Распределительные ТНВД с управлением регулирующей кромкой работают по принципу аксиального движения плун­жера, причем все цилиндры двигателя обслуживает только один элемент высо­кого давления. Регулирующие кромки, отверстия и втулка регулируют величину цикловой подачи. Гидравлическое уст­ройство управляет моментом начала впрыскивания. Регулирование осуществ­ляется при помощи механической систе­мы или электромагнитного исполнитель­ного механизма. Эти ти­пы ТНВД отличаются простотой обслу­живания, малым весом и размерами.

 

 

ТНВД этой конструкции обозначается как модель VE. Она сменила в 1975 г. моде­ли ЕР/VA и с того времени непрерывно развивалась и совершенствовалась. После создания в 1986 г. электромагнитного ис­полнительного механизма (рис. «Распределительный ТНВД модели VE..EDC с аксиальным движением плунжера и электромагнитным исполнительным механизмом») диапа­зон мощностей модели VE значительно расширился. ТНВД обеспечивает необхо­димое давление впрыскивания топлива. Топливо нагнетается через магистраль высокого давления к форсунке, которая впрыскивает его в камеру сгорания.

 

 

Процессы сгорания в дизеле в решаю­щей мере зависят от того, в каком количе­стве и каким образом нагнетается топли­во, с какой степенью оно сжимается, а так­же как подводится в камеру сгорания. Здесь важнейшими критериями являются:

• Момент начала и продолжитель­ность впрыскивания;
• Распределение топлива в камере сгорания;
• Момент начала воспламенения;
• Зависимость количества впрыскива­емого топлива от угла поворота ко­ленчатого вала;
• Соответствие общего количества впрыскиваемого топлива нагрузке на двигатель.

 

Применяемость и устройство

 

Распределительные ТНВД с управлением регулирующей кромкой используются для малых быстроходных дизелей как с непосредственным впрыском топлива, так и с разделенными камерами сгорания.

Номинальная частота вращения ко­ленчатого вала, мощность и конструкция дизеля определяют границы применимо­сти и исполнения ТНВД. Распределитель­ные ТНВД используются для легковых, малых грузовых автомобилей, тягачей и стационарных двигателей с мощностью до 30 кВт на цилиндр.

Эти ТНВД рассчитаны на двигатели с числом цилиндров от трех до шести. Мак­симальная цикловая подача доходит до 125 мм³. Реализуемое давление впрыски­вания зависит от конструкции двигателя и находится в пределах 350-1250 бар.

ТНВД крепится через фланец непо­средственно на двигатель (рис. «Распределительный ТНВД модели VE..F с механическим регулятором на четырехцилиндровом двигателе»), кото­рый приводит вал ТНВД через зубчатый ремень, торцевую зубчатую муфту, шес­терню или цепь.

ТНВД этого типа смазываются топли­вом, поэтому считаются необслуживае­мыми. Так как в конструкции имеется много прецизионных деталей, в системе питания необходим соответствующий топливный фильтр. Требуется также топ­ливо хорошего качества. Для надежной эксплуатации дизеля и его системы пита­ния важно оптимизировать совместное влияние всех определяющих параметров. В частности, при техническом обслужи­вании топливные магистрали и форсун­ки не должны меняться местами.

 

Конструкция

 

В распределительном ТНВД модели VE, в отличие от рядного, даже многоцилинд­ровый двигатель обслуживает только од­на плунжерная пара. Нагнетаемое плун­жером топливо направляется через ка­навку распределителя к соответствую­щим выходным отверстиям, общее коли­чество которых соответствует числу ци­линдров дизеля. Закрытый корпус ТНВД объединяет в себе следующие конструк­тивные узлы (рис. «Конструктивные узлы распределительного ТНВД и их функции»):

• Шиберный топливоподкачиваю­щий насос;
• ТНВД с распределителем;
• Механический регулятор частоты вращения;
• Электромагнитный запирающий клапан;
• Гидравлическое устройство опере­жения впрыскивания;
• Регулирующие устройства, специ­фичные для каждого двигателя.

