Рис. 1. Схема работы топливо-подающего насоса:
а — движение поршня вниз — топливо подается к насосу высокого давления; б — движение поршня вверх — топливо заполняет полость Б; 1 — нагнетательный и 2 — впускной клапаны; 3 — поршень; 4 — шток; 5 — ролик; 6 — кулачок вала привода; 7 и 8 — пружины; А и Б — полости

Топливо подают топливным насосом высокого давления в строго определенный момент, за очень короткий промежуток времени, с возможностью изменения момента опережения впрыска по отношению к проходу поршня через в.м.т. в конце хода сжатия. Топливный насос обслуживает все цилиндры двигателя.

Топливные насосы высокого давления, применяемые у современных автомобильных дизельных двигателей, относятся к плунжерному типу с отдельной секцией на каждый цилиндр двигателя. Все секции объединены в одном корпусе и приводятся в действие от общего кулачкового вала, получающего вращение через шестеренчатый привод от распределительного вала двигателя.

У большинства насосов высокого давления все плунжерные секции расположены в один ряд, у некоторых насосов, например устанавливаемых на двигателях ЯМЗ-740, плунжерные секции располагаются в два ряда под углом 75° одна к другой.

Устройство насоса высокого давления показано на рис. 30. Он состоит из корпуса насоса, плунжерных секций, кулачкового вала, регулятора частоты вращения и муфты опережения впрыска. Каждая секция насоса представляет собой гильзу с движущимся внутри нее плунжером.

Гильзы установлены в расточках корпуса насоса и фиксируются в нем стопорными винтами. Верхнее отверстие в гильзе впускное, оно сообщается с каналом Б подвода топлива в корпусе насоса. Нижнее (перепускное) отверстие в гильзе соединено с каналом А отвода топлива. На наружной поверхности верхней части плунжера имеется круговая проточка. Выше нее расположен фасонный паз, начинающийся снизу винтовой канавкой и заканчивающийся прямолинейной вертикальной канавкой. Этот паз соединяет пространство над плунжером с кольцевой полостью, образуемой круговой выточкой на плунжере. Сверху к гильзе прилегает седло нагнетательного клапана, которое прижимается к торцевой поверхности гильзы штуцером, ввернутым в корпус насоса. К штуцеру присоединен нагнетательный трубопровод высокого давления.

Плунжеры всех секций приводятся в движение от общего кулачкового вала, расположенного в нижней части корпуса и установленного на конических роликовых подшипниках. Кулачок действует на плунжер через роликовый толкатель, который постоянно прижимается к кулачку пружиной. Под действием этой пружины, опирающейся на тарелку, плунжер движется вниз. Проворачиванию толкателя препятствует ось ролика, которая имеет выступы, входящие в пазы на расточках корпуса. Ролик толкателя установлен на плавающей втулке 20. Для регулировки момента начала подачи топлива в толкатель ввернут регулировочный винт 16, фиксируемый в определенном положении контргайкой.

Рассмотрим работу насоса высокого давления. Когда плунжер опускается, пространство над ним заполняется топливом, поступающим через отверстие Д в гильзе и канал Б подвода топлива. При движении плунжера вверх это отверстие перекрывается торцевой кромкой плунжера и давление в пространстве над плунжером повышается. С увеличением давления до 1,2—1,8 МПа открывается нагнетательный клапан и топливо через штуцер канала А отвода топлива и трубопровод высокого давления поступает к форсунке. Плунжер продолжает подниматься и соответственно повышает давление. Когда его величина достигает 15 МПа, поднимается игла форсунки и доза топлива, поданная насосом, впрыскивается в цилиндр двигателя. При подходе плунжера к в.м.т. его кромка открывает перепускное отверстие Б гильзы, соединяющее полость гильзы с отводящим каналом, в результате чего давление над плунжером и в трубопроводе, ведущем к форсунке, падает. Нагнетательный клапан закрывается, и поступление топлива в цилиндр прекращается. Для более совершенного процесса сгорания необходимо, чтобы подача топлива завершалась четкой отсечкой. Для этого на нагнетательном клапане 5 делают разгрузочный поясок Г, увеличивающий объем в топливопроводе между форсункой и клапаном.

