Топливоподающая аппаратура двигателя — разделенного типа
Она состоит из топливного насоса высокого давления с всережимным регулятором частоты вращения и встроенным корректором для корректирования подачи топлива, топливоподкачивающим насосом, форсунок, фильтров грубой и тонкой очистки топлива, топливопроводов низкого и высокого давления.
Из бака через фильтр грубой очистки топливо засасывается топливоподкачивающим насосом и подается в фильтр тонкой очистки и далее к топливному насосу высокого давления.
Топливный насос в соответствии с порядком работы цилиндров подает топливо по топливопроводам высокого давления к форсункам, которые распыливают его в цилиндрах двигателя.
Через перепускной клапан в топливном насосе и жиклер в фильтре тонкой очистки излишки топлива, а вместе с ними и попавший в систему воздух отводятся по топливопроводу в топливный бак.
Просочившееся в полость пружины форсунки топливо отводится по сливному трубопроводу в бак.
Схема системы питания: 1 - фильтр грубой очистки топлива; 2 - форсунка; 3 - топливный насос высокого давления, 4 - ручной топливоподкачивающий насос, 5 - электромагнитный клапан; 6 - свеча ЭФУ, 7 - фильтр тонкой очистки; 8 - приемная труба бака; 9 - фильтр бака; 10 - сапун топливного бака; 11 - датчик указателя уровня топлива
Топливный насос высокого давления
Насос расположен в развале двигателя между рядами цилиндров и имеет шестеренчатый привод.
Топливный насос высокого давления – восьмисекционный, по числу цилиндров двигателя.
На двигатели устанавливаются топливные насосы высокого давления различных моделей, имеющие конструктивные и регулировочные отличия (см. статью «Техническая характеристика»).
Топливный насос высокого давления модели 173
ТНВД модели 173: 1 - корпус топливного насоса; 2 - перепускной клапан; 3 - демпферная муфта; 4 - болт ограничения максимальных оборотов; 5 - регулятор частоты вращения; 6 - рычаг управления регулятором; 7 - болт ограничения минимальных оборотов; 8 - скоба останова; 9 - топливоподкачивающий насос; 10 - болт регулировки пусковой подачи; 11 - корректор подачи топлива по наддуву; А - положение рычага при минимальной частоте вращения холостого хода; Б - положение рычага при максимальной частоте вращения холостого хода; В - положение скобы при работе; Г - положение скобы при выключенной подаче
Топливный насос в сборе показан на рис. 2.
С топливным насосом высокого давления в одном агрегате объединены регулятор частоты вращения 5, топливоподкачивающий насос 9 и демпферная муфта 3.
Устройство и работа топливного насоса высокого давления
Топливный насос высокого давления состоит из секций, отдельных насосных элементов, размещенных в общем корпусе.
Число секций равно числу цилиндров двигателя.
Секция топливного насоса высокого давления модели 173: 1 - корпус насоса; 2 - нижняя тарелка толкателя; 3 - пружина толкателя; 4 - верхняя тарелка толкателя; 5 - втулка поворотная; 6 - плунжер; 7 - втулка плунжера; 8 - седло клапана нагнетательного; 9 - нагнетательный клапан; 10 - упор клапана; 11 - штуцер; 12 - фланец нажимной; 13,14 - прокладки; 15 - корпус секции; 18 - рейка; 17 - толкатель; 18 - ролик толкателя; 19 - вал кулачковый
Устройство секции насоса высокого давления показано на рис. 3.
В корпусе 1 насоса установлены корпуса секций 15 с плунжерными парами, нагнетательными клапанами и штуцерами 11, к которым присоединяются топливопроводы высокого давления.
Нагнетательный клапан 9 и седло клапана 8, а также плунжер 6 с втулкой 7 являются прецизионными парами, которые могут заменяться только комплектно.
Втулка плунжера стопорится в определенном положении штифтом, запрессованным в корпус секции.
