Основная задана электромагнитного кла­пана высокого давления — обеспечить впрыскивание топлива в камеру сгора­ния в нужный момент, в точно отмерен­ном количестве и за расчетное время.

 

Конструкция электромагнитного клапана

 

Электромагнитный клапан высокого дав­ления разделяется на два конструктив­ных блока:

 

Клапан

 

Клапан состоит из иглы 2 (рис. «Электромагнитный клапан высокого давлении для насос-форсунок легкового автомобиля» и «Электромагнитный клапан высокого давлении для насос-форсунок грузового автомобиля»), кор­пуса 12 клапана, встроенного в корпус на­соса, и пружины 1 клапана.

 

 

Посадочная поверхность 10 седла клапана прошлифована под конус. Игла клапана также имеет коническую поса­дочную поверхность 11. Угол рабочей фа­ски на игле несколько больше, чем на сед­ле клапана.

В результате, при закрытом клапане контакт двух фасок по окружно­сти обеспечивает очень хорошее уплот­нение (так называемое уплотнение по двум конусам). Игла и седло клапана бла­годаря прецизионной обработке должны очень точно подходить друг к другу.

 

 

Электромагнит

 

Электромагнит состоит из магнитного ярма и двигающегося якоря 16. Ярмо, в свою очередь, состоит из магнитного сердечника 15, катушки 6 и штекера 8 подачи напряжения. Якорь крепится на игле клапана. Между ярмом электромаг­нита и якорем в исходном положении есть воздушный зазор.

 

Принцип действия

 

Электромагнитный клапан находится в открытом состоянии, если на катушку электромагнита не подается напряжение, и в закрытом, когда оконечный каскад блока управления включает катушку.

 

Открытый клапан

 

Сила пружины клапана действует на иглу в сторону открытия, освобождая проход­ное сечение 9 между седлом и иглой кла­пана. Камеры 3 высокого давления и по­лость 4 низкого давления в насос-фор­сунке соединяются, и топливо может пе­ретекать между ними.

 

 

Закрытый клапан

 

 

Для осуществления впрыскивания топ­лива на катушку клапана подается напря­жение. В результате в магнитном контуре (сердечник и якорь) наводится магнитное поле, пере­мещающее якорь электромагнита в сто­рону ярма до того момента, пока игла не сядет в седло клапана. Между якорем и ярмом остается воздушный зазор. Кла­пан закрыт. При движении плунжера вниз происходит впрыскивание топлива в камеру сгорания.

Сила магнитного поля должна не только смещать якорь, но и одновремен­но преодолевать усилие пружины клапа­на. Кроме того, при наведении магнитно­го поля игла к седлу клапана прижимается с определенным усилием, сохраняй плотность соединения до тех пор, пока не будет снято напряжение с катушки.

Чем ближе расположен якорь к ярму магнита, тем больше становится сила магнитного поля. Благодаря этому мож­но уменьшить напряжение, подаваемое на катушку электромагнита, до мини­мальной величины, необходимой для удержания клапана в закрытом состоя­нии. Таким образом, становится воз­можным минимизировать потери мощ­ности протекающего по катушке тока, в том числе — на тепловыделение.

Для завершения цикла впрыскива­ния напряжение с катушки снимается. Соответственно, прекращается действие магнитного поля, и пружина 1 клапана смещает иглу клапана в исходное поло­жение, открывая проходное сечение кла­пана.

Чтобы уменьшить в системе впрыска неравномерность по моменту начала и величине цикловой подачи, электромаг­нитный клапан включается на очень ко­роткое время и с повышенной точно­стью. Эта точность сохраняется от цикла к циклу на всех насос-форсунках системы при любых режимах эксплуатации.

 

Индивидуальные ТНВД с электромагнитным клапаном

 

Назначение и принцип действия инди­видуальных ТНВД для грузовых автомо­билей и тяжелых транспортных двигате­лей в основном те же, что и для насос­-форсунок. Единственным серьезным от­личием является то, что в данном случае собственно форсунку и ТНВД с электро­магнитным клапаном связывает корот­кая магистраль высокого давления.

 

 

Модульная конструкция индивиду­ального ТНВД с боковой установкой на двигателе (рис. «Конструкция индивидуального ТНВД с электромагнитным клапаном») имеет следующие пре­имущества:

• Не требуется изменения конструк­ции головки блока цилиндров;
• Непосредственный привод от рас­пределительного вала, поскольку коромысла отсутствуют;
• Облегченный доступ при обслужи­вании, поскольку ТНВД легко де­монтируются.

 

Магистрали высокого давления

 

Магистрали 6 высокого давления (рис. «Конструкция индивидуального ТНВД с электромагнитным клапаном»), очень короткие и одинаковой длины, должны длительное время выдерживать максимальные давления впрыскивания и высокочастотные колебания давления в промежутках между циклами. Магистра­ли гнутся промышленным способом из высокопрочной бесшовной стальной трубки.

 

Индивидуальный ТНВД

 

Каждый индивидуальный ТНВД приво­дится в действие непосредственно от собственного кулачка на распредели­тельном валу 4 двигателя. Связь с плун­жером осуществляется через возвратную пружину 8 и роликовый толкатель 9. Все ТНВД крепятся через фланцы к блоку цилиндров.

 

Индивидуальный ТНВД для тяжелых транспортных дизелей

 

Индивидуальные ТНВД с электромагнит­ным клапаном (обозначаемые индексом PF..MV) применяются на тяжелых дизе­лях для тепловозов и судов. Максимально допустимая частота вращения коленча­того вала этих двигателей составляет 1000 мин^-1 при цилиндровой мощности 150-450 кВт.

Для определенных случаев эксплуата­ции тяжелых транспортных дизелей уже существуют узаконенные требования по ограничению токсичности отработавших газов, для более широких областей применения они нахо­дятся в стадии разработки. Такие норма­тивы наряду со стремлением к оптимиза­ции расхода топлива и уменьшению уровня шума оказывают решающее вли­яние на совершенствование двигателей и соответственно на дальнейшее развитие систем впрыска.

 

 

Для выполнения указанных требова­ний при обеспечении высокой мощности момент начала впрыскивания должен свободно варьироваться. Это условие легко реализуется при помощи индивиду­альных ТНВД с электромагнитными кла­панами, которые управляются специаль­ными электронными блоками.

При этом, по сравнению с индивиду­альными ТНВД серии PF, имеющими ме­ханические регуляторы, отпадает необхо­димость в рейке, регулирующей втулке и элементах соединения, а также в испол­нительном механизме. Эти громоздкие детали заменяет электрический провод, соединяющий блок управления с элект­ромагнитными клапанами ТНВД. Пре­имуществами этой системы являются:

• Минимальные размеры;
• Большие возможности компонов­ки при хорошей совместимости с традиционными головками блока цилиндров;
• Очень жесткий и компактный при­вод;
• Малый расход материалов и комп­лектующих;
• Быстрая установка и возможность точного регулирования;
• Простота замены в случае ремонта и обслуживания;
• Точное дозирование топлива с воз­можностью индивидуальной регу­лировки момента начала и величи­ны подачи по цилиндрам;
• Возможность отключения отдель­ных ТНВД для обеспечения у ос­тавшихся цилиндров оптимальных параметров работы при частичных нагрузках на двигатель.

 

Кроме того, появляется возможность задать для каждого цилиндра различные условия регулирования процесса впры­скивания, что позволяет принимать во внимание дополнительные параметры, такие, как температура топлива или сте­пень износа отдельных цилиндров.

 

Конструкция

 

По сравнению с индивидуальными меха­ническими ТНВД серии PF, плунжер ин­дивидуального ТНВД с электромагнит­ным клапаном выполнен намного про­ще. Он не имеет ни спиральной канавки с регулирующей кромкой, ни продольной канавки. Кроме того, в гильзе плунжера отсутствуют распределительные отвер­стия. Вместо нагнетательного клапана в корпус ТНВД установлен электромагнит­ный клапан с управляющим поршнем.

Цилиндрический управляющий поршень 11 (рис. «Индивидуальный ТНВД для больших дизелей») ходит по гильзе 12 в верхней части корпуса 14 ТНВД. На этом поршне со стороны электромаг­нитного клапана 9 находится игла с ко­нической посадочной поверхностью, которая взаимодействует с седлом в гильзе. Там же укреплена пластина 7 якоря, которая при подаче напряжения на катушку притягивается электромаг­нитом, преодолевающим силу возврат­ной пружины 10 клапана. При этом уп­равляющий поршень переходит в за­крытое положение, т. е. игла плотно при­легает к седлу. Между пластиной якоря н корпусом электромагнита остается воз­душный зазор. Как только катушка электромагнита обесточивается, пружи­на клапана сдвигает управляющий пор­шень от магнита, открывая проходное сечение клапана и прижимая управляю­щий поршень к упорной пластине 3. Через кольцевые канавки и отвер­стия в гильзе плунжера возможны от­вод просачивающегося без давления топ­лива и/или смазка плунжера под давле­нием. Канал подвода топлива выполнен та­ким образом, что поступающее горючее постоянно охлаждает электромагнит. Для этого величина прокачки выбрана в 3-5 раз больше, чем величина подачи то­плива при полной нагрузке двигателя.

Для того чтобы могло произойти впрыскивание топлива, блок управления работой дизеля включает катушку элект­ромагнита в то время, когда плунжер дви­жется вверх. Пока катушка под напряже­нием, клапан остается закрытым и топ­ливо под давлением подается к распыли­телю. Одновременно снижается сила тока в катушке электромагнита, удерживаю­щей клапан в закрытом положении. Со­ответственно, уменьшаются потерн мощности и излишнее тепловыделение, связанные с прохождением тока через ка­тушку. Для окончания впрыскивания блок управления снимает напряжение с катушки. Возвратная пружина клапана сдвигает управляющий поршень в от­крытое положение. Оставшееся горючее, нагнетаемое плунжером, перетекает че­рез открытый клапан в канал обратного слива топлива. Таким образом, магист­раль высокого давления разгружается до давления в системе подачи.

На протекание процесса впрыскива­ния при использовании системы индиви­дуальных ТНВД с управлением электро­магнитными клапанами, как н при меха­ническом регулировании, влияет форма кулачка привода ТНВД.

Наполнение надплунжерного объема индивидуального ТНВД через проходное сечение конического седла электромаг­нитного клапана имеет ряд преимуществ. Главным из них является то, чти при ошибочном «зависании» управляю­щего поршня в открытом или закрытом положении не произойдет перехода к не­допустимому режиму эксплуатации дви­гателя (например, к «перекрутке» дизеля из-за превышения величины цикловых подач). Это относится также и к ошиб­кам в управлении электромагнитным клапаном.

Гильза, в которой перемещается упра­вляющий поршень, горизонтально рас­положена в верхней части корпуса ТНВД. Если после долгой эксплуатации на седле появляются следы износа, конструкция ТНВД позволяет быстро заменить пару «гильза — поршень».

В настоящее время существуют инди­видуальные ТНВД с электромагнитным клапаном, имеющие диаметр плунжера порядка 18-22 мм и ход плунжера поряд­ка 20-28 мм.