Понятие об открытых форсунках. Скорость истечения топлива из сопловых отверстий прямо пропорциональна произведению скорости движения плунжера топливного насоса на отношение площади поперечного сечения плунжера к сечению сопловых отверстий. Поскольку большая скорость движения плунжера приводит к быстрому износу деталей насоса, необходимая для качественного распыливания скорость истечения топлива обеспечивается значительным отношением площади поперечных сечений плунжера и сопловых отверстий: у тихоходных дизелей оно доходит до 600. Естественно, что сопловые отверстия оказывают большое сопротивление движению топлива, что и обусловливает высокое давление впрыска.

Следовательно, форсунка может состоять лишь из распылителя с сопловыми отверстиями, к которому присоединяется нагнетательная трубка от топливного насоса. Такие форсунки называются открытыми.

Единственное преимущество открытой форсунки — ее простота. Основным же недостатком такой форсунки является то, что истечение топлива происходит уже при незначительном избытке его давления над давлением в цилиндре. В начале или в конце движения плунжера насоса, когда скорость его невелика и вследствие этого давление топлива перед сопловыми отверстиями незначительно, топливо будет вытекать из форсунки с малой скоростью. Нераспыленное топливо зависает каплей на форсунке и коксуется. Подтекание будет происходить и в результате того, что по окончании впрыска топливо, находящееся в нагнетательной трубке и сжатое в процессе впрыска, расширяется, а сама трубка сжимается.

Открытые форсунки в судовых двигателях почти не встречаются.

Форсунки с нерегулируемой высотой подъема иглы. В современных двигателях применяют почти исключительно закрытые форсунки. В такой форсунке над сопловыми отверстиями распылителя находится игла, нагруженная через шток пружиной. Для обеспечения необходимой плотности иглу и распылитель комплектуют, подобно плунжерным парам насосов, в индивидуальном порядке. Угол конуса иглы делают больше угла р конуса седла распылителя примерно на 1°. Разность углов обеспечивает уплотнение иглы в седле пояском а шириной 0,2—0,4 мм.

Распылитель крепится к корпусу форсунки накидной гайкой. Торцовые поверхности распылителя и корпуса притираются одна к другой. Топливо подводится в форсунку через фильтр высокого давления или, как это выполнено в данной форсунке, через штуцер. Затем по каналам корпуса и распылителя оно поступает в пространство под иглой. Благодаря канавке, проточенной на торце распылителя, при сборке форсунки нет необходимости следить за совпадением каналов.

Игла перекрывает выход топливу к сопловым отверстиям. Давление топлива, действуя на иглу вверх, стремится ее поднять, чему препятствует натяжение пружины. При достаточно высоком давлении игла поднимается, и топливо через сопловые отверстия устремляется в цилиндр.

В двигателе М401, форсунка которого рассматривается, давление подъема иглы (начала впрыска) составляет 20 МПа (200 кгс/см2). Это давление можно регулировать изменением толщины шайбы, через которую верхний торец пружины упирается в колпачок. Если, например, поставить более

Рис. 1. Форсунки двигателей:
а — м401; б — л275

толстую прокладку, то натяжение пружины увеличится и давление подъема иглы повысится.

Во избежание быстрого износа иглы подъем ее должен быть ограничен. Для этого верхняя часть иглы выполняется ступенчатой формы и подъем иглы (в данном случае 0,45 мм) ограничивается тем, что ее заплечики упираются в торец корпуса 8 форсунки. Подъем иглы обычно находится в пределах 0,3—0,6 мм.

Даже при тщательной пригонке деталей форсунки во внутреннюю полость корпуса будет просачиваться топливо. Поэтому каждая форсунка имеет отвод просочившегося топлива. В рассматриваемой форсунке оно отводится через отверстие в колпачке.

Изменение натяжения пружины прокладочными шайбами применяют редко. Обычно форсунки имеют для этой цели регулировочные винты. В форсунке дизелей Л275 винт стопорится контргайкой и снабжен контрольным штифтом. Если снять колпачок И и нажать на штифт пальцем, то по пульсации штока можно установить, работает ли игла форсунки. Штифт удерживается от выпадения спиральной пружиной. Давление пружины передается штоком на иглу через шарик.

У дизелей Шкода форсунки имеют клапан для выпуска воздуха. При завернутом винте он перекрывает канал для выпуска воздуха. Однако ни клапан, ни винт не препятствуют проходу просочившегося топлива из канала к отводному штуцеру, ввертываемому в отверстие. При вывертывании винта клапан открывается и воздух из нагнетательной трубки и из канала форсунки будет вытесняться топливом через канал в специальную трубку, отводящую просочившееся топливо. Если винт будет вывернут во время работы двигателя, то подача топлива данной форсункой прекратится. В отверстие ввертывается корпус фильтра высокого давления.

Форсунка вставляется в гнездо крышки цилиндра, образованное не литыми стенками, как в других дизелях, а медной гильзой. Это способствует лучшему охлаждению форсунки. Крепится форсунка в крышке нажимным фланцем.

Остальные номера позиций сооветствуют рис. 1, а.

Давление подъема иглы форсунки двигателя типа Л275 составляет 22 МПа (220 кгс/см2).

Форсунка с регулируемой высотой подъема иглы. Щель, образующаяся под конусом иглы при ее подъеме, является первым сечением, при прохождении которого топливо дробится. Поэтому иногда предусматривают возможность регулирования высоты подъема иглы.

На речном флоте форсунка с регулируемым подъемом иглы встречается лишь в некоторых двигателях НФД48. Шток форсунки, прижимающий иглу к седлу, нагружен пружиной, расположенной внутри корпуса форсунки. Верхняя тарелка пружины упирается в заплечики втулки, ввернутой в пробку. Втулка служит для изменения натяжения пружины, т. е. для регулирования давления подъема иглы. Во втулку ввернут, винт, ограничивающий подъем тарелки, т. е. подъем иглы ввертыванием или вывертыванием винта изменяют высоту подъема иглы.

На рис. 2 показан вариант форсунки с плоским уплотнением иглы: она перекрывает выход к сопловым отверстиям тем, что садится в плоское седло распылителя торцом.

Топливо подводится под иглу через фильтр высокого давления и каналы. Поскольку в данном варианте конструкции форсунки канавки на верхнем торце распылителя нет, совпадение каналов обеспечивается контрольным штифтом. Просачивающееся топливо отводится через верхнее отверстие колпака.

Рис. 2. Форсунка двигателя НФД48

Рис. 3. Охлаждаемая форсунка

У первых двигателей завода СКЛ был составной распылитель: нижняя часть его, имеющая сопловые отверстия, изготовлялась отдельно. При таком распылителе уменьшается нагревание иглы, но усложняется форсунка и увеличивается вероятность утечки топлива. Поэтому форсунки с составным распылителем имеют крайне ограниченное распространение на флоте.

Давление подъема иглы форсунки двигателей НФД48 составляет 28—30 МПа (280—300 кгс/см2). Повышенное по сравнению с другими двигателями давление начала впрыска положительно сказывается на качестве распы-ливания при малой скорости вращения вала.

Охлаждаемая форсунка. Значительный нагрев распылителя может привести к загоранию сопловых отверстий и зависанию иглы. Особенно вероятно закоксовывание распылителей при работе двигателя на тяжелом топливе. Поэтому форсунки двигателей, работающих на моторном и других сортах, тяжелого топлива, а также форсунки двигателей, имеющих большой диаметр цилиндра, делают охлаждаемыми.

На рис. 3 дан чертеж охлаждаемой топливом форсунки двигателя Г60. Распылитель, помимо канала, по которому распыливаемое топливо подводится под иглу, имеет каналы для подвода и отвода охлаждающего топлива. Поскольку при сборке форсунки должно быть обеспечено совпадение каналов корпуса и распылителя, поставлен направляющий штифт. Распыливаемое топливо подводится через фильтр высокого давления, ввертываемый в отверстие. По каналам корпуса и распылителя оно попадает под иглу, нагруженную пружиной через шток.

Охлаждающее топливо подводится через штуцер, по каналам проходит в полость между распылителем и головкой, затем по каналам и штуцер отводится из форсунки.

Винт, которым регулируется натяжение пружины, имеет осевое сверление для прохода просочившегося топлива, отводимого из-под колпака через отверстие.

Для охлаждения форсунок используют дизельное топливо или масло.

Штифтовая форсунка. Рассмотренные форсунки являются многодырчатыми, так как у них по нескольку сопловых отверстий.

В двигателях с многокамерным смесеобразованием, у которых не предъявляется столь высоких требований к качеству распыливания, применяют однодырчатые форсунки со штифтовыми распылителями. Чертеж штифтовой форсунки двигателя Ч 10,5/13 приведен на рис. 4. У распылителя одно отверстие сравнительно большого диаметра (1,5 мм). Игла имеет на конце штифт, входящий в отверстие распылителя. Она нагружена пружиной через шток. Для изменения натяжения пружины служит регулировочный винт с контргайкой, закрытый колпачком. Топливо от насоса подводится к форсунке через штуцер, просочившееся топливо отводится через отверстие.

При подъеме иглы топливо проходит через распыливающую кольцевую щель между штифтом и стенками отверстия распылителя. Форма штифта такова, что в начале подъема иглы сечение распыливающей щели меньше, чем при полном подъеме. Вледствие этого увеличивается скорость истечения, а следовательно, и повышается качество распыливания в начальный момент впрыска. Кроме того, поскольку при малой цикловой подаче игла поднимается не полностью, сечение распыливающей щели при небольшой нагрузке будет меньше, чем при большой. Это повышает качество распыливания малой дозы топлива.

Достаточно большой диаметр соплового отверстия облегчает изготовление распылителя штифтовой форсунки. Изменением формы штифта можна влиять на форму факела топлива.

Рис. 4. Форсунка двигателя Ч 10,5/13

Форсунки двигателей с вихрекамерным смесеобразованием или с вихревой камерой в поршне могут иметь одно сопловое отверстие при конической или плоской посадках иглы без штифта.

Гидрозапорная форсунка. Форсунки с иглой, нагруженной пружиной, недостаточно надежны и требуют постоянного контроля. Износ пары игла— распылитель, усадка пружины, колебания системы игла — шток — пружина и перекосы этих деталей могут исказить процесс впрыска,ухудшить сгорание топлива, привести к потере способности двигателя работать при малой частоте вращения. Значительные удары иглы при посадке, являющиеся следствием инерции движущихся внутри форсунки деталей, ускоряют износ уплотняющего пояска конуса иглы. Для устранения этих недостатков на флоте внедряются форсунки с гидр, авлическим запиранием иглы (гидрозапорныефорсунки).

На рис. 5 изображена гидрозапорная форсунка двигателя 6ЧСП 18/22. Распылитель и игла ничем не отличаются от аналогичных деталей форсунки с механическим запиранием иглы. Полость внутри корпуса форсунки никаких деталей не имеет. Она содержит жидкость, запирающую иглу. В качестве такой жидкости в двигателе 6ЧСП 18/22 используется дизельное топливо, в других двигателях — смесь дизельного топлива и масла. Запорная жидкость подводится через штуцер и проходит через войлочный фильтр, под которым находятся сетка и решетка.

Запорная жидкость подводится от специальной системы гидрозапора, состоящей из насоса, перепускного клапана и трубопроводов. В системе гидрозапора двигателя 6ЧСП 18/22’поддерживается давление 150 кгс/см2, в других двигателях оно доходит до 200—220 кгс/см2.

Впрыскиваемое топливо подводится под иглу по каналам корпуса и распылителя. Когда сила от давления впрыскиваемого топлива на дифференциальную площадку иглы станет больше силы от давления запорной жидкости на верхний торец, игла поднимется и начнется впрыск топлива. После отсечки, когда давление под иглой упадет, под давлением запорной жидкости игла сядет в седло.

Рис. 5. Гидрозапорная форсунка

Зазор между иглой и направляющей частью распылителя в гидрозапорной форсунке может быть значительно больше, чем в пружинной: он доходит до 5—8 мкм. Просачивающаяся запорная жидкость хорошо смазывает иглу, что уменьшает износ прецизионной пары и снижает вероятность зависания иглы.

Топливопровод высокого давления. Момент, когда плунжер начинает вытеснять топливо из насоса, называется геометрическим началом подачи топлива. Действительное начало подачи, определяемое как момент появления топлива из сопла форсунки, отличается от геометрического. Это объясняется как сжатием топлива, так и деформацией трубки, соединяющей насос в. д. и форсунку. После начала впрыска появляются колебания столба топлива и колебания стенок втулки, искажающие характеристику впрыска, т. е. зависимость количества впрыскиваемого топлива от угла поворота кулачковой шайбы, заданную профилем шайбы. Чтобы уменьшить это искажение, топливопровод высокого давления делают из толстостенной стальной трубки. Согласно ГОСТ 8519—73 трубки выполняют со следующими внешними диаметрами: 6 мм (внутренний 1,5—2,0 мм), 7 мм (внутренний 1,5—2,0 мм), 7,5 мм (внутренний 2,5 мм), 8 мм (внутренний 2,6—3,0 мм), 10 мм (внутренний 3,0 мм) и др.

Стандартом предусмотрены три типа соединения трубки с насосом в. д. и форсункой:
1 — с высаженным конусом, нажимной шайбой и накидной гайкой (свн);
2 — с высаженным конусом, нажимной шайбой или втулкой и упорной гайкой (СВУ);
3 — с высаженным конусом, нажимной втулкой и накидной гайкой (свнн).

Условное обозначение соединения включает его тип, наружный диаметр трубки, высоту гайки и длину конуса или высоту втулки. Так обозначение 1-6,0-20-5 соответствует соединению типа 1 для трубки с наружным диаметром 6 мм, имеющему высоту гайки 20 мм и длину высаженного конуса 5 мм.