Клапани паливних насосів високого тиску (ТНВД)

1. усмоктувальні клапани
2. запірні клапани
3. нагнітальні клапани
4. грибоподібні клапани
5. циліндричні клапани
6. пластинчасті клапани
7. комбіновані клапани
8. подвійні клапани

У паливних насосах високого тиску сучасних дизелів застосовують такі клапани:

• усмоктувальні
• відсічні
• нагнітальні

усмоктувальні клапани

Усмоктувальні клапани забезпечують надходження палива в порожнину насоса високого тиску з підкачує паливопроводу і роз'єднання цієї порожнини з топливопроводом при закінченні процесу наповнення. Встановлюють клапани з примусовим управлінням і автоматичні.

Мал. Конструкції клапанів:
а - всмоктуючих; б - відсічних; в - демпферного пристрою, 1 - клапан; 2 - штовхачі; 3 - гайка; 4 - корпус клапана; 5 - канали підведення палива; 6 - грибок; 7 - основний клапан; 8 - дросселирующие отвори; 9 - поршень; 10 - канал відведення палива

Під всмоктуючому клапані з примусовим відкриттям (рис. А) штовхач 2 клапана розташований в корпусі 4 клапана. Його притискають конусними поверхнями до гнізда гайкою 3. Грибок 6 клапана роз'єднує канали 5 підведення палива з порожниною насоса. При натисканні штовхача на торець клапана відбувається його відкриття і паливо надходить в порожнину насоса високого тиску. При відсутності впливу штовхача пружина щільно притискає клапан до гнізда.

запірні клапани

Запірні клапани забезпечують управління кінцем подачі палива. Конструкція їх (рис. Б) аналогічна конструкції всмоктуючих клапанів з примусовим відкриттям. Вони можуть виконувати одночасно функції всмоктування і відсічення. У дизелях з великими цикловими подачами розміри цих клапанів значні, тому в момент відсічення на тарілку такого клапана діють великі сили, що навантажують деталі приводу. Тоді необхідно встановлювати регулятор з великим перестановки зусиллям. З метою поліпшення роботи клапана його виконують подвійним. Штовхач спочатку впливає на внутрішній клапан 1 з малими розмірами тарілки. Коли тиск в порожнині насоса знизиться, штовхач стикається з торцем основного клапана 7 і відкриває його, забезпечуючи отримання великого сумарного перетину, через яке відбувається подальша відсічення і наповнення порожнини насоса.

Що випливає в момент відсічення паливо має високий тиск, тому в отсечной порожнини створюються інтенсивні коливання. У разі з'єднання отсечной і наполнительной порожнин ці коливання поширюються по лінії наповнення і призводять до різкого погіршення процесу наповнення. Щоб усунути ці явища і стабілізувати тиск в отсечной порожнини, на відсічна клапані або поруч з ним встановлюють спеціальні демпфери або амортизатори (рис. В), які сприймають навантаження від потоку палива і запобігають виникненню різких коливань. При підйомі отсечного клапана 1 паливо з порожнини високого тиску проходить через канал 5, дросселирующие отвори 8 в навантаженому пружиною поршні 9 і надходить через канал 10 в нагнітальний паливопровід. У момент проходу палива через дросселирующие отвори і обсяг з пружинами відбувається падіння тиску і гасіння коливань.

нагнітальні клапани

Нагнітальні клапани виконують такі функції:

• в системах з відкритими форсунками перешкоджають проникненню газів з робочого циліндра в порожнину насоса високого тиску;
• роз'єднують паливопровід і порожнину насоса високого тиску в процесі всмоктуючого коду плунжера насоса, забезпечуючи тим самим поліпшення наповнення;
• сприяють отриманню різкого закінчення уприскування і зменшення підтікання форсунок;
• забезпечують створення в системах з закритими форсунками залишкового тиску в нагнітальному топливопроводе, що сприяє в деяких випадках краще управління процесом уприскування і більш суворому витримуванню фаз упорскування;
• дозволяють зменшувати залишковий тиск (клапан з розвантажувальним паском) в нагнітальному топливопроводе і усувати таким чином коливання в ньому після закінчення нагнітання;
• дають можливість коригувати характеристику подачі, наближаючи її до бажаної.

По конструкції розрізняють клапани:

• грибоподібні
• циліндричні
• пластинчасті
• комбіновані
• подвійні нагнітальні клапани

Мал. Конструкції нагнітальних клапанів:
а-г - грибоподібних, д, е - циліндричних, 1 - гайка; 2 - обмежувач; 3 - пружина; 4 - клапан; 6 - корпус насоса; 7 - відсмоктує поясок; 7 - напрямна; 8 - корпус клапана, прокладка

грибоподібні клапани

Грибоподібні клапани набули найбільшого поширення в дизелях У корпусі 8 (рис. А) розташований клапан 4 з пиловідводним пояском 6 і спрямовуючої 7. Клапан притискається до гнізда пружиною 3, а його підйом залежить від обмежувача 2. Гайка 1 притискає через прокладку 9 корпус клапана до втулки насоса високого тиску. В процесі нагнітання паливо тисне знизу на грибок клапана, внаслідок чого він піднімається і відкриває доступ до форсунки. При припиненні подачі пружина опускає клапан вниз, а потім щільно притискає його до гнізда. При вході відсмоктує паска в направляючу відбувається збільшення обсягу нагнітальної лінії і зниження тиску в системі. Корпус клапана має різьбу, яка дозволяє демонтувати з'єднання. Нацьковував стрижень клапана має перетин, яке дозволяє легко пропускати паливо в нагнітальний паливопровід.

