Распределительные ТНВД

Распределительные ТНВД

 

Процессы сгорания в дизельном двига­теле зависят в решающей мере от того, как подготовлено топливо системой впрыска. Существенную роль при этом играет ТНВД, создающий давление топ­лива, под которым оно нагнетается че­рез магистрали высокого давления к форсункам и впрыскивается ими в ка­меры сгорания. Для малоразмерных бы­строходных дизелей требуются системы впрыска с высокой мощностью, боль­шой цикличностью, малым весом и ми­нимальным конструктивными размера­ми. Этим требованиям отвечают так на­зываемые распределительные ТНВД, которые при компактном размере объе­диняют в себе топливоподкачивающий насос, ТНВД и регулятор частоты вра­щения коленчатого вала.

 

Область применения распределительных ТНВД

 

Начиная с 1962 г., распределительный ТНВД с аксиальным движением плунже­ра стал постоянно применяться в боль­шинстве систем впрыска дизельного топ­лива, ставившихся на легковые авюмо6или. ТНВД и регулятор постоянно со­вершенствовались, поскольку для сниже­ния расхода топлива и уменьшения эмис­сии отработавших газов было необходимо повышать дав­ление впрыскивания. Между 1962 и 2001 гг. было выпущено в общей сложности свыше 45 млн. распредели­тельных ТНВД. В результате многократно выросло как число их модификаций, так и количество конструктивных вариантов системы впрыска.

При впрыскивании топлива в предва­рительную камеру дизелей с разделенны­ми камерами сгорания распределитель­ные ТНВД с аксиальным движением плунжера развивают давление у форсун­ки до 350 бар (35 МПа). Для двигателей с непосредственным впрыскиванием топ­лива в камеру сгорания используются ТНВД как с аксиально, так и с радиально движущимися плунжерами. Они развива­ют давление до 900 бар (90 МПа) для низ­кооборотных и до 1900 бар (190 МПа) — для быстроходных дизелей. Механическое регулирование работы распределитель­ных ТНВД постепенно уступает место электронному регулированию с электри­ческими исполнительными механизмами. Кроме того, на рынке появились ТНВД с электромагнитным клапаном высокого давления.

Распределительные ТНВД благодаря своей компактной конструкции и всесто­ронней приспосабливаемое™ чаще всего устанавливают на легковые и легкие гру­зовые автомобили стационарные двига­тели, а также на строительные и сельско­хозяйственные машины.

Номинальная мощность, частота вра­щения коленчатого вала и вид конструк­ции дизеля определяют эксплуатацион­ные параметры и комплектацию распре­делительных ТНВД, которые использу­ются в двигателях с числом цилиндров от трех до шести.

Пример HTML-страницы

ТНВД с аксиальным движением плунжера применяются для двигателей мощностью до 30 кВт на цилиндр, с ради­альным движением плунжеров — до 45 кВт на цилиндр.

Распределительные ТНВД смазыва­ются топливом и поэтому практически не требуют обслуживания.

 

Виды конструкций распределительных ТНВД

 

Распределительные ТНВД различаются по способу регулирования, методу управ­ления цикловой подачей и развиваемому ими максимальному давлению (рис. «Виды распределительных ТНВД»).

 

Виды распределительных ТНВД

рис. «Виды распределительных ТНВД»

 

Способ управления цикловой подачей

 

ТНВД с управлением регулирующей кромкой

 

Продолжительность впрыскивания из­меняется регулирующей кромкой, кана­лами ТНВД и подвижной втулкой. Гидра­влическое устройство опережения изме­няет момент начала впрыскивания.

 

ТНВД, управляемые электромагнитным клапаном

 

Электромагнитный клапан высокого дав­ления запирает магистраль высокого дав­ления и определяет, таким образом, мо­мент начала впрыскивания и его продол­жительность. ТНВД с радиальным движе­нием плунжеров управляются только при помощи электромагнитных клапанов.

 

Способ создания высокого давления

 

Распределительные ТНВД модели VE с аксиальным движением плунжера

 

Они создают давление топлива при дви­жении плунжера в направлении, соосном валу привода насоса.

 

Распределительные ТНВД модели VR с радиальным движением плунжеров

 

Они создают давление несколькими плунжерами, движущимися перпендику­лярно оси вала привода ТНВД. В резуль­тате может развиваться гораздо большее давление, чем в первом случае.

 

Способ регулирования

 

Механическое регулирование

 

ТНВД регулируется устройством, состоя­щим из нескольких узлов, включающих ряд рычагов, пружин, мембранных датчиков и т. д.

 

Электронное регулирование

 

Водитель устанавливает желаемые пара­метры (крутящий момент или частоту вращения коленчатого вала) нажатием на педаль газа, что фиксируется специ­альным датчиком. В блок управления за­ложены поле характеристик цикловых подач для пуска, холостого хода и пол­ной нагрузки, характеристика хода педа­ли газа, ограничение по дымности и ха­рактеристика ТНВД. По этим данным и действительному показанию датчика определяется величина управляющего сигнала, поступающего на исполнитель­ный механизм ТНВД. Одновременно учитываются действительное состояние двигателя и условия его эксплуатации (например, угол поворота и частота вра­щения коленчатого вала, давление над­дува, температуры охлаждающей жид­кости, масла системы смазки и воздуха на впуске, скорость автомобиля и т. д.). Учитывая все это, блок управления по­дает команды на исполнительный меха­низм или электромагнитный клапан ТНВД.

Использование системы электронного регулирования работы дизеля в сравне­нии с механической позволяет получить много преимуществ, а именно:

  • Меньшие расход топлива и эмиссию отработавших газов, более высокие мощность и крутящий момент благодаря улучшенному регулированию ве­личины цикловой подачи и более точной установке момента начала впрыскивания;
  • Меньшую частоту вращения колен­чатого вала на холостом ходу и луч­шее регулирование работы допол­нительного оборудования (напри­мер, климатических агрегатов);
  • Лучшее обеспечение комфортно­сти (например, активным демпфи­рованием пульсаций, регулирова­нием равномерности движения и скорости автомобиля);
  • Расширение параметров диагно­стики;
  • Возможность использования до­полнительных управляющих и ре­гулирующих функций (например, управление временем работы све­чей накаливания, рециркуляцией ОГ, давлением наддува, электрон­ной блокировкой торможения ав­томобиля);
  • Цифровой обмен информацией с другими электронными системами (например, системами регулирова­ния сцепления с почвой или управ­ления коробкой передач), что дает возможность интеграции элек­тронной системы управления рабо­той дизеля в общую систему управ­ления автомобилем.

 

Системы с управлением регулирующей кромкой

 

Распределительные ТНВД с механическим регулированием

 

Механическое регулирование применяет­ся только в распределительных ТНВД с ак­сиальным движением плунжера. Преиму­ществами такого решения являются меньшая стоимость изготовления и отно­сительно более простое обслуживание.

Механическое регулирование частоты вращения коленчатого вала достаточно для различных условий эксплуатации и обеспечивает высокое качество смесеоб­разования. Дополнительно подключае­мые узлы обеспечивают необходимое со­гласование момента и величины цикло­вой подачи топлива, впрыскиваемого при различных эксплуатационных состояни­ях двигателя: частоте вращения коленча­того вала, нагрузке на двигатель, темпера туре охлаждающей жидкости, давлении наддува и атмосферном давлении.

 

Система впрыска с распределительным ТНВД модели VEF с механическим регулированием

рис. «Система впрыска с распределительным ТНВД модели VEF с механическим регулированием» 1. Магистраль подвода топлива; 2. Тяга; 3. Педаль газа; 4. Распределительный ТНВД; 5. Электромагнитный остановочный клапан; 6. Магистраль высокого давления; 7. Магистраль обратного слива топлива; 8. Форсунка; 9. Свеча накаливания; 10. Топливный фильтр; 11. Топливный бак; 12. Топливоподкачивающий насос (используется только при магистралях большой протяженности или при большой разнице уровней между баком и ТНВД); 13. Электрический аккумулятор; 14. Замок зажигания (включения свечи накаливания и стартера); 15. Блок управления временем включения свечей накали-вания; 16. Дизель с разделенными камерами сгорания.

 

Пример HTML-страницы

К системе впрыска топлива дизельно­го двигателя (рис. «Система впрыска с распределительным ТНВД модели VEF с механическим регулированием») относятся, наряду с ТНВД 4, топливный бак 11, топливный фильтр 10, топливоподкачивающий на­сос 12, форсунки 8 в сборе и топливные магистрали 1,6 и 7. Важнейшими элемен­тами системы впрыска являются распы­лители в форсунках. Их конструкция су­щественно влияет на процесс впрыски­вания и форму факела распыленного то­плива. Электромагнитный остановочный клапан 5 при обесточенной системе элек­трооборудования прерывает подачу топ­лива в контур высокого давления ТНВД.»

Через педаль 3 газа и тягу 2 водитель воздействует на регулятор ТНВД. Кроме того, с помощью соответствующих меха­низмов может регулироваться частота вращения коленчатого вала на холостом ходу, при максимальной нагрузке и на промежуточных режимах работы дизеля.

Обозначение VEF соответствует мо­дели распределительного ТНВД с центро­бежным регулятором.

 

Распределительные ТНВД с электронным регулированием

 

Электронное регулирование работы ди­зеля по сравнению с механическим пре­дусматривает дополнительные возмож­ности. Благодаря электрическим измере­ниям оно позволяет осуществить гибкую электронную обработку сигналов и со­здание контура регулирования с электри­ческими исполнительными механизма­ми. Дополнительно может учитываться ряд специальных параметров, что невоз­можно при механическом регулирова­нии.

 

Система впрыска с распределительным ТНВД модели VE. EDC и электронным регулированием

рис. «Система впрыска с распределительным ТНВД модели VE. EDC и электронным регулированием» 1. Топливный бак; 2. Топливный фильтр; 3. Распределительный ТНВД с исполнительным электромагнитным механизмом и датчиками; 4. Электромагнитный остановочный клапан; 5. Электромагнитный клапан опережения впрыскивания; 6. Форсунка с датчиком хода иглы (как правило, в первом цилиндре); 7. Штифтовая свеча накаливания; 8. Датчик температуры охлаждающей жидкости; 9. Датчик частоты вращения коленчатого вала; 10. Дизель с непосредственным впрыском топлива; 11. Блок управления работой дизеля; 12. Блок управления временем включения свечей накаливания; 13. Датчик скорости автомобиля; 14. Датчик положения педали газа; 15. Дополнительные элементы регулятора скорости автомобиля; 16. Выключатель свечей накаливания и стартера; 17. Аккумуляторная батарея; 18. Штекер подключения системы диагностики; 19. Датчик температуры воздуха; 20. Датчик давления наддува; 21. Турбонагнетатель; 22. Датчик массового расхода воздуха.

 

На рис. «Система впрыска с распределительным ТНВД модели VE. EDC и электронным регулированием» показаны агрегаты системы впрыска, собранной на основе распреде­лительного ТНВД с аксиальным движе­нием плунжера, работа которой регули­руется электронным блоком управления. В зависимости от вида установки и типа автомобиля отдельные компоненты мо­гут отсутствовать.

Система состоит из четырех элементов:

  • Контур снабжения топливом (маги­страль низкого давления);
  • ТНВД;
  • Электронная система регулирова­ния работы дизеля с системными блоками датчиков, блоком управле­ния и исполнительными механиз­мами;
  • Периферия (например, турбонагне­татель, системы рециркуляции ОГ и управления временем работы свечей накаливания).

 

Исполнительный механизм с элект­ромагнитом на распределительном ТНВД (так называемое управление поворотом) используется вместо механического регу­лятора и узлов привода. Он воздействует на параметры цикловой подачи через вал управления регулирующей втулкой. Как и при механическом регулировании, ве­личина проходного сечения канала пода­чи топлива зависит от положения регули­рующей втулки, которая изменяет также угол опережения впрыскивания. Блок уп­равления в зависимости от заложенных в него характеристик и истинных показа­ний датчиков выдает управляющий сиг­нал для электромагнитного исполнитель­ного механизма на ТНВД.

Датчик угла поворота исполнитель­ного механизма (например, полудифференциальный короткозамкнутый кольце­вой датчик) с помощью блока управле­ния также определяет положение регули­рующей втулки.

Зависимое от частоты вращения внут­реннее давление в ТНВД через электро­магнитный клапан управляет муфтой опережения впрыскивания, которая из­меняет момент начала впрыскивания.

 

Системы управления с электромагнитным клапаном

 

Системы управления с электромагнит­ным клапаном обеспечивают большую гибкость при дозировании топлива и из­менении момента начала впрыскивания, чем системы с управлением регулирую­щей кромкой. Они делают возможными также предварительное впрыскивание для уменьшения шума и коррекцию рав­номерности цикловой подачи по цилинд­рам.

 

Схема использования в дизелях распределительных ТНВД, управляемых электромагнитным клапаном
 

рис. «Схема использования в дизелях распределительных ТНВД, управляемых электромагнитным клапаном»

 

Подобные системы состоят из четырех элементов (рис. «Схема использования в дизелях распределительных ТНВД, управляемых электромагнитным клапаном»):

  • Контура снабжения топливом (ма­гистрали низкого давления);
  • Контура высокого давления со все­ми компонентами системы впры­ска;
  • Контура электронного регулирова­ния работы дизеля с системными блоками датчиков, блоком управле­ния и исполнительными механиз­мами;
  • Систем управления подачей возду­ха, нейтрализации вредных ве­ществ в отработавших газах и их рециркуляции.

 

Конфигурация блока управления

 

Разделенные блоки управления

 

Системы первых выпусков с распредели­тельными ТНВД, управляемыми элект­ромагнитным клапаном (VE..MV [VP 30], VR [VP 44] для дизелей с непосредст­венным впрыском топлива и VE..MV [VP 29] для дизелей с разделенными камера­ми сгорания), требовали наличия двух блоков управления — для самого двига­теля и для ТНВД. Это разделение имело две причины: во-первых, предотвращал­ся перегрев некоторых электронных кон­структивных элементов в непосредст­венной близости от ТНВД и двигателя, а во-вторых, благодаря малой длине элект­рических проводов, шедших к электро­магнитному клапану, исключалось влия­ние помех от импульсов больших токов (до 20 А).

 

Пример системы впрыска иа базе распределительного ТНВД с радиальным движением плунжеров и электромагнитным клапаном. Блоки управления двигателем и ТНВД разделены

рис. «Пример системы впрыска на базе распределительного ТНВД с радиальным движением плунжеров и электромагнитным клапаном. Блоки управления двигателем и ТНВД разделены» 1. Блок управления двигателем; 2. Блок управления временем включения свечей накаливания; 3. Топливный фильтр; 4. Датчик массового расхода воздуха; 5. Форсунка; 6. Штифтовая свеча накаливания; 7. Распределительный ТНВД с радиальными плунжерами VP 44 и блок управления PSG 5; 8. Генератор; 9. Датчик температуры охлаждающей жидкости; 10. Датчик частоты вращения коленчатого вала; 11. Датчик хода падали газа.

 

Блок управления ТНВД получает им­пульсный сигнал тока малой силы от датчиков угла поворота коленчатого ва­ла и температуры топлива и регулирует момент начала впрыскивания. Блок уп­равления двигателем обрабатывает сиг­налы от всех внешних датчиков и фор­мирует сигналы управления работой ТНВД.

Эти блоки управления сегодня объедине­ны в бортовой контроллер связи (CAN).

 

Совмещенный блок управления

 

Использование термостойких печатных плат в настоящее время позволило совместить блоки управления двигателем и си­стемой впрыска. Управление распредели­тельными ТНВД второго поколения с по­мощью электромагнитных клапанов по­зволяет использовать совмещенный блок управления существенно меньших габа­ритов.

 

Нейтрализация вредных веществ в отработавших газах

 

Существуют различные способы сниже­ния уровня эмиссии отработавших газов. К ним относятся рециркуляция отработавших газов, формирование опти­мального протекания процесса впрыски­вания (например, организация предвари­тельного впрыскивания) и повышение давления впрыскивания.

Чтобы выполнять становящиеся все бо­лее жесткими нормы эмиссии отработавших газов, для многих автомобилей приходится приме­нять систему нейтрализации вредных ве­ществ в отработавших газах. К настояще­му времени для решения этой задачи соз­даны различные системы, и обсуждается, какие из них будут применяться в даль­нейшем. Важнейшие из этих систем опи­саны далее.

 

Схема системы

 

На рис. «Система впрыска дизеля с распределительным ТНВД модели VP 44 с управлением электромагнитным клапаном и единым блоком управления PSG 16 для двигателя и ТНВД» показан пример общей схемы управления системой впрыска для четы­рехцилиндрового дизеля с непосредственным впрыском топлива в камеру сго­рания, включая различные компоненты системы. Управление распределительным радиальным ТНВД модели VR осуществ­ляется единым блоком управления двига­телем и ТНВД. В зависимости от комплек­тации и типа автомобиля некоторые узлы могут не применяться. Чтобы получить более наглядное представление о системе, датчики и элементы исполнительных ме­ханизмов (А) расположены на схеме не на своих конструктивных местах, а собраны в единую группу. Исключение составляет датчик 21 хода иглы форсунки.

 

Система впрыска дизеля с распределительным ТНВД модели VP 44 с управлением электромагнитным клапаном и единым блоком управления PSG 16 для двигателя и ТНВД

рис. «Система впрыска дизеля с распределительным ТНВД модели VP 44 с управлением электромагнитным клапаном и единым блоком управления PSG 16 для двигателя и ТНВД»   Двигатель блок управления двигателем и ТНВД и узлы контура высокого давления системы впрыска: 16. Привод ТНВД; 17. Единый блок PSG 16 управления двигателем и ТНВД; 18. Распределительный ТНВД  модели VP 44; 21. Датчик хода иглы форсунки (первый цилиндр); 22. Штифтовая свеча накаливания; 23. Дизель с непосредственным впрыском топлива; М — крутящий момент.  А — датчики и исполнительные механизмы 1. Датчик хода педали газа; 2. Механизм выключения сцепления; 3. Контакты тормозных колодок (2); 4. Элементы регулятора скорости автомобиля; 5. Выключатель свечей накаливания и стартера; 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 наддува; 11. Пленочный датчик массового расхода воздуха на впуске.  В — приборы 12. Комбинированная панель приборов с отображением сигналов по расходу топлива, частоте вращения и т. п.; 13. Кондиционер с системой управления; 14. Диагностический монитор; 15. Блок управления временем включения свечей на наливания CAN (Controller Area Network) — бортовой контроллер связи.  С — система подачи топлива (контур низкого давления): 19. Топливный фильтр с перепускным клапаном; 20. Топливный бак с фильтром грубой очистки и топливоподкачивающим насосом (только при магистра лях большой протяженности или большой разнице между уровнями топливного бака и ТНВД).  Д — система подачи воздуха: 24. Механизм подачи ОГ с клапаном рециркуляции ОГ; 25. Вакуумный насос; 26. Регулирующая заслонка; 27. Турбонагнетатель (здесь с изменяемой геометрией турбины); 28. Исполнительный механизм изменения давления наддува. Е — система нейтрализации вредных веществ в ОГ: 29. Нейтрализатор вредных веществ в ОГ.

 

Благодаря использованию бортового контроллера связи CAN, помещенного в группу «приборы» (В), стал возможен об­мен данными между такими различными системами и агрегатами, как:

Пример HTML-страницы
  • Стартер;
  • Генератор;
  • Система электронной остановки ав­томобиля;
  • Система управления автоматиче­ской коробкой передач;
  • Противобуксовочная система;
  • Электронная программа стабилиза­ции.

 

Пример HTML-страницы

Панель приборов 12 и кондиционер 13 могут быть также подключены через бор­товой контроллер связи.

 

Пример HTML-страницы

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *