Топливная система включает смонтированное на дизеле и тепловозе оборудование, предназначенное для: хранения необходимого запаса топлива; кондиционирования! дизельного топлива и подачи его к топливовпрыскивающей аппаратуре; впрыскивания топлива по определенной характеристике и распыливания его в соответствии с принятым способом смесеобразования; дозирования топлива в зависимости от требуемой мощности и равномерного распределения по цилиндрам.
Известны три принципиальные схемы топливных систем: замкнутая, полузамкнутая и тупиковая. Наибольшее распространение имеют системы по замкнутой схеме (дизели 5Д49, 11Д45, Д70). К полузамкнутой можно отнести системы дизелей типа Д100. Тупиковая система применяется в дизелях малой мощности (100 — 200 кВт).
Во всех типах систем (рис. 1) топливо через заборное устройство 20 подается из бака 18 подкачивающим шестеренным на- 1
сосом 12 и, проходя через фильтры 13 и 5, поступает в коллекторы 8 насосов высокого давления. Часть топлива забирается насосами и впрыскивается форсунками 7 в цилиндры дизеля. Остальное топливо по топливопроводам 9 к 14 сливается обратно в бак. Давление в коллекторе 8, т. е. на всасывании топливного насоса, поддерживается регулирующим клапаном 26, а в напорной магистрали подкачивающего насоса — разгрузочным клапаном 10. В этой системе топливо многократно проходит через фильтры, лучше очищается, а при сливе в бак охлаждается и из него удаляется воздух. При этом на всасывании насоса поддерживается стабильное давление независимо от степени загрязненности фильтров, что способствует большей надежности системы.
При полузамкнутой схеме (рис. 1,я) топливо циркулирует в системе так же, как и при замкнутой (рис. 1,6), кроме топливного коллектора насосов высокого давления, полость всасывания которых становится тупиковым участком системы. Топливопровод 12 отвода избыточного топлива подключен к верхней точке фильтра тонкой очистки или к началу топливного коллектора 8 (у дизелей Д100). Такая схема обладает преимуществами замкнутой системы и имеет упрощенную магистраль, что способствует повышению надежности в эксплуатации. Однако всасывающая полость насосов высокого давления меньше охлаждается проходящим топливом.
В тупиковой системе топливо во всасывающей полости не циркулирует. Достоинство такой системы — меньшая скорость топлива, увеличение эффективности фильтров, облегчение работы подкачивающего насоса.
Топливные системы дизелей, выполненные по любой из принципиальных схем, отличаются оборудованием, необходимым для безотказной работы системы в течение установленного пробега тепловоза. Оборудование топливной системы современного тепловозного дизеля можно разделить на шесть основных групп: I — баки для хранения запаса топлива, обычно 5000-8000 кг; II — топливоподкачивающие устройства и органы аварийной подачи топлива; III — устройства кондиционирования топлива и сбора утечек, включающие фильтры, регулирующие клапаны, краны, воздухоотделители, топливоподо-греватели, вентиляционные и дренажные трубопроводы; IV — контрольно-измерительная аппаратура для определения температуры, давления, загрязненности, вязко сти, расхода топлива, удельных показателей, устройства для диагностики топливной аппаратуры; V — насосы высокого давления, топливопроводы и форсунки; VI — механизмы управления насосами высокого давления. Все оборудование соединено топливопроводами в единую систему.
Для надежного пуска дизеля и его работы, независимо от температуры внешней среды, топливо забирается из бака через устройство 20, снабженное эжектором. В топливных баках предусмотрен отстойник с пробками для слива воды и удаления механических примесей. Регулярный слив отстоя увеличивает срок службы и надежность работы системы. В стенках баков имеются люки для периодической их проа — типа Д100; б — типа Д49; 1 — котел подогрева; 2 — вентиляционная труба; 3 — топливный бачок котла подогрева; 4, 6 — манометры; 5 — фильтр тонкой очистки; 7 -форсунка; 8 — топливные коллекторы; 9 — топливопровод от насосов избыточного топлива; 10 — клапан разгрузочный; /1 — кран для спуска воздуха; 12 — вспомогательный шестеренный насос; 13 — фильтр грубой очистки; 14 — топливопровод слива топлива; 15 — указатель уровня топлива; 16 — заливочная горловина; 17 — бак для загрязненного топлива; 18 — топливный бак; 19 — клапан спуска топлива из отстойника; 20 — заборное устройство; 21, 22 — трубы для слива; 23 — топливоподогреватель; 24 — клапан аварийного питания; 25 — трехходовой кран; 26 — регулирующий клапан; 27 — демпфер манометра; 28 — карман термометра мывки. Уменьшает доступ в бак механических примесей установка в вентиляционные трубы воздушного фильтра с набивкой из тонкой проволоки.
Рис. 1. Топливная система дизелей:
В группу топливоподкачивающих устройств (рис. 2) входят насосы с приводом от электродвигателя (дизели Д50, Д70, Д100) и механическим приводом от вала дизеля (М756) или с тем и другим вместе (5Д49).
