Плунжеры топливных насосов высокого давления (ТНВД)

Плунжеры насосов с клапанным регулированием подачи нагнетают топливо, а функции дозирования выполняют клапаны. Поэтому внешняя цилиндрическая поверхность этих плунжеров обычно гладкая. Иногда на внешней поверхности выполняют распределительные кольцевые канавки, в которых собирается топливо, продавливаемое через зазоры между плунжером и гильзой. В результате наличия этих канавок улучшается смазка трущихся поверхностей плунжера и гильзы.

Рис. Схема золотниковой пары плунжера:
а — с одним окном, б — с двумя окнами, в — с раздельными всасывающими и отсечными окнами, г — с двумя окнами и неполным уравновешиванием, д — с кромкой регулирования начала подачи, 1 — плунжер; 2 — отсечная кромка; 3 — всасывающее окно; 4 — продольный паз; 5, 7 — наклонные пазы, 6 — отсечное окно; 8 — осевой канал, 9 — радиальный канал; 10 — кромка; 11 — наклонный канал

Плунжеры топливных насосов с золотниковым регулированием имеют усложненную конструкцию как в верхней, так и в нижней части. В верхней части плунжера предусмотрены распределительные кромки, а в нижней части — устройство, при помощи которого осуществляют угловое перемещение плунжера. В насосах с золотниковым регулированием дозирование топлива осуществляется изменением конца подачи, изменением начала подачи и одновременным изменением как начала, так и конца подачи. От способа дозирования зависит конструкция верхней части плунжера.

При регулировании по концу подачи торец плунжера 1 (рис. а) перекрывает окно 3 с постоянным опережением. Отсечка подачи осуществляется кромкой 2, расположение которой относительно окна i изменяется при повороте плунжера. Когда продольный паз 4 находится против окна, подача топлива не происходит. Наличие продольного паза 4 и канавки на боковой поверхности, расположенной под кромкой плунжера (рис. б), обусловливает появление силы, действующей на боковую поверхность, прижимающей плунжер к втулке. Это приводит к быстрому и одностороннему износу плунжерной пары яри одном окне, выполняющим функции всасывания и отсечки, ограничению длины уплотняющей части плунжера, увеличению утечки топлива через золотниковую часть пары. Однако небольшая длина верхней части плунжера позволяет уменьшить общую его длину, а следовательно, и массу, что для быстроходных дизелей имеет большое значение. Продольный паз выполняют обычно фрезой, а отсечная кромка представляет собой винтовую линию (рис. в).

В конструкции плунжерной пары (рис. г) продольный боковой паз заменен осевым каналом 8, который сообщается с подкромочным пространством радиальным каналом 9. Кроме того, в плунжерной втулке выполнены всасывающее 3 и отсечное 6 окна. Наличие двух окон позволяет, во-первых, увеличить уплотняющую часть плунжера в области расположения кромок и уменьшить утечки топлива через эту часть в окна, во-вторых, отделить область всасывания от области отсечки и этим уменьшить влияние колебательных процессов в отсечной полости на наполнение втулки в процессе всасывания.

Исследования показывают, что при наличии одного окна при всех прочих равных условиях утечки через золотниковую часть меньше, чем при наличии двух. Это объясняется тем, что в процессе работы в области окна образуется некоторое пониженное давление, поэтому плунжер плотнее прижимается к втулке и препятствует проникновению топлива к ону. Однако такое прижатие обусловливает повышенный износ плунжера в верхней части Поэтому целесообразнее выполнять два окна, увеличивая несколько уплотняющую часть плунжера в области золотника. При этом нагрузка на плунжер получается более равномерной.

Отсутствие продольного бокового паза (см. рис. а) уменьшает неуравновешенную силу, действующую на боковую поверхность плунжера, и улучшает условия работы плунжерной пары. При полностью уравновешенном плунжере (см. рис. б) пазы 5 и 7, в которых в процессе нагнетаний находится топливо под высоким давлением, расположены на поверхности плунжера симметрично. Отсечка сначала производится через паз 5 и окно 6, а при дальнейшем движении плунжера вверх паз 7 открывает окно 3, а окно 6 перекрывается. Таким образом, конец отсечки осуществляется через паз 7 и окно 3.

В насосах с большими цикловыми подачами всасывающие и отсечные окна можно выполнять раздельно. Плунжер (см. рис. в) имеет два всасывающих окна, расположенных в верхней части втулки, и четыре отсечных. Отсечка топлива аналогична отсечке для плунжера с двумя окнами (см. рис. б).

В насосах с регулированием по началу подачи винтовые кромки выполняют у торца плунжера (рис. д). Кромки 10 можно изготовлять односторонними с одним или двумя окнами или двусторонними, как показано на схеме. В последнем случае предусмотрены два всасывающих окна 3, плунжер уравновешен симметрично расположенными канавками. Отсечка производится прямой кромкой или через радиальный канал 9, или наклонный канал 11 и отсечные окна 6. При наклонном потоке несколько уменьшается гидравлическое сопротивление и улучшается процесс отсечки. Наклон винтовых кромок определяется углом Bо.

В случае смешанного регулирования выполняют две винтовые кромки: одна из них соответствует началу подачи, а другая — отсечке. Всасывающая кромка 2 регулирования начала подачи перекрывает всасывающее окно 1, а отсечная кромка 4 при окончании подачи открывает отсечное окно 3 (рис. а). При повороте плунжера изменяется взаимное расположение кромок к окон, поэтому меняется как начало, так и конец подачи.

В плунжерной паре (рис. б), обеспечивающей двухфазную подачу топлива в цилиндр дизеля, в результате наличия пазов 6 и 5 на внешней поверхности плунжера и внутренней поверхности втулки происходит разрыв подачи. Основная часть цикловой подачи впрыскивается в цилиндр дизеля в период второй фазы.

Расположение кромок на поверхности плунжера при смешанном регулировании подачи в транспортном дизеле показано на рисунке в. При помощи кромки 2 и всасывающего окна 1 изменяют начало подачи, а кромки 4 и окна 3 — момент отсечки Нижняя кромка имеет два участка с разными наклонами к плоскости, перпендикулярной оси плунжера. На участке аб дизель работает на частных нагрузках, при этом изменяются не только углы начала и конца подачи, но и количество впрыскиваемого топлива. При работе дизеля по внешней характеристике (участок бв) цикловая подача остается постоянной. В зависимости от скоростного режима изменяются только начало и конец подачи. Конструкция нижней части плунжера при золотниковом регулировании зависит от способа его поворота.

Рис. Схемы выполнения кромок для золотниковой пары плунжера при смешанном регулировании:
а—в — варианты, 1 — всасывающее окно, 2 — всасывающая кромка, 3 — отсечное окно, 4 — отсечная кромка, 5 — паз во втулке; 6 — паз на плунжере

Характерные варианты нижней части, плунжера представлены на рисунке. На плунжере (рис. а) снята лыска, при помощи которой фиксируют шестерни от угловых перемещений. Шестерня находится в зацеплении с рейкой, движение которой через шестерню перелается плунжеру. В осевом направлении шестерня не перемешается, так как установлена между выступом корпуса и втулкой.

Рис. Схемы выполнения нижней части плунжера золотниковою насоса:
а—е — варианты

Плунжер с шестерней может быть соединен при помощи трех выступов (рис. 6), входящих в соответствующие пазы шестерни. Такое соединение позволяет устанавливать шестерню только в одном и том же положении относительно плунжера и обеспечивает передачу большего момента. Как и в предыдущей схеме, шестерня фиксируется от осевых перемещений в корпусе насоса.

Широко применяют в дизелестроении плунжер с нижней частью, имеющей специальный выступ (рис. в). Этот выступ входит в прорези втулки шестерни. При перемещении рейки связанная с ним шестерня поворачивается, поэтому совершает поворот и плунжер. Вместо выступа можно устанавливать штырь, который запрессовывают в просверленный канал. Такое устройство проще, однако оно менее надежно, чем конструкция плунжера с выступом, выполненным как одно целое с плунжером.

Плунжер можно поворачивать и при помощи зубчатого сектора (рис. г), разрез которого стягивают болтом. Сектор входит в зацепление с рейкой топливного насоса. Вместо шестерни можно устанавливать втулки с пальцевидными (рис. б) или шаровидными (рис. е) выступами. Эти выступы входят в соответствующие пазы устройств, выполняющих функции рейки.