Топливные насосы высокого давления

Топливный насос высокого давления НК-12двигателя В-46 (рисунок 5.18) плунжерного типа, служит для равномерной подачи топлива к форсункам в строго определённом количестве, в порядке работы цилиндров двигателя.

Техническая характеристика ТНВД НК-12М двигателя В-46-6:

количество топливных секций – 12 шт;

порядок работы секций-2-11-10-3-6-7-12-1-4-9-8-5;

охлаждение топливных секций - принудительное, за счёт протока топлива через топливные секции насоса;

смазка насоса - под давлением, от смазочной системы двигателя.

К корпусу насоса, со стороны, противоположной приводу от коленчатого вала двигателя, крепится всережимный регулятор 1.

НК-12 состоит: корпус насоса 3; топливные секции; кулачковый валик 6; толкатели 5; зубчатая рейка 2; ограничитель максимальной подачи топлива.

Частота вращения кулачкового вала НК-12 - в 2 раза медленнее вращения коленчатого вала двигателя.

Рис. 5.18 Топливный насос высокого давления НК-12М:
1 – регулятор оборотов с крышкой; 2 – зубчатая рейка; 3 - корпус насоса;

4 – топливоподающие секции; 5 – толкатель; 6 – кулачковый валик

Кулачковый вал 6 установлен в нижней части корпуса в пяти разъемных подшипниках скольжения и в двух радиальных шарикоподшипниках, расположенных на концах вала. Кулачковый вал служит для перемещения через толкатели плунжеров насосных секций. На кулачковый вал со стороны привода устанавливается шлицевая втулка, на другом конце вала крепится крестовина регулятора.

Рис. 5.19 Топливная секция насоса высокого давления НК-12М:
1 – кулачковый валик; 2 – нижняя пробка насоса; 3 - корпус насоса;

4 – подшипник кулачкового валика; 5 – игольчатый подшипник; 6 – зажим трубки смазки насоса; 7 – ролик толкателя; 8 – палец толкателя; 9 – толкатель; 10 – регулировочный болт; 11 – контргайка; 12 – нижняя тарелка толкателя; 13 – гильза плунжера; 14 – верхняя тарелка пружины; 15 – стопорный винт; 16 – рейка; 17 – зубчатый венец; 18 – плунжер; 19 – уплотнительная прокладка; 20 – седло нагнетательного клапана; 21 – нагнетательный клапан; 22 – ограничитель; 23 – нажимной штуцер; 24 – зажим трубки выпуска воздуха; 25 – установочный винт гильзы; 26 – поворотная гильза; 27 – боковая крышка топливного насоса;

28 – пружина; А – дренажный канал.

Насосная секция НК-12 (рисунок 5.19) состоит: штуцер 23, нагнетательный клапан 21 с пружиной, седло клапана 20, компенсационная полая шайба, поворотная гильза 26 с зубчатым венцом 17, втулка плунжера, гильза плунжера 13, плунжер 18, пружина 28 с тарелкой 14, толкатель 9.

Плунжер 18 предназначен для подачи и изменения количества подаваемого топлива. На шейке плунжера установлена тарелка пружины 14, предназначенной для возвращения плунжера в крайнее нижнее положение.

Поворотная гильза 26 установлена на гильзе плунжера 13. На поворотной гильзе стяжным винтом крепится зубчатый венец 17, входящий в зацепление с зубчатой регулирующей рейкой. Нижняя часть поворотной гильзы имеет две прорези, в которые входят выступы плунжера. Верхняя часть пружины плунжера упирается в верхнюю тарелку 14. Такое соединение обеспечивает возможность плунжеру совершать возвратно-поступательное движение и обеспечивает поворот плунжера вместе с поворотной гильзой при изменении величины подачи порций топлива в цилиндры.

