Топливный насос высокого давления ЯМЗ

Все узлы и механизмы насоса высокого давления смонтированы в корпусе. Плунжеры приводятся в движение от кулачкового вала через роликовые толкатели, которые постоянно при­жимаются к кулачкам пружинами через нижние тарелки пру­жин. Поворот плунжера относительно втулки для изменения количества подаваемого топлива осуществляется рейкой топлив­ного насоса через поворотную втулку с зубчатым венцом, находящимся в зацеплении с рейкой. Топливо к плунжерным парам подводится через впускной канал корпуса насоса, к передней части которого присоединен топливопровод от фильтра тонкой очистки. Избыточное количество топлива удаляется из отсечного канала через перепускной клапан. К трубопроводам высокого давления и далее к форсункам топливо нагнетается через нагнетательные клапаны, штуцеры и нип­пели.

Трущиеся детали насоса высокого давления смазываются теми же маслами, что и другие детали двигателя. Масло, заливаемое в картер насоса через наклонные отверстия в боковой крышке, разбрызгивается кулачками кулачкового вала. На верхней поверх­ности средней полки корпуса насоса выполнены маслосборные лотки для смазки трущейся пары толкатель - корпус насоса. Для контроля уровня масла в картере служит указатель уровня.

Просочившееся в картер через плунжерные пары топливо может привести к повышению уровня смазки выше допустимой величины. Во избежание этого в картерной части корпуса насоса выполнено дренажное отверстие, через которое избыточное коли­чество смеси топлива и смазки удаляется по отводящему трубо­проводу.

Для вентиляции картерной полости насоса высокого давления на боковой крышке установлен специальный сапун с набивкой, предназначенной для защиты от попадания во внутренние полости пыли и влаги.
Корпус насоса высокого давления изготовлен из алюминиевого сплава. Отлитая в кокиль заготовка корпуса перед механической обработкой подвергается термической обработке для получения высокой прочности. В корпусе выполнены гнезда для установки и крепления плун­жерных пар, нагнетательных клапанов и отводящих к форсункам топливо штуцеров. Горизонтально расположенные в головке вдоль корпуса впускной и отсечной каналы соединены двумя поперечными сверлениями. Продольные каналы со стороны регулятора заглушены стальными пробками и с уплотняющими шайбами. Поперечные каналы закрыты пробками для спуска воздуха, ввернутыми в специальные стальные ввертыши корпуса, уплотненные прокладками. В передней части впускной канал заканчивается также стальным ввертышем с прокладкой.
На нижней поверхности головки проточены гнезда для уста­новки верхних тарелок пружин толкателей.
Под впускным каналом расположено отверстие под рейку топ­ливного насоса. С торцов корпуса топливного насоса двигателя в это отверстие установлены латунные втулки. Внутренние поверхности втулок окончательно обрабатываются после установки в корпус.

В корпусе насоса расточены направляющие толкателей плунже­ров. Каждое отверстие имеет два вертикальных паза прямоуголь­ного сечения, которые фиксируют толкатели от проворота относительно плоскостей расположения кулачков кулачкового вала.

На боковой поверхности корпуса обработана площадка для уста­новки боковой крышки. Алюминиевая крышка, закрывающая и уплотняющая полость расположения пружин тол­кателей через паронитовую прокладку, крепится к корпусу спе­циальными стальными болтами, которые ввертываются в бобышки противоположной боковой стенки насоса. В канавку стержня каж­дого болта установлено пружинное кольцо, предохраняющее болт от выпадания из отверстия крышки при снятии последней с насоса. Для обеспечения достаточной жесткости на внутренней поверхности крышки в литье выполнена сетка звездообразных ребер.

В нижней части корпуса насоса выполнены расточки для уста­новки передней крышки, корпуса регулятора с подшипниками и средней опоры кулачкового вала. Полость кулачкового вала снизу закрыта стальной штампованной крышкой. Нижняя крышка крепится к корпусу винтами через паронитовую прокладку. На обработанных переднем и заднем торцах корпуса выполнены резьбовые отверстия для крепления передней крышки, кляммера топливопровода спереди и регулятора числа оборотов сзади насоса.

На боковой поверхности корпуса насоса со стороны боковой крышки расположена обработанная площадка с тремя резьбовыми отверстиями и расточка для установки и крепления топливоподкачивающего насоса. С той же стороны корпуса в наклонной бобышке со сквозным отверстием устанавливается измеритель уровня масла. Контрольное отверстие заканчивается установленным на прокладке стальным ввертышем, к которому специальным болтом с медными шайбами присоединен дренажный трубопровод. Кулачковый вал насоса высокогодавления изготовлен из низкоуглеродистой хромо-марганцевой стали. Для обеспечения высокой долговечности рабочие поверхности всех кулач­ков и опорных шеек подвергаются цементации и закалке.

