2.2.5. Индикаторная диаграмма, параметры и характеристики

поршневого насоса

По виду индикаторной диаграммы, представляющей собой графическое изображение изменения давления в рабочей камере насоса за один полный оборот кривошипа, определяют характер работы поршневого насоса. Индикаторные диаграммы снимают с помощью самопишущего прибора – индикатора давления. На основании диаграммы можно установить дефекты в работе насоса.

П ри работе насоса в нормальных условиях (клапаны открываются и закрываются своевременно, отсутствуют неплотности в клапанах, поршень снабжён надёжным уплотнением) индикаторная диаграмма имеет вид, представленный на рис. 17.

Линия соответствует процессу всасывания, а линия – процессу нагнетания. Характерные точки показывают:

– начало всасывания; – начало нагнетания; – открытие всасывающего клапана; – открытие нагнетательного клапана.

На рис. 18 приведено несколько диаграмм, указывающих на наличие неполадок в отдельных элементах насоса. Так, диаграмма получается при запаздывании закрытия обоих клапанов, а по диаграмме можно сделать вывод о том, что линия всасывания пропускает воздух, и в цилиндре имеет место снижение вакуума, приводящее к снижению всасывающей способности насоса.

По индикаторной диаграмме определяют среднее индикаторное давление:

,

где – площадь индикаторной диаграммы, – ход поршня.

Индикаторная мощность определяется по формуле, Вт,

.

Здесь – площадь поршня; – ход поршня; – скорость вращения кривошипа.

Полезная мощность насоса

,

где – действительная подача; – полное давление.

Полный КПД насоса, учитывающий механические и объёмные потери,

,

где – приводная мощность (на валу насоса).

Индикаторную мощность можно представить также в виде

.

Тогда

,

откуда

.

Отношение есть объёмный КПД, а отношение – гидравлический КПД.

Следовательно, полный КПД поршневого насоса определяется как произведение трёх КПД – механического, объёмного и гидравлического:

.

Н а рис. 19, а показана экспериментальная рабочая характеристика поршневого насоса, представляющая собой графическую зависимость подачи , потребляемой мощности и КПД от полного давления . Из рисунка следует, что в отличие от теоретической подачи , которая не зависит от давления, действительная подача с увеличением давления уменьшается, так как с увеличением давления возрастают протечки жидкости.

На рис. 19, б приведена кавитационная характеристика поршневого насоса, испытанного при постоянной температуре при двух числах оборотов ( ). Начало кавитационного срыва работы насоса (точки К₁ и К₂) наступает раньше при более высоком числе оборотов вала кривошипа.

2.2.6. Конструкции поршневых насосов

Топливный насос высокого давления дизельного двигателя ЯМЗ-236 показан на рис. 20. Он служит для подачи в цилиндры в строго определенные моменты требуемого количества топлива под высоким давлением.

На дизеле ЯМЗ-236 топливный насос высокого давления установ­лен между правым и левым рядами цилиндров. Вал насоса приводится во вращение в алом привода, шестер­ня которого находится в зацеплении с шестерней, установленной на распределительном валу дизеля. Частота вращения вала насоса вдвое меньше частоты вращения коленчатого вала дизеля. За два оборота коленчатого вала, в течение которых в каждом из цилиндров дизеля произойдет по одному рабочему ходу, вал насоса повернется на один оборот и насос осуществит впрыск топлива во все цилиндры.

В корпусе 17 насоса высокого давления установлен на роликовых подшипниках кулачковый вал 32.

Каждый из кулачков 31 вала приводит в действие секцию насоса, представляющую собой одноплунжерный насос высокого давления, обслуживающий один цилиндр дизеля. Секция состоит из гильзы 11, внутри которой помещается плунжер 7, нагнетательного клапана 14 и роликового толкателя 29.

Плунжер может перемещаться в гильзе вверх и вниз. На проточке нижнего конца плунжера установлена опорная шайба 27 пружины 26, которая своим верхним концом упи­рается через шайбу в головку насоса. Давлением пружины опорная шайба прижата к регулировочному болту 28 толкателя 29, а ролик 30 толкателя — к кулачку 31 вала насоса.

Когда выступ кулачка подходит под ролик 30, толкатель подни­мается, сжимая пружину 26, и перемещает плунжер насоса вверх. По мере того как выступ кулачка, повертываясь, выходит из-под ролика толкателя, пружина возвращает плунжер и толкатель в ис­ходное положение. Таким образом, во время работы дизеля плунжер совершает возвратно-поступательное движение вверх и вниз.

В верхней части плунжер имеет осевое 20 и радиальное 21 сверле­ния. Когда плунжер находится в гильзе, эти сверления соединяют надплунжерное пространство с двумя спиральными канавками 22, профрезерованными на боковой поверхности плунжера.

При опускании плунжера (положение I) надплунжерное простран­ство гильзы, а также сверления и канавки плунжера заполняются топливом, поступающим в гильзу из канала 19 в корпусе насоса через впускное отверстие 18 гильзы. Во время движения вверх плунжер сначала вытесняет топливо из гильзы обратно в канал 19. После того как плунжер перекроет отверстие 18 гильзы и топливо в гильзе ока­жется в замкнутом пространстве (положение II), дальнейшее движе­ние плунжера вызовет резкое повышение давления в надплунжерном пространстве. Топливо откроет нагнетательный клапан 14 и начнет поступать через топливопровод высокого давления и форсунку в ци­линдр дизеля.

Нагнетание топлива продолжается до момента, когда верхняя кромка левой спиральной канавки 22 плунжера подойдет к перепускно­му отверстию 9 гильзы (положение III). После этого топливо из надплунжерного пространства будет перетекать через сверления 20 и 21 плунжера, спиральную канавку 22 и перепускное отверстие 9 гильзы в канал 10 корпуса насоса. Давление в надплунжерном пространстве резко снизится, нагнетательный клапан закроется, и подача топлива в цилиндр прекратится.

Количество подаваемого в цилиндр топлива регулируется поворо­том плунжера вокруг его оси, вследствие чего изменяется момент конца подачи топлива секцией при неизменном моменте начала подачи.

При повороте плунжера по движению часовой стрелки (если смотреть сверху) кромка его спиральной канавки раньше подходит к перепускному отверстию 9 гильзы, вызывая прекращение нагнетания топлива к форсунке, и количество подаваемого в цилиндр топлива уменьшается. Поворот плунжера по ходу часовой стрелки до совпаде­ния радиального сверления 21 плунжера с отверстием 9 гильзы вызы­вает полное прекращение подачи топлива секцией (нулевая подача). При повороте плунжера против движения часовой стрелки кромка спиральной канавки плунжера позже достигает отверстия 9 гильзы и количество топлива, наоборот, увеличивается.

Для поворота плунжера служат зубчатая рейка 23 и надетая на гильзу поворотная втулка 24, зубчатый венец 6 которой зацеплен с рейкой. Перемещение рейки вдоль ее оси вызывает поворот втулки, которая, в свою очередь, действуя через выступы 25, повертывает плунжер. Движение рейки вызывает одновременный поворот плунже­ров всех секций насоса на одинаковый угол.

Гильзы всех шести секций укреплены в общем корпусе 17 насоса винтами 8. Сверху в корпус ввернуты штуцеры 16, прижимающие к гильзам седла 13 нагнетательных клапанов. Снаружи к штуцерам крепят топливопроводы, соединяющие секции насоса высокого давле­ния с форсунками.

Кулачки 31 вала насоса расположены так, чтобы была обеспечена подача топлива секциями в соответствии с порядком работы цилинд­ров дизеля и принятыми интервалами между рабочими ходами в раз­ных цилиндрах. Вал 32 насоса соединен с валом привода посредством центробежной муфты 39 автоматического опережения впрыска, кото­рая увеличивает угол опережения впрыска топлива в цилиндры, при повышении частоты вращения коленчатого вала дизеля. По принципу действия эта муфта аналогична центробежному регулятору опережения зажигания карбюраторных двигателей. На заднем конце вала насоса установлена шестерня, сообщающая вра­щение валу, расположенному в корпусе 41 всережимного центробеж­ного регулятора числа оборотов коленчатого вала дизеля. Регулятор поддерживает постоянным любое число оборотов коленчатого вала, установленное водителем путем нажатия (или отпускания) педали управления подачей топлива и, кроме того, ограничивает максималь­ное число оборотов коленчатого вала (2250—2275 оборотов в 1 мин).

Подшипники, кулачки вала насоса и толкатели, а также детали регулятора смазываются дизельным маслом, заливаемым в корпуса насоса и регулятора. Плунжерные пары насоса смазываются топ­ливом.

В системе питания дизеля ЯМЗ-236 уста­новлен поршневой подкачивающий насос (рис. 21). Корпус 7(38) подкачивающего насоса прикреплен к корпусу 17 (рис. 20) насоса высокого давления. В корпу­се подкачивающего насоса установлен поршень 5 с пружиной 6, шток 4 и роликовый толкатель 2 с пружиной 3.

Внут­реннее пространство цилиндра насоса делится поршнем 5 на полости А и Б. Полость А сообщается с впускным каналом, перекрытым впуск­ным клапаном 13, и с выпускным каналом, перекрытым выпускным клапаном 9. Оба клапана удерживаются в положении закрытия пру­жинами. Участок выпускного канала после клапана сообщен пере­пускным каналом 8 с полостью Б.

П оршень приводится в действие кулачком вала 1 насоса высокого давления. Когда выступ кулачка набегает на ролик толкателя 2, толкатель, шток 4 и поршень перемещаются в сторону полости А (по рис. 21, а – вверх). После того как выступ кулачка повернется и перестанет действовать на ролик толкателя, пружины 3 и 6 воз­вращают поршень, толкатель и шток в первоначальное положение (по рис. 21, б – вниз).

Двигаясь вверх, поршень вытесняет топливо из полости А через выпускной клапан 9, открывающийся под давлением топлива, и перепускной канал 8 в полость Б, объем которой вследствие переме­щения поршня вверх увеличивается.

При движении вниз поршень вытесняет топливо из полости Б к выходному отверстию насоса, отку­да оно по топливопроводу поступает в фильтр тонкой очистки и далее к насосу высокого давления. Одновременно объем полости А увеличивается и в ней образуется разрежение, под действием которого открывается впускной клапан и в эту полость поступает из бака через фильтр грубой очист­ки новая порция топлива. При последующих ходах поршня описанный цикл работы подкачивающего насоса повторяется.

Насос ручной подкачки ус­тановлен сверху на корпусе подкачивающего насоса топ­лива, который служит для наполнения системы топливом и для удаления случайно попавшего в нее воздуха («прокачки» системы). Это насос (см. рис. 20 – позиции в тексте приведены в кавычках и рис. 21) состоит из цилиндра 10(3), поршня 11(2) со штоком (4) и рукоятки 5. Когда поршень 11 (2) переме­щают при помощи рукоятки (5) вверх, в полости подкачивающего насоса и цилиндра насоса ручной под­качки засасывается топливо из бака через фильтр грубой очистки и клапан 13(44) подкачивающего насоса. При перемеще­нии поршня 11 (2) вниз топливо из цилиндра 10 (3) вытесняется через полость А и выпускной клапан 9 (43) в топливопровод, соединенный с фильт­ром тонкой очистки. После пользования насосом рукоятку (5) плотно навертывают на резьбу хвостовика цилиндра 10 (3); при этом поршень 11 (2), прижимаясь к прокладке 12 (45), разобщает полости подкачивающего насоса и цилиндра насоса ручной подкачки, что предотвращает подсос воздуха в систему через насос ручной подкачки.

Т опливный насос диафрагменного типа (рис. 22) служит для подачи топлива из бака в поплавковую камеру карбюратора. Насос состоит из корпуса 5 и головки 8, между которыми закреплена диафрагма 6, состоящая из хлопчатобумажной ткани, пропитанной топливо маслостойким лаком. Диафрагма прикреплена к тяге 3, которая соединена с рычагом 12, поворачивающимся на оси 2, и приводимым в движение от эксцентрика 1. В головке 8 размещен нагнетательный 7 и всасывающий 10 клапаны, изготовленные из топливомаслостойкой резины, и их пружины.

При набегании выступа эксцентрика 1 на свободный конец рычага 12 диафрагма 6 насоса тягой 3 оттягивается вниз. В полости над диафрагмой создается вакуум, под действием которого открывается всасывающий клапан

10, и топливо из бака через сетчатый фильтр 9 заполняет эту полость. Когда выступ эксцентрика сходит с рычага 12, пружина 4 возвращает его в исходное положение. Одновременно пружина 4 разжимается и перемещает диафрагму 6 вверх. В полости над диафрагмой давление возрастает, открывается клапан 7 и топливо поступает в поплавковую камеру карбюратора.

Подачу диафрагменного насоса (м³/с) определяют по формуле

,

где ход диафрагмы, м; диаметр цилиндра, м; - диаметр жесткой части диафрагмы, м; скорость вращения эксцентрика, об/мин.