Рядные ТНВД относятся к классической аппаратуре впрыскивания дизельного то­плива. Эти надежные агрегаты исполь­зуются на дизелях с 1927 г. Рядные ТН ВД устанавливаются на стационарные дизе­ли, на двигатели грузовых автомобилей, строительных и сельскохозяйственных машин. Они позволяют получать высокие цилиндровые мощности у двигателей с числом цилиндров от 2 до 12. В сочетании с регуляторами частоты вращения колен­чатого вала, устройствами для изменения угла опережения впрыскивания и различ­ными дополнительными механизмами они обеспечивают потребителю возмож­ность широкого выбора режимов эксплуатации. Рядные ТНВД дня легковых автомобилей сегодня не производятся.

Мощность дизеля существенно зави­сит от количества впрыскиваемого топ­лива. Рядный ТНВД всегда должен дози­ровать количество подаваемого топлива в соответствии с нагрузкой.

Для хорошей подготовки смеси ТНВД должен дозировать топливо максимально точно, впрыскивая его под очень высо­ким давлением в соответствии с процес­сом сгорания. Оптимальное соотноше­ние расхода топлива, уровнен шума рабо­ты и эмиссии вредных веществ в отработавших газах тре­бует точности порядка 1° угла поворота коленчатого вала по моменту начала впрыскивания.

 

 

Для управления моментом начала впрыскивания и компенсации времени на проход волны давления топлива через подводящую магистраль в стандартном рядном ТНВД используется муфта 3 опе­режения впрыскивания (рис. «Стандартный рядный ТНВД серии РЕ на 6-цилиндровом дизеле»), которая с увеличением частоты вращения коленча­того вала изменяет момент начала подачи топлива в направлении «раньше». В особых случаях предусмотрено управле­ние опережением впрыскивания в зави­симости от нагрузки на двигатель. На­грузка и частота вращения коленчатого вала регулируются изменением величины цикловой подачи топлива.

Рядные ТНВД делятся на два типа: стандартные и с дополнительной втулкой.

 

Монтаж и привод рядных ТНВД серии PE

 

Рядный ТНВД устанавливается непосред­ственно на дизель (рис. «Стандартный рядный ТНВД серии РЕ на 6-цилиндровом дизеле»), который при­водит кулачковый вал ТНВД. Частота вращения этого вала на двухтактных ди­зелях совпадает с частотой вращения ко­ленчатого вала, а на четырехтактных со­ставляет половину от частоты вращения коленчатого вала и соответственно равна частоте вращения распределительного вала двигателя.

Для обеспечения высокого давления впрыскивания механизм передачи крутя­щего момента от двигателя к ТНВД дол­жен быть по возможности «жестким».

Для смазки подвижных деталей (на­пример, кулачкового вала, роликовых толкателей и т. д.) в ТНВД из системы смазки двигателя подается определенное количество масла, которое вовремя рабо­ты двигателя смазывает детали ТНВД.

 

Конструкция и принцип действия рядных ТНВД серии PE

 

Рядные ТНВД серии РЕ имеют собствен­ный кулачковый вал 14, который устано­влен в алюминиевом корпусе (рис. рис. «Стандартный рядный ТНВД серии PE для 6-цилиндрового дизеля»). Он соединяется с двигателем либо непо­средственно, либо через соединитель­ный узел и муфту опережения впрыски­вания.

 

 

Количество кулачков на кулачковом валу ТНВД соответствует числу цилинд­ров двигателя. Над каждым кулачком на­ходится роликовый толкатель 13 с тарел­кой 12 пружины 11. Тарелка передает усилие от толкателя на плунжер 8, а пру­жина возвращает его в исходное поло­жение. Гильза 4 плунжера является на­правляющей, в которой плунжер совер­шает возвратно-поступательное движе­ние. Сочетание втулки и плунжера обра­зует насосный элемент, или плунжерную пару.