Количество кулачков вала соответствует числу секций насоса, а их взаимное расположение - порядку чередования подач секциями. На кулачковом валу имеется эксцентрик для при­знакам вода топливоподкачивающего насоса. Конусные концы вала со шпоночными пазами, заканчивающиеся резьбой, предназначены для установки и крепления муфты опережения впрыска спереди и демпферной шестерни привода регулятора сзади насоса.

Кулачковый вал насоса вращается в конических подшипниках, обоймы которых напрессованы на концевые опоры вала. Наружные обоймы запрессованы в расточки передней крышки и корпуса регулятора. Между корпусом и передней крышкой имеется набор регулировочных прокладок из листовой стали. Их количество подобрано таким образом, чтобы осевой зазор в конических подшипниках был в пределах 0,01-0,07 мм. На передней крышке и корпусе регулятора для уплотнения полости кулачкового вала установлены резино-армированные сальники. Изготовленная из алюминиевого сплава передняя крышка устанавливается в расточку корпуса насоса с диаметральным зазором 0,01-0,05 мм и крепится к корпусу своим фланцем и вместе с регулировочными прокладками четырьмя винтами.

На установочной цилиндрической поверхности крышки выполнена канавка прямоугольного
сечения, в которой расположено резиновое кольцо уплотняющее полость кулачкового вала.
Для уменьшения прогиба вала при работе его средняя шейка установлена в подшипник скольжения. Средняя опора сос­тоит из нижней и верхней половин, стянутых двумя винтами, ввернутыми в нижнюю половину. В верхней половине выполнены две цековки под головки винтов и два выреза под толкатели плунже­ров.

Обе половины опоры изготовлены отливкой из специального алюминиевого сплава. Окончательная механическая обработка их по наружному и внутреннему диаметрам осуществляется в сборе, поэтому промежуточная опора представляет собой комплект, в ко­тором замена одной детали на одноименную из другого комплекта не допускается.

Промежуточная опора устанавливается в корпус насоса с диа­метральным зазором 0,03-0,09 мм и фиксируется от проворачива­ния и осевого перемещения винтом с уплотняющей шайбой. Фиксирующий хвостовик винта входит в от­верстие промежуточной опоры с зазором 0,16-0,4 мм. Диаметраль­ный зазор между средней шейкой кулачкового вала и опорой 0,04-0,093 мм.
Толкатель плунжера изготовлен из низкоугле­родистой хромомарганцевой стали методом литья по выплавляемой модели. Перед окончательной механической обработкой заготовка толкателя подвергается цементации и закалке.

В боковых стенках толкателя развернуты два соосных отверстия для установки оси ролика, изготовленной из хромованадиевой стали и имеющей высокую поверхностную твердость. На одном конце оси выполнена накатка в виде мелких шлицев. При сборке ось вводится в толкатель через большее отверстие с зазором 0,03 мм и запрессовывается накаткой в меньшее отверстие с натягом 0,007-0,039 мм таким образом, чтобы обработанные плос­кости ее концевых шипов были параллельны оси толкателя. На ось надевается с зазором 0,013-0,043 мм плавающая втулка 53, на ко­торой вращается с зазором 0,016-0,052 мм ролик толкателя, изготовленный, как и втулка, из подшипниковой стали с высокой поверхностной твердостью.

Толкатель в сборе устанавливается в расточку корпуса насоса с зазором 0,020-0,063 мм и удерживается от проворачивания вы­ступающими шипами оси ролика, кото­рые входят в направляющие пазы расточ­ки корпуса с суммарным боковым зазо­ром 0,22-0,38 мм.
В днище толкателя выполнено резь­бовое отверстие, в которое ввертывается регулировочный болт, фиксируемый контргайкой. Верхний торец голов­ки регулировочного болта, на который опирается хвостовик плунжера, имеет высокую твердость.

На цилиндрическом выступе головки болта центрируется нижняя тарелка пружины толкателя. Боковой про­резью нижняя тарелка надета на хво­стовик плунжера. В тарелке имеется вы­точка, в которую заходит грибковая часть хвостовика плунжера. Глубина выточки подбирается так, чтобы после установки деталей вертикальное переме­щение плунжера, необходимое для его свободного проворачивания вокруг своей оси, было равно 0,70-0,31 мм.

