Топливные насосы и форсунки являются ключевыми компонентами системы подачи топлива на морских судах. Насосы используются для перекачивания топлива из баков на борту в двигатель, а форсунки – для распыления топлива в камере сгорания двигателя.
Основные конструкции топливных насосов и форсунок могут существенно различаться в зависимости от типа двигателя и используемого топлива.
Топливные насосы
Топливные насосы, обычно называемые топливными насосами высокого давления (ТНВД), выполняют следующие функции:
- Отмеривание (дозирование) порции подаваемого в цилиндр топлива (величины цикловой подачи) в полном соответствии с заданным режимом работы двигателя.
- Обеспечение требуемого момента начала подачи топлива (угла опережения) и продолжительности и характеристики впрыска (закона подачи).
- Сжатие топлива до заданных давлений впрыска.
Цикловая подача — подача топлива за один рабочий цикл
где:
- m – коэффициент тактности,
- для 2-т. дв. = 1;
- для 4-х т. дв. = 2;
- n – об/мин;
- i – число цилиндров;
- gе – уд. расход топлива.
В свою очередь,
где:
- Fпл = πd2 площадь плунжера;
- ha – активный ход пл.;
- ρт – плотность топлива;
- ηпод. т. н. – коэффициент подачи топливного насоса, представляющий собой отношение действительно поданной порции топлива gц к теоретически возможной и равной объему, описываемому плунжером на протяжении его активного хода.
Регулирование цикловой подачи
Регулирование цикловой подачи осуществляется путем:
- Изменения количества перепускаемого топлива на части хода плунжера с использованием клапанов, открытие и закрытие которых осуществляется специальным приводным механизмом (насосы клапанного типа).
- Изменения количества перепускаемого топлива на части хода плунжера с использованием в качестве регулирующего органа самого плунжера (насосы золотникового типа).
В обоих вариантах используются три способа организации подачи топлива:
- A. Перепуск излишнего количества топлива осуществляется в конце подачи (насосы с регулированием по концу подачи);
- B. Перепуск излишнего количества топлива осуществляется в начале подачи (насосы с регулированием по началу подачи);
- C. Перепуск излишнего количества топлива осуществляется в начале и в конце подачи (насосы со смешанным регулированием).
Привод плунжеров ТНВД осуществляется от кулачных шайб, откованных заодно с распределительным или специальным кулачковым валиком (двигатели высоко и среднеоборотные), или закрепленных на валу на шпонках или шлицевых соединениях, что позволяет их разворачивать или осуществлять замену (двигатели мало- и среднеоборотные).
Исключение составляют топливные насосы с гидроприводом, в которых плунжер приводится под давлением гидромасла.
Профили кулачных шайб
Симметричные – применяются в 2-х тактных дизелях, позволяют осуществлять реверсирование с одним комплектом шайб, обеспечивающих одинаковые фазы распределения как на переднем, так и на заднем ходах.
Несимметричные – применяются в 4-х тактных дизелях, позволяют осуществлять меньшую продолжительность впрыска топлива при большей скорости плунжера. Для осуществления реверса требуется двойной комплект шайб – переднего и заднего хода. Стандартный профиль топливной шайбы образован дугами окружности и на участке активного хода обеспечивает движение плунжера с линейно увеличивающимися и постоянными скоростями (см. рис. 1).
Для достижения более короткой и интенсивной подачи используют тангенциальные кулачки, имеющие более крутой профиль (см. рис. 2).
Форсунки
Форсунки служат для непосредственного впрыскивания топлива в цилиндр двигателя, распыливания его на частицы с размером не более 5-30 μк и распределения их внутри камеры сгорания.
Представленная на рис. 3 форсунка закрытого типа (в качестве запорного органа используется игла 10), многодырчатая и неохлаждаемая. Размещается в крышке цилиндра и состоит из двух основных элементов — корпуса 5 и распылителя 1 с отдельным сопловым наконечником 11. Топливо от насоса подводится к штуцеру 8, в котором размещен сменный элемент фильтра тонкой очистки топлива 7. Далее топливо поступает в канал 14, откуда попадает в кольцевую выточку 15 на торце распылителя. При закрытом положении игла своим конусом сидит на конусе сопла и препятствует проникновению топлива в нижерасположенную камеру соплового наконечника 11. Игла 10 через толкатель нагружена пружиной 3, затяг которой может регулироваться винтом. Изменением силы затяга устанавливается давление отрыва иглы от седла (начальное давление впрыскивания — Pфо). Отверстие в корпусе, закрытое винтом 6, служит для отвода просочившегося топлива. Рядом со штуцером располагается клапан выпуска воздуха 8, используемый при предварительной прокачке форсунок перед пуском.
По типу запорных органов и распыливающих отверстий применяются следующие виды распылителей:
- клапанные (с иглой) многодырчатые;
- клапанные однодырчатые;
- штифтовые распылители.