Тонкое распыливание топлива — это одно из важнейших условий для нормального протекания процесса сгорания. Форсунка, осуществляющая впрыск топлива в камеру сгорания, может обеспечить это требование только в том случае, если в ее каналы топливо будет подаваться под большим давлением. Эту работу и выполняет топливный насос.
- На тракторных дизелях отечественного производства устанавливаются насосы двух типов:
- многоплунжерные, у которых каждую форсунку обслуживает отдельный насосный элемент и, следовательно, число насосных элементов равно числу цилиндров двигателя;
- одноплунжерные, с одним насосным элементом, обслуживающим любое число форсунок через распределительное устройство.
Топливный насос должен подавать топливо ко всем форсункам в одинаковом количестве и при одном и том же положении поршней в цилиндрах, обеспечивающем наивыгоднейший угол опережения впрыска.
Чтобы мощность, развиваемая двигателем, всегда соответствовала нагрузке, нужно при изменении нагрузки изменять и количество подаваемого топлива. У насосов отечественных тракторных дизелей это достигается изменением момента окончания подачи топлива при постоянном моменте начала подачи Многоплунжерный топливный насос состоит из насосных элементов, механизма привода плунжеров и механизма регулирования количества подаваемого топлива. Основным механизмом насоса является насосный элемент.
Схема работы насосного элемента. На рисунке а показана схема процесса нагнетания топлива насосным элементом.
а — процесс нагнетания топлива насосным элементом; б — принцип регулирования количества топлива, подаваемого за один цикл; в — принцип регулирования момента начала подачи топлива; 1 — гильза; 2 — отсечная кромка плунжера; 3 — плунжер; 4 — отверстие для перепуска топлива; 5 — надплунжерная полость; 6 — седло нагнетательного клапана; 7 — нагнетательный клапан; 8 — пружина; 9 — разгрузочный поясок нагнетательного клапана; 10 — отверстие для впуска топлива; 11 — осевой канал плунжера; 12 — радиальный канал плунжера.
В гильзе 1 движется возвратно-поступательно плунжер 3. На верхний торец гильзы установлено седло 6 нагнетательного клапана с самим нагнетательным клапаном 7. Клапан прижат к седлу пружиной 8. Обе пары деталей — плунжер с гильзой и нагнетательный клапан с седлом — являются прецизионными, т.е. их детали обработаны с высокой степенью точности и индивидуально подобраны друг к другу так, что зазоры между ними составляют 1—2 микрона. В гильзе просверлены два отверстия: верхнее 10 для впуска топлива в гильзу и нижнее 4 для перепуска топлива по окончании подачи.
Оба отверстия сообщаются с каналом в головке насоса, куда подкачивающая помпа нагнетает топливо. Плунжер имеет осевой 11 и радиальный 12 каналы и фасонную выточку с косым срезом — отсечной кромкой 2.
При движении плунжера вниз в надплунжерной полости 5 создается разрежение и вследствие перепада давления в момент открытия впускного отверстия из канала головки насоса поступает топливо. При движении плунжера вверх он сначала выталкивает часть топлива обратно через впускное отверстие, а как только отверстие закроется, начинает сжимать топливо в надплунжерной полости. Известно, что всякая жидкость практически почти не сжимается, поэтому давление в надплунжерной полости быстро возрастает. Когда оно превысит противодавление топлива, имеющегося над клапаном (80—90 кг/см²), и упругость его пружины (6—8 кг/см²), клапан поднимется и топливо начнет выталкиваться в топливопровод. Когда в топливопроводе давление превысит 125 кг/см², откроется запорная игла форсунки и начнется впрыск топлива в камеру сгорания. За счет некоторого сжатия топлива в топливопроводе и расширения самого топливопровода, а также за счет утечки топлива в зазоры между деталями насосного элемента и форсунки начало впрыска будет несколько запаздывать относительно начала подачи топлива в топливопровод.
Подача топлива в топливопровод и его впрыск форсункой продолжаются до тех пор, пока отсечная кромка плунжера не подойдет к нижней кромке перепускного отверстия. В этот момент полость фасонной выточки, а следовательно, и надплупжерная полость сообщится с каналом головки. Давление в них резко снизится, и нагнетательный клапан начнет садиться в свое гнездо.
Вначале клапан войдет в отверстие гнезда цилиндрическим, точно обработанным пояском 9 (разгрузочным), разобщит тем самым надплунжерную полость с полостью над клапаном и сделает невозможным перетекание топлива из топливопровода в надплунжерную полость. При дальнейшем движении клапана произойдет как бы отсасывание топлива из топливопровода и давление снизится до 80—90 кг/см².
На рисунке б показан принцип регулирования количества топлива, подаваемого насосным элементом за один цикл. Из него следует, что начало подачи топлива происходит всякий раз при одном и том же положении плунжера, а окончание подачи зависит от того, какой частью отсечная кромка располагается против перепускного отверстия.
Рабочий ход плунжера т.е. часть полного хода от момента закрытия впускного отверстия до начала открытия отверстия для перепуска топлива, равен разности между высотой отсечной кромки l против перепускного отверстия и расстоянием l1 между кромками отверстий. Последняя величина постоянна для насоса данной конструкций, поэтому чем больше l, тем больше рабочий ход плунжера и подача.
Изменение количества подаваемого топлива достигается изменением рабочего хода плунжеров за счет их поворачивания относительно отверстий в гильзе. Эта операция осуществляется механизмом регулирования количества подаваемого топлива.
Топливные насосы дизелей Д-36, Д24 и Д-14 имеют одинаковые детали насосных элементов, за исключением плунжеров, которые отличаются углом наклона отсечной кромки. У насоса дизеля Д-36 этот угол составляет 33°20′, у Д-14 и Д24 — 48°20′.
По сравнению с плунжерами с более крутой кромкой плунжеры с пологой кромкой при одинаковом положении в гильзе имеют меньший рабочий ход и меньшую подачу топлива за цикл. Однако их эксплуатационные качества выше: легче регулируется равномерность подачи топлива, более стабильны показатели при длительной работе насоса, износ деталей регулирующего механизма меньше влияет на величину подачи топлива.
Количество подаваемого за каждый цикл топлива зависит не только от величины рабочего хода плунжера, но и от скорости его движения. При уменьшении числа оборотов подача за цикл снижается. Это происходит, во-первых, потому, что при медленном движении плунжера подача начинается несколько позже и заканчивается несколько раньше, а во-вторых, увеличивается утечка топлива через зазоры.
У тракторных дизелей угол опережения подачи топлива обеспечивается постоянный и притом наивыгоднейший для режима работы с полной нагрузкой при нормальном числе оборотов. Этот наивыгоднейший момент подачи устанавливают при регулировке насоса.
Как показано на рисунке в, начало подачи топлива зависит от расстояния m между торцом плунжера и верхней кромкой впускного отверстия.
Чем больше это расстояние, тем позже начнется подача. При изменении положения плунжера в гильзе по высоте полный ход s и рабочий ход s1, остаются неизмененными, изменяется только положение верхней и нижней мертвых точек плунжера. Поэтому количество подаваемого топлива от момента начала подачи у насосных элементов данной конструкции не зависит. [Дизельные колесные тракторы. Гельман Б.М. и др. 1959 г.]