Насос-форсунка, это интегрированная система непосредственного впрыска топлива для дизельных двигателей. Насос-форсунка представляет собой топливный насос, объединенный с форсункой. В качестве насоса здесь используется одноплунжерный насос, как правило приводящийся в действие от распредвала. Вот о том, что представляет собой насос-форсунка, мы и поговорим в этой статье.

 

 

Система насос форсунка для легковых автомобилей

 

Система насос-форсунок (UIS) создана для удовлетворения требований, предъявляе­мых к современным дизельным двигателям с непосредственным впрыском топлива, об­ладающим высокой удельной мощностью. Система характеризуется компактностью конструкции, высоким давлением впрыска на выходе из форсунки (до 2200 бар) и на­личием гидромеханического устройства для предварительного впрыска, осуществляе­мого по программе на всем рабочем диа­пазоне, что позволяет значительно снизить шум при сгорании топлива.

Эта система впрыска содержит несколько подсистем (по числу цилиндров двигателя), каж­дая из которых содержит насос высокого давле­ния, форсунку и электромагнитный клапан (см. рис. «Конструкция насос-форсунки для легкового автомобиля» ). Насос-форсунка каждого цилиндра рас­полагается в головке блока цилиндров между клапанами, и носик распылителя входит непо­средственно в камеру сгорания двигателя. Насос-форсунка приводится в действие коро­мыслами, которые, в свою очередь, приводятся от верхнего распределительного вала, оборудо­ванного дополнительными кулачками. Компакт­ная конструкция при малом объеме отличается высокой гидравлической эффективностью.

 

 

Система впрыска заполняется топливом во время хода всасывания плунжера, пока электромагнитный клапан обесточен и, таким об­разом, открыт.

Период впрыска топлива начинается, когда наступает момент закрытия электромагнитного клапана (при поступлении на него электрического тока) — это происходит во время хода подачи плун­жера насос-форсунки. Предварительный впрыск топлива начинается, когда давление в системе высокого давления достигает уровня открытия распылителя (приблизительно 180 бар), а заканчи­вается, когда механический клапан (перепускной плунжер) открывается и резко снижает давление в камере высокого давления, обеспечивая за­крытие форсунки. Ход и диаметр этого клапана определяют продолжительность так называемого интервала впрыска (между окончанием предвари­тельного впрыска топлива и началом основного). Перемещение поршня перепускного плунжера также воздействует на пружину распылителя, за счет чего быстро отсекается подача топлива в конце предварительного впрыска. Демпфер, расположенный между иглой и пружиной распы­лителя, позволяет гасить большие пульсации то­плива при его подаче. Период времени, когда игла оставляет форсунку открытой, оказывается во время предварительного впрыска очень коротким.

Основной впрыск начинается при дальней­шем движении плунжера насос-форсунки — при достижении определенного давления, обеспечивающего открытие форсунки. Од­нако, дополнительное предварительное натя­жение пружины распылителя под действием открытого перепускного плунжера означает, что теперь это давление (приблизительно 300 бар) значительно выше, чем в начале предва­рительного впрыска. Впрыск топлива заканчи­вается, когда электромагнитный клапан обе­сточивается и, следовательно, открывается.

Применение электронного управления по­зволяет делать выборку из целого ряда хра­нящихся в памяти ECU запрограммированных значений начала впрыска и количества впры­скиваемого топлива. Эта особенность системы, вместе с высокими давлениями впрыска, дает возможность получить очень высокую удель­ную мощность двигателя при низких значениях содержания токсичных веществ в отработавших газах и исключительно низком расходе топлива.

Создание в дальнейшем еще более ком­пактной системы с насос-форсунка по­зволит использовать ее на двигателях с четырьмя клапанами на цилиндр, что даст возможность еще в большей степени сни­зить эмиссию токсичных веществ с отрабо­тавшими газами.

 

Насос-форсунка для коммерческих автомобилей

 

Насос-форсунка, управляемая электронным блоком, представляет собой одноцилиндро­вый модуль впрыска топлива с встроенным насосом высокого давления и распылителем. Насос-форсунка устанавливается непосред­ственно в головке блока цилиндров дизельного двигателя. Кулачок на распределитель­ном валу приводит в действие индивидуальную для каждого цилиндра насос-форсунку непо­средственно через коромысло или посред­ством штанги толкателя и коромысла.

Быстродействующий электромагнитный клапан, в соответствии с параметрами, опреде­ляемыми в программной карте двигателя, обе­спечивает точную регулировку времени начала впрыска топлива и скорости потока (рис. «Насос-форсунка для коммерческих автомобилей» ). Значения этих переменных могут быть выбраны из хранящихся в памяти ЭБУ запрограммиро­ванных значений. В обесточенном состоянии электромагнитный клапан открыт. В отклю­ченном состоянии электромагнитный клапан обеспечивает неограниченный проход потока топлива от насоса к линии низкого давления си­стемы. Электромагнитный клапан включается во время хода подачи плунжера насос-форсунки, перекрывая перепускной клапан, герметизируя, таким образом, линию высокого давления. Как только превышается давление открытия распы­лителя, топливо подается к форсунке.

Впрыск топлива заканчивается, когда электромагнитный клапан открывается. Таким образом, момент закрытия клапана определяет начало впрыска, а момент откры­тия — количество впрыскиваемого топлива.

Компактная конструкция устройства озна­чает, что объем камеры высокого давления очень мал, а гидравлическая жесткость очень велика. Это облегчает достижение высоких давлений впрыска. В зависимости от типа на­соса, пиковое давление при полной нагрузке составляет от 1800 до 2200 бар.

Сочетание таких высоких значений дав­ления впрыска и электронного управления процессом впрыска позволяет значительно снизить содержание токсичных веществ в отработавших газах с одновременным сохра­нением низкого расхода топлива. Система насос-форсунка удовлетворяет как суще­ствующим, так и будущим нормам по пре­дельной токсичности отработавших газов.

Предварительный впрыск топлива (двой­ная активация электромагнитного клапана) в нижней части диапазонов частоты вращения коленчатого вала и нагрузки двигателя по­зволяет значительно снизить уровень шума в процессе сгорания топлива и улучшить пуск холодного двигателя.

Кроме того, система позволяет отсекать подачу топлива в отдельные цилиндры дви­гателя, например, когда двигатель работает в режиме неполной нагрузки.

 

 

 

Система индивидуальных ТНВД для коммерческих автомобилей

 

Система индивидуальных ТНВД (UPS), пред­ставляющая собой систему управляемых по времени модульных одноцилиндровых насосов высокого давления, тесно связана с системой насос-форсунка. Она применяется только на двигателях коммерческих автомобилей. По­дача топлива в каждый цилиндр двигателя осуществляется отдельным модулем, включа­ющим следующие компоненты (см. рис. «Индивидуальный ТНВД» и «Индивидуальный ТНВД с электромагнитным клапаном» ):

• Одноцилиндровый насос высокого давле­ния со встроенным быстродействующим электромагнитным клапаном;
• Короткая линия высокого давления;
• Корпус форсунки в сборе.

 

Индивидуальный для каждого цилиндра ТНВД устанавливается непосредственно в блок цилиндров дизельного двигателя, где он приводится в движение от распределитель­ного вала через роликовый толкатель.

Метод приведения в действие индивиду­ального ТНВД при помощи электромагнитного клапана такой же, как для насос-форсунки. В открытом состоянии электромагнитный кла­пан позволяет плунжеру насоса заполнять рабочую полость во время такта впуска и впры­скивать топливо в заданное время. Область высокого давления герметизируется только во время такта подачи, когда электромагнит срабатывает на закрытие клапана. Впрыск то­плива начинается в тот момент, когда давле­ние перед форсункой станет выше давления начала подъема иглы.

Система индивидуальных ТНВД позволяет достигать давлений впрыска величиной 2100 бар. Такие высокие давления впрыска топлива согласуются с электронным управлением с об­ратной связью, которое основывается на данных, записанных в памяти ЭБУ, для значительного со­кращения расхода топлива и токсичности.

 

Электронный блок управления (ЭБУ) насос-форсункой

 

Управление электромагнитными клапа­нами насос-форсунок и индивидуальных ТНВД осуществляется электронным блоком управления (ЭБУ). ЭБУ анализирует все со­ответствующие параметры состояния, от­носящиеся как к самому двигателю, так и к окружающей среде, и определяет момент на­чала впрыска и количество впрыскиваемого топлива для всех условий работы двигателя, что обеспечивает снижение токсичности от­работавших газов и экономичную работу двигателя. С целью компенсации разброса значений параметров всей системы начало впрыска топлива также определяется по сиг­налу BIP (начало периода впрыска). Это озна­чает, что начало впрыска синхронизировано с положением поршня цилиндра двигателя по сигналам инкрементного датчика угла по­ворота коленчатого вала.

В дополнение к основным функциям управления впрыском топлива электронный блок управления выполняет ряд дополни­тельных функций, имеющих целью повы­шение плавности работы двигателя. К этим функциям можно отнести демпфирование пульсаций, регулирование оборотов холо­стого хода и адаптивное выравнивание ра­боты цилиндров В целях соблюдения строгих требований к безопасности блок управления автоматически корректирует и компенсирует любые отклонения параметров компонентов системы впрыска от номинальных значений и при необходимости выполняет диагностику системы впрыска топлива и двигателя. Шина CAN (локальная сеть контролеров) может ис­пользоваться для сети связи системы с дру­гими компонентами автомобиля, например, ABS (антиблокировочной тормозной систе­мой), TCS (системой регулирования тягового усилия) и электронной системой управления автоматической трансмиссией.

 

Пьезоэлектрическая форсунка

 

В некоторых системах впрыска топлива по­следнего поколения форсунка приводится в действие не электромагнитным клапаном, а пьезоэлектрическим исполнительным устройством. По сравнению с форсункой с электромагнитным клапан пьезоэлектриче­ская форсунка отличается более высоким быстродействием, т.е. игла распылителя бы­стрее реагирует на активацию клапана. Это имеет большое значение в случае коротких периодов впрыска топлива, имеющих место в системах впрыска топлива высокого дав­ления (см. также «Система впрыска топлива Common Rail»). Более подробную информацию о насос-форсунках вы можете прочитать в следующей статье.