Требования к системе впрыска топлива

Требования
Топливный насос высокого давления (ТНВД) должен подавать топливо под давлением 350... 1600 бар - в соответствии с особенностями процесса сгорания дизельного топлива - с максимальной точностью дозирования циклов впрыска для достижения оптимального состава рабочей смеси. Начало впрыска должно быть точно установлено по времени в пределах около ±1° поворота коленчатого вала для достижения оптимума между расходом топлива, выбросом токсичных компонентов с отработавшими газами и уровнем шума. Муфта опережения вспрыскивания позволяет уточнять начало впрыскивания и компенсировать продолжительность распространения волн сжатия в топливопроводах реагированием на изменение частоты вращения и опережения начала закрытия отверстия насоса (действительное начало подачи топлива насосом). Механические системы включают муфту опережения впрыскивания для учета изменений частоты вращения коленчатого вала двигателя. Винтовая кромка плунжера ТНВД позволяет путем его поворота изменять цикловую подачу топлива в зависимости от нагрузки. Для управления нагрузкой и частотой вращения коленчатого вала дизеля используется только изменение цикловой подачи топлива; количество воздуха на впуске не дросселируется. Так как дизель на малых нагрузках при увеличении цикловой подачи топлива может увеличивать частоту вращения, превышающую допустимую, важно иметь устройство, ограничивающее это увеличение. Необходимо также иметь регулятор частоты вращения на режиме холостого хода.

Процесс впрыскивания
При рассмотрении процесса впрыскивания топливо нельзя считать несжимаемым. Процессы, сопутствующие впрыскиванию, следует рассматривать как динамические (в основном, отражающие акустические принципы). Кулачковый вал ТНВД, приводимый от коленчатого вала двигателя, перемещает плунжеры топливного насоса, обеспечивая подачу топлива и создавая высокое давление в топливопроводах. Нагнетательный клапан открывается при повышении давления и волна давления проходит в направлении сопла форсунки со скоростью звука (приблизительно 1400 м/с). По достижении требуемого давления запорная игла рабочего сопла форсунки преодолевает усилие пружины, открывая проходное сечение, и топливо подается через распылительные отверстия в камеру сгорания двигателя. Процесс впрыскивания заканчивается с открытием сливного отверстия в гильзе плунжера. Давление в надплунжерной полости уменьшается, нагнетательный клапан закрывается и давление в топливопроводе снижается до пределов, выбираемых из следующих условий: запорная игла форсунки должна закрываться мгновенно, исключая утечку топлива; колебательные явления в топливопроводах не должны вызывать повторного открытия иглы и становиться причиной кавитационного разрушения.

Система впрыскивания топлива

Система впрыскивания топлива предна- значена для точного дозирования топли- ва при различных режимах работы. Она включает в себя топливный бак, топлив- ный фильтр, топливоподкачивающий на- сос, перепускной клапан и топливные трубопроводы. Давление топлива, требу- емое для впрыскивания, создается ТНВД, откуда топливо подается через нагнета- тельный клапан по топливным трубопро- водам высокого давления к форсункам.

Топливный насос высокого давления
В ТНВД автомобильных дизельных двигателей, главным образом, используется одна из следующих систем впрыскивания топлива: насос с рядным расположением плунжерных пар и насос распределительного типа. В насосе с рядным расположением плунжерных пар, широко применяемом на двигателях большегрузных автомобилей, кулачковый вал приводит в действие один плунжер, подающий топливо только к одному цилиндру двигателя. Другая конструкция ТНВД с рядным расположением плунжерных пар может регулировать фазы впрыскивания в дополнение к изменению количества топлива. Насос распределительного типа характеризуется механическим или электронным регулятором и интегральным устройством, управляющим углом опережения впрыскивания. Одноплунжерный насос распределительного типа с вращающимся плунжером обычно применяется для высокооборотных двигателей легковых автомобилей и малотоннажных грузовиков. Центральный плунжер, приводимый в движение от кулачкового диска, создает давление и распределяет топливо по отдельным цилиндрам, а дозатор или электромагнитный клапан регулирует количество впрыскиваемого топлива. Насос распределительного типа с радиальным расположением плунжерных пар встречаются на дизелях с высокой частотой вращения коленчатого вала для легковых автомобилей и малотоннажных грузовиков с непосредственным впрыскиванием топлива. Элементы насоса в обоих типах систем изготавливаются с высокой точностью для обеспечения продолжительного срока службы и стабильности работы, точного регулирования момента отсечки и количества впрыскиваемого топлива, а также равномерности дозирования по отдельным цилиндрам. Имеются также насосы с рядным расположением плунжерных пар и распределительного типа, приводимые в действие от кулачкового вала двигателя. Другой концепцией впрыскивания топлива представляется система насос-форсунка, в которой насос и форсунка объединены в один узел. Насос-форсунка устанавливается в головке каждого цилиндра. Устройство приводится распределительным валом двигателя, непосредственно толкателем или косвенно при помощи коромысла (рокера). Система впрыскивания топлива с общим нагнетательным топливным трубопроводом (аккумулятором) позволяет разделить функции создания давления и впрыскивания.