Плунжер 6 приводится в движение от кулачкового вала 19 через роликовый толкатель 17. Пружина 3 через нижнюю тарелку 2 постоянно прижимает ролик толкателя к кулачку
От разворота толкатели, имеющие лыски на боковых поверхностях, удерживаются фиксаторами, запрессованными в корпус насоса.
Конструкция плунжерной пары позволяет дозировать топливо изменением момента начала и конца подачи,
Для изменения количества и момента начала подачи топлива плунжер во втулке поворачивается поворотной втулкой 5 (рис. 3), входящей в зацепление с рейкой 16.
Регулировка равномерности подачи топлива на максимальном режиме каждой секцией насоса производится разворотом корпуса секции при ослабленных гайках крепления секций.
Изменение геометрического начала нагнетания в зависимости от величины подачи (нагрузки двигателя) обеспечивается управляющими кромками, выполненными на торце плунжера.
Работа секции протекает следующим образом
При движении плунжера 6 вниз под действием пружины 3 топливо под небольшим давлением, создаваемым топливоподкачивающим насосом, поступает через продольный канал в корпусе в надплунжерное пространство.
При движении плунжера вверх топливо через нагнетательный клапан поступает в топливопровод высокого давления и перепускается в топливоподводящий канал до тех пор, пока торцовая кромка плунжера не перекроет впускное отверстие втулки.
При дальнейшем движении плунжера вверх давление в надплунжерном пространстве резко возрастает.
Когда давление достигнет такой величины, что превысит усилие, создаваемое пружиной форсунки, игла форсунки поднимется и начнется процесс впрыскивания топлива в цилиндр двигателя.
При дальнейшем движении плунжера вверх отсечные кромки плунжера открывают отсечные отверстия во втулке, что вызывает резкое падение давления топлива в линии нагнетания, посадку иглы форсунки на запирающий конус распылителя и прекращение подачи топлива в камеру сгорания.
На внутренней поверхности втулки 7 плунжера имеется кольцевая канавка, а в стенке отверстие для отвода топлива, просочившегося через зазор в плунжерной паре.
Уплотнение между втулкой плунжера и корпусом секции, корпусом секции и корпусом насоса осуществляется резиновыми кольцами.
Из полости вокруг втулки плунжера просочившееся топливо поступает по пазу на втулке плунжера в полость низкого давления корпуса насоса и далее через перепускной клапан и трубопровод в топливный бак.
В нижней части корпуса топливного насоса расположен кулачковый вал.
Кулачковый вал вращается в роликовых конических подшипниках и промежуточной опоре.
Кулачковый вал установлен с натягом 0,01–0,07 мм, который обеспечивается регулировочным и прокладками, установленными между крышкой подшипника и корпусом насоса.
Связь секций с регулятором частоты вращения насоса осуществляется через рейку.
Рейка топливного насоса перемещается в направляющих втулках, запрессованных в корпусе насоса. На выступающем из насоса конце рейки имеется болт 10 (рис. 2), которым она упирается в защитный колпачок при положении рейки перед пуском двигателя.
При вывертывании болта из рейки пусковая подача уменьшается.
Смазка топливного насоса - централизованная, от масляной системы двигателя. Масло подводится к корректору по наддуву, откуда, сливаясь в полость регулятора, поступает в полость кулачкового вала насоса.
Регулятор частоты вращения
Регулятор частоты вращения 5 (рис. 2) механический всережимный прямого действия с повышающей передачей на привод грузов, предназначен для поддержания заданного водителем скоростного режима работы двигателя путем автоматического изменения количества подаваемого топлива в зависимости от изменения нагрузки на двигатель.
Кроме того, регулятор ограничивает максимальную частоту вращения двигателя и обеспечивает работу двигателя в режиме холостого хода.
Регулятор имеет устройство для выключения подачи топлива в любой момент независимо от режима работы двигателя. Автоматически поддерживая скоростной режим при изменяющихся нагрузках, регулятор обеспечивает экономичную работу двигателя.
Устройство регулятора частоты вращения показано на рис. 4.
