Насос-форсунка впрыскивает в камеру сгорания топливо в момент, определяе­мый блоком управления, в нужном объ­еме и под требуемым давлением, на всех режимах работы дизеля. Благодаря ком­пактности и универсальности конструк­ции агрегата применение магистрали высокого давления не требуется, что улучшает протекание процесса впры­скивания.

 

Размещение и привод

 

Насос-форсунка устанавливается непо­средственно в головку блока над каж­дым цилиндром двигателя (рис. «Конструкция насос-форсунки»). Встроенный в насос-форсунку распы­литель 4 входит в камеру сгорания 8. Распределительный вал 2 двигателя имеет по кулачку привода на каждую насос-форсунку. Подъем каждого ку­лачка передается через коромысло 1 на плунжер насоса, совершающий при этом возвратно-поступательные дви­жения.

 

 

Помимо регулирования при помощи электромагнитного клапана, момент на­чала впрыскивания и величина цикло­вой подачи зависят от реальной скоро­сти движения плунжера, которая опреде­ляется формой кулачка. Нагрузки, возни­кающие при работе механизма подачи топлива, приводят к возникновению крутильных колебании распределитель­ного вала, что негативно отражается на характеристиках впрыскивания и межцикловой стабильности. Для снижения этих колебаний настоятельно необходи­мо исполнение усиленного механизма подачи топлива, т. е. привода распредели­тельного вала, самого вала (который обычно усиливают на кручение), коро­мысел и их опор.

 

Конструкция насос-форсунки

 

Корпус насос-форсунки одновременно является и гильзой плунжера. В корпусе выделена консоль под электромагнитный клапан 1 высокого давления (рис. «Расположение насос-форсунки в головке блока цилиндров»), ко­торый связан внутренними каналами с камерой 5 высокого давления (она же — камера плунжерной пары) и распылите­лем 6.

Внешняя форма корпуса выполне­на гак, чтобы насос-форсунка в головке блока цилиндров крепилась с помощью прижимной скобы 9. Возвратная пружи­на 2 через специальную втулку давит на плунжер насос-форсунки в сторону, про­тивоположную действию коромысла 7 и кулачка 8, и по окончании впрыскивания возвращает плунжер в исходное положе­ние.

 

 

Детально конструкция насос-фор­сунок для легковых и грузовых автомо­билей представлена на рис. «Конструкция насос-форсунки для двигателя легкового автомобиля» и «Конструкция насос-форсунки для двигателя грузового автомобиля».

 

 

 

Насос-форсунка функционально раз­деляется на следующие элементы:

• Система создания высокого давления — Основными конструктивными элемента­ми для создания высокого давления яв­ляются гильза насос-форсунки, выпол­ненная в корпусе 4 (рис. «Конструкция насос-форсунки для двигателя легкового автомобиля» и «Конструкция насос-форсунки для двигателя грузового автомобиля»), с плунже­ром 3 и возвратной пружиной 2.
• Электромагнитный клапан высокого давления — Этот клапан регулирует момент начала и продолжительность впрыскивания. Он состоит из следующих основных дета­лей — катушки 10, иглы 8 клапана, якоря 9, сердечника и пружины 26 электромаг­нитного клапана.
• Распылитель — Распылитель 20 дозирует топливо и рас­пыляет его по всему объему камеры сго­рания, чем в конечном итоге определяет­ся протекание процесса впрыскивания. Распылитель соединен с корпусом насос­-форсунки гайкой 19.

 

 

Принцип действия

 

Основное впрыскивание

 

Рабочий процесс как насос-форсунок, так и системы механических индивидуаль­ных ТНВД с электромагнитным клапа­ном можно подразделить на четыре ос­новных этапа (рис. «Принцип действия насос-форсунки и индивидуального ТНВД с электромагнитным клапаном»):

 

 

 

Ход наполнения (а)

 

Плунжер 2 насоса движется вверх (см. рис. «Принцип действия насос-форсунки и индивидуального ТНВД с электромагнитным клапаном») под действием возвратной пружи­ны 3. Топливо под постоянным давлени­ем перетекает из контура низкого давле­ния через канал 7 в камеру 6 электромаг­нитного клапана, который в этот момент открыт. Через соединительные каналы оно направляется в камеру 4 высокого да­вления (она называется также надплунжерным объемом).

 

Предварительный ход плунжера от НМТ до перекрытия впускного отверстия (Ь)

 

Плунжер при повороте кулачка 1 привода движется вниз. Электромагнитный кла­пан открыт, и излишнее топливо через канал 8 обратного слива выдавливается плунжером в полость низкого давления.