Топливоподкачивающий насос с приводом от электродвигателя (рис. 2, а) применяется наиболее часто. Обычно он шестеренного типа; в практике двигателестрое-ния применяются также насосы поршневого, лопастного и диафрагменного типов. При работе насоса 1 вращается ведущая втулка-шестерня 8 и ведомая звездочка 6. Упругий элемент 4 в муфте 3 сглаживает колебания привода. Использование новых синтетических материалов открывает перспективы применения лопастных насосов. По сравнению с насосами шестеренного типа они имеют преимущества в долговечности и высоком коэффициенте подачи благодаря упругости уплотняющих рабочих поверхностей. С усовершенствованными устройствами для подачи топлива можно познакомиться в описаниях изобретений по кл. Р02т 37/00*.
Эксплуатация тепловозов выявила необходимость включения в систему контура аварийного питания, который обеспечивает подачу топлива к насосам высокого давления при отказе подкачивающего насоса.
* Здесь и далее буквы обозначают классы (Б), цифры и строчные буквы — группы (02т), а цифры через косую указывают подгруппы (37/00) в описаниях изобретений, которые издаются непрерывно по мере защиты подаваемых заявок на изобретения авторскими свидетельствами и патентами; находятся во Всесоюзной патентно-технической библиотеке (ВПТБ).
Работа такого контура, снабженного клапаном 24, понятна из схемы (см. рис. 1,а). Корпус аварийного клапана своим штуцером с шариковым запорным органом присоединен к всасывающей магистрали и запирает ее, когда топливоподкачивающий насос работает. В случае его отказа под действием разрежения на всасывании насоса высокого давления при движении плунжеров шариковый запорный орган открывается и пропускает топливо к фильтру тонкой очистки из бака.
Недостаточная надежность топливоподкачивающего насоса с приводом от электродвигателя привела к необходимости использования на дизелях тепловозов двух агрегатов, один из которых — резервный. В качестве топливоподкачивающего резервного устройства на автотранспортном дизеле используется воздушный насос для создания давления в баках перед пуском; это обеспечивает заполнение топливом фильтров и подкачивающего насоса.
Для надежности работы дизеля в различных климатических зонах топливная система снабжена устройствами кондиционирования, т. е. поддержания физических характеристик топлива в заданных пределах (давления, температуры, вязкости, а также уменьшения содержания механических примесей, воды, воздуха). Для регулирования температуры топлива применяются водяные и газовые подогреватели. Охлаждение топлива обеспечивается сливом избыточного топлива из всасывающих полостей насосов высокого давления (топливных коллекторов 8, см. рис. 1,а) по топливопроводу 9 в бак 18 соответствующей вместимости. Степень смешения нагретого топлива с холодным регулируется с помощью сети сливных магистралей (см. рис. 1,6), соединяемых переключательным краном 25. При соответствующем положении крана избыточное топливо сливается по трубе 22 и смешивается с топливом в баке. Если в этом случае будет включен топливоподогреватель 23, то все топливо в баке будет прогреваться. При другом положении крана 25 избыточное топливо по трубе 21 будет забираться эжектором заборного устройства 20 и нагретым подаваться подкачивающим агрегатом к насосу высокого давления.
В топливной системе дизеля типа Д50 переключательный кран предусмотрен четырехходовым и позволяет избыточное топливо в дополнительном положении крана направлять не в бак, а к фильтру грубой очистки и подкачивающему насосу. Управляя переключательным краном 25 и то пливо подогревателем 23, можно поддерживать оптимальную температуру топлива независимо от температуры окружающей среды и обеспечивать тем самым экономичный режим работы дизеля. Включать топливоподогреватель рекомендуется обычно при температуре окружающего воздуха ниже + 10°С.
Заданное давление в системе поддерживается регулирующим, разгрузочным и перепускным клапанами. Регулирующий клапан установлен для поддержания во всасывающем коллекторе постоянного давления независимо от режима работы остальных элементов топливной системы. Давление в коллекторе регулируют на: 0,25 МПа (Д50), 0,13 МПа (Д100),
0,15 — 0,45 МПа (дизели типа Д49). Разгрузочным клапаном нагнетательную магистраль топливоподкачивающего насоса разгружают от избыточного давления. Так как подача топливоподкачивающего насоса в 2 (дизель 5Д49) — 4 рдза (дизель Д50) превышает потребность двигателя в топливе при работе на полной мощности, при
Рис. 2. Топливоподкачивающие устройства дизеля:
а — подкачивающий агрегат с электроприводом; б — подкачивающий насос с приводом от вала дизеля;
I — подкачивающий насос; 2 — электродвигатель; 3 — муфта; -1 — амортизатор муфты; 5 — штуцер насоса; б — звездочка; 7 — ось звездочки; 8 — ведущая втулка; 9 — корпус насоса; 10 — уплотнение вала привода;
II — упругий элемент привода; 12 — уплотнения; 13 —
ведущий элемент; 14 — ведомый элемент достижении давления 0,3 МПа (дизели Д100, Д49), 0,5 МПа (дизель Д50) на линии нагнетания перед фильтром разгрузочный клапан соединяет нагнетательную полость со сливом в бак через топливоподогрева-тель (клапан 10, см. рис. 1). Перепускной клапан позволяет отвести топливо от участка системы с увеличившимся во время эксплуатации сопротивлением. Для выпуска воздуха из топливной системы используют резьбовые пробки, реже вентили, для выпуска воздуха из бака — вентиляционные трубки с пробковыми распределительными кранами.
В качестве очистительных элементов в фильтрах грубой очистки (ФГО) широко применяют гофрированные металлические стаканы, на которые навита латунная лен-
Рис. 3. Фильтр грубой очистки (ФГО) топлива: 1 — корпус; 2 — колпак; 3 — фланец; 4 -прокладка; 5 — фильтрующий элемент; 6 — стержень; 7 — стяжной элемент; 8 — пробка та специального профиля. Между выступами двух соседних витков образуется щель 0,07-0,09 мм. При движении топлива через щели частицы механических примесей большего размера задерживаются на наружных поверхностях. В более ранних конструкциях использовались ФГО сетчатонабивного типа, где два концентричных металлических стакана перфорированы, а пространство между ними заполнено хлопчатобумажной путанкой. В большей степени удовлетворяет требованиям действующего ГОСТ 15048 — 76, а также рекомендациям СЭВ на ФГО (рекомендации СЭВ РС 4202 — 73) конструкция фильтра, используемая на дизелях 5Д49 (рис. 3). Фильтрующие элементы представляют собой сетчатые диски, собранные в пакет на трехгранном стержне 6 с помощью стяжной гайки 7. Топливо поступает снаружи пакета и, проходя через сетки внутрь, оставляет механические частицы размером более 45 мкм, которые скапливаются в нижней части корпуса фильтра и удаляются через отверстие с пробкой 8.
При использовании холодного топлива (зимой), когда его температура ниже температуры застывания (по ГОСТ 305 — 73 не выше -10 °С), происходит выделейие соединений парафина в виде липкой, густой массы, заволакивающей фильтрующие элементы. В таком случае необходимо разобрать ФГО для очистки. Повышенное содержание смолистых продуктов в топливе (и повышенное содержание серы) вызывает образование эмульсий из топлива, воды, грязи и парафиновых продуктов.
Для контроля за состоянием ФГО применяют вакуумметр, подключаемый к топливопроводу между ФГО и топливоподкачивающим насосом. Большое разрежение указывает на повышенную вязкость топлива и на необходимость очистки или боль-
Рис 4 Фильтр тонкой очистки (ФТО) топлива 1 — пробка для спуска отстоя 2 — стяжной элемент З — пружина стяжного эчемента 4 — полый стержень с отверстиями 5 — фильтрующий элемент 6 -колпак, 7 — корпус 8 — пробка для выпуска воздуха 9 — крышка 10 — штора 11 — каркас 12 — футляр
Рис 5 Приборы контроля расхода топлива
1 — бачок 2 — трубка с указанием уровня, 3 — воздушный насос, 4 — соединительная трубка, 5 — расходный бак дизеля, 6 — переключатель путевого времени, 7 — пятиразрядный цифровой указатель, 8~ переключатель системы единиц измерения, 9 — скорость движения, 10 — расход топлива иа единицу пути /1 — мгновенный расход топлива, 12 — путь, Н — время с начала движения, 14 — текущее время шего подогрева топлива. Эффективным средством очистки топлива является центробежный фильтр. Отсутствие механических препятствий на пути топлива при фильтрации позволяет отделять не только механические примеси с различными размерами частиц, но и продукты разложения топлива.
На линии нагнетания подкачивающего насоса, перед коллектором насосов высокого давления (см. рис. 1) установлен фильтр тонкой очистки (ФТО) 5. Фильтр комбинированного типа войлочно-щелевой применялся на дизелях ранних выпусков. Широкое применение находит ФТО с бумажными элементами. Сдвоенный бу мажный ФТО (рис. 4) устанавливается на дизелях типов Д100, Д70. Четырехсекционный ФТО дизеля 5Д49 (см. рис. 1,6) снабжен сменным бумажным элементом в виде гофрированной круглой шторы 10 (см. рис. 4), приклеенной снаружи к футляру 12 с завальцованными сверху и снизу крышками 9 вместе с каркасом 11. Топливо поступает через штуцер в колпак б и проходит через отверстия и через бумажную штору внутрь футляра 12. Примеси к топливу в виде частиц размером свыше 3 — 5 мкм оседают на наружной поверхности элемента.
