РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЙ ТОПЛИВНЫЙ НАСОС ДИЗЕЛЯ

Настоящая полезная модель относится к области двигателестроения, именно, к двигателям внутреннего сгорания дизеля и является эффективной при использовании массовых автотракторных и комбайновых дизелей на транспорте, в сельском хозяйстве и иных областях деятельности. Эффективность полезной модели обусловлена повышением надежности распределительной топливной аппаратуры типа НД 21.
Новизна полезной модели проверена по уровню техники в Российской Федерации и за рубежом, известному по таким фундаментальным работам, как работы [1, 2, 3]. Из более современных источников использованы работы [4, 5]. Авторам также известны патентные источники, например [6, 7], и другие, развивающие конструкцию топливных насосов НД-21 и НД-22. В работах [3, 4, 8, 9] рассмотрены также вопросы эксплуатации и ремонта дизельной топливной аппаратуры.
Полезная модель разработана на основе использования конструктивных особенностей топливных насосов НД-21 и НД-22, нашедших применение в России, в основном, на тракторных и комбайновых дизелях.
Известен топливный насос высокого давления рядного типа [1, 2, 3], в котором насосные элементы (НЭ) высокого давления расположены в один ряд, вдоль продольной оси кулачкового вала насоса. Обычно в этих насосах число расположенных вдоль оси вала кулачковых шайб с профильными кулачками совпадают с числом НЭ, а один профильный кулачок (шайба)
«обслуживает» только один НЭ (исключение составляют V - образные рядные насосы).
Вследствие крутой левой ветви скоростной характеристики НЭ [2, с.88] в насосах рядной конструкции предусмотрено устройство пускового обогащения подачи топлива, которое управляется от автоматического регулятора частоты вращения и обычно конструктивно совмещено с устройством дозирования подачи топлива (отсчетная кромка на плунжере).
Недостатком топливного насоса рядной конструкции является низкая надежность, что в большинстве случаев обусловлено низким ресурсом их НЭ. Известно, что ресурс НЭ этих насосов составляет 700-3000 ч, что в несколько раз ниже достигнутого уровня надежности дизелей [4, с.84]. Ресурс НЭ определяется локальным износом прецизионных деталей - плунжера и втулки, в результате чего левая ветвь скоростной характеристики НЭ становится еще более крутой [3, с.132], что не обеспечивает получение необходимого значения пусковой подачи (требуется, чтобы коэффициент пускового обогащения составлял 1,4...2,0, а он снижается до 1,0 и ниже). Мерами подрегулировки пусковая подача при таком износе не восстанавливается [9, с.56...58], в результате НЭ выбраковываются в металлолом с остаточным ресурсом, редко восстанавливаются.
К недостатком топливных насосов рядной конструкции относят также неравномерность величины подачи топлива по отдельным НЭ, особенно на скоростных режимах, отличных от номинального [2, с.91...93].
Известны также насосы распределительного типа [1, 2, 5]. В России находят применение распределительные топливные насосы НД 21 и НД 22 [1, с.84...88; 2, с.131...132; 3, с.92...95;5].
В распределительных топливных насосах типа НД-21/4 кулачковый вал несет на себе одну кулачковую шайбу с четырьмя расположенными по окружности через равные углы в 90° профильными симметричными кулачками, обеспечивающими подъем плунжера НЭ (четыре раза за один цикл).
Распределительный топливный насос дизеля содержит НЭ высокого давления в виде плунжерной пары, состоящей из втулки с наполнительными и распределительными окнами, для подключения через обратные клапаны в головке втулки к линиям высокого давления форсунок дизеля, и с центральным технологическим отверстием, в головной части втулки закрытым глухой резьбой пробкой, плунжера-распределителя, приводимого в возвратно-поступательное движение с помощью профильных кулачков, размещенных на одной общей кулачковой шайбе по ее окружности через равные углы, с дозирующим устройством в виде скользящей муфты (дозатора) на плунжере-распределителе и закрывающей отсечные окна последнего в период нагнетания топлива в форсунки дизеля, снабженным кинематическим приводом дозатора от автоматического регулятора частоты вращения кулачкового вала дизеля и устройством обогащения величины подачи топлива на режиме пуска дизеля, также кинематически связанным с автоматическим регулятором частоты вращения коленчатого вала дизеля через систему «эксцентрик дозатора с пружиной обогатителя- тяги- рычаги регулятора - муфта центробежных грузов регулятора».
