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.

рис. «Конструкция насос-форсунки» 1. Коромысло; 2. Распределительный вал двигателя; 3. Электромагнитный клапан; 4. Распылитель форсунки; 5. Разъём подачи напряжения; 6. Плунжер насос-форсунки; 7. Насос-форсунка; 8. Камера сгорания. двигателя.
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.

рис. «Расположение насос-форсунки в головке блока цилиндров» 1. Электромагнитный клапан высокого давления; 2. Возвратная пружина; 3. Головка блока цилиндров; 4. Корпус насос-форсунки; 5. Камера высокого давления; 6. Распылитель; 7. Коромысло; 6. Кулачок привода; 9. Прижимная скоба; 10. Канал обратного слива топлива; 11. Канал подачи топлива; 12. Гайка распылителя; 13. Клапан двигателя.
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».

рис. «Конструкция насос-форсунки для двигателя легкового автомобиля» 1. Сферический наконечник; 2. Возвратная пружина; 3. Плунжер насос форсунки; 4. Корпус насос-форсунки; 5. Штекер подачи напряжения; 6. Сердечник электромагнита; 7. Выравнивающая пружина; 8. Игла клапана; 9. Якорь электромагнита; 10. Катушка электромагнита; 11. Канал обратного слива топлива (контур низкого давления); 12. Уплотнение; 13. Отверстия подвода топлива (примерно 350 прожженных лазером отверстий служащих фильтром) 14. Гидравлический упор (демпфирующий элемент); 15. Седло иглы распылителя; 16. Уплотнительная шайба; 17. Камера сгорания двигателя; 18. Игла распылителя; 19. Гайка распылителя; 20. Распылитель в сборе; 21. Головна блока цилиндров; 22. Пружина распылителя; 23. Плунжер аккумулятора (уравнивающий поршень); 24. Аккумулирующий объем; 25. Камера высокого давления (в плунжерной паре); 26. Пружина электромагнитного клапана; 27. Кулачковый вал привода насос форсунок; 28. Коромысло с роликовым приводом.
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.

рис. «Конструкция насос-форсунки для двигателя грузового автомобиля» 1. Сферический наконечник 2. Возвратная пружина 3. Плунжер насос-форсунки 4. Корпус насос-форсунки 5. Штекер подачи напряжения 6. Сердечник электромагнита 7. Накидная гайка электромагнита 8. Игла клапана 9. Якорь электромагнита 10. Катушка электромагнита 11. Канал обратного слива топлива (контур низкого давления) 12. Уплотнение 13. Канал подвода топлива 14. Полость низкого давления 15. Заглушка канала низкого давления 16. Упор иглы клапана 17. Дроссель 18. Стакан пружины распылителя 19. Гайка распылителя 20. Распылитель в сборе 21. Головка блока цилиндров 22. Пружина распылителя 23. Грибок иглы распылителя 24. Проставив 25. Камера высокого давления (в плунжерной паре) 26. Пружина электромагнитного клапана
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»):

рис. «Принцип действия насос-форсунки и индивидуального ТНВД с электромагнитным клапаном» Рабочие состояния: а — ход наполнения; Ь — предварительный ход; с — ход нагнетания; d — остаточный ход. 1. Кулачок привода; 2. Плунжер; 3. Возвратная пружина; 4. Камера высокого давления; 5. Игла клапана; 6. Камера электромагнитного клапана; 7. Канал подвода топлива; 8. Канал обратного слива топлива; 9. Катушка электромагнита; 10. Седло клапана; 11. Игла распылителя. Is — сила тока в катушке; hМ — ход иглы электромагнитного клапана; рe — давление впрыскивания; hN — ход иглы распылителя.
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»):

рис. «Принцип обеспечения предварительного впрыскивания в системе насос-форсунок» а — начальное состояние; b — начало предварительного впрыскивания; с — конец предварительного впрыскивания; d -основное впрыскивание. 1. Плунжер; 2. Камера высокого давления; 3. Плунжер аккумулятора; 4. Аккумулирующий объем; 5. Пружина; 6. Стакан пружины; 7. Игла распылителя.
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.