 

Конструкция плунжерной пары

 

Плунжерная пара состоит из плунжера 9 (рис. «Разрез рядного топливного насоса серии PE, модель А») и гильзы 8. Гильза имеет один или два подводящих канала (при двух каналах один из них выполняет функ­ции подводящего и перепускного), ко­торые соединяют полость всасывания с камерой высокого давления плунжер­ной пары. Над плунжерной парой нахо­дится штуцер 5 с посадочным конусом 7 нагнетательного клапана. Двигающаяся в корпусе ТНВД рейка 10 вращает зубча­тый сектор 2, управляя тем самым регу­лирующей втулкой 3 плунжера. Переме­щение самой рейки определяется регу­лятором частоты вращения коленчатого вала. Это позволяет точ­но дозировать величину цикловой пода­чи. Полный ход плунжера неизменен. Активный ход и связанная с ним вели­чина цикловой подачи могут изменять­ся поворотом плунжера, который совер­шается при помощи регулирующей втулки.

 

рис. «Разрез рядного топливного насоса серии PE, модель А» 1. Полость всасывания; 2. Зубчатый сектор; 3. Регулирующая втулка плунжера; 4. Боковая крышка; 5. Штуцер нагнетательного клапана;6. Корпус нагнетательного клапана; 7. Конус нагнетательного клапана; 8. Гильза плунжера; 9. Плунжер; 10 Рейка ТНВД; 11. Поводок плунжера;12. Возвратная пружина плунжера; 13. Нижняя тарелка возвратной пружины; 14. Регулировочный винт; 15. Роликовый толкатель; 16. Кулачковый вал ТНВД.

рис. «Плунжерная пара» а — гильза с одним подводящим каналом; Ь — гильза с двумя подводящими каналами. 1. Подводящий канал; 2. Продольная канавка; 3. Гильза плунжера; 4. Плунжер; 5. Перепускной канал; 6. Регулирующая кромка; 7. Спиральная канавка; 8. Кольцевая канав на для смазки.

 

Плунжер имеет наряду с продольной канавкой 2 (рис. рис. «Плунжерная пара») еще и спиральную ка­навку 7. Получаемая таким образом ко­сая кромка на поверхности плунжера на­зывается регулирующей кромкой 6.

Если величина давления впрыскива­ния не превышает 600 бар, то достаточ­но одной регулирующей кромки, для больших значений давления впрыскивания необходим плунжер с двумя регули­рующими кромками, отфрезерованны­ми с противоположных сторон плунже­ра. Их наличие снижает износ плунжер­ной пары, поскольку плунжер с одной регулирующей кромкой под давлением прижимается к одной стороне гильзы, увеличивая ее выработку.

В гильзе плунжера размещены одно или два отверстия для подвода и обрат­ного слива топлива (рис. «Плунжерная пара»).

Плунжер притерт к гильзе так плот­но, что пара герметична без дополни­тельных уплотнений даже при очень вы­соких давлениях и низких частотах вра­щения коленчатого вала. Из-за этого за­мене могут подвергаться только комп­лектные плунжерные пары.

 

 

Величина возможной подачи топлива зависит от рабочего объема пары. Макси­мальное значение давления впрыскива­ния у форсунки может составлять, в зави­симости от конструкции, 400… 1350 бар.

Угловой сдвиг кулачков на кулачко­вом валу гарантирует точное совмещение впрыскивания с фазовым сдвигом про­цессов по цилиндрам двигателя в соот­ветствии с порядком его работы.

 

Принцип действия плунжерной пары (последовательность фаз)

 

Вращение кулачкового вала ТНВД преоб­разуется непосредственно в возвратно ­поступательное движение роликового толкателя, приводящего в действие плун­жер

Движение плунжера в направлении к его ВМТ называется ходом нагнетания. Возвратная пружина возвращает плун­жер к его НМТ. Пружина рассчитана так, что даже при максимальных частотах вращения кулачкового вала ТНВД ролик не отходит от кулачка; отскок и вместе с ним удар ролика по кулачку при длитель­ной эксплуатации привели бы к разруше­нию поверхностей кулачка или ролика.

Плунжерная пара работает по принципу перетока топлива с управлением регулирую­щей кромкой 5 (рис. «Последовательность работы плунжерной пары»). Этот принцип исполь­зуется в рядных ТНВД серии РЕ и индивиду­альных ТНВД серии РЕ.

 

 

В НМТ плунжера подводящий канал 2 (рис. «Последовательность работы плунжерной пары») гильзы 3 и канал 6 слива топлива открыты. Благодаря им топливо может пе­ретекать под давлением подкачки из поло­сти впуска в камеру 1 высокого давления. При движении вверх плунжер закрывает отверстие подводящего канала своим верхним торцом. Этот ход плунжера на­зывается предварительным. При дальней­шем движении плунжера вверх давление растет, что приводит к открытию нагнета­тельного клапана над плунжерной парой.

При применении нагнетательного клапана постоянного объема плунжер дополнительно совершает втягивающий ход. После открытия на­гнетательного клапана топливо во вре­мя активного хода через магистраль вы­сокого давления направляется к фор­сунке, которая впрыскивает точно дози­руемое количество топлива в камеру сгорания двигателя.

Когда регулирующая кромка плун­жера открывает перепускной канал, ак­тивный ход плунжера завершается. С этого момента топливо в форсунку не нагнетается, поскольку вовремя оста­точного хода оно через продольную и спиральную канавки из камеры высоко­го давления направляется в перепускной канал. Давление в плунжерной паре при этом падает.

По достижении ВМТ плунжер меняет направление своего движения на проти­воположное. Топливо при этом через спиральную и продольную канавки по­ступает обратно из перепускного канала в камеру высокого давления. Это проис­ходит до тех пор, пока регулирующая кромка вновь не перекроет перепускной канал. При продолжении обратного хода плунжера над ним возникает область низкого давления. С освобождением под­водящего канала верхним торцом плун­жера топливо вновь поступает в камеру высокого давления. Цикл начинается снова.

 

Регулирование цикловой подачи

 

Величину цикловой подачи топлива мож­но регулировать изменением активного хода кромки (рис. «Регулирование цикловой подачи»). Для этого рейка 5 через регулирующую втулку плунжера поворачивает сам плунжер 3 таким обра­зом, что регулирующая кромка 4 может изменять момент конца нагнетания и вместе с тем величину цикловой подачи (регулирование по концу впрыскивания).

 

 

В крайнем положении, соответствую­щем нулевой подаче (а), продольная ка­навка находится непосредственно перед перепускным каналом. Вследствие этого давление в камере высокого давления плунжерной пары во время всего хода плунжера равняется давлению в полости всасывания и нагнетания топлива не про­исходит. В это положение плунжер приво­дится, если двигатель должен быть остано­влен.

При средней подаче (Ь) плунжер уста­навливается в промежуточное положение (по регулирующей кромке).

Полная подача (с) становится воз­можной только при установке макси­мального активного хода плунжера.

Передача движения от рейки на плун­жер может производиться либо через зубчатую рейку на зубчатый сектор, за­крепленный на регулирующей втулке плунжера (рис. «Регулирование цикловой подачи»), либо через рейку с на­правляющими шлицами на штифт или сферическую головку на регулирующей втулке плунжера.

 

Плунжерная пара с обратным отводом топлива

 

Если система смазки ТНВД присоединена к системе смазки двигателя, то при опре­деленных обстоятельствах просачивание топлива может привести к разжижению моторного масла. Плунжерные пары г обратным отводом просачивающегося топлива в полость впуска ТНВД в значи­тельной мере препятствуют этому. Име­ются два варианта:

• Кольцевая канавка 3 в плунжере (рис. «Плунжерная пара с обратным отводом топлива», а) собирает просочившееся топливо и отводит его по располо­женной в плунжере канавке 2 об­ратно в полость впуска;
• Просочившееся топливо перетека­ет из кольцевой канавки 4 (рис. «Плунжерная пара с обратным отводом топлива», b) и канал 1 в гильзе обратно в по­лость впуска.

