу и концу пода-чи топлива при наибольшей величине g_ц. При уменьшении g_ц начало подачи последовательно смещается в точки 2 и 3, конец подачи — в точки 5 и 4. Так же, как при первом способе регу-лирования, изменение цикловой подачи приводит к изменению уг-ла опережения подачи.

Для двигателей, работающих с постоянной частотой вращения (дизель-генераторы), второй способ регулирования наиболее удо-бен, так как при неизменном скоростном режиме постоянный угол опережения подачи топлива обеспечит воспламенение топлива при одном и том же угле поворота кривошипа, что будет создавать одинаковые условия протекания процесса сгорания на всех режи-мах работы двигателя.

В двигателях среднеи высокооборотных, работающих на греб-ной винт с переменной частотой вращения, применение ТНВД с регулированием g_ц за счет изменения начала подачи топлива обеспечит «мягкую» работу двигателя на всех режимах из-за ав-томатического изменения угла опережения подачи топлива при изменении скоростного режима.

У малооборотных дизелей, работающих с небольшим углом опережения подачи топлива (6—8° п. к. в.), регулирование g_ц за счет изменения начала подачи топлива неоправданно, так как такие ТНВД на режимах среднего и малого ходов начинают по-давать топливо за ВМТ, что снижает экономичность двигателя.

Устройства, регулирующие величину цикловой подачи в насо-сах клапанного типа, могут выполняться в виде перепускных и отсечных клапанов, через которые на части хода плунжера топ-ливо перепускается в приемную полость насоса; в насосах зо-лотникового типа плунжер-золотник перепускает топливо в при-емное окно в начале или в конце своего хода.

ТНВД клапанного типа с регулированием цикловой подачи за счет изменения начала подачи. Основные элементы на-соса (рис. 2): плунжерная прецизионная пара, состоящая из плунжера 13 и втулки; толкатель 11 плунжера; возвратная пру-жина 12; нагнетательный 2, перепускной 4, предохранительный 1 клапаны.

Механизм регулирования (отсечное устройство) цикловой по-дачи состоит из перепускного клапана 4 с составным толкателем 5, 6, 7, двухплечего рычага 8, шарнирно связанного с толкате-лем, и эксцентрикового валика 9, на который опирается рычаг 5. Привод насоса — от симметричной кулачной шайбы 10, располо-женной на распределительном валу.

Принцип действия ТНВД. Плунжер посредством толкателя приводится в действие от кулачной шайбы. Непрерыв-ный контакт между роликом толкателя и кулачком обеспечивает-ся пружиной. При ходе плунжера вниз топливо через перепуск-ной (он же всасывающий) клапан 4 поступает в надплунжерное пространство. В начале хода клапан от-крывается давлением топлива, поступаю-щего к насосу по магистрали 3, дальней-шее его открытие происходит под действи-ем рычага 8 и толкателей. В начале нагне-тательного хода перепускной клапан от-крыт и топливо выталкивается в магист-раль 3- Начало подачи произойдет в мо-мент посадки клапана 4 на гнездо, конец подачи наступит, когда ролик толкателя 11 выйдет на выступ кулачной шайбы, а плун-жер насоса придет в ВМТ. Следовательно, активный ход плунжера h_a начинается с момента посадки клапана 4 на гнездо и за-канчивается, когда плунжер приходит в ВМТ.

Регулирование цикловой подачи произ-водят, изменяя момент закрытия клапана 4, т. е., изменяя начало подачи топлива. Для всех насосов, установленных на дви-гателе, регулирование осуществляют с по-мощью тяги управления топливоподачей, которая перемещается вручную или регу-лятором частоты вращения. При переме-щении тяги эксцентриковые валики 9 всех насосов поворачиваются на одинаковый угол, изменяя положе-ние точки опоры рычага 8. При перемещении точки опоры вверх клапан 4 позже садится на гнездо, активный ход плунжера и ве-личина цикловой подачи уменьшаются, одновременно уменьшается угол опережения подачи топлива.

Положение эксцентричной оси, при котором перепускной кла-пан остается открытым в течение всего нагнетательного хода, со-ответствует нулевой подаче насоса, при этом рукоятка управле-ния топливоподачей стоит в положении «стоп».

Регулирование угла опережения подачи топлива ?_оп происхо-дит автоматически при изменении величины цикловой подачи. Ес-ли необходимо изменить только угол опережения, разворачивают кулачную шайбу на валу; поворот кулака в сторону вращения вала увеличивает угол опережения подачи топлива за счет более раннего набегания кулака на ролик толкателя.

Рис. 2. Схема ТНВД клапанного типа с регу-лированием цикловой по-дачи за счет измене-ния начала подачи

Особенности конструкции ТНВД клапанного типа. По приве-денной схеме работают ТНВД двигателей фирмы «Зульцер» и за-вода «Русский дизель». Насосы выполняют одно-, двухи трех-секционными. Привод осуществляется от симметричной кулачном шайбы (рис. 3). Шайба 2 разъемная (из двух половин), свобол, но посажена на втулку 1; обе половины своими внутренними по верхностями плотно прилегают ко втулке и имеют в плоскости разъема небольшой установочный зазор; втулка 1 зафиксирована на распределительном валу 5 шпонкой 4 и штифтом в и имеет на конце резьбу, на которую навер-тывается гайка 3; торцовые по-верхности гайки, фланца втулки и шайбы — конусные, после ус-тановки кулачной шайбы под за-данным углом по отношению к кривошипу ее зажимают между конусными поверхностями флан-ца и гайки. Такое соединение по-зволяет легко изменять и точно устанавливать угол опережения подачи топлива. При реверсе разворачивают распределительный вал 5 по отношению к коленчатому на угол реверса (угол, на который поворачивают распределительный вал по отношению к коленчатому валу, для того чтобы фазы топливоподачи соответст-вовали стороне вращения).

Рис. 73. Крепление кулачной шайбы ТНВД Устройство односекционного насоса (рис. 4) двигателей заво-да «Русский дизель»: в стальном корпусе 11 гайкой 12 крепится

Рис. 4. Конструкция ТНВД клапанного типа втулка плунжера 14, плунжер 15 опирается на толкатель 2; ролик толкателя 1 катится по кулачной шайбе и прижимается к ней пружиной 13; в корпусе насоса размещаются нагнетательный 10 и перепускной 8 клапаны; канал над клапаном 8 закрывается проб-кой 9, под которой ставят заглушку; клапан приводится в дейст-вие от составного толкателя (7 и 4) с регулировочным винтом 6, который фиксируется гайкой 5; отсечной рычаг 16 опирается на шейку 3 эксцентрикового валика 19, на конец которого насажен рычаг 18 для присоединения к общей тяге управления топливоподачей ,(17 — корпус толкателя).

ТНВД золотникового типа. В ТНВД этого типа плунжер-зо-лотник осуществляет подачу топлива и регулирует величину цик-ловой подачи. В верхней части плунжера отфрезерована фасон-ная выточка, образующая винтовую отсечную кромку, вертикаль-ный и кольцевой пазы. В зависимости от способа регулирования цикловой подачи изменяется расположение отсечных кромок. На рис. 5 а, б и в показано расположение отсечных кромок при ре-гулировании цикловой подачи изменением: конца подачи, начала подачи, начала и конца подачи.

Втулка имеет одно или два окна, сообщающихся с приемной полостью насоса; открытием и закрытием окон управляет плун-жер. На рис. 6, а показаны положения плунжера, соответству-ющие:

1 — положению плунжера в НМТ;

2 — началу подачи топлива;

3 — концу подачи.

Те же положения плунжера, но при повороте его на некото-рый угол показаны на рис. 6, б. Подача топлива к форсунке начнется после того, как верхняя кромка плунжера перекроет ок-на, конец подачи — когда винтовая отсечная кромка откроет ок-но и сообщит фигурный паз и надплунжерное пространство с приемной полостью насоса. Цикловая подача регулируется за счет разворота плунжера на некоторый угол, при этом изменяет-ся активный ход плунжера.

У плунжера (рис. 6, а) верхняя кромка прямая, поэтому при его повороте начало подачи топлива остается неизменным; конец подачи регулируют за счет изменения относительного по-ложения отсечной кромки и перепускного окна. На рис. 6, в показана развертка верхней части плунжера, перемещение плунже-ра заменено перемещением пере-пускного окна относительно раз-вертки. Положение А соответст-вует полной подаче, Б —частич-ной, В — нулевой подаче, при ко-торой вертикальный паз распо-ложен против перепускного окна и надплунжерное пространство в течение всего хода сообщается с приемной полостью насоса.