Топливные фильтры
Качество фильтра и соответствие необходимой степени очистки оказывают решающее влияние на долговечность системы впрыскивания топлива. Наиболее важный компонент топливного фильтра - фильтрующий элемент — состоит из гидрофобного бумажного элемента; свернутого по спирали в целях получения максимальной площади фильтрующей поверхности, что повышает грязеемкость фильтра. Эффективность фильтрования, главным образом, определяется пористостью бумаги, ее массой и типом используемых волокон. В системах с насосами распределительного типа используются фильтры со средним размером пор 4...5 мкм, хотя с другими типами насосов могут использоваться фильтры с размером пор 8... 10 мкм. Фильтры для дизельных систем впрыскивания топлива могут быть линейные (только насосы VE) или типа патрона (состоящие из кожуха фильтра и ввинчиваемого сменного патрона). Полностью линейный фильтр или фильтр с патроном должны заменяться, когда истекает установленный срок обслуживания (> 30 тыс. км). Фильтры для насосов VE включают специальные отстойники для сбора содержащейся в топливе влаги, которая собирается на стороне загрязнения бумаги фильтра и затем просачивается на чистую сторону. Измерительный датчик сигнализирует о достижении максимально допустимого уровня воды. Для удаления воды используется дренажная пробка. Также в фильтре может устанавливаться электрический обогреватель в целях предупреждения каких-либо помех, вызываемых загущением парафиновых составляющих топлива при низких температурах.

Насосы с рядным расположением плунжерных пар

Подкачивающий насос
Плунжерный насос подает топливо к ТНВД под давлением порядка 1....2,5 бар. Плунжер подкачивающего насоса, приводимый в действие от распредели- тельного кулачка, при каждом такте перемещается в верхнюю мертвую точку. Возвратное движение осуществляется пружиной во время обратного такта - происходит впуск топлива. Чем больше давление в топливопроводе, тем меньше ход плунжера, подающего топливо.

Насос с рядным расположением плунжерных пар: 1- втулка нагнетательного клапана: 2 - опорный торец пружины: 3 - нагнета- тельный клапан: 4 - втулка плунжера: 5 - плунжер насоса; 6 - рычаг со сфери- ческой головкой; 7 - управляющая рейка; 8 - поворотная втулка; 9 - управляющий пояс плунжера: 10 - пружина плунжера: 11 - седло пружины: 12 - роликовый тол- катель; 13 - кулачковый вал

Топливный насос высокого давления
Каждый насос высокого давления с рядным расположением плунжеров имеет плунжерную пару для каждого цилиндра двигателя. Приводимый в движение двигателем кулачковый вал вызывает движение плунжера, повышающего давление топлива. Возврат его в первоначальное положение осуществляется пружиной. Плунжер подгоняется к втулке с такой точностью (зазор составляет 3...5 мкм), что он фактически работает без утечек даже при высоком давлении и на любых частотах вращения коленчатого вала двигателя. Рабочий ход плунжера является постоянным.



Регулирование подачи топлива в ТНВД с рядным расположением плунжерных пар:
1 - из топливного канала: 2 - к форсунке: 3 - втулка: 4 - плунжер: 5 - нижняя регулирующая спиральная выемка: 6 - вертикальная канавка
Количество подаваемого топлива регулируется посредством поворота плунжера - спиральная выемка изменяет его действительный рабочий ход. Активная работа насоса начинается, когда верхняя кромка плунжера закрывает впускное отверстие. Прорезь соединяет камеру выше плунжера с зоной ниже пространственной спиральной выемки.


ТНВД с рядным расположением плунжерных пар с механическим регулятором (центробежного типа):1- топливный бак: 2 - регулятор: 3 - то- пливоподкачивающий насос; 4 - ТНВД; 5 - муфта опережения впрыскивания: 6 - привод от двигателя; 7 - топливный фильтр: 8 - перепускной канал: 9 - фор- сунка: 10 - линия возврата топлива; 11- пиния избыточного потока

Для регулирования подачи топлива используются плунжеры с различными типами спиральных канавок. В плунжерах только с нижней спиральной канавкой начало подачи топлива всегда происходит при том же такте сжатия, а при вращении плунжера может изменяться опережение или запаздывание впрыска топлива. При верхнем расположении спиральной канавки изменяется начало впрыска топлива. Имеются также плунжеры с верхним и нижним расположением спиральных канавок. Для ТНВД используются следующие типы нагнетательных клапанов: клапан с объемной разгрузкой; клапан-дроссель обратного хода: клапан постоянного давления.

Штуцер ТНВД с нагнетательным клапаном: а- с клапаном объемного течения и ог- раничением обратного течения: Ь - с клапаном постоянного давления; 1 - корпус нагнетательного клапана: 2 - обратный клапан: 3 - промежуточный объем: 4 - разгрузочный поясок; 5 - сфе- рический клапан; 6 - втулка клапана; 7 - нагнетательный клапан; 8 - жиклер; 9 - обратный клапан


Для ряда случаев применяются специально разработанные нагнетательные клапаны постоянного давления, которые используются в целях гашения волновых явлений при отражении от сопла форсунки, предупреждая, таким образом, повторное впрыскивание топлива. Клапан постоянного давления используется для поддержания стабильных гидравлических характеристик в системах впрыска топлива высокого давления и в небольших двигателях непосредственного впрыска, работающих на высоких частотах вращения коленчатого вала. В ТНВД, в которых средние величины давлений впрыскивания достигают 600 бар (например, в ТНВД размерностью М, А), плунжерно-втулочный комплект устанавливается в корпусе насоса. В насосах с давлением впрыскивания топлива, превышающим 600 бар, плунжерно-втулочный комплект, нагнетательный клапан и втулка нагнетательного клапана образуют единое устройство в целях исключения высоких усилий на корпусе насоса (например, в ТНВД размерностью MW, Р). ТНВД с рядным расположением плунжерных пар и присоединенный к нему регулятор подсоединяются к системе смазки двигателя.