Нагнетательный клапан 21 служит для периодического разобщения надплунжерного пространства с полостью трубопровода высокого давления и быстрой его разгрузки от высокого давления. Основными деталями клапана являются: седло 20, клапан, пружина и ограничитель 22. Ограничитель имеет вертикальное и горизонтальное сверления для прохода топлива. Он уменьшает объем топлива в нагнетательной магистрали насоса и ограничивает подъем нагнетательного клапана. Седло устанавливается на торце гильзы и прижато к ней нажимным штуцером. Нагнетательный клапан конусной частью притирается к седлу. Между клапаном и нажимным штуцером вставлен ограничитель хода клапана.

К топливному насосу осуществлен двойной подвод топлива, что обеспечивает надежность лучшего заполнения гильз топливных секций насоса и уменьшает возможность испарения топлива, а также образование паровых пробок внутри топливоподводящего канала.

Ограничитель максимальной подачи топлива (рисунок 5.20) включает центробежную муфту с грузами, которая через систему рычагов воздействует на дозатор, изменяющий величину топливоподачи. На нем имеется маховичок, с помощью которого переключается максимальная подача топлива при переходе на другой вид топлива (керосин или бензин).

Работа топливного насоса высокого давления НК-12М

Кулачковый вал топливного насоса высокого давления приводится во вращение от коленчатого вала двигателя через передачу. При вращении вала кулачки, воздействуя на толкатели, перемещают плунжеры вверх. Перемещение плунжеров вниз происходит под действием пружин.

Рис. 5.20. Ограничитель максимальной подачи топлива:
1 – маховичок; 2 – втулка фиксатора; 3 – шарик стопора упора; 4 – колпачок; 5 – пружинное кольцо; 6 – упор рейки насоса; 7 – гильза упора; 8 – валик фиксатора; 9 – корпус ограничителя; 10 – рейка; 11 – зубчатый венец

При ходе плунжера вверх под действием соответствующего кулачка на толкатель в первой части хода часть топлива, находящегося над плунжером, через два трехмиллиметровых отверстия в гильзе вытесняется обратно в топливоподводящую полость.

В момент перекрытия плунжером этих отверстий в гильзе начинается сжатие топлива, давление возрастает, открывается нагнетательный клапан и по трубопроводу высокого давления топливо подается в форсунку. Нагнетание топлива в форсунку продолжается до тех пор, пока верхняя (отсечная) кромка отсечного паза плунжера не подойдет к нижней кромке отверстия А, после чего подача топлива в форсунку прекратится, хотя плунжер и будет продолжать движение вверх. Этот момент называется отсечкой подачи топлива.

С этого момента топливо из надплунжерного пространства будет перетекать по осевому и радиальному отверстиям плунжера через отверстия в гильзе обратно в топливный канал, в надплунжерном пространстве давление резко снижается, и нагнетательный клапан под действием пружины быстро садится на седло. При этом в направляющее отверстие седла клапана вначале входит цилиндрический (разгрузочный) поясок и клапан начинает работать как поршень. Опускаясь дальше, клапан увеличивает внутренний объем нагнетательного трубопровода, давление- в топливоподводящих каналах снижается, игла форсунки быстро садится в седло распылителя, что обеспечивает резкое окончание впрыска.

При движении вниз плунжер открывает отверстия подачи топлива, и гильза под действием давления и разрежения над плунжером вновь наполняется топливом. При повороте плунжера верхняя кромка отсечного паза меняет момент открытия отверстия А, увеличивая или уменьшая продолжительность подачи топлива в форсунку, а значит, и объем впрыскиваемого топлива.

Количество впрыскиваемого топлива при изменении режима работы двигателя меняется с одновременным поворотом всех плунжеров на один и тот же угол. Заданный режим работы двигателя и изменение количества топлива, подаваемого насосом в зависимости от изменения нагрузки, поддерживается регулятором.

Топливный насос высокого давления двигателя КамАЗ-740 (рисунок 5.21) предназначен для точного дозирования топлива в соответствии с режимом работы двигателя и обеспечения его подачи в определенные моменты рабочего цикла к форсункам в соответствии с порядком работы цилиндров. Насос плунжерного типа, с V-образным расположением секций, установлен в развале блока цилиндров. Характеристика топливного насоса высокого давления представлена в таблице 5.2.

Рис. 5.21. Топливный насос высокого давления двигателя КамАЗ-740

В нижней части корпуса установлен кулачковый вал. Количество кулачков вала соответствует числу секций насоса, а их взаимное расположение - порядку чередования подачи секциями.

При вращении кулачкового вала усилие передается на роликовый толкатель и через пяту толкателя - на плунжер секций.

В корпусе топливного насоса высокого давления установлены восемь секций, каждая из которых состоит из корпуса 9 (рис. 5.23), втулки плунжера 6, плунжера 5, поворотной втулки 12, нагнетательного клапана 7, седло которого прижато к втулке плунжера 6 штуцером 8.

Таблица 5.2

Техническая характеристика топливного насоса высокого давления

Плунжер совершает возвратно-поступательное движение под действием кулачка вала и пружины 4 толкателя. Толкатель от проворачивания в корпусе зафиксирован сухарем. Кулачковый вал вращается в роликовых подшипниках 22 (рисунок 5.22), установленных в запрессованные в корпус насоса стальные кольца и прижатых крышками. Натяг подшипников кулачкового вала должен составлять 0,05-0,15 мм и регулируется прокладками 21.

Для изменения подачи топлива плунжер 5 (рисунок 5.23) проворачивается с помощью втулки 6, соединенной через ось поводка с рейкой 11 насоса. Рейка перемещается в направляющих втулках 17 (рисунок 5.22). Отверстия под направляющие втулки в корпусе топливного насоса высокого давления со стороны привода закрыты пробками 16. С противоположной стороны насоса находится корректор подачи топлива по давлению наддувочного воздуха 2.

На переднем торце корпуса, в месте выхода топлива из насоса, установлен перепускной клапан 15, который обеспечивает давление перед впускными отверстиями плунжеров на рабочих режимах 0,13-0,19 МПа (1,3-1,9 кгс/см²).

Смазывание насоса циркуляционное, под давлением от общей смазочной системы.

Топливо под действием топливоподкачивающего насоса поступает из фильтра тонкой очистки топлива в канал А (рисунок 5.23) насоса высокого давления и при нижнем положении плунжера через впускное отверстие 2 (рисунок 5.24, а, схема I) подается внутрь втулки 3, заполняет надплунжерное пространство 4 и проходит через осевое 14 и диаметральное 15 отверстия к спиральным канавкам 10.

Рис. 5.22. Топливный насос высокого давления:

1 - винт регулировки цикловой подачи топлива; 2 - корректор подачи топлива по давлению наддувочного воздуха; 3 - подшипник крышки регулятора; 4, 21 - регулировочные прокладки; 5 - подшипник державки грузов; 6 - державка грузов; 7 - ось грузов; 8 - упорный подшипник муфты peгулятора; 9 - груз; 10 - возвратная пружина рычага останова; 11 - муфта регулятора; 12 - прямой корректор; 13 - верхняя крышка регулятора; 14 - рычаг пружины регулятора; 15 - перепускной клапан; 16 - пробка рейки; 17 - втулка рейки; 18 - манжета; 19 - фланец ведомой полумуфты; 20 - полумуфта ведомая; 22 - подшипник кулачкового вала; 23 - кулачковый вал; 24 - шестерня регулятора ведущая; 25 - сухарь ведущей шестерни; 26 - фланец ведущей шестерни; 27 - эксцентрик привода топливоподкачивающего насоса; 28 - крышка peгyлятopa задняя; 29 - шестерня регулятора промежуточная; 30 - подшипник промежуточный шестерни регулятора

При подъеме плунжера 1 топливо вначале вытесняется из надплунжерного пространства (схема II) через впускное отверстие обратно в топливоподводящий канал. Затем, когда это отверстие перекроет плунжер, топливо сжимается в надплунжерном пространстве, вследствие чего нагнетательный клапан 5 поднимается вверх, сжимает пружину 9 и пропускает топливо из надплунжерного пространства в штуцер 8, откуда оно поступает к форсунке. Дальнейшее движение плунжера вверх сопровождается повышением давления до 24-25,2 МПа (240-252 кгс/см²), при котором игла форсунки, приподнимаясь, открывает проход топливу, впрыскиваемому в камеру сгорания.

Впрыскивание топлива из форсунки в камеру сгорания продолжается до тех пор, пока отсечная кромка спиральной канавки 10 движущегося вверх плунжера не начнет открывать перепускное отверстие 12 (схема III), соединяющее надплунжерное пространство с топливоотводящим каналом. Давление в надплунжерном пространстве резко снижается, топливо перетекает в указанный канал, и нагнетательный клапан 5 под действием пружины садится в седло 7.

Рис. 5.23. Секция топливного насоса высокого давления КамАЗ-740:

а - секция топливного насоса в сборе; б - плунжерная пара с нагнетательным клапаном:

А - полость нагнетания топливного насоса; Б - полость отсечки;

1 - корпус насоса; 2 - толкатель секции; 3 - пята толкателя; 4 - пружина; 5 - плунжер; 6 - втулка плунжера; 7 - нагнетательный клапан; 8 - штуцер; 9 - корпус секции; 10 - отсечная кромка винтовой канавки плунжера; 11 - рейка; 12 - поворотная втулка плунжера; 13 - пружина нагнетательного клапана; 14 - седло нагнетательного клапана

Для устранения подтекания топлива в камеру сгорания между распылителем и иглой форсунки необходима быстрая посадка иглы в седло, т. е. четкая отсечка подачи топлива. Это обеспечивается нагнетательным клапаном, имеющим перепускной канал 11, который при посадке клапана в седло способствует перетеканию топлива из надклапанного пространства в надплунжерное, а его поясок при закрытии перепускного канала (схема IV) способствует увеличению объема пространства за ним - это приводит к резкому снижению давления в трубке между штуцером и форсункой.

Режим работы двигателя зависит от количества топлива, подаваемого в цилиндры секциями насоса за один ход плунжера. При повороте плунжеров во втулках на некоторый угол изменяется количество подаваемого топлива.

Рис. 5.24. Плунжерные пары:

а - схемы работы секции насоса; б - схемы изменения количества подаваемого топлива; I - впуск топлива; II - начало подачи; III - работа нагнетательного клапана; IV - конец подачи; V - максимальная подача; VI - половинная подача; VII - отсутствие подачи;

1 - плунжер; 2 - впускное отверстие; 3 - втулка плунжера; 4 - надплунжерное пространство; 5 - нагнетательный клапан; 6 - канал подвода топлива; 7 - седло нагнетательного клапана; 8 - штуцер; 9 - пружина нагнетательного клапана; 10 - спиральная канавка на плунжере; 11 - перепускной канал; 12 - перепускное отверстие; 13 - канал отвода топлива; 14 - осевое отверстие в плунжере; 15 - диаметральное отверстие в плунжере

При движении рейки внутрь насоса плунжеры всех секций одновременно повертываются в положение, соответствующее максимальной подаче (схема V). В этом случае расстояние А от отсечной кромки плунжера 1 до перепускного отверстия 12 будет наибольшим. При повороте плунжера в обратном направлении подача топлива снижается (схема VI), так как перепускное отверстие открывается раньше. Подача топлива плунжерной парой прекращается при совмещении диаметрального отверстия 15 плунжера с перепускным 12 (схема VII), так как при движении плунжера вверх надплунжерное пространство 4 сообщается сначала с отверстием 12, а затем с отверстием 2. Таким образом, при повороте плунжера изменяется момент окончания подачи и количество подаваемого топлива, а момент начала подачи топлива насосом остается неизменным. Момент начала подачи топлива регулируют подбором пяты толкателя 3 (рисунок 5.23). Если пяту заменить на большую по толщине, то при повороте кулачкового вала толкатель раньше будет поднимать плунжер и топливо будет раньше поступать к форсунке, т. е. угол начала подачи топлива секцией насоса увеличится. При уменьшении толщины пяты этот угол уменьшается. Такую регулировку насоса выполняют на специальном стенде.

Рис. 5.25. Схема соединения секций топливного насоса

высокого давления с форсунками двигателя

Номера форсунок и схема подсоединения секций к форсункам двигателя приведены на рисунке 5.25.

