Создание высокого давления топлива

Электрический топливный насос низкого давления подаёт топливо к ТНВД (рис. 1) под давлением 0,3...0,5 МПа (3...5 бар). В зависимости от режима работы двигателя (крутящий момент и частота вращения) ТНВД создаёт необходимое высокое давле­ние в топливной системе и подаёт топливо под этим давлением в топливный аккуму­лятор 4, где оно находится до момента впрыска в цилиндр.

Давление топлива измеряется датчиком 6 и регулируется в пределах 5... 12 МПа клапа­ном-регулятором давления 8.

Форсунки высокого давления 5 установ­лены на аккумуляторе топлива (как и в системе «Common Rail»), и по сигналу от электронного блока управления двигателя впрыскивают топливо непосредственно в камеры сгорания цилиндров двигателя.

Образование топливовоздушной смеси

Благодаря очень высокому давлению впрыска имеет место тонкое распыливание топлива, которое вместе с поступающим в цилиндр воздухом образует в камере сгора­ния топливовоздушную смесь. В зависи­мости от эксплуатационного режима ра­боты двигателя топливо может впрыски­ваться таким образом, что во всём пространстве камеры сгорания образуется равномерно распределённая богатая смесь с X < 1 (работа на гомогенной топливовоз­душной смеси) или послойный заряд топ­ливовоздушной смеси с А <1 вокруг свечи зажигания (работа на бедной смеси). При работе двигателя с послойным зарядом ос­тальное пространство камеры сгорания за­полнено или поступившим в цилиндр све­жим воздухом с возвращёнными системой рециркуляции (EGR) отработавшими га­зами, или очень бедной топливовоздушной смесью. Общий коэффициент избытка воз­духа такой топливовоздушной смеси X >1. Работа двигателя с перечисленными выше способами образования топливовоздуш­ной смеси определяется конкретным экс­плуатационным режимом. С одной сто­роны, выбор режима работы является фун­кцией крутящего момента и частоты вращения, а с другой стороны, зависит от таких требований, как регенерация ката­литического нейтрализатора аккумулятор­ного типа.

Крутящий момент

Во время работы на послойном заряде топ­ливовоздушной смеси решающим факто­ром является масса впрыскиваемого топ­лива. Количество избыточного воздуха при работе на частичных нагрузках обес­печивается работой при полном открытии дроссельной заслонки, что уменьшает на­сосные потери и, следовательно, снижает расход топлива.

При работе на бедных (X >1) гомогенных топливовоздушных смесях полное откры­тие дроссельной заслонки также позволяет снизить расход топлива, хотя и не в такой степени, как при работе с послойным заря­дом топливовоздушной смеси. При работе на гомогенных смесях с X < 1 двигатели с непосредственным впрыском бензина ведут себя практически так же как и двигатели с впрыском топлива во впуск­ной коллектор.

Очистка отработавших газов

Каталитический нейтрализатор служит для удаления из отработавших газов вред­ных веществ. Для обеспечения максималь­ной эффективности трёхкомпонентный каталитический нейтрализатор требует стехиометрического состава топливовоз­душной смеси. Работа двигателя на бедной смеси, то есть с избытком воздуха, приво­дит к повышенному уровню образования оксидов азота NO_X, которые временно ак­кумулируются в каталитическом нейтра­лизаторе аккумуляторного типа. После этого азот, диоксид углерода и вода удаля­ются при кратковременной работе с избыт­ком воздуха.

Топливный коллектор

Топливный коллектор хранит топливо, поступившее от ТНВД, и распределяет его по форсункам высокого давления. Объём топливного коллектора достаточен для компенсирования колебаний давления в топливной системе.

Обычно используются топливные коллек­торы из алюминиевого сплава. Конструк­ция топливного коллектора (объём, раз­меры, масса и т.д.) определяется конструк­цией двигателя и топливной системы.

Топливный коллектор оснащается соеди­нениями для различных компонентов сис­темы впрыска (ТНВД, датчик высокого давления, регулятор давления топлива, топливные форсунки). Конструкция топ­ливного, коллектора гарантирует отсутс­твие утечек топлива как в самом коллек­торе, так и в его соединениях.

Топливный насос высокого давления (ТНВД)

Назначение

Топливный высокого давления (ТНВД) служит для сжатия топлива, пода­ваемого к нему электрическим подкачива­ющим насосом под давлением 0,3... 0,5 МПа (низкое давление), до давления 5... 12 МПа, необходимого для впрыска топлива фор­сункой высокого давления насос

Вначале, сразу после пуска двигателя, топ­ливо впрыскивается под низким давле­нием. Высокое давление создаётся, когда двигатель разгоняется до высокой частоты вращения. Минимальный уровень пульса­ций давления в потоке означает, что коле­бания давления в топливном коллекторе практически отсутствуют. Для того чтобы предотвратить смешение топлива со смазочным маслом, ТНВД ох­лаждается и смазывается топливом.

Рис.2

1-Эксцентриковый кулачок 2-Контактный блок 3-Втулка насос­ного элемента с плунжером 4-Плунжер 5-Выпускнойшаровой клапан 6-Впускной клапан 7-Соединение с топливным коллектором 8-Выход топлива (высокое давление) 9-Впуск топлива 10-Контактное кольцо эксцентрика 11-Уплотнитель 12-Фиксатор 13-Вал привода

Рис.3

Номера позиций идентичны рис. 2.

1-Эксцентриковый кулачок 2-Контактный блок 3-Втулка насос­ного элемента с плунжером 4-Плунжер 5-Впускной клапан 6-Соединение с топливным коллектором

7-Контактное кольцо эксцент­рика

Трёхплунжерный ТНВД HDP1

Существует много разных типов ТНВД. На рис. 2 и 3 показаны продольный и попереч­ный разрезы трёхплунжерного ТНВД типа HDP1. Вал привода 13 насоса от распреде­лительного вала двигателя вращается вместе с эксцентриком 1, который создаёт возвратно-поступательное движение плун­жеров 4 в их втулках 3. При движении плунжера вниз топливо из линии низкого давления (0,3- • -0,5 МПа) через полые плун­жеры и впускной клапан 6 поступает в ци­линдр насосного элемента. Когда плунжер движется вверх, объём топлива сжимается, и после того как достигнуто высокое давле­ние (выше, чем в топливном коллекторе), выпускной шаровой клапан открывается, и топливо поступает в линию высокого дав­ления 7 (соединение с топливным коллек­тором). Применение трёхплунжерного ТНВД с расположением цилиндров под уг­лом 120° обеспечивает очень низкий уро­вень остаточных пульсаций в топливном коллекторе. Количество подаваемого топлива пропорционально частоте вращения вала насоса. Таким образом, всегда имеется достаточное количество топлива, и для того чтобы ограничить нагрев топлива в топливном коллекторе, ТНВД подаёт не­сколько больше топлива, чем это требуется при максимальной подаче в двигатель. Ре­гулятор давления топлива «сбрасывает» избыточное давление, и направляет лиш­нее топливо в линию возврата.

Одноплунжерный ТНВД HDP2

Одноплунжерный ТНВД HDP2 является радиальным поршневым насосом с приво­дом от кулачка. При движении плунжера вниз топливо из линии низкого давления (0,3...0,5 МПа) через впускной клапан пос­тупает в цилиндр насоса. Когда плунжер движется вверх, данный объём топлива сжимается, и после того как достигнуто высокое давление (выше, чем в топливном коллекторе), выпускной шаровой клапан открывается, и топливо поступает в топ­ливный коллектор.

Камера сжатия насоса и канал впуска топ­лива соединены между собой через клапан управления подачей топлива с внешним управлением. Если при получении пуско­вого сигнала клапан открывается до конца хода нагнетания, то давление в камере сжа­тия падает, и топливо вытекает обратно на вход насоса. Это означает, что клапан уп­равления подачей выполняет те же функ­ции, что и клапан регулирования давления в трёхцилиндровом ТНВД HDP1. Для того чтобы регулировать величину топливоподачи, клапан управления пода­чей топлива остаётся закрытым от НМТ до завершения данного активного хода пор­шня. Как только достигается необходимое для топливного коллектора давление, кла­пан открывается и предотвращает даль­нейшее повышение давления в коллек­торе.

Максимальная величина подачи топлива (l/h) есть функция частоты вращения, числа кулачков и величины подъёма ку­лачка. Величина подачи топлива может ре­гулироваться, чтобы соответствовать пус­ковым сигналам клапана управления пода­чей.

Обратный клапан между камерой давления ТНВД и топливным коллектором предо­твращает падение давления во время от­крытия клапана управления подачей.

Рис.4

1 Электрический разъём 2-Пружина 3-Катушка электромагнита 4-Якорь

2 5-Уплотнительноекольцо 6-Выходной канал 7

3-Шаровой клапан 8-Седло клапана 9-Впуск с сетчатым фильтром

Регулятор давления топлива

Назначение

Регулятор давления топлива устанавлива­ется между топливным коллектором и ли­нией низкого давления ТНВД HDP1. Этот клапан служит для регулирования давле­ния в топливном коллекторе путём изме­нения своего проходного сечения. Избы­точное топливо направляется ТНВД HDP1 в линию низкого давления.