Регулирование частоты вращения
Существуют регуляторы, поддерживающие заданные частоты вращения коленчатого вала двигателя, например, на холостом ходу или всережимные регуляторы, действующие в диапазоне между холостым ходом и максимальной частотой вращения. Есть регуляторы, управляющие режимом топливоподачи при полной нагрузке в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, давлением воздуха, а также использующиеся для подачи дополнительного количества топлива, необходимого при пуске двигателя. Регулятор устанавливает количество подаваемого топлива посредством изменения положения рейки топливного насоса.

Характеристики работы регулятора:
а - прямая коррекция момента ;
b - нерегулируемый диапазон;
с - обратная коррекция крутящего момента; 1 - установочная точка частоты вращения на холостом ходу; 2 - внешняя скоростная характеристика; 3 - внешняя скоростная характеристика двигателя с турбонаддувом; 4 - внешняя скоростная характеристика двигателя без турбонаддува; 5 - внешняя скоростная характеристика двигателя без турбонаддува с относительной компенсацией; 6 - промежуточный контроль частоты вращения коленчатого вала двигателя; 7 - количество топлива для запуска

Механические (центробежные) регуляторы
Такие регуляторы приводятся во вращение от кулачкового вала ТНВД. Грузы под действием центробежных сил, преодолевая усилия пружины регулятора, воздействуют посредством системы рычагов на рейку насоса. Центробежная сила и сила упругости пружины находятся в состоянии равновесия, устанавливая рейку в положение, соответствующее подаче топлива для заданной мощности. Уменьшение частоты вращения при повышении нагрузки приводит к соответствующему уменьшению центробежной силы, и пружина регулятора перемещает вращающиеся грузы, а вместе с ними и рейку насоса в направлении повышения количества подаваемого топлива до тех пор, пока не восстановится равновесие.



Регулятор типа RQ: 1 - плунжер насоса; 2 - рейка насоса; 3 - остановка при полной нагрузке; 4 - регулирующий рычаг; 5 - кулачковым вал ТНВД; 6 - вращающиеся грузы; 7 - пружина регулятора; 8 - скользящий шток

Всережимные регуляторы
Они поддерживают фактически постоянную частоту вращения в соответствии с положением рычага управления. Применяются в дизелях грузовых автомобилей, строительной техники, тракторов.


Регулятор типа RSV: 1 - плунжер насоса; 2 - рейка насоса; 3 - ограничитель максимальной частоты вращения; 4 - рычаг управления; 5 - пружина пуска; 6 - шток остановки двигателя: 7 - пружина регулятора; 8 - вспомогательная пружина режима холостого хода; 9 - кулачковый вал ТНВД; 10 - центробежные грузы; 11 - шток; 12 - пружина регулирования крутящего момента; 13- ограничитель полной нагрузки

Двухрежимные регуляторы (минимальной и максимальной частот вращения)
Этот тип регулятора эффективен только на холостом ходу, когда двигатель достигает максимальных оборотов. Крутящий момент между этими крайними величинами определяется положением педали управления подачей топлива.


Комбинированные регуляторы
Комбинированные регуляторы представляют собой синтез двух описанных выше типов регуляторов. В зависимости от специфики использования, активный контроль может осуществляться как в верхнем, так и в нижнем диапазонах частот вращения коленчатого вала двигателя.

Типы регуляторов
Регуляторы типа RQ и RQV включают работу центробежных масс, которые действуют на пружину регулятора; движения рычага управления изменяются в соответствии с передаточным отношением точки опоры рычага. В регуляторах типа RSV и RSF пружина регулятора находится вне вращающихся масс, поэтому передаточное отношение в точке опоры рычага остается в основном постоянным.

Уменьшение частоты вращения
Работа регулятора характеризуется степенью неравномерности частоты вращения 6:

6= (nLO - nVO)/nVO * 100%

где nLO - верхняя безнагрузочная частота вращения;
nVO - верхняя полнонагрузочная частота вращения коленчатого вала. Чем меньше разность между nLO и nVO, тем меньше снижение частоты вращения, другими словами - тем выше степень точности, с которой регулятор поддерживает конкретную частоту вращения коленчатого вала. Всережимные регуляторы, устанавливаемые на небольших высокооборотных двигателях, позволяют поддерживать частоту вращения коленчатого вала в пределах 6...10%.

Дополнительное оборудование
Регулирование крутящего момента
Вспомогательная пружина (пружина регулирования крутящего момента) точно подстраивается на режим работы двигателя, обеспечивая необходимую подачу топлива на режиме полной нагрузки, только при немного пониженных показателях. При достижении заданной частоты вращения коленчатого вала пружина сжимается и вызывает перемещение рейки насоса в направлении уменьшения цикловой подачи (положительный контроль крутящего момента). Также возможен отрицательный контроль, который соответствует повышенной частоте вращения коленчатого вала двигателя посредством увеличения количества подаваемого топлива.


Компенсатор давления во впускном патрубке (LDA): 1 - подсоединение усилителя давления;
2 - диафрагма


Компенсатор давления во впускном патрубке (LDA)
В дизелях с турбонаддувом необходимо повышать цикловую подачу топлива. Для повышения крутящего момента подпружиненная диафрагма увеличивает топливоподачу при возрастании давления наддува при полной нагрузке. Диафрагма воздействует на рейку насоса, к которой она подсоединяется, в целях обеспечения соизмеряемого увеличения количества подаваемого топлива.