Бумажный фильтрующий элемент заменяют новым обычно через 50 тыс. км про-
| Марка дизеля | аГ’ кВт | лном
«XX об/мин |
?цНОМ | Форсунка | |||||
| Ро, МПа | -, мм Ос | ^шах
-^-, мм лППП Яр |
/н
-, мм Лн |
ММ | |||||
| ?цХХ | |||||||||
| 735 | 750 | 0,309 | 6 | 17 | 22,5 | 8 | |||
| М756 | 19,6 | _ | |||||||
| 61 | 220 | 0,05 | 3,2 | 13,8 | 0,45 | 0,35 | |||
| 880 | 370 | 1,46 | 8 | 30 | 46 | 9 | |||
| ПД1 | Ї47 | І35 | 0,1-0,25 | 27 | 4,0 | 25 | 045 | 035 | |
| 2200 | 850 | 0,54 х 2 | 7 | 25,5 | 3 | ||||
| 10Д100 | 220 | 400 | 0,09-0,13 | 20,6 | 5Т | 14 | 045 | оН> | |
| 11Д45 | 2200 | 750 | 0,74 | 31,4 | 7 | 26 | 26 | 8 | |
| ТЗТ | 400 | 0,07-0,15 | ЗД | 25 | 06 | ОДО | |||
| 2200 | 500 | 1,04 | 8 | 30 | 37,5 | 8 | |||
| 2Д70 | ТзТ | Ї75 | 0,1-0,13 | 27,4 | 4Д | 25 | 045 | 042 | |
| 2940 | 500 | 1,43 | 8 | 26 | 26 | 9 | |||
| 2-5Д49 | Ни | І75 | 0,08-0,1 | 31,4 | 6Д> | 25 | 0Д5 | 04 | |
| 2940 | 525 | 1,25 | 8 | 35 | 39 | 10 | |||
| 16ЬУА-24 | 1845 | 200 | 0,1 | 30,5 | 5Д | 28 | 05 | 035 |
Примечаиие. Na, А’ц — мощность дизеля и каждого цилиндра; лном — частота вращения вала насоса на ду; См, — цикловая подача на номинальном режиме и холостом ходу; ра давление открытия иглы; иой частях; <7™ах, с1™т — диаметры корпуса распылителя; /н, /гИ — длина цилиндрической части иглы и ее ход; отверстий; 4Т, Г.т — внутренний диаметр нагнетательной трубки и ее длина; (1ПЛ, Ипл — диаметр плунжера щей частей плунжера; </Иап, 4отс — диаметры наполнительного и отсечного окна втулки.
бега. Несложным сигнализатором обслуживающий персонал может быть предупрежден о загрязнении фильтров и избавлен от постоянного наблюдения за манометрами 4 и 6 (см. рис. 1,6). Сигнализатор загрязненности представляет собой реле, срабатывающее от разности давлений в двух своих полостях, одна из которых подключается к магистрали перед фильтром, а другая — за ним. Сигнал подается звуковым или световым указателем.
Формой бумажной шторы (см. рис. 4) достигается минимальное сопротивление потоку топлива и максимальная поверхность фильтрации. Существует большое разнообразие бумажных штор, конструк-
Та бли ца 1
| Трубка | Насос | |||
| <^т/?т, ММ | ^пл/^шн | /3//н, мм | ^нап/4этс’ мм | |
| 2,5 | 13 | 3,5 | ||
| 260 | 12 | Т5 | ||
| 3,0 | 20 | 32 | 6,0 | |
| 955-1330 | 20 | 88 | бД | |
| 3,0 | 13 | 11 | ||
| 243 | 15,78 | 543 | 3,1 | |
| 2,6 | 17 | 19,5 | 4,0 | |
| 1310 | Тб | ~9~ | 23 | |
| 3,0 | 16 | 21 | 5,5 | |
| 615 | 22 | 72 | 5Д | |
| 2,6 | 17 | 17 | 3,0 | |
| 570 | 22 | 9" | ТО | |
| 33) | 22 | 15,5 | 5,0 | |
| 620 | Тб | ~ТГ | Зз) |
номинальном режиме; лхх — то же на холостом хо-</к — диаметры нглы в цилиндрической и конус-2 — число сопловых отверстий; йс — диаметр сопловых и его ход; /3, /н -длина золотниковой и направляю ция которых постоянно совершенствуется. Для повышения прочности бумажных элементов к воздействию содержащейся в топливе воды шторы для отдельных типов дизелей пропитывают специальными растворами.
Устройство слива грязного топлива и сбора утечек топливных систем у таких дизелей, как типов Д70, Д100, представляет собой разветвленный контур. Утечки топлива из насосов высокого давления смешиваются с маслом в картере кулачкового привода и направляются по топливопроводу 14 (см. рис. 1) в сборный бачок, куда сливается конденсат и загрязненное масло. Топливо, просочившееся из форсунок, на дизелях типов Д100, Д70 отводится по отдельной системе трубопроводов. Топливопроводы системы дизеля типа Д70 имеют коллекторы насоса высокого давления пространственно-шарнирного типа. Коллекторы изготовлены из стальных трубопроводов и способны поглощать перекосы в трех направлениях.
Четвертую группу оборудования топливной системы образуют контрольно-измерительные приборы. Температуру топлива измеряют на выходе из топливоподо-гревателя или непосредственно перед входом в ФТО. Для этого на дизеле 5Д49 (см. рис. 1,6) предусмотрена гильза (карман), в которую помещается ртутный термометр от 0 до 100 °С типа А (ГОСТ 2823 — 73). На тепловозах находят применение манометрические термометры (аэротермометры). Такой термометр образован герметичной системой из медного капилляра 4,н = 0,2…0,4 мм и манометра, заполненного газом или жидкостью; применяются также парожидкостные манометры. Газовые и жидкостные манометрические термометры имеют классы точности 1; 1,5; 2,5. Одно время применялись также термометры сопротивления ТУЭ-48. В настоящее время чаще устанавливаются термисторные термометры ТП-2 с дистанционным указателем ТУЭ-8А. Диапазон измерений от 0 до 120 °С, погрешность ±5°С.