Рис. 2. Плунжер форсунки:
а — схема работы; б — нагнетательный клапан; 1 — гильза; 2 — плунжер; 3 — рабочая винтовая канавка плунжера; 4 — корпус нагнетательного клапана; 5 — нагнетательный клапан; А и Б — перепускные отверстия плунжера и гильзы; В и Е — топливные каналы в корпусе насоса; Г — разгрузочный поясок клапана; Д — входное отверстие; Ж — горизонтальное отверстие плунжера; 3 — нерабочая винтовая канавка плунжера; I — заполнение гильзы топливом; II и III — положения плунжера в начале и конце средней подачи; IV и V — положения плунжера при полной и нулевой подачах

Рис. 3. Поперечный разрез насоса высокого давления:
1 — кулачковый вал; 2 — нижняя тарелка; 3 — поворотная втулка; 4 — верхняя тарелка; 5 — зубчатый сектор; 6 — стопорный винт; 7 — корпус; 8 — штуцер; 9 — пружина нагнетательного клапана; 10 — нагнетательный клапан; 11 — гильза; 12 — плунжер; 13 — винт ограничения хода рейки; 14 — пальцы ведущей полумуфты; 15 — пружина; 16 — регулировочный винт; 17 — контргайка; 18 — толкатель; 19 — ось ролика; 20 — плавающая втулка; 21 — ролик; А и Б — каналы отвода и подвода топлива

Величина дозы впрыскиваемого топлива зависит от продолжительности подачи, т. е. от момента открытия кромкой винтовой канавки и плунжера перепускного отверстия Б. Чем позднее открывается перепускное отверстие, тем большее количество топлива впрыскивается в цилиндр. Более раннее открытие перепускного отверстия уменьшает количество впрыскиваемого топлива.

Для изменения продолжительности впрыска плунжер поворачивают так, чтобы кромка винтообразной канавки раньше нлп позже открыла перепускное отверстие.

Для поворота плунжера в гильзе каждой секции имеется втулка. В верхней части эта втулка несет на себе зубчатый венец, удерживаемый стяжным винтом, а в нижней части выполнены два вертикальных паза, в которые входят поводки плунжера. Благодаря большой длине пазов поводки могут перемещаться в них на всю длину хода плунжера.

С зубчатыми венцами всех секций находится в зацеплении зубчатая рейка, установленная в корпусе насоса высокого давления, и приводимая системой тяг от центробежного регулятора, управляющего подачей топлива.

Продольное перемещение рейки вызывает поворот втулок на гильзах и соответствующее изменение положения плунжеров. Вдвигая рейку в корпус насоса, увеличивают подачу топлива, а выдвигая — уменьшают.

Момент подачи топлива в цилиндр должен быть связан с положением его поршня. Поступление топлива в цилиндр должно завершаться к приходу поршня в в.м.т. С увеличением частоты вращения вала двигателя уменьшается время каждого хода поршня. Соответственно должен изменяться и момент подачи топлива, чтобы вся порция впрыснутого топлива успела воспламениться и сгореть в то время, когда поршень находится около в.м.т.

Угол опережения подачи топлива изменяется поворотом кулачкового вала насоса. При повороте кулачкового вала по направлению его вращения угол опережения подачи топлива увеличивается, против — уменьшается. Изменяется угол опережения автоматически под действием центробежной муфты, установленной на переднем конце кулачкового вала насоса.

Между моментом начала подачи топлива насосом, определяемым открытием нагнетательного клапана, и моментом впрыска топлива форсункой имеется небольшая разница во времени. Это объясняется некоторой деформацией топливопровода высокого давления и сжимаемостью топлива.

Форсунки, применяемые на современных дизельных двигателях, закрытого типа с гидравлическим подъемом иглы, т. е. проходное сечение распылителя перекрывается иглой, поднимаемой давлением топлива в момент впрыска.

На рис. 4 показано устройство форсунки закрытого типа. Она состоит из стального корпуса 4, к которому гайкой 3 присоединен корпус распылителя. В корпусе распылителя установлена игла, составляющая вместе с корпусом распределителя прецизионную пару. В нижней части распылителя имеются четыре сопловых отверстия для впрыска топлива.

Корпус распылителя фиксируется относительно корпуса форсунки двумя штифтами. В хвостовик иглы упирается конец штанги, верхняя часть которой служит опорой для возвратной пружины. Эта пружина возвращает иглу в исходное положение после окончания впрыска топлива.

Рис. 4. Форсунка закрытого типа:
1 — игла распылителя: 2 — корпус распылителя; 3 — гайка распылителя; 4 — корпус; 5 — штанга; 6 — пружина; 7 — регулировочный винт; 8 — гайка пружины; 9 — штуцер; 10 — фильтр; А — кольцевая выточка; Б — полость под коническим седлом иглы

Пружина расположена во внутренней полости фасонной гайки, которая ввернута своей нижней частью в корпус форсунки. Предварительный натяг пружины может быть отрегулирован подвертыванием винта, в заплечик которого упирается верхняя часть пружины.

Топливо подводится к форсунке по трубопроводу высокого давления, соединенному со штуцером, внутри которого установлен сетчатый фильтр. Пройдя фильтр, топливо попадает во внутренние каналы корпуса форсунки и корпуса распылителя и проходит в кольцевую полость вокруг иглы.

Впрыск происходит, когда давление топлива, создаваемое насосом, возрастет и превысит давление пружины, в результате чего игла поднимется и откроет проход для топлива к сопловым отверстиям распылителя.

После прекращения подачи топлива насосом давление в кольцевой полости упадет, и под действием пружины игла опустится и закроет доступ топливу к сопловым отверстиям распылителя. Этот момент соответствует окончанию впрыска топлива.

Топливо, просочившееся через зазор между иглой и корпусом форсунки, отводится по вертикальному каналу в сливной трубопровод, направляющий его в бак. При установке форсунки в головку цилиндров должна быть обеспечена высокая герметичность. С этой целью торец гайки распылителя уплотнен от прорыва газов медной гофрированной и стальной шайбами и уплотнительными кольцами.

Муфта автоматического опережения впрыска топлива. Опережение впрыска топлива должно изменяться в соответствии с изменением режима работы двигателя. С этой целью топливный насос высокого давления снабжают автоматической муфтой изменения угла опережения впрыска топлива в зависимости от изменения частоты вращения коленчатого вала двигателя.

У большинства автомобильных дизельных двигателей применяют автоматические муфты, отличающиеся друг от друга отдельными конструктивными элементами.

По принципу действия все они относятся к центробежным регулирующим устройствам.

Муфта автоматического опережения впрыска топлива состоит из двух полумуфт: ведомой и ведущей. На ведомой полумуфте расположены грузы, расходящиеся в стороны под действием центробежной силы. Эти грузы установлены шарнирно на двух осях. В вырезах грузов размещены пружины. На ведущей полумуфте закреплены пальцы, в которые упираются пружины. Таким образом, пружины, опираясь с одной стороны на оси 2, ас другой — на пальцы, связывают между собой ведущую и ведомую части муфты.

Работает муфта как центробежный регулятор. С увеличением частоты вращения коленчатого вала двигателя, а следовательно, и кулачкового вала топливного насоса закрепленные на муфте грузы под действием центробежной силы стремятся разойтись в противоположные стороны. Перемещение грузов вызывает поворот ведомой полумуфты относительно ведущей на некоторый угол в направлении вращения кулачкового вала и соответственно увеличивает угол опережения подачи топлива. С понижением частоты вращения вала двигателя и кулачкового вала насоса уменьшается центробежная сила, в результате чего грузы сходятся под действием пружин. При этом ведомая полумуфта поворачивается в направлении, противоположном направлению вращению вала насоса. Вместе с ней поворачивается и кулачковый вал насоса, вызывая уменьшение угла опережения впрыска топлива.

Рис. 5. Муфта автоматического опережения впрыска топлива:
1 — ведомая полумуфта; 2 — ось груза; 3 — пружина; 4 — ведущая полумуфта; 5 — втулка ведущей полумуфты; 6 — гайка крепления муфты; 7 — корпус; 8 — груз; 9 — кулачковый вал топливного насоса высокого давления; 10 — палец ведущей полумуфты

Предельный угол поворота муфты регулируют, изменяя натяжение пружин. Для этого изменяют толщину прокладок, установленных под торцами пружин.

Регулятор частоты вращения коленчатого вала. Нормальная работа дизельного двигателя происходит в определенных пределах частоты вращения коленчатого вала. При слишком малой частоте вращения двигатель работает неустойчиво и может легко заглохнуть, при слишком высокой двигатель может пойти «вразнос», и тогда появится опасность его разрушения. В связи с этим появляется необходимость ограничивать нижний и верхний пределы частоты вращения коленчатого вала, что должно обеспечиваться автоматически действующим регулятором.

