В дизелях с непосредственным впрыском, где распиливание топлива и его распределение по всей камере сгорания должно быть обеспечено форсункой, применяются форсунки, подающие топливо в камеру сгорания под очень большим давлением через несколько отверстий малого диаметра. Так, например, в дизеле ЯАЗ-204 топливо подается в камеру сгорания под давлением более тысячи атмосфер через шесть отверстий диаметром 0,15 мм каждое. Расположение распыляющих отверстий таково, что при впрыске топливо равномерно распределяется по всему объему камеры сгорания.
В предкамерных дизелях распыливание и перемешивание топлива с воздухом происходят не только при впрыске, но и при перетекании горючей смеси из вспомогательной камеры в основную. Поэтому для дизелей этого типа применяются форсунки, подающие топливо в камеру сгорания под давлением гораздо меньшим, чем в дизелях с непосредственным впрыском, и через одно отверстие большего диаметра. Так, в дизеле КДМ-46 топливо подается в камеру сгорания под давлением 300—600 ат через отверстие диаметром 0,645 мм.
В дизелях с вихревыми камерами распыливание и перемешивание топлива с воздухом обеспечиваются главным образом интенсивными завихрениями в вихревой камере. Для дизелей этого типа применяются форсунки, подающие топливо в камеру сгорания под таким же давлением, как и в предкамерных дизелях, через одно отверстие большого диаметра. Однако благодаря наличию завихрений в камере обеспечивается более тонкое распыливание топлива, чем в предкамерных дизелях.
Форсунки разделяются по своей конструкции на закрытые и открытые.
Закрытыми называются такие форсунки, внутренний канал которых разъединен с камерой сгорания специальной запорной иглой, открывающей отверстия распылителя только при впрыскивании горючего в цилиндр двигателя.
Открытыми называются такие форсунки, внутренний канал которых постоянно сообщается с камерой сгорания цилиндра двигателя.
Работа закрытой форсунки происходит следующим образам. Насос высокого давления подает топливо по каналу 2 (рис. 59) в кольцевую выточку 4 распылителя 6 форсунки. Выходное отверстие распылителя закрывается иглой 5, нижняя часть которой выполнена в виде конуса 5 и точно пришлифована к выходному отверстию распылителя. Игла плотно прижата к своему седлу стержнем 7, на который давит пружина 1. Когда давление топлива, создаваемое насосом, возрастает настолько, что сила, действующая на иглу распылителя снизу, преодолеет натяжение пружины 1, игла 3 приподнимается и топливо через отверстия распылителя впрыскивается в камеру сгорания дизеля.
Рис. 59. Схема форсунки закрытого типа: 1 - пружина; 2 - канал для подачи топлива, 3 - игла; 4 - кольцевая выточка; 5 - конус; 6 - распылитель; 7 - стержень
Когда нагнетание топлива плунжером топливного насоса прекращается и давление в топливопроводе падает, игла под действием пружины 1 опускается и закрывает отверстие распылителя. Впрыскивание топлива в камеру сгорания прекращается.
На дизеле КДМ-46 установлена форсунка закрытого типа.
Основными деталями форсунки являются распылитель 11 (рис. 60) и игла 10. Высокое давление, под которым работают эти детали, обусловливает выбор материала для их изготовления, их обработку и размеры. Диаметр иглы равен 6 мм\ она притирается к распылителю так, что диаметральный зазор не превышает 0,001—0,002 мм. Благодаря этому обеспечены плотность соединения и легкость движения иглы в распылителе. Размер и форма распиливающего отверстия доводятся также очень тщательно. Распылитель и игла изготовляются из высококачественной стали и подвергаются тщательной механической и термической обработке.
Рис. 60. Форсунка дизеля КДМ-46: 1 - колпак; 2 - ограничитель подъема иглы; 3 и 5 - фиксирующие гайки; 4 - регулировочная втулка; 6 - тарелка; 7 - пружина; 8 - нажимной стержень; 9 - корпус; 10 - игла; 11 - распылитель; 12 - донышко; 13 - нажимная гайка; 14 - канал подачи топлива
Нижним коническим концом игла перекрывает распыливающее отверстие диаметром 0,645 мм, которое просверлено в донышке 12 распылителя. Донышко притирается к нижнему шлифованному торцу распылителя и фиксируется двумя установочными штифтами. Верхний сферический торец распылителя вместе с донышком и иглой прижимается гайкой 13 к сферическому торцу корпуса 9 форсунки. После затяжки нажимная гайка 13 фиксируется стопором.
В центральном канале корпуса 9 свободно установлен нажимной стержень 8, Нижним сферическим торцом этот стержень соприкасается со сферическим торцом иглы 10. Такая конструкция обеспечивает точную установку нажимного стержня относительно иглы и предупреждает соскакивание его с последней. На верхнем конце стержня имеется тарелка, на которую опирается пружина 7. Верхним концом пружина опирается на тарелку 6. Сила нажатия пружины регулируется втулкой 4, которая стопорится в определенном положении гайкой 5. Через регулировочную втулку проходит ограничитель 2 подъема иглы. Положение ограничителя регулируется на заводе так, что подъем иглы распылителя находится в пределах 0,20—0,25 мм и фиксируется гайкой 3. На переходную гайку навинчен колпак 1 форсунки, который служит для предотвращения попадания грязи и подтекания топлива.