 

 

Дополнительно к этому распредели­тельный ТНВД может быть оборудован различными механизмами, которые обес­печивают индивидуальное соответствие конструкции конкретной модели дизеля. На приводном валу, расположенном в корпусе ТНВД, размещается шиберный топливоподкачивающий насос. От него топливо направляется в кольцевое про­странство, создаваемое роликовым коль­цом, которое также находится в корпусе ТНВД, но не связано с приводным валом (см. рис. «Порядок размещения деталей в распределителе» ниже). На это кольцо через ро­лики опирается кулачковая шайба, кото­рая приводится во вращение приводным валом и обеспечивает вращательно-по­ступательное движение плунжера-рас­пределителя. Соединенная с картером ТНВД головка распределителя одновре­менно является и направляющей этого плунжера. В ней установлен электромаг­нитный запирающий клапан для преры­вания подачи топлива, дополнительный штуцер с винтом для удаления воздуш­ных пробок и клапан давления в сборе. Если ТНВД снабжен дополнительно меха­нической муфтой опережения впрыски­вания, то она находится в крышке регуля­тора.

 

 

При механическом регулировании работы ТНВД ведущий вал (шестерня с резиновым демпфером) приводит ре­гулятор через пару шестерен. Регуля­тор снабжен центробежными грузами и муфтой. Механические элементы ре­гулятора, включая регулировочный, пусковой и натяжной рычаги, подвиж­но установлены в картере. Они влияют на положение регулирующей втулки на плунжере ТНВД. В верхней части меха­нического узла находится регулиро­вочная пружина, которая связана через валик с расположенным снаружи уста­новочным рычагом. Крышка регулято­ра закрывает ТНВД сверху. В ней рас­положены винт установки максималь­ной цикловой подачи, перепускной дроссель или клапан, а также винт ус­тановки частоты вращения коленчато­го вала. В нижней части ТНВД перпен­дикулярно к его продольной оси встроено гидравлическое устройство изменения опережения впрыскивания. Оно функционирует в зависимости от внутреннего давления в ТНВД, которое определяется топливоподкачивающим насосом и клапаном регулирования да­вления, и с обеих сторон закрыто крышками.

 

Привод ТНВД

 

Крутящий момент от коленчатого вала дизеля передается на вал ТНВД через специальный привод. Для четырехтакт­ных двигателей частота вращения вала ТНВД составляет половину частоты вра­щения коленчатого вала. Привод ТНВД в зависимости от конструкции осуществ­ляется зубчатым ремнем, торцевой зуб­чатой муфтой, шестернями или цепью, что позволяет полностью синхронизиро­вать работу ТНВД с вращением коленча­того вала.

Существуют ТНВД правого и левого вращения, в соответствии с чем различа­ется порядок впрыскивания топлива по цилиндрам, но выпускные патрубки ТНВД всегда задействованы в определен­ной последовательности.

Чтобы предотвратить неправильное подключение выпускных патрубков ТНВД к цилиндрам двигателя в соответ­ствии с порядком их работы, патрубки обозначаются метками А, В, С и т. д. Рас­пределительные ТНВД рассчитаны на эксплуатацию с двигателями, число ци­линдров которых не превышает шести.

 

Нагнетание топлива

 

В системе впрыска с распределительным ТНВД различаются контуры низкого и высокого давления (рис. «Схема нагнетания топлива в системе впрыска с распределительным ТНВД»).

 

 

Контур низкого давления

 

Схема движения топлива

 

Контур низкого давления включает в се­бя топливный бак, топливные магистра­ли, топливный фильтр, шиберный топ­ливоподкачивающий насос, клапан регу­лирования давления и перепускной дроссель.

Топливоподкачивающий насос забира­ет топливо из бака и подает его во внутреннюю магистраль в более или менее посто­янном количестве. Чтобы создать внутри ТНВД давление топлива, соответствующее режиму его работы, необходим клапан регу­лирования давления. Величина давления за­висит от частоты вращения вала ТНВД. Да­вление пропорционально частоте враще­ния, а излишняя часть нагнетаемого топли­ва перетекает обратно на линию подачи. Для охлаждения и автоматического удале­ния воздуха одновременно осуществляется обратный слив топлива в бак через распо­ложенный в крышке регулятора перепуск­ной дроссель (рис.»Связь шиберного топливоподкачивающего насоса, клапана регулирования давления и перепускного дросселя»). Вместо него может ис­пользоваться также перепускной клапан.

