Топливный насос высокого давления ТНВД Д-240 УТН-5
Топливный насос высокого давления УТН-5 (ТНВД) двигателя Д-240 устанавливают на тракторах МТЗ-80, МТЗ-82. Основная отличительная особенность конструкции насоса состоит в том, что плунжер поворачивается во втулке для изменения цикловой подачи с помощью зубчатого венца, находящегося в зацеплении с рейкой.
ТНВД Д-240 выпускают в правом и левом исполнении и различают по расположению подкачивающего насоса и конструкции фланца крепления. Корпус топливного насоса (25 рис. 1) изготовлен из алюминиевого сплава. Горизонтальная перегородка делит его на две полости.
Рис 1. ТНВД УТН-5 двс Д-240
В нижней части топливного насоса УТН-5 находится кулачковый вал 1 с кулачками привода насосных секций и эксцентриком привода подкачивающего насоса, а в верхней - насосные секции. В отверстиях перегородки против кулачков находятся толкатели 2 с регулировочными винтами 12.
От проворачивания толкатели удерживаются винтами 14, попарно зашплинтованными проволокой. Кулачковый вал вращается на двух шарикоподшипниках. Размещение кулачков на валу соответствует порядку работы цилиндров 1-3-4-2.
В верхней части корпуса ТНВД предусмотрены продольные каналы 4 и 9. Они соединены между собой и образуют П-образный канал, который одним топливопроводом подсоединяется к фильтру тонкой очистки топлива (подводится топливо), а вторым - к подкачивающему насосу (перепуская часть топлива из канала при повышении давления свыше 0,07-0,12 МПа). Перепускной клапан вмонтирован в штуцер 21 крепления топливопровода.
Снаружи к корпусу крепятся подкачивающий насос, регулятор, плита 24 крепления насоса и установочный фланец 23. К каждому штуцеру 6 секции накидной гайкой присоединяется топливопровод высокого давления, по которому топливо подается к форсунке. Насос приводится в действие от шестерни коленчатого вала через промежуточную шестерню и шестерню 29 привода насоса, которые соединяются между собой по меткам.
Шестерня привода топливного насоса Д-240 имеет вдвое больше зубьев, чем шестерня коленчатого вала, поэтому за два оборота вала двигателя вал насоса делает один оборот. Шестерня привода насоса вращается на ступице фланца 23.
Втулка шестерни и рабочая поверхность ступицы смазывается маслом, которое подводится по каналам 22. С валом насоса шестерня соединяется посредством шлицевого фланца 31, который крепится к шестерне болтами, и шлицевой втулки 16, которая устанавливается на шпонке вала насоса и крепится глухой гайкой 17.
Соединение шлицевой втулки с шлицевым фланцем возможно только в определенном положении, так как фланец имеет один широкий (слепой) шлиц, а втулка - соответствующий паз. Благодаря этому можно снимать и устанавливать топливный насос, не нарушая угла опережения начала подачи топлива.
После установки (отремонтированного или нового) ТНВД УТН-5 на двигатель Д-240 этот угол проверяют и при необходимости корректируют. Для этого в торце ступицы шестерни 29 предусмотрены два диаметрально противоположных ряда отверстий с резьбой (по семь или восемь отверстий).
Угол между двумя соседними отверстиями 22°30". Такие же два ряда отверстий имеются и на шлицевом фланце 31, но угол между их отверстиями 21°. Во время соединения средних отверстий фланца и шестерни (по меткам 30) остальные отверстия не совпадают.
Первые отверстия справа и слева от болта крепления фланца к шестерне не совмещаются на 1°30' и четвертые - от 6°. Если фланец повернуть до совмещения его последующего отверстия с соответствующим отверстием шестерни, вместе с фланцем повернется вал насоса на 1°30', а момент начала подачи топлива секциями насоса топливного насоса изменится на 3° по коленчатому валу.
Таким образом, если фланец с шестерней ТНВД Д-240 соединены по меткам, то совмещая последующие одноименные отверстия фланца и шестерни после их разъединения, можно изменить угол начала подачи топлива на 3, 6,9 и 12° (при восьми отверстиях в ряду) по коленчатому валу.
Если совмещать отверстия, смещая фланец в сторону вращения шестерни 29 (на фланце имеется метка "+"), угол начала подачи топлива увеличивается, а против вращения (метка "-" на фланце) - уменьшается. Плунжер 13 (рис. 2) и гильза 5, нагнетательный клапан 3 и седло изготовлены из высококачественной стали и тщательно притерты друг к другу.
Рис. 2. Топливный насос ТНВД УТН-5: плунжер, гильза, клапан, седло
Гильза имеет два отверстия. Верхнее отверстие 19 предназначено для впуска, а нижнее 18 - для перепускания топлива, Относительно корпуса гильза фиксируется штифтом. У плунжера предусмотрены винтовой паз 17 и два отверстия - осевое и радиальное, посредством которых паз сообщается с надплунжерным пространством. Кольцевая выточка в нижней части плунжера обеспечивает лучшую смазку плунжерной пары топливом.
Пружина 8 через тарелку 12, которая удерживается заплечиком плунжера, прижимает плунжер к регулировочному винту толкателя. Верхним заплечиком с лысками плунжер соединяется с поворотной втулкой 14. Она свободно надевается на нижнюю часть гильзы 5 и через зубчатый венец 6 соединяется с рейкой 16.
В случае перемещения рейки зубчатый венец поворачивает относительно гильзы поворотную втулку и плунжер 13. При этом кромка винтового паза 17 приближается к перепускному отверстию 18 гильзы или удаляется от него. Рейка действует на зубчатые венцы всех секций.
Над гильзой 5 находится седло 4 с нагнетательным клапаном 3 и пружиной 1. Клапан насоса УТН-5 способствует лучшему распылению топлива форсункой, обеспечивая быстрое нарастание давления топлива в начале его впрыскивания и резкое его снижение в конце.
Седло клапана прижимается к торцу гильзы штуцером 2, завинченным в резьбовое отверстие корпуса. Для уплотнения резьбового соединения между фланцем седла и торцом штуцера имеется капроновая прокладка. Резьба на седле предназначена для его демонтажа при помощи съемника.
Клапан имеет направляющую часть Н с пазами для прохода топлива, цилиндрический разгрузочный поясок П и запорный конус К. Поясок и конус притерты к седлу. При нахождении плунжера топливного насоса в нижнем положении (рис. 3, а), т.е. когда на толкатель не давит кулачок приводного вала, рабочая полость гильзы сообщена с впускным отверстием 3, через которое она заполняется топливом из канала 4.
Рис.3. ТНВД двс Д-240 - положения плунжера
Вращение кулачкового вала топливного насоса УТН-5 обуславливает давление кулачка на толкатель (рис. 3, б) и движение вверх плунжера 1. Топливо из уменьшающегося
надплунжерного пространства вытесняется обратно в канал 4 до тех пор, пока плунжер верхней кромкой не перекроет отверстие 3.
При последующем движении плунжера вверх происходит сжатие топлива в изолированном пространстве, и как только давление на нагнетательный клапана 6 снизу станет большим,
чем давление на него пружины 8 сверху, клапан отодвигается от седла, открывая путь топливу по трубопроводу высокого давления к форсунке (рис. 3, в).
Подача топлива продолжается до тех пор, пока винтовой паз на плунжере через осевой канал не соединит надплунжерную,полость (с давлением 30...50 МПа) и канал 8 (с давлением 0,1 МПа). Вследствие разности давления топливо перетекает в перепускной канал (рис. 3, г), давление в надплунжерной полости падает и, когда оно становится меньше давления на нагнетательный клапан сжатой пружины, клапан прижимается к седлу 7.
Подача топлива в топливопровод прекращается. Доза подаваемого топлива к форсунке УТН-5 зависит от расстояния, которое пройдет плунжер от момента перекрытия впускного отверстия 3 до момента открытия перепускного отверстия 9 винтовым пазом.
Указанное расстояние в процессе работы двигателя можно изменять, поворачивая плунжер насоса относительно продольной оси.
Для этой цели предусмотрен зубчатый венец 26 (см. рис.1), соединенный с рейкой ТНВД МТЗ-80, МТЗ-82, которая с помощью системы тяг и рычагов соединена с педалью и рычагом на рабочем месте тракториста. При перемещении рейки зубчатые венцы всех секций поворачиваются, и подача топлива изменяется (неравномерность подачи отдельными секциями допускается до 3%).
Таким образом начало подачи топлива к форсунке определяется моментом, когда плунжер перекрывает впускное отверстие, а конец - когда кромка винтового паза достигает перепускного канала.
Доза регулируется изменением длины хода плунжера до начала перепуска топлива (отсечки). Нагнетательный клапан отделяет надплунжерное пространство от топливопровода высокого давления, сохраняя внутри последнего столб топлива, находящийся под давлением.
Благодаря этому в начале подачи импульс давления распространяется от плунжера к форсунке топливного насоса скоростью звука в топливе (примерно 1500 м/с). Это создает
условия для своевременного и четкого начала впрыска при каждой новой подаче топлива. Если остаточное давление в топливопроводе будет слишком высоким, форсунка не сможет
четко прекращать впрыск, а это способствует нагарообразованию.
Для разгрузки топливопровода высокого давления ТНВД УТН-5 двигателя Д-240 и обеспечения четкости прекращения подачи топлива форсункой служит разгрузочный поясок 10 (рис. 3, д) действующий следующим образом.
В момент начала перепуска топлива, когда давление в надплунжерной полости резко снижается, нагнетательный клапан под действием пружины и вначале в седло входит цилиндрический поясок 10,отсасывая топливо из топливопровода, затем коническая часть клапана. Такое движение разгрузочного пояска приводит к резкому падению давления в топливопроводе.
Регулятор насоса - центробежный, всережимный, с корректором подачи топлива и автоматическим обогатителем. Он крепится корпусом к фланцу ТНВД Д-240 и имеет привод от его вала. Ступенчатый хвостовик кулачкового вала насоса находится в корпусе регулятора.
На первый его уступ с лысками напрессована упорная шайба 7 (см. рис. 1, б), на второй - свободно установлена ступица 5 с четырьмя грузами (от осевого перемещения ступица удерживается стопорным кольцом), на последнем расположена отжимная муфта с упорным шарикоподшипником 2.
На оси 28 установлены основной 27 и промежуточный 25 рычаги регулятора. Они соединены болтом 24 так, что между ними имеется угловой люфт. На промежуточном рычаге установлен бочкообразный ролик 26, упирающийся в муфту регулятора 8, корректор 20 подачи топлива и шпилька крепления пружины 13 автоматического обогатителя. В верхней части к рычагу крепится тяга, соединяющая его с рейкой 14 топливного насоса.
Основной рычаг регулятора через пружину 18, серьгу и рычаг 12 соединяется с рычагом управления регулятором, расположенным вне его корпуса. Угол поворота основного рычага на оси 28, а значит, промежуточного рычага и ход рейки топливного насоса ограничиваются болтом 22 (номинальная подача топлива) и упором 21 (подача выключена).
Детали регулятора и насоса ТНВД УТН-5 дизеля Д-240 трактора МТЗ-80, МТЗ-82 смазываются моторным маслом, которое заливают через горловину, расположенную возле рычага управления регулятором. Полости корпусов сообщаются с атмосферой через сапун с фильтром.
Рис. 4. Схема действия регулятора топливного насоса УТН-5 двс Д-240
а - пуск двигателя; б - холостой ход; в - номинальная нагрузка; г - кратковременная перегрузка; 1 - болт номинальной подачи топлива; 2 - болт максимальной подачи топлива; 3 - основной рычаг; 4 - промежуточный рычаг; 5 - пружина регулятора; 6 - пружина обогатителя: 7 - рейка топливного насоса; 8 - рычаг управления регулятором; 9 - винт-ограничитель; 10 - кулачковый вал топливного насоса; 11 - грузы; 12 – корпус внешней нагрузки; 13 - шток корректора; 14 - пружина корректора
Во время запуска двигателя рычаг управления регулятором 8 (рис. 4, а) поворачивают до упора в винт-ограничитель 9 номинального скоростного режима. Усилиями пружин регулятора 5 и обогатителя 6 рычага 3 и 4 отклоняются в крайнее правое положение, ограниченное головками болтов номинальной подачи топлива и 2 максимальной подачи топлива в момент пуска дизеля.
Рейка топливного насоса УТН-5 устанавливается на максимальную (пусковую) подачу. При работе без внешней нагрузки рычаг корректора (рис. 4, б) остается в предыдущем положении. Центробежная сила грузов 11, преодолевая усилия пружин 5 и 6, отклоняет рычаги 3 и 4 влево и передвигает рейку 7 топливного насоса в сторону уменьшения подачи топлива, в результате чего уменьшается частота вращения коленчатого вала.
При номинальной нагрузке центробежная сила вращающихся грузов уравновешивается усилиями пружин 5 и 6 (рис, 4, в). Основной рычаг касается головки болта номинальной подачи 1, рейка насоса находится в положении установленной подачи.
В случае перегрузки (рис. 4, г) двигателя основной рычаг не изменяет своего положения, т.к. упирается в болт номинальной подачи, а пружина корректора 14 отталкивает промежуточный рычаг и через него передвигает рейку насоса в сторону увеличения подачи топлива.
За счет дополнительной подачи топлива возрастает крутящийся момент двигателя, что позволяет преодолеть кратковременную перегрузку. Величина дополнительного перемещения рейки и начало работы корректора зависят от величины выступания штока 13 и предварительного сжатия пружины корректора. При остановке двигателя рычаг 8, поворачивают в сторону уменьшения натяжения пружин.
Полностью сжатая пружина перемещает рычаг влево до упора в винт. Рычаг 3 увлекает промежуточный рычаг 4, который передвигает рейку топливного насоса в положение выключенной подачи топлива.
Управляют скоростным режимом двигателя рычагом и педалью из кабины: рычагом устанавливают необходимый скоростной постоянный режим работы, а педалью увеличивают его по мере необходимости до номинального.