ДИЗЕЛЬНАЯ ТОПЛИВНАЯ АППАРАТУРА

ДИЗЕЛЬНАЯ ТОПЛИВНАЯ АППАРАТУРА устанавливается на дизелях (см.) и служит для подачи в цилиндры строго дозированной порции топлива в мелко распылённом виде. Д. т. а. состоит из топливного насоса, форсунки, подкачивающей помпы, фильтров и топливопроводов.

Рис. 1. Схема регулирования подачи топлива в различных насосах: А - регулирование подачи путём поворота плунжера; Б - путём изменения хода плунжера (при помощи перемещения кулака 3 вдоль вала топливного насоса); В - путём перепуска топлива во время подачи (при помощи поворота иглы 4, изменяющей сечение перепускного отверстия). На схеме: 2 - плунжер насоса; 2 - корпус насоса; 3 - кулачок, осуществляющий перемещение плунжера; 4 - игла для перепуска топлива; 5 - пружина, осуществляющая всасывающий ход плунжера; 6 - всасывающий клапан; 7 - нагнетательный клапан

Насос высокого давления Д. т. а. служит для подачи в цилиндры двигателя топлива под давлением в 70 - 400 атм. и выше, в зависимости от типа форсунки, числа оборотов двигателя и способа смесеобразования в двигателе (непосредственный впрыск, предкамера, вихревая камера - см. Дизель). Насос должен обеспечить подачу топлива в конце хода сжатия (начало подачи за 5 - 40° до верхней мёртвой точки, в зависимости от способа смесеобразования, числа оборотов коленчатого вала двигателя, рода топлива и др.) и подавать топливо равномерно во все цилиндры в количестве, соответствующем нагрузке двигателя в данный момент. Подача топлива под высоким давлением осуществляется действием прецизионных (особо точно изготовленных) пар плунжеров и гильз, составляющих основные элементы насоса (рис. 1), приводимого в действие от двигателя. Высокое давление, создаваемое насосом при нормальных оборотах двигателя, снижается при уменьшении оборотов, поэтому в нек-рых конструкциях насосов предусматриваются спец. устройства (аккумуляторы давления), улучшающие работу насоса при малых оборотах. Опережение подачи топлива в большинстве конструкций топливных насосов достигается ручной регулировкой. Нек-рые конструкции насосов для быстроходных автомобильных дизелей предусматривают автоматическую регулировку опережения подачи. Количество подаваемого насосом топлива чаще всего регулируется изменением конца подачи топлива поворотом плунжера, имеющего наклонную отсечную кромку для перепуска топлива (рис. 1, А). Имеются конструкции насосов, подача топлива к-рыми регулируется изменением величины хода плунжера (рис. 1, 23), перепуском топлива во всё время подачи (рис. 1, В) и др.

Рис. 2. Форсунки: А - открытая (1 - сопло, 2 - нажимная гайка, 3 - корпус форсунки); Б - закрытая (1 - распылитель, 2 - нажимная гайка; 3 - корпус форсунки; 4 - игла распылителя; 5 - штуцер для подвода топлива; 6 - штуцер для отвода топлива, прорвавшегося через неплотности между иглой 4 и распылителем 2; 7 - пружина; 8 - винт для регулирования давления начала подачи; 9 - щуп для контроля действия форсунки)

Форсунки являются приборами, при помощи к-рых топливо вводится в камеры сгорания дизеля и распиливается. Форсунки делятся на открытые и закрытые. В открытых форсунках топливопровод сообщается с камерой сгорания через открытое сопло 1 (рис. 2, А); в закрытых - топливопровод отъединён от камеры сгорания клапаном - иглой распылителя 4 (рис. 2, В). Наибольшее распространение имеют форсунки закрытого типа, обладающие рядом преимуществ перед открытыми форсунками (удобство регулировки давления впрыска, уменьшение подтекания и т. п.). Закрытые форсунки по устройству распылителя и иглы распылителя делятся на штифтовые (рис. 3, А) и бесштифтовые (рис. 3, В). Закрытая форсунка работает след. образом. Топливо подаётся по топливопроводу к корпусу 3 форсунки (рис. 2, В) и по внутреннему каналу проходит в полость распылителя. Распылитель состоит из 2 деталей: корпуса и иглы 4, являющейся тщательно притёртым клапаном. Топливо, поданное насосом в форсунку, оказывает давление на заплечики нижнего конца иглы распылителя (рис. 4, А) и приподнимает её с гнезда (рис. 4, Б), преодолевая сопротивление пружины, действующей на иглу распылителя сверху. Одновременно с этим через узкую щель между коническим концом иглы (штифтом) и отверстием в корпусе распылителя с большой скоростью впрыскивается топливо, распыливающееся на мельчайшие частицы Усилие, необходимое для поднятия иглы распылителя, регулируется большим или меньшим сжатием пружины форсунки (рис. 2, Б) и является основным показателем регулировки форсунки. Регулировка форсунок производится на спец. приборах по манометру. Форсунки различных двигателей регулируются на разное давление начала впрыска (80, 100, 125, 250, 350 и т. д. атм.), что зависит от способа смесеобразования двигателя, числа оборотов его, формы камеры сгорания.

Рис. 3. Распылители: А - штифтовый (1 - штифт); Б - бесштифтовый

Рис 4. Схема подвода топлива и передачи давления на иглу распылителя форсунки: А - перед началом впрыска; Б - в момент впрыска; В - в момент окончания впрыска; на схеме 1 - игла распылителя

Рис. 5. Схема дизельной топливной аппаратуры ККАЗ 1 - топливный бак; 2 - топливопроводы низкого давления; 3 - подкачивающая помпа; 4 - топливный фильтр; 5 - насос; 6 - топливопроводы высокого давления к форсункам, 7 - форсунка

В зависимости от формы камеры сгорания и числа оборотов двигателя, устанавливаются также разные углы распиливания (6°, 8°, 16°, 30° и др.). Для каждого угла распыливания применяются отдельные распылители. Форсунки с топливными насосами соединяются топливопроводами, представляющим стальные цельнотянутые трубки с внутренним диам. в 1, 1,5 или 2 мм.

Подкачивающая помпа вводится в топливную систему питания дизеля для преодоления значительного сопротивления топливных фильтров и обеспечения бесперебойной подачи топлива к насосу. Подкачивающие помпы Д. т. а. бывают разных типов: шестерёнчатые, поршневые, коловратные и диафрагменные. Давление топлива, подаваемого подкачивающими помпами, регулируется уменьшением хода поршня (или хода диафрагмы), а также при помощи перепускного клапана, нагружённого пружиной.

Топливные фильтры являются неотъемлемой частью Д. т. а. Они должны обеспечить особо тонкую фильтрацию топлива от механических примесей, чтобы не допустить перебоев в работе топливных насосов и форсунок и предупредить быстрый износ их прецизионных деталей. Топливные фильтры имеют фильтрующие элементы из фетра, хлопчатобумажных концов, хлопчатобумажной пряжи, из металлических пластин или ленты (щелевые) и др.

Д. т. а. изготовляется в СССР Куйбышевским карбюраторно-арматурным з-дом (ККАЗ), з-дом ЧТЗ и др. Схема Д. т. а. типа ККАЗ представлена на рис. 5, а схема Д. т. а. ЧТЗ С-65 - на рис. 6.

Дизельное топливо (см. Топливо), залитое в бак 2, самотёком по трубке 2 подаётся к подкачивающей помпе 3. Топливо забирается из бака выше уровня дна его на расстоянии 50 мм (во избежание засорения насоса отстоем). Для топливопроводов низкого Давления применяются трубки из красной меди или латуни внутренним диам. в 8 - 10 мм, имеющие пропускную способность, значительно превышающую потребность двигателя. Подкачивающая помпа (у Д. т. а. типа ККАЗ - поршневого, а у ЧТЗ - шестерёнчатого типа) подаёт топливо через фильтры 4 к насосу 5. В подкачивающей помпе типа ККАЗ нагнетательный ход поршня осуществляется пружиной, создающей вполне определенное давление подачи. Кроме того, в фильтре *ШАЗ имеется перепускной клапан. В подкачивающей помпе ЧТЗ перепускной клапан имеется в корпусе помпы.

Рис 6. Схема дизельной топливной аппаратуры С-65: 1 - топливный бак; 2 - топливопроводы низкого давления; 3 - подкачивающая помпа; 4 - топливный фильтр; 5 - насос; 6 - топливопровод высокого давления; 7 - форсунка

Рис. 7. Топливные Фильтры: А - разрез топливного фильтра ККАЗ; Б - разрез топливного фильтра С-65; В - устройство секций пластинчатого и щелевого фильтров

Топливный фильтр ККАЗ (рис. 7, А) состоит из набора фетровых пластин, при прохождении через к-рые топливо очищается от механических примесей. Фильтр ЧТЗ С-65 (рис. 7, В) имеет фильтрующие элементы 2 типов: первичная фильтрация осуществляется пластинчатым фильтром, имеющим набор пластин с щелями в 0,07 мм, через к-рые проходит топливо; вторичная фильтрация осуществляется щелевым фильтром, представляющим гофрированный цилиндр с навитой на нём латунной лентой. Между витками ленты образуются щели в 0,03 мм; топливо, проходя через эти щели, оставляет на поверхности фильтра механические примеси более 0,03 мм в поперечнике. Из фильтра топливо поступает к топливному насосу.

Рис. 8. Топливный насос ККАЗ: 1 - корпус насоса; 2 - кулачковый валик; 3 - толкатель с регулировочным болтом; 4 - плунжер; 5 - шестерёнчатый венец со втулкой; 6 - рейка; 7 - трубка подвода топлива; 8 - регулятор; 9 - муфта опережения; 10 - место для установки подкачивающей помпы

Рис. 9. Топливный насос С-65: 1 - корпус насоса; 2 - кулачковый валик; 3 - толкатель с регулировочным болтом; 4 - секция высокого давления; 5 - рейка секнии; 6 - ограничитель хода рейки и корректор подачи топлива; 7 - фильтр; 8 - подкачивающая помпа

Топливные насосы типа ККАЗ (рис. 8) и ЧТЗ С-65 (рис. 9) имеют секции, число к-рых равно числу цилиндров двигателя, для к-рого предназначен насос. Каждая секция представляет насос с регулировкой подачи топлива поворотом плунжера (рис. 1, А). Топливо, подведённое от фильтра к секции насоса, поступает через входное отверстие внутрь гильзы плунжера, заполняя всё надплунжерное пространство. При вращении кулачкового валика 2 роликовый толкатель 3 перемещает плунжер 4 вверх (рис. 8). При перемещении плунжера топливо из надплунжерного пространства будет вытесняться, приблизительно до момента перекрытия входного отверстия гильзы. После этого давление топлива начнёт увеличиваться. Возросшим давлением будет приподнят нагнетательный клапан, и топливо начнёт поступать в топливопровод (рис. 10). Т. к при работе насоса топливопровод и внутренние каналы форсунки уже заполнены топливом, то давление его повысится, и топливо, подняв иглу распылителя, нагружённую пружиной, будет впрыснуто в камеру сгорания двигателя (рис. 4, Б). Подача топлива секцией насоса и впрыск его форсункой будут продолжаться до тех пор, пока плунжер будет итти вверх и плотно прикрывать входное отверстие гильзы. Как только против входного отверстия гильзы окажется наклонная кромка плунжера, топливо получит возможность обходным путём перетекать из надплунжерного пространства обратно во всасывающую магистраль. В этот момент давление в топливопроводе упадёт, игла распылителя опустится, и впрыск через форсунку прекратится. Под действием пружины и давления в топливопроводе нагнетательный клапан начнёт садиться на своё гнездо, и в момент, когда цилиндрический поясок клапана дойдёт до цилиндрической части отверстия гнезда клапана, перетекание топлива из топливопровода в надплунжерное пространство прекратится. После этого клапан будет продолжать своё движение вниз до момента посадки на коническую часть гнезда. При опускании клапана объём, к-рый ранее занимало топливо в топливопроводе, увеличится. Вследствие увеличения указанного объёма при малой сжимаемости топлива, давление в трубопроводе резко снизится, что обеспечивает чёткую отсечку впрыска, разгрузку трубки высокого давления и устраняет возможность подтекания топлива через распылитель в камеру сгорания двигателя.

Количество топлива, подаваемого за один подъём плунжера, м. б. изменено повёртыванием плунжера: гильзе вокруг своей оси. Если повернуть плунжер так, чтобы расстояние между его торцом и наклонной кромкой (против входного отверстия гильзы) увеличилось, подача топлива увеличится. Можно повернуть плунжер так, что подача топлива прекратится (при остановке двигателя). Для повёртывания плунжер имеет заплечики или хомутик, соединяемый тем или иным способом с рейкой насоса, которая осуществляет автоматическое повёртывание плунжера. Обратный ход плунжера происходит под действием пружины.

Рис. 10. Схема подачи топлива плунжером насоса: 1 - начало и конец максимальной подачи; 2 - начали и конец половинной подачи; 3 - нулевая подача

Давление подачи топлива в цилиндры двигателя зависит от сечения сопловых отверстий (у открытых форсунок) или от затяжки пружины, нагружающей иглу форсунки, и характеристики форсунки (у закрытых форсунок). Так, напр., давление начала подачи топлива у Д. т. а. ЧТЗ С-65 устанавливается равным 110 - 130 атмосфер.

Необходимый угол опережения подачи топлива в цилиндры двигателя достигается соответствующей установкой насоса на двигателе по меткам на распределительных шестернях или по меткам на соединительных фланцах. Регулировка угла опережения подачи у отдельных секции насоса осуществляется при помощи регулировочных болтов толкателей.

Топливный насос ЧТЗ С-65 не имеет приспособления для изменения угла опережения подачи, поэтому двигатель ЧТЗ М-17 работает при постоянном угле опережения подачи. Насосы типа ККАЗ имеют спец. муфту, с помощью к-рой угол опережения подачи топлива можно изменять в зависимости от оборотов двигателя и нагрузки, обеспечивая тем самым более экономичную работу его.

К топливным насосам предъявляются чрезвычайно высокие требования в отношении равномерности подачи топлива в цилиндры двигателя. Поэтому уделяется исключительное внимание качеству изготовления прецизионных деталей секций насоса и комплектованию прецизионных пар. Плунжеры и гильзы, напр., разбиваются на группы при разнице в диам. в 0,001 мм и комплектуются с зазором в 0,001 - 0,003 мм (что определяется гидравлическим испытанием пары). Допускаемая эллипсность и конусность деталей выражается в неск. десятитысячных долях мм. С такой же точностью изготовляются распылители форсунок и обратные клапаны. Все эти детали изготовляются из высококачественной износостойкой стали.

Рис. 11. Разрез форсунки С-65: 1 - корпус форсунки; 2 - распылитель с иглой; 3 - гайка распылителя; 4 - ограничитель подъёма иглы распылителя; 5 - зажимная пружина

Рис. 12. Схема дизельной топливной аппаратуры Я-12 Ярославского з-да: 1 - топливный бак; 2 - топливопроводы низкого давления; 3 - фильтр первой очистки; 4 - подкачивающая помпа; б - фильтр второй очистки; 6 - фильтр тонкой очистки; 7 - привод насос-форсунки; 8 - насос-форсунка; 9 - обратный топливопровод; 10 - винты для регулировки равномерности подачи; 11 - контрольный размер для проверки момента впрыска топлива,

Для регулировки равномерности подачи топлива каждая секция насоса имеет приспособление для независимого поворота плунжера вокруг своей оси, в результате чего подача топлива данной секцией м. б. увеличена или уменьшена. Секции топливных насосов ЧТЗ С-65 регулируются на равномерность подачи при основном режиме работы насоса, соответствующем полной загрузке двигателя и нормальному числу оборотов. Допустимая неравномерность отдельных секций при полной подаче не должна превышать 2%. Насосы типа ККАЗ регулируются так. обр., чтобы неравномерность подачи при полной загрузке двигателя не превышала 3 - 5%, а при малой загрузке - не больше 7 - 8%. Изменение количества подаваемого топлива в соответствии с загрузкой двигателя осуществляется передвижением рейки топливного насоса. В насосе ЧТЗ С-65 рейка передвигается под действием всережимного центробежного регулятора, установленного на двигателе. В насосе типа ККАЗ рейка передвигается под действием собственного центробежного регулятора оборотов, смонтированного в корпусе насоса. Регулятор насоса ККАЗ ограничивает максимальное и минимальное число оборотов.

Насосы типа ККАЗ унифицированы; они выпускаются неск. серий и имеют различную маркировку, в зависимости от числа плунжеров, диам. их, наличия и расположения подкачивающей помпы, муфты опережения, регулятора. Напр., марка "Н4П60-РПМП, означает, что насос 4-плунжерный, с диам. плунжеров в 6 мм, имеющий регулятор, расположенный слева, помпу и муфту опережения, расположенную справа, и что метка на торце кулачкового валика насоса находится справа от насоса (положение этой метки указывает порядок работы секции насоса). Если, напр., в обозначении марки вместо буквы М будет стоять буква О, то это значит, что муфта опережения отсутствует. Если буквы Р и М, соответствующие отметке регулятора и муфты опережения, поменяются своими местами, то, значит, и расположение этих узлов на насосе будет обратным.

Рис 13. Разрез насос-форсунки двигателя Я-12: 1 - корпус насос-форсунки; 2 - плунжер; 3 - гильза плунжера; 4 - распылитель; 5 - гайка; 6 - обратный клапан; 7 - пластинчатый клапан; 8 - ряспорная втулка; 9 - шестерня плунжера; 10 - рейка; 11 - фильтр из пористой бронзы; 12 - пружина фильтра; 13 - топливопровод; 14 - толкатель; 15 - направляющая втулка; 16 - обратная пружина; 17 - упор толкателя

Форсунки для дизелей, применяемых в с. х-ве, показаны на рис. И и рис. 2, Б. Оба типа форсунок - закрытые штифтовые, сходные по устройству.

Помимо рассмотренной Д. т. а., нек-рые дизели (напр., дизели мощных грузовые автомобилей Ярославского автозавода Я-12) имеют насос-форсунки, выполненные в одном агрегате. Характерной особенностью этой Д. т. а. является отсутствие топливопроводов высокого давления; распылитель форсунки следует непосредственно за плунжерной парой насоса высокого давления.

Схема Д. т. а. указанного типа показана на рис. 12. У этой Д. т. а. на линии низкого давления последовательно поставлено 3 фильтра. Фильтр 1-й очистки с фильтрующим элементом из специально подготовленной хлопчатобумажной пряжи поставлен между топливным баком и подкачивающей помпой Фильтр 2-й очистки (сплошного заполнения из особо подготовленных хлопчатобумажных концов) и 3-й фильтр тонкой очистки (с фильтрующим элементом из хлопчатобумажной пряжи или спец. массы) поставлены после подкачивающей помпы. Топливо после фильтрации поступает по топливопроводу низкого давления в насос-форсунку. Пройдя добавочный фильтр из пористой бронзы в штуцере, а также каналы в корпусе насоса, топливо заполняет всё пространство внутри гильзы плунжера, до клапана распылителя. Плунжер насос-форсунки получает движение от кулачкового валика через регулируемый толкатель и коромысло. Обратный ход плунжера осуществляется действием пружины толкателя насос-форсунки. Рабочий ход плунжера (вниз) продолжается с момента прикрытия верхней наклонной кромкой плунжера верхнего отверстия гильзы до момента, когда нижняя наклонная кромка плунжера откроет нижнее отверстие гильзы. Опережение подачи топлива определяется расположением по выс. торца толкателя плунжера над опорной плоскостью корпуса насос-форсунки и регулируется изменением дл. штанги толкателя. Количество подаваемого топлива изменяется поворотом плунжера вокруг своей оси. Впрыск топлива через распылитель насос-форсунки начинается с момента, когда давление в надплунжерной камере преодолеет пружину и откроет клапан 6 в распылителе (рис. 13).

Распылитель насос-форсунки относится к типу открытых. Он имеет сопло с 5 или 6 отверстиями диам. в 0,15 мм, расположенными по окружности и под углом 70° к вертикали.

Давление топлива, развиваемое насос-форсункой двигателя Я-12, в момент впрыска топлива достигает 1500 атмосфер.

Насос-форсунка имеет 2 топливных штуцера - 1 питающий, 2-й - отводной, через к-рый отводится обратно в бак избыток топлива.

Описанная дизельная топливная аппаратура работает с большим (ок. 100%) избытком топлива, подаваемого подкачивающей помпой. Циркуляция такого большого количества избыточного топлива имеет своим назначением охлаждение насос-форсунки.

Устройство Д. т. а. тяжёлых стационарных и судовых дизелей в наст. статье не рассматривается.

Литература: Болтинский В., Автотракторные двигатели, 4 изд., М., 1948; Дизельная аппаратура ККАЗ. Краткое описание аппаратуры, инструкция по обращению и уходу (Куйбышевский карбюратор, арматур, завод). Л.-M., 1938; Засс Ф., Бескомпрессорные двигатели дизеля со струйным смесеобразованием, 2 изд., М.-Л., 1935; Селиванов А., Дизельная топливная аппаратура (Ремонт и регулировка), 2 изд., М., 1944.