1. Запуск.
Всем любопытным, путешествующим по «Дзене» в поисках интересного, доброго времени суток! Сегодняшняя статья посвящена устройству и принципу работы топливного насоса высокого давления (ТНВД) одной из самой распространенной в тепловозном парке «РАО» РЖД линейки дизелей 5Д49. Это тепловозы 2ТЭ116, ТЭП70 и др.
Чтобы запустить дизель тепловоза, машинист переводит рубильник аккумуляторной батареи в положение «включено». Не буду перечислять весь алгоритм других действий машиниста, но итогом всех операций при запуске является включение на пульте тумблера «Топливный насос 1 секции» и кнопки «Пуск дизеля 1 секции». При включении тумблера, посредством электромагнитных контакторов*, электрический топливоподкачивающий агрегат* (электродвигатель + механический топливный насос) получает питание от аккумуляторной батареи и начинает захватывать топливо из бака, подавая через фильтры грубой и тонкой очистки* к топливным насосам высокого давления.
Только после включения тумблера «Топливный насос 1 секции» есть смысл нажать кнопку «Пуск дизеля 1 секции» (так устроена схема*), и в дело вступает электрический маслопрокачивающий агрегат*. Его задача — создать в масляной системе давление 0,3 кг/см2, при котором масло проникает во все зазоры трущихся поверхностей узлов и агрегатов, подготавливая дизель к запуску. Дальше запуск дизеля происходит без участия машиниста.
2. Оживить ТНВД
Коленвал дизеля начинает вращение и через систему шестерен передает его на распредвал, который стоит в верхней части дизеля, помещенный в лоток.
Распредвал начинает вращение и своими кулачками воздействует на выпускные, впускные клапана и ролик толкателя топливного насоса высокого давления (ТНВД) в определенной последовательности.
3. Принцип работы
В стальном корпусе топливного насоса высокого давления (далее ТНВД) размещена гильза, внутри которой перемещается поршень. Поршень, длина которого во много раз превышает его диаметр, называют плунжером. Плунжер под действием толкающего его кулачка распредвала постоянно перемещается, проталкивая подаваемое дизельное топливо в верхнюю часть гильзы, под нагнетательный клапан и по трубке высокого давления к форсунке, распыляющей топливо уже в туманообразном состоянии в камеру сгорания.
Как только прекратится давление кулачка распредвала на толкатель, плунжер и нагнетательный клапан возвратятся в первоначальное положение под действием своих возвратных пружин. Плунжер и гильзу подбирают и притирают друг к дружке на станке с такой высокой точностью, что распаровывать их крайне нежелательно. Такие пары называют «прецизионные» (зазор от 0,001 до 0,003 мм). Толщина человеческого волоса 50–70 микрометров (0,5–0,7 мм).
4. Сколько нужно дать?
Казалось бы, всё просто... Топливо зашло, его протолкнули, чего еще надо? Так ведь, например, у тепловоза 2ТЭ116 позиции от 0 до 15-й (как скорости у автомобиля). На холостом ходу, это когда тепловоз стоит тарабанит в ожидании разрешающего сигнала, частота вращения коленвала составляет 350 об/мин. На 15-й позиции частота вращения коленвала предельная — 1000 об/мин. Мощность любого двигателя внутреннего сгорания зависит от количества впрыснутого в цилиндры топлива. Это значит, что ТНВД должен уметь дозировать топливо по команде машиниста.
Инженеры нашли просто гениальное решение проблемы. На головке плунжера выполнена спиральная кромка, вертикальный паз и кольцевая проточка.
На рисунке ниже отверстие А выполнено в гильзе для того, чтобы топливо с топливного коллектора заходило в полость над головкой плунжера. Помним, что плунжер постоянно перемещается возвратно-поступательно (вверх-вниз) и сжимает топливо в полости над ним. Если головка плунжера развернута вертикальным пазом к отверстию (нулевая позиция), то сдавливаемое топливо практически всё по вертикальному пазу возвращается обратно.
Машинист переводит контроллер (штурвал для переключения скоростей... или джойстик) в первую позицию, и механизм управления заставляет плунжер ТНВД чуть повернуться вокруг своей оси по часовой стрелке. Вертикальный паз сместился, а топливное отверстие перекрыла спиральная кромка. Плунжер опускается в крайне нижнее положение, открывая отверстие, и топливо заполняет гильзу над головкой.
Кулачок распредвала давит на толкатель ТНВД, заставляет подниматься плунжер вверх, сжимая топливо. Сжимаемому топливу деться некуда (отверстие перекрылось спиральной кромкой), оно, преодолевая сопротивление пружины, приподнимает нагнетательный клапан от седла и проходит в трубку высокого давления, устремляясь к форсунке. Процесс будет проходить до тех пор, пока нижний край кромки плунжера не откроет отверстие в гильзе.
Нижний край спиральной кромки открывает отверстие в гильзе, и оставшееся топливо устремляется по вертикальному пазу и кольцевой кромке обратно в коллектор. Нагнетательный клапан под влиянием прижимной пружины закрывает проход к форсунке.
Чем сильнее повернуть плунжер по часовой стрелке, тем шире кромка, тем дольше будет перекрыто отверстие в гильзе, тем больше топлива зайдет под нагнетательный клапан. Логично, что на самой высокой позиции режима работы дизеля ширина спиральной кромки головки плунжера по отношению к топливному отверстию будет максимальной.
5. Откуда ноги растут?
Осталось выяснить, кто поворачивает плунжер? При переводе контроллера в большую позицию электрический сигнал получает регулятор частоты оборотов (РЧО). Своей тягой РЧО воздействует на механизм управления топливными насосами.
Валы управления поворачиваются вокруг своей оси, поднимая поводки вверх. Поводки выводят топливные рейки из корпусов ТНВД. Топливная рейка ТНВД имеет зубцы, входящие в зацепление с поворотной траверсой (гильза, имеющая зубцы по наружному диаметру). Поворотная траверса входит в зацепление с поводком плунжера и под воздействием топливной рейки заставляет поворачиваться плунжер относительно топливного отверстия в гильзе по или против часовой стрелки.
6. ТНВД 5Д49
Топливный насос высокого давления дизелей линейки 16ЧН26/26 (5Д49) имеет аналогичные конструкцию и принцип работы, но есть некоторые нюансы.
Распредвал* кулачком давит на ролик толкателя. Толкатель, преодолевая сопротивление возвратной пружины, воздействует на плунжер, заставляя его подниматься вверх. В топливном коллекторе и в полости над плунжером топливо присутствует постоянно.
Плунжер, сдавливая топливо, заставляет нагнетательный клапан открыть проход топлива к форсунке, при условии, что спиральная кромка перекрыла топливное отверстие. Поворотная траверса входит в зацепление с поводком плунжера, а своим зубчатым венцом с топливной рейкой.
Механизм толкателя смазывается маслом, поступающим с лотка, и уходит в него же по двум другим отверстиям. Топливо не пройдет между стенками гильзы и плунжером за счет высокой точности их обработки, но для страховки есть еще и дренажный канал, который постоянно связывает широкую канавку плунжера с полостью всасывания.
В заключение обращу внимание читателей на наличие терминов, отмеченных снежинкой*, описание назначения которых можно будет встретить в следующих статьях, или информацию о них можно почерпнуть в наших коротких развивающих фильмах на нашем телеграм-канале «Михаил Михайлович о локомотивах» https://t.me/mihailsilko24 или в набирающем в последнее время популярность «Рутубе» «Михаил Михайлович о локомотивах» https://rutube.ru/channel/22129608/.
Приглашаем посмотреть более 50-ти коротких обучающих фильмов, посвященных назначению, устройству и принципу работы различных узлов и агрегатов тепловозов и электровозов. Отписаться никогда не поздно, так что заходите на наш канал))). До скорых встреч!