Системы впрыска топлива

Типы, строение и принципы работы.

Схема подачи топлива

Системы питания топливом на самолетах крайне разнооб­разны и зависят от конструкции самолетов, расположения на них баков для горючего и числа моторов.

На Рис. 4.20 дана принципиальная схема питания двигателя топливом.

Рис. 4.20. Принципиальная схема питания двигателя топливом

1-добвочный бак; 2 – манометр;3 – амортизатор;4-кран; 5- карбюратор; 6-главный бак;

7-насос;8-ручной насос;9-клапан;10-фильтр;11-кран;12- дренажная трубка;13-бензиномер;14-горловина;15-ручной насос;16-заливочный бак;

Система с принудительной подачей топлива имеет одни или несколько баков для горючего, бензиновый насос, фильтр, уста­навливаемый между баком и насосом, трубопроводы и краны.

В системе устанавливается вспомогательный ручной насос для заливки и заполнения системы топливом.

Система должна иметь пожарный кран для быстрого пре­кращения подачи горючего при возникновения пожара.

Контроль за расходом топлива осуществляется бензиномером, который устанавливается в баках и может быть дополни­тельно установлен между карбюратором и пожарным краном.

Для выравнивания давления и устранения пульсации пода­ваемого насосом топлива может устанавливаться амортизацион­ный бачок.

Для заливки насоса перед запуском двигателя и удаления газовых пробок из трубопроводов желательна установка на самолете исполнительного бака. Дополнительный бак должен быть включен так, чтобы во время работы мотора он был всегда заполнен топливом.

Бензонасосы

К бензиновым насосам предъявляются следующие требова­ния: надежность; подача нужного количества топлива всегда с избытком на различных оборотах двигателя от минимума до максимума; постоянство давления, создаваемого насосом; про­стота регулировки и неизменность ее; герметичность соедине­ний всех деталей.

По принципу работы бензонасосы могут быть шестерен­чатые, коловратные и поршневые.

Шестеренчатый насос

Устройство насоса видно из рис. 4.21. Подача топлива осу­ществляется при помощи двух специальных зубчатых шесте­рен, заключенных в общем корпусе. Одна шестерня (ведущая) приводится во вращение от вала двигателя, другая (ведомая) шестерня получает вращение от первой.

Топливо поступает в корпус с той стороны, где зубья шесте­рен выходят из зацепления. Горючее заполняет впадины между зубьями шестерен и переносится ими в полость к выводному штуцеру, где зубья обеих шестерен, приходя в зацепление, вы­давливают топливо из впадин в нагнетающий трубопровод к карбюратору.

Насос прост, надежен в работе, имеет малый вес и неболь­шие размеры. Но вследствие значительных зазоров нельзя создать вакуум, поэтому насос не обладает способностью под­соса и должен устанавливаться ниже уровня топлива в баке. что не всегда достижимо.

Бензонасос снабжается редукционным клапаном, который во время работы перепускает часть топлива в подводящую магистраль, чем и поддерживается постоянство давления в нагне­тающей к карбюратору магистрали.

Перед запуском двигатели необходимо заполнение магистрали топливом, что выполняют при помощи ручного насоса. Для за­полнения системы топливом необходимо пропустить его через неработающий насос, поэтому в последнем установлен перепускной клапан.

Рис. 4.21. Схема шестеренчатого Рис. 4.22. Схема коловратного

насоса насоса

Коловратный насос

Схема коловратного насоса показана на Рис. 4.22. Корпус на­соса имеет цилиндрическую расточку. В корпус насоса эксцент­рично установлен ротор. Ротор имеет сквозную прорезь, в ко­торой расположены лопатки, раздвигаемые пружиной. Лопатки, вращаясь, за первую половину обор это засасывают топливо в корпус насоса, а за вторую Половину оборота выдавливают это топливо из корпуса в магистраль.

Центр вращения лопаток не совпадает с осью цилиндриче­ской расточки корпуса, вследствие чего суммарная длина ло­паток изменяется. Лопатки при вертикальном расположении устанавливаются по диаметру внушенной части корпуса. При горизонтальном расположении лопатки становятся хордой рас­точенной части корпуса. Изменение расстояния между лопат­ками происходит за счет пружины. Описанный тип коловрат­ного насоса имеет значительные износы корпуса и лопаток вследствие прижатия лопаток к корпусу пружинами.

Коловратный насос обладает большим подсасывающим дей­ствием, благодаря чему бак для топлива может быть усынов­лен на самолете значительно ниже насоса.

При дальнейшем развитии коловратный насос получил следующие конструктивное оформление (Рис. 4.23).

Расточка корпуса насоса цилиндрическая. Ротор сделан пу­стотелым. Лопаток четыре, к все они одним краем опираются на цилиндрический, ничем не закрепленный, стержень, который расположен всегда в центре корпуса и эксцентрично по отноше­нию к ротору, что видно на Рис. 4.23,б. При такой конструкции удается обойтись без применения пружин, что уменьшает из­нос лопаток и внутренней поверхности корпуса.

Рис. 4.23. Коловратный насос:

а- общий вид; б- детали качающего узла;1-редукционный клапан; 2 –заливочный клапан; 3- мембрана;

Изменение суммарной длины лопаток в этом типе конст­рукции достигается изменением положения концов лопаток по отношению к цилиндрическому стержню.

Коловратный насос так же, как и шестеренчатый, требует установки редукционного и перепускного клапанов.

Рассмотрим устройство и работу редукционного клапана, устанавливаемого в бензонасосах высотных двигателей, при расположении карбюратора после нагнетатели.

Редукционный клапан во время работы насоса удерживается в слегка открытом положении натяжением размещенной над ним пружины, давлением атмосферного воздуха и под действием столба топлива, находящегося в баке, если бак расположен выше насоса. Изменением уровни топлива в баке можно пренебречь.

Топливо, подаваемое насосом, идет в двух направлениях: одна часть поступает в карбюратор, а другая часть через ре­дукционный клапан поступает обратно во всасывающую магистраль. С подъемом самолета на высоту давление над редук­ционным клапаном уменьшается, если полость над клапаном сообщена с атмосферой; редукционный клапан еще больше открывается. Увеличение открытия редукционного клапана приводит к уменьшению давления в нагнетающей магистрали, что совершенно недопустимо, так как уменьшается подача топлива в карбюратор.

Рис. 4.24 Схем топливной системы при расположении карбюратора ниже нагнетателя

Для устранения влияния атмосферного давления на давле­ние в нагнетающей магистрали редукционный клапан снабжают мембранным мехом или резиновой диафрагмой, сообщая по­лость под ними с давлением за нагнетателем р_К (Рис. 4.24). При таком устройстве давление как в поплавковой камере (которая также сообщена с давлением р_К), так и над редукционным кла­паном будет изменяться совершенно одинаково и одновре­менно.

Непосредственный впрыск топлива

Общая схема системы непосредственного впрыска

Система непосредственного впрыска применяется в звездо­образных двигателях воздушного охлаждения и в рядных дви­гателях жидкостного охлаждения.

Идея непосредственного впрыска состоит в том, что в ци­линдры двигателя поступает чистый воздух под воздействием нагнетателя, а топливо поршневым топливным насосом подается в такте впуска непосредственно в цилиндры двигателя, через форсунки, установленные на головках цилиндров двигателя. Условия образования смеси отличаются от условий, характер­ных для карбюраторных двигателей, так как создание рабочей смеси начинается и заканчивается в цилиндрах двигателя.

Особенностью системы непосредственного впрыска топлива является высокая требовательность к чистоте топлива в отно­шении механических примесей и присутствия воздуха в нем. Система должна обеспечивать необходимую подачу топлива по оборотам, высоте полета и наддуву.

На Рис. 4.25 представлена схема подачи топлива в звездо­образном двигателе воздушного охлаждения с расположением на ней основных элементов системы непосредственного впрыска. В систему непосредственного впрыска входят следующие элементы: бензиновый насос БНК-10, служащий для подачи топлива из бака в систему под давлением 1,5—2 кг/см²; фильтр для очистки топлива от меха­нических примесей; манометр для замера давления бензина в подводящей топливной магистрали; топливный насос высо­кого давления НВ, служащий для впрыска топлива в цилиндры двигателя под давлением 300—320 кг/см²; регулятор состава смеси РС, автоматически регулирующий расход топлива в за­висимости от давления и температуры воздуха за нагнетателем, и давления атмосферы; воздухоотделитель центробежного или маятникового тина, отделяющий подаваемое в насос топливо от воздуха и паров; форсунки, устанавливаемые на каждом цилиндре и служащие для распыления топлива.

Рис. 4.25. Схема системы непосредственного впрыска топлива в звездообразном моторе:

1-бак; 2 –топливный насос; 3-ручной насос; 4-фильтр; 5-манометр; 6- агрегат топливных насосов;7-воздухоотделитель; 8-форсунки; 9-коробка анероидов регулятора смеси; 10-реглятор смеси; 11- нагнетатель;

Очищенное от воздуха топливо подается насосом высокого давления НБ через форсунки в цилиндры двигателя. Топлив­ный насос забирает не все топливо, поступающее в его кор­пус; избыточное количество топлива с отделенным воздухом поступает обратно в бак.

Остановка двигателя производится при помощи троса, по­средством которого прекращается подача топлива насосом высокого давления в цилиндры двигателя. Заполнение системы топливом перед началом работы двигателя производят ручным насосом.

Топливный насос высокого давления

Главным агрегатом системы непосредственного впрыска является топливный насос высокого давления, состоящий из отдельных насосных элементов, разме­щенные в общем корпусе. Число элемен­тов равно числу цилиндров двигателя. Каждый насосный элемент (Рис. 4.26) состоит из буксы-цилиндра 1 с движу­щимся в ней плунжером 2. Плунжер упирается в толкатель 5 с роликом 6, на который набегает кулачок, приво­димый в движение от коленчатого вала двигателя; при этом плунжер переме­щается в буксе вниз. Обратное дви­жение плунжера совершается под дей­ствием пружины, которая разжимается при сбеге ролика толкателя с кулачка. Пружина 4 упирается в толкатель, а другой ее конец прикре­плен к буксе при помощи шайбы 9.

Букса насоса имеет два боковых от­верстия (Рис. 4.27, а), по которым то­пливо поступает во внутреннюю полость буксы при движении плунжера вверх (по чертежу). Выталкивание топлива при движении плунжера вниз происхо­дит через клапан, помещенный в гнезде. Гнездо клапана притерто к торцу буксы для устранения утечки топлива.

Насосный элемент при постоянной величине хода плунжера осуществляет подачу топлива в переменном количестве в зависимости от весового заряда воздуха, поступающего в цилиндры двигателя. Это достигается путем поворота плунжера, на рабочей поверхности которого имеются косые срезы и вертикальные пазы (Рис. 4.27, б).

Начало подачи топлива насосным элементом совпадает с мо­ментом закрытия боковых отверстий в буксе кромкой верхнего косого среза рабочей части плунжера (Рис. 4.27, в). Подача топлива прекращается в момент открытия бокового отверстия

Рис. 4.25Насосный элемент

в буксе кромкой нижнего косого среза (рис. 4.27, г). При этом топливо, находящееся над плунжером, получает возможность выхода через отверстия буксы наружу, переходя по продоль­ному пазу и по выточке косого среза. Благодаря резкому по­нижению давления над плунжером в момент открытия боко­вого отверстия буксы клапан под действием пружины закры­вается, и, таким образом, подача топлива в магистраль пре­кращается. Дальнейшее движение плунжера вверх происходит без поступления топлива в цилиндр двигателя.

Перемещение плунжера в буксе при набегании кулачка на ролик толкателя совершается с переменной скоростью. Для лучшего распиливания топлива форсункой при малых числах оборотов двигателя необходимо, чтобы подача топлива осуществлялась на максимальной скорости движения плунжера, т. е. не участке наибольшей скорости подъема ролика толка­теля по кулачку.

Это достигается благодаря верхнему косому срезу рабочей части плунжера (Рис. 4.27, д),который отодвигает момент за­крытия бокового отверстия в буксе, и подача топлива в ци­линдр начинается на максимальной скорости плунжера.

При совмещении продольных пазов плунжера с отверстиями буксы подача топлива в цилиндры прекращается. Это положение плунжера предназначено для прекращения подачи топ­лива при остановке двигатели.

Рис. 4.27 Работа насосного элемента

Воздухоотделители

На рис. 4.28 представлена схема устройства и работы центро­бежного воздухоотделителя, устанавливаемого в системе непосредственного впрыска двигателя воздушного охлаждении, через который проходит топливо перед поступлением в кор­пус насоса.

