Насосы выпускаются в правом и левом исполнении, отличающиеся, в основном, установкой рычагов управления, топливоподкачивающего насоса и конструкциями плиты крепления насоса к двигателю. В последних модификациях предусмотрена смазка от системы смазки двигателя. Насосы комплектуются плунжерными парами диаметром 9 и 10 мм. Насосы для надувных дизелей имеют пневмокорректоры. Устройство ТНВД рассмотрим на примере насоса 4УТНМ (рис. 1.29).
Блочный корпус насоса выполнен из алюминиевого сплава. В головке имеются разделенные каналы для подвода и отвода топлива к секциям. Кулачковый вал вращается в конических подшипниках повышенной работоспособности.
Профиль кулачков тангенциальный (в насосах УТНИ несимметричный профиль кулачков), оси роликов толкателей плавающего типа. В головке болта толкателя предусмотрен цилиндрический выступ, по которому центрируется нижняя тарелка пружины. Начало подачи регулируется винтом толкателя, а равномерность подачи – разворотом плунжеров, осуществляемым втулкой с зубчатым венцом.
Регулятор насоса серии УТН. Малогабаритный регулятор имеет четыре груза 3 (рис. 1.30), соединенные осями со ступицей 5, которая свободно сидит на кулачковом валу 1.г
Вал со ступицей связан через резиновые демпферы 2, которые уменьшают неравномерность вращения грузов регулятора. По хвостовику кулачкового вала свободно передвигается муфта 4 регулятора с упорным шарикоподшипником.
В задней части регулятора на оси установлены основной 6 и промежуточный 7 рычаги, связанные болтом 8, ограничивающим необходимую свободу их взаимного перемещения. Вверху промежуточный рычаг соединен тягой с рейкой 16 насоса. На нем расположена шпилька крепления пружины 20 обогатителя. Основной рычаг соединен через пружину 19 регулятора с рычагом 22 управления. В наружный прилив корпуса регулятора ввернут винт 21, который ограничивает натяжение пружины регулятора. В заднюю стенку корпуса регулятора ввернуты болт 9 номинальной подачи топлива (жесткий упор) и винт 12 прекращения подачи топлива. В промежуточный рычаг 7 ввернут корректор, который через шток 11 корректора соприкасается с основным рычагом 6.
В регуляторе предусмотрен автоматический обогатитель подачи топлива на пусковой частоте вращения коленчатого вала двигателя. Пружина 20 обогатителя соединяет промежуточный рычаг 7 рычагом 22 управления.
Работа регулятора ТНВД УТН. При пуске двигателя рычаг 22 (рис. 1.30,а) управления поворачивается до упора в винт 21 и растягивает пружины 19 и 20. Пружина регулятора перемещает основной рычаг 6 до упора в головку болта 9, а пружина обогатителя перемещает промежуточный рычаг 7 и соединенную с ним рейку 16 насоса вперед (на рисунке - вправо), обеспечивая увеличение подачи топлива, необходимое для пуска двигателя. В начале работы двигателя грузы 3 регулятора под действием центробежной силы расходятся и выступами перемещают муфту 5, а вместе с ней промежуточный рычаг 7 и рейку назад, уменьшая подачу топлива.
Если рычаг 22 управления подачей топлива повернуть вверх до отказа (рис. 1.30, б), то пружина 19 регулятора сначала полностью сожмется и затем, действуя как жесткая тяга, передвинет основной рычаг 6 назад до упора в винт 12 прекращения подачи топлива. Посредством болта 8 промежуточный рычаг и связанная с ним рейка 16 ТНВД перемещаются вместе с основным рычагом, подача топлива прекращается и двигатель останавливается.
При максимальной частоте вращения холостого хода рычаг управления регулятора упирается в винт 21. Двигатель, не имея нагрузки, работает с повышенной частотой вращения коленчатого вала. Центробежная сила вращающихся грузов увеличивается и, преодолевая усилие пружин 19 и 20, отклоняет рычаги 6 и 7 влево, перемещая рейку в сторону уменьшения подачи топлива, поэтому частота вращения коленчатого вала снижается. В дальнейшем центробежная сила грузов уравновешивается усилием пружины 19 регулятора, а рейка насоса находится в определенном промежуточном положении. При этом шток корректоpa 11 утоплен, а основной и промежуточный рычаги прижаты один к другому и работают как одно целое.