 

рис. «Плунжерная пара с обратным отводом топлива»  а — вариант с кольце вой канавной в плунжере; b — вариант с кольце вой канавкой в гильзе. 1. Канал дня обратного отвода топлива; 2. Канавки для обратного отвода топлива; 3. Кольцевая канавка в плунжере; 4. Кольцевая канавка в гильзе

рис. «Варианты исполнения плунжеров» а — нижняя регулирующая кромка; Ь — нижняя и верхняя регулирующие кромки; с — нижняя регулирующая кромка с пусковой канавкой. 1. Нижняя регулирующая кромка; 2. Верхняя регулирующая кромка; 3. Пусковая канавка; 4. Канавка для ограничения пусковой подачи.

 

Виды плунжеров

 

Специальные требования, такие, как сни­жение уровней шума или эмиссии отработавших газов, де­лают необходимым изменение момента начала подачи в зависимости от нагрузки на двигатель. Плунжеры, которые имеют дополнительно к нижней регулирующей кромке 1 (рис. «Варианты исполнения плунжеров») аналогичную верхнюю кромку 2, дают возможность управлять моментом начала подачи. Чтобы улуч­шать пусковые свойства некоторых ти­пов двигателей, используются специаль­ные плунжеры с пусковой канавкой 3. Эта канавка в виде дополнительной выемки в верхней части плунжера действует только в его пусковом положении. Она позволя­ет обеспечить более позднее впрыскива­ние, на 5… 10° утла поворота коленчатого вала.

 

Формы кулачка

 

Различные виды камер сгорания и проис­ходящих там процессов требуют индиви­дуальных условий впрыскивания. Соот­ветственно для каждого типа дизеля тре­буется специально рассчитывать этот процесс. Скорость плунжера (а вместе с ней и продолжительность впрыскива­ния) зависит от профиля кулачка. Суще­ствуют различные виды профилей кулач­ка, которые могут выбираться на основе расчета для улучшения таких характери­стик, как «закон впрыскивания» и «про­текание давления впрыскивания».

Используют также различные профили «сбегающего», или тыльного, участка кулачка (рис. «Формы кулачков рядных ТНВД»): симметричные кулачки (а), кулачки с эксцентричным профилем тыльной части (Ь) и кулачки с мягким профилем тыльной части (с), препятствующие пуску двигателя в неже­лательном направлении вращения колен­чатого вала.

 

Нагнетательный клапан

 

Между плунжерной парой ТНВД и маги­стралью высокого давления расположен нагнетательный клапан. Его задача — в контуре высокого давления отделить от магистрали полость над плунжером ТНВД. Кроме того, после впрыскивания клапан разгружает магистраль путем сни­жения давления до определенного стати­ческого уровня, что позволяет быстро и эффективно запереть распылитель фор­сунки и предотвратить нежелательный подвпрыск топлива в камеру сгорания.

В процессе нагнетания запирающий конус 3 нагнетательного клапана (рис. «Нагнетательный клапан») поднимается с седла 4 в направляющей втулке 5 под действием увеличивающегося давления топлива, которое подается через корпус 1 клапана в магистраль высокого давления. Как только регулирующая кром­ка плунжера ТНВД, управляя процессом впрыскивания, открывает перепускной ка­нал, давление в магистрали надает, при этом возвратная пружина 2 перемещает конус клапана в исходное положение, при­жав его обратно к седлу. Таким образом, по­лость над плунжером ТНВД и магистраль высокого давления оказываются разделен­ными до следующего цикла нагнетания.

 

рис. «Нагнетательный клапан» а — закрытое положение; Ь — положение нагнетания. 1. Корпус клапана; 2. Возвратная пружина; 3. Запирающий конус клапана; 4. Седло конуса; 5. Направляющая втулка клапана.

рис. «Запирающий конус клапана с разгрузочным пояском» а — без дополнительной лыски на разгрузочном пояске; b — с дополнительной лыской. 1. Седло клапана; 2. Разгрузочный поясок; 3. Кольцевая канавка; 4. Стержень клапана; 5. Продольный паз; 6. Дополнительная лыска.