Компенсатор абсолютного давления (ADA):
1 - мембранный датчик давления; 2 - соединение с атмосферой

Компенсатор абсолютного давления (ADA)
Такой компенсатор подобен компенсатору LDA. Он уменьшает цикловую подачу топлива на полной нагрузке в случае снижения атмосферного давления (в высокогорных условиях). Мембранный датчик давления смещает рейку насоса в направлении снижения цикловой подачи, как только уменьшается атмосферное давление.



Устройство пуска, учитывающее температуру:
1 - рейка насоса; 2 - механизм прекра- щения пуска двигателя, действующий с помощью элемента расширения







Устройство холодного пуска (TAS)
Двигатель в холодном состоянии для нормального пуска требует увеличенной цикловой подачи топлива. При высоких температурах атмосферного воздуха и прогретом двигателе обогащение смеси может привести к повышенной дымности отработавших газов. В этих условиях применяется устройство холодного пуска (ТАS), использующее термодатчик для предупреждения переобогащения смеси во время пуска прогретого двигателя.


Датчик перемещения рейки (RWG):
1 - пластинчатый стальной сердечник; 2 - контрольная катушка; 3 - фиксированное кольцо закорачивания; 4 - рейка насоса; 5 - измерительная катушка; 6 - подвижное кольцо закорачивания

Датчик перемещения рейки (RWG)
В датчике RWG применяются индукционные катушки. После обработки данных сигнал используется для выполнения управления механической или гидравлической коробкой передач, обеспечения более низких величин расхода топлива, рециркуляции отработавших газов и диагностики.


Датчик закрытия отверстия (FBG): а - измерение с помощью преобразователя;
b- позиция блокировки; 1 - кулачковый вал насоса: 2 - измерительный датчик; 3 - блокирующий штырь

Датчик закрытия отверстия (FBG)
Датчик FBG представляет собой индукционное устройство для управления двигателем при помощи закрытия отверстия ТНВД.


Устройство синхронизации (положение отключения)






Устройство опережения впрыскивания
Размещается на приводе между двигателем и ТНВД. Центробежные грузы реагируют на повышающуюся частоту вращения коленчатого вала двигателя посредством поворота кулачкового вала ТНВД по отношению к ведущему валу в направлении "опережения подачи".

Выключение работы насоса
Используется механическое (рычаг остановки), электрическое или пневматическое устройство для остановки дизеля прекращением подачи топлива.

Электронный регулятор (EDC)
Вместо регулятора центробежного типа может использоваться электронный регулятор для ТНВД с рядным расположением плунжерных пар, в котором имеется соленоидный привод с бесконтактным индуктивным датчиком, определяющим положение рейки насоса. Соленоидный исполнительный механизм приводится в действие с помощью ECU, который сравнивает положение дроссельной заслонки, частоту вращения и некоторое число дополнительных факторов с рабочими характеристиками с целью определения правильного количества подаваемого топлива (выражаемого как функция положения рейки). С помощью электронного контроллера сравнивается положение рейки насоса с конкретной точкой для определения значения тока возбуждения соленоида, который сжимает возвратную пружину. Когда отклонения определяются, регулируется ток возбуждения, обеспечивая смещение рейки насоса к более точному положению. Индуктивный измерительный преобразователь частоты вращения коленчатого вала управляет положением колеса, устанавливаемого на кулачковом валу; ECU использует импульсные интервалы для вычисления частоты вращения коленчатого вала двигателя. Преимущества электронного регулятора: двигатель может пускаться и останавливаться при помощи ключа зажигания; свободный выбор внешних скоростных характеристик; максимальное количество впрыскиваемого топлива точно скоординировано с давлением наддува для соблюдения норм на дымность отработавших газов; возможность корректировки в зависимости от температур воздуха и топлива; обогащение смеси во время пуска; контроль частоты вращения коленчатого вала двигателя для вспомогательных устройств; средство управления движением на маршруте; регулирование максимальной скорости движения автомобиля; стабилизация частоты вращения на холостом ходу двигателя; регулирование силы тяги (ASR) при автоматической коробке передач; передача сигнала для тахометра и дисплея расхода топлива; интегральная диагностика отказов.

Рядный ТНВД с дополнительной втулкой

Такой насос для управления углом опережения впрыскивания осуществляет регулировку закрытия отверстия (начало подачи топлива). Выпускное отверстие в корпусе насоса включено в золотник каждого плунжерно-втулочного комплекта. Управляющий вал с рычагами регулирует положение всех скользящих контактов одновременно посредством смещения скользящего контакта вверх или вниз, вводя опережение или запаздывание начала подачи топлива. Поворот вала производится электромагнитным механизмом. Датчик перемещения иглы контролирует начало впрыскивания непосредственно в форсунке. Он передает соответствующий сигнал к ECU в целях регулирования тока возбуждения соленоида для достижения совместимости с заданными исходными величинами. Датчик частоты вращения коленчатого вала подает точную информацию о продолжительности впрыскивания топлива по отношению к ВМТ посредством импульсов от контрольных меток на маховике.


