Система VIT двигателей МАН-Б.В. L-MC

Фирма МАН-Б.В. в мощных малооборотных двигателях LM-C с диаметрами цилиндров больше 42 мм в насосах золотникового типа с регулированием по концу подачи (рис. 6-5) проблему изменения угла опережения решила путем аксиального смещения плунжерной втулки.

Начало подачи (угол опережения) изменяется путем аксиального перемещения втулки 2 относительно плунжера 1 с использованием приве­денного ниже механизма VIT, либо - разворотом топливного кулачка. Для изменения величины подачи топлива меняется момент открытия плунжером отсечного отверстия путем разворота плунжера.

Для реализации отмеченных регулировок используются две рейки, верхняя приводится в действие механизмом VIT и управляет переме­щением втулки плунжера, а нижняя управляет разворотом плунжера (рис. 3.2).

На рисунке показаны впускное и отсечное отверстия 3, впускной клапан 5 и клапан 4 оста­нова - прекращения подачи топлива в форсунки. Над клапаном находится пневмо-цилиндр, свя­занный с пневматической системой управления двигателем. При команде «стоп» сжатый воздух поступает в пневмо-цилиндр, его поршень опу­скается и прекращает подачу топлива. Последнее вместо форсунок направляется обратно в корпус ТНВД. Клапан 4 также активируется при по­ступлении аварийного сигнала о переполнении цистерны при появлении утечек в ТНВД.

При опускании втулки (Рис.3.3) плунжер 2 раньше перекрывает впускные отверстия, а это приводит к увеличению угла опережения и на оборот. Перемещение втулки обеспечивается имеющейся на ее наружной поверхности винтовой резьбой, входящей в зацепление с поворотной втулкой 3 и рейкой 4, совмещенной с датчиком положения. В систему управления рейкой 4 входят три элемента: вал 10, связанный с управля­ющим валиком регулятора частоты вращения, клапан управления 12 и перемещающий рейку 4 пневматический исполнительный сервоцилиндр 14. Рабочий воздух поступает в клапан по трубопроводу под давлением = 5,10² КПа направляется к сервоцилиндру 14. Входное воздействие на изменение цикловой подачи и угла опережения осуществляется от управ­ляющего валика регулятора частоты вращения 10, который через рычаг 9 воздействует на рейку 6 и поворотную зубчатую втулку 5, осущест­вляющую поворот плунжера при изменении цикловой подачи. Входное воздействие на положение управляющего клапана (VIT) 12 осуществля­ется через рычаг 11 и шарнирную тягу 13. Таким образом, активный ход плунжера (цикловая подача) и угол опережения впрыска в этой системе взаимосвязаны программой, заложенной в регулятор оборотов двигателя. Изменение нагрузки (цикловой подачи) в соответствии с программой сопровождается соответствующим

Рис. 3.3. Механизм VIT в двигателях МАН-БВ LM-C

изменением угла опережения впрыска. Эксплуатационная настройка системы VIT осуществляется на основе данных, заложенных в графические зависимости положений рейки 4 и штока клапана управления 12 от давлений воздуха в клапане - Р_кл, и в сервомоторе Р_см.

Для индивидуальной подрегулировки параметров φ и h_акт, необхо­димость в которой возникает при изменении показателей воспламеняе­мости топлива прибегают к изменению положения штока управляющего клапана 12.

Преимущество системы VIT, за­ключающееся в снижении расходов топлива на частичных нагрузках на 2,5-4 г/кВт.час, является несо­мненным, но нельзя не признать и отрицательного воздействия VIT на надежность двигателя. Осу­ществляемое VIT увеличение угла опережения впрыска топлива на на­грузках менее 80% вызывает жесткое сгорание топлива, отношение Р_макс к Р_с увеличивается и это не может не оказывать отрицательного влияния на работоспособность подшипников. Поэтому в ряде случаев, когда отме­чается увеличение жесткости работы двигателя, есть смысл пожертвовать выигрышем в экономичности и VIT отключать.

Проверка и регулировка начала подачи

Подготовительные операции:

• Установить топливную рейку в положение максимальной подачи, демонтировать размещенный на на­сосе клапан останова двигателя 4 и установить мерительное устройство (см. рис. 3.4).

• Повернуть вал двигателя в положение ВМТ проверяемого цилиндра.

• Опустить измерительный стержень до соприкосновения с плунже­ром, при этом опорные боковые ноги устройства должны упереться в верхний торец втулки.

