Разновидности дизельных систем впрыска. Устройство и принцип действия.
Дизельные двигатели отличаются высокой экономичностью. Начиная с момента создания первого серийного ТНВД фирмы Bosch 1927 г., системы впрыска постоянно совершенствуются.
Требования
Большие ограничения по уровню эмиссии ОГ и уровню шума работы, наряду с обеспечением более низкого расхода топлива, постоянно формируют новые требования к системе впрыска дизельных двигателей.
Принципиально система впрыска должна обеспечивать хорошее смесеобразование в соответствии с заданным процессом сгорания топлива (непосредственный впрыск или разделенные камеры сгорания) и работу с высоким давлением (в настоящее время — от 350 до 2050 бар) в камере сгорания дизеля, а также дозировать при этом подачу топлива с максимальной точностью. Регулирование нагрузки и частоты вращения коленчатого вала дизеля производится изменением величины цикловой подачи топлива без дросселирования подаваемого воздуха.
Механические регуляторы частоты вращения коленчатого вала в системах впрыска для дизелей все более вытесняются электронными системами регулирования. Новые дизели легковых и грузовых автомобилей комплектуются исключительно такими системами.
Таблица 1
1 Двигатели для стационарных агрегатов. строительных и сельскохозяйственных машин" Возможно большее число цилиндров при наличии двух блоков управления. 3,1 б цилиндров с момента введения системы управления EDC 16.31 Предварительное впрыскивание до 90° угла поворота коленчатого вала до ВМТ возможно дополнительное впрыскивание «| До 5500 мин 1 при эксплуатации 51 Предварительное впрыскивание до 90° угла поворота коленчатого вала до ВМТ дополнительное впрыскивание до 210° угла поворота коленчатого вала после ВМТ.*•' Предварительное впрыскивание до 30° угла поворота коленчатого вала до ВМТ. Возможно дополнительное впрыскивание. Т| Электрогидравлическая установка момента впрыскивания с использованием электромагнитного клапана. • Этот тип ТНВД в новых разработка» не используется.
Типы конструкций
Задача системы впрыска для дизелей состоит в том, чтобы подавать топливо под высоким давлением в камеру сгорания цилиндра в нужном количестве и в нужный момент.
Форсунки в зависимости от используемого процесса впрыскивания устанавливаются в основную или дополнительную камеру сгорания. Если форсунки механические, то они открываются при определенной величине давления топлива, единой для всей системы впрыска. Закрытие форсунок происходит при падении давления топлива. Основное различие между системами впрыска состоит в механизме создания высокого давления. Из-за последнего все компоненты системы должны быть прецизионно изготовлены из высокопрочных материалов и точно подогнаны друг к другу. Реализация концепции электронного регулирования позволяет осуществлять различные дополнительные функции (например, активное демпфирование толчков, регулирование плавности хода и скорости движения автомобиля, а также давления наддува).
Рядные ТНВД
Стандартные рядные ТНВД типа РЕ
Рядные ТНВД (рис. 1) комплектуются плунжерными парами, состоящими из плунжера 4 и гильзы 1, по числу цилиндров двигателя. Плунжер смешается в направлении подачи (вверх на рис. 1) встроенным в ТНВД кулачковым валом 7, приводимым от двигателя. Возвратная пружина 5 отжимает плунжер назад. Отдельные секции таких ТНВД располагаются, как правило, в ряд (поэтому насос и носит название «рядный»). Когда верхний торец плунжера придвижении вверх перекрывает впускное окно 2, давление начинает повышаться. Этот момент называется началом нагнетания. Плунжер продолжает двигаться вверх, создавая избыточное давление, под действием которого подвижная игла в форсунке открывает отверстие распылителя и топливо впрыскивается в камеру сгорания. Когда регулирующая кромка 3 спиральной канавки плунжера открывает впускное окно, куда топливо через канавку может перетекать обратно, давление сбрасывается. Игла распылителя форсунки перекрывает отверстие, и впрыскивание заканчивается. Ход плунжера между закрытием и открытием впускного окна называется активным ходом (параметр X на рис. 1 и 2). I Сложение регулирующей кромки плунжера относительно впускного окна меняется поворотом 6 плунжера вокруг своей оси рейкой ТНВД. Таким образом, изменяется величина активного хода, что позволяет регулировать величину цикловой подачи. Рейка управляется механическим центробежным регулятором или электрическим приводом.
Рис.1
а - Стандартный рядный ТНВД типа РЕ b - рядный ТНВД с дополнительной втулкой
1. Гильза плунжера 2. Впускное окно 3. Регулирующая кромка плунжера 4. Плунжер 5. Возвратная пружина плунжера 6. Траектория поворотов плунжера вокруг оси рейкой (установка цикловой годами) 7. Кулачковый вал привода плунжеров 8. Дополнительная втулка 9. Изменение хода плунжера до закрытия впускного окна за счет перемещения регулирующей втулки 10.Подача топлива к форсунке X - активный ход плунжера
Рядные ТНВД с дополнительной втулкой
Эти топливные насосы отличаются от обычных дополнительной втулкой 8 (рис.1 Ь), подвижно размещенной на плунжере. Изменяя ее расположение (и соответственно меняя положение впускного окна) с помощью исполнительного механизма, можно обеспечить «предход» — изменять ход 9 плунжера до закрытии впускного окна Этим достигается возможность регулирования момента начала впрыскивания независимо от частоты вращения коленчатого вала, т. е. ТНВД данного типа имеет по сравнению со стандартным рядным насосом серии РЕ дополнительную степень свободы.
Распределительные ТНВД
Рис. 2
1 Траектория поворотов роликового кольца 2. Ролик 3. Кулачковая шайба 4. Аксиальный плунжер распределитель 5. Регулирующая втулка 6. Камера высокого давления 7. Подача топлива к форсунке 8. Распределительный паз X активный ход плунжера
Распределительные ТНВД оснащаются единым нагнетающим элементом высокого давления для всех цилиндров (рис. 2 и 3). Шиберный топливоподкачивающий насос нагнетает топливо в камеру 6 высокого давления, которое создается с помощью аксиального плунжера 4 (рис. 2) или нескольких радиальных плунжеров 4 (рис. З). Вращающийся центральный плунжер распределитель открывает и закрывает распределительные отверстия, направляя топливо через распределительный паз 8 к отдельным форсункам двигателя. Продолжительность впрыскивания может изменяться перемещением регулирующей втулки 5 (рис. 2) или с помощью электромагнитного клапана 5 высокого давления (рис. 3).
Распределительные ТНВД с аксиальным движением плунжера (аксиальные насосы)
Кулачковая шайба 3 (рис. 2), жестко соединенная с плунжером распределителем, приводится во вращение от двигателя Число кулачков, выполненных в виде выступов на рабочей поверхности шайбы, соответствует числу цилиндров двигателя. Шайба обкатывается по роликам 2,при наезде на которые кулачки приводят вращающийся плунжер распределитель в дополнительное возвратно поступательное движение. По мере вращения приводного вала плунжер распределитель совершает столько ходов, сколько требуется по числу цилиндров двигателя. В аксиальных ТНВД с механическим центробежным регулятором или исполнительным механизмом, управляемым электроникой, величины активного хода плунжера и цикловой подачи определяет положение регулирующей втулки 5 (рис. 2). Установка момента начала впрыскивания происходит поворотом роликового кольца на необходимый угол 1 (рис. 2).
Распределительные ТНВД с радиальным движением плунжеров (роторные насосы)
Насос с радиальными плунжерами также снабжен кулачковой шайбой 3, только, в отличие от аксиальных ТНВД, не торцевой, а кольцевой (рис. 3). Кроме того, имеется от двух до четырех радиальных плунжеров 4, создающих высокое давление топлива. С помощью таких ТНВД могут достигаться более высокие значения давления впрыскивания, чем у аксиальных ТНВД. Они отличаются к тому же более высокой механической прочностью.
Регулировка момента впрыскивания может осуществляться сдвигом кулачковой шайбы. Момент начала впрыскивания и продолжительность впрыскивания у этих ТНВД регулируется исключительно электромагнитным клапаном
Рис.3
1 Регулировка момента впрыскивания сдвигом кулачковой шайбы 2. Ролик 3. Кулачковая шайба 4. Радиальный плунжер 5. Электромагнитный клапан высокого давления 6. Камера высокого давления 7. Подача топлива к форсунке 8. Распределительный паз