Пружина толкателя изготовляется из специальной пружинной проволоки и подвергается обработке, повышающей ее усталостную прочность. Пружина покрывается глифталевым лаком, защищающим ее по­верхность от коррозии. Верхний торец пружины центрируется в выточке верхней тарелки, которая устанавливается в специальной расточке корпуса на­соса. Нижний торец пружины опирается на нижнюю тарелку. Плунжерная пара насоса высокого давления представляет собой комплект, состоящий из плунжера и втулки плунжера. Обе детали выполняют из хромомолибденовой стали; поверхности их азотируют и подвергают закалке до высокой твердости с последу­ющей обработкой глубоким холодом для стабилизации свойств ма­териала.
После окончательной обработки плунжер и втулку плунжера подбирают друг к другу по сопряженному диаметру таким образом, чтобы при подвижности плунжера относительно втулки получить максимальную плотность пары. Поэтому замена в комплекте одной детали на одноименную из другого комплекта не допускается.

Втулка плунжера устанавливается в расточке корпуса насоса с зазором 0,07 мм между наружным диаметром нижней части и корпусом и с диаметральным зазором между корпусом и верхней частью втулки 0,2 мм с учетом всех допускаемых отклонений при изготовлении. Положение втулки относительно оси фиксируется установочным винтом, ввертываемым в корпус насоса со стороны боковой крышки и входящим своим хвостовиком в специальный паз втулки с зазором 0,17 мм.
В верхней части плунжера сделаны два отверстия и пазы с винтовой кромкой. Нижняя часть плунжера имеет два боковых шипа, которые входят в пазы поворотной втулки с зазором 0,023 мм.
Стальная поворотная втулка может поворачиваться вокруг втулки плунжера, на которую она надета с диаметральным зазором 0,03 мм.
На верхней части поворотной втулки закреплен зубчатый венец, обработанный из стальной отливки. Венец представляет собой разрезное кольцо с зубчатым сектором, стянутое на втулке винтом. Поворотом венца относительно втулки при сборке регулируется подача топлива секцией насоса.
Стальная рейка топливного насоса находится в постоянном зацеплении с зубчатыми венцами поворотных втулок всех секций. Перемещаясь, рейка управляет величиной подачи топлива. Рейка перемещается в латунных втулках, окончательно обработанных в сборе с корпусом насоса. Правильное положение рейки и длина ее хода определяются фиксирующим винтом, ввернутым в корпус с уплотняющей шайбой. Цилиндрический конец винта входит в продольный паз рейки с зазором 0,32 мм.
Конец рейки, выходящий в полость регулятора, обработан под соединение с тягой рейки регулятора. Передний выступающий из корпуса насоса конец рейки закрывается стальным колпаком рейки, навернутым на ввертыш корпуса насоса. В колпак рейки ввернут винт-ограничитель мощности, ограничивающий перемещение рейки, а, следовательно, и величину подачи топлива во время об­катки двигателя. Винт шплинтуется проволокой и пломбируется.По окончании обкатки двигателя винт должен быть расшплинтован и вывернут из колпака до упора.
Во избежание течи масла из полости насоса по резьбе винта-огра­ничителя на колпак рейки плотно надевается резиновый кожух. На­гнетательный клапан представляет собой комплект клапана и седла клапана. Нагнетательный клапан и седло являются пре­цизионной парой, в которой замена одной детали на одноименную деталь из другого комплекта не допускается. Обе детали комплекта выполняются из шарикоподшипниковой стали, обрабатываются с высокой точностью и чистотой и имеют высокую твердость.

