Борт ледокола

Назначение топливных насосов высокого давления — впрыскивать 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 форсунках и до 1500—2000 кгс/см2 (150—200 МПа) при неразделенной топливной аппаратуре]; точно дозировать цикловую подачу топлива gци 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 допускается не более 5% на режиме полного хода.

Величину цикловой подачи определяют по формуле:

 

gц = Nецge/60(n/m)

 

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

ge — 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  gц =35-:-40  г/цикл, для      высокооборотных    маломощных    двигатели      gu = 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 отдельно для каждого цилиндра, приводятся от кулачных шайб, укрепленных на распределительном валу двигателя. У многосекционных ТНВД, выполненных в виде общего блока, имеется собственный кулачковый вал для привода плунжеров насосных секций. Расположение кулачных шайб на валу согласуется с расположением кривошипов коленчатого вала, а их крепление должно давать возможность изменять положение кулачных шайб по отношению к кривошипам и таким образом изменять момент впрыска топлива по углу п. к. в.

Кулачковый вал ТНВД должен делать один оборот за цикл, поэтому в двухтактных двигателях коленчатый и кулачковый валы имеют одинаковую частоту вращения, в четырехтактных двигателях 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 изменении 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 передвижения вала.

Диаграмма топливораспределения изображает момент и продолжительность подачи топлива, выраженные в углах п. к. в. кривошипа (отсчет углов производится от ВМТ). Для осуществления цикла смешанного сгорания необходимо обеспечить самовоспламенение топлива до прихода поршня в ВМТ (за 1—2° п. к. в.). Период задержки самовоспламенения топлива

ti = 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 j0п. Его выбирают в зависимости от частоты вращения двигателя. В двигателях высокооборотных j оп= 20-:-30° п. к. в., в малооборотных

j оп=4-:-8о п. к. в.; общая продолжительность подачи топлива, выраженная в углах п. к. в., составляет 15—25° п. к. в.

 

Способы регулирования цикловой подачи. Подача топлива осуществляется только на части хода плунжера, который называется активным ходом, на остальной части топливо перепускается в приемную полость насоса.

Величину цикловой подачи можно регулировать тремя способами: изменяя начало подачи топлива; изменяя конец подачи топлива; применяя смешанное регулирование, при котором одновременно изменяется начало и конец подачи топлива.

На рис. 1 показаны диаграммы топливоподачи и графики пути и скорости плунжера при различных способах регулирования цикловой подачи. Диаграмма и графики ( рис. 1, а) соответствуют регулированию gцза счет изменения начала подачи топлива. На всех режимах конец подачи насоса (КПН) происходит в точке 4.

Угол п. к. в., в течение которого происходит впрыск топлива, изменяется за счет изменения угла опережения подачи топлива j оп1 Наибольшей подаче соответствуют точки 1на диаграмме топливораспределения и на графике пути плунжера, угол опережения j оп1 и полезный ход плунжера hа1. При уменьшении gц начало подачи последовательно смещается в точки 2 и 3, угол опережения уменьшается до j оп2, j оп3 и полезный   ход   плунжера   становится   hа2  и  hа3

Следовательно, регулирование величины цикловой подачи всегда приводит к изменению угла опережения подачи. Недостатком этого способа регулирования является малая скорость плунжера в конце подачи, что приводит к «вялому» распыливанию в конце впрыска.

 

                                   Рис. 1. Диаграммы топливоподачи

 

Диаграмма и графики  (рис. 1, б)  соответствуют регулированию за счет изменения конца  подачи топлива. Началу подачи всегда соответствует точка  1, при уменьшении    gцконец подачи перемещается из точки 4 в точки 3 и 2 и соответ ственно изменяется полезный ход плунжера. Угол опережения по дачи топлива j опна всех режимах остается неизменным. Ско рость плунжера во время впрыска высокая, вся порция топлива хорошо распыливается.

Диаграмма и графики ( рис. 1, в) соответствуют регулированию gцза счет одновременного изменения начала и конца подачи топлива. Точки  1—6 соответствуют началу и концу подачи топлива при наибольшей величине gц. При уменьшении gц  начало подачи последовательно смещается в точки 2 и 3, конец подачи — в точки 5 и 4. Так же, как при первом способе регулирования, изменение цикловой подачи приводит к изменению угла опережения подачи.

Для двигателей, работающих с постоянной частотой вращения (дизель-генераторы), второй способ регулирования наиболее удобен, 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 режимах работы двигателя.

В двигателях средне- и высокооборотных, работающих на гребной винт с переменной частотой вращения, применение ТНВД с регулированием gцза счет изменения начала подачи топлива обеспечит «мягкую» работу двигателя на всех режимах из-за автоматического 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 gцза счет изменения начала подачи топлива неоправданно, так как такие ТНВД на режимах среднего и малого ходов начинают подавать топливо за ВМТ,    что снижает экономичность двигателя.

Устройства, регулирующие величину цикловой подачи в насосах клапанного типа, могут выполняться в виде перепускных и отсечных клапанов, через которые на части хода плунжера топливо перепускается в приемную полость насоса; в насосах золотникового типа плунжер-золотник перепускает топливо в приемное окно в начале или в конце своего хода.

 

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

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

Принцип действия ТНВД. Плунжер посредством толкателя приводится в действие от кулачной шайбы. Непрерывный контакт между роликом толкателя и кулачком обеспечивается пружиной. При ходе плунжера вниз топливо через перепускной  (он же всасывающий)  клапан 4 поступает в надплунжерное пространство. В начале хода клапан открывается давлением топлива, поступающего к насосу по магистрали 3, дальнейшее его открытие происходит под действием рычага 8 и толкателей. В начале нагнетательного хода перепускной клапан открыт и топливо выталкивается в магистраль 3- Начало подачи произойдет в момент посадки клапана 4 на гнездо, конец подачи наступит, когда ролик толкателя 11 выйдет на выступ кулачной шайбы, а плунжер насоса придет в ВМТ. Следовательно, активный ход плунжера haначинается с момента посадки клапана 4 на гнездо и заканчивается, когда плунжер приходит в ВМТ.

Регулирование цикловой подачи производят, изменяя момент закрытия клапана 4, т. е., изменяя начало подачи топлива. Для всех насосов, установленных на двигателе, регулирование осуществляют с помощью тяги управления топливоподачей, которая перемещается вручную или регулятором частоты вращения. При перемещении тяги эксцентриковые валики 9 всех

насосов поворачиваются на одинаковый угол, изменяя положение точки опоры рычага 8. При перемещении точки опоры вверх клапан 4 позже садится на гнездо, активный ход плунжера и величина цикловой подачи уменьшаются, одновременно уменьшается угол опережения подачи топлива.

Положение эксцентричной оси, при котором перепускной клапан остается открытым в течение всего нагнетательного хода, соответствует нулевой подаче насоса, при этом рукоятка управления топливоподачей стоит в положении «стоп».

Регулирование угла опережения подачи топлива jоп происходит автоматически при изменении величины цикловой подачи. Если 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 регулированием цикловой подачи за счет изменения   начала   подачи

 

Особенности конструкции ТНВД клапанного типа. По приведенной схеме работают ТНВД двигателей фирмы «Зульцер» и завода «Русский дизель». Насосы выполняют одно-, двух- и 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 навертывается гайка 3; торцовые поверхности гайки, фланца втулки и шайбы — конусные, после установки кулачной шайбы под заданным углом по отношению к кривошипу ее зажимают между конусными поверхностями фланца и гайки. Такое соединение позволяет 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 соответствовали стороне вращения).

                                                  Рис.73. Крепление кулачной шайбы  ТНВД

 

Устройство односекционного насоса (рис. 4) двигателей завода «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 пробкой 9, под которой ставят заглушку; клапан приводится в действие 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-золотник осуществляет подачу топлива и регулирует величину цикловой подачи. В верхней части плунжера отфрезерована фасонная выточка, образующая винтовую отсечную кромку, вертикальный 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 регулировании 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 плунжер. На рис. 6, а показаны положения плунжера, соответствующие:

1 — положению плунжера в НМТ;

2 — началу подачи топлива;

3 — концу подачи.

Те же положения плунжера, но при повороте его на некоторый угол показаны на рис. 6, б. Подача топлива к форсунке начнется после того, как верхняя кромка плунжера перекроет окна, конец подачи — когда винтовая отсечная кромка откроет окно и сообщит фигурный паз и надплунжерное пространство с приемной полостью насоса. Цикловая подача регулируется за счет разворота плунжера на некоторый угол, при этом изменяется 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 положения отсечной кромки и перепускного окна. На рис. 6, в показана развертка верхней части плунжера, перемещение плунжера заменено перемещением перепускного окна относительно развертки. Положение А соответствует полной подаче, Б —частичной, В — нулевой подаче, при которой вертикальный паз расположен против перепускного окна и надплунжерное пространство в течение всего хода сообщается с приемной полостью насоса.