Давление измеряют обычно дистанционными манометрами ЭДМУ-6. Приемник давления этого манометра выполнен в виде упругой диафрагмы, которая, прогибаясь, перемещает ползунок потенциометра. Изменение сопротивления плеч потенциометра регистрируется магнитоэлектрическим логометром-указателем. По разно сти давлений до и после ФТО определяется их загрязненность.
Большое значение имеет аппаратура для измерения количества топлива в баке и количества топлива, потребляемого дизелем. Несмотря на интенсивные поиски такого топливомера (новые решения в этой области собраны в описаниях изобретений по кл. Б02т 65/00, ООН 9/00, вОИ 3/00) и успешные испытания опытных образцов топливомеров, серийные тепловозы оборудованы лишь мерными щупами. На тепловозах ТЭП70, кроме того, на стенке бака установлено топливомерное стекло. Эти
приборы не удовлетворяют требованиям эксплуатации.
Разработанный для тепловоза 2ТЭ116 гидростатический топливомер позволяет дистанционно измерять уровень топлива в баке с большей точностью. Такой топливомер (рис. 5, в) содержит бачок 1 с указателем 2 в виде стеклянной трубки с делениями, источник давления воздуха 3 в виде воздушного насоса с ручным приводом или с подпиткой из воздушной магистрали тепловоза давлением 0,1 МПа через редуктор. Трубкой 4 бачок соединен с расходным топливным баком 5 дизеля. Бачок
1 первоначально наполнен некоторым количеством топлива до уровня НУ. Для измерения уровня топлива в расходном баке в бачок 1 подают воздух до тех пор, пока уровень в трубке указателя 2 станет неизменным. При этом воздух должен выходить в бак 5 из трубки 4. Под действием этого воздуха уровень топлива в трубке указателя 2 поднимется на размер Я и будет удерживаться столбом топлива, возвышающимся в баке 5 над уровнем нижнего конца трубки 4. Очевидно, что высота столба топлива в баке также будет равна размеру Я. Перед отсчетом высоты столба Я по делениям на трубке указателя 2 подачу воздуха прекращают; спустя 2-3 с уровень успокаивается и позволяет произвести отсчет количества топлива в баке. Топливомер более удобен, позволяет определить уровень дистанционными средствами, если дополнить трубку указателя 2 серийными поплавковыми измерителями уровня или измерителями с фотодатчиками.
Больше информации можно получить при топливомерах непрерывного расхода
Рис 6 Секционные топливные насосы высокого давления¦
а — 10Д100, 6 — 5Д49, в-ЬУА-24, /-фланец, 2-тарелка пружины нагнетательного клапана, 3 — отверстие втулки плунжера, 4 — плунжер, 5 — втулка плунжера, 6 — шестерня (венец) плунжера, 7 — кольцо пружины плунжера, 8 — хвостовик плунжера, 9 — корпус насоса, 10 — пружина плунжера, /1 — тарелка пружины, 12 — стопорное кольцо, 13 — поверхность сопряжения с корпусом толкателя, 14 — опорный бурт насоса, 15 — рейка плунжера в сборе, 16 — стопорный винт рейки, /7 -сливной штуцер, 18 — стопорный винт втулки, 19 — корпус нагнетательного клапана, 20 — кольцо уплотнительное, 21 — нагнетательный клапан, 22 — пружина, 23 — нажимной штуцер, 24 — нажимная гайка, 25 — отсечная кромка плунжера, 26 — упор нагнетательного клапана, 27 — штуцер для подвода масла к прецизионным поверхностям и создания «масляного затвора»
топлива дизелем с суммирующим прибором. Высокая точность измерения расхода таким прибором может быть обеспечена при установке датчиков учета перемещения массы топлива в нагнетательной и сливной магистралях. Точность, необходимую для практического использования (2-3%), могут обеспечить также приборы ротационного типа, поршневые, а также счетно-суммирующие приборы, получающие информацию о положении рейки топливного насоса и частоте вращения вала дизеля. Измерители подобного типа с электромеха ническими или электронными преобразователями имеют то преимущество, что электрические сигналы можно подвергнуть математической обработке. Примером устройства для такой обработки может служить путевой микрокалькулятор, применяемый с 1979 г. на транспортных средствах фирмой «Симка» во Франции. Микрокалькулятор (рис. 5,6) установлен на приборной панели, и нажатием одной из шести кнопок позволяет на цифровом пятиразрядном табло отобразить один из следующих параметров: текущее время дня; врс-
Рис. 7. Блочные топливовпрыскивающие насосы: а — с открытым блоком (11Д45); б — с глухим блоком и подвесной плунжерной парой (Бош); 1 — втулка пары; 2 — блок насоса; 3 — плунжер; 4 — пружина плунжера; 5 — тарелка пружины; б — толкатель; 7-ролнк толкателя; # -кулачковый вал; 9 — стопор толкателя;
10 — зубчатый венец плунжера;
11 — рейка зубчатая; 12 — стопорный винт втулки; 13 — окно втулки; 14 — нагнетательный клапан; 15 — упор клапана; 16 — нажимной штуцер клапана; /7 -крепление втулки плунжера; 18 — опорный бурт подвесной втулки; 19 — отражатель; 20 — уплотнение втулки в корпусе; к — высота опорного бурта 2,5 мм
Рис. 8. Механизм привода реек:
а — вид сбоку,- б — вид сверху; « — рейка с беззазорным зубчатым соединением; 1 — вал привода; 2 — рычаг одной из секций; 3 — секция насоса; 4 — рейка; 5 — опора вала; 6 дизель; 7 — корпус рейки; 8 — подвижной зубчатый элемент; 9 — пружина; 10 — регулятор затяжки пружины; //-подвижная головка; /2 -резьбовой механизм изменения длины рейки; 13 — пружина для выбора зазора; 14 — крепление пружины; 15 — штнфт мя с начала движения транспортного средства; пройденный путь в километрах; ко-личество топлива в баке; количество топлива, израсходованного на 100 км пути; скорость движения. Использование такого микрокалькулятора на тепловозе позволит выявить рациональный режим ведения поезда и экономить топливо. Если все датчики в топливной системе будут электриче скими, то после доработки на микрокалькуляторе можно получать информацию о давлении топлива на разных участках магистрали, его температуре, загрязненности фильтров и т. п.