Рис. 5. Расположение отсечных кро-мок у плунжеров ТНВД золотнико-вого типа

Рис. 6. Схема работы ТНВД золот-никового типа Одна из конструкций механизма поворота плунжера (рис. 7): на втулку 1 свободно надета поворотная втулка 5 с закреплен-ным на ней зубчатым венцом 4; крестовина 6, отфрезерованная заодно с плунжером 2, входит в прямоугольные пазы поворотной втулки; зубчатая рейка 3, связанная с общей для всех ТНВД тя-гой управления топливоподачей, входит в зацепление с зубчатым венцом поворотной втулки; передви-гаясь с помощью тяги управления, рейки разворачивают все плунжеры ТНВД на одинаковый угол, изменяя величину цикловой подачи.

Рис. 7. Механизм поворота плунжера ТНВД золотниково-го типа

ТНВД двигателей Бурмейстер и Вайн типа ДКЗРН (рис. 8). В корпусе 1 насоса устанавливается съемная втулка 5 с запрес-сованной стальной тонкостенной втулкой 6, которая центрирует-ся сверху корпусом 4 всасывающего клапана. Верхняя часть кор-пуса входит в крышку 2. Внизу втулка имеет посадочный пояс для центровки в корпусе насоса. Два резиновых кольца 9, по-ставленных в канавки посадочного пояса, предотвращают попада-ние топлива в смазочное масло толкателя. Выше посадочного по-яса между втулкой и корпусом находится приемная полость на-соса. Через отверстие V топливо поступает в приемную полость, поднимается вверх к корпусу всасывающего клапана.

Отрицательный профиль кулачных шайб значительно сокра-щает время, отводимое на процесс наполнения, по сравнению с шайбами положительного профиля. Для улучшения наполнения при большей цикловой подаче топлива ТНВД имеет всасывающий пластинчатый клапан и окно во втулке.

Рис. 8. Конструкции ТНВД двигателя типа ДК3РН

Принцип действия насоса. При ходе плунжера вниз топливо поступает в корпус всасывающего клапана, отжимает вниз кольцевой пластинчатый клапан и заполняет надплунжерное прост-ранство насоса. Процесс наполнения продолжается в течение все-го нисходящего хода плунжера, в то время как в ТНВД золот-никового типа, не имеющих всасывающего клапана на участке хода плунжера, обратного полезному ходу, наполнение прекраща-ется, давление в надплунжерном пространстве снижается, что при-водит к парообразованию и ухудшению наполнения насоса.

В начале хода плунжера вверх происходит перепуск топлива через окно В, но как только торец плунжера перекроет окна и давлением топлива закроется всасывающий клапан, оно будет на-гнетаться по центральному каналу в корпусе 4 в трубопровод вы-сокого давления, откуда по форсуночным трубкам поступит к двум форсункам, установленным в каждой крышке цилиндра. После того как спиральные регулировочные кромки плунжера откроют окна В (надплунжерное пространство сообщится с прием-ной полостью А насоса), произойдет отсечка впрыска. При даль-нейшем ходе плунжера топливо через отверстие R будет сливать-ся в специальный бачок. Непрерывным потоком топлива удаля-ются из корпуса выделяющиеся пары топлива, что также обес-печивает хорошее наполнение насоса.

Регулирование цикловой подачи производится поворотом плун-жера, при этом изменяется конец подачи топлива.

Начало подачи топлива регулируют передвижением втулки 8 по отношению к плунжеру 7 насоса, положение которого опреде-ляется кулачной шайбой. При перемещении втулки вверх увеличи-вается продолжительность перепуска топлива через окно В в нача-ле восходящего хода, уменьшается угол опережения подачи. Втул-ку передвигают с помощью стяжных шпилек 3, ввернутых в то-рец втулки и проходящих через отверстия в крышке корпуса. По-ложение втулки в корпусе насоса по высоте фиксируется гайкой 5 за счет ее перемещения по резьбе крышки 2. На наружной по-верхности гайки отфрезерован зубчатый венец, в зацепление с ко-торым входит шестерня 10, выполненная заодно со шпинделем. Верхний конец шпинделя имеет квадрат и риску; на крышке 2 нанесена шкала, позволяющая производить точную регулировку начала подачи. Один поворот шпинделя изменяет высоту откры-тия окна на 2 мм. После перемещения гайки 5 затягивают гайки шпилек 3, прижимая втулку к торцу гайки 5.

