Насос-форсунки и механические ТНВД с электромагнитным клапаном

Насос-форсунки и механические ТНВД с электромагнитным клапаном

 

Эти варианты индивидуальных ТНВД, по сравнению с другими, имеют наиболь­шую величину давления впрыскивания. Они обеспечивают точно дозированную цикловую подачу топлива, оптимальную в конкретных условиях эксплуатации ди­зеля, и позволяют улучшить параметры токсичности, экономичности, шума, обеспечивая высокие номинальную мощность и крутящий момент.

 

Насос-форсунки (UIS)

 

Система насос-форсунок с управлением по времени, обозначаемая в зарубежной литературе как Unit Injector System (UIS), используется на дизелях с непосредст­венным впрыском топлива. Она придает более высокую эластичность работе дви­гателя.

 

Насос-форсунки устанавливают­ся на:

  • Легковые и грузовые автомобили: от 3-цилиндрового мотора рабочим объемом 1,2 л, мощностью 45 кВт (61 л. с.) и крутящим моментом 195 Н-.м, до 10-цилиндрового двигателя рабочим объемом 5 л, мощностью 230 кВт (313 л. с.) и крутящим мо­ментом 750 Н-м;
  • Тяжелые грузовые автомобили: ди­зели мощностью до 80 кВт на ци­линдр.

 

Пример HTML-страницы

Поскольку в этой системе магистра­ли высокого давления отсутствуют, на­сос-форсунка имеет хорошую гидравли­ческую характеристику и способна раз­вивать самые большие давления впры­скивания (до 2050 бар). На дизелях лег­ковых автомобилей эта система позволя­ет обеспечить предварительное впры­скивание.

 

Механические ТНВД с электромагнитным клапаном (UPS)

 

Механические ТНВД с электромагнит­ным клапаном в зарубежной литературе обозначаются как Unit Pump System (UPS). В варианте для двигателей боль­шого рабочего объема применяется обо­значение PF..MV.

Как и для варианта с насос-форсунка­ми, эта система обеспечивает управление по времени отдельными насосными эле­ментами для дизелей с непосредствен­ным впрыском топлива- Существует три разновидности конструкции:

  • Для двигателей грузовых автомоби­лей, имеющих до восьми цилинд­ров, мощностью до 35 кВт на ци­линдр (UPS12);
  • Для двигателей тяжелых грузовых автомобилей, имеющих до восьми цилиндров, мощностью до 80 кВт на цилиндр (UPS20);
  • Для двигателей строительной и сельскохозяйственной техники, те­пловозов и судов, имеющих до два­дцати цилиндров, мощностью до 500 кВт на цилиндр.

 

Область применения

 

Системы насос-форсунок и механиче­ских ТНВД с электромагнитными клапа­нами состоят из четырех отдельных бло­ков (рис. «Блоки систем UIS и UPS»):

  • Контур низкого давления — поставляет топливо с необходимой интен­сивностью;
  • Контур высокого давления — созда­ет требуемое давление впрыскива­ния и подает топливо в камеры сго­рания двигателя;
  • Система электронного регулирова­ния — включает в себя блок управ­ления с датчиками, приборами уп­равления и исполнительными ме­ханизмами, образуя общую цепь управления и регулирования дизе­ля;
  • Системы подачи воздуха и отвода отработавших газов — охватыва­ют снабжение воздухом, рецирку­ляцию отработавших газов и их обработку.

 

Блоки систем UIS и UPS

рис. «Блоки систем UIS и UPS»

 

Модульная конструкция отдельных элементов подразумевает возможность легкого приспособления всей системы впрыска к той или иной конструкции двигателя.

 

Различия между системами

 

Существенным отличием насос-форсу­нок от ТНВД С электромагнитными кла­панами является разный способ создания высокого давления топлива (рис. «Создание высокого давления в системах UIS и UPS»).

 

Создание высокого давления в системах UIS и UPS

рис. «Создание высокого давления в системах UIS и UPS» а — насос-форсунка для легковых автомобилем; Ь — насос-форсунка для грузовых автомобилей с — индивидуальный ТНВД с электромагнитным клапаном для грузовых автомобилей. 1. Коромысло; 2. Распределительный вал; 3. Электромагнитный клапан высокого давления; 4. Распылитель; 5. Камера сгорания; 6. Форсунка; 7. Магистраль высокого давления; 8. Индивидуальный ТНВД.

 

В насос-форсунке ТНВД и форсунка объединены в одну конструкцию и встроены в головку блока непосредствен­но над каждым цилиндром. Так как маги­страль высокого давления отсутствует, можно обеспечить очень высокое давле­ние впрыскивания и его благоприятное протекание.

Система индивидуальных ТНВД с электромагнитными клапанами вклю­чает в себя индивидуальные насосы высокого давления («столбики») и форсунки, которые монтируются на дизеле как отдельные узлы, соединен­ные с индивидуальным ТНВД корот­кими магистралями высокого давле­ния.

Благодаря этому облегчается разме­щение этих агрегатов на двигателе, обес­печение их привода, а также обслужива­ние.

 

Принцип действия

 

Как насос-форсунки, так и индивидуаль­ные ТНВД с электромагнитными клапа­нами составляют дизельные системы впрыска с управлением по времени с по­мощью встроенного электромагнитного клапана Момент закрытии клапана опре­деляет начало нагнетания. Продолжи­тельность закрытого состояния клапана определяет величину цикловой подачи топлива. Оба параметра регулируются электронным блоком управления в соот­ветствии с заложенными в него полями характеристик, при этом учитываются режим работы двигателя и состояние ок­ружающей среды. Среди прочего исполь­зуются следующие параметры:

  • Рабочий ход педали газа;
  • Угол поворота коленчатого вала;
  • Частота вращения распределитель­ного вала;
  • Величина давления воздуха во впу­скном трубопроводе;
  • Температуры воздуха на впуске, ох­лаждающей жидкости и топлива;
  • Скорость автомобиля и т. д.

 

Эти величины воспринимаются дат­чиками и обрабатываются блоком управ­ления. С использованием этой информа­ции последний должен так регулировать работу двигателя, чтобы обеспечить оп­тимальную эксплуатацию автомобиля.

 

Создание высокого давления

 

Все индивидуальные ТНВД приводятся от распределительного вала двигателя — непосредственно или через коромысло. После закрытия электромагнитного кла­пана плунжер создает в контуре высокое давление такого уровня, что срабатывает распылитель форсунки. Когда электро­магнитный клапан снова открывается, давление падает и распылитель прекра­щает впрыскивание топлива.

 

Управление и регулирование

 

Основные функции систем состоят в том, чтобы обеспечить впрыскивание дизель­ного топлива в нужный момент, в необ­ходимом количестве и с возможно боль­шим давлением. Тем самым обеспечивается малотоксичная, экономичная и нешумная работа дизеля.

Дополнительные регулировочные функции состоят и уменьшении уровня эмиссии отработавших газов и расхода топлива, а также в повышении надежности и комфорта работы дизеля.

Для достижения этих целей используются:

  • Рециркуляция отработавших газов;
  • Регулирование давления наддува;
  • Регулирование скорости автомобиля;
  • Управление электронным противоугонным устройством и т. д.

 

Диагностический интерфейс позволяет использовать данные, заложенные в память управляющей системы, при обслуживании и ремонте автомобиля.

 

Пример HTML-страницы

Конфигурация блока управления

 

Блок управления работой дизеля расположен непосредственно на двигателе. В некоторых случаях на грузовых автомобилях тепло, выделяемое электронными элементами, необходимо изводить от корпуса блока через встроенные радиаторы, использующие в качестве охладителя топливо. Блок управления включает в себя, наряду с входными схемами и микроконтроллером, все оконечные каскады для управления электромагнитными клапанами.

 

Насос-форсунка для легкового автомобиля

рис. «Насос-форсунка для легкового автомобиля»

 

Соединение «ведущий — ведомый»

 

Современные блоки управления включают в себя шесть оконечных каскадов. На двигателях, у которых больше шести цилиндров, используются два блока управления, объединенные в контур «ведущий — ведомый». Благодаря этому обеспечивается большая мощность микроконтроллера. Некоторые функции закреплены за одним блоком управления (например, коррекция цикловой подачи топлива). Другие функции могут гибко распределяться между приборами (например, восприятие сигналов от датчиков).

Пример HTML-страницы

 

Системы рециркуляции и очистки отработавших газов

 

Рециркуляция отработавших газов на легковых автомобилях

 

Рециркуляция отработавших газов, которые подаются че­рез специальный клапан во впускной трубопровод, является эффективным процессом, направленным на уменьше­ние содержания NOx в отработавших газах. Охлаждение рециркулирующих газов увеличивает по­ложительный эффект процесса, который уже давно используется на дизелях легко­вых автомобилей, в основном в области малых нагрузок и низких частот враще­ния коленчатого вала.

 

Рециркуляция отработавших газов на грузовых автомобилях

 

Дизели для грузовиков сегодня большей частью оснащаются системами турбонаддува. В этом случае, как правило, при высокой нагрузке нет перепада давления между выпускным коллектором перед турбиной и впускным трубопроводом после нагнетателя. Так как в этом диапазоне нагрузок рециркуляция охлажденных отработавших газов становится невозможной, необходимо дополнительное оборудование, как, например, турбонагнетатель с изменяемой геометрией турбины, регулируемым сопловым аппаратом или управляемым клапаном.

 

Очистка отработавших газов

 

Чтобы соответствовать постоянно ожесточающемся нормам токсичности, все большее значение приобретает очистка отработавших газов непосредственно на двигателе. Это относится прежде всего к тяжелым легковым и грузовым автомобилям. Многие системы еще разрабатываются, и сложно сказать, какими они будут. Вот примеры некото­рых возможных систем:

  • Дизельный окислительный нейтра­лизатор;
  • Различные фильтры твердых час­тиц;
  • Аккумулирующий нейтрализаторNOx;
  • Селективный нейтрализатор.

 

Смешанная (четырехкомпонентная) система скомбинирована так, что имеет возможность снижать уровень эмиссии СО, СН, NOx и твердых частиц. Эта сис­тема требует управления, особенно чув­ствительного к мощности двигателя.

Более подробно системы очистки отработавших газов описаны в следующих разделах.

 

Схема системы насос-форсунок для легковых автомобилей

 

На рис. «Система UIS для легкового автомобиля» в полном объеме показаны все агрегаты системы впрыска с насос-фор­сунками для восьмицилиндрового дизе­ля легконого автомобиля R зависимости от типа автомобиля и условий примене­ния отдельные узлы могут не использо­ваться.

Для более наглядного представления, сенсоры и исполнительные механизмы (А) на этой схеме не представлены. Иск­лючение составляют компоненты систе­мы очистки отработавших газов (F), поскольку их распо­ложение важно для понимания работы системы.

С помощью шины CAN в блоке «Па­нель приборов» (В) возможен обмен ин­формацией между самыми различными агрегатами и системами, такими как:

  • Стартер;
  • Генератор;
  • Электронное противоугонное уст­ройство;
  • Управление дополнительными при­водами;
  • Регулирование противобуксовочным устройством;
  • Электронный программатор стаби­лизации.

 

К шине CAN могут подключаться также панель приборов 12 и климатиче­ская установка 13.

 

Система UIS для легкового автомобиля

рис. «Система UIS для легкового автомобиля»

 

Двигатель, система управления его работой и агрегаты контура высокого давления
24. Аккумулятор
25. Распределительный вал
26. Насос-форсунка
27. Свеча накаливания
28. Дизель
29. Блок управлении двигателем (ведущий)
30. Блок управления двигателем (ведомый)
М — крутящий моментАДатчики и исполнительные механизмы1. Датчик положения педали газа
2. Датчик выключения сцепления
3. Контакты тормозов
4. Задающие элементы регулятора скорости автомобиля
5. Включение свечи накаливания (выключатель стартера и свечей накаливания)
6. Датчик скорости автомобиля
7. Индуктивный датчик частоты вращения коленчатого
вала
8. Датчик температуры охлаждающей жидкости
9. Датчик температуры воздуха на впуске
10. Датчик давления во впускном трубопроводе
11. Датчик массового расхода воздуха на впуске

В — Панель приборов
12. Комбинированная панель с сигнализацией расхода топлива, частоты и т.д.
13. Панель управления компрессором кондиционера
14. Диагностический дисплеи
15. Прибор управления временем включения свечей наливания
Шина CAN (серийный интерфейс на автомобиле)

 

С — Снабжение топливом (контур низкого давления)
16. Топливный фильтр с перепускным клапаном
17. Топливный бак с фильтром грубой очистки и электрическим топливоподкачивающим насосом
18. Датчик уровня топлива
19. Радиатор топлива
20. Клапан ограничения давления топливаD — Дополнительные системы
21. Дополнительное дозирование
22. Дополнительный контрольно-управляющий прибор
23. Дополнительный бакЕ — Снабжение воздухом
31. Охладитель рециркулирующих отработавших газов
32. Регулятор давления наддува
33. Турбонагнетатель (здесь с изменяемой геометрией турбины)
34. Заслонка впускного трубопровода
35. Регулятор рециркуляции
36. Вакуумный насосF — Очистка отработавших газов
37. Датчик температуры отработавших газов
38. Нейтрализатор окислительный
39. Сажевый фильтр
40. Датчик перепада давлений
41. Подогреватель отработавших газов
42. Датчик уровня NO,
43. Широкополосный лямбда-зонд
44. Аккумулирующий нейтрализатор NO,
45. Двухрежимный лямбда зонд
46. Каталитически очищаемый сажевый фильтр

Для очистки отработавших газов может использовать­ся любая из трех возможных комбиниро­ванных систем (а, b или с).