Рядный ТНВД с электронным управлением цикловой подачей топлива: 1 - рейка;
2- исполнительный механизм; 3 - кулачковый вал; 4 - датчик частоты вращения коленчатого вала; 5 - ECU. Входные/выходные величины: а - отключение при избыточной подаче; b - повышение давления; с - скорость движения автомобиля; d - температура (вода, воздух, топливо): е - изменение впускаемого количества топлива; f - скоростной режим: g - перемещение рейки; h - положение соленоида; i - индикатор расхода топлива и частоты вращения; к - диагностика; i- положение дросселя; m - заданный скоростной режим; n - сцепление, тормоза, торможение двигателем

ТНВД распределительного типа (VE)

Такой насос применяется для 3, 4, 5 и 6- цилиндровых дизельных двигателей легковых автомобилей, тракторов и грузовых автомобилей мощностью до 20 кВт на цилиндр. Насосы распределительного типа для двигателей с непосредственным впрыском обеспечивают давление до 700 бар при частоте вращения до 2400 мин-1.

Топливоподкачивающий насос
Этот насос лопастного типа служит для подачи топлива из бака и вместе с нагнетательным регулирующим клапаном создает давление, которое возрастает прямо пропорционально частоте вращения коленчатого вала двигателя.

Насос высокого давления
Насос распределительного типа включает только один плунжерновтулочный комплект для питания всех цилиндров.

Плунжер с регулирующей втулкой:
а - начало подачи топлива; b- конец подачи топлива; 1 - регулирующая спиральная канавка; 2 - регулирующая втулка; 3 - выпускное отверстие; 4 - регулирующая канавка; 5 - плунжер насоса

Плунжер не только создает требуемое давление топлива во время его рабочего хода, но и одновременно, вращаясь, распределяет его по отдельным выходным отверстиям. Во время одного оборота ведущего вала плунжер совершает количество тактов, равное числу цилиндров двигателя. Ведущий вал вращает кулачковую шайбу и плунжер, с которым она соединена. Выступы на кулачковой шайбе обеспечивают осевое перемещение плунжера и его вращение (распределение и подачу топлива). Насос продолжает подачу топлива во время рабочего хода до тех пор, пока выпускное отверстие плунжера остается закрытым, и прекращает подачу топлива, как только выпускное отверстие совмещается с отверстием в регулирующей втулке. Регулятор определяет положение регулирующей втулки, которая перемещается на плунжере.

Рядный насос с регулирующей втулкой: 1 - плунжер насоса; 2 - контрольная втулка; 3 - управляющий шток регулирующей втулки; 4 - регулирующая рейка

Механический регулятор
Шаровая цапфа обеспечивает соединение между регулирующей втулкой и рычагами регулятора, которые, в свою очередь, перемещаются под действием центробежной силы, вызываемой вращающимися грузами с учетом противодействия пружины регулятора. Скоростной режим устанавливается регулированием натяжения пружины рычагом. Регулировочный винт полной нагрузки используется для установки системы рычаг-регулятор для получения максимальной мощности. Могут быть установлены дополнительные пружины для адаптирования к холостому ходу и переходным характеристикам.

Сигнал нагрузки
ТНВД распределительного типа, осна- щенные двухрежимными регуляторами, управляются посредством микровы- ключателя или потенциометра.

Механические вспомогательные устройства
Некоторые из таких устройств управления используются в целях обработки дополнительных рабочих параметров для регулирования количества впрыскиваемого топлива(компенсатор давления во впускном патрубке, гидравлические и механические средства адаптации к полной нагрузке) и для управления закрытием отверстия (начало подачи топлива).


Система впрыскивания топлива с насосом распределительного типа: 1 - топливный бак;
2 - линия подачи топлива; 3 - топливный фильтр; 4 - насос распределительного типа; 5 - трубка высокого давления; 6 - форсунка; 7 - трубка возврата топлива

Гидромеханически регулирующее устройство угла опережения впрыскивания
Устанавливаемое по потоку топлива после подкачивающего насоса, устройство включает нагнетательный регулирующий клапан,который обеспечивает рост давления топлива в линейной зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя (1,5...8 бар). Это давление воздействует через отверстие, регулируемое дросселем, на передний конец подпружиненного плунжера. Тот, в свою очередь, поворачивает роликовое кольцо насоса в противоположном вращению насоса направлении, таким образом, увеличивая опережение начала впрыскивания топлива независимо от частоты вращения коленчатого вала.


Одноплунжерный ТНВД распределительного типа (основная версия): 1 - насос подачи топлива (лопаточного типа); 2 - привод регулятора: 3 - устройство регулирования угла опережения впрыскивания; 4 - кулачковый диск; 5 - регулирующая втулка: 6 - распределительный плунжер; 7 - нагнетательный клапан; 8 - устройство отключения соленоидного управления: 9 - рычажный механизм регулятора; 10 - перепускной дроссель; 11 - механическое устройство отключения; 12 - пружина регулятора; 13 - рычаг контроля частоты вращения; 14 - регулирующая втулка; 15 - центробежные грузы; 16 - нагнетательный клапан ограничения давления

Отключение работы насоса
Механическое (рычаг остановки) или электрическое (соленоидный клапан) устройство отключения прерывает работу дизеля, прекращая подачу топлива. Электрический способ широко распространен в легковых автомобилях.

Электронный регулятор (EDC)
Эксцентрично-установленная шаровая цапфа связывает регулирующую втулку насоса VE и соленоидный исполнительный механизм. Угловая установка исполнительного механизма определяет положение регулирующей втулки и с ее помощью активный рабочий ход насоса. К исполнительному механизму подсоединяется измерительный датчик положения (потенциометр или индуктивный измерительный преобразователь). ECU получает различные сигналы от измерительных преобразователей - положения педали управления подачей топлива, частоты вращения коленчатого вала двигателя, температуры воздуха, охлаждающей жидкости и топлива, давления наддува, атмосферного давления и т. п. Он использует эти входные величины, хранящиеся в его памяти, для определения правильного количества впрыскиваемого топлива. Таким образом, ECU изменяет ток возбуждения исполнительного привода до тех пор, пока не совпадут исходные данные и действительные величины для принятого положения рейки.


Электронное управление работой дизеля (EDC) для ТНВД распределительного типа:
1 - топливо подкачивающий насос; 2 - электромагнитный клапан; 3 - устройство синхронизации; 4 - втулка управления; 5 - вращающийся исполнительный механизм с измерительным датчиком; 6 - ECU. Входные/выходные величины: а - скоростной режим;
b - начало впрыскивания; с - температура; d - давление наддува; е - положение педали газа; f - возврат топлива; g - к распылителю

Электронно-управляемое устройство синхронизации
Продолжительность впрыскивания (начало впрыскивания топлива) можно также регулировать путем сравнения действительных и заранее задаваемых исходных величин. При этом сигнал от исполнительного преобразователя, с помощью которого контролируется точка, при которой открывается форсунка, сравнивается с запрограммированной исходной величиной. Электромагнитный клапан изменяет давление, прилагаемое к плунжеру, и с его помощью установку регулирования устройства синхронизации. Сигнал от измерительного преобразователя форсунки, указывающий на начало впрыскивания, сравнивается с данными, хранящимися в памяти. Тактовая частота, используемая для срабатывания электромагнита, модифицируется, пока не совпадут действительная и исходная величины. Преимущества электронного управления с обратной связью: уточненное регулирование цикловой подачи топлива; уточненное регулирование частоты вращения коленчатого вала двигателя; более точный угол опережения впрыскивания топлива. Устройство также может управлять рециркуляцией отработавших газов, контролировать давление наддува, управлять свечами накаливания и обеспечивать связь с другими бортовыми электрическими системами.

ТНВД распределительного типа

В новом поколении распределительных ТНВД основу составляет электромагнитный клапан высокого давления, позволяющий дозировать топливо посредством закрытия плунжерного втулочного комплекта насоса. Эта концепция наиболее предпочтительна как с точки зрения гибкости в измерении продолжительности впрыскивания,так и начала впрыска топлива.



Роторный насос: 1 - кулачковое кольцо; 2 - ролик; 3 - распределительный вал; 4 - опора ролика; 5 - плунжер подачи топлива

Распределительный насос с аксиальным плунжером
Такой насос представляет дальнейшее развитие концепции наддува в ранее рассмотренных насосах распределительного типа с электронным управлением. В нем добавлены: соленоидный клапан высокого давления; электронной блок управления (ECU); датчик угла поворота. Соленоидный клапан закрывается, определяя начало подачи топлива. Скорость впрыскивания соответствует продолжительности закрытия клапана. Давление впрыскивания топлива достигает 1200 бар.


Роторный ТНВД распределительного типа с электромагнитным управлением:
1 - датчик (угла/времени); 2 - ECU; 3 - ротор; 4 - игла соленоидного клапана; 5 - кожух распределителя; 6 - соленоид управления давления: 7 - устройство для регулирования опережения впрыскивания топлива: 8 - радиально-плунжерный насос; 9 - управляющий электромагнитный клапан; 10 -обратный клапан

Распределительный роторный ТНВД
Такие насосы предназначены для двигателей с непосредственным впрыском топлива с высокими рабочими характеристиками. Уровни давления со стороны насоса достигают 1000 бар, хотя соответствующие величины в распылителе могут повышаться до 1500 бар. Ввиду того, что кулачковый механизм имеет непосредственный привод, отклонения от заданных законов подачи топлива минимальны. Электромагнитное управление обеспечивает быстрое реагирование на открытие и закрытие плунжерной камеры.

Насос-форсунки с клапанным регулированием цикловой подачи

Новое поколение систем впрыскивания топлива на основе одного насоса, регулируемого по времени, для современных легковых и грузовых автомобилей с дизелями с непосредственным впрыском характеризуется модульной конструкцией; эти системы включают электронно-управляемый блок насос-форсунки (PDE) и блок насоса (PLD).


Блок насос-форсунки (РОЕ):
1 - пружина; 2 - корпус насоса; 3 - плунжер насоса; 4 - головка цилиндра; 5 - держатель пружины; 6 - стяжная гайка; 7 - статор; 8 - якорная пластина; 9 - игла соленоидного клапана; .10- стяжная гайка соленоидного клапана; 11 - заглушка канала высокого давления; 12 - заглушка канала низкого давления; 13 - упор иглы соленоида; 14 - сужение; 15 - возврат топлива; 16 - подача топлива; 17 - инжектор; 18 - нажимной штифт: 19 - прокладка; 20 - распылитель

Блок насос-форсунки (PDE)
Электронно-управляемый блок насос-форсунки представляет собой одноцилиндровый ТНВД. Этот блок характеризуется интегральным соленоидным клапаном и предназначен для установки непосредственно на головке цилиндров дизеля. Кронштейны, работающие на растяжение, удерживают отдельные модули, которые имеют раздельные цепи подачи топлива для каждого из цилиндров двигателя. Кулачок на распределительном валу приводит в действие индивидуальную для каждого цилиндра насос-форсунку непосредственно через коромысло или косвенно посредством штанги толкателя и коромысла. Быстродействующий соленоидный клапан, в соответствии с параметрами, определяемыми в программной карте двигателя, обеспечивает точную регулировку времени начала впрыска топлива и скорости потока. В отключенном положении соленоидный клапан обеспечивает неограниченный проход потока топлива от насоса к цепи низкого давления системы. Соленоидный клапан включается во время хода подачи плунжера насоса, перекрывая перепускной клапан, таким образом, герметизируя цепь высокого давления. Топливо затем подается к форсунке, как только превышается давление открытия распылителя. То есть впрыск топлива начинается, когда соленоидный клапан закрывается.
Насос-форсунка используется при давлениях впрыскивания топлива до 160 МПа (180 МПа для перспективных моделей). Эта конструкция также может применяться для выборочного индивидуального отключения цилиндра (при частичных нагрузках).

ТНВД, встроенный в блок цилиндров (PLD)
Система единичного насоса, объединенного с форсункой, также является модульной конструкцией с устройством впрыскивания топлива и управлением по времени. Каждый цилиндр двигателя питается отдельным модулем со следующими компонентами: выполненный за одно целое насос высокого давления; быстродействующий соленоидный клапан; короткая линия высокого давления; комплект распылителя. Элемент насоса обычно устанавливается как неотъемлемая часть блока цилиндров дизеля, где он приводится в движение кулачком основного распределительного вала. Электромагнитный клапан осуществляет точное управление временем начала и продолжительностью впрыскивания топлива в соответствии с программой. В открытом состоянии электромагнитный клапан позволяет плунжеру насоса заполнять рабочую полость во время такта впуска и впрыскивать его в заданное время. Область высокого давления герметизируется только во время такта подачи, когда соленоид срабатывает на закрытие клапана. Подача топлива к форсунке начинается, как только превышается давление открытия. Единичный тип насоса может быть использован для давлений впрыскивания до 160 МПа. Такие высокие давления впрыскивания топлива согласуются с электронным управлением с обратной связью, которое основывается на данных, записанных в памяти ECU, для значительного сокращения расхода топлива и токсичности

Элемент насоса высокого давления с электромагнитным клапаном 2/2 (PLD):
1 - упор перемещения иглы клапана; 2 - головка блока цилиндров двигателя; 3 - корпус насоса; 4 - плунжер; 5 - возвратная пружина; 6 - роликовый толкатель; 7 - диск якоря; 8 - статор; 9 - игла клапана; 10- фильтр; 11 - подача топлива; 12 - возврат топлива; 13 - фиксатор;: 14 - установочный паз

Электронный блок управления (ECU)
Индивидуальные системы насоса и форсунки обеспечивают прямую зависимость между параметрами топливоподачи и положением коленчатого вала. Согласование обеспечивается посредством зубчатого диска на коленчатом валу, в то время как импульсный датчик, установленный на распределительном валу, синхронизирует впрыскивание топлива в соответствии с каждым отдельным цилиндром. Управление процессом впрыскивания по типу обратной замкнутой связи протекает в соответствии с программой, хранящейся в памяти ECU.
Электронный блок управления позволяет обеспечивать управление соленоидами насос-форсунок. Он контролирует и обрабатывает различные входящие сигналы измерительных датчиков. ECU может хранить в памяти информацию, содержащую специфические схемы работы для получения разнообразных параметров. Основными данными являются частота вращения коленчатого вала двигателя и нагрузка, на которые водитель может оказывать непосредственное влияние посредством педали газа. Контролируемые параметры также включают температуру воздуха, топлива, охлаждающей жидкости и давление турбокомпрессора. Эти основные функции могут дополняться разнообразием других операций, предназначенных для повышения удобства. ECU удовлетворяет строгим требованиям надежности работы компенсацией и выявлением неисправностей функционирования отдельных составных частей. Он также предназначен для облегчения диагностики неисправностей работы дизеля и его системы топливоподачи. Производитель ECU может использовать программирование EOL (конец линии) в целях накопления данных для специфических компоновочных схем двигателя и автомобиля. ECU удовлетворяет строгим требова- ниям противодействия помехам от системы электрооборудования автомобиля и других источников. Фильтры и экраны защищают ECU от воздействия электромагнитных помех и в то же время уменьшают распространение его собственных помех.


Единичный насос (PLD): 1 - кронштейн форсунки; 2 - двигатель; 3 - форсунка; 4 - электромагнитный клапан; 5 - подача топлива; 6 - насос высокого давления; 7- кулачок

Шина CAN (контроллер местной связи) может использоваться для сети связи системы с другими компонентами автомобиля, например, ABS (антиблокировочной системой тормозов), ASR (системой контроля силы тяги или коэффициента сцепления) и электронной системой управления переключением в коробке передач.

Аккумуляторная топливная система типа "Common Rail"

Системы с аккумулятором делают возможным объединение системы впрыскивания топлива дизеля с различными дистанционно выполняемыми функциями и в то же время позволяют повышать точность управления процессом сгорания топлива. Отличительная характеристика системы с общим трубопроводом заключается в разделении узла, создающего давление, и узла впрыскивания. Это делает возможным повысить величину давления впрыскивания топлива.


Система впрыскивания с общей рейкой и аккумулятором давления: 1 - топливный бак; 2 - фильтр; 3 - топливоподкачивающий насос; 4 -насос высокого давления; 5 - редукционный клапан; 6 - датчик давления; 7- аккумулятор; 8 -форсунки; 9 - ввод данных от измерительных датчиков; 10 - ECU

Конструкция системы
Основу системы составляет резервуар (аккумулятор). Этот резервуар включает компоненты распределительного трубопровода (общая рейка), линии подачи топлива и форсунки. Плунжерный насос высокого давления (линейный насос на грузовых автомобилях, радиальное плунжерное устройство на легковых автомобилях) создает давление; этот насос может предназначаться для работы при низких значениях крутящего момента в целях существенного уменьшения потребности в тяговом усилии.
Давление системы, создаваемое ТНВД, распространяется через аккумулятор и топливопроводы к форсунке. Форсунка обеспечивает подачу нужного количества топлива в камеру сгорания. В точно установленный момент ECU передает сигнал возбуждения к соленоиду форсунки, означающий начало подачи топлива. Количество впрыскиваемого топлива определяется периодом открытия распылителя и давлением в системе.

Перспективы системы
Эта система расширяет область оптимизации процесса сгорания посредством разделения функций создания давления и впрыскивания.Давление,необходимое для впрыскивания топлива, в основном, базируется на выборе какой-нибудь точки набора заданных параметров. Дополнительно давление впрыскивания остается постоянным на период продолжительности процесса впрыска топлива при давлении (с минимальными отклонениями) 1400 бар. Такая способность управлять характером сгорания может использоваться для многоимпульсного впрыскивания в целях уменьшения вредных компонентов отработавших газов; также это может обеспечить снижение шума. Система с одной рейкой позволяет контролировать движение иглы форсунки, а вместе с ней и схему впрыскивания в пределах определенного диапазона. Для многоимпульсной подачи топлива система включает электромагнит несколько раз.

Применение системы
Для приспособления к работе системы с общей рейкой в дизеле создавать его модификации не требуется. Насос высокого давления заменяет ТНВД, а форсунка устанавливается в головке блока цилиндров так же, как и обычный комплект насосфорсунка. Все это позволяет применять схему с общей рейкой как отдельный вариант системы впрыскивания топлива.

Стендовые испытания ТНВД


Метод измерения с непрерывным потоком: 1 - резервуар с эталонным топливом; 2 - ТНВД; 3 - испытательная форсунка; 4 - измерительный элемент; 5 - счетчик импульсов; 6 - монитор

Для обеспечения оптимальных показателей по расходу топлива, эффективной мощности дизеля и соответствия все более возрастающим требованиям к токсичности отработавших газов, необходима тщательная проверка и регулировка ТНВД и систем регулирования впрыскиванием. Основные технические условия по методикам испытаний и испытательных стендов конкретизируются в стандартах ISO. Приводная муфта испытываемого насоса, устанавливаемого на испытательный стенд, приводится в действие электродвигателем. Линии питания и обратного слива подсоединяют подкачивающий насос к механизму подачи эталонного топлива испытательного стенда. Линии давления ведут к устройству измерения подаваемого топлива, которое состоит из испытательных форсунок с точно заданным давлением начала открытия. Давление и температура эталонного топлива устанавливаются в соответствии с техническими условиями проведения испытания. Метод измерения с непрерывным потоком требует использования точных шестеренных насосов для каждой секции ТНВД, приходящейся на каждый цилиндр. Частота вращения привода насоса регулируется таким образом, чтобы количество эталонного топлива, которое он перекачивает, соответствовало бы величине впрыснутого топлива. С помощью микропроцессора анализируются результаты измерений и преобразуются в гистограмму для вывода на монитор. Этот испытательный метод характеризуется высокой степенью точности и воспроизводимостью результатов испытаний. Количественное измерение с помощью мерных стеклянных мензурок заключается в подаче эталонного топлива в мензурки. Поток прерывается, как только завершается определенное количество рабочих тактов. Количество эталонного топлива, которое распределяется испытательными форсунками, может быть определено с помощью градуировки на мензурках.

Измерительные установки для испытания дизельных двигателей
Испытательная установка для дизельного насоса используется с целью регулировки точности топливоподачи насоса в соответствии с потребностями двигателя. С ее помощью фиксируются импульсы от контрольной метки на маховике двигателя. Данное устройство управляет моментом закрытия отверстия (начало подачи топлива) и продолжительностью подачи при конкретной частоте вращения коленчатого вала двигателя. При этом не требуется подключаться к работе линий высокого давления. К цилиндру № 1 трубки высокого давления подсоединя- ется индуктивный датчик. Совместно со стробоскопом или датчиком ВМТ определяется момент закрытия отверстия и продолжительность впрыскивания. Другой метод испытаний включает определение закрытия отверстия посредством завинчивания индуктивного измерительного преобразователя в корпус регулятора. Измерительный преобразователь получает импульсы от штырька, расположенного на корпусе регулятора центробежного типа. Импульсы запаздывают от сигналов измерительного датчика ВМТ на определенный интервал, кото- рый используется устройством для вычисления момента закрытия отверстия.

По материалам автомобильного справочника Bosch.
© Robert Bosch GmbH, 1996
© "За рулем", перевод на русский язык, 1999

По материалам сайта https://www.mdiesel.ru/

Более 2000 руководств по ремонту и техническому обслуживанию автомобилей различных марок