- аксиально-плунжерный распределительный ТНВД;
- радиально-плунжерный распределительный ТНВД.
Аксиально-плунжерный распределительный ТНВД
В аксиально-плунжерном распределительном ТНВД, созданном фирмой «Bosch», в противоположность рядному ТНВД один плунжер нагнетает топливо и распределяет его по магистралям, соединяющим ТНВД с форсунками. На рис. 7.50 показано устройство и принцип действия аксиально-плунжерного распределительного ТНВД. Шиберный топливоподкачивающий насос, расположенный на ведущем валу ТНВД, нагнетает топливо в надплунжерное пространство ТНВД. Излишки топлива через магистраль обратного слива топлива возвращаются в топливный бак. При этом топливо сохраняется в корпусе ТНВД холодным, ив то же время происходит вентиляция ТНВД. Через впускное отверстие топливо попадает в цилиндр и затем нагнетается плунжером распределительного ТНВД через выпускные отверстия ТНВД к форсункам в порядке работы цилиндров двигателя.
Открыть большую картинку в новом окне »
Рис. 7.50. Аксиально-плунжерный распределительный ТНВД, производство фирмы «Bosch»
Плунжер распределительного ТНВД совершает одновременно вращательное и возвратно-поступательное движения. Он выполняет следующие задачи:
- подача топлива к форсункам под большим давлением;
- распределение топлива по отдельным выпускным каналам ТНВД.
Ведущий вал ТНВД приводит во вращение плунжер. Вращающаяся кулачковая шайба ТНВД в то же время обеспечивает возвратно-поступательные движения плунжера, количество которых за один оборот ведущего вала равно количеству цилиндров двигателя и, соответственно, количеству форсунок. Принцип работы плунжера аксиально-распределительного ТНВД показан на рис. 7.51.
Рис. 7.51. Принцип работы поршня распределительного топливного насоса высокого давления (для четырехцилиндрового двигателя)
Положение 1 — плунжер находится в своей нижней мертвой точке (НМТ). Такт всасывания заканчивается, начинается такт нагнетания топлива. Нагнетательная канавка плунжера не соединена с нагнетательным отверстием в цилиндре, а продольная канавка плунжера удаляется от впускного отверстия в цилиндре. Перепускной канал перекрыт регулирующей втулкой.
Положение 2 — плунжер движется в направлении своей верхней мертвой точки (ВМТ) и подает топливо из продольного канала через нагнетательную канавку в нагнетательное отверстие, откуда топливо по магистрали высокого давления поступает непосредственно к форсунке. Перепускной канал перекрыт регулирующей втулкой. Такт нагнетания на этом заканчивается, впрыскивание топлива прекращается.
Положение 3 — плунжер находится в своей верхней мертвой точке (ВМТ). Такт нагнетания закончился, такт всасывания начинается. Нагнетательная канавка удаляется от нагнетательного отверстия, а продольная канавка приближается ко впускному отверстию. Перепускной канал открыт, излишки топлива стекают обратно в надплунжерное пространство.
Положение 4 — плунжер движется в направлении своей нижней мертвой точки (НМТ). Через продольную канавку и впускное отверстие топливо поступает из надплунжерного пространства ТНВД в нагнетательную полость цилиндра ТНВД.
Количество продольных канавок на плунжере и количество нагнетательных отверстий в цилиндре ТНВД равны количеству форсунок, то есть числу цилиндров двигателя.
Во время такта всасывания топливо течет из впускного отверстия через одну из продольных канавок в нагнетательную полость цилиндра ТНВД. Благодаря вращательному движению плунжера впускное отверстие перекрывается после поступления порции топлива. Из нагнетательной полости по продольному каналу плунжера топливо поступает в нагнетательную канавку плунжера. В момент совмещения этой канавки с очередным нагнетательным отверстием топливо под давлением (которое создается при возвратно-поступательном движении плунжера) подается к соответствующему выпускному отверстию ТНВД, а оттуда — к форсунке. Нагнетательная канавка постоянно соединяется с нагнетательной полостью цилиндра через продольный канал в плунжере. Вращательное движение плунжера во время такта нагнетания обеспечивает временное совмещение нагнетательной канавки с нагнетательными отверстиями цилиндра ТНВД в порядке очередности работы цилиндров двигателя. Ход плунжера от НМТ к ВМТ имеет постоянную величину, поэтому изменение количества топлива во время такта нагнетания, когда топливо подается к очередной форсунке, регулируется с помощью регулирующей втулки. Эта втулка прежде всего закрывает во время такта нагнетания перепускной канал плунжера. Как только перепускной канал достигает правого края регулирующей втулки, топливо из продольного канала плунжера может стекать обратно в надплунжерное пространство. Давление топлива падает и впрыскивание в цилиндр завершается. Регулировка количества топлива осуществляется с помощью смещения регулирующей втулки вдоль плунжера. Таким образом меняется момент открытия перепускного канала.
Положение регулирующей втулки и, как следствие, объем впрыскиваемого топлива определяются всережимным регулятором ТНВД. При этом система тяг и рычагов регулятора сдвигает регулирующую втулку таким образом, чтобы точно дозировать количество топлива, необходимое для обеспечения требуемой мощности двигателя.
Всережимный регулятор встроен в корпус ТНВД. На вращающемся валу регулятора находятся два груза центробежного регулятора. В зависимости от частоты вращения вала всережимного регулятора эти грузы под действием центробежной силы способны расходиться в стороны, воздействуя при этом на систему тяг и рычагов всережимного регулятора. При постоянной частоте вращения вала регулятора грузы пребывают в равновесном состоянии, поскольку центробежная сила компенсируется действием пружины регулятора, растяжение которой задается нажатием педали акселератора. При необходимости увеличить мощность двигателя или скорость автомобиля водитель нажимает на педаль, в результате чего сдвигается рычаг регулятора (рис. 7.50) и сила натяжения пружины увеличивается. Нарушается равновесное состояние между центробежной силой грузов регулятора и силой натяжения пружины, в результате механизм регулятора приходит в движение и смещает регулирующую втулку в сторону увеличения количества впрыскиваемого топлива. Частота вращения коленчатого вала двигателя будет возрастать до тех пор, пока выросшая центробежная сила грузов центробежного регулятора снова не будет уравновешена силой натяжения пружины. Наряду с регулированием частоты вращения коленчатого вала в рабочем диапазоне двигателя всережимный регулятор следит за тем, чтобы частота оборотов холостого хода не снижалась ниже минимальной, а максимальная частота вращения не превышалась.
Аксиально-плунжерный распределительный ТНВД оснащен гидравлической муфтой опережения впрыскивания, которая изменяет момент впрыскивания в зависимости от частоты вращения коленчатого вала. Клапан ограничения давления на шиберном топливоподкачивающем насосе обеспечивает рост давления при увеличении частоты вращения вала ТНВД. При этом поршень муфты опережения впрыскивания перемещается и сдвигает с помощью штифта направляющую роликовую опору. Роликовая опора сдвигается в сторону, противоположную направлению вращения кулачковой шайбы. Таким образом, происходит более раннее взаимодействие кулачков шайбы с роликами опоры, и впрыскивание в итоге производится в более ранний момент.
Аксиально-плунжерный распределительный ТНВД может быть оснащен электронной системой регулирования. При этом регулирующая втулка перемещается не механическим способом, а с помощью магнитного позиционера. Положение регулирующей втулки и, как следствие, количество впрыскиваемого топлива задаются электронным блоком управления, в память которого заложены поля данных для всех режимов работы двигателя (количество впрыскиваемого топлива для пуска двигателя, холостого хода и т. д). Положение педали акселератора фиксируется с помощью датчика, сигнал от которого передается на блок управления. На основании этого определяется положение регулирующей втулки, то есть количество впрыскиваемого топлива, необходимое для оптимальной работы двигателя.
Момент начала впрыскивания задается электронным блоком управления. Он получает значения для начала впрыскивания из таблицы характеристик начала впрыскивания. Гидравлическая муфта опережения впрыскивания работает так же, как и в аксиально-поршневом распределительном ТНВД с механическим управлением. Кроме того, давление регулируется с помощью синхронного электромагнитного клапана. Для регулирования начала впрыскивания, кроме параметров из памяти блока управления, требуется информация о фактическом положении иглы распылителя, которую предоставляет датчик хода иглы (рис. 7.52). В начале впрыскивания топливо сдвигает иглу распылителя форсунки и, как следствие, штангу форсунки. Это движение фиксируется датчиком хода иглы форсунки, сигнал от которого поступает в блок управления. Аксиально-плунжерный распределительный ТНВД с электронным управлением позволяет регулировать множество параметров двигателя, существенных для его оптимальной работы. Это позволяет снизить расход топлива, содержание вредных веществ в отработавших газах и шум работы двигателя.
Рис. 7.52. Форсунка с датчиком хода иглы производства фирмы «Bosch»
Радиально-плунжерный распределительный ТНВД
Для высокооборотных дизельных двигателей с непосредственным впрыскиванием топлива в цилиндры фирмой «Bosch» был разработан радиально-плунжерный распределительный ТНВД (рис. 7.54). Здесь так же, как и в аксиально-плунжерном распределительном ТНВД, шиберный топливоподкачивающий насос подает топливо из бака к ТНВД. Радиальные плунжеры в цилиндрах вала-распределителя движутся в направлении, перпендикулярном оси вала. При вращении вала ролики перемещаются по профилированной поверхности неподвижной кулачковой шайбы и вызывают возвратно-поступательные движения плунжеров (рис. 7.53). Частота вращения вала-распределителя и количество кулачков шайбы выбираются в зависимости от количества цилиндров двигателя. Например, в четырехцилиндровом четырех-такт-ном двигателе вал-распределитель вращается в два раза медленнее, чем коленчатый вал двигателя, а количество кулачков равно числу цилиндров.
Рис. 7.53. Радиально-плунжерный распределительный ТНВД производства фирмы «Bosch»
Рис. 7.54. Схема устройства радиальноплунжерного ТНВД производства фирмы «Bosch»
Регулирование начала впрыскивания осуществляется посредством вращения кулачковой шайбы, то есть практически также, как и в аксиально-поршневом распределительном ТНВД. Наполнение ТНВД регулируется с помощью электромагнитного клапана высокого давления. При открытом клапане ТНВД наполняется топливом, когда плунжер движется от оси вала-распределителя, то есть по «впадине» поверхности кулачковой шайбы. Плунжеры, двигающиеся к оси вала, то есть по выступам («кулачкам») поверхности кулачковой шайбы, нагнетают топливо при закрытом электромагнитном клапане высокого давления через выпускные клапаны к соответствующим форсункам. Окончание подачи топлива происходит, когда электромагнитный клапан высокого давления снова открывается, посредством времени закрытия клапана определяется количество впрыскиваемого топлива. Начало впрыскивания и количество впрыскиваемого топлива определяются с использованием поля характеристик, которое заложено в память электронного блока управления. Этот блок подает соответствующие электрические импульсы на электромагнитный клапан муфты опережения впрыскивания и на электромагнитный клапан высокого давления.