К этой же группе приборов топливной системы дизелей следует отнести оборудование для диагностики впрыскивающей аппаратуры: насосов высокого давления и форсунок. С различными принципами их работы можно познакомиться в описании изобретений по кл. Б02с1 и ООП. Сущность наиболее распространенных приборов состоит в регистрации стрелочным указателем амплитуды и фаз изменения давления впрыскивания в нагнетательном топливопроводе каждой форсунки и сравнении их с эталонными показателями.
Топливный насос высокого давления и соединенная с ним форсунка образуют топливо впрыскивающий контур. Основные конструктивные параметры контура даны в табл’. 1. В поисках рациональной аппаратуры для впрыскивания топлива в цилиндр, наилучшим образом выполняющей необходимые функции, создан и используется ряд принципиально различных конструктивных схем. Выбор схемы зависит от принятого способа смесеобразования. Рациональное смесеобразование и совершенствование аппаратуры позволили снизить удельный расход топлива дизелей типов Д70, Д49 для базовых моделей до 204 гДкВт-ч), в то время как дизель Д50 имеет удельный расход 245 г/(кВт ч).
Рис. 9. Характеристика изменения цикловых подач при регулировке на номинальном режиме и холостом ходу
Каждый тип насосов (рис. 6, 7) имеет свои достоинства и недостатки. Секционным насосам отдается предпочтение при эксплуатации дизелей: проще смена какой-либо секции при повреждении, легче регулировка, большая равномерность подачи по цилиндрам, нагнетательные трубки короче, одинаковой длины и формы, что существенно в эксплуатации тепловозных дизелей. Недостатки этого типа насосов уменьшаются по мере совершенствования конструкции. Секционные топливные насосы установлены на У-образные дизели французского производства Пильстик, рядов РА-280 и А(Ю-240, поставляемые, в частности, для тепловозов серии СС72000, швейцарские дизели Зульцер типа ЬУА-24, используемые на французских машинах и английских тепловозах «Ке-стрел». Эти насосы характеризуются надежностью в работе, имеют дополнительную систему смазки направляющей части плунжера (рис. 6, в) через штуцер 27; своеобразна конструкция толкателя насоса.
Блочный тип насосов высокого давления преобладает на двигателях мощностью до 700 кВт (дизели типов М756, В2-300, Д50). Новые конструктивные решения последних лет позволяют придти к выводу, что возможности насосов этого типа еще не исчерпаны. Осуществленные в последние годы разработки позволили сократить размеры рядного многоплунжерного насоса (рис. 1,6), упростить некоторые его элементы и, что не менее важно, сделать его более удобным в эксплуатации. Насос отличает плунжерная пара подвесного типа, не деформируемая под действием монтажных усилий [28], скрытый в корпусе механизм привода реек, нажимное устройство с регулировкой начала впрыскивания поворотом гильзы относительно плунжера, герметичный (без люков) корпус насоса.
Фирма Бош имеет патент на этот насос в СССР.
Механизм привода реек блочных насосов (рис. 7, а) имеет общий вал, закрепленный на самом насосе. В отличие от них валы привода насосных секций (дизели типов Д70, Д49) расположены на дизеле (рис. 8,а, 6) и подача на стенде регулируется без механизма привода реек. В сочленениях механизма привода вследствие износа увеличиваются зазоры, а следовательно, нарушается равномерность подачи. Чтобы исключить зазоры в зубчатом зацеплении, регулирующая рейка может быть выполнена беззазорной (рис. 8, в).
В результате регулировки подачи секционных и блочных насосов на номинальном режиме их характерйстики могут быть представлены условно, в виде отрезков прямых линий, исходящих от точки номинального режима. Точки холостого хода (рис. 9) расположены в зоне неравномерности цикловых подач. Зона неравномерности (заштрихованная на рис. 9) по секциям составляется 20-60% Qn и зависит от ряда технологических допусков, устранить влияние которых не удается. Сократить зону неравномерности на холостом ходу оказалось возможным двойной регулировкой механизма привода, которая позволяет после установки номинальной подачи выравнять подачи всех секций на холостом ходу путем изменения хода рейки каждой секции насоса. В этом случае рычаг привода реек (рис. 10) снабжен поворотным шарниром 3, сопряженным с ним по дуге окружности, центр которой находится на оси у торца рейки в одном из крайних положений привода, например, при номинальной подаче (рис. 10, а). Очевидно, что радиус К окружности рычага 2 равен длине поворотного шарнира 3. При переводе вала 1 с рычагами 2 (см.