-1
3
ц.п
Распределительный топливный насос обладает целым рядом преимуществ по сравнению с рядным топливным насосом [2, 5], однако и в нем не устранен главный недостаток топливных насосов высокого давления дизелей, а именно, зависимость величины пусковой подачи топлива от износа прецизионных деталей НЭ (втулки, плунжера, дозатора), вследствие чего величина пусковой подачи, обеспечиваемая НЭ на режимах пуска (на частотах 150-200 мин вращения коленчатого вала дизеля), используется как критерий выбраковки НЭ при ремонте топливной аппаратуры дизеля [3, 4]. Вследствие узости интервала допустимого изменения данного критерия, что обусловлено малыми пределами требуемого значения коэффициента обогащения подачи на режиме пуска дизеля (рекомендуемое обогащение составляет V≈100...140 мм/1 л рабочего объема дизеля [2, с.87]), плунжерные пары (или НЭ) топливных насосов высокого давления имеют
низкий ресурс, что ухудшает надежность топливных насосов и в целом дизеля как по показателям долговечности, так и по безотказности и ремонтопригодности [4].
В особенности это относится к распределительным топливным насосам, в большей степени к насосам типа НД-21/4, поскольку режим работы насосного элемента распределительного типа насоса характеризуется более высокими показателями цикличности и интенсивности изнашивания [2, 5].
При разработке настоящей полезной модели ставилась основная цель-повышение надежности распределительного топливного насоса НД-21/4 и в целом дизеля путем реализации разработанного авторами принципа «холодного» резервирования пусковой подачи распределительным топливным насосам НД-21/4, принципа, известного в теории и практике надежности машин своей высокой эффективностью.
Поставленная цель достигается тем, что распределительный топливный насос дизеля, содержащий насосный элемент высокого давления в виде плунжерной пары, состоящей из втулки с наполнительными и распределительными окнами, для подключения через обратные клапаны в головке втулки к линиям высокого давления форсунок дизеля, и с центральным технологическим отверстием в головной части втулки, закрытым глухой резьбовой пробкой, плунжера-распределителя, приводимого в возвратно-поступательное движение с помощью профильных кулачков, размещенных на одной общей кулачковой шайбе по ее окружности через равные углы, с дозирующим устройством в виде скользящей муфты (дозатора) на плунжере-распределителе и закрывающей отсечные окна плунжера-распределителя в период нагнетания топлива в форсунки дизеля, снабженный механическими приводом дозатора от автоматического регулятора частоты вращения коленчатого вала дизеля и устройством обогащения величины подачи топлива на режиме пуска дизеля, также механически связанным с автоматическим регулятором частоты вращения
коленчатого вала дизеля, снабжен еще одним дополнительным насосным элементом (НЭ) высокого давления в виде плунжерной пары, состоящей из втулки плунжера, установленной в корпусе распределительного топливного насоса в одной поперечной к оси кулачкового вала насоса плоскости и с угловым смещением относительно втулки основного НЭ высокого давления так, что ось симметрии втулки плунжера дополнительного НЭ высокого давления образует с осью симметрии втулки плунжера основного НЭ высокого давления в направлении вращения кулачкового вала плоский угол 90°, или 180°, или 270° (против направления вращения - соответственно 270°, или 180°, или 90°) и плунжера во втулке с дозирующим устройством в виде косой отсечной кромки на плунжере, механически связанным через посредство зубчато-реечного механизма с пружиной возвратного хода рейки и электромагнитным тяговым реле, состоящим из катушки с втягивающей и удерживающей обмотками и подвижного сердечника, шарнирно связанного с рейкой зубчато-реечного механизма, при этом дополнительный НЭ высокого давления гидравлически связан с надплунжерной плоскостью нагнетания и с линиями высокого давления основного НЭ высокого давления через посредство дополнительного топливопровода высокого давления и дополнительного обратного клапана, расположенного в дополнительно изготовленной в теле технологической пробки в центральном технологическом отверстии втулки основного НЭ внутренней полости, а дополнительное электромагнитное тяговое реле электрически связано с аккумуляторной батареей системы электрического запуска дизеля [8] путем включения параллельно основному электромагнитному тяговому реле электростартера дизеля через выключатель «Масса» и выключатель пуска электростартера дизеля, расположенный на пульте управления оператора дизельной установки (мобильной или стационарной).