Рис. 5.26 Привод топливного насоса высокого давления:

I - указатель на корпусе топливного насоса высокого давления; II - установочная метка на фланце ведомой муфты; S - смещение установочной метки; 1 - корпус топливного насоса высокого давления; 2 - полумуфта ведомая; 3 - фланец ведомой полумуфты; 4, 6 - пакеты компенсирующих пластин; 5 - фланец центрирующий; 7, 9 - болты крепления; 8 - вал привода; 10 - полумуфта ведущая; 11 - болт полумуфты ведущей; 12 - шпонка; 13 - втулка центрирующая

Корректор по давлению наддувочного воздуха (рисунок 5.27) уменьшает подачу топлива при снижении давления наддувочного воздуха ниже 0,04-0,45 МПа (0,4-0,45 кгс/см²), тем самым осуществляя тепловую защиту двигателя и ограничивая дымность отработавших газов.

Корректор подачи топлива не прямого действия: при изменении давления наддувочного воздуха в полости мембраны меняется положение золотника, который, в свою очередь, определяет положение поршня корректора.

Рис. 5.27. Корректор подачи топлива по давлению наддувочного воздуха:

1 - корпус; 2 - золотник; 3 - кольцо упорное; 4 - прокладка; 5 - шайба; 6 - болт; 7 - пружина; 8 - корпус мембраны; 9 - кольцо уплотнительное; 10 - гайка; 11 - винт регулировочный; 12 - рычаг корректора; 13 - ось рычага; 14 - кольцо уплотнительное; 15 - винт регулировочный; 16 - гайка; 17 - втулка штока; 18 - гайка; 19 - шайба; 20 - болт; 21 - крышка мембраны; 22 - мембрана; 23 - тарелка; 24 - шток мембраны; 25 - тарелка пружины; 26 - поршень; 27 - пружина поршня; 28 - гайка; 29 - шпилька; 30 - гайка; 31 - наконечник шпильки

В корпусе корректора 1 установлен поршень 26 с золотником 2. На поршень действует пружина 27, зафиксированная тарелкой 25 и кольцом 3. В поршень завернута и законтрена гайкой 28 шпилька 29 с наконечником 31, являющимся номинальным упором в регуляторе. Наконечник контрится гайкой 30. На золотник 2 действует пружина 7, предварительное натяжение которой может меняться регулировочным винтом 11. К корпусу корректора 1 через прокладку 4 прикреплен корпус мембраны 8. В него установлен узел мембраны со штоком (детали 24, 16, 17, 23, 22, 19, 18). Мембрана зажата между корпусом 8 и крышкой 21. В корпусе мембраны 8 на оси рычага 13 установлен рычаг корректора 12, поворот которого ограничен регулировочным винтом 15. В полость А между корпусом корректора 1 и поршнем 26 через резьбовое отверстие и жиклер диаметром 0,7 мм в корпусе корректора (на рисунке не показаны) подается масло под давлением из смазочной системы двигателя. Поршень под действием этого давления, сжимая пружину 27, перемещается влево до тех пор, пока не откроются окна в поршне и золотнике и масло не пойдет на слив. При этом устанавливается постоянный расход масла через корректор. При изменении положения золотника поршень перемещается вслед за ним (следящая система).

Через резьбовое отверстие крышки 21 в полость мембраны подводится воздух из впускного коллектора двигателя. При снижении давления воздуха ниже 0,05 МПа (0,5 кгс/см²) усилие пружины корректора 7, действующей на золотник, становится больше усилия, создаваемого давлением наддувочного воздуха на мембрану и передающегося через шток мембраны и рычаг корректора также на золотник. Золотник перемещается вправо до тех пор, пока не наступит равновесие сил, действующих на него. Вслед за золотником перемещается вправо и поршень со шпилькой 29 и наконечником 31, передвигая вправо упирающийся в него рычаг регулятора, вслед за которым под действием центробежных сил грузов движутся рычаги с рейками насоса в сторону уменьшения подачи топлива.