Когда давление над плунжером топливного насоса преодолеет сопротивление пружины нагнетательного клапана, топливо поступит к форсунке по трубопроводу высокого давления. По каналу 14 топливо подается в нижнюю камеру распылителя. В камере топливо, преодолевая сопротивление пружины 7, поднимает иглу 10 и, проходя через распыливающее отверстие, впрыскивается в предкамеру дизеля.
Давление, при котором начинается подъем (отрыв) иглы распылителя, равно 120 кг/см2. Его величина определяется натяжением пружины 7, регулируемой на заводе при сборке с точностью до 5 кг/см2. Давление, с которым происходит дальнейший впрыск топлива в цилиндр, определяется нагнетательным ходом плунжера топливного насоса и достигает 300—600 кг/см2 в зависимости от режима работы дизеля.
Оканчивается подача в момент, когда винтовая кромка 2 плунжера (см. рис. 54) откроет отверстие 7 гильзы. При этом надплунжерное пространство и вся система, находящаяся под высоким давлением, окажутся сообщенными через вертикальный паз с камерой, к которой топливо поступает от топливоподкачивающего насоса. Давление в нагнетательной системе упадет, и нагнетательный клапан опустится на свое седло. При посадке нагнетательного клапана его цилиндрический поясок 3 (см. рис. 55) снижает давление в трубопроводе высокого давления. Игла распылителя форсунки под действием пружины 7 (рис. 60) быстро закрывает распыливающее отверстие, и происходит резкая отсечка впрыска топлива.
Так как топливо в системе находится под высоким давлением, то оно просачивается между иглой и распылителем. При этом заполняется центральный канал корпуса 9 форсунки. По каналу в ограничителе 2 и через специальный штуцер топливо отводится к топливоподкачивающему насосу.
Закрытые форсунки в зависимости от конструкции запорной иглы разделяются на бесштифтовые и штифтовые.
На конце иглы бесштифтовой форсунки (рис. 61, а) имеется запорный конус, а в распылителе — несколько отверстий диаметром 0,15—0,60 мм. Через эти отверстия топливо распыливается по всей камере сгорания. Бесштифтовые форсунки применяются чаще всего на дизелях с неразделенными камерами сгорания.
Рис. 61. Типы закрытых форсунок: а - бесштифтовая; б - штифтовая
На конце иглы штифтовой форсунки (рис. 61,6) имеется цилиндрический или в виде обратного конуса наконечник, а в распылителе — только одно отверстие, перекрываемое иглой. При подъеме иглы струя топлива ударяется о конус наконечника и образует веер распыленного топлива. Угол конуса наконечника определяет угол распиливания горючего (см. рис. 59). Штифтовые форсунки применяются чаще всего на дизелях с разделенными камерами сгорания. Диаметр распыливающего отверстия штифтовой форсунки больше, чем диаметры распиливающих отверстий форсунок других типов. Так, например, диаметр распыливающего отверстия штифтовой форсунки дизеля Д-35 равен 1,5 мм, а диаметр распыливающего отверстия бесштифтовой форсунки дизеля КДМ-46 равен 0,635 мм. Штифтовые форсунки реже засоряются, что облегчает уход за дизелем.
Как указывалось выше, наряду с закрытыми форсунками применяются и открытые форсунки. Основным преимуществом открытых форсунок является простота устройства и отсутствие движущихся частей (запорная игла и пр.). К недостаткам их следует отнести резкое изменение давления впрыска в зависимости от режима работы двигателя, а также подтекание топлива.
Открытые форсунки применяются в дизелях, снабженных насосами высокого давления с резкой отсечкой подачи топлива, и снабжаются специальным клапаном для отсечки.
Открытая форсунка дизеля ЯАЗ-204 конструктивно объединена с насосом высокого давления. Для лучшей от
сечки моментов начала и конца впрыска, а также во избежание подтекания топлива форсунка снабжена контрольным клапаном 3 (рис. 62) с пружиной 4. Топливо, нагнетаемое плунжером топливного насоса, обходит плоский клапан 1 и отжимает клапан 3, нагруженный пружиной 4, к упору 5. В нижней части упора 5 имеются прорези, через которые топливо подходит к отверстиям распылителя 6 и -впрыскивается в камеру сгорания дизеля. Давление, при котором происходит открытие контрольного клапана 3 и начинается впрыск топлива, равно примерно 50 кг/см2. Давление, с которым происходит дальнейший впрыск топлива в цилиндр, определяется нагнетательным ходом плунжера насоса и при 2000 об/мин достигает 1400 кг/см2. При окончании нагнетания топлива плунжером насоса пружина 4 прижимает контрольный клапан к каналу 2 и подача топлива к распыливающим отверстиям резко прекращается. Плоский клапан 1 предупреждает обратное движение топлива из форсунки при движении плунжера насоса вверх, а также препятствует проникновению продуктов сгорания в топливную систему при неплотной посадке контрольного клапана.
Рис. 62. Схема открытой форсунки дизеля ЯАЗ-204: 1 - плоский клапан; 2 - канал; 3 - контрольный клапан; 4 - пружина; 5 - упор контрольного клапана; 6 - распылитель