§ 2. Устройство и работа рядных топливных насосов

высокого давления

Топливный насос служит для подачи под давлением к форсунке каждого цилиндра дизеля в определенный момент и за определенный промежуток времени одинаковой и точно отмеренной порции топлива, соответствующей нагрузке дизеля.

На дизели СМД-14, А-41, А-01М и Д-240 устанавливаются унифи- цированные рядные топливные насосы с отдельной насосной секцией золотникового типа для каждого цилиндра дизеля.

Секция топливного насоса базовой модели ТН-8,5ХЮ (рис. 121, а и б) представляет собой насос плунжерного (поршневого) типа.

Рис. 121. Устройство-и работа секции топливного насоса ТН-8.5ХЮ:

а — секция топливного насоса; б — пара плунжер—гильза; в — впуск топлива; г — начало нагне- тания топлива; д — перепуск топлива: / — кулачковый вал; 2 —ось ролика; 3— головка насоса; 4, // — продольные каналы в головке насоса; 5 — перепускное отверстие; 5 —пружина нагне- тательного клапана; 7 — штуцер; 8 — нагнетательный клапан; 9— седло нагнетательного кла- пана; 10 — впускное отверстие: 12 — установочный винт; 13 — плунжер; 14— втулка (гильза): /5 —пружина; 16 — тарелка плунжера; 17 — регулировочный болт; 18 — контргайка; 19 — тол- катель; 20 — ролик толкателя; 21 — центральное вертикальное отверстие в плунжере; 22 —диа- метральный каиал в плунжере; 23 — кольцевая канавка на плунжере; 24 — поводок; 25 — от- сечная кромка винтовой канавки; 26 — цилиндрический поясок нагнетательного клапаиа; А и Б — винтовые канавки.

Циклы всасывания и нагнетания топлива происходят при возвратно- поступательном движении плунжера 13 во втулке (гильзе) 14. Кулач- ковый вал 1 насоса приводится во вращение от коленчатого вала дизе- ля посредством распределительных шестерен. При этом выступающая часть кулачка, набегая на ролик 20, который катится по поверхности кулачка, перемещает вверх толкатель 19. Вместе с толкателем подни- мается плунжер 13, прижатый к торцу регулировочного болта 17 толка- теля пружиной 15. Когда выступ кулачка выйдет из-под ролика, плун- жер и толкатель под действием сжатой пружины опустятся и займут первоначальное положение.

При движении плунжера вверх происходит ход нагнетания топли- ва, при движении вниз — ход всасывания. Ход плунжера равен 10 мм, а его диаметр — 8,5 мм.

В гильзе 14 сделаны два сквозных отверстия: впускное 10 и пе- репускное 5. Впускное отверстие расположено несколько выше перепуск- ного. Гильзы насосных секций установлены в одной общей головке 3, продольные каналы Ни 4 которой заполнены топливом, поступающим из фильтра тонкой очистки. Впускное отверстие каждой гильзы соеди- нено с каналом И, а перепускное — с каналом 4. Верхнее отверстие гильзы закрывается нагнетательным клапаном 8, установленным в сед- ле 9. Седло прижимается к гильзе штуцером 7, ввернутым в головку, а нагнетательный клапан — пружиной 6, вставленной в штуцер.

При движении плунжера вниз топливо с момента открытия впуск- ного отверстия 10 (рис. 121,в) поступает из канала 11 (рис. 121,а) и заполняет полость над плунжером в гильзе. При движении плунжера вверх топливо в начальный период вытесняется из гильзы через впуск- ное отверстие обратно в канал И головки. Когда верхняя кромка плун- жера перекроет впускное отверстие, начнется активный ход плунжера, при котором в надплунжерном пространстве гильзы повышается дав- ление. Когда это давление превысит противодавление топлива, находя- щегося в топливопроводе, и пружины 6, клапан 8 откроется (рис. 121,г). Топливо поступит в топливопровод и через форсунку будет впрыски- ваться в цилиндр дизеля.

При дальнейшем движении плунжера отсечная кромка 25 (рис. 121,(9) канавки А откроет перепускное отверстие 5. Вследствие большого давления в надплунжерной полости топливо через централь- ное вертикальное отверстие 21, диаметральный канал 22 и винтовую канавку А плунжера начнет перетекать по перепускному отверстию 5 в канал 4 (рис. 121, а) головки. Впрыск топлива через форсунку прекра- тится. В результате резкого уменьшения давления над плунжером пру- жина 6 (рис. 121,(9) прижмет нагнетательный клапаи к седлу 9, и клапан разъединит надплунжерное пространство гильзы и топливопро- вод в период перепуска топлива.

При опускании нагнетательного клапана вначале в седло входит цилиндрический поясок 26 клапана, называемый разгрузочным. Когда клапан опустится в седло, в топливопроводе высокого давления осво- бодится объем, который занимал клапан и его поясок 26 (разгрузоч- ный объем). В результате давление топлива в топливопроводе высоко- го давления резко снижается (приблизительно до 2,0-^2,5 МПа) и фор- сунка быстро прекращает впрыск топлива в цилиндр дизеля.

В момент открытия отсечной кромкой 25 плунжера перепускного отверстия 5 заканчивается активный ход — нагнетание. Дальнейшее движение плунжера вверх происходит вхолостую, так как топливо пе- ретекает через вертикальное и диаметральное отверстия в плунжере и перепускное отверстие 5 (рис. 121,а) в канал 4 головки. По мере того как выступ кулачка вала 1 выходит из-под ролика, пружина 15 разжи- мается и отпускает плунжер, открывая впускное отверстие Ю. После этого весь процесс повторяется.

Винтовая канавка Б симметрична и противоположна канавке А. Они соединены диаметральным каналом 22. Наличие двух канавок вы- равнивает боковое давление на плунжер, и он изнашивается меньше.

Мощность дизеля регулируют, увеличивая или уменьшая количе- ство топлива, подаваемого в его цилиндры. Для этого изменяют гео- метрический активный ход плунжера 13, поворачивая его за поводок. При повороте плунжера (рис. 121, г) против часовой стрелки (если смотреть сверху) подача топлива увеличивается, а при повороте по ча- совой стрелке — уменьшается. Таким образом, поворачивая плунжер вокруг его оси, регулируют количество подаваемого в цилиндр топли- ва, а следовательно, и мощность дизеля. При этом общий ход плунже- ра и момент начала подачи топлива остаются постоянными, а момент окончания подачи меняется в зависимости от положения отсечной кромки плунжера относительно перепускного отверстия.

При нагнетании насосом топливо несколько сжимается, а топливо- проводы немного расширяются. Поэтому для обеспечения наивыгодней- шего угла опережения впрыска топлива форсункой топливный насос должен начать подачу (нагнетание) топлива чуть раньше. В паспорте насоса для каждой модели дизеля указывается наиболее благоприят- ное (оптимальнее) значение угла подачи топлива по углу поворота ку- лачкового вала насоса относительно верхней мертвой точки толкателя.

Топливный насос 4ТН-9ХМТ дизеля А-41 (четырехсекционный, рядный, высокого давления, с диаметром плунжера 9 мм и ходом 10 мм, с регулятором скорости) изображен на рисунке 122.

Рис. 122. Топливный насос 4ТН-9ХЮТ с регулятором дизеля А-41:

12

11

10

13

5 ё\

15

1 — корпус нясоса; 2— головка насоса; 3 — пружина плунжера; 4 — корпус перепускного клапа- на; 5— гильза; 6 — седло нагне- тательного клапана; 7— нагне- тательный клапан; 8 — штуцер; Я — пружина нагнетательного ^

16

17

^х19

Л1

■J3

Л*

У?*

клапана; 10 — шпилька; 1! — передняя и задняя планки за- жима; 12 — болт; 13 — устано- вочные винты; 14—пробка; 15— крышка люка; 16 — гайка; 17— шлнцевая втулка; 18 — устано- вочный фланец; 19 — плнта;

20. — шестерня привода иасоса;

21. — кулачковый вал; 22 — рей- ка; 23 — площадка крепления подкачивающего насоса; 24 — эксцентрик; 25 — хомутик; 26—

131

38

Ш

плунжер; 27 — поводок плунжера; 28 — тарелка плунжера; 29 — дренажная трубка; 30 — толкатель; 31— регулировочный болт толкателя; 32-—ролик толкателя; 33 — ось толкателя; 34 — шарикопод- шипник; 35— втулка шарикоподшипника; 36 — коробчатый фланец крепления корпуса регулятора; 37 — сухарь; 3S — пробка; 39 — шестерня; 40 — втулка.

Корпус 1 насоса представляет собой коробчатую отливку из алю- миниевого сплава, в которой устанавливаются все узлы и детали насо- са. Внутри корпус разделен горизонтальной перегородкой на верхнюю и нижнюю полости. В верхней полости размещаются выступающие из чугунной головки 2 части плунжерных пар и механизм изменения ко- личества подаваемого топлива. В четырех вертикальных отверстиях го- ризонтальной перегородки установлены толкатели 30. Крышка 15 за- крывает отверстие в стенке корпуса для доступа к механизму регули- рования подачи топлива и к толкателям 30. К передней стенке корпуса привернуты плита 19 и установочный фланец 18, а к задней стенке — коробчатый фланец 36 для крепления корпуса регулятора.

Изготовленный из стали кулачковый вал 21 насоса вращается на двух шарикоподшипниках 34, которые запрессованы в стальные втул- ки 35, установленные в гнезда фланцев 18 и 36. Четыре кулачка вала одинакового тангенциального профиля¹ расположены под углом 90° друг к другу. При таком профиле кулачка увеличивается скорость дви- жения плунжера, а следовательно, сокращается продолжительность впрыска топлива форсункой и повышается скорость возрастания дав- ления впрыскиваемого топлива. Все это способствует улучшению ка- чества распыливания топлива.

Специальный эксцентрик 24 при вращении вала 21 приводит в дей- ствие подкачивающий насос, который крепится к площадке 23.

Шарикоподшипники кулачкового вала и трущиеся поверхности де- талей, расположенных в нижней половине корпуса 1 насоса, смазыва- ются дизельным маслом. Чтобы масло не вытекало наружу, за перед- ним шарикоподшипником поставлен самоподжимной сальник. Масло заливают через отверстие, имеющее пробку и расположенное на флан- це 36. Выпускают масло из насоса через отверстие, закрываемое проб- кой 38. Трущиеся поверхности гильзы и плунжера смазываются топли- вом, проникающим в зазор между ними. Для лучшего распределения топлива на поверхности плунжера сделана кольцевая канавка 23 (см. рис. 121,6).

Устройство головки топливного насоса показано на рисунке 123. Гильза 3, плунжер 2, нагнетательный клапан 7 и его седло 5 изготов- лены из высококачественной легированной стали и термически обрабо- таны до высокой твердости. Чтобы обеспечить необходимую герметич- ность в плунжерной паре при больших давлениях (20 МПа и более), трущиеся поверхности этих деталей тщательно полируют и притирают друг к другу. В паре плунжер — гильза диаметральный зазор должен быть выдержан в пределах 0,001—0,002 мм. Раскомплектовывать пару нельзя.

Гильзы 3 устанавливают в вертикальные отверстия корпуса 20 го- ловки. Каждую гильзу закрепляют в определенном положении в голов- ке при помощи установочного винта 10, входящего в канавку на на- ружной поверхности гильзы. Для уплотнения под опорный буртик гиль- зы введена медная прокладка 4.

Чтобы удержать плунжер 2 и пружину 1 в собранном положении при установке головки на корпус и снятии ее с корпуса, тарелки пру- жин стопорятся снизу общей планкой 14, прикрепленной гайками 25 к шпилькам 24.

Для обеспечения герметичности нагнетательный клапан 7 и седло 5 подбирают и притирают совместно, причем раскомплектовывать их нельзя. Между фланцем седла 5 и нижним торцом штуцера 9 для уп- лотнения установлена капроновая прокладка 6.

На верхнюю часть штуцера 9 навертывается накидная гайка креп- ления топливопровода высокого давления, идущего к форсунке. От са-

Рис. 123. Головка топливного насоса 4ТН-9ХЮТ:

/ — пружина плунжера; 2 — плунжер; 3—гильза: 4, в — прокладки; 5 —седло нагнета- тельного клапана; 7— нагнетательный клапан; 8— пружина нагнетательного клапана; 9 — штуцер; 10 — установочный винт; // — топливоподводящий канал; 12 — топливоотво- дящий каиал; 13— поводок; 14 — планка; 15— тарелка плунжера; 16 — пружинное коль- цо; 17—пробка; 18 — винт: 19 — планки; 20 — корпус головки: 21 — перепускной клапак; 22 — гнездо перепускного клапана; 23 — топливопровод; 24 — шпилька; 25 — гайка.

моотвертывания каждая пара штуцеров удерживается двумя планками 19 зажима, стянутыми винтом 18.

В головке сделаны два продольных канала 11 и 12, связанных ме- жду собой поперечным каналом. Топливо из фильтра тонкой очистки поступает по топливопроводу и полому болту в канал 11. Для работы дизеля требуется только часть подаваемого подкачивающим насосом топлива. Поэтому в канале 12 головки установлен шариковый пере- пускной клапан 21, который при давлении топлива 0,074-0,09 МПа от- крывается, и избыток топлива отводится по топливопроводу 23 обрат- но в подкачивающий насос. Перепускной клапан 21 дает возможность постоянно поддерживать в топливоподводящем 11 и топливоотводящем 12 каналах невысокое давление. Клапан установлен в стальной втулке (гнездо) 22, ввернутой в корпус 20 головки.

Систему подачи топлива с перепуском его избытка из топливного насоса в подкачивающий насос называют проточной. Ее применяют для получения интенсивного охлаждения насосных секций и для предотвра- щения скопления воздуха в головке насоса.

Рис. 124. Схема топливной системы дизеля СМД-60:

/, 2, 6, 7, 8— топливопроводы слива излишнего топлива из форсунок; 3—топливо- провод слива излишнего топлива из четвертой форсунки во впускной патрубок тур- бокомпрессора; 4, 9— топливопроводы высокого навления; 5 — форсунка; 10— топ- ливный насос; 11— топливопровод от насоса к перепускному клапану; 12 — топливо- провод от топливоподкачивающего насоса к фильтру; 13 — фильтр 2ТФ-3 (перзая ступень); 14 — перепускной клапан; 15 — топливопровод слива топлива в бак; 16 — трубка слива топлива при прокачке системы; 17 — топливопровод к фильтру ТФ-3; 18 — фильтр ТФ-3 (вторая ступень); 19 — топливопровод от фильтра к топливному иасосу; 20 — топливный бак; 21 — трубки слива топлива из фильтра 2ТФ-3; 22 — топливоподкачивающий насос; 23 — топливопровод от фильтра грубой очистки к топливоподкачнвающему насосу; 24 — фильтр грубой очистки фг-2; 25 — топливо- провод от бака к фильтру грубой очистки.

В дизеле СМД-60 избыток топлива из головки насоса 10 (рис. 124) через перепускной клапан 14, установленный на крышке фильтра 13 первой ступени тонкой очистки, отводится в бак 20. Из всех форсунок, кроме четвертой, по сливным топливопроводам 1, 2, 6, 7 и 8 излишки топлива поступают в фильтр 18 второй ступени тонкой очистки топлива, а от четвертой — через впускной патрубок в компрессорную часть тур- бокомпрессора. Небольшое количество топлива, поступающее с нагне- таемым воздухом, смазывает фаски впускных клапанов и седла.

Толкатель насоса состоит из корпуса 4 (рис. 125), оси 2, ролика 1, втулки 8, регулировочного болта 5 с контргайкой 6 и фиксатора 7. Фик- сатор 7 запрессован в корпус 4 толкателя и предохраняет его от провора- чивания. Втулка 8—плавающего типа. Все детали толкателя изготовле- ны из стали и термически обработаны. Болт 5 служит для регулирования мо- мента (угла) начала подачи топлива секцией топливного насоса. При вы- вертывании болта из толкателя топ- ливо подается раньше, то есть угол начала подачи топлива увеличивает- ся, а при ввертывании болта топливо подается позднее (ближе к в. м. т.), и, следовательно, угол начала подачи топлива уменьшается.

Рис. 125. Толкатель топливного насоса 4ТН-9ХЮТ:

1 — ролик; 2 — ось; 3 — корпус насоса; 4 — корпус толкателя; 5 — регулиро- вочный болт; 6 — контргайка; 7 — фиксатор; 8 — втулка.

10*

147

Количество подаваемого насосом топлива изменяется при помощи рей- ки 5 (рис. 126), на которой стяжны- ми болтами 4 закреплены хомутики 3. В прорезь каждого хомутика вхо- дит поводок 7 плунжера. Рейка 5

Рис. 126, Механизм регулирования подачи топлива иасосом модели 4ТН-9ХЮТ:

/ — поводок; 2—штифт; 3—хомутик; 4 — болт; 5 —рейка; 6 — корпус топливного насоса; 7 — поводок плунжера; S — тяга регулятора.

может перемещаться вдоль оси в отверстиях передней и задней стенок корпуса 6 насоса, при этом хомутики 3 поворачивают плунже- ры в гильзах. Передвижение рейки вперед (по направлению к приводу насоса) увеличивает подачу топлива, а передвижение назад уменьшает. На заднем конце рейки закреплен поводок 1, которым она связана с тя- гой 8 регулятора. Механизм изменения количества подаваемого насосом топлива также дает возможность регулировать топливный насос на рав- номерность подачи топлива отдельными секциями.

У топливного насоса УТН-5 дизелей Д-37Е, Д-50 и Д-240 (рис. 127) секции работают так же, как и секции насоса 4ТН-9Х10Т. Основное преимущество насоса УТН-5 в сравнении с насосом 4ТН-9ХЮТ заклю- чается в том, что он примерно в деэ раза легче и почти в полтора раза короче.

В отличие от 4ТН-9ХЮТ у насоса УТН-5 на нижней части каж- дой гильзы 32 установлена поворотная втулка 26, на которой винтом закреплен зубчатый венец 28. Втулка 26 удерживается пружиной 24 и имеет в нижней части паз, в который входят выступы плунжера 31. Зубчатый венец 28 находится в зацеплении с зубчатой рейкой 27.

Конструкция топливных насосов дизелей ЯМЗ такая же, как и на- соса УТН-5, только число секций у них равно числу цилиндров дизеля.

Топливный насос дизеля Д-160 (рис. 128) объединяет четыре съем- ных насосных элемента (каждый в отдельном корпусе 22), механизмы привода плунжеров и изменения количества подаваемого топлива, кор- ректор подачи топлива и ограничитель максимальной подачи топлива на период обкатки дизеля. Детали насоса смонтированы в блоке 17.

Гильза 8 (рис. 129, а) насосного элемента имеет впускное отверстие 9 и фиксируется в корпусе 6 в определенном положении винтом 21. В верхней части плунжера 7 сделана продольная канавка 20, которая соединяет кольцевую канавку 22 с надплунжерным пространством. Часть верхней кромки канавки 22, так называемая отсечная кромка 23, выполнена по спиральной линии. На плунжере стяжным винтом 4 за- креплен зубчатый сектор 2.

Нагнетательный клапан 11 прижимается к седлу 10 пружиной 17. Назначение и устройство нагнетательного клапана те же, что и нагне- тательного клапана насоса ТН-9ХЮ. Седло нагнетательного клапана

Рнс. 127. Топливный насос УТН-5:

1— корпус насоса: 2 — упорная шайба пружинь! амортизатора; 3 — стакан подшипника; 4 — проб- ка-заглушка; 5 — подкачивающий насос; 6 —поворотный угольник с трубками подвода топлива из фильтра-отстойника и из канала корпуса насоса; 7 -— эксцентрик кулачкового вала; 8 — кулач- ковый вал; 9 — шайба с регулировочными прокладками; 10—маслоотражатель; 11 — самоподжим- иой каркасный резиновый сальник: 12—пробка корпуса насоса; 13 — плита крепления топливного насоса к двигателю; 14—каналы для подвода масла к шестерне привода насоса; 15 — трубка для слива масла нз масляной ванны; 16 — установочный фланец; 17 — шлицевая втулка кулачкового вала; 18 — гайка шлицевой втулки; 19 — ось ролика толкателя; 20 — ролик толкателя с втулкой; 21 — корпус толкателя; 22 — регулировочный виит толкателя; 23 — нижняя тарелка пружины плун- жера; 24 — пружина плунжера; 25 — верхняя тарелка пружины плунжера: 26—поворотная втулка; 27 — зубчатая рейка; 28 — зубчатый веиец поворотной втулки; 29—пробка-заглушка канала отвода топлива; 30 — пробка-заглушка топлнвоподводящего канала; 31—■ плунжер; 32 — гильза плунжера; 33 — прокладка нажимного штуцера; 34 — седло нагнетательного клапана; 35 — нагнетательный клапан; 36 — пружина; 37 — нажимной штуцер; 38 — зажимы (передний и задний); 39 — сливная трубка; 40 — крышка смотрового люка; 41 — трубка подвода топлива из фильтра топкой очистки; 42 — топлнвоподводящий канал; 43 — пружина перепускного клапана: 44—перепускной клапан; 45 — топливоотводящий канал; 46 — регулятор; 47 — пробка маслозалнвной горловины; 48—пробка для слива масла; 49 — канал для сообщения масляных ваии топливного иасоса н регулятора.

прижимается к торцу гнльзы штуцером 19, который стопорится рифле- ным кольцом 16 и штифтом 15.

При движении плунжера вниз топливо из фильтра поступает через канал 27 (рис. 128) и впускное отверстие 28 в надплунжерное прост- ранство. Двигаясь вверх, плунжер перекрывает впускное отверстие. Под давлением топлива открывается нагнетательный клапан 11 (рис. 129,а), и топливо по топливопроводу высокого давления подается к форсунке. Подача топлива происходит до тех пор, пока отсечная кром- ка 23 канавки 22 не откроет впускное отверстие 9.

Количество подаваемого топлива изменяется поворотом плунжера при передвижении зубчатой рейки 16 (рис. 128), находящейся в зацеп- лении с сектором 8. Посредством поводка 24 и тяги 3 рейка 16 соедине-

Рис. 128. Топливный насос дизеля Д-160:

1 — пластинчатая пружина корректора; 2 — гайка-ограничитель; 3 — тяга; 4 — пружина толкателя; 5 — толка- тель; 6 — лоток; 7 — регулировочный болт; 8 — зубчатый сектор; 9 — плунжер; ТО —гильза; И — седло; /2—кла- пан; 13 — штуцер; 14 — пружина; 15 — стопорный винт; IS — зубчатая рейка; 17 — блок; 18 — кулачковый вал; 19 — пробка; 20 — упор; 21 — диск; 22 — корпус насосного элемента; 23 — игла продувочного вентиля; 24 — по- водок; 25 — горловина; 26 — стяжной болт; 27 — канал; 28 — впускное отверстие.

Трущиеся поверхности деталей, расположенных в блоке насоса, смазываются автотракторным маслом АКп-10 (летом) или АКЗп-6 (зимой). Масло заливается через горловину 25 (см. рис. 128) до уров- ня верхнего обреза, а сливается через отверстие, закрываемое проб- кой 19.