Найчастіше на направляючої виконують поздовжні шліци, що утворюють поздовжні канавки, через які подається паливо (рис. А, в). В клапанах-коректорах фірми Бош канавки розширюються донизу (рис. Г), а вгорі вони мають форму гострих тупиків. Таким чином, прохідний перетин направляючої цього клапана змінюється від максимального в нижній частині до нульового у верхній. При підйомі клапана створюється певний прохідний перетин залежно від величини підйому. В результаті дросселирующего ефекту клапан піднімається тим вище, чим більше тиск палива, що діє на нього з боку порожнини насоса. Опускаючись з більшої висоти, клапан відсмоктує більше палива, тому нагнітальний паливопровід розвантажується інтенсивніше, а залишковий тиск в ньому зменшується. При наступному циклі частка активного ходу плунжера витрачається на заповнення системи, тому кількість що подається в циліндр дизеля палива зменшується.

Зі збільшенням швидкісного режиму роботи системи тиск палива в ній збільшується, тому за вказаною вище причини подача в циліндр зменшується. Ця обставина дозволяє коригувати характеристику системи і наближати її до бажаної.

Демпфуючих клапан (див. В) запобігає появі відбитої хвилі великої інтенсивності. Різка посадка нагнітального клапана служить джерелом появи відбитої хвилі, яка за певних умов може привести до небажаного додаткового упорскуванню. З метою запобігання цього небажаного явища грибок клапана розташовують в циліндрі так. що між ним і внутрішньою поверхнею циліндра створюється малий кільцевої дросселирующий зазор. При посадці клапана і заході його в циліндр під грибком виникає амортизує гідравлічна подушка, яка зменшує швидкість посадки клапана і амплітуди відбитої хвилі.

Грибоподібні клапани встановлюють в паливних насосах дизелів різного призначення. Вони порівняно прості, проте зумовлюють наявність великого обсягу в штуцері, в якому розміщують пружину, і мають підвищену масу в насосах з великими цикловими подачами. Грибоподібні нагнітальні клапани з примусовим відкриттям (див. Рис. Б) встановлюють наприклад, в суднових дизелях.

циліндричні клапани

Циліндричні клапани мають форму склянки, в якому зазвичай розташовують пружину. Зовнішня поверхня склянки може мати лиски, що утворюють проходи для палива (рис. Д), або строго циліндричну форму (рис. Е). В останньому випадку паливо надходить в нагнітальний паливопровід або через спеціальні бічні канали, або через отвори в самому клапані. Відсисаючий поясок може бути розташований вгорі, (див. Рис. Д), внизу (див. Рис. Е), або зовсім відсутні. В останньому випадку ступінь розвантаження системи визначається ходом клапана і швидкістю його посадки, що залежить від затяжки пружини. Пружина клапана вільним кінцем впирається або в штуцер насоса (див. Рис. Д), або в спеціальну шайбу (див. Рис. Е), або в обмежувач підйому. У всіх випадках прагнуть максимально полегшити стакан, щоб зменшити масу клапана, що обумовлює силу удару його про гніздо при посадці.

Маса циліндричних клапанів в порівнянні з грибоподібними менше. Вони дозволяють забезпечити помітне зменшення обсягу штуцера.

пластинчасті клапани

Пластинчасті клапани (рис. А) прості по пристрою, мають малу масу, тому малоїнерционни. Пластина 3, що має вирізи для пропуску палива, знаходиться в нажимном корпусі-гайки 1 і навантажена пружиною 2, яка притискає її до пластини 5. При підвищенні тиску піднімаються обидві пластини. Коли нижня пластина упирається у виступ гайки, верхня продовжує пересуватися вгору і відкриває доступ палива до штуцера.

Мал. Пластинчасті клапани:
а-в - варіанти конструкції, 1 - корпус гайка, 2 - пружина, 3, 5 - пластини, 4 - напрямна; 6, 7 - частини клапана, відповідно внутрішня і зовнішня

Розвантажувальний хід пластинчастого клапана визначається відстанню між верхнім торцем нижньої пластини і виступом гайки. Пластинчастий клапан, представлений на рис. б, служить доповненням до сферичного клапану. Працює він аналогічно попередньому, але не навантажується пружиною.

Основним недоліком пластинчатих клапанів є те, що вони не забезпечують достатню герметичність замикання. Ущільнення по площині здійснюється і в конструкції клапана, наведеного на рис. в. Клапан складається з двох рухомих частин 6 і 7, кожна з яких навантажена власної пружиною. Обидві частини клапана притискаються до торця сідла клапана При підвищенні тиску в надплунжерний просторі спочатку піднімається внутрішня частина 6 клапана, яка, рухаючись вгору, впирається в зовнішню частину 7 клапана, що має лиски на зовнішній поверхні для пропуску палива. Відсмоктування палива виробляється внутрішньою частиною клапана з моменту посадки зовнішньої частини 7 на гніздо.

Наявність двох рухомих частин, що складають прецизійний вузол, а також необхідність ущільнення по двох поверхонь ускладнюють конструкцію клапана, його виготовлення та експлуатацію.

Кулькові клапани ще простіше по конструкції. Шарик зазвичай розташовують або в спеціальному гнізді, або в спеціальному каналі. Він може бути навантажений (встановлюють пружину) або не навантажений. Кулькові клапани як і пластинчасті не створюють надійного ущільнення тому застосовують їх порівняно рідко.

комбіновані клапани

Мал. Комбіновані клапани:
а-в - варіанти конструкції; 1, 2 - пластини; 3 - упор; 4, 5 - канали; 5 - основний клапан

Комбіновані клапани застосовують для усунення коливань в нагнітальному топливопроводе. При відсмоктуванні палива з системи стовп рідини, що рухається слідом за клапаном, раптово зупиняється, коли клапан сідає на гніздо. Відбувається різке підвищення тиску у клапана, в результаті чого утворюється хвиля тиску, що розповсюджується по трубопроводу до форсунки і служить джерелом повторних відкриттів голки і небажаних додаткових вприскуванням. Для усунення цих явищ в паливні насоси ставлять комбіновані або двосторонні клапани.

Клапан (рис. А) складається з двох пластин 1 і 2, одна з яких навантажена пружиною. При ході нагнітання пластина 1 пересувається вгору і виступами впирається в корпус. Паливо проходить через отвір в нижній пластині, обтікає верхню пластину і надходить в нагнітальний паливопровід. Після відсічення тиском палива верхня пластина притискається до нижньої, роз'єднуючи паливопровід і насос високого тиску. При місцевому підвищенні тиску у нагнітального клапана в результаті приходу відбитої від форсунки хвилі тиску пластини 1 і 2, долаючи силу пружини, переміщаються вниз до упору 3, а паливо надходить в штуцер клапана і з нього через канали 4 в порожнину насоса. Змінюючи натяг пружини, можна регулювати початок зворотного відкриття клапана. Недоліком цього клапана є наявність значного опору, створюваного ним на шляху руху палива. Тому коефіцієнт подачі насоса знижується на 8-12%. Йому притаманні також недоліки, властиві всім пластинчастим клапанів.

В клапані (рис. Б) прямий потік палива здійснюється через канали 4 і перетин під пластиною 1, навантаженою пружиною.

При закритому клапані відбита хвиля тиску у насоса діє через кільцевої зазор і канали 5 на тарілку додаткового клапана, навантаженого тієї ж пружиною, що і основний пластинчастий клапан. Аналогічно працює і клапан, конструкція якого наведена на рис. в. Прямий потік палива, що йде від насоса до форсунки в процесі нагнітання, діє на основний клапан 6, навантажений спеціальною пружиною. На зовнішній циліндричній поверхні клапана є лиски, тому паливо надходить через перетин під запірним конусом в штуцер клапана, а потім в нагнітальний паливопровід. Після відсічення клапан 6 сідає на гніздо. При появі відбитої хвилі підвищеного тиску паливо через канали 5 надходить в порожнину корпусу клапана, діє на тарілку зворотного клапана, навантаженого власної пружиною, відкриває його і проходить в порожнину насоса. Підйом зворотного клапана і натяг його пружини регулюють зміщенням спеціальної втулки з радіальними каналами 8 за допомогою гайки. Контргайка фіксує втулку в установленому положенні. У порівнянні з іншими розглянутими конструкціями клапанів конструкція цього клапана ускладнена.

подвійні клапани

Подвійні клапани встановлюють в відповідальних важких дизелях. Наявність двох послідовно розташованих клапанів забезпечує більшу надійність роботи паливної системи, так як створюється велика герметичність вузла. Крім того, в разі виходу з ладу одного з них при заїдання або попаданні під конус твердих забруднень інший продовжує самостійно виконувати функції роз'єднання трубопроводу і насоса.

Розглянуті основні конструкції далеко не охоплюють все різноманіття існуючих нагнітальних клапанів. Однак вони дають повне уявлення про їх роботі та принципах конструювання. Виконаний аналіз дозволяє більш правильно підійти до вибору конструктивного варіанту нагнітального клапана для конкретної паливної системи.