Для уменьшения уровня эмиссии отработавших газов на дизелях грузовых автомобилей постоянно повышается давление впрыскивании и оптимизируется его начало. Решение этих проблем привело к созданию так называемых ТНВД с регулирующей втулкой (рис. «Рядный ТНВД с дополнительной втулкой (внешний вид и частичный разрез)»). Они могут, наряду с величиной цикловой подачи, изменять момент начала впрыскивания независимо от частоты вращения коленчатого вала.
Такие ТНВД по сравнению со стандартными имеют дополнительную степень свободы, а их работа регулируется только электроникой.
ТНВД с дополнительной втулкой является частью электронной системы управления работой дизеля, где момент начала впрыскивания к его продолжительность могут свободно программироваться в зависимости от влияния различных параметров. Этот тип управления позволяет:
- Уменьшить уровень эмиссии отработавших газов;
- Оптимизировать расход топлива при всех эксплуатационных условиях;
- Точно отмерять величину подачи топлива;
- Существенно улучшать условия пуска и особенно прогрева двигателя.
рис. «Рядный ТНВД с дополнительной втулкой (внешний вид и частичный разрез)» 1. Гильза плунжера; 2. Дополнительная втулка; 3. Рейна ТНВД; 4. Плунжер; 5. Кулачковый вал с конусом привода; 6. Исполнительный механизм начала подачи; 7. Валик установки дополнительной втулки; 8. Исполнительный механизм изменения хода рейки ТНВД; 9. Датчик хода рейки ТНВД; 10. Штекер соединения с блоком управления; 11. Шайба блокировки начала подачи и детали помпы откачки масла; 12. Топливоподкачивающий насос.
В данном случае отсутствует жесткая муфта опережения впрыскивания, устанавливаемая перед ТНВД и требующая большого крутящего момента.
Рядный ТНВД с дополнительной втулкой существует в двух конструктивных исполнениях:
- Н1 — для шести- и восьмицилиндровых двигателей с давлением у форсунки до 1300 бар;
- Н1000 — для пяти-, шести- и восьмицилиндровых двигателей с давлением у форсунки до 1350 бар, с большими цикловыми подачами и более высоким расходом топлива.
Конструкция и принцип действия рядного ТНВД с дополнительной втулкой
рис. «Механика системы перестановки дополнительной втулки» 1. Плунжер; 2. «Окно» для дополнительной втулки; 3. Распределительное отверстие; 4. Дополнительная втулка; 5. Рейка ТНВД; 6. Валик установки положения дополнительной втулки.
Рассматриваемые агрегаты конструктивно отличаются от традиционных рядных ТНВД наличием скользящей по плунжеру дополнительной втулки 4 (рис. «Механика системы перестановки дополнительной втулки»). В остальном устройство ТНВД остается неизменным.
Дополнительная втулка, которая перемешается вверх или вниз в «окне» 2 гильзы по плунжеру 1, делает возможным изменение момента начала подачи и момента начала впрыскивания. С помощью электроники появляется возможность ввести дополнительную (в сравнении со стандартным ТНВД) коррекцию регулирования работы дизеля.
Дополнительная втулка, установленная на каждом плунжере, имеет соответствующее распределительное отверстие 3. Валик 6 установки положения этих втулок с управляющими рычагами, которые связаны со втулками, смещает все втулки одновременно.
В зависимости от положения регулирующих кромок (выше или ниже) подача топлива устанавливается соответственно позже или раньше относительно оси кулачка. Кроме того, как и в стандартных ТНВД, цикловая подача дозируется традиционным методом поворота регулирующей кромки.
Момент начала подачи топлива
Как только плунжер 7 (рис. «Различные фазы хода плунжера в рядном ТНВД с дополнительной втулкой» Ь) при своем движении вверх пройдет участок предварительного хода h1, нижняя часть дополнительной втулки 4 запирает распределительное отверстие 6 в плунжере. В результате давление над плунжером повышается и начинается подача топлива к форсунке.
рис. «Различные фазы хода плунжера в рядном ТНВД с дополнительной втулкой» a — НМТ плунжера; Ь — начало подачи топлива; с — завершение подачи топлива; d — ВМТ плунжера. 1. Нагнетательный клапан; 2. Камера высокого давления; 3. Втулка плунжера; 4. Дополнительная втулка; 5. Регулирующая кромка плунжере; 6. Распределительное отверстие в плунжере; 7. Плунжер; 8. Пружина плунжера; 9. Роликовый толкатель; 10. Кулачок; 11. Управляющее отверстие. h1 — предварительный ход; h2 — полезный ход h3 — холостой ход.
Изменение момента начала подачи и, вместе с тем, момента начала впрыскивания происходит путем сдвига дополнительной втулки вдоль плунжера. Т.е. смещение ближе к RMT плунжера означает увеличение величины предварительного хода и, следовательно, более позднее начало подачи. Смещение ближе к НМТ плунжера означает меньшую величину предварительного хода и более раннее начало подачи.
В соответствии с применяемой формой кулачка изменяются скорость и закон подачи топлива (теоретическое количество подаваемого топлива на градус поворота кулачкового вала) или, соответственно, закон давления впрыскивания.
Завершение подачи топлива
После завершения рабочего хода плунжера происходит совпадение его регулирующей кромки 5 с распределительным отверстием во втулке (рис. «Различные фазы хода плунжера в рядном ТНВД с дополнительной втулкой» с) и подача топлива прекращается. При повороте плунжера с помощью рейки ТНВД можно варьировать момент окончания подачи и устанавливать, как на обычных ТНВД, требуемую ее величину.
Электронное регулирование
По параметрам, описанным в статье «Электронное регулирование работы дизеля», для датчиков и исполнительных механизмов можно определить требуемую комплектацию ТНВД. В соответствии с этим на исполнительные механизмы 1 и 4 (рис. «Рядный ТНВД модели Н1 (RP 43) с дополнительной втулкой и блоком управления») подаются электрические сигналы для изменения в ТИВД момента начала подачи и ее величины.
рис. «Рядный ТНВД модели Н1 (RP 43) с дополнительной втулкой и блоком управления» 1. Исполнительный механизм изменения момента начала подачи; 2. Возвратная пружина; 3. Датчик хода рейки ТНВД; 4. Исполнительный механизм изменения хода рейки ТНВД (изменение величины цикловой подачи); 5. Блок управления; 6. Подсоединение к приводу от двигателя; 7. Кулачковый вал ТНВД; 8. Дополнительная втулка; 9. Плунжер; 10. Нагнетательный клапан.
Регулирование момента начала подачи
Установка момента начала подачи осуществляется с помощью замкнутого контура регулирования. Датчик подъема иглы форсунки (как правило, на первом цилиндре) подает на блок управления сигнал о действительном моменте начала впрыскивания. С учетом положения коленчатого вала определяется действительное значение угла начала впрыскивания, которое сравнивается с требуемой величиной. Регулированием силы тока осуществляется установка нужного момента начала подачи топлива.
Исполнительный механизм изменения момента начала подачи топлива выполнен структурно-стабильным (т. е. работающим однозначным образом), что позволяет отказаться от специального датчика хода. Структурная стабильность означает, что усилие электромагнитного привода и сила действия пружины всегда имеют общую точку пересечения, т. е. путь якоря электромагнита пропорционален силе возникающего электрического тока. Это равносильно окончанию процесса регулирования для системы с обратной связью.
Регулирование величины цикловой подачи
Величины требуемых цикловых подач, определяемые блоком управления, реализуются с помощью контура регулирования положения рейки ТНВД: блок управления регулирует перемещение рейки с учетом сигнала, получаемого от датчика 3 хода рейки (рис. «Рядный ТНВД модели Н1 (RP 43) с дополнительной втулкой и блоком управления»), который подает информацию о действительном ее положении.
Блок управления многократно определяет силу тока для управляющего сигнала исполнительного механизма, согласовывая тем самым его требуемое и действительное значения (замкнутый контур регулирования).
Из соображений безопасности при обесточивании исполнительного механизма измерения хода рейки ТНВД возвратная пружина 2 приводит рейку ТНВД в положение «Стоп».
