Топливный насос высокого давления (ТНВД)

Топливный насос высокого давления (ТНВД)

 

Мы уже говорили о насосах высокого давления в дизельном автомобиле. Топливный насос высокого давления (ТНВД) дизельного двигателя является одним из наиболее сложных узлов топливной системы дизельных двигателей. Он предназначены для подачи в цилиндры дизельного двигателя под определенным давлением и в определенный момент, точно отмеренных порций топлива, соответствующих данной нагрузке приложенной к коленчатому валу. Вот о том каким бывает топливный насос высокого давления (ТНВД), мы и поговорим в этой статье.

 

 

Дизельные распределительные топливные насосы высокого давления применяются на 3-, 4-, 5- и 6-цилиндровых дизельных двига­телях легковых автомобилей, тягачей, а также легких и средних коммерческих автомобилей. В зависимости от частоты вращения и системы сгорания топлива такие двигатели имеют мощность до 50 кВт на один цилиндр. Насосы распределительного типа для двигателей с непосредственным впрыском обеспечивают давление в форсунке до 1950 бар при частоте вращения коленчатого вала до 4500 мин-1.

ТНВД распределительного типа подраз­деляются на насосы с механическим и элек­тронным управлением, в вариантах с испол­нительным устройством в виде поворотного электромагнитного клапана и с электромаг­нитным клапаном с обратной связью.

В последнее время как на легковых, так и на коммерческих автомобилях на смену рас­пределительным топливным насосам прихо­дят системы впрыска топлива Common Rail.

Аксиально-поршневые распределительные насосы

 

 

Аксиально-поршневой топливоподкачивающий насос

 

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

Аксиально-поршневой насос высокого давления

 

Аксиально-поршневой распределительный на­сос (насос типа VE) включает только один на­сосный элемент для всех цилиндров. Плунжер-распределитель насоса во время своего рабочего хода вытесняет топливо и, одновре­менно поворачиваясь, распределяет топливо по отдельным выпускным каналам (см. рис. «Аксиально-поршневой распределительный топливный насос высокого давления с управлением при помощи электромагнитного клапана» ).

 

Аксиально-поршневой распределительный топливный насос высокого давления с управлением при помощи электромагнитного клапана

 

Во время одного оборота ведущего вала насоса плунжер совершает количество рабочих ходов, равное числу цилиндров дви­гателя. Приводной 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 пере­пускное отверстие плунжера остается закры­тым, Подача топлива прекращается, когда перепускное отверстие открывается регули­рующей втулкой (см. рис. «Электронная система управления аксиально-поршневым распре­делительным топливным насосом высокого давления» ).

 

 

Электронная система управления распре­делительным топливным насосом с пово­ротным электромагнитным исполнительным механизмом

 

В отличие от насоса типа VE, имеющего механи­ческую систему управления, распределитель­ный топливный насос с поворотным электро­магнитным исполнительным механизмом имеет электронный регулятор и устройство опережения впрыска с электронным управле­нием (см. рис. «Электронная система управления аксиально-поршневым распре­делительным топливным насосом высокого давления» и «Электронная система управ­ления дизельным двигателем» (EDC)).

 

Электронная система управления аксиально-поршневым распре­делительным топливным насосом высокого давления

 

Электронный регулятор

 

Эксцентрично установленная шаровая цапфа связывает регулирующую втулку насоса типа VE и электромагнитный исполнительный ме­ханизм. Угловая установка исполнительного механизма определяет положение регули­рующей втулки и с ее помощью активный ра­бочий ход плунжера-распределителя насоса. К исполнительному механизму подсоединя­ется измерительный датчик положения (по­тенциометр или индуктивный измерительный преобразователь).

ЭБУ получает сигналы от различных датчи­ков: положения педали подачи топлива, ча­стоты вращения коленчатого вала двигателя, температуры воздуха, охлаждающей жидкости и топлива, давления всасываемого воздуха, ат­мосферного давления и т. п. Он использует эти входные величины, хранящиеся в его памяти, для определения правильного количества впрыскиваемого топлива. Таким образом, блок управления изменяет ток возбуждения испол­нительного привода до тех пор, пока не совпа­дут требуемые по исходным данным реальные величины для принятого положения рейки.

