Конструкция ТНВД может быть рассмотрена на примере насоса двигателя Вяртсиля-Ваза 22 HF с регулированием по концу подачи — рис. 1 в статье “ТНВД золотникового типа двигателя Вяртсиля 22 HF“ТНВД золотникового типа. Плунжер приводится в движение кулачком распределительного или кулачкового вала через промежуточный роликовый толкатель 11. Обратное движение плунжера обеспечивается пружиной. При положении плунжера в его НМТ впускное 2 и отсечное 3 окна открыты и надплунжерная полость заполняется топливом (рис. 1).
Начало активного хода плунжера соответствует перекрытию впускных отверстий 2 торцом плунжера 1. С этого момента начинается сжатие топлива, сопровождающееся ростом давления в надплунжерной полости. Под действием которого нагнетательный клапан 2 (см. рис. 1 в статье “ТНВД золотникового типа двигателя Вяртсиля 22 HF”ТНВД золотникового типа), преодолевая силу его пружины и остаточного давления в форсуночной трубке, поднимается и открывает доступ топлива к форсунке. Максимальная величина создаваемого в насосе давления в большинстве ранее созданных конструкций составляет 50-70 МПа, в новых моделях двигателей поднята до 120-150 МПа.
Конец активного хода плунжера происходит в момент подхода косой кромки 5 плунжера к нижней кромке отсечного (впускного) отверстия 3 (см. рис. 1). В этот момент начинается отсечка, давление в надплунжерном пространстве падает, так как находящаяся под косой кромкой кольцевая проточка соединена с надплунжерным пространством вертикальной прорезью 4 (или центральным сверлением).
Падение давления приводит к посадке нагнетательного клапана 2 на седло 4 (рис. 2). Разъединение нагнетательной полости насоса и форсуночного трубопровода начинается с момента входа цилиндрического пояска 1 в направляющий канал корпуса седла 4 клапана. Давление в трубопроводе резко снижается вследствие увеличения объема трубопровода на величину объема, описываемого цилиндрической частью 1 клапана. В трубопроводе перед форсункой устанавливается такое давление, чтобы оно было ниже давления открытия иглы форсунки и не могло вызвать ее последующих открытий в период, когда подача топлива насосом прекратилась (это давление называется остаточным — Pост).
Снижение давления также обеспечивает возможность исключить подтекание топлива под иглу между впрысками и, тем самым предотвратить коксование сопловых отверстий распылителя. В отдельных высокооборотных двигателях прибегают к разгрузке до давления, близкого к нулю, или даже равного вакууму. Однако это приводит к потере значительной части активного хода плунжера на сжатие топлива в топливопроводе и соответствующему запаздыванию открытия иглы форсунки.
Нагнетательные клапаны с разгрузочным пояском обладают одним существенным недостатком — падение давления в форсуночном топливопроводе зависит от величины давления в момент разгрузки. Проведенные фирмой Вяртсиля исследования показали, что если остаточное давление при работе на полной нагрузке составляло 17,0 МПа, то при нагрузке 50 % падало до 7 МПа и ниже. Поэтому в новой модификации ТНВД в дополнение к обычному нагнетательному клапану уже без разгрузочного 2 (см. рис. 1 в статье “ТНВД золотникового типа двигателя Вяртсиля 22 HF”Топливные насосы золотникового типа) был введен специальный невозвратный клапан разгрузки 1, разгружающий топливопровод до давления 10 МПа вне зависимости от режима работы двигателя.
В большинстве насосов золотникового типа соотношение активного хода плунжера к полному ходу составляет 1:3.
Следует отметить, что присущее насосам с регулированием по концу подачи постоянство угла опережения вне зависимости от режима работы двигателя не является критичным для двигателей, работающих основную долю времени при полных оборотах, и режимы малых оборотов у них занимают незначительное время. В то же время переменный конец подачи на долевых нагрузках при начале подачи, когда плунжер имеет достаточно высокую скорость движения, обеспечивает высокую эффективность рабочего процесса. В большинстве случаев насосы этого типа, как уже отмечалось, применяются в дизелях, работающих с постоянной скоростью вращения (дизель-генераторы).
ТНВД золотникового типа
В двигателях малой размерности обычно группируются в общем корпусе, с отдельным кулачковым валом, приводимым шестернями от коленчатого вала. В двигателях больших размеров насосы выполняются в отдельных корпусах и располагаются возможно ближе к крышкам цилиндров, чтобы сократить длину топливных трубок к форсункам и, тем самым, избежать смещения начала впрыска по форсунке и развития нежелательных колебания давлений в топливопроводе.
Преимуществом золотниковых топливных насосов является то, что в сравнении с насосами клапанного типа они проще по своей конструкции, дешевле в изготовлении и, как показала практика, отсутствие впускных и отсечных клапанов упрощает их эксплуатацию и повышает надежность.
Этим объясняется, что даже производители малооборотных судовых дизелей в последние годы переходят от ранее традиционно применяемых насосов клапанного типа на насосы золотниковые.
Недостатком насосов золотникового типа является более быстрое изнашивание и потеря плотности плунжерных пар. В отличие от насосов клапанного типа уплотнение полости сжатия в золотниковых насосах осуществляется только очень узкой поверхностью точно обработанной головки плунжера, расположенной на участке между верхней и нижней винтовыми кромками или торцом плунжера и винтовой отсечной кромкой. При износе этой поверхности (даже незначительном) сильно увеличивается утечка топлива и падает давление распыливания. Топливо, устремляясь с большой скоростью в перепускное отверстие в момент его открытия скошенной кромкой плунжера, сильно изнашивает кромки, особенно, если в нем имеются мельчайшие твердые частицы.
Будет интересно: Топливные насосы клапанного типа
Наряду с этим, имеет место повышенный односторонний износ трущихся поверхностей насосной пары, которому способствует вертикальная прорезь на образующей головки плунжера. В ней и в полости, выфрезерованной в плунжере под косой кромкой в процессе нагнетания поддерживается высокое давление топлива, которое и создает одностороннее прижатие плунжера к втулке и их односторонний износ. Для уменьшения одностороннего бокового прижатия плунжера и износа надплунжерное пространство сообщают с выемкой под отсечной кромкой плунжера вертикальным каналом, высверливаемым по центру плунжера и замещающим собой прорезь на его боковой поверхности. Вместо одной отсечной кромки фрезеруют две кромки, располагающиеся симметрично относительно оси по обеим сторонам плунжера. Для судовых двигателей в целях обеспечения реверса отсечным кромкам придают разное направление.
Для уменьшения влияния на наполнение насосного элемента волновых явлений, возникающих при открытии перепускного окна, впускное и перепускное отверстия во втулке располагают на разной высоте.