Кроме того, в распределительном топливном насосе дизеля зубчато-реечный механизм привода дозирующего органа дополнительного НЭ высокого давления снабжен ограничителем хода рейки в виде двух
смещенных относительно один другого регулируемых концевых упоров, один из которых определяет режим «Подача включена» другой - режим «Подача выключена», при этом заданное значение величины подачи топлива дополнительным НЭ в режиме «Подача включена» устанавливают путем поворота поворотной втулки плунжера дополнительного НЭ, взаимодействующей с хвостовиком плунжера последнего, относительно зубьев зубчатого сектора зубчато-реечного механизма привода дозирующего устройства дополнительного НЭ высокого давления.
Кроме этого, в распределительном топливном насосе дополнительный насосный элемент высокого давления снабжен собственной, независимой от основного НЭ высокого давления, системой настройки момента начала подачи основным НЭ высокого давления, например, в виде регулируемого по высоте толкателя плунжера дополнительного НЭ высокого давления.
На фиг.1 изображена принципиальная схема распределительного топливного насоса; на фиг.2 - схема зубчато-реечного механизма привода дозирующего устройства дополнительного НЭ высокого давления; на фиг.3 - электрическая схема управления дополнительным НЭ высокого давления.
В корпусе 1 распределительного топливного насоса (фиг.1) установлены основной рабочий НЭ высокого давления виде плунжерной пары, состоящей из втулки 2 с наполнительными 3 и распределительными окнами 4 окнами, для подключения НЭ через обратные клапаны 5 (изображение условное) к топливопроводам 6 высокого давления форсунок 7 дизеля, и с центральным технологическим отверстием 8 в головной части втулки 2, закрытым резьбовой пробкой 9, плунжер-распределитель 10, приводимой в возвратно-поступательное движение с помощью профильных кулачков, размещенных на одной общей кулачковой шайбе 11 по ее окружности через равные углы, с дозирующим устройством в виде скользящей по плунжеру 10 муфты (дозатора) 12 и закрывающей отсечные окна 13 плунжера-распределителя в период нагнетания топлива в форсунки, механический привод 14 дозатора 12 от автоматического регулятора частоты
вращения коленчатого вала дизеля и устройством 15 обогащения величины подачи топлива на режиме пуска дизеля.
Также в корпусе 1 распределительного топливного насоса смонтирован узел дополнительного НЭ высокого давления в виде плунжерной пары, состоящей из втулки 16 и плунжера 17 с дозирующим устройством в виде косой отсечной кромки 18 на плунжере 17, его зубчато-реечного механизма (фиг.2) привода, включающего поворотную втулку 19 плунжера 17 с зубчатым венцом 20, имеющим клеммовое соединение с поворотной втулкой 19 и входящим в зацепление с зубчатой рейкой 21, которая снабжена возвратной пружиной 22 и шарнирно соединена с сердечником 23 электромагнитного тягового реле, подключаемого через зажимы «а» и «в» к цепи стандартного электростартера дизеля. Зубчатая рейка снабжена концевыми упорами 24 «Подача включена» и 25 «Подача выключена». Положение упоров 24 и 25 регулируется так, чтобы обеспечивались, в одном положении, заданная подача дополнительным НЭ, в другом крайнем положении - полное выключение подачи топлива.
В теле технологической заглушки 9 дополнительно выполнена внутренняя полость, в ней установлен обратный клапан 26 (фиг.1), через который по дополнительному топливопроводу 27 топливо из надплунжерной полости дополнительного НЭ высокого давления подается в надплунжерную полость основного НЭ высокого давления. Обратный клапан 26 пропускает топливо только в одном направлении, именно, от дополнительного НЭ к основному (рабочему) НЭ.
Распределительный топливный насос работает следующим образом.