 

Ход нагнетания и процесс впрыскивания (с)

 

Блок управления подает напряжение на катушку 9 электромагнита в определен­ный момент, так что игла клапана садится на седло 10 и прерывает связь между кон­турами высокого и низкого давления. Этот момент называют электрическим на­чалом впрыскивания. Втягивание иглы электромагнитного кла­пана ведет к изменению силы тока в ка­тушке. Этот момент определяется блоком управления (распознавание момента нача­ла впрыскивания). Таким образом опреде­ляется истинный момент начала подачи, учитываемый при расчете последующего процесса впрыскивания.

Давление топлива в камере высокого давления при движении плунжера повы­шается, как и в канале распылителя.

Как только давление открытия фор­сунки достигает величины порядка300 бар, игла 11 распылителя поднимает­ся и топливо впрыскивается в камеру сго­рания (действительное начало впрыски­вания, или момент начала впрыскива­ния). Благодаря интенсивному движению плунжера давление в течение всего про­цесса впрыскивания повышается.

 

Остаточный ход плунжера от начала открытия форсунки до ВМТ (d)

 

Через некоторое время (период запазды­вания) после отключения электромагни­та клапан открывается, восстанавливая связь между контурами высокого и низ­кого давления.

В переходной фазе между ходами c и d возникает давление впрыскивания. Оно составляет, в зависимости от типа насос-­форсунок, по максимальному давлению величину порядка 1800-2050 бар. Когда электромагнитный клапан открывается, это давление быстро стравливается. Как только оно достигнет величины, достаточ­ной для закрытия распылителя, процесс впрыскивания заканчивается.

Пока плунжер не достиг положения, соответствующего вершине кулачка при­вода, топливо продолжает нагнетаться. Его излишки поступают через канал об­ратного слива в контур низкого давления.

Система индивидуальных ТНВД яв­ляется безопасной сама по себе, т. е., даже в случае непредусмотренной ошибки, она может выдать не более одного неконтро­лируемого цикла впрыскивания. Если электромагнитным клапан останется от­крытым, впрыскивание не начнется, по­скольку топливо перетечет в контур низ­кого давления.

Так как наполнение камеры высокого давления происходит исключительно с помощью электромагнитного клапана, при полностью закрытом клапане топли­во в камеру не поступает. В этом случае возможен лишь единичный цикл впры­скивания.

Насос-форсунка, установленная в го­ловку блока цилиндров, подвергается воздействию высоких температур. Для охлаждения используется избыточное то­пливо, проходящее по контуру низкого давления.

Благодаря специально принятым ме­рам на стороне подвода топлива к насос­форсункам различие в температуре горю­чего по цилиндрам минимизировано.

 

Предварительное впрыскивание (легковые автомобили)

 

В насос-форсунках легковых автомоби­лей для уменьшения шума и уровня эмиссии отработавших газов используется предваритель­ное впрыскивание топлива, управляемое гидромеханическим способом. Его можно разделить на четыре ра­бочих этапа (рис. «Принцип обеспечения предварительного впрыскивания в системе насос-форсунок»):

 

 

 

Начальное состояние (а)

 

Игла 7 распылителя и плунжер 3 аккуму­лятора (называемый также выравниваю­щим поршнем) сидят в своих седлах. Электромагнитный клапан открыт, из-за чего увеличение давления невозможно.

 

Начало предварительного впрыскивания(Ь)

 

Когда электромагнитный клапан закры­вается, давление начинает увеличиваться.

По достижении давления, достаточного для открытия форсунки, игла распылите­ля поднимается, и начинается предвари­тельное впрыскивание топлива. В этой фазе ход иглы с помощью демпфирую­щего объема ограничивается гидравли­ческим противодействием.

 

Конец предварительного впрыскивания (с)

 

При дальнейшем повышении давления плунжер аккумулятора поднимается со своего седла. Между собой соединяются камера высокого давления 2 и аккумули­рующий объем 4. Происходящее при этом падение давления и одновременное увеличение предварительного натяжения пружины 5 определяют момент закрытия распылителя иглой, после чего предвари­тельное впрыскивание оканчивается.

Величина подачи при предваритель­ном впрыскивании составляет порядка 1,5 мм* и определяется давлением откры­тия плунжера 3. Временной промежуток между предварительным и основным впрыскиванием определяется в основном величиной хода плунжера аккумулятора.

 

Основное впрыскивание (d)

 

Продолжающееся движение плунжера повышает давление в камере над ним. При достижении определенного давле­ния открывается распылитель форсун­ки и начинается основное впрыскива­ние. Давление в этот момент доходит до 2050 бар.

С открытием электромагнитною кла­пана период основного впрыскивания за­канчивается. Игла распылителя и плун­жер аккумулятора возвращаются в ис­ходное положение.