Клапан состоит из головки с конической запорной фаской и направляющим выступом для пружины и хвостовика с четырьмя прорезями для прохода топлива. Между хвостовиком и головкой расположен ограниченный канавками цилиндрический разгрузоч­ный поясок, который плотно входит в отверстие седла нагнетатель­ного клапана. Размеры цилиндрического пояска подобраны таким образом, чтобы объем топлива, вытесняемый клапаном от начала его движения до выхода нижней кромки пояска из седла (разгру­зочный объем), был в пределах 79-82 мм3. Клапан при работе перемещается в отверстии седла, которое является направляющим для хвостовика клапана. В верхней части отверстие седла заканчи­вается запорной конусной поверхностью. На наружной поверхности седла выполнена резьба для съемника клапана.
Клапан прижат к седлу пружиной, верхний торец которой упирается в кольцевой выступ упора клапана. Верхний торец стального упора прорезан прямым прямоугольным пазом для про­хода топлива из надклапанной полости в выходной ниппель.
Седло нагнетательного клапана устанавливается в корпус насоса с диаметральным зазором 0,06 мм и нижним торцом коль­цевого бурта опирается на верхний торец втулки плунжера. Оба торца выполнены с точностью и чистотой, достаточной для уплотне­ния стыка без каких-либо прокладок.
Седло клапана прижато к втулке плунжера конической поверх­ностью штуцера через уплотнительную текстолитовую проклад­ку. Штуцер изготовлен из хромистой высокоуглеродистой стали и подвергнут термообработке. Внутри штуцера выполнена полость, в которой расположены нагнетательный клапан с пружиной и упо­ром. Верхняя часть внутренней полости пересекается поперечным отверстием для выхода топлива из штуцера в топливопровод высо­кого давления. На наружной поверхности штуцера имеется шести­гранник для ввертывания штуцера в корпус насоса. Верхняя часть штуцера заканчивается резьбовым хвостовиком для крепления де­талей, соединяющих внутреннюю полость штуцера с топливопрово­дом. Под шестигранником на штуцере выполнена накатка в виде мелких шлицев. Каждая пара штуцеров фиксируется в затянутом состоянии двумя стальными фигурными сухарями, опирающи­мися своими выступами в шлицевые поверхности штуцеров. Уста­новленные с обеих сторон пары штуцеров сухари стягиваются вин­тами.
На верхней части каждого штуцера с помощью колпачковых гае и уплотнительных конических алюминиевых шайб закреплены ниппели, обработанные из стальных отливок. В полости ниппелей выполнены кольцевые канавки и выходящие из них отверстия для выхода топлива из штуцеров насоса. Для уста­новки и крепления топливопроводов на хвостовиках ниппелей на­резана наружная резьба и обработан переходящий в отверстие внут­ренний конус.

На переднем торце насоса на выходе из отсечного канала ввер­нут на резьбе перепускной клапан. Грибковый капро­новый клапан перемещается в стальной направляющей, по­лученной обработкой штампованной заготовки. Со стороны бурта, в который упирается пружина клапана, в направляющей выпол­нена прорезь для прохода топлива к сливному трубопроводу. На­правляющая с клапаном и пружиной расположена в стальном кор­пусе, в который ввертывается на резьбе стальное седло кла­пана. Глубиной установки седла регулируется давление, при кото­ром открывается клапан. После сборки и регулировки положение седла клапана фиксируется расчеканкой резьбы в корпусе. На пе­реднем обработанном торце корпуса клапана выполнено резьбовое отверстие для присоединения к перепускному клапану отводящего трубопровода.

В результате изучения опыта эксплуатации дизелей установлено, что основным узлом, от которого зависит ресурс топливной аппаратуры, является плунжерная пара. Исследование изношенных в эксплуатации плунжерных пар позволяет следующим образом классифицировать виды разрушения поверхностей: абразивное истирание, контактное схватывание с разрушением узлов сцепления, коррозионное и эрозионное разрушения.

Наиболее типичным и интенсивным видом разрушения, определяющим ресурс плунжерной пары, является абразивное истирание. В результате обработки данных измерений большого количества плунжерных пар с различной наработкой в эксплуатационных условиях установлено, что у плунжера наиболее интенсивно изнашивается головка, особенно участок, расположенный против впускного окна втулки, а у втулки - рабочая поверхность над верхней кромкой этого окна.

Изношенные поверхности плунжера и втулки имеют вид выемки определенной длины с переменной глубиной профиля. Крутизна этого профиля возрастает с увеличением наработки. Глубина изношенных участков плунжера и втулки монотонно уменьшается по их длине и ширине. Ориентация изношенного участка относительно дозирующих кромок плунжера свидетельствует, что наибольшему износу он подвергается в зоне, соответствующей малому активному ходу.

Практика эксплуатации топливной аппаратуры в различных климатических условиях показала, что износ плунжерной пары до предельного состоянии не ухудшает энергетических показателей и пусковых качеств дизеля.

Было проведено осциллографирование давления в штуцере насоса, продолжительности и запаздывания впрыска топлива при различной частоте вращения коленчатого вала, а также снята характеристика подачи топлива при работе с новой плунжерной парой, у которой диаметральный зазор равен 0,8 мкм, а также с парами Лг 6 и 10, имеющими суммарный износ соответственно 29 и 40 мкм. Установлено, что износ плунжерной пары до состояния пары № 6 приводит к запаздыванию начала впрыска на 2,5' по углу поворота распределительного вала, увеличению продолжительности впрыска на 1,2" угла поворота коленчатого вала при номинальной частоте вращения и практически неизменных максимальном давлении, запаздывании впрыска и характеристике подачи топлива.