Регулятор частоты вращения: 1 - корректор подачи топлива по наддуву; 2 - ось двуплечего рычага; 3 - крышка смотрового люка; 4 - пружина регулятора; 5 - двуплечий рычаг; 6 - пружина рычага рейки; 7 - винт двуплечего рычага; 8 - буферная пружина; 9 - корпус буферной пружины; 10 - регулировочный болт; 11 - вал рычага пружины; 12 - отрицательный корректор; 13 - корпус пружины корректора; 4 - пружина отрицательного корректора; 15 - скоба кулисы; 16 - втулка отрицательного корректора; 17- рычаг регулятора; 18 - рычаг отрицательного корректора; 19 - винт подрегулировки мощности; 20 - рычаг рейки; 21 - кулиса; 22 - пята; 23 - муфта грузов; 24 - грузы регулятора; 25 - державка грузов; 26 - ось грузов; 27 - ведущая шестерня; 28 - сухари; 29 - валик державки грузов; 30 - стакан; 31 - рычаг пружины; 32 - тяга рейки; 33 - рейка; 34 - упор
Регулятор расположен на заднем торце топливного насоса высокого давления.
На конусе кулачкового вала находится ведущая шестерня 27 с демпфирующим устройством.
Вращение от вала насоса на ведущую шестерню передается через резиновые сухари 28.
Ведомая шестерня выполнена как одно целое с валиком 29 державки грузов и установлена на двух подшипниках в стакан 30.
На валик напрессована державка грузов 25 (рис. 4), на осях 26 которой находятся грузы 24.
Грузы своими роликами упираются в торец муфты 23, которая через упорный подшипник и пяту 22 передает усилие грузов рычагу регулятора 17, подвешенному вместе с двуплечим рычагом 5 на общей оси 2.
Муфта 23 с упорной пятой 22 в сборе одним концом опирается на направляющую поверхность державки, а за второй конец подвешена на рычаге 18 отрицательного корректора, закрепленном на втулке 16 отрицательного корректора.
Пята муфты грузов связана через узел отрицательного корректора с рычагом рейки 20 и через тягу 32 с рейкой топливного насоса.
К верхней части рычага рейки присоединена пружина 6 рычага рейки, удерживающая рейку насоса в положении, соответствующем максимальной подаче, что обеспечивает увеличенную подачу топлива при пуске двигателя.
В нижнюю часть рычага рейки запрессован палец, который входит в отверстие ползуна кулисы 21.
Вал 11 рычага регулятора жестко связан с рычагом управления 6 (рис. 2) и рычагом пружины 31 (рис. 4).
Перемещение рычага управления регулятором ограничивается двумя болтами 4 и 7 (рис. 2).
За рычаг пружины 31 (коротким зацепом) (рис. 4) и двуплечий рычаг 5 (длинным зацепом) зацеплена пружина регулятора 4, усилие которой передается с двуплечего рычага на рычаг регулятора через винт - 7 двуплечего рычага.
В рычаг регулятора ввернут регулировочный болт 10, который упирается в вал рычага пружины и служит для регулировки номинальной подачи топлива.
В нижней части рычага регулятора расположено корректирующее устройство (12,13,14,16,18) с отрицательным корректором, предназначенного для формирования внешней скоростной характеристики ТНВД и крутящего момента двигателя.
Рычаг регулятора снабжен боковой накладкой, удерживающей втулку 16 обратного корректора и упорную пяту 22 от проворота.
Кроме того, хвостовик болта крепления боковой накладки, входя в боковой продольный паз втулки предохраняет ее от выпадания из расточки рычага.
Упор 34, закрепленный на корпусе регулятора, не позволяет рычагу пружины 31 опасно приближаться к вращающимся грузам. Для полного выключения подачи топлива служит механизм останова, состоящий из кулисы 21, скобы 15 и возвратной пружины.
Во время работы кулиса прижата усилием возвратной пружины к регулировочному винту 19.