 

Нагнетательный клапан постоянного объема без перепускного дросселя. В нагнетательном клапане постоянного объема часть его стержня выполнена в ви­де разгрузочного пояска 2 (рис. «Запирающий конус клапана с разгрузочным пояском»), кото­рый входит в направляющую втулку с ми­нимальным зазором. При очередном цик­ле подачи топлива разгрузочный поясок вместе с конусом клапана приподнимает­ся над направляющей втулкой, открывая топливу свободный доступ в магистраль, ведущую к форсункам. Когда под действи­ем возвратной пружины клапан занимает исходное положение, разгрузочный поя­сок вместе с конусом отсекает полость над плунжером ТНВД от магистрали высоко­го давления.

Чтобы обеспечить более равномер­ный процесс подачи топлива, в особых случаях предусматривается выравниваю­щий элемент клапана. Он представляет собой дополнительную лыску 6 на раз­грузочном пояске. С ее помощью вырав­нивается давление по обе стороны раз­грузочного пояска.

 

Нагнетательный клапан постоянного объема с перепускным дросселем

 

Клапан постоянного объема с перепуск­ным дросселем может использоваться вме­сто клапана постоянного объема с запирающим конусом с разгрузочным пояском. Задача перепускного дросселя — демпфировать и делать безвредными об­ратные волны давления топлива, которые возникают при закрытии распылителя форсунки. Благодаря этому уменьшаются или совсем предотвращаются износ распылителя и кавитация топлива в полости над плунжером ТНВД, а также нежелатель­ные подвпрыски топлива в цилиндр.

Перепускной дроссель составляет одно целое с верхней частью пластины клапана (рис. «Нагнетательный клапан постоянного объема с обратным дросселем»), т. е. располагается между клапа­ном постоянного объема и магистралью высокого давления. Пластина клапана 4 имеет определяемое условиями эксплуата­ции калиброванное отверстие (дрос­сель) 3, размеры которого таковы, что, с од­ной стороны, обеспечивают желаемое дросселирование, а с другой — уменьшают колебания обратных волн топлива. В сто­рону нагнетания клапан открывается и не обеспечивает в этом направлении никако­го дросселирования. Клапан, рассчитан­ный на давление до 800 бар, имеет цилинд­рическую форму, для больших величин да­влений — форму направляющего конуса.

ТНВД, оснащенные клапаном с пере­пускным дросселем являются «открыты­ми» системами, т. е. при ходе нагрузки и разгрузки давление в магистрали соот­ветствует давлению в полости подачи и составляет минимум 3 бара.

 

рис. «Нагнетательный клапан постоянного объема с обратным дросселем» 1. Корпус клапана; 2. Возвратная пружина; 3. Перепускной дроссель; 4. Пластина клапана; 5. Основание нагнета-тельного клапана; 6. Пружина нагнетательного клапана.

рис. «Клапан постоянного давления» 1. Основание нагнета тельного клапана; 2. Запирающий конус нагнетательного клапана; 3. Возвратная пружина нагнетательного клапана; 4. Профилированная вставка; 5. Возвратная пружина клапана постоянного давления; 6. Тарелка пружины клапана постоянного давления; 7. Шарим; 8. Перепускной дроссель.

 

Клапан постоянного давления

 

Клапан постоянного давления применя­ется в ТНВД при высоких давлениях впрыскивания (рис. «Клапан постоянного давления»). Он состоит из элементов нагнетательного клапана (поз. 1,2,3) и встроенного в его конус 2 клапа­на постоянного давления (поз. 4,5,6,7,8). Задача всей системы состоит в поддержа­нии по возможности постоянного давле­ния в магистрали между впрыскивания­ми при любых рабочих условиях. Нали­чие клапана постоянного давления при­водит к уменьшению кавитации, улучше­нию гидравлической стабильности пото­ка и связанной с этим точности впрыски­вания.

При ходе нагнетания клапан действу­ет как обычный нагнетательный клапан. В конце нагнетания шарик 7 под действи­ем обратных волн давления топлива от­крывает магистраль и система действует как нагнетательный клапан с перепуск­ным дросселем. При снятии давления возвратная пружина 5 закрывает клапан и высокое давление в магистрали остает­ся постоянным.

Для надежной работы клапана посто­янного давления необходима повышен­ная точность его установки. Такой клапан поставляется для ТНВД с высоким давле­нием (начиная с 800 бар) и для малых бы­строходных дизелей с непосредственным впрыском топлива.