Когда двигатель нагружен полностью, частота вращения коленчатого вала снижается, и центробежная сила грузов уменьшается. Под действием пружины регулятора промежуточный и основной рычаги перемещаются вперед до упора основного рычага в головку болта. Если нагрузка постоянная, то устанавливается равновесие между усилием пружины регулятора и центробежной силой грузов, частота вращения коленчатого вала при этом номинальная. При изменении нагрузки равновесие нарушается, и промежуточный рычаг перемещается вместе с рейкой насоса, изменяя подачу топлива.
Если двигатель перегружен (pис.1.20, в), то частота вращения коленчатого вала падает, центробежная сила грузов ослабевает настолько, что пружина 14 корректора, воздействуя с помощью штока 11 на основной рычаг, перемещает промежуточный рычаг 7 и рейку 16 вперед, дополнительно повышая подачу топлива. При этом крутящий момент двигателя растет и преодолевается перегрузка. Корректор может увеличивать подачу топлива на 15 20% по сравнению с подачей топлива при номинальной нагрузке.
Ранее рассматривалась работа регулятора при упоре рычага управления в винт максимальной частоты вращения. Перемещением рычага 22 управления ТНВД можно изменять степень растяжения пружины 19 регулятора и, следовательно, заданный скоростной режим двигателя. Во время работы трактора при неполной нагрузке целесообразно для экономии топлива выбирать пониженный скоростной режим двигателя.
ОАО НЗТА разработан для четырех- и шести- цилиндровых дизелей (Д-260Т, Д-265, Д245, семейства СМД и др.) ТНВД серии 627 и 427 с подвесными секциями и межцентровым расстоянием 27 мм. Его основные конструктивные решения аналогичны изображенным на рис. 1.19. Диаметр плунжера 10 мм, ход 7-11 мм, максимальная цикловая подача 150 мм3 /цикл. Глухой корпус насоса выполнен из алюминиевого сплава. Регулировка угла начала подачи производится прокладками под фланец секции, неравномерности подачи - поворотом секции. Насос оборудуется всережимным регулятором и пневмокорректором.
Применяемость и особенности конструкции ТНВД фирмы Ярославские ТС для дизелей ЯМЗ. Рядные ТНВД выпускаются для шести-, восьми- и двенадцатицилиндровых дизелей Ярославского и Тутаевского моторных заводов. Применение насосов приведено в приложении 2, а общий вид некоторых насосов показан на рис. 1.31, (см. также рис. 1.19).
Рис. 1.31. Общий вид ТНВД: а - 60.5-30 дизеля ЯМЗ-236М2; б - 175 дизеля ЯМЗ-7511.
Насосы комплектуются плунжерными парами диаметром 9 и 10 мм. Регулятор насоса выполнен по схеме с последовательным включением корректора, имеет ускоряющую передачу на валик регулятора. Применяется циркуляционная система смазки, на автомобильных дизелях применяется центробежная муфта опережения впрыскивания. Для дизелей с наддувом предусмотрена установка пневмокорректора с гидроусилением.Отличительной особенностью двенадцатисекционных насосов является использование двух ТПН, при этом ручным подкачивающим насосом укомплектован только один из них. ТПН установлены на двигателе и приводятся в действие от эксцентрика распределительного вала. Для высоких давлений подачи уменьшен объем надплунжерной полости, усилена конструкция толкателя, внедрен кулачковый вал с увеличенным диаметром приводного конца.
Топливный насос 806.5-40 дизельного двигателя ЯМЗ-238Д-2 установлен между рядами цилиндров и приводится в действие от шестерни распределительного вала через автоматическую муфту 1 опережения впрыска (рис. 1.32). Управление работой насоса осуществляется с места водителя и автоматически корректируется всережимным регулятором.
Нагнетательные секции удерживаются штуцерами 24 и установочными винтами в гнездах верхней части корпуса 18 насоса. Топливо к секциям подводится и отводится через продольные каналы, просверленные по всей длине корпуса насоса.
Сбоку от нагнетательных секций в продольном сверлении корпуса размещена зубчатая рейка 4, зацепленная с зубчатыми секторами 23 каждого плунжера. Ход рейки ограничивается ограничителем 3. Свободный конец рейки, выходящий из корпуса насоса, соединен тягой 10 с регулятором частоты вращения коленчатого вала, который управляет количеством подачи топлива. От поворота рейка фиксируется при помощи винта, входящего в ее продольный паз и ввернутого в стенку блока насоса.
Роликовые толкатели 29 от проворачивания удерживаются удлиненными осями роликов, которые входят в вертикальные пазы, выполненные в гнездах. Кулачковый вал 19 насоса, установленный на двух подшипниках качения и подшипнике скольжения, имеет кулачки и эксцентрик для привода ТПН. На переднем хвостовике вала закреплена муфта опережения впрыска, на заднем - через демпфер закреплена шестерня привода регулятора.
Работа регулятора ТНВД. На номинальном режиме работы рычаг 16 (рис. 1.33) управления регулятора упирается в винт 15. Пружина 18 регулятора через двуплечий рычаг 20 перемещает основной рычаг 19 и упорную пяту 9 с рычагом 11 тяги до упора болта 24 номинальной подачи в ось рычага 16. С противоположной стороны на упорную пяту 9 действует центробежная сила грузов 4, но на данном режиме этой силы не достаточно для преодоления усилия пружины 18 регулятора, поэтому рейка 12 находится в жестком положении на упоре в болт 24 номинальной подачи. При этом пружина 27 корректора сжата до упора рычага 11 в выступы рычага 19.
При повышении частоты вращения кулачкового вала (рис. 1.33,б) центробежная сила вращающихся грузов 4 увеличивается и, преодолевая усилие пружины 18, отклоняет рычаг 11 вправо, перемещая рейку 12 в сторону уменьшения подачи топлива. В результате этого частота вращения кулачкового вала снижается, центробежная сила грузов падает, и за счет усилия пружины 18 регулятора рейка ТНВД возвращается в исходное положение.
С увеличением нагрузки частота вращения коленчатого вала снижается, и центробежная сила грузов 4 падает (pис.1.33,в). Под действием пружины 18 регулятора рычаг 19 находится на упоре в болт 24 номинальной подачи, но за счет действия пружины 27 корректора рычаг 11 перемещается для увеличения подачи на величину хода штока корректора, устанавливаемого гайкой 25.
При пуске двигателя пружина 4 обогатителя перемещает рычаг тяги 11 и соединенную с ним рейку 12 насоса влево вокруг кулисы 2, обеспечивая увеличение подачи топлива.
После пуска грузы 4 регулятора под действием центробежной силы расходятся и выступами перемещают муфту 5, а вместе с ней промежуточный рычаг 11 и рейку 12 назад до упора в корректор 27, уменьшая подачу топлива. Если рычаг 22 управления подачей топлива повернуть до упора в болт 17 ограничения минимальных оборотов, то в отличие от тракторных регуляторов подача топлива не прекратится. В этом случае центробежная сила грузов 4 будет уравновешиваться усилием буферной пружины 22, и рейка 12 будет находиться в положении минимальной подачи. Для останова двигателя необходимо воздействовать на рычаг 27, при этом за счет скольжения кулисы 2 рычаг 11 поворачивается вокруг упорной пяты 9, перемещая рейку 12 в сторону выключения подачи.
Применяемость и особенности конструкции ТНВД дизелей КамАЗ. V-образные многоплунжерные насосы ЯЗДА с углом развала между рядами секций 75о, выпускаются для шести- и восьмицилиндровых дизелей КамАЗ (рис. 1.23). В последние годы освоено производство ТНВД типа «компакт» с подвесными секциями для дизелей семейства ГАЗ-544, Д-245, Д-260, Д-65Н и др. Применение насосов и регулировочные данные приведены в приложении 6.
Все типы V-образных насосов имеют автоматическую центробежную муфту прямого действия и централизованную систему смазки. Модернизированные модели ТНВД серии 332, 337 имеют плунжерные пары диаметром 10 и 11 мм, оригинальные нагнетательные клапаны, кулачковый вал с увеличенными ходом плунжера и диаметром приводного конца. Для дизелей с наддувом предусмотрена установка пневмокорректора. Дополнительно устройство ТНВД рассмотрим на примере насоса 33-02 (рис. 1.23).
В корпусе из алюминиевого сплава, имеются гнезда для установки насосных секций, каждая из которых является сборочной единицей и включает свой корпус, втулку с плунжером, поворотную втулку, нагнетательный клапан. От поворота толкатель фиксирует сухарь, выступ которого входит в паз корпуса ТНВД. Регулирование угла начала подачи производится установкой в толкателе пяты определенной толщины, а равномерность подачи по секциям –поворотом секции в пределах овальных отверстий фланцев корпусов.
Всережимный регулятор выполнен по схеме с переменной деформацией главной пружины, причем с предварительной деформацией изменяется ее наклон к главному рычагу. На номинальном режиме рычаг 16 управления (рис.1.34) находится на упоре в болт максимального скоростного режима. Под действием пружины 11 основной рычаг 27 поворачивается вокруг оси 6 до упора в болт 29 номинальной подачи. С противоположной стороны на рычаг 27 давят рычаг 19 антикорректора и промежуточный рычаг 28, перемещающиеся в сторону выключения подачи за счет центробежной силы грузиков 15. При этом пружины корректора 23 и антикорректора 12 находятся в сжатом положении, обеспечивая жесткую фиксацию промежуточного рычага 28, который определяет положение реек 26 и 1.
При повышении частоты вращения центробежная сила вращающихся грузов 15 увеличивается и, преодолевая усилие пружины 11, отклоняет систему рычагов 19, 27, 28 от болта 29 номинальной подачи, перемещая рейки 1 и 26 в сторону уменьшения подачи топлива. В результате этого частота вращения кулачкового вала снижается, центробежная сила грузов падает, и за счет усилия пружины 11 регулятора рейка ТНВД возвращается в исходное положение.
С увеличением нагрузки частота вращения коленчатого вала снижается, и центробежная сила грузов 15 падает. Под действием пружины 11 регулятора основной рычаг 27 находится на упоре в болт 29 номинальной подачи, но за счет действия пружины 23 корректора рычаги 19 и 28 поворачиваются вокруг оси 6 на величину хода корректора Е в сторону увеличения подачи. Если перегрузка преодолена, рычаги возвращаются в исходное положение, если же частота вращения продолжает снижаться, то усилие грузиков становится настолько низким, что распрямляется пружина 12 антикорректора и промежуточный рычаг 28 поворачивается вокруг соединения с рычагом 19 антикорректора, уменьшая подачу топлива. Это вынуждает водителя перейти на пониженную передачу, исключая работу двигателя с повышенным дымлением.
При пуске двигателя для перевода рычагов в пусковой режим необходимо повернуть рычаг 16 управления до упора в болт 22 максимального скоростного режима. При этом рычаг 22 специальным выступом перемещает пусковой рычаг 2 натягивая пусковую пружину 3 обогатителя, которая непосредственно перемещает рычаг рейки 4 и соединенные с ним рейки 1 и 26 до упора промежуточного рычага 28 в рычаг 37 останова, обеспечивая увеличение подачи топлива. После запуска двигателя грузы 15 регулятора под действием центробежной силы расходятся и выступами перемещают промежуточный рычаг 28 и рейки 1 и 26 назад, уменьшая подачу топлива.
На режиме минимально устойчивой частоты вращения рычаг 16 управления находится на упоре в болт 8. Центробежная сила грузов 15 уравновешивается усилием пружины 11, и рейка 12 находится в положении минимальной подачи. Для останова двигателя необходимо повернуть рычаг 37 до упора в болт 38, при этом он воздействует на промежуточный рычаг 28, перемещая рейки 1 и 26 в сторону выключения подачи.
Применяемость и особенности конструкции ТНВД серии ТН (ЛСТН).
Четырехсекционные ТНВД выпускаются Алтайским ЗТА (серии 4ТН) и Харьковским ТЗ (серии ЛСТН). Применение насосов по разным маркам дизелей и машин и регулировочные данные приведены в приложении 7, а общий вид некоторых насосов показан на рис. 1.35.
Насосы, устанавливающиеся на левую сторону дизеля (по ходу движения), имеют в обозначении букву «Л» и, соответственно, расположенные с левой стороны подкачивающий насос и рычаг управления регулятором. ТНВД разных заводов, кроме того, отличаются конструкцией плиты крепления, кулачковым валом и комплектацией регулятора. Насосы последних конструкций имеют централизованную систему смазки через отверстие в установочном фланце. Отдельные модели имеют пневмокорректор мембранного типа.
ТНВД серии 6ТН для шестицилиндровых дизелей производит только Алтайский ЗТА. Конструктивно он подобен насосам 4ТН, отличаясь способом крепления на дизель, промежуточной опорой кулачкового вала и муфтой привода. В то же время насосы АТНМ6 для дизелей Д-463 имеют фланцевое крепление.
Алтайский завод ТА начал производство новых топливных насосов серии НТВ (рис. 1.35,г) с межсекционным расстоянием 27 мм и подвесными секциями в едином блочном корпусе.
ТНВД имеет всережимный механический регулятор с прямым и обратным корректорами, нагнетательные клапаны двойного действия и централизованную систему смазки.
Общее устройство ТНВД 4ТН показано на рис. 1.36. Корпусы насоса и регулятора изготавливаются из алюминиевого сплава. Насосные секции монтируются в съемную головку, которая крепится к насосу на шпильках. В головке имеются П-образный канал для подвода и отвода топлива к секциям и перепускной клапан, поддерживающий давление в канале от 0,07 до 0,12 МПа (рис.1.36, а). При установке плунжерных пар в топливоподающие каналы устанавливаются защитные экраны, предохраняющие головку топливного насоса от разрушения струями, действующими при отсечке топлива.
Втулка плунжера фиксируется штифтом от проворачивания и имеет два окна, одно из которых предназначено для наполнения надплунжерного пространства топливом, а второе – для отсечки топлива в конце подачи. Отсечка происходит при нагнетательном ходе плунжера в момент совмещения его отсечной кромки с отсечным отверстием втулки. При этом топливо из надплунжерного пространства через отверстия плунжера и втулки перетекает в полость низкого давления. Одноканальная головка топливного насоса (рис. 1.36, б) – в головке для подвода топлива к плунжерным парам выполнен один центральный канал вдоль продольной оси головки. Окна во втулке плунжера расположены вдоль оси этого канала, а не перпендикулярно к осям каналов, как в П-образной головке. Поэтому струя топлива, возникающая при отсечке топлива, попадает на стальную втулку плунжера, а не на алюминиевую головку топливного насоса и необходимость в защитных экранах отпадает.
Равномерность подачи топлива по секциям регулируется разворотом плунжеров (смещением того или иного хомутика поводка плунжера относительно рейки насоса), а угол начала подачи – винтом толкателя. ТНВД серии ТН имеют кулачковый вал с симметричными концами, поэтому для правильной его установки (чтобы соблюдался порядок работы 1-3-4-2) на цилиндрической поверхности около первого кулачка наносится метка.
Регулятор ТНВД серии ТН. Регулятор топливного насоса расположен в отдельном корпусе и прикреплен сзади к топливному насосу. Вал 7 (рис. 1.37) регулятора установлен в корпусе на двух шарикоподшипниках и получает вращение от кулачкового вала насоса через пару шестерен 18. На вал жестко посажена крестовина 16 с грузами 15, подвижная муфта 19 и две пружины 8. При работе двигателя на муфту действуют две противоположно направленные силы: сила пружин и центробежная сила грузов. Перемещаясь под действием этих сил, муфта поворачивает вилку 10 через шипы, входящие в пазы муфты.
Вилка соединена тягой 11 с рейкой топливного насоса. Винт 12 вилки при номинальной подаче топлива упирается в призму 13 корректора, имеющую наклонную площадку. С помощью кнопки 14 призма может выходить из-под винта при пуске двигателя в холодное время года. Кронштейн 4 свободно надет на валик рычага 20 управления регулятором, но соединен с ним двойной спиральной пружиной 3, усики которой охватывают кронштейн 4.
Заданный скоростной режим работы двигателя устанавливается перемещением рычага 20 управления регулятором. Во время работы дизеля рейка 17 топливного насоса перемещается под действием пружин 8 и центробежной силы грузов 15. При кратковременной перегрузке срабатывает корректор: частота вращения коленчатого вала временно снижается, и центробежная сила грузов 15 уменьшается настолько, что под действием силы пружин 8 кронштейн 4 повернется по ходу часовой стрелки (спиральная пружина 3 корректора закручивается) и вилка 10 переместится вперед, а винт 12 будет скользить по скосу призмы 13 вверх. Рейка дополнительно сместится в сторону увеличения подачи топлива, вращающий момент дизеля возрастет, преодолевая временную нагрузку.
При остановке дизеля рычаг 20 управления регулятором перемещают до соприкосновения сектора рычага с винтом 22. Рейка топливного насоса отводится вилкой 10 назад (по рисунку — влево) до отказа, и подача топлива прекращается.
Применяемость и особенности конструкции ТНВД Челябинского тракторного завода. Рядные насосы серии ЧТЗ выпускаются для дизелей Челябинского тракторного завода. Применение насосов по разным маркам дизелей и машин и регулировочные данные приведены в приложении 6.
Устройство ТНВД рассмотрим на примере насоса 14-67-сб2 (рис. 1.38). В чугунном литом корпусе устанавливаются четыре насосные секции, закрепленные на блоке 32 насоса. Кулачковый вал 33 вращается в бронзовых втулках 4 и 34. В нижней части плунжера сделана кольцевая проточка, на которой стяжным винтом укреплен зубчатый сектор 21. Он находится в зацеплении с рейкой 46, соединенной поводком 47 с тягой 30. На левый конец тяги навернута муфта 14, которая может касаться пластинчатой пружины 13 корректора, закрепленной на блоке ТНВД с некоторым зазором.
В толкатель 9 ввернут хвостовик 19, который своим пазом захватывает головку плунжера. Плунжерные пары второй и третьей секций имеют более широкий перепускной паз
для отключения подачи топлива во второй и третий цилиндры двигателя при работе без нагрузки. Эти пары не взаимозаменяемы с парами первой и четвертой секций.
Регулятор частоты вращения установлен в отдельном корпусе. Грузики 16 (рис. 1.39) приводятся во вращение через коническую передачу 13. Всережимный регулятор выполнен по схеме с переменной деформацией главной пружины 8, причем с изменением предварительной деформации изменяется ее наклон к двуплечему рычагу 15.
На номинальном режиме работы рычаг 11 управления находится на упоре в болт 12. За счет усилия пружины 8 регулятора двуплечий рычаг 15 через тягу 7 перемещает рейку 5 в сторону увеличения подачи, пока это усилие не скомпенсируется суммарным воздействием центробежной силы грузиков 16 и пружины 3 корректора, которая упирается в регулировочную муфту 2.
Рис. 1.39. Схема регулятора КДМ: 1 - гайка; 2 - муфта регулировочная; 3 - пружина корректора; 4 - корпус ТНВД; 5 - рейка ТНВД; 6 - кольцо тяги рейки; 7 - тяга; 8 - пружина регулятора; 9 - болт минимального скоростного режима; 10 - пружина упора; 11 - рычаг управления; 12 - болт максимального скоростного режима; 13 - шестерни привода регулятора; 14 - муфта грузиков; 15 - двуплечий рычаг; 16 - грузики; 17 - демпферы.
При увеличении частоты вращения центробежная сила грузиков 16 возрастает и двуплечий рычаг 15, растягивая пружину 8 регулятора, перемещает рейку 5 в сторону уменьшения цикловой подачи топлива. Снижение частоты вращения вызывает уменьшение центробежной силы грузиков 16, и под действием усилия пружины 8 рейка 5 возвращается в исходное положение. При дальнейшем снижении частоты вращения (режим перегрузки) рейка 5 перемещается за счет того же усилия пружины 8 регулятора, деформируя пружину 3 корректора до упора в корпус 4 ТНВД.
При повороте рычага 11 управления до упора в болт 9 поддерживается минимально устойчивая частота вращения холостого хода, причем на этом режиме подача топлива происходит только в два цилиндра. Для останова дизеля необходимо дополнительно повернуть рычаг 11, деформируя пружину упора 10.