Рис. 10. Опытный механизм привода реек дизелей типа Д70:
а — положение номинальной подачи; б — холостой ход; I — вал привода; 2 — рычаг рейки; 3 — шарнирное (переставляемое) звено; 4 — головка рейки; 5 — рейка насоса; б — корпус насоса; 7 — ограничитель подачи; # -резьбовой механизм изменения длины рейки;
9 — пружина для выбора зазора также рис. 8, а) в другое крайнее положение (рис. 10,6 положение подачи холостого хода) рейка выходит на а центр дуги Ца рычага смещается с оси ее движения О — О. В этом положении механизма привода перестановка звена 3 по дуге рычага приведет к изменению плеча поворота и хода /г”. Таким образом, в положении, представленном на рис. 10, а, регулируется величина Ир0М подач по секциям резьбовым механизмом 8 реек 5; точки Цр и Цп совмещены и остаются неподвижными. В положении, показанном на рис. 10,6, регулируется величина И?х по секциям перестановкой звеньев по позициям 1 — 8; только точка Ц0 остается неподвижной. Механизм привода, показанный на рис. 10, прошел испытания на дизеле типа Д70. Привод обеспечивает легкую и быструю регулировку, автоматическую компенсацию зазоров при износе. Характеристика подачи всех секций после двойной регулировки
изображена штрихпунктирной линией на рис. 9. Неравномерность на холостом ходу около 4%, что меньше неравномерности, указываемой заводами для обычного механизма привода реек. При этом компенсируется влияние на неравномерность подачи разницы гидравлических характеристик нагнетательных топливопроводов. Имеются и другие решения [14], обеспечивающие двойную регулировку.
Надежности механизма привода способствует его размещение в головке блока
цилиндров, как сделано на тепловозных дизелях ЬУА-24 (Зульцер) и РА6-280 (Пильстик), где все детали механизма постоянно смазываются. При этом сама секция насоса скрыта в крышке цилиндра, и это позволяет сократить длину нагнетательных топливопроводов.
В процессе эксплуатации топливных систем тепловозных дизелей часто возникает обрыв нагнетательных трубок. В поисках наиболее надежной конструкции топливопровода и его соединений разработано много усовершенствований, собранных в описании изобретений по кл. Р02т 55/00. Надежность топливопровода повышает замена конуса, изготовленного за одно целое с трубкой, съемным конусным наконечником, который зажимает трубку при затяжке штуцера; при обрыве трубки с таким соединением восстановление герметичности нагнетательной системы возможно в эксплуатационных условиях без замены трубки.
В последнее время на зарубежных транспортных дизелях находят применение защитные системы. В этом случае гибкий рукав, охватывающий нагнетательную трубку, крепится к корпусам насоса и форсунки, образуя герметичную полость. Эта полость соединена каналом с бачком, имеющим поплавок или мембрану с сигнализатором. При подтекании штуцеров насоса, форсунки или при обрыве нагнетаа — дизелей типа Д49; б — типа Д100; в — ЬУА-24; I — сопловый наконечник; 2 — распылитель; 3 — игла; 4 — накидная гайка; 5, 9 -• уплотш-тельные кольца; б — штанга запорного механизма; 7 — корпус форсунки; 8 — пружина запорного механизма; 10 — тарелка пружины; 11 — регулировочный штуцер; 12 — контргайка; 13 — штуцер слива топлива;
Рис. 11. Форсунки закрытого типа:
14 — штуцер для соединения с нагнетательным топливопроводом;
15 — щелевой фильтр; 16 — пластина замочная; 17 — топливоподводящий канал; 18 — кольцевая камера распылителя; 19 — уплотняющая поверхность газового стыка; 20 — ограничитель подъема иглы; 21 — конусные наконечники; 22 — нажимная гайка; 23 — слив жидкости; 24 — фланец крепления тельного топливопровода топливо попадает в полость гибкого рукава и стекает в бачок; сигнализатор оповещает локомотивную бригаду о неисправности. Предохранительный клапан в бачке предотвращает ложное срабатывание сигнализатора.
При эксплуатации дизелей нарушения их работы связывают в первую очередь с изменением состояния форсунок. Такой подход не лишен оснований, во-первых, потому, что форсунка является средством не только подачи топлива в двигатель, но и органом смесеобразования в цилиндре. Отклонение начала впрыскивания на 1 ° поворота коленчатого вала (для тепловозных дизелей это составляет всего около 0,003 с)
изменяет мощность дизеля и его экономичность на 1-2%.