Электронно-управляемое устройство угла опережения впрыска

 

Гидравлическое устройство опережения впрыска с электромагнитным клапаном по­ворачивает роликовое кольцо в зависимости от нагрузки и частоты вращения коленча­того вала двигателя таким образом, что по отношению к положению поршня цилиндра подача топлива может начинаться с опере­жением или запаздыванием.

При этом сигнал от датчика, с помощью ко­торого определяется момент открытия распы­лителя, сравнивается с запрограммированной установкой. Электромагнитный клапан устрой­ства опережения впрыска изменяет давление, прилагаемое к плунжеру, и с его помощью установку регулирования устройства опере­жения угла впрыскивания. Тактовая частота, используемая для срабатывания электромаг­нита, модифицируется, пока не совпадут дей­ствительная и исходная величины.

 

 

Электронная система управления распреде­лительными топливными насосами с дози­рующим электромагнитным клапаном

 

При использовании таких насосов (рис. «Аксиально-поршневой распределительный топливный насос высокого давления с управлением при помощи электромагнитного клапана«) количество подаваемого топлива дозируется электромагнитным клапаном высокого давле­ния, который перекрывает камеру насосного элемента. Это дает еще большую гибкость дози­рования топлива и возможность регулирования момента начала впрыска топлива. Кроме того, за счет уменьшения нерабочих объемов повы­шается потенциал рабочего давления насоса.

Основными узлами насоса являются элек­тромагнитный клапан высокого давления, электронный блок управления и инкремент­ный датчик угла поворота для управления электромагнитным клапаном.

Закрытие электромагнитного клапана опреде­ляет начало подачи топлива, которая продолжа­ется до момента открытия клапана. Количество впрыскиваемого топлива зависит от времени, в течение которого клапан остается закрытым. Управление при помощи электромагнитного кла­пана позволяет быстро открывать и закрывать камеру насосного элемента независимо от ча­стоты вращения коленчатого вала. Такой метод обеспечивает быстрое регулирование подачи топлива независимо от частоты вращения колен­чатого вала двигателя, улучшение герметизации полостей высокого давления и в конечном итоге увеличение эффективности насоса.

Насос снабжен собственным блоком управ­ления для точной установки момента начала подачи топлива и его дозирования. В памяти ЭБУ хранится программа работы конкретного насоса и информация о данных его калибровки.

Электронный блок управления работой двига­теля определяет начало впрыска топлива и его подачу на основе рабочих характеристик двига­теля и отправляет эту информацию по каналу связи в блок управления насоса. С использова­нием такой системы можно управлять как момен­том начала впрыска, так и началом нагнетания.

Блок управления насоса также получает сигнал о количестве впрыскиваемого топлива через шину данных. Этот сигнал затем об­рабатывается в блок управления двигателя в соответствии с сигналами, поступающими от педали подачи топлива, и другими параме­трами, определяющими потребное количество топлива. В блок управления насоса сигналы о количестве впрыскиваемого топлива и ско­ростном режиме работы насоса на момент на­чала подачи топлива принимаются в качестве входных переменных для диаграммы рабочих характеристик насоса, на основании которых соответствующий период срабатывания сохра­няется в виде угла поворота кулачковой шайбы.

И наконец, момент срабатывания электро­магнитного клапана высокого давления и про­должительность его закрытия определяются по данным угла поворота датчика, интегриро­ванного в топливный насос распределитель­ного типа (VE). Этот датчик используется для регулирования по углу поворота/времени. Дат­чик состоит из магниторезистивного сенсора и кольцевого элемента, обладающего маг­нитным сопротивлением и имеющего метки, расставленные через 3°, для каждого цилин­дра двигателя. Датчик с высокой точностью определяет угол поворота приводного вала, при котором электромагнитный клапан от­крывается и закрывается. Это позволяет блок управления насоса преобразовывать данные по моменту начала подачи топлива в данные по соответствующему этому моменту углу по­ворота кулачкового вала и наоборот.