Для каждого дизельного двигателя существует своя оптимальная частота вращения коленчатого вала, при которой он работает с наибольшей экономичностью и минимальным дымлением. Чтобы поддерживать эту частоту вращения при изменяющихся нагрузках двигателя во время движения автомобиля, регулятор должен обеспечивать соответствующую подачу топлива, воздействуя на топливный насос высокого давления. Регуляторы, выполняющие эту функцию, называются всережим-ными.

На современных автомобильных дизельных двигателях устанавливают в большинстве случаев всережимиые регуляторы центробежного типа.

Вал регулятора, установленный в шариковых подшипниках, приводится во вращение от кулачкового вала топливного насоса высокого давления парой шестерен. На валу регулятора установлена державка, на которой крепятся грузы. Лапки державки с роликами давят на торец муфты. Усилие, воспринимаемое муфтой от перемещения грузов, передается рычагу регулятора. Рычаг расположен на общей оси с двуплечим рычагом и находится под действием пружины, которая одним концом закреплена на рычаге, а другим — на рычаге.

Действие регулятора происходит в такой последовательности. Когда нагрузка двигателя падает, а величина дозы подаваемого топлива не изменяется, то частота вращения вала двигателя, а следовательно, и вала топливного насоса увеличивается. Под действием возросшей центробежной силы грузы расходятся в стороны и перемещают муфту вместе с упорной пятой 21 вправо, вызывая поворот рычага, управляющего рейкой насоса, по часовой стрелке. Рейка выдвигается из корпуса, уменьшая дозу топлива, подаваемую в цилиндры и соответственно снижая частоту вращения коленчатого вала двигателя. С перемещением пяты вправо одновременно поворачивается рычаг. При этом пружина растягивается и сопротивление перемещению рычага увеличивается.

Уравновешивание действия пружины и центробежных грузов на рычаг прекращает дальнейшее перемещение рычажной системы, и рейка насоса, заняв определенное положение, позволяет поддерживать постоянную частоту вращения вала двигателя.

С увеличением нагрузки на двигатель уменьшается частота вращения, а следовательно, и центробежная сила, действующая на грузы. При снижении частоты вращения пружина преодолевает сопротивление грузов и поворачивает рычаг по часовой стрелке. Рычаг перемещает упорную пяту и муфту влево. С перемещением муфты рычаг поворачивается против часовой стрелки, а рейка вдвигается в корпус насоса. Подача топлива увеличивается.

Чтобы изменить частоту вращения вала двигателя, необходимо нажать па педаль управления подачей топлива, через систему тяг и рычагов. При этом рычаг поворачивается против часовой стрелки, вызывая натяжение пружины. Преодолевая действие центробежной силы грузов, пружина поворачивает рычаги по часовой стрелке. Вследствие этого упорная пята и муфта смещаются влево, а рычаг и тяга, управляющая подачей топлива, вдвигает рейку в корпус насоса, увеличивая подачу топлива и частоту вращения коленчатого вала.

Рис. 6. Схема регулятора частоты вращения коленчатого вала:
1 — кулачковый вал; 2 — муфта (втулка); 3 — вал регулятора; 4 — державка; 5 — груз; 6 и 13 — рычаги; 7 — рейка; 8 — тяга; 9 — болт ограничения максимального скоростного режима; 10 — рычаг управления подачей топлива; 11 — болт; 12 — двуплечий рычаг; 13 — рычаг управления рейкой; 14 — пружина; 15 — винт двуплечего рычага; 16 — буферная пружина; 17 — винт регулировки подачи топлива; 19 — корректор: 20 — скоба останова двигателя; 21 — упорная пята: 22 — винт регулировки кулисы; 23 — кулиса; I — уменьшение подачи топлива; II — увеличение подачи топлива; III — стоп

Уменьшая нажатие на педаль управления подачей топлива, снижают натяжение пружины и уменьшают частоту вращения вала двигателя.

Для полного прекращения подачи топлива и остановки двигателя скобу опускают вниз. При этом кулиса перемещает рычаг в крайнее правое положение, рейка полностью выдвигается из корпуса насоса и подача топлива прекращается. Для остановки двигателя в кабине водителя имеется кнопка «Стоп», которая связана со скобой, управляющей кулисой.

Регулятор поддерживает минимальную частоту вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу в Пределах 450— 550 мин-1 и ограничивает максимальную частоту вращения до 2250—2275 мин-1. Резкое изменение подачи топлива предотвращается буферной пружиной и корректором.

Минимальная и максимальная частоты вращения, поддерживаемые в указанных пределах, могут быть отрегулированы болтами.