На тепловозных дизелях типов Д70, Д50, семейства Д100, Д49, 11Д45 применяют форсунки закрытого типа. Основными узлами форсунки являются сопловый наконечник 1, распылитель 2 с прецизионной иглой 3 (рис. 1 ,а) и механизм ее запирания со штангой 6, пружиной 8 и регулировочным штуцером 11. Подаваемое насосом топливо через нагнетательный трубопровод проходит в штуцер 14, щелевой фильтр и по косому каналу 17 в камеру над запорным конусом распылителя. Под действием увеличивающегося (по мере подачи топлива насосом) давления в коль-
Рис. 12. Характер движения элементов форсунки и изменения давления в топливовпрыскивающей системе дизеля 11Д45 на режиме номинальной нагрузки :
1 — колебание верхнего витка пружины; 2 — то же среднего; 3 — то же нижнего; 4 — давление в нагнетательном трубопроводе (у насоса);
5 — давление в форсунке над иглой;
6 — давление под иглой; 7 — движение иглы распылителя; 8 — движение штанги форсунки; Я -отметка времени; У — угол поворота вала насоса; О — отметка геометрического начала подачи насоса цевой камере распылителя игла поднимается, преодолевая усилие запирающего механизма. С момента начала подъема иглы начинается процесс впрыскивания топлива через сопловые отверстия. Характер впрыскивания зависит от характеристики движения иглы и запирающего механизма (рис. 12). После подъема иглы механизм запирания из-за наличия упругого элемента — пружины — вместе со штангой и иглой совершает вынужденные колебания, искажающие расчетный характер перемещений иглы и процесса впрыскивания.
Колебания пружины, раздельное движение и многократные соударения деталей запирающего механизма приводят к увеличению хода штанги, к большему перемещению крайних витков пружины, чем при статическом подъеме иглы. На рис. 12 можно видеть, как двигавшаяся ранее (отрезок I- II) совместно с иглой штанга ускоряет свое движение (отрезок II — III) и, отделяясь от иглы, колеблется, многократно соударяясь с ней. После отсечки игла и штанга двигаются совместно (отрезок V- VI), а затем штанга под действием колеблющейся пружины вновь многократно ударяет по игле. На отрезке вблизи точки VI пружина приподнимется со своего посадочного места на штанге (см. колебания 1,3,8). Раздельное движение штанги, иглы и пружины — одна из причин ускоренного разрушения запорного конуса распылителя, нарушения регулировки затяжки пружины и даже излома ее витков, близких к опорным. Выбором конструктивных параметров форсунки и расчетом упругих колебаний системы игла — штанга, а также действующих усилий стремятся обеспечить максимальное приближение действительного процесса к требуемому во всем диапазоне регулирования дизеля. Выбор кон структивных параметров (таких, как масса деталей запирающего механизма, форма их сопряженных поверхностей, соотношение площадей иглы над и под запорным конусом, толстостенность корпуса распылителя, длина сопряженных прецизионных поверхностей распылителя, площадь кольцевой камеры над конусом иглы и многих других) определяет работоспособность форсунки и срок ее службы. Давление над запорным конусом в камере в определенный момент достигает 70 — 90 МПа, что приводит к появлению действующей на корпус распылителя силы в перпендикулярном к ее оси направлении, которая вызывает деформацию и заклинирание прецизионного сопряжения. Характерно, что зависание иглы продолжается часто только в определенный момент ее подъема, на период максимальных деформаций корпуса. Место временного заклинивания иглы может быть устранено в отдельных конструкциях канавкой на игле или увеличением технологического диаметрального зазора.
Особенности конструктивных форм распылителей объясняются рядом причин. Прежде всего, конструкция корпуса форсунки и распылителя учитывает специфические условия работы дизеля. Сопловая часть форсунки расположена в зоне камеры сгорания с быстро меняющимися температурами и подвергается различному воздействию горячих газов. Это отражается на выборе конфигурации и размеров соответствующих частей распылителя, вызывает необходимость использования охлаждающих каналов (см. рис. 11, в), изменения числа, размеров и направления сопловых отверстий, формы и размеров центрального колодца под запорным конусом и др.
Деформация прецизионной поверхности корпуса распылителя от монтажных сил,
рабочего давления топлива и температурных перепадов заставляет вести поиск конструкций с принципиально новыми решениями [27]. Так, появились распылители «карандашных» форсунок, у которых размещение направляющей прецизионной части выполнено значительно дальше от запорного корпуса, а также беспреци-зионные мембранные форсунки, у которых уплотнение и перемещение запорного органа выполнено с помощью мембраны. В последние годы в дизельных форсунках вместо пружинного запирания иглы стали применять гидравлическое. Это привело к появлению новых конструктивных решений для распылителя: распылители с полой иглой, а также гидрозапорные-форсунки с питанием надыгольной полости из нагнетательной магистрали через увеличенный до 10-15 мкм зазор между прецизионными направляющими поверхностями распылителя и иглы [27].
Для уменьшения колебания пружины и улучшения динамики запирающего механизма разработаны пружины переменной жесткости, пружины в виде тарелок, сложенных в пакет, обеспечивающий трение между ними и демпфирование колебаний. Весьма эффективным оказалось изменение формы и размеров сопряженных поверхностей иглы и штанги, а также установка на штанге твердоплавкого наконечника.
⇐От авторов | Топливные системы тепловозных дизелей. Ремонт, испытания, совершенствование. | Совершенствование систем подачи топлива⇒