 

Схема работы систем UIS и UPS для грузовых автомобилем

 

На рис. «Системы UIS и UPS для грузового автомобиля» показаны все агрегаты системы насос-форсунок для 6-цилиндрового ди­зеля грузового автомобиля. Для некото­рых типов автомобилей и видов приме­нения отдельные узлы не используются.

Узлы системы электронного регули­рования (датчики, исполнительные меха­низмы н блок управления работой дизе­ля), снабжения топливом и воздухом, а также очистки отработавших газов в этих системах совер­шенно различны, главным образом по контурам высокого давления.

 

Пример HTML-страницы
Системы UIS и UPS для грузового автомобиля

рис. «Системы UIS и UPS для грузового автомобиля»

 

Двигатель, его управление и агрегаты контура высокого давления
22. Индивидуальный ТНВД («столбик») и форсунка
23. Насос Форсунка
24. Распределительный вал
25. Коромысло
26. Блок управления работой дизеля
27. Реле
28. Дополнительные агрегаты (например тормоз замедлитель, заслонка для отработавших газов в моторном тормозе, стартер, компрессор)
29. Дизель
30. Свеча факельного подогревателя (альтернатива сетке нагрева)
М — крутящий моментА — Датчики и исполнительные механизмы
1. Датчик положения педали газа
2. Датчик выключения сцепления
3. Контакты тормозов
4. Контакт моторного тормоза
5. Контакт стояночного тормоза
6. Переключатель условий эксплуатации (например, регулятора скорости автомобиля , двухрежимного регулятора понижения частоты вращения или крутящего момента)
7. Выключатель стартера
8. Датчик частоты вращения вала турбокомпрессора
9. Индуктивный датчик частоты вращения коленчатого вала
10. Датчик частоты вращения распределительного вала
11. Датчик температуры топлива
12. Датчик температуры охлаждающей жидкости
13. Датчик температуры нагнетаемого воздуха
14. Датчик давления нагнетаемого воздуха
15. Датчик расхода воздуха
16. Датчик перепада давлений на воздушном фильтреВ — Панель приборов
17. Панель управления компрессором кондиционера
18. Генератор
19. Диагностический дисплей
20. Управляющий прибор SCR
21. Воздушный компрессор
Шина CAN (серийный интерфейс на автомобиле, до трех штук)С — Снабжение топливом (контур низкого давления)
31. Топливоподкачивающий насос
32. Сдвоенный топливный фильтр с датчиками давления и уровня воды в водосборнике
33. Радиатор блока управления
34. Топливный бак с фильтром трубой очистки
35. Датчик уровня топлива
36. Датчик ограничения давленияD — Снабжение воздухом
37. Охладитель рециркулирующих отработавших газов
38. Регулировочная заслонка
39. Регулятор рециркулирующих отработавших газов с клапаном и датчиком позиционирования
40. Радиатор нагнетаемого воздуха с перепуском для холодного пуска
41. Турбомагнетатель (здесь VTG ) с датчиком позиционирования
42. Регулятор давления наддува

Е — Очистка отработавших газов
43. Датчик температуры отработавших газов
44. Окислительный нейтрализатор
45. Датчик перепада давлений
46. Сажевый фильтр
47. Датчик сажи
48. Датчик уровня в баке для средств понижения токсичности
49. Бак для средств понижения токсичности
50. Подкачивающая помпа для средств понижения токсичности
51. Форсунка для средств понижения токсичности
52. Датчик NO,
53. Нейтрализатор SCR
54. Датчик NH3,
55. Конечный нейтрализатор
56. Каталитически очищаемый сажевый фильтр CSF
57. Гидролизный нейтрализатор

 

Для наглядного представления пока­заны только те датчики и исполнитель­ные механизмы, которые по виду конст­рукции или положению необходимы для понимания работы системы.

Через блок В с помощью шины CAN возможен обмен данными между различными блоками (например, блоком управ­ления автоматической коробкой передач, противобуксовочной системой, програм­мой стабилизации, датчиком качества масла, тахографом, состоянием радара, управлением автомобиля, координацией управления торможением, управлением заслонками — до 30 приборов). Через шину CAN могут быть подсоединены также генератор 18 и компрессор конди­ционера 17. Для очистки отработавших газов может быть использован один из трех вариантов сис­тем (а, b или с).

 

Пример HTML-страницы

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *