Устройство и работа системы питания дизеля

В систему питания дизеля входят топливоподкачивающий и топливопрокачивающий насосы; регулятор частоты вращения коленчатого вала; топливные фильтры; фильтр-отстойник; топливный насос высокого давления (ТНВД); форсунки; топливный бак; топливные трубки. Установка агрегатов системы питания на дизеле ЯМЗ-236А показана на рис. 4.1.



Система питания дизеля работает следующим образом. При разрежении, возникающем в цилиндрах двигателя от движения поршней, воздух при тактах впуска засасывается из атмосферы и, проходя через воздухоочиститель 1, где очищается от пыли, и по впускному трубопроводу 2, через открывающиеся впускные клапаны поступает в цилиндры. Впускные трубопроводы расположены по касательной к окружности цилиндров, поэтому воздуху, входящему в цилиндры, сообщается интенсивное вращательное движение.


Топливо засасывается из топливного бака 9 через фильтр-отстойник 8 предварительной очистки с помощью топливоподкачивающего насоса 10 и нагнетается через фильтр 14 тонкой очистки по топливопроводам 12 и 15 низкого давления в приемный канал ТНВД 3.

Нагнетательные секции топливного насоса 3, приводимого в действие от коленчатого вала, подают топливо под высоким давлением в определенные моменты в соответствии с порядком работы цилиндров и в необходимом количестве по топливопроводам 4 к форсункам 6, распылители которых входят в камеры сгорания. Через форсунки топливо впрыскивается в камеры сгорания в конце такта сжатия. Избыточное топливо от ТНВД 3, а также топливо, просочившееся через зазоры в деталях форсунок 6, сливается обратно в бак по сливным топливопроводам 7 и 13.

Регулятор 5, смонтированный на топливном насосе, поддерживает заданную (нажатием на педаль подачи топлива) частоту вращения коленчатого вала и минимальную частоту вращения холостого хода, а также ограничивает ее максимальное значение при движении.

Отработавшие газы из цилиндров через выпускные клапаны, выпускной трубопровод и глушитель с трубами выходят в атмосферу.

Топливоподкачивающий насос

Для подачи топлива из бака через фильтры к ТНВД в систему питания включается топливоподкачивающий насос. Насос плунжерного типа, чаще всего крепится на корпусе ТНВД и приводится в действие от его кулачкового вала. Насос объединен с ручным топливопрокачивающим насосом 11 для ручной подкачки топлива. Топливоподкачивающий насос состоит из корпуса 6 (рис. 4.2, а), плунжера 7 с пружиной 4 и роликовым толкателем 5 с пружиной 8 и штоком 3 и впускного 17 и нагнетательного 11 клапанов с пружинами.




Топливоподкачивающий насос работает следующим образом. При сбегании выступа эксцентрика 19 (рис. 4.2, б) с ролика толкателя 5 плунжер 7 под действием пружины 4 перемещается внутрь корпуса. При этом наружная полость камеры заполняется топливом через открывающийся впускной клапан 17; нагнетательный клапан 11 при этом закрыт. Топливо, находящееся под плунжером 7, при этом вытесняется из внутренней камеры и через выпускной канал 10 нагнетается под давлением в отводящий топливопровод.


При обратном ходе плунжера 7 (рис. 4.2, в), перемещаемого эксцентриком 19 и толкателем 5, впускной клапан 17 закрывается под действием давления топлива, и топливо из передней камеры через открывшийся нагнетательный клапан 11 перепускается по внутреннему каналу 1 в заднюю камеру.

Таким образом, работа насоса происходит за три такта: всасывание, перепуск, нагнетание; при этом топливо из бака непрерывно перекачивается через фильтр предварительной очистки в фильтр тонкой очистки и далее в ТНВД. При таком устройстве насоса топливо в топливопровод нагнетается из задней камеры корпуса плунжером 7 под действием давления пружины 4, поэтому обеспечивается подача топлива в соответствии с его расходом и при определенном давлении.

При малом расходе топлива из-за некоторого повышения давления в топливопроводе и внутренней камере плунжер 7 останавливается в крайнем положении, так как пружина 4 не в состоянии переместить его, и толкатель 5 со штоком 3 перемещаются вхолостую. По мере расхода топлива давление в нагнетательной полости понижается, и плунжер под действием пружины 4 опять начинает перемещаться на всю длину рабочего хода, обеспечивая полную производительность насоса.

Топливопрокачивающий насос

Для подкачки топлива в топливопроводы и по всей системе питания при неработающем двигателе, например для удаления воздуха из системы, используется топливопрокачивающий (ручной) насос. Для ручной подкачки рукоятку 13 свертывают с резьбы корпуса 15 и перемещают вверх и вниз. При этом с помощью поршня 16 насоса топливо через впускной клапан 17 засасывается в его корпус и через нагнетательный клапан 11 подается в систему топливоподачи. После использования ручного насоса его рукоятку следует опять плотно навернуть крышкой на резьбу корпуса.

Топливные фильтры

Применяются фильтры грубой и тонкой очистки топлива.

Фильтры грубой очистки топлива на автомобилях с дизелями могут быть двух типов. На автомобилях марки ЗИЛ и КамАЗ применяются щелевые фильтры-отстойники, показанные на рис. 3.8, а. На автомобилях МАЗ применяются фильтры, имеющие фильтрующий элемент с металлическим сетчатым каркасом, на который плотно намотан в несколько слоев ворсистый хлопковый шнур. Элемент центрируется в корпусе штампованной розеткой, приваренной к днищу, и крепится крышкой. Фильтры грубой очистки у автомобилей могут быть установлены на кронштейне топливного бака или непосредственно в топливном баке.

Фильтры тонкой очистки топлива, включенные между подкачивающим насосом и насосом высокого давления, закреплены, как правило, на головке блока в самой высокой точке системы питания, что обеспечивает сбор в нем воздуха, проникающего в систему питания, и удаление его вместе со сливаемым излишком топлива. В большинстве фильтров применяется бумажный фильтрующий элемент, установленный в специальном корпусе, в нижней части которого предусмотрена пробка для слива отстоя.

Топливный насос высокого давления

ТНВД подает топливо к форсункам в необходимом количестве, под высоким давлением, в соответствии с порядком работы дизеля и в момент, соответствующий концу такта сжатия в цилиндрах.

ТНВД дизеля ЯМЗ-236 состоит из корпуса 17 (рис. 4.3) с крышками 13 и 20, каналами и перепускным клапаном 36; насосных секций, каждая из которых включает в себя плунжер 32 с гильзой 33, возвратную пружину 26 с опорными шайбами, нагнетательный клапан 3 с седлом 2, пружиной 4 и упором 5, а также штуцер 6 с деталями крепления топливопровода высокого давления; механизма привода насосных секций, состоящего из кулачкового вала 21 с подшипниками и роликовых толкателей 23 с регулировочными болтами 24; механизма поворота плунжеров, в который входят поворотная втулка 27 с зубчатым венцом 31 для каждой секции и общая рейка 30 с втулками и ограничительным винтом.



К топливоподающему каналу с торца корпуса с помощью штуцера 38 присоединен топливопровод от фильтра тонкой очистки. В конце другого сливного канала установлен перепускной клапан, представляющий собой ввернутое в корпус 37 седло 35, в котором установлен собственно клапан 36 грибовидной формы с пружиной и направляющей втулкой. В корпус ввернут штуцер, к которому присоединен сливной топливопровод. Клапан поддерживает давление во впускном канале насоса 0,13...0,15 МПа.

Плунжер 32 и гильза 33, являющиеся основными элементами каждой насосной секции, изготовлены из износостойкой специальной хромомолибденовой стали; рабочие поверхности их азотированы и закалены до высокой твердости. Детали подвергнуты обработке глубоким холодом для стабилизации свойств материала. Плунжер 32 очень точно подогнан к гильзе 33 с диаметральным зазором около 0,5...1,5 мкм, что обеспечивает создание высокого давления с наименьшей утечкой топлива через зазоры. Из-за индивидуальной подгонки эта прецизионная пара является невзаимозаменяемой.

Гильза 33 устанавливается в отверстии верхней части корпуса и фиксируется в определенном положении стопорным винтом 8. Боковые отверстия в стенке гильзы располагаются против топливных каналов 7 и 39 корпуса, соединяя с ними внутреннюю полость гильзы. Сверху в отверстие корпуса над гильзой, соприкасаясь с ее торцом притертой поверхностью, установлено седло 2 с нагнетательным клапаном 3, которые также изготовлены из специальной высококачественной подшипниковой стали, точно подогнаны друг к другу и являются нераздельной прецизионной парой. На верхней части плунжера 32, входящего в гильзу, имеется винтовой паз, верхняя часть которого через горизонтальное отверстие соединяется с вертикальным каналом в торце плунжера. Этот паз с отсечной кромкой служит для регулирования подачи топлива. Второй паз, сделанный с другой стороны плунжера, уравновешивает давление, оказываемое на него топливом, и повышает долговечность плунжера.

На средней части плунжера имеются уплотнительные канавки, а на нижней — два выступа, которые входят в пазы поворотной втулки 27, надетой на нижний выступающий из корпуса конец гильзы. На верхнем конце поворотной втулки стяжным винтом крепится стальной зубчатый венец 31. На втулку надета верхняя опорная шайба 28 возвратной пружины 26, закрепленной на нижнем конце плунжера разрезной опорной шайбой 25.

Поступательное перемещение плунжера в гильзе осуществляется с помощью кулачкового вала 21 и толкателя 23. Кулачковый вал изготовляется из низкоуглеродистой хромомарганцевой стали; кулачки и шейки вала цементируются и закаливаются. От внутреннего конца кулачкового вала приводится в действие регулятор частоты вращения коленчатого вала двигателя. Наружный конец вала через муфту опережения соединен с приводом от двигателя. На валу имеются шесть кулачков, расположенные выступами в разные стороны в соответствии с порядком работы двигателя, и эксцентрик 16 привода топливоподкачивающего насоса 15, закрепленного напротив эксцентрика на фланце корпуса топливного насоса.

Над каждым кулачком в отверстии средней перегородки корпуса размещен толкатель 23 с роликом, опирающимся на кулачок. Толкатель, изготовленный из низкоуглеродистой хромомарганцевой стали, цементируется и закаливается, а ролик изготовляется из специальной подшипниковой стали. Ролик на оси установлен на плавающей втулке. Выступы оси ролика входят в пазы корпуса насоса и фиксируют положение толкателя. Сверху в толкатель ввернут регулировочный болт 24, который стопорится контргайкой. В торец головки болта постоянно упирается нижним концом плунжер 32 под действием возвратной пружины 26. Зубчатые венцы 31 всех насосных секций входят в зацепление с общей зубчатой рейкой 30, которая расположена в корпусе насоса на двух латунных втулках. Положение рейки, а также длина ее хода фиксируются винтом, ввернутым сбоку в корпус насоса. Конец винта входит в паз на рейке. Внутренний конец рейки входит в корпус 11 регулятора и соединяется с его тягой. Наружный выступающий из корпуса конец рейки закрыт колпаком 29, навернутым на резьбовую втулку, которая ввернута в корпус. На период обкатки двигателя максимальное перемещение рейки ограничивается опломбированным винтом 14, ввернутым в колпак рейки. На колпак надет уплотняющий резиновый кожух.

Кулачковый вал с подшипниками и толкатели смазываются маслом, которое заливается в нижнюю камеру корпуса насоса. Для заливки масла на крышке корпуса имеется отверстие, закрытое резьбовой пробкой с сапуном. Уровень масла проверяют маслоизмерительным стержнем, установленным в нижней части корпуса. К корпусу внизу присоединена дренажная трубка 19 для слива излишков масла.

Каждая секция насоса работает следующим образом. При работе двигателя кулачковый вал насоса вращается с частотой, которая в 2 раза меньше частоты вращения коленчатого вала. Подкачивающий насос через фильтры подает в топливные каналы насоса топливо; его необходимое давление поддерживается в каналах с помощью перепускного клапана. Излишнее топливо по сливному топливопроводу поступает обратно в бак. Непрерывная циркуляция топлива через насос снижает возможность образования в нем пузырьков воздуха.

При сбегании кулачка с ролика толкателя плунжер в гильзе опускается под действием пружины вниз. При этом верхний торец плунжера открывает перепускное отверстие 3 (рис. 4.4, а) в гильзе, и ее внутренняя полость заполняется топливом из топливного канала. При этом нагнетательный клапан 1 секции закрыт. При набегании кулачка на толкатель плунжер поднимается в гильзе вверх. При этом до перекрытия плунжером впускного отверстия 2 топливо из гильзы вытесняется обратно в топливный канал (рис. 4.4, б).



Как только торец плунжера перекроет впускное отверстие 2, давление топлива в полости над плунжером повысится, и топливо через открывающийся нагнетательный клапан 1 по топливопроводу будет подводиться к форсунке, из которой оно при достижении необходимого давления впрыскивается в камеру сгорания двигателя (рис. 4.4, в).

Плунжер нагнетает топливо до тех пор, пока отсечная кромка его рабочего винтового паза 4 не подойдет к краю нижнего перепускного отверстия 3 гильзы (рис. 4.4, г). При этом топливо из нагнетательной полости гильзы по вертикальному и горизонтальному отверстиям в плунжере и через винтовой паз 4 начинает перепускаться в сливной канал корпуса. Давление в нагнетательной полости гильзы резко падает, и нагнетательный клапан 1 закрывается, прекращая подачу топлива к форсунке (рис. 4.4, д).

Резкому прекращению подачи топлива в форсунку (резкая отсечка) способствует нагнетательный клапан. При падении давления в нагнетательной полости гильзы в момент начала перепуска топлива отсечной кромкой плунжера нагнетательный клапан, опускаясь, сначала входит в седло цилиндрическим пояском и разобщает топливопровод и секцию, прекращая подачу топлива (см. рис. 4.4, г). Далее клапан 1, опускаясь еще ниже, садится конусом на седло и освобождает над собой некоторое пространство, что способствует падению давления в топливопроводе. Вследствие этого более резко прекращается подача топлива форсункой, топливопровод разгружается от высокого давления и устраняется возможность подтекания топлива из сопла форсунки (см. рис. 4.4, д).

При постоянном ходе плунжера, определяемом высотой выступа кулачка, регулирование количества подаваемого к форсунке топлива осуществляется поворотом плунжера с помощью рейки и зубчатого сектора с поворотной втулкой. При повороте плунжера в положение, когда горизонтальное отверстие винтового паза 4 устанавливается против перепускного отверстия 3 гильзы, подача топлива насосом полностью прекращается, так как в нагнетательной полости давления не создается и топливо при подъеме плунжера выдавливается из нее через отверстие и паз плунжера, а через отверстия гильзы вытесняется обратно в каналы корпуса. Насос при этом работает вхолостую (рис. 4.4, ё).

По мере поворота плунжера против часовой стрелки (если смотреть с торца плунжера) расстояние А (рис. 4.4, ж) от края перепускного отверстия до края отсечной кромки винтового паза 4 постепенно возрастает, увеличивая длину рабочего хода плунжера. При этом подача топлива секцией постепенно возрастает от минимальной до средней и максимальной. Максимальная подача получается тогда, когда против перепускного отверстия 3 гильзы располагается нижняя часть кромки паза 4 плунжера с наибольшим расстоянием А (рис. 4.4, з).

Насосные секции в зависимости от расположения кулачков на валу подают топливо во все форсунки в соответствии с порядком работы двигателя. Требуемый момент начала подачи топлива в цилиндр, соответствующий концу такта сжатия, устанавливается правильным соединением вала насоса с приводным валом двигателя. Регулирование одинаковости этого момента для всех насосных секций, т. е. регулирование момента подачи, осуществляется регулировочными болтами на толкателях. При вывертывании болта подача топлива происходит раньше, при завертывании — позже. Для того чтобы все секции насоса подавали одинаковое количество топлива, регулируют насос на равномерность подачи. С этой целью плунжеры с поворотными втулками предварительно поворачивают в правильное положение при отпущенных стяжных винтах зубчатых секторов на поворотных втулках.