 

 

Расположение магистралей

 

Для функционирования ТНВД необходи­мо, чтобы топливо подводилось к конту­ру высокого давления непрерывным по­током под давлением.

Для легковых и легких грузовых авто­мобилей, как правило, разница уровней топлива между баком и ТНВД невелика. Длина магистралей относительно мала, а их проходные сечения таковы, что для за­бора топлива из бака достаточно мощно­сти лопастного топливоподкачивающего насоса, встроенного в распределитель­ный ТНВД.

На автомобилях, где характеристики топливных магистралей отличаются от вышеуказанных, между баком и ТНВД устанавливается дополнительная помпа предподкачки. Она компенсирует допол­нительное сопротивление магистрали повышенной длины или с большими проходными сечениями. В стационарных двигателях также преимущественно ис­пользуется последний вариант.

 

Топливный фильтр

 

Детали ТНВД, создающие высокое давле­ние, и распылители форсунок изготовле­ны с точностью по меньшей мере до ты­сячной доли миллиметра. Это означает, что загрязнение топлива может отрица­тельно влиять на их работу. Плохая фильтрация топлива может нанести вред плунжерным парам, клапанам и распы­лителям, поэтому установка на входе в систему впрыска соответствующего топ­ливного фильтра является условием ее безотказной эксплуатации и высокой долговечности.

Топливо может содержать воду в свя­занной (эмульсия) или несвязанной форме (например, конденсат вследствие колеба­ний температур). Если эта вода проходит к ТНВД, коррозии не избежать, поэтому рас­пределительные ТНВД требуют установки на топливных фильтрах отстойников для сбора воды, которая должна удаляться че­рез определенные интервалы. С увеличени­ем количества легковых автомобилей, осна­щенных дизелем, появилась необходи­мость автоматического выполнения этих функции. Если возникает потребность уда­ления воды из отстойника, на щитке при­боров загорается контрольная лампа.

 

Шиберный топливоподкачивающий насос

 

Топливоподкачивающий насос распреде­лительного ТНВД (рис. «Шиберный топливоподкачивающий насос низкого давления» и «Шиберный топливоподкачивающий насос, расположенный на приводном валу»), расположен­ный на приводном валу, имеет концент­ричный с налом ротор с подпружинен­ными шиберами. Расположенное в кор­пусе эксцентриковое кольцо охватывает ротор снаружи.

Действующая при вращении ротора центробежная сила прижимает четыре шибера к поверхности эксцентрикового кольца. Топливо, находящееся между шиберами, кольцом и ротором, движется вместе с этими шиберами.

Таким обра­зом оно подается в верхнюю выемку в корпусе ТНВД. Одновременно часть топ­лива через другое отверстие направляет­ся к клапану регулирования давления.

 

 

Клапан регулирования давления

 

Клапан регулирования давления (рис. «Клапан регулирования давления») расположен над топливоподкачивающим насосом и соединен через отверстие с верхней выемкой в корпусе ТНВД. Кла­пан имеет нагруженный плунжер, с по­мощью которого в зависимости от коли­чества подаваемого топлива регулируется внутреннее давление в ТНВД. Если давле­ние топлива превышает заданную вели­чину, плунжер преодолевает действие пружины и открывает отверстие обрат­ного слива, ведущее к линии подачи топ­лива. Если давление топлива падает, это отверстие закрывается благодаря усилию пружины.

Предварительное натяжение пру­жины определяет величину давления открытия магистрали обратного слива.

 

рис. «Клапан регулирования давления»

рис. «Перепускной дроссель»

 

Перепускной дроссель

 

Перепускной дроссель (рис. «Перепускной дроссель») ввинчива­ется в крышку регулятора распредели­тельного ТНВД и связан с его внутрен­ним пространством. Дроссель позволяет варьировать количество топлива, сливае­мого в бак через имеющиеся в полой трубке небольшие отверстия.

Диаметр этих отверстий подобран таким образом, чтобы они создавали некоторое сопротивление потоку топ­лива, поддерживая определенное внут­реннее давление в ТНВД. Поскольку это давление должно иметь четко фиксиро­ванную величину, зависящую от часто­ты вращения коленчатого вала, характе­ристики перепускного дросселя и кла­пана регулирования давления должны быть согласованы между собой.

 

Контур высокого давления

 

В контуре высокого давления создается давление топлива, необходимое для впрыскивания его в цилиндр. При этом топливо подается через нагнетательный клапан, магистраль высокого давления и форсунку к распылителю.

 

Привод плунжера-распределителя

 

Крутящий момент от приводного вала передается на плунжер-распределитель через соединительный узел (рис. «Приводной вал и плунжер-распределитель ТНВД» и «Порядок размещения деталей в распределителе»). Для передачи вращательного движения выступы приводного вала и кулачковой шайбы 3 входят в расположенную между ними крестовину 1. Кулачковая шайба с профилированным в виде кулачков тор­цом, обкатываясь по роликам кольца 2, преобразует вращение приводного вала во вращательно-поступательное движе­ние плунжера-распределителя, на кото­ром имеются цилиндрические вставные элементы и зафиксированный штифт.

 

 

Движение плунжера-распределителя в направлении его ВМТ осуществляется под действием кулачков кулачковой шай­бы. Для возвращения плунжера в исход­ное положение (в сторону НМТ) служат две симметрично расположенные воз­вратные пружины 8, которые давят на пружинный мостик 6, а через него на те­ло плунжера-распределителя. Кроме того, возвратные пружины плунжера умень­шают возможность отхода кулачковой шайбы от роликов кольца при резком разгоне.

 

 

Кулачковая шайба и форма кулачков

 

Кулачковая шайба, сообразно форме своих кулачков, влияет на величину да­вления впрыскивания и его продолжи­тельность. Определяющими критерия­ми являются также величина и ско­рость хода кулачков. В зависимости от формы камеры сгорания и способа сгорания в различных типах двигате­лей должна производиться индивиду­альная настройка характеристик впры­скивания. Исходя из этого, для каждо­го типа двигателя рассчитывается своя форма кулачков, которая затем вос­производится на торцевой стороне ку­лачковой шайбы. Кулачковые шайбы разной размерности устанавливаются в соответствующие распределительные ТНВД, которые поэтому не взаимоза­меняемы.

 

 

Распределитель

 

В этот узел входят плунжер-распредели­тель, втулка распределителя и регулирую­щая втулка, причем они так точно подог­наны (притерты) друг к другу, что сохра­няют между собой минимальный зазор при очень высоких давлениях. Неболь­шие утечки топлива неизбежны и даже необходимы для смазки плунжера-рас­пределителя. В случае надобности следует заменять весь узел, а не ограничиваться заменой одного из составляющих эле­ментов.

 

Дозирование топлива

 

Нагнетание топлива является динамиче­ским процессом, который включает не­сколько фаз движения плунжера. Необхо­димое для впрыскивания давление созда­ет плунжер насоса.

 

 

Фазы подачи топлива и нагнетания давления плунжером-распределителем показаны на рис. «Плунжер-распределитель в различных фазах движения» применительно к одному цилиндру двигателя. При этом в четырехцилиндровом дизеле для движе­ния плунжера-распределителя между НМТ и ВМТ используется четверть его оборота, а в шестицилиндровом двига­теле одна шестая часть оборота. При движении плунжера к НМТ впускное от­верстие перекрывается, а распредели­тельная канавка открывает впускное от­верстие (рис. «Плунжер-распределитель в различных фазах движения» а). Давление, возникшее в камере высокого давления и во внут­реннем отверстии плунжера, открывает нагнетательный клапан, и топливо через магистраль высокого давления подается к форсунке (рис. «Плунжер-распределитель в различных фазах движения» Ь). Рабочий ход пре­кращается, как только поперечно распо­ложенное управляющее отверстие плун­жера-распределителя достигает кромки регулирующей втулки (коней впрыски­вания по принципу падения давления) (рис. «Плунжер-распределитель в различных фазах движения» с). С этого момента топливо больше не нагнетается к форсунке, и на­гнетательный клапан закрывает магист­раль. При движении плунжера-распре­делителя к ВМТ топливо направляется во внутреннее пространство ТНВД. В этой фазе впускное отверстие вновь от­крыто. При обратном движении плун­жера поперечно расположенное распре­делительное отверстие закрывается. Ка­мера высокого давления благодаря от­крытой впускной полости снова запол­няется топливом (рис. «Плунжер-распределитель в различных фазах движения» 10d).

 

Нагнетательный клапан

 

Нагнетательный клапан отсекает топлив­ную магистраль высокого давления от ТНВД после окончания фазы нагнетания. При этом обеспечивается четкое завер­шение впрыскивания порции топлива в объеме цикловой подачи. Одновременно в магистрали высокого давления создают­ся стабильные условия для последующего повторного впрыскивания независимо от величины цикловой подачи топлива.

В нагнетательном клапане использу­ется поршень, который открывает канал под давлением топлива и закрывает его под действием возвратной пружины.

 

 

Между фазами подачи топлива плун­жером-распределителем в цилиндр на­гнетательный клапан закрыт. При этом магистраль высокого давления и выпуск­ное отверстие распределителя разделены. Во время подачи топлива поршень 5 на­гнетательного клапана (рис. «Распределитель с нагнетательным клапаном») под дей­ствием высокого давления отходит от своего седла. Минуя кольцевую и про­дольную канавки, топливо проходит че­рез корпус нагнетательного клапана и ма­гистраль высокого давления к форсунке и впрыскивается в камеру сгорания.

Как только завершается подача топ­лива (закрывается управляющее отвер­стие, поперечно расположенное в плун­жере-распределителе), давление в камере высокого давления распределителя сни­жается до уровня внутреннего давления в ТНВД, при этом под действием пружины 4 нагнетательного клапана и давления в магистрали высокого давления поршень клапана прижимается к своему седлу.

 

Нагнетательный клапан с дросселем обратного потока

 

Из-за необходимости точного сброса да­вления в конце впрыскивания возникают волны давления, которые отражаются от нагнетательного клапана и приводят к повторному подъему иглы распылителя или к фазам разрежения в магистрали высокого давления.

Последствиями этих процессов явля­ются подвпрыск топлива с негативным влиянием на уровень эмиссии ОГ или ка­витация потока топлива с последующим износом магистралей или форсунок. Что­бы предотвратить отражение волн давле­ния топлива, на нагнетательном клапане имеется дросселирующее отверстие, ра­ботающее только при обратном движе­нии потока. Дроссель обратного потока состоит из шайбы с обратным клапаном 2 и пружины, поэтому он не оказывает воздействия в направлении подачи топ­лива, а в обратном направлении, наобо­рот, осуществляет демпфирование волн топлива (рис. «Нагнетательный клапан с дросселем обратного потока»).

 

рис. «Нагнетательный клапан с дросселем обратного потока» 1. Корпус нагнета тельного клапана; 2. Шайба с обратным клапаном; 3. Пружина нагнета тельного клапана; 4. Держатель клапана; 5. Стержень клапана; 6. Разгрузочный поршень

рис. «Нагнетательный клапан постоянного давления» 1. Корпус нагнета тельного клапана постоянного давления 2. Втулка с креплением пружины; 3. Пружина нагнета тельного клапана; 4. Поршень нагнета тельного клапана давления; 5. Шариковый клапан постоянного давления; 6. Тарелка пружины; 7. Пружина клапана постоянного давления; 8. Установочная втулка; 9. Держатель клапана; 10. Регулировочная шайба

 

Нагнетательный клапан постоянного давления

 

В быстроходных дизелях с системой непо­средственного впрыска топлива одного нагнетательного клапана зачастую недо­статочно, чтобы на всех режимах надежно предотвращать кавитацию и подвпрыски топлива, а также проникновение газов из камеры сгорания в форсунку. В этом слу­чае используется клапан постоянного да­вления, который разгружает магистраль высокого давления и форсунку, защищая систему от вышеперечисленных эффек­тов. Фактически это односторонний об­ратный клапан, рассчитанный на опреде­ленное, заранее установленное давление, например 60 бар (рис. «Нагнетательный клапан постоянного давления»).

 

Магистрали высокого давления

 

В системе впрыска магистрали высокого давления подбираются для условий бла­гоприятного протекания процессов впрыскивания. При обслуживании они не меняются между собой местами. Ма­гистрали высокого давления соединяют ТНВД с форсунками и прокладываются без лишних изгибов. На автомобильных двигателях магистрали в большинстве случаев крепятся специальными зажима­ми через определенные интервалы. Маги­страли изготавливаются из бесшовных стальных трубок.