Перед запуском дизеля рычаг управления топливным насосом переводят в положение максимальной подачи. В этом положении под действием пружины 15 (фиг.1) устройства обогащения подачи дозатор 12 занимает верхнее положение у отсечных окон 13 и тем самым обеспечивает максимальный активный ход плунжера 10 и, соответственно, увеличенное (обогащенное) значение подачи топлива на пуске.
-1
Ключом зажигания оператор замыкает контакты выключателя S2 (при замкнутых контактах выключателя S1 «Масса») и подключает к батарее GB (фиг.3) электромагнитное тяговое реле К, которое замыкает контакты К статорных обмоток и включает стартер М, который проворачивает коленчатый вал, разгоняя его до частоты вращения 150...200 мин. При изношенном основном НЭ последний не обеспечивает из-за своей пониженной цикловой подачи запуск дизеля.
Однако, в соответствии с настоящим новшеством, параллельно катушке К подключена дополнительное электромагнитное тяговое реле КД, у которого при замыкании выключателя S2 также втягивается сердечник 23 и, перемещаясь вправо по чертежу (фиг.1), переводит рейку 21 дополнительного НЭ до упора 24 и включат подачу топлива этим дополнительным НЭ. Топливо из его надплунжерной полости поступает в дополнительный топливопровод 27, открывает дополнительный обратный клапан 26, далее поступает в надплунжерную полость основного НЭ, а оттуда - по линиям нагнетания 6 к форсункам 7.
Так осуществляется компенсирование утечек топлива на режиме пуска через местные изношенные участки зазора в основном НЭ и увеличение пусковой подачи топлива до требуемого обогащения. Величина дополнительной дозы топлива от дополнительного НЭ регулируется с помощью клеммового соединения поворотной втулки 19 плунжера и зубчатого сектора 20 (фиг.2), т.е. по стандартной схеме (см. насосы УТН-5; ЯМЗ и др. [3, 4]), в положении рейки 21 «Подача включена» на упоре 24.
После запуска дизеля размыкают ключом зажигания контакты выключателя S2 (фиг.3). Катушка дополнительного электромагнитного реле КД обесточивается и возвратная пружина 22 переводит рейку 21 на левый упор «Подача выключена», т.е. дополнительный НЭ подает топливо к форсункам дизеля через основной НЭ только в период пуска дизеля. На всех других режимах функционирования дизеля дополнительный НЭ высокого давления совершает только холостые ходы, вследствие чего его детали
практически не изнашиваются, а ресурс значительно превышает ресурс основного НЭ. С этой точки зрения, установка дополнительного НЭ не снижает надежность распределительного насоса, а напротив повышает, поскольку теперь можно подрегулировкой восстанавливать цикловую подачу не только на номинальном, но и на пусковом режиме («слабое» звено серийных топливных насосов) и тем самым продлить ресурс основного насосного элемента высокого давления в 2...3 раза и, наконец, сделать его сопоставимым с ресурсом дизеля.
Использованные источники информации
1. Файнлейб Б.Н Топливная аппаратура автотракторных дизелей: Справочник. - Л.: Машиностроение, 1974. - 264 с.
2. Файнлейб Б.Н Топливная аппаратура автотракторных дизелей: Справочник 2-ое изд., перераб. и доп. - Л. Машиностроение, 1990 - 325 с.
3. Кривенко П.М., Федосов И.И Дизельная топливная аппаратура. - М.: Колос 1970 - 536 с.
4. 3агородских Б.П., Лялякин В. П., Плотников П.А. Ремонт и регулировка топливной аппаратуры автотракторных и комбайновых дизелей. - М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2006. - 212 с.
5. Голубков Л.Н., Савостенко А.А., Эмиль М. В. Топливные насосы высокого давления распределительного типа. - М.: Легион - Автодата, 2005. - С.31-35.
6. А.с. СССР №750119, Кл. F02М 41/12 Распределительный топливный насос.
7. А.с. СССР №1027426, Кл F02М 41/12. Распределительный топливный насос.
8. Акимов А.П., Лихадев В.А. Справочная книга тракториста-машиниста. Категории А, В, Г. - М.: Колос, 1993. - С.225-230.
9. Казарцев В.И. Ремонт машин. Изд. 3-е, перераб. и доп. - Л, - М.: Сельхозиздат, 1961. - 584 с.