Основными узлами насоса являются:
- корпус с крышками;
- насосные секции в количестве, соответствующем количеству цилиндров дизеля;
- механизм привода насосных секций;
- механизм поворота плунжеров.
Плунжер и гильза, являющиеся основными элементами каждой насосной секции, изготовлены из износостойкой специальной хромомолибденовой стали, их рабочие поверхности азотированы и закалены до высокой твердости. Детали подвергнуты обработке глубоким холодом для стабилизации свойств материала. Плунжер очень точно подогнан к гильзе с диаметральным зазором примерно 0,5...1,5 мкм, что обеспечивает создание высокого давления с наименьшей утечкой топлива через зазоры. Из-за индивидуальной подгонки эта прецизионная пара является невзаимозаменяемой.
Сверху в отверстие корпуса над гильзой вплотную к ее торцу установлено седло с нагнетательным клапаном, которые также изготовлены из специальной высококачественной подшипниковой стали, очень точно подогнаны друг к другу и являются невзаимозаменяемой прецизионной парой. Клапан хвостовиком с цилиндрическим пояском входит в отверстие седла, а конусной поверхностью прижат к фаске седла под действием пружины. Сверху на штуцере на двух кольцевых алюминиевых прокладках закреплен колпачковой гайкой соединительный ниппель, к которому крепится стальной топливопровод высокого давления, идущий к форсунке.
Поступательное перемещение плунжера в гильзе осуществляется с помощью кулачкового вала и толкателя. Вал установлен в боковой крышке и корпусе регулятора, которые прикреплены к корпусу насоса болтами, на двух шарикоподшипниках (или конических роликоподшипниках), за которыми снаружи на вал надеты резиновые манжеты. От внутреннего конца кулачкового вала приводится в действие регулятор частоты вращения коленчатого вала двигателя. Наружный конец вала через муфту опережения соединен с приводом от двигателя. На валу имеются шесть кулачков, расположенные выступами в разные стороны в соответствии с порядком работы двигателя, и эксцентрик привода подкачивающего насоса. Напротив эксцентрика на фланце корпуса топливного насоса закреплен подкачивающий насос.
Зубчатые венцы всех насосных секций входят в зацепление с общей зубчатой рейкой, которая расположена в корпусе насоса на двух латунных втулках. Внутренний конец рейки входит в корпус регулятора и соединен с его тягой. Наружный выступающий из корпуса конец рейки закрыт колпаком, навернутым на резьбовую втулку, которая ввернута в корпус.
Каждая секция насоса работает следующим образом. При работе двигателя кулачковый вал насоса вращается с частотой, которая в 2 раза меньше частоты вращения коленчатого вала. Подкачивающий насос через фильтры подает в топливные каналы насоса топливо; необходимое давление в его каналах поддерживается с помощью перепускного клапана. Излишнее топливо по сливному топливопроводу поступает обратно в бак. Непрерывная циркуляция топлива через насос снижает возможность образования в топливе пузырьков воздуха.
При сбегании кулачка с ролика толкателя плунжер в гильзе опускается вниз под действием пружины. При этом верхний торец плунжера открывает верхнее конусное перепускное отверстие 3 (рис. 6.3, а) в гильзе и ее внутренняя полость заполняется топливом из топливного канала. Нагнетательный клапан 1 секции закрыт. При набегании кулачка на толкатель плунжер поднимается в гильзе вверх. До перекрытия плунжером впускного отверстия 2 топливо из гильзы вытесняется обратно в топливный канал (рис. 6.3, б). Как только торец плунжера перекроет впускное отверстие 2, давление топлива в полости над плунжером повысится, и топливо через открывающийся нагнетательный клапан 1 по топливопроводу будет подводиться к форсунке, из которой оно при достижении необходимого давления впрыскивается в камеру сгорания двигателя (рис. 6.3, в).
Рис. 6.3. Схема работы плунжерной пары и нагнетательного клапана топливного насоса высокого давления: а—з - фазы работы плунжерной пары; 1 - нагнетательный клапан; 2 - впускное отверстие; 3 - перепускное отверстие; 4 - винтовой паз плунжера
Плунжер нагнетает топливо до тех пор, пока отсечная кромка его рабочего винтового паза 4 не подойдет к краю нижнего перепускного отверстия 3 гильзы (рис. 6.3, г). При этом топливо из нагнетательной полости гильзы по вертикальному и горизонтальному отверстиям в плунжере и через винтовой паз 4 начинает перепускаться в сливной канал корпуса, давление в нагнетательной полости гильзы резко падает, и нагнетательный клапан 1 закрывается, прекращая подачу топлива к форсунке (рис. 6.3, д).
Резкому прекращению подачи топлива в форсунку (резкости отсечки) способствует нагнетательный клапан. Когда давление в нагнетательной полости гильзы падает, нагнетательный клапан в момент начала перепуска топлива отсечной кромкой плунжера, опускаясь, входит в седло цилиндрическим пояском, разобщая топливопровод и секцию и прекращая подачу топлива (см. рис. 6.3, г). Далее клапан 1, опускаясь еще ниже, садится конусом на седло и освобождает над собой некоторое пространство, что способствует падению давления в топливопроводе. Вследствие этого резко прекращается подача топлива форсункой, топливопровод разгружается от высокого давления и устраняется возможность подтекания топлива из сопла форсунки (см. рис. 6.3, д).
При постоянном ходе плунжера, определяемом высотой выступа кулачка, регулирование количества подаваемого к форсунке топлива осуществляется поворотом плунжера с помощью рейки и зубчатого сектора с поворотной втулкой. При повороте плунжера в положение, когда горизонтальное отверстие винтового паза 4 устанавливается напротив перепускного отверстия 3 гильзы, подача топлива насосом полностью прекращается, так как в нагнетательной полости давление не создается и топливо при подъеме плунжера выдавливается из нее через отверстие и паз плунжера, а через отверстия гильзы вытесняется обратно в каналы корпуса. Насос при этом работает вхолостую (рис. 6.3, е).
По мере поворота плунжера против часовой стрелки (если смотреть с торца плунжера) расстояние А (рис. 6.3, ж) от края перепускного отверстия до края отсечной кромки винтового паза 4 постепенно возрастает, увеличивая длину рабочего хода плунжера. При этом подача топлива секцией постепенно возрастает от минимальной до средней и максимальной. Максимальная подача получается тогда, когда напротив перепускного отверстия 3 гильзы располагается нижняя часть кромки паза 4 плунжера с наибольшим расстоянием А (рис. 6.3, а).
Насосные секции согласно расположению кулачков на валу подают топливо во все форсунки в соответствии с порядком работы двигателя. Требуемый момент начала подачи топлива в цилиндр, соответствующий концу такта сжатия, устанавливается правильным соединением вала насоса с приводным валом двигателя. Регулирование этого момента для всех насосных секций, т.е. регулирование одновременности подачи, осуществляется регулировочными болтами на толкателях. При вывертывании болта подача топлива происходит раньше, при завертывании — позже. Для того чтобы все секции насоса подавали одинаковое количество топлива, насос регулируют на равномерность подачи. В этих целях плунжеры с поворотными втулками предварительно поворачивают в правильное положение при отпущенных стяжных винтах зубчатых секторов на поворотных втулках.
Топливоподкачивающий насос, расположенный на корпусе топливного насоса высокого давления, работает следующим образом. При сбегании выступа эксцентрика с ролика толкателя плунжер под действием пружины перемещается внутрь корпуса. При этом наружная полость камеры заполняется топливом через открывающийся впускной клапан; нагнетательный клапан закрыт. Топливо, находящееся под плунжером, вытесняется из внутренней камеры и через выпускной канал нагнетается под давлением в отводящий топливопровод. При обратном ходе плунжера, перемещаемого эксцентриком и толкателем, впускной клапан закрывается под действием давления топлива, и топливо из передней камеры через открывшийся нагнетательный клапан перепускается по внутреннему каналу в заднюю камеру. Таким образом, работа насоса происходит за три такта: всасывание, перепуск, нагнетание; при этом топливо из бака непрерывно перекачивается через фильтр предварительной очистки в фильтр тонкой очистки и далее в топливный насос высокого давления.
Ручной насос (топливопрокачивающий) используется для подкачки топлива в топливопроводы и всю систему питания при неработающем двигателе (например, для прокачки и удаления воздуха из системы).
Регуляторы частоты вращения коленчатого вала дизеля ограничивают частоту вращения коленчатого вала, что вызвано необходимостью предохранить механизмы дизеля от перегрузок, возникающих от действия инерционных сил, и перегрева при чрезмерном возрастании частоты вращения коленчатого вала. Работа регуляторов основана на использовании инерционных сил вращающихся грузов, установленных на специальных рычагах в регуляторах. Регуляторы могут быть двух типов: двухрежимные и всережимные.
Двухрежимные регуляторы частоты вращения ограничивают максимальную частоту вращения коленчатого вала дизеля и поддерживают минимально устойчивую частоту вращения на холостом ходу, т.е. действуют на двух граничных режимах работы дизеля.
Всережимные регуляторы обеспечивают устойчивую работу дизеля на всех задаваемых скоростных режимах (от минимально устойчивой частоты вращения на холостом ходу до максимальной частоты вращения).
Работой двигателя управляет водитель, нажимая на педаль подачи газа. При любом положении педали ее тяга поворачивает наружный рычаг управления подачей вместе с внутренним рычагом регулятора в определенное положение, изменяя натяжение соединительной пружины. При перемещении рычагов вправо натяжение пружины уменьшается, при перемещении влево — увеличивается. Поэтому для каждого установленного водителем положения педали подачи газа всережимный регулятор автоматически поддерживает постоянной заданную частоту вращения коленчатого вала, несмотря на изменение нагрузки двигателя.
При вращении грузов регулятора они стремятся разойтись под действием возникающей центробежной силы. Однако передвижная муфта, упираясь в промежуточный силовой рычаг, поворачивает его вместе с двуплечим рычагом на 90°, растягивая пружину так, что действие центробежных сил уравновешивается ее натяжением. Это продолжается до восстановления заданной частоты вращения двигателя, т.е. до момента уравновешивания центробежных сил грузов силой натяжной пружины. Таким образом, заданный скоростной режим двигателя поддерживается с помощью регулятора постоянным, несмотря на изменения нагрузки.
Топливные насосы высокого давления, устанавливаемые на дизели, соответствующие стандарту Евро-3, предназначены для создания резерва топлива, поддержания и регулирования давления в топливном аккумуляторе. В корпусе топливного насоса высокою давления радиально (через 120°) расположены три плунжера, а на валу привода установлен кулачковый ротор-эксцентрик (кулачки расположены через 120° по окружности ротора). Вал привода топливного насоса высокого давления с кулачковым ротором имеет шестеренный привод от редуктора, входной вал которого через полумуфту привода находится в кинематической связи с коленчатым валом дизеля. Топливо, прошедшее топливный фильтр грубой очистки с влагоотделителем, подается под давлением 0,8...0,9 МПа топливоподкачивающим насосом через фильтр тонкой очистки топлива к приемному штуцеру топливного насоса высокого давления. Смазывание и охлаждение деталей топливного насоса высокого давления осуществляется дизельным топливом, поступающим в топливный насос.