Факторы, влияющие на производительность насосных элементов

Производительность насосного элемента (секции) характеризуется величиной цикловой подачи топлива и частотой вращения кулачкового вала топливного насоса. Иными словами, производительность — это масса или объем топлива, поданные плунжерной парой через форсунку в единицу времени (г/мин, см3/мин). Цикловая подача — это масса или объем топлива, поданные плунжерной парой за один ход плунжера (за один цикл). Ее обычно выражают в мг/цикл или же мм3/цикл, т. е. в массовых или объемных единицах.

Массовая цикловая подача зависит от геометрического активного хода и диаметра плунжера, плотности топлива и коэффициента подачи. Геометрический активный ход равен пути плунжера от момента перекрытия впускного отверстия втулки плунжера до момента начала открытия отсечного (выпускного) отверстия втулки. Его устанавливают, изменяя положение отсечной кромки плунжера относительно выпускного отверстия при регулировке топливного насоса на специальном стенде так, чтобы обеспечить необходимую производительность элемента, обусловливающую соответствующий часовой расход топлива на двигателе.

Производительность насосного элемента (массовая) изменяется при эксплуатации в связи с изменением коэффициента подачи, частоты вращения кулачкового вала топливного насоса и плотности топлива.

Коэффициент подачи представляет собой отношение массы топлива, впрыснутого форсункой за цикл, к массе топлива, которое могло бы поместиться в объеме, описанном плунжером за геометрический активный хдд, т. е. отношение действительной цикловой подачи к теоретической. Этот коэффициент зависит главным образом от следующих факторов:

степени изношенности прецизионных пар топливного насоса;

давления топлива в головке топливного насоса (на входе во втулку плунжера);

пропускной способности трубок высокого давления;

пропускной способности форсунок;

вязкости и плотности топлива.

Рассмотрим физическую сущность перечисленных факторов.

Степень изношенности прецизионных пар оказывает существенное влияние на величину цикловой подачи.

По мере изнашивания плунжерной пары уменьшается цикловая подача, что обусловливается утечкой топлива через зазор между плунжером и втулкой во время нагнетания топлива. Величина утечки возрастает с понижением частоты вращения кулачкового вала насоса. При большом износе плунжерных пар ухудшается запуск двигателя.

По данным Центрального научно-исследовательского и конструкторского института топливной аппаратуры автотракторных и стационарных двигателей (ЦНИТА), за 4000 ч работы топливных насосов 4ТН-8,5Х10Т на тракторах ДТ-54А вследствие износа плунжерных пар цикловая подача уменьшилась при 650 об/мин кулачкового вала (номинальный режим) на 4,3—5,8%, а при 120 об/мин (пусковой режим) на 7,4—9,7%.

Заметно влияет на величину цикловой подачи также степень изношенности нагнетательного клапана, который изнашивается в сопряжениях клапан — седло (запорный конус) и разгружающий поясок — направляющее отверстие корпуса клапана. При чрезмерном износе нагнетательного клапана по запорному конусу нарушается нормальная работа форсунки, в результате чего двигатель работает неустойчиво и не развивает нормальной мощности.

После каждого впрыска топлива форсункой нагнетательный клапан препятствует обратному выходу топлива из топливопровода высокого давления, поэтому в нем имеется остаточное давление. Для резкого снижения остаточного давления и предотвращения подтекания топлива из распылителя форсунки нагнетательный клапан снабжен разгружающим пояском. Высвобождая некоторый объем топлива при посадке клапана в гнездо, этот поясок способствует резкому снижению давления в топливопроводе, а значит, и более быстрой посадке иглы в седло распылителя.

По мере изнашивания разгружающего пояска клапана остаточное давление в топливопроводе высокого давления возрастает. Это влечет за собой увеличение цикловой подачи топлива, что до некоторой степени полезно, так как в таком случае в какой-то мере компенсируются утечки топлива, происходящие вследствие изнашивания плунжерных пар. Однако большого износа разгрузочного пояска допускать не следует потому, что при чрезмерном повышении остаточного давления скорость опускания иглы распылителя в седло замедляется и часть топлива в конце впрыска выходит из форсунки под небольшим давлением, плохо распыливается или даже выходит через сопло в нераспыленном виде. В этом случае затягивается впрыск и происходит подтекание топлива через распылитель.

При износе разгружающего пояска нагнетательного клапана в результате высокого остаточного давления в топливопроводе увеличивается отраженная от нагнетательного клапана волна давления, которая, дойдя до иглы распылителя, сильно ударяет в нее, и поэтому может произойти повторный впрыск, или так называемый подвпрыск, топлива.

Затянутый впрыск, подвпрыск, и подтекание топлива приводят к неполному сгоранию части его, снижению экономичности работы двигателя. Кроме того, нераспыленное топливо, оседая на торце распылителя или оставаясь на поверхности сопла при подтекании, под действием высокой температуры газов в камере сгорания разлагается. При этом образуются высокомолекулярные углеродистые соединения, приводящие к закоксовыванию распылителей.

Давление топлива в головке насоса в процессе эксплуатации уменьшается. Это происходит вследствие загрязнения фильтрующих элементов топливных фильтров, уменьшения производительности подкачивающего насоса, износа перепускного клапана. При чрезмерном снижении давления (до 0,2 кгс/см2) в топливопровод-ных каналах появляются противотоки, обусловливающие резкое возрастание дросселирования на входе в надплунжерное пространство, в результате чего снижается степень наполнения надплунжерного пространства топливом. По этой причине уменьшается цикловая подача, а следовательно, снижается мощность двигателя.

Пропускная способность трубок высокого давления зависит от величины гидравлического сопротивления, на которое оказывают влияние диаметр и чистота обработки поверхности топливопроводного канала, объем канала, жесткость стенок, радиус изгиба трубок. Кроме того, при эксплуатации наблюдаются сужения каналов в наконечниках трубок, вмятины, резкие изгибы, наличие ржавчины и смолистых отложений в трубках, вследствие чего пропускная способность трубок уменьшается.

Пропускная способность форсунок оценивается количеством топлива, прошедшего через форсунку за один цикл (ход плунжера). В процессе эксплуатации пропускная способность форсунок может как увеличиваться, так и уменьшаться. Ее увеличение объясняется главным образом ослаблением затяжки пружины, а уменьшение — закоксовыванием сопла распылителя.

Пропускная способность форсунок возрастает по мере изнашивания сопловых отверстий распылителей. При этом уменьшается гидравлическое сопротивление движению топлива через форсунку, что приводит к снижению давления впрыска и увеличению расхода топлива.

На пропускную способность форсунок существенное влияние оказывает давление газов в камере сгорания, которое создает дополнительное сопротивление выходу топлива из форсунки по сравнению с впрыском при атмосферном давлении.

Вязкость и плотность топлива также оказывают влияние на величину цикловой подачи топлива. После заполнения надплунжерного пространства топливом при движении плунжера вверх происходит постепенное перекрытие впускного отверстия верхней кромкой плунжера. При этом топливо частично вытекает из надплунжерного пространства обратно в канал головки насоса. По мере перекрытия плунжером впускного отверстия возрастает дросселирование топлива во впускном отверстии, поэтому давление в надплун-жерном пространстве резко повышается и нагнетательный клапан начинает подниматься раньше, чем торец плунжера полностью перекроет впускное отверстие втулки. В конце подачи топлива (в момент открытия отсечного отверстия втулки) происходит обратное явление: падение давления в надплунжерном пространстве несколько задерживается вследствие дросселирования топлива в отсечном отверстии, благодаря чему подача топлива прекращается несколько позже момента начала открытия отсечного отверстия. Отсюда следует, что при работе топливного насоса действительный активный ход плунжера больше геометрического.

Величина дросселирования зависит от вязкости топлива: при ее повышении дросселирование, а следовательно, и активный ход плунжера возрастают (при неизменном геометрическом ходе). В этом случае цикловая подача повышается.

В период нагнетания плунжером топлива происходит его утечка через зазор между плунжером и втулкой. Чем больше вязкость, тем меньше утечка.

Массовое количество топлива, подаваемого плунжером, при неизменном активном ходе зависит от плотности топлива. Чем больше плотность, тем больше массовая цикловая подача и часовой расход топлива двигателем.

Вязкость и плотность топлива с повышением его температуры уменьшаются. По мере прогрева двигателя температура топлива в системе питания повышается, вследствие чего уменьшается массовая цикловая подача. Это происходит в результате уменьшения плотности топлива, а также ввиду обусловленного понижейием вязкости возрастания его утечки через зазоры прецизионных пар. Вязкость топлива зависит также от его сорта. По данным ЦНИТА, при использовании топлива с крайними пределами вязкости производительность насоса может изменяться на 16—17%.

Таким образом, при одной и той же регулировке топливного насоса в мастерской на безмоторном стенде цикловая подача топлива, а следовательно, и массовый расход в условиях эксплуатации могут отличаться, Эти параметры изменяются в значительных пределах в зависимости От теплового состояния двигателя, состояния прецизионных пар, сорта применяемого топлива и других факторов. Ввиду того что в мастерской на стенде насос регулируют при более низкой температуре топлива (порядка 20° С) по сравнению с температурой топлива в насосе во время работы трактора, при регулировке следует устанавливать повышенную подачу. Чем больше изношены плунжерные пары, тем на большую подачу следует регулировать насос на стенде, так как с увеличением зазоров разница в утечке холодного и горячего топлива через них возрастает.