Сзади крышка регулятора закрыта крышкой 3 смотрового люка с буферным устройством, состоящим из корпуса 9 и пружины 8, которая, сглаживая колебания рычага 17 регулятора, обеспечивает устойчивую работу двигателя на холостом ходу.
Принцип действия регулятора частоты вращения основан на взаимодействии центробежных сил грузов и усилий пружин с различной предварительной деформацией.
На неработающем двигателе грузы регулятора находятся в сведенном положении, а рейка 33 под действием пружины 6 рычага рейки находится в положении максимальной подачи (крайнее левое положение).
При пуске двигателя, когда частота вращения коленчатого вала достигнет 460-500 мин -1 (рычаг управления упирается в болт ограничения минимального скоростного режима), грузы регулятора под действием центробежной силы преодолевают сопротивление пружины рычага рейки и сдвигают через муфту грузов 23 рычаг рейки 32 до упора втулки 16 отрицательного корректора в рычаг регулятора.
Далее, преодолевая сопротивление буферной пружины 8, грузы перемещают вправо всю систему рычагов и рейку ТНВД до установления цикловой подачи секции ТНВД, соответствующей минимальному скоростному режиму (режиму минимальной частоты вращения холостого хода).
При нажатии на педаль управления рычаг управления регулятором и жестко связанный с ним рычаг 31 пружины поворачиваются на определенный угол, что приводит к увеличению натяжения пружины регулятора.
Под воздействием пружины рычаг 17 регулятора перемещает систему рычагов, муфту грузов и рейку в сторону увеличения подачи, и обороты коленчатого вала двигателя возрастают.
Это происходит до тех пор, пока центробежная сила грузов не уравновесит силу натяжения пружины 4, т.е. до устойчивого режима работы двигателя.
Таким образом, каждому положению рычага управления регулятором соответствует определенное число оборотов двигателя.
При уменьшении суммарного момента сопротивления движению автомобиля, частота вращения коленчатого вала двигателя увеличивается. В этом случае центробежная сила грузов возрастает.
Грузы расходятся и, преодолевая усилие пружины регулятора, перемещают муфту грузов 23 и пяту 22.
При этом система рычагов и рейка перемещаются в сторону уменьшения подачи (вправо) до тех пор, пока не установится число оборотов двигателя, заданное положением рычага управления, т.е. пока не наступит равновесие между центробежной силой грузов и силой пружины регулятора.
При увеличении суммарного момента сопротивления движению автомобиля частота вращения коленчатого вала уменьшается, следовательно, уменьшается и центробежная сила грузов регулятора.
Усилием пружины 4 регулятора система рычагов, пята и муфта грузов переместятся влево и передвинут рейку влево, в сторону увеличения подачи.
Подача топлива секциями увеличивается до тех пор, пока частота вращения коленчатого вала двигателя не достигнет величины, заданной положением рычага управления регулятором.
Остановка двигателя осуществляется поворотом скобы кулисы 15 вниз. При этом кулиса 21 и нижний конец рычага 20 рейки поворачиваются влево, рейка насоса выдвигается в крайнее положение, и подача топлива прекращается.
Отрицательный корректор (12, 13, 14, 16, 18) обеспечивает постепенное уменьшение цикловой подачи топлива при уменьшении частоты вращения кулачкового вала насоса до 500 мин -1 и тем самым обеспечивает бездымную работу двигателя.
При частоте вращения коленчатого вала, соответствующей номинальной, центробежная сила грузов превышает усилие предварительной затяжки пружины 14 корректора, и пята через корректор 12 и втулку 16 упирается в главный рычаг регулятора.
При снижении частоты вращения кулачкового вала ТНВД усилие пружины корректора становится достаточным для преодоления силы грузов.
При этом корректор 12 выдвигается из втулки 16 и, перемещая муфту грузов и систему рычагов, сдвигает рейку ТНВД в сторону уменьшения цикловой подачи топлива.
Частота вращения кулачкового вала, соответствующая моменту начала работы корректора, т.е. моменту начала выдвижения корректора из втулки, регулируется предварительным сжатием пружины 14.
Чем меньше частота вращения, тем больше величина выступания корректора из втулки и тем больше величина ограничения цикловой подачи топлива.
При 500 мин-1 величина ограничения цикловой подачи топлива наибольшая, ее значение определяется максимальной величиной выступания корректора.
Регулятор частоты вращения оснащен корректором подачи топлива по наддуву 1 для снижения теплонапряженности и дымности отработавших газов дизеля на малых частотах вращения и переходных режимах.
Кроме того, корректор защищает двигатель в аварийных ситуациях, возникающих при отказах системы турбонаддува.
Принцип действия корректора по наддуву заключается в том, что при снижении давления наддувного воздуха, он воздействует на рейку топливного насоса, уменьшая подачу топлива.
Корректор подачи топлива по наддуву: а) - горизонтальный разрез; б) - вертикальный разрез; 1 - гильза упора; 2 - упор; 3 - пружина гильзы; 4 - пружина поршня; 5 - корпус мембраны; 6 - крышка мембраны; 7 - контргайка штока мембраны; 8 - пружина; 9 - шток с мембраной; 10 - корпус пружины корректора; 11 - пружина корректора; 12 - золотник; 13 - поршень;14 - крышка корректора; 15 - штуцер подвода масла; 16 - корпус корректора; 17 - рычаг; 18 - ось рычага; 19 - рычаг; 20 - проставка; 21 - регулировочный болт рычага
Корректор подачи топлива по наддуву (рис. 5) установлен на верхней части корпуса регулятора. К проставке 20 с помощью болтов крепятся корпус корректора 16, корпус мембраны 5 и крышка корректора 14.
Внутри корпуса корректора расположена пара поршень 13 и золотник 12. Через упор 2 поршень поджимается пружиной 4 к корпусу корректора.
На упоре установлена гильза 1 упора, которая пружиной 3 постоянно поджимается к регулировочному болту 21 рычага 19.
Рычаг установлен на оси 18 в проставке.
На одном конце рычага расположен регулировочный болт с гайкой, а другой конец при работе корректора непосредственно воздействует на рейку ТНВД.
В корпусе мембраны располагается выполненная из специальной ткани мембрана в сборе со штоком 9, закрытая крышкой 6.
В крышке выполнено отверстие для подвода воздуха от впускного коллектора двигателя.
Рычаг 17, установленный на оси, служит для передачи движения от штока к золотнику 12.
В золотник упирается пружина корректора 11.
Для изменения ее предварительного сжатия в крышку 14 корректора ввернут корпус 10 пружины.
На корпус навернута контргайка и колпачок.
В корпус корректора ввернут штуцер 15 подвода масла из системы смазки двигателя.
Уплотнение сопряженных деталей корректора по наддуву осуществляется с помощью паронитовых прокладок.
При неработающем двигателе давление масла в системе смазки и воздуха во впускных корректорах отсутствует.
Пружина 4 поджимает поршень 13 с упором 2 к корпусу корректора 16.
Пружина корректора 11 поджимает золотник 12 и шток 9 с мембраной до упора в крышку мембраны.
При пуске двигателя масло из системы смазки двигателя через ввертыш 15 начинает поступать в поршневую полость корректора и через открытые сливные окна поршня, осевые каналы золотника, поршня и упора сливается в полость регулятора.
При выходе двигателя на режим холостого хода рейка ТНВД перемещается из стартового положения в сторону уменьшения подачи.
Вслед за рейкой под действием пружины 3 перемещается гильза 1, поворачивая рычаг 19.
Перемещение гильзы относительно упора приводит к перекрытию сливных окон упора, в результате чего свободный слив прекращается, давление масла в подпоршневой полости увеличивается; и поршень начинает перемещаться влево в свое рабочее положение.
Перемещение поршня продолжается до момента открытия сливных окон поршня торцовой рабочей кромкой золотника.
При работе двигателя под нагрузкой и увеличении частоты вращения коленчатого вала давление воздуха в полости мембраны увеличивается.
Мембрана деформируется, шток перемещает рычаг 17 корректора, который в свою очередь сдвигает золотник корректора вправо.
При этом площадь проходного сечения, через которые происходит перетекание масла из подпоршневой полости в осевой канал поршня увеличивается, давление масла в подпоршневой полости уменьшается, и поршень вместе с упором под действием пружины смещается вправо, восстанавливая свое положение относительно золотника.
Вслед за поршнем и упором под действием стартовой пружины, перемещается рейка ТНВД.
Таким образом, увеличение давления воздуха в полости мембраны приводит к увеличению цикловой подачи топлива.
Перемещение рейки сопровождается поворотом рычага 19, при этом величина перемещения рейки и изменения цикловой подачи определяется величиной перемещения поршня и упора.
При уменьшении частоты вращения коленчатого вала давление турбокомпрессора падает, уменьшается давление в полости мембраны, золотник 12 под действием пружины 11 смещается влево и рабочая кромка торцевой поверхности золотника перекрывает сливные окна поршня.
В подпоршневой полости давление масла растет, поршень сдвигается влево до момента открытия сливных окон и через упор 2 и рычаг 19 сдвигает рейку в сторону уменьшения подачи.
Таким образом, изменение давления воздуха в полости мембраны приводит к изменению положения золотника, поршень автоматически отслеживает положение золотника и обеспечивает соответствующее перемещение рейки ТНВД.
Величина перемещения рейки и изменение цикловой подачи определяется величиной перепада давления в полости мембраны и характеристикой пружины корректора.
При увеличении давления надува около 0,06 МПа (0,6 кгс/см 2) ограничение подачи корректором снимается.
При останове двигателя корректор обеспечивает автоматическое включение пусковой подачи.
Демонтаж корректора по наддуву вместе с проставкой 20 в эксплуатации не рекомендуется, так как затем возможна неправильная установка рычага 19 относительно рейки, ведущая к разносу двигателя.
В случае необходимости демонтажа (например, при ремонте) при последующей установке корректора на регулятор отвести скобой кулисы останова рейку насоса в положение выключенной подачи и вставить корректор проставкой в корпус регулятора.
Затем отпустить скобу кулисы. После этого необходима проверка регулировки корректора по наддуву, а также проверка регулятора на выключение подачи топлива.
Основные регулировки, предусмотренные конструкцией регулятора
- Минимальная частота вращения холостого хода регулируется болтом 7 (рис. 2) и корпусом буферной пружины 9 (рис. 4);
- Максимальная частота вращения холостого хода (начало выброса рейки) регулируется болтом 4 (рис. 2).
- Номинальная мощность (подача) регулируется болтом 10, подрегулируется винтом 19 (рис. 4).
- Предварительное натяжение пружины (разность оборотов конца и начала выброса рейки) регулируется винтом 7 (рис. 4).
- Подача топлива при 500 мин -1 регулируется гайкой обратного корректора 12 (рис. 4):
- Предварительное натяжение пружины обратного корректора (обороты начала срабатывания корректора) регулируется корпусом корректора 13 (рис. 4).
К особенностям регулировки следует отнести то, что для обеспечения уменьшенного усилия на рычаге управления рычаг пружины при регулировке частоты вращения начала действия регулятора должен быть максимально приближен к упору в корпусе регулятора, ограничивающему его поворот.
Подрегулировку начала действия регулятора производить винтом двухплечего рычага
Демпферная муфта
Топливный насос высокого давления комплектуется демпферной муфтой, которая устанавливается на конической поверхности переднего конца кулачкового вала с натягом, создаваемым кольцевой гайкой и фиксируется от проворота шпонкой.
Демпферная муфта предназначена для защиты механизмов от разрушения.
Демпферная муфта представляет собой неразборную конструкцию со свободно вращающимся маховиком в специальной высоковязкой жидкости.
Вмятины на корпусе муфты выводят ее из строя.