Рис. 4.28 Схема устройства и работы центробежного воздухоотделителя

Воздухоотделитель имеет вид трубки, закрытой с одного конца. Топливо поступает в эту трубку через прямоугольные отверстия 1, двигаясь по касательной к внутренней поверхности трубки. Благодаря закручиванию топлива в трубе центробежные силы отбрасывают его к стенкам, а воздух, находящийся в топливе, вследствие меньшего удельного веса располагается в виде эмульсии в центральной части трубки. Из центробежного воздухоотделителя очищенное топливо через отверстия 2 уходит в корпус топливного насоса; пары топлива, воздух и излишек топлива поступают обратно в бак.

На двигателях жидкостного охлаждения применяют маятни­ковые воздухоотделители.

Рис. 4.29 Схема устройства и работы маятникового воздухоотделителя

Маятниковый воздухоотделитель (Рис.4.29) размещен в цилиндрическом корпусе, в котором на оси укреплен маятник 1, изготовленный из чугуна. Ось маятника, снабженная сверлениями-каналами 2и 5, расположена на двигателе перпендикулярно продольной оси самолета. Сверху маятник имеет бронзовую трубку 4 с отверстиями. Внутри этой трубки может передвигаться другая бронзовая трубка-золотник, укрепленная на пробковом поплавке 3.

Очистка топлива в маятниковом воздухоотделителе происходит следующим образом: топливо, смешанное с воздухом. Поступает через штуцер 6 в корпус воздухоотделителя и заполняет его до некоторого уровня 7. При этом воздух, отделяясь от топлива, собирается в верхней части корпуса, а топ­ливо располагается в его нижней части. Такое расположение топлива и воздуха сохраняется при любой положении самолета.

При работе двигателя количество воздуха, скапливающегося

в верхней части корпуса воздухоотделителя, постоянно увели­чивается,

вследствие чего уровень топлива в корпусе пони­жается. По мере понижения уровня топлива пробковый по­плавок вместе с прикрепленной к нему трубкой-золотником опускается, и, таким образом, золотник открывает отверстия в верхней части трубки 4. Через эти отверстия находившийся в корпусе воздух вместе с парами топлива уходит по ка­налу 2 в бак.

При выходе воздуха из корпуса воздухоотделителя умень­шается противодавление, которое испытывает топливо, посту­пающее через штуцер 6. Благодаря этому уровень топлива в корпусе повышается, поплавок всплывает и закрывает зо­лотником выход воздуху.

Механизм управления плунжерами

Изменение режима работы двигателя требует соответствую­щего изменения подачи топлива. Это достигается путем одно­временного поворота всех плунжеров при помощи механизма управления, схема которого представлена на Рис. 4.30.

На конце плунжера установлена бронзовая зубчатая втулка 15, имеющая на торце вырезы, в которые входят вы­ступы хвостовой части плунжера. Такими же втулками снаб­жены и остальные плунжеры топливного насоса.

Зубчатая втулка 15 находится в зацеплении с шестерней управления 16, которая приводит во вращение зубчатые втулки всех остальных плунжеров.

Таким образом, поворот зубчатой втулки 15 вызывает одновременный поворот всех плунжеров. Втулка 15 связана зубчатой передачей с сектором 13, нахо­дящимся в зацеплении с сектором 12. Поворот сектора 12 относительно его оси 18 осуществляется при помощи ры­чага 11, связанного с серьгой 17. Эта серьга закреплена на конце штока 9 поршня сервопривода. Таким образом, переме­щение поршня и его штока вызывает поворачивание секторов 12 и 13, что в свою очередь приводит к изменению положения всех плунжеров.

Поршень сервопривода перемещается в ту или другую сто­рону под действием давления масла, подачей которого упра­вляет регулятор смеси.

Рис. 4.30 Схема регулятора смеси и механизма управления плунжерами

В рядных двигателях топливные элементы насоса ЦБ распо­лагаются в один или два ряда и одновременный поворот их плунжеров достигается прямой зубчатой рейкой. Плунжеры насоса приводятся в движение при помощи кулач­кового валика. Остальные детали агрегата существенно не отличаются от деталей насоса НВ звездообразного двигателя.

Регулятор смеси

Регулятор смеси (Рис. 4.30) состоит из анероидов 1, запол­ненных сухим азотом под давлением 500 мм. рт. ст., и анероида 2, имеющего сообщение с атмосферой. Все анероиды заключены в теплоизолирующий корпус, и который поступает воздух из нагнетателем под давлением р_К.

Анероиды своей нижней частью опираются на шток 3, снабженный пружиной. Шток надавливает на рычаг 4, одни ко­нец которого опирается на кулачок 10, а другой шарнирно связан с золотником 5 сервопривода.

Сервопривод состоит из цилиндра 7 и поршня 8 со што­ком 9 который служит тягой управления плунжерами. Масло подводится в корпус сервопривода по среднему каналу и вы­ходит из корпуса по двум крайним каналам.

Золотник 5. имеющий три выточки и два пояска, подводит масло в цилиндр 7. В зависимости от положения золотника масло поступает в

полость цилиндра с правой или левой сто­роны поршня.

Кулачок 10 служит для установки золотника в нейтральное положение. На его оси имеется шестерня, находящаяся в за­цеплении с зубчатой рейкой штока сервопоршня.

Регулятор смеси работает следующим образом.

При увеличении давлении р_К анероиды сжимаются, вследствие чего шток 3 анероидов под действием пружины приподни­мается. Это дает возможность пружине 6 переместить золот­ник 5 вверх, открывая доступ маслу в полость цилиндра с пра­вой стороны поршня. Одновременно с этим освобождается вы­ход маслу из полости, находящейся с левой стороны поршня. Таким образом, поршень сервопривода при увеличении давле­ния р_К, перемещается справа налево. При этом шток поршня приводит в движение механизм управления плунжерами и одновременно поворачивает кулачок 10 против часовой стрелки,

вследствие чего левый конец рычага 4 приподнимается, скользя по кулачку. Рычаг 4, опираясь на шток анероидов, опускает золотник вниз и устанавливает его в среднее нейтральное по­ложение.

При таком положении золотника его пояски перекрывают каналы, по которым масло входит в полость цилиндра и вы­ходит из нее, вследствие чего перемещение поршня прекра­щается.

При уменьшении давления р_К, анероиды разжимаются, шток анероидов опускается, и, таким образом, все звенья механизмов регулятора смеси и управления плунжерами совершают движе­ние в обратном направлении.

Изменение длины комплекта анероидов происходит не только под влиянием изменения давления р_К, но и при изме­нении температуры воздуха на всасывании Т_К и давления р_Н на­ружного воздуха. Действительно, повышение температуры Т_К вызывает увеличение давления сухого азота внутри анероидов, что приводит к удлинению комплекта. Изменение его длины происходит также и под влиянием изменения давления р_Н бла­годаря тому, что внутренняя полость анероида 2 имеет со­общение с атмосферой.

Форсунки

На Рис. 4.31 и 4.32 изображено два вида форсунки. Форсунка, показанная на Рис. 4.31, состоит из корпуса 6, иглы 7, клапана 2-5 и штуцера 1 для подвода

топлива в полость иглы.

Рис.4.31 Форсунка Рис. 4.32 Форсунка

Спиральный канал 8, образованный наружной конической поверхностью иглы и внутренней поверхностью корпуса, способствует лучшему распиливанию топлива.

Назначение клапана заключается в том, чтобы обеспечить начало подачи топлива в цилиндре двигателя на малых оборотах при давлении в нагнетающей магистрали 35—45 кг/см². При отсутствии клапана подача топлива происходит медленно, вяло.

Форсунка, изображенная на Рис. 4.32, отличается от преды­дущей форсунки отсутствием спирального канала. В корпус 1 ввернута затяжная втулка 2. Втулки имеет шлицы для контровочной шайбы 3.

Контровка производится при помощи пружинного кольца 4. Затяжная втулка своим торцом прижимает к корпусу втулку иглы. На одном конце игла форсунки 6 имеет конический гри­бок 7, а на другом кольцевую выточку, в которую входят

сухарики 8, удерживаемые обоймой 9. Сухарики, обойма и втулка Ю представляют собой замок иглы. Между втулкой иглы и обоймой помещена пружина 11. прижимающая грибок иглы к его седлу. Сила затяжки пружины равна также 35—45 кг/см². Пружина предохраняет от вытекания топлива из форсунки.

Когда давление поступающего топлива превысит силу затяжки пружины, игла отходит вниз, открывается кольцевой зазор между грибком иглы и седлом, и топливо поступает в цилиндр. В теле иглы выфрезеровано три продольные канавки, по кото­рым проходит топливо. Благодаря кольцевому каналу и его сужению к выходному отверстию топливо поступает в цилиндр струей в виде конуса с углом распыла 45—50°.