Система впрыска насос-форсунками, устройство и принцип действия насос-форсунки

Главная  » Система впрыска  » Система впрыска насос-форсунками

Система впрыска насос-форсунками является современной системой впрыска топлива дизельных двигателей. В отличии от системы впрыска Common Rail в данной системе функции создания высокого давления и впрыска топлива объединены в одном устройстве – насос-форсунке. Собственно насос-форсунка и составляет одноименную систему впрыска.

Применение насос-форсунок позволяет повысить мощность двигателя, снизить расход топлива, выбросы вредных веществ, а также уровень шума.

В системе на каждый цилиндр двигателя приходится своя форсунка. Привод насос-форсунки осуществляется от распределительного вала, на котором имеются соответствующие кулачки. Усилие от кулачков передается через коромысло непосредственно к насос-форсунке.

Устройство насос-форсунки

Конструкция насос-форсунки включает плунжер, клапан управления, запорный поршень, обратный клапан и иглу распылителя.

Плунжер служит для создания давления топлива. Поступательное движение плунжера осуществляется за счет вращения кулачков распределительного вала, возвратное – за счет плунжерной пружины.

Клапан управления предназначен для управления впрыском топлива. В зависимости от привода различают электромагнитный и пьезоэлектрический клапаны. Пьезоэлектрический клапан пришел на смену электромагнитному клапану. Пьезоэлектрический клапан обладает большим быстродействием. Основным конструктивным элементом клапана является игла клапана.

Пружина форсунки обеспечивает посадку иглы распылителя на седло. Усилие пружины при необходимости поддерживается давлением топлива. Данная функция реализуется с помощью запорного поршня и обратного клапана. Игла распылителя предназначена для обеспечения непосредственного впрыска топлива в камеру сгорания.

Управление насос-форсунками осуществляет система управления двигателем. Блок управления двигателем на основании сигналов датчиков управляет клапаном насос-форсунки.

Принцип действия насос-форсунки

Конструкция насос-форсунки обеспечивает оптимальное и эффективное образование топливно-воздушной смеси. Для этого в процессе впрыска топлива предусмотрены следующие фазы:

• предварительный впрыск;
• основной впрыск;
• дополнительный впрыск.

Предварительный впрыск производится для достижения плавности сгорания смеси при основном впрыске. Основной впрыск обеспечивает качественное смесеобразование на различных режимах работы двигателя. Дополнительный впрыск осуществляется для регенерации (очистки от накопленной сажи) сажевого фильтра.

Работа насос-форсунки осуществляется следующим образом. Кулачек распределительного вала через коромысло перемещает плунжер вниз. Топливо перетекает по каналам форсунки. При закрытии клапана происходит отсечка топлива. Давление топлива начинает расти. При достижении давления 13 МПа игла распылителя, преодолевая усилие пружины, поднимается и происходит предварительный впрыск топлива.

Предварительный впрыск топлива прекращается при открытии клапана. Топливо переливается в питающую магистраль. Давление топлива снижается. В зависимости от режимов работы двигателя может осуществляться один или два предварительных впрыска топлива.

Основной впрыск производится при дальнейшем движении плунжера вниз. Клапан снова закрывается. Давление топлива начинает расти. При достижении давления 30 МПа, игла распылителя, преодолевая усилие пружины и давление топлива, поднимается и происходит основной впрыск топлива.

Чем выше давление, тем больше количества топлива сжимается и соответственно больше впрыскивается в камеру сгорания двигателя. При максимальном давлении 220 МПа впрыскивается наибольшее количество топлива, тем самым обеспечивается максимальная мощность двигателя.

Основной впрыск топлива завершается при открытии клапана. При этом падает давление топлива и закрывается игла распылителя.

Дополнительный впрыск выполняется при дальнейшем движении плунжера вниз.

Принцип действия насос-форсунки при дополнительном впрыске аналогичен основному впрыску. Обычно производится два дополнительных впрыска топлива.

 

 

Устройство и принцип действия системы с насос форсунками

Как уже говорит само название, насос-форсунка представляет собой впрыскивающий насос с узлом управления и форсунку в едином узле.

На каждый цилиндр двигателя приходится по насос-форсунке. Поэтому отсутствуют топливопроводы высокого давления, которые имеются на двигателе с ТНВД.

Как и ТНВД с форсунками, система впрыска с насос-форсунками выполняет следующие функции:

• создает высокое давления для впрыска топлива
• впрыскивает определенное количество топлива в определенный момент

Местонахождение:

Насос-форсунки расположены непосредственно в головке блока.

Крепление:

Насос-форсунки крепятся в головке блока. При установке насос-форсунок необходимо следить за правильным положением их.
Если насос-форсунка не стоит под прямым углом к головке блока, может ослабнуть крепежный болт. Вследствие этого возможно
повреждение как насос-форсунки, так и головки блока.

Устройство насос-форсунки

Привод

На распределительном валу имеется четыре кулачка для привода насос-форсунок. Посредством коромысел усилие передается на плунжеры насос форсунок.

Требования к процессам смесеобразования и сгорания

Обязательным условием эффективного сгорания является хорошее смесеобразование. Для этого топливо должно подаваться в цилиндр в нужном количестве, в нужный момент и под высоким давлением. Уже при незначительных отклонениях от требуемых параметров распыления топлива отмечается увеличение содержания вредных веществ в отработавших газах, повышение шумности процесса сгорания и увеличение расхода топлива.

Важным моментом для процесса сгорания в дизельном двигателе является малая величина задержки самовоспламенения. Задержка самовоспламенения представляет собой промежуток времени между началом впрыска топлива и началом повышения давления в камере сгорания. Если в этот временной промежуток подается большое количество
топлива, то это ведет к резкому повышению давления в камере сгорания и, тем самым, к увеличению уровня шума процесса сгорания.

Предварительный впрыск

Для достижения максимально возможной плавности протекания процесса сгорания перед основным впрыском осуществляется
предварительный впрыск малого количества топлива под небольшим давлением. Благодаря сгоранию этого малого количества топлива в камере сгорания повышаются давление и температура. Вследствие этого происходит ускоренное самовоспламенение топлива, поданного в ходе основного впрыска. Предварительный впрыск и наличие паузы между предварительным и основным впрыском способствует тому, что давление в камере сгорания повышается не скачкообразно, а относительно равномерно.

Вследствие этого достигается снижение шумности процесса сгорания и уменьшение эмиссии окислов азота.

Основной впрыск

При основном впрыске необходимо достичь хорошего смесеобразования для возможно полного сгорания топлива. Благодаря высокому давлению впрыска достигается очень тонкий распыл топлива, что позволяет получить весьма равномерную смесь топлива и воздуха. Полное сгорание топлива обеспечивает уменьшение выброса вредных веществ и повышение мощности двигателя.

Конец впрыска топлива

Для хорошей работы двигателя важно, чтобы в конце процесса впрыска давление впрыска резко упало, а игла распылителя быстро
возвратилась в исходное положение. При этом предотвращается попадание топлива в камеру сгорания под низким давлением и с
плохим распылом. Такое топливо сгорает не полностью, что ведет к увеличению токсичности выхлопа.

Процесс впрыска топлива, обеспечиваемой системой впрыска с применением насос- форсунок, с уменьшенным давлением при
предварительном впрыске, повышенном давлении и быстром протекании процесса основного впрыска способствует улучшению
показателей работы двигателя.

Заполнение камеры высокого давления

При процессе заполнения камеры высокого давления плунжер под действием пружины движется кверху, что ведет к увеличению объема камеры. Электромагнитный клапан управления насос-форсункой бездействует. Игла клапана находится в положении, открывающем путь топливу из питающей магистрали в камеру высокого давления. Топливо под давлением поступает из питающей магистрали в камеру высокого давления. 

Процесс впрыска

Начало предварительного впрыска

Кулачок распределительного вала через коромысло поджимает плунжер книзу; плунжер, в свою очередь, отжимает топливо из камеры
высокого давления в питающую магистраль. Протекание процесса впрыска топлива происходит под управлением блока управления
двигателя через электромагнитный клапан. По сигналу от блока управления двигателем игла электромагнитного клапана прижимается
к седлу, перекрывая путь топливу из камеры высокого давления в питающую магистраль. Вследствие этого происходит повышение

давления в камере. Когда давление достигает 180 бар, оно становится выше, чем усилие пружины распылителя. Игла
распылителя приподнимается, и начинается предварительный впрыск.

Начало предварительного впрыска
Демпфирование хода иглы распылителя

В процессе предварительного впрыска ход иглы распылителя демпфируется гидравлическим буфером, что дает возможность точно дозировать количество впрыскиваемого топлива.

Это происходит таким образом:
на первой трети хода ничто не мешает ходу иглы. При этом в камеру сгорания предварительно впрыскивается топливо

Как только демпферный клапан начнет перемещаться по сверлению корпуса распылителя, топливо над иглой распылителя сможет поступать под давлением в зону размещения пружины только через зазор снизу демпферного клапана. Вследствие этого возникает
гидравлический буфер, который ограничивает ход иглы распылителя при предварительном впрыске.

Процесс впрыска

Конец предварительного впрыска

Непосредственно после открытия иглы форсунки заканчивается предварительный впрыск. Под действием увеличивающегося
давления перепускной клапан движется книзу, тем самым увеличивая объем камеры высокого давления. Вследствие этого давление
на короткое время падает, и игла форсунки закрывается. Предварительный впрыск закончился. Вследствие движения книзу перепускного клапана пружина распылителя сжимается сильнее. Поэтому для повторного открытия иглы форсунки при последующем основном впрыске необходимо давление топлива больше, чем при предварительном впрыске.

Процесс впрыска

Начало основного впрыска

Вскоре после запирания иглы распылителя давление в камере высокого давления опять поднимается. Электромагнитный клапан закрыт, и поршень насос-форсунки движется вниз. Когда давление достигает примерно 300 бар, оно становится больше, чем давление

пружины распылителя. Игла распылителя снова поднимается, и в камеру сгорания впрыскивается основная порция топлива.
Давление при этом поднимается до 2050 бар, поскольку в камере высокого давления сжимается больше топлива, чем может его выйти
через распылитель. При достижении двигателем максимальной мощности, а также при наибольшем крутящем моменте и одновременно
самым большом количестве впрыскиваемого топлива давление максимально.

Процесс впрыска

Конец основного впрыска

Конец впрыска наступает, когда с блока управления двигателя перестает поступать сигнал на электромагнитный клапан.
При этом игла клапана под действием пружины отходит от седла, и сжимаемое плунжером топливо может поступать в питающую
магистраль. Давление топлива падает. Игла распылителя закрывается, и перепускной клапан под действием пружины распылителя
возвращается в исходное положение. Основной впрыск закончился. 

Схема топливного контура

Топливо засасывается механическим топливным насосом через фильтр из топливного бака и подается по питающей магистрали в головке блока к насос-форсункам. Избыточное топливо подается обратно в топливный бак через сливную магистраль в головке блока, датчик температуры топлива и охладитель топлива.

1. Охладитель топлива охлаждает сливаемое топливо для предупреждения попадания в топливный бак слишком горячего топлива.
2. Датчик температуры топлива определяет температуру топлива в сливной магистрали и посылает соответствующий сигнал блоку управления двигателю
3. Ограничительный клапан поддерживает давление в сливной магистрали на уровне 1 бар. Благодаря этому достигается постоянство давления топлива на игле электромагнитного клапана.
4. Байпас Если в топливной системе имеется воздух, к примеру при выработанном топливном баке, ограничительный клапан остается закрытым. Воздух выжимается поступающим топливом из системы
5. Головка блока
6. Магистрали. Через дроссельное отверстие отводятся пары топлива, которые могут быть в питающей магистрали
7. Топливный насос подает топливо из топливного бака через фильтр к насос-форсункам
8. Сетка-фильтр улавливает пузырьки воздуха и газа в питающей магистрали. Затем они отводятся через дроссельное отверстие и сливную магистраль
9. Ограничительный клапан регулирует давление топлива в питающей магистрали. При давлении топлива более 7,5 бар клапан открывается, и топливо направляется в зону всасывания топливного насоса
10. Обратный клапан предотвращает слив топлива от топливного насоса в топливный бак при остановке двигателя (давление открытия топлива 0,2 бар)
11. Топливный фильтр защищает топливный контур от загрязнения и попадания в него инородных частиц и воды
12. Топливный бак

Топливный насос расположен непосредственно за вакуумным насосом на головке блока цилиндров. Топливный насос подает топливо из бака к насос- форсункам. Оба насоса имеют общий привод от распределительного вала и поэтому обозначаются как единый тандемный насос.

Принцип работы ТНВД в дизельном двигателе

В обычных дизельных двигателях имеется два типа ТНВД: линейный насос и распределительный насос.

Мы обсуждали разницу между двумя типами насосов в предыдущей статье, вы можете получить доступ к этим 3 типам ТНВД в дизельных двигателях.

В этой статье мы подробно обсудим рядный ТНВД.

Как это работает? какие компоненты? мы все это обсудим.

Определение встроенного впрыскивающего насоса

Рядный впрыскивающий насос — это насос высокого давления на дизельном двигателе, который используется для повышения давления дизельного топлива до 18 000 фунтов на квадратный дюйм по отдельности.

То есть каждая форсунка будет обслуживаться плунжерным блоком.

Можно сказать, что в 4-цилиндровом дизельном двигателе 4 форсунки и 4 плунжера.

Основная характеристика рядного ТНВД заключается в конфигурации каждого плунжера. Каждый плунжер расположен на одной линии над насосом распределительного вала.

Отсюда и происходит название встроенный насос. Помимо того, что он называется встроенным насосом, этот тип также известен как индивидуальный насос, потому что, как объяснялось выше, в этом типе используется один плунжер для каждого цилиндра.

Основной компонент рядного ТНВД

Рядный ТНВД состоит из 5 основных компонентов,

• Насос распределительного вала
• Плунжер
• Топливная бочка
• Подача топлива
• Рейка и шестерня

Насос распределительного вала используется для привода плунжера с целью нагнетания топлива. В то время как топливная бочка — это место для хранения топлива, которое будет прижиматься к форсунке.

Это конфигурация, плунжер расположен над распределительным валом, а топливный бак расположен над плунжером.

Реечный механизм — механизм для регулирования количества топлива в топливной бочке. Этот механизм будет регулировать обороты дизельного двигателя.

Топливопроводы — люк входа топлива, имеется три топливопровода
входная подача, используемая как вход топлива из бака в насос
выходная подача, используемая как выход топлива к форсунке в условиях высокого давления
обратная подача, используемая для слива остатка топлива, не пропрессованного в форсунку

А как это работает?

1. Внешний механизм ТНВД

Как правило, имеется мини-насос, который используется для перекачки топлива из бака в ТНВД. Этот насос работает механически, то есть приводится в движение коленчатым валом двигателя.

Итак, чтобы запустить подачу топлива, нам нужно запустить двигатель.

Когда коленчатый вал вращается, мини-насос подает дизельное топливо из бака в ТНВД через впускной патрубок. Из входной подачи топливо непосредственно заполняет топливную бочку, и она готова к прессованию.

2. Механизм ТНВД

Распределительный вал насоса соединен с коленчатым валом двигателя, так что, когда двигатель прокручивается автоматически, распределительный вал насоса вращается.

Это вращение будет перемещать плунжер, так что плунжер выдавливается вверх, в результате чего топливо, уже находящееся в топливной бочке, выдавливается под высоким давлением и поступает в форсунку.

Когда кулачок заканчивает нажимать на плунжер, плунжер возвращается в нижнее положение. Это снова откроет камеру топливного бака, так что топливо из впускного отверстия будет напрямую заполнять топливный бак.

3. Механизм регулировки оборотов двигателя

Регулировка оборотов двигателя на обычном дизеле осуществляется путем регулировки количества топлива, впрыскиваемого форсункой.

В этом случае управление находится в топливной бочке. Насколько количество топлива в топливной бочке при ее нажатии повлияет на обороты двигателя.

это задача зубчатой ​​рейки. Эти два компонента будут регулировать количество топлива в топливной бочке, регулируя сброс топлива через обратную подачу.

Количество топлива меньше (низкие обороты)

Количество топлива больше (высокие обороты)

Итак, между плунжером имеется топливный тракт от топливной бочки, ведущий к обратке.

Эта траектория сделана с определенным наклоном, так что при повороте плунжера угол влияет на количество топлива, содержащегося в топливной бочке

Для наглядности вы можете увидеть картинку (вид сбоку)

а. при низких оборотах

Количество нагнетаемого топлива меньше, поэтому угол плунжера виден на картинке.

2. при высоких оборотах

Количество нагнетаемого топлива больше, поэтому угол плунжера виден на картинке.

Рядный ТНВД (дизель)

Рядный ТНВД (дизель)

Рядные ТНВД Bosch были впервые представлены в 1927 году. С момента своего появления они поддерживали работу бесчисленного количества дизельных двигателей. Рядные насосы по-прежнему широко используются в большом количестве дизельных двигателей, в основном из-за их долговечности и простоты обслуживания.

Требования:

Топливный насос предназначен для подачи топлива в двигатель под определенным давлением. Насос создает давление и подает топливо в нужном количестве в нужное время. Топливо под давлением подается к форсунке по линии высокого давления. Форсунка впрыскивает топливо внутрь камеры сгорания. Существуют различные требования, которым должны соответствовать линейные насосы, такие как:

• Время и продолжительность впрыска топлива


• Общий объем впрыскиваемого топлива


• Количество создаваемого давления

КОНСТРУКЦИЯ:

Рядная система впрыска топлива состоит из следующих компонентов:

• Топливный бак


• Питающий насос для подачи топлива из топливного бака в насос высокого давления через фильтр


• Линейный насос высокого давления для повышения давления топлива


• Форсунки для впрыска топлива внутрь камеры сгорания


• Регулятор для изменения количества топлива на различных скоростях (обычно регулятор RSV)

Рядные насосы могут иметь комплект от 2 до 12 цилиндров. Применяется в различных коммерческих автомобилях, сельскохозяйственной и строительной технике. Максимальное давление впрыска может варьироваться от 400 бар до 1350 бар в зависимости от конструкции насоса.

Конструкция рядного насоса:

Это алюминиевый корпус с внутренним распределительным валом. Распределительный вал приводится в действие через синхронизирующее устройство или непосредственно от двигателя. Распредвал рядного насоса вращается с той же скоростью, что и распредвал двигателя (т.е. скорость распредвала вдвое меньше скорости коленвала).

Роликовые толкатели установлены над выступами кулачка. Количество роликовых толкателей равно количеству цилиндров. Над каждым роликовым толкателем расположены возвратные пружины плунжера, помогающие плунжерам возвращаться в нижнюю мертвую точку (НМТ) после каждого хода. Плунжер направляется внутрь ствола, где топливо находится под давлением. Плунжер имеет вертикальную канавку и спиральную канавку, которые помогают изменять количество топлива. Плунжер и цилиндр вместе называются плунжерно-цилиндрическим узлом.

Нагнетательные клапаны установлены между узлом цилиндра и плунжера и держателем нагнетательного клапана. В случае такта нагнетания конус нагнетательного клапана приподнимается над седлом клапана благодаря высокому давлению, создаваемому в цилиндре. Конус нагнетательного клапана прижимается к пружине, предусмотренной в держателе нагнетательного клапана. Топливо выходит через держатель к форсунке по топливопроводу.

РАБОЧАЯ:

Схема топливной системы состоит из питательного насоса, который всасывает топливо из топливного бака, а затем подает его к рядному насосу высокого давления при низком давлении. Распределительный вал снабжен отдельным кулачком, который приводит в движение подающий насос. Затем дизельное топливо направляется на фильтр для удаления нежелательных примесей, таких как пыль, частицы коррозии, вода и т. д.

Топливо поступает в топливную магистраль, предусмотренную в рядном насосе. Топливная магистраль напрямую связана с впускными отверстиями для топлива в цилиндрах всех цилиндров.

Plunger stroke phases:

The position of the plunger results in various functions:

Intake Phase

Preliminary Phase

Фаза по доставке

. стволы открыты и топливо поступает в ствол. Эта фаза называется фазой всасывания.

Предварительная фаза: Когда плунжер начинает движение к верхней мертвой точке (ВМТ), он закрывает впускное отверстие для топлива, и это называется предварительной фазой. Теперь топливо находится внутри ствола.

Фаза доставки:  Когда плунжер продолжает двигаться дальше к ВМТ, захваченное топливо сжимается. Это увеличивает давление внутри узла ствола и плунжера, и конус нагнетательного клапана поднимается со своего седла, позволяя топливу под давлением выходить через держатель нагнетательного клапана.

Вариант подачи топлива:

Количество топлива может варьироваться в зависимости от положения вертикальных и винтовых канавок. Положение этих канавок можно варьировать с помощью рейки управления и узла управляющей втулки.

Втулка управления находится в зацеплении со стойкой управления. Поступательное движение рейки управления преобразуется управляющей втулкой во вращательное движение. Плунжер сидит в канавке втулки, поэтому плунжер вращается вместе с втулкой.

Zero Delivery

Low Speed ​​Delivery

Высокоскоростная доставка

• Zero Zero Deloge Hoper: . Доставка in Grader: . . В этом положении напорная камера в стволе напрямую связана с топливной галереей на всем протяжении хода от НМТ до ВМТ. Таким образом, топливо в стволе уходит обратно в топливную галерею без доставки.


• Частичная подача:  Частичная подача топлива может быть достигнута путем изменения положения винтовой канавки на одной линии с впускным отверстием для топлива. Различные количества могут быть достигнуты в различных положениях винтовой канавки.


• Максимальная подача: Максимальная подача топлива может быть достигнута, если ни вертикальная, ни винтовая канавка не находятся на одной линии с впускным отверстием для топлива.

РЕГУЛЯТОР:

Главным приоритетом топливного насоса высокого давления является подача топлива в двигатель в нужное время при любых условиях эксплуатации и при всех рабочих нагрузках. Регулятор должен постоянно менять положение стойки управления, так как условия постоянно меняются. Некоторые из функций губернатора:

• Для точного дозирования топлива при различных нагрузках двигателя


• Для подачи топлива к форсункам в нужный момент


• Для подачи топлива на определенный период времени

Регулятор Требования:

Основной функцией регулятора является предотвращение превышения максимальной скорости вращения двигателя. Дизельные двигатели могут перегружаться из-за избыточного количества воздуха, и можно использовать регулятор для прекращения подачи топлива до тех пор, пока скорость двигателя не упадет ниже максимальной скорости вращения.

Регулятор частоты вращения (RSV):

Регулятор RSV используется для управления количеством топлива при различных скоростях от скорости холостого хода до максимальной скорости. К одному концу распределительного вала прикреплен грузик. Он также имеет пружину регулятора, шарнирно соединенную с натяжным рычагом, который действует против силы маховиков. Когда скорость двигателя изменяется, соответственно изменяется и натяжение пружины регулятора, так что поворот натяжного рычага поддерживается в равновесии с противодействующими силами грузиков.

Изменение угла поворота рычага управления передается на рейку управления через тяги шарнира и направляющего рычага. Это помогает в изменении количества топлива. Различные скорости могут быть достигнуты путем изменения движения рейки управления:

• Пуск: Рейка управления удерживается в исходном положении с помощью стартовой пружины, один конец которой зацеплен за рейку, а другой конец зацепился за верхний конец рычага опоры. Это устанавливает топливный насос высокого давления на начальное количество.


• Скорость холостого хода:  Для достижения скорости холостого хода рычаг управления отпускается и упирается в стопорный винт низкого холостого хода. В этом случае пружина регулятора не натянута и находится в вертикальном положении. Сила, действующая на грузики, буквально отсутствует, поэтому грузики начинают открываться с малой скоростью. Подвижный болт вынужден двигаться наружу в правильном направлении, в результате чего направляющий рычаг также смещается вправо. Рычаг поворачивает рычаг шарнира, чтобы двигаться вправо, и это тянет рейку управления к упору холостого хода. Рычаг натяжения входит в контакт со вспомогательной пружиной холостого хода, и это регулирует холостой ход двигателя.


• Низкая скорость:  Рычаг управления нажат на определенный угол. Это приводит к увеличению натяжения пружины регулятора и, таким образом, воздействует на грузики, заставляя скользящий болт скользить влево. Это приводит к тому, что рейка управления смещается влево, увеличивая количество топлива и тем самым увеличивая скорость двигателя. Это происходит на короткое время, так как увеличение скорости двигателя приводит к тому, что груз начинает вращаться быстрее и создает большую центробежную силу, действующую на пружину регулятора.