• Зафиксировать по шкале измерительной рейки цифру, которая и определит значение «а»в мм (с учетом знака). Оно представляет собой расстояние от положения, при котором плунжер перекрывает отсечные отверстия до положения, соответствующего нахождению поршня цилиндра в ВМТ.

Одновременно записывается индекс топливной рейки.

Размер «с»определяется как расстояние в мм от крайнего нижнего положения плунжера до прихода его в верхнее положение, соответству­ющее приходу поршня цилиндра в ВМТ. Для определения «c» нужно зафиксировать положение плунжера в ВМТ поршня рабочего цилин­дра и проворачивать вал двигателя до момента прихода плунжера в НМТ (ролик толкателя плунжера выходит на цилиндрическую часть топливного кулака). Пройденное плунжером расстояние и определит величину «с».

Расстояние «b»определяется как ход плунжера от его НМТ до пере­крытия плунжером отсечного отверстия. В общем случае с = а - b.

Величина cзадается как установочная в заводских протоколах, с ней и следует сравнивать полученный результат. Расхождение измерен­ных значений с установочными свидетельствует о допущенном в процессе эксплуатации смещениях втулки плунжера по высоте или топливного кулачка. В случае расхождения нужно разворачивать топливный кулачек или изменять положение втулки плунжера по высоте, используя талреп 8 на рейке управления углом опережения (см. рис. 3.3). Для увеличения «а»и «b»и, соответственно, - опережения и Рмакс, поверните кулак вперед. Для уменьшения «аи b»(опережения) поверните кулак назад (против вращения). К осевому смещению втулки плунжера прибегают при необходимости регулирования максимального давления сгорания в одном цилиндре. Это достигается осевым смещением втулки плунжера путем изменения индекса рейки, управляющей углом опережения (рис. 3.3., талреп 8). Для увеличения максимального давления газов в цилиндре Рмаксувеличивайте «а» путем увеличения индекса рейки. Снижение Р_макс. достигается уменьшением «а» путем уменьшения индекса рейки.

Изменение индекса на 1 меняет «а» на 1 мм и Р_макс на 0,3-0,4 МПА.

3.3. ПРОВЕРКА И РЕГУЛИРОВАНИЕ ФОРСУНОК

Техническое состояние форсунок определяет надежность и экономич­ность работы двигателя. Снижение плотности и неудовлетворительное распыливание приводят к неполному сгоранию топлива и дымлению на выхлопе, сгорание переходит на линию расширения, что вызывает пере­грев цилиндро-поршневой группы и пригорание выхлопных клапанов. Следствием попадания струй плохо распыленного топлива на головки поршней является их прогорание.

Срок службы распылителей форсунок современных двигателей обычно лежит в пределах 5-10 тысяч часов, по истечении этого времени, как правило, требуется их замена или ремонт. Рекомендуется в пределах этого срока через 2-4 тысячи часов осуществлять периодические проверки состояния форсунок, включающие:

• Оценку состояния сопловых отверстий на отсутствие в них коксовых отложений и износ (из­мерение диаметра),

• Проверку на плотность и отсутс­твие подтеканий,

• Проверку и регулирование дав­ления открытия иглы,

• Проверку и, если возможно, регулирование величины ее хода. Перечисленные проверки и необ­ходимые регулировки произво­дятся в приспособленном для это­го помещении и с использованием специального опрессовочного стенда.

Рис. 3.5. - Стенд для опрессовки

Проверочные операции

После снятия форсунки с двигателя ее сопловый наконечник следует прежде всего проверить на наличие коксовых отложений. Их присутствие является свидетельством подтекания топлива через коническое уплотнение иглы как следствие потери его плотности, так и поломки пружины. К особенно интенсивному коксованию вплоть до закупорки части сопловых отверстий приводит перегрев распылителя.

Засорение сопловых отверстий обычно сопровождается появлением резких ударов в форсуночной трубке и ее нагревом вследствие повы­шения давлений впрыскивания из-за роста сопротивления истечению топлива из сопла. Засоренные сопловые отверстия прочищаются сверлом, диаметр которого на 0,025 мм. меньше диаметра отверстий. Замер диа­метра отверстий осуществляется специальным калибровочным сверлом. Увеличение диаметра допустимо не более, чем на 10%. В противном случае увеличивается размер распыливаемых капель топлива, ухуд­шается их сгорание и увеличивается их дальность полета, приводящая к попаданию струй топлива на стенки цилиндра и головки поршней.

Рис. 3.6. - Ход иглы.

Перед последующими испытаниями сопловый наконечник со всей аккуратностью должен быть очищен латунной щеткой. После разборки и промывки деталей оценивается состояние рабочих поверхностей иглы и ее направляющей - натиры и следы задиров недопустимы - распылитель под­лежит замене. Наличие на конусе иглы и ее седла следов неплотной посадки и наклепа потребует притирки. При хорошем состоянии рабочих поверхностей иглы и направляющей последняя, будучи смазанной дизельным топливом, должна плавно опускаться вниз при положении распылителя под углом 45°. Быстрое падение будет свидетельствовать о потере плотности пары.

Ход иглы, высота ее подъема при открытии лимитирована, так как при большой величине хода динамические удары при посадке приво­дят к образованию наклепов на посадочном конусе и потере его плот­ности. Ход проверяется путем измерений величин А и В (рис. 3.6). Величина хода

X = А + В не должна превышать установленный производителем размер на 0,05 мм.

Проверка давления открытия иглы и плотности форсунки осущест­вляется на опрессовочном стенде. Путем медленной прокачки форсунки и наблюдая за показаниями манометра, определяют давление открытия. Последнее не должно быть ниже установленного на 2 МПа.

В противном случае регулируют затяг пружины или под пружину иглы подкладывают шайбы. Форма струй у всех отверстий должна быть одинаковой, неодинаковость свидетельствует о их засорении и требует прочистки. Для проверки плотности посадочного конуса иглы поднимают давление на 2 МПа ниже установленного заводом давления открытия иглы и удерживают его постоянным, одновременно наблюдая за состо­янием кончика сопла. В течение 10 с на нем не должно образовываться капель, увлажнение допустимо.

Для проверки плотности пары игла-иаправляющая также поднимают давление до ранее упомянутой величины и, если оно падает на 5 МПа ранее, чем за 3 с, то это свидетельствует о потере плотности распыли­теля и он подлежит замене. Время падения свыше 20 с свидетельствует о загрязнении иглы. Обычно это отложения лака, которые могут быть очищены лишь с применением растворителей, но не механически.

Нарушения работоспособности топливной аппаратуры.

Как уже отмечалось, состояние топливной аппаратуры определяет работоспособность двигателей, их надежность и экономичность. Однако, по числу отказов и нарушений в работе дизеля топливная аппаратура занимает первое место и это определяется сложностью конструкции, наличием большого числа прецизионных элементов, притираемых сопряжений, работающий в условиях больших механических, гидродина­мических и тепловых нагрузок. Немаловажное значение имеют и жесткие требования по обеспечению высоких давлений впрыска (до 1800 бар), качества распыливания и соблюдения заданных фаз топливоподачи. Су­щественное влияние на работоспособность оказывает качество топлива, эффективность его очистки от загрязняющих примесей и воды, низкий уровень технического обслуживания аппаратуры, в первую очередь, несоблюдение требований чистоты при переборках и монтаже, несоб­людение заводских инструкций по регулировке.

Потеря плотности плунжерных пар.

Происходит вследствие износа прецизионных поверхностей. Причи­нами износа могут быть - работа на топливе с механическими частицами, попавшими в топливо со стенок топливопроводов и цистерн в виде ку­сочков окалины и продуктов коррозии металла. Особенно интенсивный износ вызывает коррозия рабочих поверхностей, вызываемая попаданием в топливо забортной воды и наличие в нем сернистых соединений в виде дисульфидов. Потеря плотности сопровождается падением давлений впрыска, ухудшением качества сгорания топлива, потерей мощности и экономичности двигателей, ростом тепловых нагрузок ЦПГ.

Прихваты и зависания плунжеров топливных насосов (ТН).

При прихватах плунжер периодически зависает во втулке, пода­ча топлива периодически прекращается и это видно по появлению неравномерности работы двигателя (стрелка тахометра колеблется). При зависании плунжера, его заклинивании во втулке, когда пружина плунжера не в состоянии вернуть его в исходное положение (в НМТ), подача топлива в цилиндр прекращается. Температура выпускных газов в рассматриваемом цилиндре падает, а в остальных цилиндрах несколько увеличивается, т.к. регулятор числа оборотов для сохранения оборотов двигателя увеличивает подачу топлива на эти цилиндры.

Основной причиной зависания является попадание в ТН грязи и воды из-за плохой работы сепараторов и порванных фильтров тонкой очистки. Способствует также взбалтывание отстоя в расходных цистернах при качке судна. В этой связи рекомендуется периодически подкачивать топливо в цистерны не допуская его падения до нижней отметки. Чис­тота поступающего в двигатель топлива, эффективность работы средств очистки, являются важнейшими факторами работы ТН и форсунок.

Периодическое прихватывание плунжеров возможно из-за сокра­щения зазоров во втулках с ростом температур пары при переходах на работу с топливом с высокой температурой подогрева. Часто отмечаются зависания плунжеров ТН и игл форсунок при работе на "сухих"дизельных топливах, вязкость которых ниже 2 сСт при 200 С. Смазывающая спо­собность таких топлив низкая, растут трение и температуры.

Трещины в корпусах ТН.

В корпусах ТН иногда появляются трещины, возникающие вследс­твие тепловых напряжений при переходе с горячего (1200-1500 С) тяжелого топлива на холодное дизельное. Причинами трещин могут быть также механические напряжения при неравномерном обжатии шпилек крепления элементов корпуса при переборке ТН. Отмечались случаи, в частности в ТН двигателей Зульцер, при недостаточ­ном подогреве тяжелого топлива перед двигателем. Высокая вязкость предопределяет рост давлений впрыска, а отсюда и рост механических нагрузок. Этому также может способствовать закоксовывание сопловых отверстий форсунки.

Нарушение работоспособности клапанов ТН.

Часто это выражается в потере плотности посадки клапана на седло, что может привести к нарушению фаз и величины подачи топлива. При­чина — износ притертых поверхностей. Нередки случаи поломки пружин клапанов. Обычно трещины возникают в зоне первых двух витков и связано это с перекосом в плоскости посадки пружины. Не исключается и технологический брак пр и изготовлении пружины. Поэтому важно использовать пружины только фирменные.

Неисправности форсуночных (нагнететельных) топливопроводов.

Проявляются в виде трещин и свищей, возникающих в стенках труб и, особенно, в местах приварки ниппельных соединений, как результат высоких гидродинамических нагрузок при резком росте давлений впрыс­ка и механических нагрузок при вибрациях трубок. Появление трещин может сопровождаться попаданием струи вырывающегося топлива на горячие поверхности выхлопного коллектора и пожаром. Подобные случаи, к сожалению, приводили к серьезным последствиям вплоть до человеческих жертв. Сегодня все классификационные общества требу­ют форсуночные трубки помещать в специальные кожуха, состоящие из эластичной металлической трубы с оплеткой. На всем протяжении образуется канал, по которому прорвавшееся топливо стекает в сторону насоса и стекает в специальный бачок, оборудованный сигнализатором уровня, оповещающего вахту о разрыве топливной трубки.

Неисправности распылителей форсунок.

Зависание игл происходит в верхнем (открытом) ее положении и вызывается плохой очисткой топлива и его обводнением. При коррозии иглы на ее поверхности появляются коричневые пятна, затем темнеющие и переходящие в сплошное темное поле. После почернения зависание иглы неизбежно. Признак зависания иглы - нагрев форсуночного топли­вопровода и повышение температуры выхлопных газов. Прорывающиеся через иглы газы могут попасть в ТН, тогда срывается подача топлива в цилиндр и температура газов падает.

Другой причиной зависания иглы может быть перекосы при перетяге шпилек крепления форсунки в крышке цилиндра или чрезмерном затяге гайки крепления распылителя.

Износ запорного конуса иглы вызывается эрозией под действием движущегося с большой скоростью потока топлива в щели под конусом иглы. Результат- потеря плотности посадки иглы, подтекание форсунки, что, в свою очередь, приводит к коксованию топлива в распыливающих отверстиях и их полному закупориванию. Признаком закупорки части сопловых отверстий является появление резких ударов в форсуночном топливопроводе, его нагрев, падение давления сгорания и рост темпера­туры выхлопных газов в связи с ухудшением сгорания топлива.

Изнашивание сопловых отверстий вызывается эрозионным действи­ем потока топлива, диаметр отверстий увеличивается и это приводит к более грубому распыливанию топлива. Максимально допустимое уве­личение диаметра - 10%.

Износ пары игла-направляющая является естественным процессом и вызывается повышенным трением при грязном и обводненном топливе. Степень износа оценивается по величине протечек топлива в корпус форсунки и методом опрессовывания.

Снижение жесткости и поломка пружины форсунки проявляет­ся повышением температуры выхлопных газов и появлением нага­ра на распылителе. Проверка состояния пружины производится на форсуночном прессе.