Магистральные топливные насосы высокого давления

Магистральный топливный насос высокого давления используется в аккумуляторной системе впрыска топлива Common Rail, где он выполняет функцию нагнетания топлива в топливную рампу. Магистральные ТНВД обеспечивают более высокое давление топлива (в современных системах впрыска порядка 180 МПА и более).

Конструктивно магистральный насос может иметь один, два или три плунжера. Привод плунжеров осуществляется с помощью кулачкового вала или кулачковой шайбы.

Устройство магистрального топливного насоса высокого давления

 

1 - приводной кулачковый вал; 2 – ролик; 3 - плунжерная пружина; 4 – плунжер; 5 - штуцер напорной магистрали (к топливной рампе); 6 - выпускной клапан; 7 - впускной клапан; 8 - электромагнитный клапан дозирования топлива; 9 - фильтр тонкой очистки топлива; 10 - перепускной клапан; 11 - штуцер обратного топливопровода; 12 - штуцер впускного топливопровода

Рисунок - Устройство магистрального топливного насоса высокого давления

 

При вращении кулачкового вала (эксцентрика кулачковой шайбы) под действием возвратной пружины плунжер движется вниз. Увеличивается объем компрессионной камеры и уменьшается давление в ней. Под действием разряжения открывается впускной клапан, и топливо поступает в камеру.

Движение плунжера вверх сопровождается ростом давления в камере, впускной клапан закрывается. При определенном давлении открывается выпускной клапан и топливо подается в рампу.

Управление подачей топлива производится в зависимости от потребности двигателя с помощью клапана дозирования топлива. В нормальном положении клапан открыт. По сигналу электронного блока управления клапан закрывается на определенную величину, тем самым регулируется количество поступающего в компрессионную камеру топлива.

 

 

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 ра- боту дизеля, прекращая подачу топли- ва. Электрический способ широко рас- пространен 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. ]

Форсунки и насос форсунки

Насос-форсунка — интегрированная система непосредственного впрыска топлива для дизельных двигателей, представляет собой топливный насос, объединённый с форсункой. Используется одноплунжерный насос, обычно приводящийся в действие от распредвала

Конструкция насос-форсунки исключает потребность в топливопроводе высокого давления. Эта система позволяет точно определять время впрыска и объем топлива.^[13]

Насос-форсунка устанавливается в головке блока цилиндров двигателя, а топливо подается через выточенный топливопровод непосредственно в головку блока цилиндров. Каждый инжектор имеет собственный насос, и в случае с электронным управлением, топливный электромагнитный клапан. Топливная система разделена на систему подачи с низким давлением (<500 кПа) и систему впрыска с высоким давлением (<2000 бар).^[14]

Система впрыска насос-форсунками является современной системой впрыска топлива дизельных двигателей. В отличии от системы впрыска Common Rail в данной системе функции создания высокого давления и впрыска топлива объединены в одном устройстве – насос-форсунке. Собственно насос-форсунка и составляет одноименную систему впрыска.

Применение насос-форсунок позволяет повысить мощность двигателя, снизить расход топлива, выбросы вредных веществ, а также уровень шума.

В системе на каждый цилиндр двигателя приходится своя форсунка. Привод насос-форсунки осуществляется от распределительного вала, на котором имеются соответствующие кулачки. Усилие от кулачков передается через коромысло непосредственно к насос-форсунке.

Устройство насос-форсунки

Конструкция насос-форсунки включает плунжер, клапан управления, запорный поршень, обратный клапан и иглу распылителя.

Плунжер служит для создания давления топлива. Поступательное движение плунжера осуществляется за счет вращения кулачков распределительного вала, возвратное – за счет плунжерной пружины.

Клапан управления предназначен для управления впрыском топлива. В зависимости от привода различают электромагнитный и пьезоэлектрический клапаны. Пьезоэлектрический клапан пришел на смену электромагнитному клапану. Пьезоэлектрический клапан обладает большим быстродействием. Основным конструктивным элементом клапана является игла клапана.

Пружина форсунки обеспечивает посадку иглы распылителя на седло. Усилие пружины при необходимости поддерживается давлением топлива. Данная функция реализуется с помощью запорного поршня и обратного клапана. Игла распылителя предназначена для обеспечения непосредственного впрыска топлива в камеру сгорания.

Управление насос-форсунками осуществляет система управления двигателем. Блок управления двигателем на основании сигналов датчиков управляет клапаном насос-форсунки.