Система впрыска топлива дизельного двигателя с насос-форсунками
Установка системы впрыска
Насос-форсунка устанавливается в каждый цилиндр двигателя, располагаясь прямо в головке блока (см. рис. 1).
 |
|
Рис 1. Насос-форсунка в составе дизельного двигателя: 1 — коромысло; 2 —вал распределительный; 3 —клапан электромагнитный; 4 — распылитель с иглой в сборе; 5 —выводы клапана электрические; 6 — плунжер; 7 — корпус форсунки; 8 — камера сгорания. |
Конструкция насос-форсунки
Корпус форсунки (4) является заодно и втулкой плунжера. К удлиненной части корпуса насоса крепится электромагнитный клапан (1). Каналы подачи и возврата предназначены для перемещения топлива внутри камеры высокого давления (КВД), когда она перекрывается электромагнитным клапаном, а также для подачи горючего из камеры в распылитель. В головке блока цилиндров насос-форсунку держит специальный прижим (9). Непрерывный механический контакт между движущимися частями насоса: кулачком (8), коромыслом (7) и плунжером обеспечивается за счет последовательного их прижима друг другу под действием возвратной пружины (2).
Корпус насос-форсунки 4 (рис. 2)
 |
|
Рис. 2. Размещение насос-форсунки в составе головки блока цилиндров: 1 —клапан электромагнитный высокого давления; 2 — пружина возвратная; 3 — головка блока цилиндров; 4 — корпус форсунки; 5 — КВД; 6 — распылитель с иглой; 7 — коромысло привода; 8 — кулачок; 9 — прижимная скоба; 10 — канал слива топлива; 11 — канал подачи топлива; 12 — гайка распылителя; 13 — клапан двигателя. |
Последовательность работы насос-форсунки
Процесс работы систем впрыска на базе насос-форсунок с одним плунжером можно разделить на четыре основных фазы (см. рис. 3)
 |
| Рис. 3. Рабочие фазы насос-форсунок (индивидуальных ТНВД): а — впуск; b — предварительный ход; с — рабочий ход и впрыск; d — завершающий ход; 1 — кулачок привода; 2 — плунжер насоса; 3 — пружина возвратная; 4 — камера высокого давления; 5 — игла электромагнитного клапана; 6 — камера клапана; 7 — канал подачи топлива; 8 — канал выпуска топлива; 9 — катушка электромагнитного клапана; 10 — седло; 11 — распылитель с иглой |
Фаза впуска топлива (а). Пружина (3) толкает плунжер насоса 2 вверх. Топливо, которое находится под давлением постоянно, перетекает из области низкого давления в камеру электромагнитного клапана (6) через технологические отверстия в блоке цилиндров мотора и впускной канал 7.
Фаза предварительного хода (b). Кулачок привода (1), продолжая вращение, толкает плунжер вниз. Электромагнитный клапан при этом находится в открытом состоянии, так что плунжер выталкивает избыток топлива через канал выпуска (8) в “обратку” - область низкого давления.
Фаза рабочего хода (с). Электронный блок управления двигателем (ЭБУ) подает сигнал пуска на электромагнитный клапан (9), который перекрывает выпускной канал. Эта часть фазы называется геометрическим началом впрыска. Когда электромагнитный клапан полностью закрывается, ток в его катушке (9) меняется, что является сигналом реального начала впрыска для управляющего блока, который начинает рассчитывать дальнейший процесс подачи топлива.
Фаза впрыска (с). Плунжер продолжает опускаться вниз, создавая повышенное давление в камере (4) и распылителе. Когда значение давления топлива в распылителе становится равным примерно 300 бар, то есть достаточным для подъема иглы форсунки (11), она выходит из седла и происходит действительное начало впрыска – топливо подается в камеру сгорания. Все время, пока топливо впрыскивается в камеру, давление продолжает нарастать, достигая максимального значения в переходной фазе между впрыском и завершением цикла. Максимум зависит от конкретного типа насос-форсунки и обычно лежит в диапазоне 1800-2500 бар.
Фаза завершающего хода (d). После того, как подача тока на катушку электромагнитного клапана прекращается, он открывает канал между областями низкого и высокого давлений, что приводит к падению давления и прекращению подачи топлива в цилиндр, избыток которого уходит через канал выпуска в «обратку».
Индивидуальный топливный насос высокого давления (ТНВД)
Принцип действия индивидуального топливного насоса подобен работе насос-форсунки, с тем лишь отличием, что в нем разделены функции впрыска и управления создающим высокое давление электромагнитным клапаном, а непосредственно насос и форсунку соединяет выдерживающий избыточное давление короткий трубопровод.
Конструктивно индивидуальный ТНВД выполняется в виде модулей, и крепится сбоку блока цилиндров (см. рис. 4). Такое размещение дает следующие преимущества:
- отсутствие необходимости внесения конструктивных изменений в имеющуюся головку блока;
- повышение жесткости привода за счет исключения из конструкции коромысел;
- возможность простого демонтажа элементов системы впрыска.
 |
| Рис. 4. Размещение индивидуальных ТНВД: 1 — форсунка; 2 — камера сгорания мотора; 3 —ТНВД; 4 — распредвал двигателя; 5 — штуцеры трубопровода высокого давления (ТВД); 6 — ТВД; 7 —клапан электромагнитный; 8 —пружина возвратная; 9 —толкатель роликовый.
|
Устройство элементов индивидуального ТНВД.
Трубопроводы высокого давления (6) имеют очень малую длину, одинаковую для всей насосной группы, и обладают способностью выдерживать непрерывно создаваемое ТНВД максимальное давление. Параметры трубок, обычно использующихся в трубопроводах ТНВД, таковы: диаметр наружный - 6 мм, диаметр внутренний – 1,8 мм.
Каждый установленный в составе насосной группы ТНВД приводится в движение отдельным кулачком распредвала двигателя (4). Передачу движения от распредвала к плунжеру обеспечивают возвратная пружина (8) и роликовый толкатель (9).
Выводы
Анализируя описанные выше конструкции, можно задаться вопросом: в чем преимущество таких довольно сложных конструкций? Ответ лежит в области постоянно ужесточающихся требований к дизельным двигателям. Чтобы достигнуть требуемых показателей экологичности, мощности, экономичности и их баланса, система подачи топлива должна обеспечивать впрыск под высоким давлением в сочетании с его исключительной точностью. Описанные системы на базе индивидуальных ТНВД и насос-форсунок позволяют выполнять поставленные условия.
Конкуренцию этим системам в настоящий момент может составить технология Common Rail, современные экземпляры которой обеспечивают высокое давление впрыска горючего, достигающее 1600 бар, и при этом являются более технологически простыми. В пользу данных преимуществ говорит то, что CR-системы используются такими производителями, как Mercedes и Renault.