При необходимости отрегулировать опережение подачи топли-ва на большую величину, чем позволяет смещение втулки насоса, разворачивают кулачную шайбу ТНВД.

Насосы золотникового типа могут выполняться однои много-секционными. ТНВД золотникового типа по сравнению с клапан-ными насосами отличаются простотой конструкции и регулирова-ния и большей надежностью в эксплуатации.

Настройка топливных насосов производится после установки насоса на двигатель, проверку настройки — после регулирования цикловой подачи отдельных ТНВД. Настройка ТНВД должна обеспечить: правильную установку кулачной шайбы; установку Механизма регулирования цикловой подачи; установку «нулевой одачи».

Установка кулачных шайб должна обеспечить указанный за-водом-строителем угол опережения подачи топлива. Для ТНВД с регулированием начала подачи топлива на всех режимах оста-ется неизменным угол п. к. в., при котором происходит конец по-дачи топлива. Завод-строитель для этих насосов указывает угол п. к. в. (отсчитанный от ВМТ), при котором ролик толкателя насоса выходит на выступ кулака, а плунжер приходит в ВМТ.

Установку кулачной шайбы производят в следующей после-довательности: валоповоротным устройством поворачивают ко-ленчатый вал и по маховику устанавливают кривошип на задан-ный угол; поднимают рычагом ролик толкателя насоса, поворачи-вают на валу кулачную шайбу так, чтобы ролик стал на выступ кулака, и в этом положении закрепляют шайбу; вынимают нагне-тательный клапан (рис. 9) и над плунжером 1 ТНВД устанав-ливают специальный линейный индикатор 2. Несколько раз про-ворачивая коленчатый вал вперед и назад, определяют наиболь-шее показание индикатора, соответствующее верхнему положению плунжера, по маховику определяют угол п. к. в., соответствующий этому положению, и, если необходимо, корректируют положение кулачной шайбы.

Проверка угла опережения подачи топлива проводится после закрепления кулачных шайб. Для насосов с регулированием на-чала подачи проверка производится для 100%-ной нагрузки.

Для клапанных насосов геометрическое начало подачи соот-ветствует посадке перепускного клапана (рис. 2 и 4) на гнездо. В формуляре двигателя указывают величину хода плунже-ра ТНВД в момент начала подачи топлива и угол опережения подачи. Для проверки над перепускным клапаном 4 ставят вто-рой индикатор 3 (рис. 9).

Последовательность работ при проверке угла опережения по-дачи топлива: рукоятку поста управления ставят на 100%-ную нагрузку; поворачивают коленчатый вал так, чтобы индикатор, установленный над плунжером, показал величину хода плунжера (указанную в формуляре) для начала подачи топлива; регулиро-вочным винтом 6 (рис- 4) устанавливают величину открытия клапана 0,02 мм, для этого вначале кывертывают винт 6, удли-няя толкатель, затем ввертывают винт до остановки стрелки ин-дикатора, установленного над клапаном, и от этого положения поднимают клапан па 0,02 мм; по маховику снимают отсчет угла опережения подачи топлива ?_оп.

У ТНВД золотникового типа с регулированием за счет конца подачи неизменным остается угол опережения, по величине кото-рого производят установку кулачной шайбы. Началу подачи со ответствует момент закрытия верхней кромкой плунжера приемного окна. При сборке насоса на заводе это положение отмечает-ся по совпадению рисок на корпусе насоса и на плунжере.

Рис. 9. Схема установки индикато-ра ТНВД клапанного типа

Последовательность работ: кривошип устанавливают под уг-лом, равным ?_оп специальным рычагом поднимают толкатель так, чтобы совпали риски, отмечающие начало подачи. Свободно си-дящую на валу кулачную шайбу поворачивают до соприкоснове-ния с роликом толкателя и в этом положении закрепляют. Не-которые заводы рекомендуют устанавливать кулачную шайбу, принимая за исходную величину высоту подъема плунжера при положении кривошипа в ВМТ. Плунжер вместе с толкателем под-нимают тягой, при этом высоту подъема опреде-ляют по индикатору. После чего под ролик толкателя подводят кулачную шайбу и закрепляют.

1. А. Г. Миклос, Н. Г. Чернявская, С. П. Червяков «Судовые двигатели внутреннего сгорания», Л., «Судостроение», 1986

2. И. В. Возницкий, Н. Г. Чернявская, Е. Г. Михеев «Судовые двигатели внутреннего сгорания», М., «Транспорт», 1979