Детали топливной аппаратуры
Точные детали топливной аппаратуры (плунжерные пары, нагнетательные клапаны и распылители форсунок) изготовляют из высоколегированных инструментальных и специальных сталей.
Плунжеры, гильзы плунжеров и седла нагнетательных клапанов изготовляют из стали ХВГ или ШХ15. Для изготовления нагнетательных клапанов и корпусов распылителей применяют сталь 18XHBA, для иглы распылителя — сталь P18.
Точные детали топливной аппаратуры после термической обработки должны иметь твердость HRC 61-63.
Высокие требования предъявляют также к точности и чистоте обработки рабочих поверхностей этих деталей. Овальность и конусность плунжера и отверстия гильзы должны быть не более 2 мк. Допустимая перпендикулярность оси отверстия гильзы относительно притертой торцовой поверхности 0,01 мм. Диаметральный зазор между притертыми поверхностями плунжера и гильзы должен быть 2—3 мк.
Нагнетательный клапан также притирают по пояску и направляющим перьям. Овальность и конусность этих поверхностей не должна превышать 2 мк. Зазор между пояском клапана и направляющим отверстием должен быть 5—8 мк. Детали взаимно притирают по конусу.
Направляющую поверхность иглы и отверстие корпуса обрабатывают притирами. Зазор по направляющей цилиндрической поверхности равен 2—3 мк. Конус иглы плотно притирают к конусной фаске корпуса.
Наряду с высокими требованиями, предъявляемыми к геометрической форме деталей, также следует соблюдать высокую чистоту обработки поверхностей (12-й класс по ГОСТу 2789-59). Максимальная высота шероховатостей на рабочих поверхностях деталей должна быть не более 0,2 мк. Высокая чистота обработки поверхности деталей способствует повышению их износостойкости и антикоррозионной стойкости. При наличии значительных шероховатостей в углублениях скапливаются вещества, вызывающие коррозию, в результате которой разрушается металл.
В процессе эксплуатации дизелей точные детали топливной аппаратуры значительно изнашиваются. Так, например, плунжеры больше изнашивается в рабочем поясе. Местный диаметральный износ плунжеров обычно составляет 4—6 мк. Наибольший износ гильз (4—5 мк) наблюдается в плоскости окон. Остальная часть притертой поверхности деталей изнашивается более равномерно. Вследствие такого характера износа повышаются овальность и конусность рабочей поверхности деталей.
Механические примеси, попадающие в топливо, вызывают продольные риски на верхней части рабочей поверхности плунжера и гильзы.
В результате профилографирования рабочих участков плунжера установлено, что глубина продольных рисок равна 3—4 мк, а ширина составляет 6—10 мк. После 450—500 час. работы дизеля средний диаметральный зазор в рабочем поясе большей части изношенных деталей равен 6—10 мк.
По мере увеличения диаметрального зазора между плунжером и гильзой вследствие образования овальности деталей и продольных рисок на их поверхности увеличивается площадь кольцевого проходного сечения. Следовательно, уменьшается плотность пары и увеличивается утечка топлива через зазор.
Уменьшение плотности плунжерных пар отражается на коэффициенте подачи, на равномерности впрыска по цилиндрам и на запаздывании момента начала впрыска.
При увеличении зазора между плунжером и гильзой от 5 до 8 мк, при числе оборотов кулачкового вала насоса 850 в минуту и выдвижении рейки на 13,5 мм коэффициент подачи топлива уменьшается на 8,0%.
При малых числах оборотов кулачкового вала насоса коэффициенты подачи уменьшаются более резко. Это объясняется увеличением утечки из-за большой продолжительности рабочего хода.
При малых подачах, когда уменьшается высота уплотняющей поверхности, коэффициенты подачи топлива снижаются еще сильнее.
При таком изменении коэффициентов подачи уменьшается количество впрыснутого в цилиндры дизеля топлива и увеличивается неравномерность подачи. После 600 час. работы дизеля коэффициент неравномерности подачи топлива на регулировочном режиме работы насоса повышается до 16%. Вследствие большой неравномерности подачи топлива секциями насоса повышается удельный расход топлива и снижается максимальная мощность дизеля. Дизель при этом обычно вибрирует и неустойчиво работает на режимах холостого хода.
Износ плунжерных пар влияет также па угол опережения и на продолжительность впрыска топлива в цилиндры дизеля. С увеличением диаметрального зазора пары от 5 до 10 мк угол опережения впрыска топлива относительно в. м. т. поршня уменьшается на 3°.
Это происходит потому, что при больших диаметральных зазорах между плунжером и гильзой давление в топливной системе возрастает медленнее (увеличивается период нарастания давления до величины давления подъема иглы). Запаздывание впрыска топлива отражается на работе дизеля. Вследствие увеличения зазора плунжерных нар уменьшается также максимальное давление в топливной системе.
Клапанные пары изнашиваются по разгрузочному пояску и конусу. Разгрузочный поясок клапана изнашивается на величину 3—5 мк, а на конусе образуется кольцевая канавка.
Недостаточная плотность конусов клапанов вызывает нарушение закономерности процесса впрыска. В интервалах между впрысками может значительно упасть давление в нагнетательном трубопроводе за счет перетекания топлива в плунжерную полость секции. Вследствие этого возрастает часть хода плунжера, необходимая для сжатия топлива до давления, при котором поднимается игла, и уменьшается количество впрыснутого топлива. Одновременно уменьшается опережение впрыска относительно в. м. т. поршня.
При увеличении диаметрального зазора по пояску клапана до 8 мк производительность секции изменяется незначительно. Увеличение этого зазора свыше 15 мк более заметно влияет на процесс впрыска. Подачи топлива секциями с такими клапанами возрастают преимущественно на малых оборотах.
Одним из основных элементов, характеризующих работу клапана, является величина разгрузочного объема.
Разгрузочный объем Vраз определяется как объем цилиндра, т. е.
где dn — диаметр разгрузочного пояска и мм; s — разгрузочный ход клапана в мм; n — число оборотов в минуту вала нacoca.
Величина разгрузочного объема при посадке клапана на седло оказывает влияние на степень падения давления и трубопроводе. При диаметральном износе пояска клапана на величину до 8 мк разгрузочный объем Vраз, мало изменяется и практически нe оказывает влияния на работу топливной системы.
В процессе длительной работы распылителя изнашиваются направляющие поверхности деталей, уплотнительный конус иглы и ее седло в корпусе, а также разрабатываются кромки сопловых отверстий.
Диаметральный зазор между иглой и отверстием в корпусе увеличивается до 5—7 мк. Вследствие этого несколько уменьшается плотность нары. Подача топлива при этом изменяется незначительно.
Испытания показали, что увеличение диаметрального зазора в распылителе до 5 мк не оказывает существенного влияния на изменение количества впрыскиваемого топлива и соответственно на изменение равномерности подачи его в цилиндры дизеля. При длительной работе на поверхности уплотнительного конуса образуется кольцевая канавка, что вызывает подтекание и плохое распыливание топлива. Кроме того, увеличивается подъем иглы, поэтому изменяется площадь проходного сечения под иглой. С увеличением подъема иглы несколько увеличивается количество впрыснутого топлива.
При увеличении высоты подъема иглы от 0,4 до 0,05 мм площадь проходного сечения под иглой возрастает в 1,5 раза. При этом количество впрыснутого топлива прн 850 об/мин кулачкового вала возрастает на 3,0%. При дальнейшем возрастании подъема иглы увеличение подачи замедляется. Исследования показали возможность увеличения нодъема иглы при ремонте распылителей до 0,6 мм.
Износ сопловых отверстий распылителя существенно отражается на количестве впрыснутого топлива. С увеличением диаметра сопловых отверстий объем впрыснутого топлива возрастает. Наибольшая разность в количестве впрыснутого топлива распылителями С площадью сопловых отверстий 0,40 и 0,70 мм2 при n = 850 об/мин составляет 7,5%. Такое изменение количества впрыснутого топлива можно объяснить следующим образом. С увеличением секундного расхода топлива через распылитель при большом сечении сопловых отверстий уменьшается давление топлива в системе; поэтому уменьшается утечка топлива через зазоры плунжерных пар и направляющих поверхностей распылителя. Вследствие этого несколько увеличивается подача топлива по сравнению с распылителями с малой площадью сопловых отверстий. Влияние изменения площадей сопловых отверстий будет более значительным при работе на высоких оборотах, когда давление повышается более резко.
Если площади сопловых отверстий распылителей форсунок различны, то неравномерность подачи топлива в цилиндры резко увеличивается. Кроме диаметра отверстий, на количество впрыскиваемого топлива влияет состояние их кромок. Кромки сопловых отверстий изнашиваются неравномерно и получают неправильную форму. Это также оказывает влияние на углы струн распыливаемого топлива. Поэтому ухудшается перемешивание топлива с воздухом в цилиндре.
Различие в коэффициентах расхода топлива вызывает необходимость подбора распылителей по гидравлической характеристике.
Плохая работа форсунки во многих случаях вызывается изменением давления начала впрыска. Испытаниями установлено, что для дизелей B2-300 и Д6 после 450—500 час. работы у 63% форсунок давление начала впрыска топлива падает ниже 185 кг/см2. Давление начала впрыска топлива снижается вследствие износа сопряженных с пружиной деталей, опускания иглы при износе конусной поверхности и уменьшения жесткости пружины.
В результате изменения давления начала впрыска уменьшаются скорость протекания топлива через сопла распылителя и дальнобойность струи. Также ухудшается тонкость распыливания топлива. Следовательно, нарушается правильный процесс смесеобразования и наблюдается неполное сгорание топлива. Поэтому падает мощность дизеля и повышается удельный расход топлива. Наблюдения показали необходимость периодической проверки и регулировки форсунок в процессе эксплуатации дизеля.
В ремонтных предприятиях точные детали ремонтируют способом перекомплектовки, наращивания и способом ремонтных размеров.
Ремонт пар способом перекомплектовки заключается в том, что изношенные детали после обработки притирами и сортировки на группы комплектуют и взаимно притирают одну к другой. Способом перекомплектовки при ремонте можно восстановить лишь до 15— 20% пар ремонтного фонда; поэтому этот способ нельзя считать основным. Для того чтобы полностью использовать детали ремонтного фонда, наращивают их цилиндрические рабочне поверхности или изготовляют детали ремонтного размера.
Экономически наиболее целесообразно ремонтировать цилиндрические поверхности точных деталей способом химического никелирования. Специальные испытания показали высокую износостойкость деталей, нокрытых слоем сплава фосфора с никелем.
После разборки агрегатов спаренные плунжерные пары, клапаны и распылители тщательно промывают в специальных ванночках. В первой ванночке, наполненной керосином, детали очищают скребками из мягкого дерева. Топливоподводящие каналы и сопловые отверстия корпуса распылителя очищают от нагара металлической проволокой. После промывки детали продувают сжатым воздухом. Во второй ванночке, наполненной дизельным топливом, производят окончательную промывку пар. Керосин и дизельное топливо в ванночках должны быть чистыми.
Для очистки деталей распылителей также используют ультразвуковую установку. Как показали опыты, эффективность ультразвуковой очистки высокая.
После промывки пары укладывают в гнезда специальных деревянных ящиков.