Мягкое протекание процесса подачи топлива в начале впрыскивания, которое зависит от кон­структивных особенностей насоса распредели­тельного типа, еще больше реализуется при использовании форсунки с двумя пружинами. При работе прогретого двигателя с турбонадду­вом такое протекание топливоподачи позволяет снизить уровень шума работающего двигателя.

Предварительный впрыск

 

Обеспечивает дальнейшее снижение шума от сгорания топлива без ухудшения работо­способности всей системы, которая должна обеспечивать максимальную эффективную мощность при минимально возможном экс­плуатационном расходе топлива. Для получе­ния предварительного впрыска дополнитель­ных конструктивных изменений не требуется. В течение нескольких миллисекунд ЭБУ за­ставляет срабатывать электромагнитный кла­пан дважды. Электромагнитный клапан с высокой точностью и быстродействием регу­лирует количество впрыскиваемого топлива. Типичные значения количества впрыскивае­мого топлива составляют 1,5 мм3.

Радиально-поршневые распределительные насосы

 



 

Радиально-поршневой насос высокого давления

 

Радиально-поршневой распределительный насос (насос типа VR, см. рис. «Радиально-поршневой распределительный насос высокого давления с электромагнитным управлением» ) приводится в действие непосредственно от приводного вала. Насос включает кулачковую шайбу, башмаки роликов и ролики, подающий плун­жер, ведущий диск и насосную секцию (го­ловку) вала-распределителя.

 

Радиально-поршневой распределительный насос высокого давления с электромагнитным управлением

 

Приводной вал приводит во вращение ве­дущий диск при помощи радиально располо­женных направляющих пазов. Направляю­щие пазы одновременно служат в качестве установочных пазов для башмаков роликов. Башмаки роликов и удерживаемые ими ро­лики обегают внутренний профиль кулачко­вой шайбы. Число кулачков соответствует числу цилиндров двигателя.

Ведущий диск приводит во враще­ние вал-распределитель. Головка вала-распределителя удерживает подающие плунжеры, расположенные радиально по отношению к оси приводного вала (отсюда наименование «радиально-поршневой рас­пределительный насос»).

Плунжеры прилегают к башмакам роликов. Когда башмаки роликов смещаются наружу под действием центробежных сил, плунжеры, следуя профилю кулачковой шайбы, совер­шают возвратно-поступательное движение. Когда плунжеры выталкиваются кулачками, объем в центральной камере между плунжерами уменьшается. При закрытом электро­магнитном клапане высокого давления это приводит к сжатию топлива. В определенные моменты времени топливо направляется по каналам в вале-распределителе к соответ­ствующим выпускным клапанам.

Так как кулачковый механизм имеет непо­средственный привод, отклонения от заданных законов подачи топлива минимальны. Топливо распределяется, по меньшей мере, двумя радиально установленными плунжерами. Ха­рактерные для этого типа насоса небольшие нагрузки позволяют использовать кулачки с профилем кривизны. Повышение количества, подаваемого насосом топлива, может быть до­стигнуто за счет увеличения числа плунжеров.

На радиально-поршневых распредели­тельных насосах давления в камере насо­сного элемента достигает 1100 бар, а давле­ния в распределителе — 1950 бар.

Электронная система управления ТНВД

 

Электромагнитный клапан высокого давления

 

Электромагнитный клапан высокого дав­ления открывается и закрывается в соот­ветствии с сигналами блока управления насосом. Продолжительность закрытого по­ложения клапана определяет период подачи топлива насосом высокого давления. Это означает, что дозирование топлива, подавае­мого в каждый отдельный цилиндр, может осуществляться с очень высокой точностью.

Управление электромагнитным клапаном высокого давления осуществляется посред­ством регулирования тока. По величине тока блок управления насосом определяет контакт иглы клапана с седлом. Это позволяет с вы­сокой точностью вычислять моменты начала подачи топлива и начала впрыска топлива.

Устройство опережения впрыска топлива

 

Гидравлическое устройство опережения впрыска поворачивает кулачковую шайбу таким образом, что начало подачи топлива может быть сдвинуто относительно поло­жения поршня двигателя в сторону опере­жения или запаздывания. Таким образом, взаимодействие между электромагнитным клапаном высокого давления и устройством опережения впрыска изменяет момент на­чала впрыска топлива и процесс впрыска в соответствии с условиями работы двигателя.

Это гидравлическое устройство опере­жения впрыска может развивать более вы­сокие усилия смещения по сравнению с устройством опережения впрыска аксиально-­поршневого распределительного насоса.

Язычок кулачковой шайбы входит в паз плунжера регулятора таким образом, что осе­вое перемещение плунжера вызывает пово­рот кулачковой шайбы. По центру плунжера регулятора установлена управляющая втулка, которая открывает или закрывает отверстия в управляющем плунжере. Соосно с плунже­ром регулятора установлен подпружинен­ный управляющий плунжер, определяющий требуемое положение управляющей втулки. Управляемый блоком управления насоса элек­тромагнитный клапан модулирует давление, воздействующее на управляющий плунжер.

Электромагнитный клапан устройства опере­жения впрыска действует как регулируемый дроссель. Он может непрерывно регулировать управляющее давление. При этом управляющий плунжер может принимать любое положение в пределах от максимального опережения начала подачи топлива до максимального запаздывания.

Вариант топливного насоса с электронной системой управления

 

К последнему поколению насосов распреде­лительного типа относятся малогабаритные системы автономного действия, в кото­рые входит электронный блок управления, управляющий также работой двигателя. Так как при этом отпадает необходимость в ис­пользовании для управления работой двига­теля отдельного блока управления, система впрыска топлива не требует большого числа соединительных разъемов и сложной элек­тропроводки, что упрощает процесс монтажа.

Двигатель вместе с системой впрыска мо­жет быть установлен и испытан как единая система, независимо от того, на каком типе автомобиля он размещен.

Система впрыска дизельного топлива

 

Топливный насос высокого давления является частью системы впрыска топлива (см. рис. «Система впрыска дизельного топлива с радиально-радиально-поршневым топливным насосом высокого давления с электромагнитным управлением» ). Система впрыска дизельного топлива включает систему подачи топлива (ступень низкого давления), компоненты высокого давления, компоненты впрыска топлива и систему управления. Система подачи топлива осуществляет аккумулирование и фильтрацию топлива. При необходимости может быть установлен дополнительный топливный насос. Ступень высокого давления включает топливный насос и топливо-проводы высокого давления. Ступень высокого давления создает в системе высокое давление и распределяет топливо по цилиндрам двигателя.

 

Система впрыска дизельного топлива с радиально-радиально-поршневым топливным насосом высокого давления с электромагнитным управлением

 

В системах впрыска топлива с распреде­лительными насосами компонентами, непо­средственно осуществляющими впрыск то­плива, являются впрыскивающие форсунки и их корпусы, которые отличаются большим разнообразием типов. На каждом цилиндре устанавливается по одному корпусу фор­сунки. Корпусы форсунок крепятся в головке блока цилиндров. Функция форсунок заклю­чается в точном дозировании топлива и фор­мировании струи топлива требуемой формы, а также уплотнении камеры сгорания. Каждая форсунка состоит из корпуса распылителя с несколькими отверстиями (диаметром до 0,12 мм) и иглы. Игла перемещается в направ­ляющем отверстии в корпусе распылителя форсунки, обеспечивая правильное поло­жение отверстий (оси которых находятся под различными углами к корпусу распылителя форсунки) и камеры сгорания двигателя.

Механическая или электронная система управления распределительным топливным насосом высокого давления устанавливается на самом насосе. Некоторые системы вклю­чают отдельный блок управления двигате­лем. Версии насосов с электронной системой управления включают различные датчики и генераторы управляющих сигналов.

В следующей статье я расскажу о свечах накаливания.

 

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:



Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *