Отдел продаж
8 (499) 755-89-57
Лодки, запчасти
8 (499) 755-89-57

Дизельные системы впрыска


Системы впрыска дизельных двигателей

Концептуально двигатели внутреннего сгорания – бензиновые и дизельные практически идентичны, но существует между ними ряд отличительных особенностей. Одной из основных является разное протекание процессов горения в цилиндрах. У дизеля топливо загорается от воздействия высоких температур и давления. Но для этого необходимо, чтобы дизтопливо подавалось непосредственно в камеры сгорания не только в строго определенный момент, но еще и под высоким давлением. И это обеспечивают системы впрыска дизельных двигателей.

Постоянное ужесточение экологических норм, попытки получить больший выход мощности при меньших затратах топлива обеспечивают появление все новых конструктивных решений в топливной системе дизеля.

Принцип работы у всех существующих видов впрыска дизеля идентичен. Основными элементами питания являются топливный насос высокого давления (ТНВД) и форсунка. В задачу первой составляющей входит нагнетание дизтоплива, благодаря чему давление в системе значительно повышается. Форсунка же обеспечивает подачу топлива (в сжатом состоянии) в камеры сгорания, при этом распыляя его для обеспечения лучшего смесеобразования.

Стоит отметить, что давление топлива напрямую влияет на качество сгорания смеси. Чем оно выше, тем дизтопливо лучше сгорает, обеспечивая больший выход мощности и меньшее содержание загрязняющих веществ в отработанных газах. И для получения более высоких показателей давления использовали самые разные конструктивные решения, что и привело к появлению разных видов систем питания дизеля. Причем все изменения касались исключительно указанных двух элементов – ТНВД и форсунок. Остальные же составляющие – бак, топливопроводы, фильтрующие элементы, по сути, идентичны во всех имеющихся видах.

Типы дизельных систем питания

Дизельные силовые установки могут быть оснащены системой впрыска:

  • с рядным насосом высокого давления;
  • с насосами распределительного типа;
  • с насос-форсунками;
  • аккумуляторного типа (Common Rail).

Далее рассмотрим лишь некоторые особенности, которыми обладают указанные системы впрыска дизельных двигателей, а также их положительные и отрицательные качества.

С рядным насосом

Система питания с рядным ТНВД можно считать «родителем» всех остальных, поскольку она является первой, используемой на дизельных моторах. Но сейчас она уже считается устаревшей и практически не используется.

Рядный ТНВД на 8 форсунок

Изначально эта система была полностью механической, но после в ее конструкции начали использоваться электромеханические элементы (касается регуляторов изменения цикловой подачи дизтоплива).

Основная особенность этой системы заключена в насосе. В нем плунжерные пары (прецизионные элементы, создающие давление) обслуживали каждый свою форсунку (количество их соответствовало количеству форсунок). Причем эти пары размещались в ряд, отсюда и название.

К достоинствам системы с рядным насосом можно отнести:

  • Надежность конструкции. Насос имел систему смазки, что обеспечивало узлу большой ресурс;
  • Невысокая чувствительность к чистоте топлива;
  • Сравнительная простота и высокая ремонтопригодность;
  • Большой ресурс насоса;
  • Возможность работы мотора при отказе одной секции или форсунки.

Но недостатки у такой системы более существенны, что и привело к постепенному отказу от нее и отданию предпочтения более современным. Негативными сторонами такого впрыска считаются:

  • Невысокие быстродействие и точность дозировки топлива. Механическая конструкция просто не способна это обеспечить;
  • Сравнительно невысокое создаваемое давление;
  • В задачу ТНВД входит не только создание давления топлива, но еще и регулировка цикловой подачи и момент впрыска;
  • Создаваемое давление напрямую зависит от оборотов коленчатого вала;
  • Большие габариты и масса насоса.

Эти недостатки, и в первую очередь – невысокое создаваемое давление, привело к отказу от этой системы, поскольку она просто перестала вписываться в стандарты по экологичности.

С насосом распределенного типа

ТНВД распределенного впрыска стала следующим этапом в развитии систем питания дизельных агрегатов.

Изначально такая система была тоже механической и отличалась от описанной выше лишь конструкцией насоса. Но со временем в ее устройство добавили систему электронного управления, которая улучшила процесс регулировки впрыска, что позитивно сказалось на показателях экономичности мотора. Определенный период такая система вписывалась в стандарты экологичности.

Особенность этого типа впрыска сводилась к тому, что конструкторы отказались от использования многосекционной конструкции насоса. В ТНВД начала использоваться всего одна плунжерная пара, обслуживающая все имеющиеся форсунки, количество которых варьируется от 2 до 6. Для обеспечения подачи топлива на все форсунки, плунжер совершает не только поступательные движения, но еще и вращательные, которые и обеспечивают распределение дизтоплива.

ТНВД с насосом распределенного типа

Позже эта система добавилась новым типом насоса – роторным, у которого устанавливаются несколько плунжеров, но распределенная подача осталась. Это позволило увеличить создаваемое насосом давление.

К положительным качествам таких систем относились:

  • Малые габаритные размеры и масса насоса;
  • Лучшие показатели по топливной экономичности;
  • Использование электронного управления повысило показатели системы.

К недостаткам же системы с насосом распределенного типа относятся:

  • Небольшой ресурс плунжерной пары;
  • Смазка составных элементов осуществляется топливом;
  • Многофункциональность насоса (помимо создания давления он еще управляется подачей и моментом впрыска);
  • При отказе насоса система прекращала работать;
  • Чувствительность к завоздушиванию;
  • Зависимость давления от оборотов двигателя.

Широкое распространение такой тип впрыска получил на легковых авто и небольшом коммерческом транспорте.

Насос-форсунки

Насос-форсунки можно считать отдельной веткой в дизельных системах питания, поскольку в конструкции ТНВД как таковой не используется.

Особенность этой системы заключена в том, что форсунка и плунжерная пара объединены в единую конструкцию. Привод секции этого топливного узла осуществляется от распределительного вала.

Примечательно, что такая система может быть как полностью механической (управление впрыском осуществляется рейкой и регуляторами), так и электронной (используются электромагнитные клапаны).

Насос-форсунка

Некой разновидностью этого типа впрыска является использование индивидуальных насосов. То есть для каждой форсунки предусматривается своя секция, приводимая в действие от распределительного вала. Секция может располагаться непосредственно в ГБЦ или быть вынесенной в отдельный корпус. В такой конструкции используются обычные гидравлические форсунки (то есть, система механическая). В отличие от впрыска с ТНВД, магистрали высокого давления – очень короткие, что позволило значительно увеличить давление. Но такая конструкция особого распространения не получила.

К положительным качествам насос-форсунок питания можно отнести:

  • Значительные показатели создаваемого давления (самые высокие среди всех используемых типов впрыска);
  • Небольшая металлоемкость конструкции;
  • Точность дозировки и реализации многократного впрыска (в форсунках с электромагнитными клапанами);
  • Возможность работы двигателя при отказе одной из форсунок;
  • Замена поврежденного элемента не сложная.

Но имеются в таком типе впрыска и недостатки, среди которых:

  • Неремонтопригодность насос-форсунок (при поломке требуется их замена);
  • Высокая чувствительность к качеству топлива;
  • Создаваемое давление зависит от оборотов двигателя.

Насос-форсунки получили широкое распространение на коммерческом и грузовом транспорте, а также эту технологию использовали некоторые производители легковых авто. Сейчас она не очень часто используется из-за высокой стоимости обслуживания.

Common Rail

Аккумуляторная система (Common Rail) пока является самой совершенной в плане экономичности. Также она полностью вписывается в последние стандарты экологичности. К дополнительным «плюсам» можно отнести ее применяемость на любых дизельных двигателях, начиная от легковых авто и заканчивая морскими судами.

Система впрыска Common Rail

Особенность ее заключена в том, что многофункциональность ТНВД не требуется, и в его задачу входит только нагнетание давления, причем не для каждой форсунки отдельно, а общую магистраль (топливную рампу), а уже от нее дизтопливо подается на форсунки.

При этом топливные трубопроводы, между насосом, рампой и форсунками имеют сравнительно небольшую длину, что позволило повысить создаваемое давление.

Управление работой в этой системе осуществляется электронным блоком, что значительно увеличило точность дозировки и скорость работы системы.

Положительные качества Common Rail:

  • Высокая точность дозировки и использование многорежимного впрыска;
  • Надежность ТНВД;
  • Нет зависимости значения давления от оборотов мотора.

Негативные же качества у этой системы такие:

  • Чувствительность к качеству топлива;
  • Сложная конструкция форсунок;
  • Отказ системы при малейших потерях давления из-за разгерметизации;
  • Сложность конструкции из-за наличия ряда дополнительных элементов.

Несмотря на эти недостатки автопроизводители все больше отдают предпочтение Common Rail перед другими видами систем впрыска.

autoleek.ru

Система подачи топлива в дизельных двигателях: разновидности и отличия

Как известно, принцип работы дизельного двигателя несколько отличается от бензиновых аналогов. Главным отличием можно считать воспламенение топливно-воздушной смеси, которое происходит не от внешнего источника (искры зажигания), а от сильного сжатия и нагрева.

Другими словами, в дизельном двигателе происходит самовоспламенение топлива. При этом горючее должно подаваться под крайне высоким давлением, так как необходимо максимально эффективно распылить горючее в цилиндрах дизельного мотора. В этой статье мы поговорим о том, какие системы впрыска дизельных двигателей сегодня активно используются, а также рассмотрим их устройство и принцип работы.

Как работает топливная система дизельного двигателя

Как уже было сказано выше, в дизельном двигателе происходит самовоспламенение рабочей смеси топлива и воздуха. При этом сначала в цилиндр подается только воздух, затем этот воздух сильно сжимается и нагревается от сжатия. Чтобы произошло возгорание, дизтопливо (солярку) нужно подать ближе к концу такта сжатия.

С учетом того, что воздух сильно сжимается, горючее также необходимо впрыснуть под высоким давлением и эффективно распылить. В различных дизельных ДВС давление впрыска может  отличаться, начиная, в среднем, с отметки в 100 атмосфер и заканчивая впечатляющим показателем более 2 тыс. атмосфер.

Для наиболее эффективной подачи топлива и обеспечения оптимальных условий для самовоспламенения заряда с последующим полноценным сгоранием смеси топливный впрыск реализован через дизельную форсунку.

Получается, независимо от того, какой тип системы питания используется, в дизельных двигателях всегда присутствуют два основных элемента:

Другими словами, на многих дизелях давление создает ТНВД (топливный насос высокого давления), а подача дизтоплива в цилиндры происходит через  форсунки. Что касается отличий, в разных системах топливоподачи насос может иметь ту или иную конструкцию, также по своему устройству отличаются и сами дизельные форсунки.

Еще системы питания могут отличаться по расположению тех или иных составных элементов, имеют разные схемы управления и т.д. Давайте рассмотрим системы впрыска дизельных двигателей более подробно.

Системы питания дизельных двигателей: обзор

 Если разделить системы питания дизельных моторов, которые получили наибольшее распространение, можно выделить следующие решения:

  • Система питания, в основе которой лежит ТНВД рядного типа (рядный ТНВД);
  • Система топливоподачи, которая имеет ТНВД распределительного типа;
  • Решения с насос-форсунками;
  • Топливный впрыск Common Rail (аккумулятор высокого давления в общей магистрали).

Указанные системы также имеют большое количество подвидов, при этом в каждом случае тот или иной тип является основным.

  • Итак, начнем с самой простой схемы, которая предполагает наличие рядного топливного насоса. Рядный ТНВД представляет собой давно известное и проверенное решение, которое используется на дизелях не один десяток лет. Такой насос активно используется на спецтехнике, грузовиках, автобусах и т.д. Если сравнивать его с другими системами, насос достаточно большой по своим габаритам и весу.
В двух словах, в основе рядного ТНВД лежат плунжерные пары. Их количество равняется количеству цилиндров двигателя. Плунжерная пара представляет собой цилиндр, который движется в «стакане» (гильзе). При движении вверх происходит сжатие топлива. Затем, когда давление достигает необходимого показателя, происходит открытие специального клапана.

В результате предварительно сжатое топливо поступает на форсунку, после чего происходит впрыск. После того, как плунжер начнет двигаться обратно вниз, открывается канал для впуска топлива. Через канал горючее заполняет пространство над плунжером, далее цикл повторяется. Чтобы солярка попадала в плунжерные пары, дополнительно в системе имеется отдельный подкачивающий насос.

Сами плунжеры работают благодаря тому, что в устройстве насоса имеется кулачковый вал. Этот вал работает подобно распредвалу в ГРМ, где кулачки «толкают» клапана. Сам вал насоса приводится от двигателя, так как ТНВД соединен с мотором при помощи муфты опережения впрыска. Указанная муфта позволяет корректировать работу и подстраивать ТНВД в процессе эксплуатации двигателя.

  • Система питания с распределительным насосом не сильно отличается от схемы с рядным ТНВД. Распределительный ТНВД похож на рядный по конструкции, при этом в нем уменьшено количество плунжерных пар.

Другими словами, если в рядном насосе пары необходимы на каждый цилиндр, то в распределительном достаточно 1 или 2 плунжерных пар. Дело в том, что одной пары в этом случае достаточно для подачи горючего в 2, 3 или даже 6 цилиндров.

Это стало возможным благодаря тому, что плунжер получил возможность не только двигаться вверх (сжатие) и вниз (впуск), но также вращаться вокруг оси. Такое вращение позволило реализовать поочередное открытие выпускных отверстий, через которые дизтопливо под высоким давлением подается на форсунки.

Дальнейшее развитие этой схемы привело к появлению более современного роторного ТНВД. В таком насосе применен ротор, в котором установлены плунжеры. Указанные плунжеры движутся навстречу по отношению друг к другу, а ротор осуществляет вращение. Так происходит сжатие и распределение солярки по цилиндрам мотора.

Главным плюсом распределительного насоса и его разновидностей является сниженный вес и компактность. При  этом настраивать данное устройство сложнее. По этой причине дополнительно используются схемы электронного управления и регулировки.

  • Система питания типа «насос-форсунка» представляет собой схему, где изначально отсутствует отдельный ТНВД. Если точнее, форсунка и насосная секция были объединены в одном корпусе. В основе лежит уже знакомая плунжерная пара.
Решение имеет ряд преимуществ по сравнению с системами, в которых использован ТНВД. Прежде всего, можно легко отрегулировать подачу топлива в  отдельные цилиндры. Также в случае выхода одной форсунки из строя, остальные будут работать.

Также использование насос-форсунок позволяет избавиться от  отдельного привода ТНВД. Плунжеры в насос-форсунке приводятся в действие от распредвала ГРМ, который установлен в ГБЦ.  Такие особенности позволили дизельным моторам с насос-форсунками получить широкое распространение не только  на грузовиках, но и на крупных легковых автомобилях (например, дизельные внедорожники).

  • Система Сommon Rail является одной из самых современных решений в области топливного впрыска. Также данная схема питания позволяет добиться максимальной экономичности одновременно с высоким КПД дизельного двигателя. Параллельно снижается и токсичность отработавших газов.

Система была разработана немецкой фирмой Bosch в 90-х годах. С учетом очевидных преимуществ за короткое время подавляющее большинство дизельных ДВС на легковых и грузовых авто стали оснащать исключительно Сommon Rail.

Общая схема устройства основана на так называемом аккумуляторе высокого давления. Если просто, горючее находится под постоянным давлением, после чего подается к форсункам. Что касается аккумулятора давления, данный аккумулятор фактически является топливной магистралью, куда горючее нагнетается при помощи отдельного ТНВД.

Система Сommon Rail частично напоминает бензиновый инжекторный двигатель, который имеет топливную рампу с форсунками. Бензин в рампу (топливную рейку) нагнетается под небольшим давлением бензонасосом из бака. В дизеле давление намного выше, горючее нагнетает ТНВД.

Благодаря тому, что давление в аккумуляторе постоянное, стало возможным реализовать быстрый и «многослойный»  впрыск топлива через форсунки. Современные системы в двигателях Common Rail позволяют форсункам сделать до 9 дозированных впрысков.

В результате дизельный двигатель с такой системой питания экономичный, производительный, работает мягко, тихо и эластично. Также использование аккумулятора давления позволило сделать конструкцию ТНВД на дизельных моторах более простой.

Добавим, что высокоточный впрыск на двигателях Common Rail является полностью электронным, так как за работой системы следит отдельный блок управления. В системе используется группа датчиков, которые позволяют контроллеру точно определить, сколько дизтоплива нужно подать в цилиндры и в какой момент.

Подведем итоги

Как видно, каждая из рассмотренных систем питания дизельного двигателя имеет  свои преимущества  и недостатки. Если говорить о простейших решениях с рядным ТНВД, их главным плюсом можно считать возможность ремонта и доступность обслуживания.

В схемах с насос-форсунками  нужно помнить о том, что данные элементы чувствительны к качеству топлива и его чистоте. Попадание даже мельчайших частиц может вывести из строя насос-форсунку, в результате чего дорогостоящий элемент потребует замены.

Что касается систем Common Rail, главным недостатком является не только высокая начальная стоимость таких решений, но и сложность и дороговизна последующего ремонта и обслуживания. По этой причине за качеством топлива и состоянием топливных фильтров нужно постоянно следить, а также своевременно проводить плановое обслуживание.

krutimotor.ru

Система впрыска топлива Common Rail дизельных ДВС. — DRIVE2

Система впрыска Common Rail является самой современной системой впрыска топлива дизельных двигателей. Работа системы Common Rail основана на подаче топлива к форсункам от общего аккумулятора высокого давления – топливной рампы, наподобие бензиновых ДВС (Common Rail в переводе означает общая рампа). Система впрыска разработана специалистами фирмы Bosch.

Наибольшее распространения получили четыре типа систем COMMON RAIL, названным по имени их производителя. BOSCH, DELPHI, DENSO и SIEMENS. Каждый автопроизводитель имеет собственную аббревиатуру, которая обозначает как систему, так и ее отдельные элементы :

BMW : D-двигатели (также используются Land Rover как TD4)Cummins и Scania : XPICummins : CCRDaimler : CDI (для автомобилей Chrysler и Jeep — CRD)Fiat : Fiat, Alfa Romeo и Lancia — JTD (MultiJet, JTDm, Ecotec CDTi, TiD, TTiD, DDiS, Quadra-Jet)Ford Motor : TDCi Duratorq и PowerstrokeGeneral Motors : Opel/Vauxhall — CDTi и DTi для IsuzuGeneral Motors : Daewoo/Chevrolet — VCDi (VM Motori — Ecotec CDTi)Honda : i-CTDiHyundai и Kia : CRDiMahindra : CRDeMaruti Suzuki : DDiSMazda : CiTDMitsubishi : DI-D (разработано новое поколение 4N1 с давлением в системе впрыска до 2000 bar)Nissan : dCiPSA Peugeot Citroen : HDI, HDi (Volvo S40/V50 использует двигатели PSA 1,6D & 2,0D, JTD)Renault : dCiSsangYong : XDiSubaru : TDTata : DICORToyota : D-4DVolkswagen Audi Group (Skoda) : TDI. CR в 2005 году пришла на смену насос-форсункам.Volvo : D3, D4 и D5

Применение данной системы позволяет достигнуть снижения расхода топлива, токсичности отработавших газов, уровня шума дизеля. Главным преимуществом системы Common Rail является широкий диапазон регулирования давления топлива и момента начала впрыска, которые достигнуты за счет разделения процессов создания давления и впрыска.

Конструктивно система впрыска Common Rail составляет контур высокого давления топливной системы дизельного двигателя. В системе используется непосредственный впрыск топлива, т.е. дизельное топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания. Система Common Rail включает топливный насос высокого давления, клапан дозирования топлива, регулятор давления топлива (контрольный клапан), топливную рампу и форсунки. Все элементы объединяют топливопроводы.

1. топливный бак2. топливный фильтр3. топливный насос высокого давления4. топливопроводы5. датчик давления топлива6. топливная рампа7. регулятор давления топлива8. форсунки9. электронный блок управления10. сигналы от датчиков11. усилительный блок (на некоторых авто)

Топливный насос высокого давления (ТНВД) служит для создания высокого давления топлива и его накопления в топливной рампе. Современные топливные насосы высокого давления — плунжерного типа. Клапан дозирования топлива регулирует количество топлива, подаваемого к топливному насосу высокого давления в зависимости от потребности двигателя. Клапан конструктивно объединен с ТНВД.Регулятор давления топлива предназначен для управления давлением топлива в системе, в зависимости от нагрузки на двигатель. Он устанавливается в топливной рампе. Топливная рампа предназначена для выполнения нескольких функций: накопления топлива и содержание его под высоким давлением, смягчения колебаний давления, возникающих вследствие пульсации подачи от ТНВД, распределения топлива по форсункам. Форсунка важнейший элемент системы, непосредственно осуществляющий впрыск топлива в камеру сгорания двигателя. Форсунки связаны с топливной рампой топливопроводами высокого давления. В системе используются электрогидравлические форсунки или пьезофорсунки. Впрыск топлива электрогидравлической форсункой осуществляется за счет управления электромагнитным клапаном. Активным элементом пьезофорсунки являются пьезокристаллы, значительно повышающие скорость работы форсунки.

Управление работой системой впрыска Common Rail обеспечивает система управления дизелем, которая объединяет датчики, блок управления двигателем и исполнительные механизмы систем двигателя. Система управления дизелем включает датчики оборотов двигателя, Холла, положения педали акселератора, расходомер воздуха, температуры охлаждающей жидкости, давления воздуха, температуры воздуха, давления топлива, кислородный датчик (лямбда-зонд) и другие. Основными исполнительными механизмами системы впрыска Common Rail являются форсунки, клапан дозирования топлива, а также регулятор давления топлива.

Принцип действия системы впрыска Common Rail

На основании сигналов, поступающих от датчиков, блок управления двигателем определяет необходимое количество топлива, которое топливный насос высокого давления подает через клапан дозирования топлива. Насос накачивает топливо в топливную рампу. Там оно находится под определенным давлением, обеспечиваемым регулятором давления топлива. В нужный момент блок управления двигателем дает команду соответствующим форсункам на начало впрыска и обеспечивает определенную продолжительность открытия клапана форсунки. В зависимости от режимов работы двигателя блок управления двигателем корректирует параметры работы системы впрыска.С целью повышения эффективной работы двигателя в системе Common Rail реализуется многократный впрыск топлива в течение одного цикла работы двигателя. При этом различают: предварительный впрыск, основной впрыск и дополнительный впрыск.

Предварительный впрыск небольшого количества топлива производится перед основным впрыском для повышения температуры и давления в камере сгорания, чем достигается ускорение самовоспламенения основного заряда, снижение шума и токсичности отработавших газов. В зависимости от режима работы двигателя производится:

2 предварительных впрыска — на холостом ходу;1 предварительный впрыск — при повышении нагрузки;0(предварительный впрыск не производится) — при полной нагрузке.Основной впрыск обеспечивает стабильную работу двигателя.

Дополнительный впрыск производится для повышения температуры отработавших газов и улучшения сгорания частиц сажи в сажевом фильтре (регенерация сажевого фильтра).

Развитие системы впрыска Common Rail осуществляется по пути увеличения давления впрыска:

1 поколение – 140 МПа, с 1999 года;2 поколение – 160 МПа, с 2001 года;3 поколение – 180 МПа, с 2005 года;4 поколение – 220 МПа, с 2009 года.

Чем выше давление в системе впрыска, тем больше топлива можно впрыснуть в цилиндр за равный промежуток времени и, соответственно, реализовать большую мощность.

ТНВД является одним из основных ко элементов в конструкции системы впрыска двигателя. Он выполняет, как правило, две важнейшие функции: 1- нагнетание определенного количества топливной жидкости; 2- регулирование по времени начала впрыскивания. С момента появления аккумуляторных систем впрыска работа по регулированию времени начала впрыска была возложена на управляемые электроникой форсунки.Основу ТНВД составляет плунжерная пара. Данный механизм составляет поршень (другое название- плунжер) и цилиндр (другое название — втулка) совсем небольшого размера. Плунжерную пару изготавливают из стали высокого качества и делают это с высочайшей точностью. Так, что между плунжером и втулкой имеется минимальный зазор (сопряжение прецизионное). В системе Common Rail используется Магистральный ТНВД.

Магистральный ТНВД

С конструктивной точки зрения магистральный насос может иметь 1(один), 2(два) или 3(три) плунжера. Приводы плунжеров осуществляются с помощью использования кулачкового вала либо кулачковой шайбы.

При вращательном движении кулачкового вала (эксцентрика кулачковой шайбы) под действием возвратной пружинки плунжер двигается вниз. Увеличивается объем компрессионной камеры и уменьшается давление в ней. Под воздействием разряжения воздуха открывается клапан впуска, и топливная жидкость поступает в камеру. При движении плунжера вверх происходит возрастание давления в камере, клапан впуска закрывается. При создании определенного давления открывается клапан выпуска и топливная жидкость поступает в рампу. Управление подачей топливной жидкости производится в зависимости от потребностей двигателя и осуществляется с помощью клапана дозирования топливной жидкости. В исходном (обычном) положении этот клапан открыт. Но по сигналу электронного блока управления он закрывается на определенную ширину, тем самым регулируется количество затекающей в компрессионную камеру топливной жидкости.

Форсунка (инжектор), являясь элементом конструкции системы впрыскивания, предназначена для того, чтобы качественно дозировать подачу топливной жидкости, его распыление в камере сгорания (коллекторе впуска) и образование топливно-воздушной смеси. Форсунки используются в системах впрыска как бензиновых, так и дизельных двигателей. На современных вариантах двигателей устанавливаются форсунки с электронным управлением впрыскивания. В зависимости от того, каким способом осуществляется впрыскивание, различают нижеприведённые виды форсунок:

1. электромагнитные2. электрогидравлические3. пьезоэлектрическая

Электромагнитная форсунка

Устанавливается, как правило, на бензиновые двигатели, в том числе оборудованные системой непосредственного впрыска. Имеет достаточно простое и надежное устройство. Оно включает электромагнитный клапан с иголкой и сопло.

Работа электромагнитной форсунки осуществляется так: в соответствии с заложенным в него алгоритмом электронный блок управления точно обеспечивает подачу напряжения на обмотку возбуждения клапана в нужный момент. При всём этом создается электромагнитное поле, оно, преодолевая усилия пружинки, втягивает якорь с иголкой и освобождает сопло. В результате производится впрыск топливной жидкости. С исчезновением напряжения пружка возвращает иголку форсунки на седло.

Электрогидравлическая форсунка

Используется на дизельных двигателях, в том числе на оборудованных системой впрыскивания Common Rail. В конструкцию электрогидравлической форсунки входит электромагнитный клапан, камера управления, впускной и сливной дроссели.

Принцип работы этой форсунки основан на использовании давления топлива, как при впрыскивании, так и при его прекращении. В начальном положении электромагнитный клапан обесточен и закрыт, иголка форсунки прижата к седлу по средствам силы давления топливной жидкости на поршень в камере управления. Впрыскивание топливной жидкости не происходит. При этом давление топлива на иголку, ввиду разности площадей контакта, меньше давления на поршень. По точной команде электронного блока управления запускается работа электромагнитного клапана, открывая сливной дроссель. Топливная жидкость из камеры управления идёт через дроссель к сливной магистрали. Впускной дроссель при этом препятствует быстрому выравниванию давлений в камере управления и в магистрали впуска. Давление на поршень снижается, а давление топлива на иглу не претерпевает изменений. Игла поднимается, происходит впрыск топливной жидкости.

Пьезоэлектрическая форсунка (пьезофорсунка)

Это самое совершенное устройство, обеспечивающее впрыск топливной жидкости. Форсунка устанавливается на дизельных двигателях, оборудованных системой впрыска Common Rail.

К преимуществам пьезофорсунки относят: быстроту срабатывания (в 4 раза быстрее электромагнитного клапана), как следствие этого, возможность многократного впрыскивания топливной жидкости в течение одного цикла работы, точную дозировку впрыскиваемой топливной жидкости. Всё вышеперечисленное стало возможным благодаря использованию пьезоэффекта в управлении форсункой. Он основан на изменении длины пьезокристалла, которое происходит под действием напряжения. Конструкция самой пьезоэлектрической форсунки включает следующие элементы : пьезоэлемент, толкатель, клапан переключения и иголку. Все они помещены в корпус.

В работе форсунки данного вида, так же как и в электрогидравлическом аналоге, используют гидравлический принцип. В начальном положении иголка сидит на седле в результате высокого давления топливной жидкости. Во время подачи электрического сигнала на пьезоэлемент, увеличивается его длина. Передается усилие на поршень толкателя, открывается переключающий клапан и топливная жидкость поступает в сливную магистраль. Давление выше иглы снижается. Иголка за счет давления в нижней части поднимается, таким образом производится впрыск топливной жидкости.

www.drive2.ru

Системы впрыска дизельных двигателей

Дизельный двигатель работает за счет самовоспламенения топлива, поданного под высоким давлением. Однако распылить топливо в цилиндре дизеля — нетривиальная задача, которую конструкторам приходится решать уже больше века. О том, какие сегодня используются системы впрыска дизельных двигателей, как они устроены и как работают, читайте в этой статье.

Особенности работы топливной системы дизельного двигателя

Главная особенность дизельного двигателя заключается в том, что в нем используется принцип самовозгорания топлива под действием сжатого и нагретого в цилиндре воздуха. Для успешного возгорания необходимо произвести подачу топлива в цилиндр примерно в конце такта сжатия, а так как воздух в цилиндре сильно сжат, топливо тоже должно быть подано под высоким давлением — на практике в разных двигателях топливо впрыскивается под давлением от 100 до 2500 атмосфер.

С другой стороны, мало просто подать топливо в цилиндр — это необходимо сделать так, чтобы обеспечить наилучшие условия для самовозгорания и наиболее полного сгорания. Самый простой и эффективный способ — распылить топливо в цилиндре с помощью форсунки.

Таким образом, в дизельных двигателях используются системы впрыска топлива, и все они, независимо от типа, имеют два основных компонента: топливный насос высокого давления (ТНВД) и форсунки. А отличия систем заключаются в устройстве насоса и форсунок, их расположении и наличии дополнительных компонентов.

Существует несколько типов систем впрыска дизельных двигателей, среди которых наибольшее распространение получили следующие:

- Системы с рядным ТНВД; - Системы с ТНВД распределительного типа; - Системы с насос-форсунками;

- Аккумуляторные системы типа Common Rail («Общая магистраль»).

При этом все системы имеют большое число разновидностей, однако мы расскажем только о самых популярных типах.

Рядный ТНВД

Рядный ТНВД — наиболее простое решение, которое активно используется на протяжении многих десятилетий и даже сегодня пользуется высокой популярностью. По сравнению с другими системами, рядный насос громоздок и тяжел, поэтому он широко используется только на мощных автомобильных и тракторных двигателях.

Основу рядного ТНВД составляют плунжерные пары, число которых равно числу цилиндров. В общем случае, плунжерная пара представляет собой цельнометаллический цилиндр (плунжер), движущийся в гильзе. Двигаясь вверх, плунжер сжимает топливо, по достижении определенного давления открывается нагнетательный клапан, который выпускает сжатое топливо — оно направляется к форсунке, которой впрыскивается в цилиндр. Двигаясь в обратную сторону, плунжер открывает впускной канал, и пространство над ним наполняется новой порцией топлива. Для заполнения плунжерной пары топливом служит специальный подкачивающий насос.

Плунжеры приводятся в движение кулачковым валом по типу распределительного вала двигателя. Вал приводится в движение двигателем, ТНВД связан с двигателем через муфту опережения впрыска, которая позволяет настраивать работу насоса в зависимости от оборотов и тактов двигателя.

ТНВД распределительного типа по устройству в целом повторяет рядный ТНВД, однако в нем используется только одна или две плунжерных пары (одна пара может обслуживать от 2 до 6 цилиндров). Принцип работы распределительного насоса сводится к тому, что плунжер двигается не только вверх и вниз, но и одновременно вращается вокруг оси и поочередно открывает выпускные отверстия, через которые топливо под давлением подается к цилиндрам.

Более современный и эффективный тип распределительного ТНВД — роторный. В нем используется ротор с установленными плунжерами (от 2 до 4, они движутся навстречу друг другу), который вращается и распределяет топливо по цилиндрам.

Распределительный насос компактен и легок, однако он требует более тщательной настройки, поэтому сегодня для его управления широко применяются электронные регуляторы.

Название «насос-форсунка» говорит само за себя — в ней объединены форсунка и насосная секция, в основе которой лежит все та же плунжерная пара. Преимущество такого решения в том, что оно позволяет легко регулировать подачу топлива в каждый цилиндр, а при выходе из строя одного насоса остальные останутся в строю.

Насос-форсунка имеет большое преимущество, так как управлять ею можно с помощью распределительного вала двигателя, который расположен в головке цилиндров, то есть — там же, где и форсунки. Так что здесь не нужно использовать отдельную систему привода, а достаточно использовать уже имеющийся вал ГРМ.

Насос-форсунка достаточно широко используется на дизельных двигателях грузовых автомобилях, а также на двигателях внедорожников.

Common Rail — самая современная система впрыска топлива, которая может обеспечить наилучшие характеристики работы двигателя. Эта система стала использоваться с конца 1990-х годов компанией Bosch, и к сегодняшнему дню ею оснащается практически три четверти всех сходящих с конвейеров дизельных двигателей.

Отличительная черта Common Rail — наличие так называемого аккумулятора, в котором топливо находится под постоянным высоким давлением и из него подается к форсункам. Аккумулятор — это общая топливная магистраль (это отражено в названии Common Rail, что переводится с английского, как «общая магистраль») или топливная рампа, в которую топливо нагнетается с помощью ТНВД.

Наличие аккумулятора позволяет значительно улучшить впрыск топлива через форсунки (так как они работают под постоянным давлением и только открываются в необходимые моменты, причем за один такт может производиться до 9 впрыскиваний), а также упростить ТНВД и другие детали системы впрыска.

На современных двигателях Common Rail полностью управляется электроникой. Блок управления на основе данных с нескольких датчиков определяет количество подаваемого топлива, моменты его подачи в цилиндры и т.д. Это позволяет достичь наилучшей работы двигателя и снизить его токсичность на всех режимах.

Права на технологию Common Rail принадлежат компании Bosch.

Еще в этом разделе

www.autoopt.ru

Электронная система впрыска дизельного двигателя

Дизельный двигатель, который был назван по имени своего изобретателя, имеет главного конкурента – карбюраторный двигатель. Дизельный при своем функционировании всасывает в цилиндры воздух атмосферы. Здесь, в цилиндрах, происходит его плотное сжимание, и температура становится выше, чем 700 градусов, а давление и того превосходит 900 атмосфер. Этих показателей достаточно, чтобы дизельное топливо стало воспламеняться. Благодаря этому в дизеле не нужно использовать свечи зажигания, которые часто используются в карбюраторах.

Для того чтобы дизель отлично функционировал, необходим впрыск дизельного топлива в электронном виде. Электронная система впрыска дизельного двигателя имеет множества преимуществ. Во-первых,  здесь на электронном уровне контролируется топливо, благодаря  чему снижается удельный расход. Во-вторых, здесь встроена система самостоятельной диагностики, благодаря чему  все неисправности быстро выявляются и устраняются. В-третьи, и помощью электроники происходит самостоятельное регулирование оборотов холостого хода, из-за этого удается ограничить число оборотов двигателя.

В двигателе дизеля воздух появляется через фильтры воздушные из атмосферы. Если в автомобиле есть турбокомпрессор, то именно он осуществляет сжатие воздуха, который дальше переходит в интеркулер. Здесь происходит его охлаждение, благодаря чему цилиндры лучше заполняются нагнетаемым воздухом.

Здесь устанавливаются преобразователи окислительные и каталитические, которые снижают возможность загрязнения вредными веществами. Функционирование электронной системы впрыска дизельного двигателя осуществляется также посредством  поступление горючего в камеру сгорания. Горючее проходит через вихревые камеры, они горючее завихряют, чтобы позволяет лучше смешиваться с воздухом.

Блок управления дизелем необходим для того чтобы управлять прогревом двигателя в холодном состоянии. Момент впрыска смещается, если двигатель не прогрет. К тому же, управляются свечи накаливания, которые есть в каждом цилиндре. Они включаются еще до того, как запускается двигатель, и срабатывают сразу после того, как двигатель проворачивается стартер. Именно свечи накаливания осуществляют запуск двигателя в холодном состоянии. Холодный двигатель запускается после того, как загорится сигнальная лампа.

Опубликовано: 22 июля 2015

automend.ru

Система впрыска Common Rail

В описании практически любого современного автомобиля, оснащенного дизельной силовой установкой, можно увидеть информацию, что в двигателе используется система впрыска Common Rail. Причем встречается она на любой технике, использующей этот вид топлива, от легковых автомобилей до карьерных и сельскохозяйственных машин. Но далеко не все знают, в чем особенность этой системы, благодаря чему она получила такое широкое распространение и какие у нее достоинства и отрицательные качества.

Система впрыска Common Rail сейчас считается самой передовой технологией обеспечения подачи дизтоплива в дизельных силовых установках. Появилась она сравнительно недавно, первый автомобиль, оснащенный этой системой, выпустили в 1997 году. Но при этом Common Rail стремительно набрал популярность и практически все дизельные установки им сейчас оснащаются. Помимо указанного названия, имеется еще одно – аккумуляторная топливная система.

Особенность системы, ее составные части

Если в целом посмотреть на устройство Common Rail, то можно обнаружить очень сильное сходство с инжекторными бензиновыми системами питания, особенно непосредственного впрыска. По сути, конструкторы просто позаимствовали все положительные качества, которыми обладает инжектор, и перенесли их на дизельную установку, но с учетом особенностей работы этого типа мотора.

Отличие дизельного двигателя от бензинового

Особенность этой системы, по отношению к классической механической, заключена в предварительном аккумулировании давления топлива перед подачей его в цилиндры. Отсюда и название – аккумуляторная топливная система.

Как и ранее на дизельных моторах, система питания делится на два контура – низкого и высокого давления. Дополнительно в конструкцию Common Rail добавили электронную часть, осуществляющей контроль и управление исполнительной частью.

Контур низкого давления

Эта составляющая конструктивно практически не изменилась. В его состав входят:

  • бак,
  • фильтрующие элементы (грубой и тонкой очистки);
  • насос подкачки топлива;
  • топливные трубопроводы.

Контур низкого давления

Дополнительно в этот контур включены еще некоторые детали – охладитель и подогреватель топлива, а также отсекатель. Об этих составных частях – ниже.

Контур высокого давления

А вот этот контур конструктивно значительно изменился, поскольку в него добавились новые составные элементы. Устройство этой части включает в себя:

  • ТНВД;
  • магистраль высокого давления;
  • центральный магистральный трубопровод (рампа);
  • форсунки;
  • датчик и клапан регулировки давления.

Контур высокого давления

Суть этой конструкции заключена в том, что насос высокого давления качает топливо не к каждой форсунке по отдельности, как это было в механической системе, а закачивает его в магистральный трубопровод (рампу). А уже из нее оно подается на форсунки.

Использование в конструкции рампы позволяет поддерживать давление дизтоплива перед подачей в требуемом значении, при этом обороты мотора не оказывают на него никакого влияния. Это свою очередь оказывает положительное влияние на процесс подачи топлива при разных режимах функционирования мотора.

Основными рабочими элементами в этом контуре, как и раннее, являются ТНВД и форсунки.

Насос имеет механический привод, а количество плунжерных пар, создающих давление, может варьироваться от 1 до 3. Примечательно, что в таком насосе, поскольку нет надобности качать для каждой форсунки, на некоторых режимах плунжерные пары могут отключаться.

А вот форсунки конструктивно изменились. В Common Rail применяются электрогидравлические форсунки, оснащенные электромагнитными или пьезоэлектрическими клапанами управления. Применение их позволило обеспечить многократный впрыск, повышающий эффективность работы силовой установки.

Электронная составляющая

Что касается электронной части, то она практически полностью идентична используемой на инжекторных моторах. То есть, состоит она из электронного блока управления и ряда датчиков:

  • давления в магистральном трубопроводе;
  • скорости вращения коленвала;
  • положения акселератора (педали газа);
  • расхода воздуха;
  • лямбда-зонда;
  • температуры дизтоплива и воздуха.

На некоторых моторах применяется еще ряд других датчиков. Назначение электронной части идентично бензиновому мотору. Датчики передают информацию о работе систем и механизмов силовой установки и ряд других параметров. Поступающие данные блок сравнивает с табличными, занесенными в память, и на основе этого подает импульс на срабатывание форсунок.

Принцип действия

Теперь о том, как работает Common Rail. Первый контур особо рассматривать нечего. В его задачу входит очистка и подача топлива к ТНВД. Единственное, что можно отметить, так это то, что топливоподкачивающий насос может быть механическим, интегрированным в ТНВД, или же электрическим, установленным отдельно в топливную магистраль.

Принцип работы ТНВД тоже остался прежним. Имеющиеся в конструкции плунжерные пары при работе сжимают дизтопливо, из-за этого повышается давление, и выталкивают его дальше. Но если раннее, в классической системе, водитель регулировал количество дизтоплива, которое будет подвергаться сжатию, то в Common Rail такой надобности нет. В ней плунжерные пары работают со определенными порциями топлива, которые не изменяются. Единственное, на создаваемое насосом давление может повлиять блок управления, при надобности отключив плунжерную пару.

Из ТНВД дизтопливо, уже сжатое, по магистрали подается в рампу. За счет установленных на этой рампе датчика и клапана регулировки осуществляется аккумуляция (наращивание) давления до требуемых значений.

Происходит это так: насос, независимо от работы силовой установки постоянно качает топливо, за счет этого давление в магистральном трубопроводе постоянно возрастает. При этом значение давления постоянно контролируется ЭБУ благодаря датчику. Подержание его в требуемом диапазоне для того или иного режима работы силовой установки осуществляется клапаном регулировки. Если давление возрастает выше нормы, электронный блок подает сигнал на открытие этого клапана и часть топлива по сливной магистрали сбрасывается в бак, тем самым и производится регулировка.

Помимо аккумуляции давления, рампа выполняет еще одну функцию – сглаживает «толчки» дизтоплива, закачиваемого насосом и устраняет колебания давления при его падении при впрыске.

Топливо сливается не напрямую, а проходит через охладитель, поскольку при сжатии оно достаточно сильно разогревается. Что касается подогревателя, то он включен в первый контур и обеспечивает нагрев дизтоплива для повышения его текучести при сниженных температурах окружающей среды. В задачу же отсекателя входит прекращение подачи дизтоплива на ТНВД в случае возникновения нарушения в системе.

Топливная рампа посредством магистралей соединена с всеми форсунками. А далее уже при надобности происходит открытие той или иной форсунки для впрыскивания порции дизтоплива в камеру сгорания.

Особенности работы форсунок

Но форсунки в системе впрыска Common Rail функционируют не так, как на механической схеме. Если раннее их открытие осуществлялось за счет превышения определенного значения давления, то здесь этим процессом полностью управляет ЭБУ.

Электрогидравлическая форсунка

Принцип работы электрогидравлических форсунок следует рассмотреть несколько подробнее. Открытие для подачи топлива осуществляется все так же – за счет давления, но сам принцип работы несколько иной.

Суть такова: на запорной игле распылителя сделан ободок, который играет роль поршня. Топливо под давлением подается и под этот поршень, и над ним. За счет равности давления и усилия пружины игла прижата к седлу и распылитель закрыт.

Пространство над иглой объединено каналом с магистралью слива. Но в этом канале размещается электромагнитный или пьезоэлектрический клапан, который перекрывает его.

Срабатывание форсунки делается за счет подаваемого электрического сигнала с блока. Он, поступая на клапан, приводит к его открытию, при этом канал отпирается и топливо из пространства над иглой уходит в сливную магистраль. В результате появляется разница давления и дизтопливо, находящееся под иглой, преодолевая усилие пружинки, приподнимает ее, открывая отверстия распылителя – происходит впрыск. Как только сигнал с ЭБУ пропадет, давление сразу же выровняется, и форсунка закрывается.

Подача топлива

Уже упоминалось, что система впрыска Common Rail использует многократную подачу дизтоплива в цилиндр за один рабочий цикл мотора. Всего применяется три вида впрыска – предварительный, основной и дополнительный.

Предварительный впрыск «подготавливает» среду. Небольшое количество топлива, впрыснутое чуть раньше, приводит к возрастанию давления и температуры в камере сгорания. В дальнейшем это обеспечивает легкое и плавное воспламенение основной части горючей смеси. Благодаря этому впрыску шумность работы дизельной силовой установки снижается.

При основном впрыске в камеру сгорания подается рабочая порция дизтоплива, которая и обеспечивает работу силовой установки.

Дополнительный впрыск происходит уже на цикле рабочего хода, после того, как смесь сгорела. В задачу этого впрыска входит увеличение температуры отработанных газов, обеспечивая сгорание частиц сажи в сажевом фильтре. Тем самым повышается экологичность выхлопа.

График впрыска топлива

Интересно, что ЭБУ может регулировать многократный впрыск, подстраивая подачу под определенные условия работы силовой установки. К примеру, на холостом ходу предварительных впрысков топлива может быть два, чтобы обеспечить более лучшие условия для сгорания основной порции дизтоплива. При средней же нагрузке предварительно топливо подается только раз, а при максимальной подготовка уже не требуется.

Как видно, водитель на процесс работы системы Common Rail практически не влияет. Даже нажимая на педаль акселератора, он просто подает сигнал на ЭБУ, который затем обработается и учтется при формировании импульса на открытие форсунок. Вся работа системы питания полностью контролируется и регулируется электронной частью.

Достоинства и недостатки

Несмотря на то, что эта система питания дизеля, сравнительно «молодая», но уже существует несколько ее поколений. Причем разница между ними сводится лишь к давлению впрыска. Ведь чем оно выше, тем лучше наполняемость цилиндра за единицу времени (форсунка сможет больше впрыснуть), а это в свою очередь – больший выход мощности. Так, у первого поколения Common Rail рабочее давление составляло 1350 Бар, а у четвертого – уже 2200 Бар.

Система впрыска Audi 3-го поколения

Широкое распространение эта система питания получила благодаря ряду преимуществ перед классической:

  1. Высокая точность дозировки топлива. Электронный блок полностью контролирует параметры работы силовой установки и мгновенно реагирует на изменение режима работы, подстраивая под него подачу топлива. Тем самым достигается еще большая экономичность двигателя при лучшем выходе мощности.
  2. Давление в системе поддерживается в строго заданных параметрах, что обеспечивает нормальное наполнение цилиндров независимо от скорости вращения коленчатого вала и режима работы (особенно это важно на холостом ходу, и при малых оборотах).
  3. В этой системе не требуется подстраивать работу ТНВД под рабочие циклы, его задача – лишь нагнетать в рампу топливо, а за всем остальным следит ЭБУ. К тому же ТНВД конструктивно проще, поэтому легче поддается ремонту.
  4. Возможность использования многократного впрыска. Многоразовая подача топлива за один рабочий цикл обеспечивает оптимизацию процессов сгорания в камере сгорания, что снижает шумность работы мотора и повышает его экологичность.

Благодаря таким преимуществам эта система питания и стала столь востребованной, тем более, что она полностью вписывается в нормы экологичности Евро-4.

Но и без недостатков не обошлось. Они у этой системы такие:

  • Более сложная конструкция форсунок сказывается на ресурсе их работы;
  • Система в случае разгерметизации контура высокого давления полностью перестает функционировать. Если раннее зависание одной из форсунок в открытом положении становилось причиной перебоев, но сам двигатель продолжал работать, то в Common Rail при заклинивании клапана управления сработает отсекатель и мотор прекратит работать;
  • Система питания Common Rail более требовательна к чистоте топлива.

Пока система Common Rail считается самой лучшей для использования на дизельных двигателях, и альтернатива ей вряд ли скоро появиться.

autoleek.ru

Впрыск топлива в дизельном двигателе и его регулировка

В такте впуска дизельный двигатель впускает только воздух. В такте сжатия этот воздух нагревается до температуры настолько высокой, что дизельное топливо, впрыснутое в цилиндр в конце такта сжатия, воспламеняется самостоятельно. Количество топлива в двигателе дозируется с помощью топливного насоса высокого давления (ТНВД). Топливо впрыскивается под высоким давлением через форсунку в камеру сгорания.

Впрыск топлива должен происходить следующим образом:

  • с точно дозированным количеством топлива в соответствии с нагрузкой двигателя;
  • в требуемый период времени;
  • в точно определенный период времени;
  • способом, соответствующим конкретному процессу сгорания.

Рис. Схема системы топливоподачи дизельного двигателя: 1. Топливный бак; 2. Топливоподкачивающий насос (топливный насос низкого давления); 3. Топливный фильтр; 4. Рядный ТНВД; 5. Устройство опережения момента впрыска; 6. Регулятор; 7. Держатель форсунки с форсункой; 8. Возвратный топливопровод; 9. Накальная свеча с закрытым элементом; 10. Аккумуляторная батарея; 11. Выключатель предварительного накала и стартера; 12. Блок управления предварительным накалом.

ТНВД и регулятор, соединенные с управляющей (контрольной) зубчатой рейкой являются ответственными за то, чтобы указанные условия выполнялись. Количество топлива, впрыснутого за один ход плунжера ТНВД, примерно пропорционально крутящему моменту двигателя.

Если на двигателе используется механический (центробежный) регулятор числа оборотов, то рейка управления соединяется с педалью акселератора («газа») через регулятор.

Рис. Замкнутый контур управления для механического регулятора: 1. Дизельный двигатель; 2. Рядный ТНВД; 3. Регулятор; 4. Обороты двигателя; 5. Количество впрыскиваемого топлива; 6. Педаль акселератора; 7. Ход управляющей рейки; 8. Давление подаваемого воздуха; 9. Желаемое число оборотов; 10. Атмосферное давление; 11. Управление крутящим моментом; 12. Подача при полной нагрузке; 13. Начальное количество.

У электронного регулятора (EDC) педаль акселератора оснащена датчиком, соединенным с электронным блоком управления (ЭБУ или ECU). Когда водитель нажимает на педаль газа, то перемещение преобразуется в соответствующий ход рейки с учетом оборотов двигателя в данный момент времени.

Почему дизельному двигателю нужен регулятор?

У дизельного двигателя не существует положения управляющей рейки, которое бы позволило дизельному двигателю точно поддерживать свои обороты без помощи регулятора. На холостом ходу, к примеру, без регулятора числа оборотов, обороты двигателя будут либо падать, пока двигатель не остановится, либо будут продолжать увеличиваться, что, в конце концов, приведет к саморазрушению двигателя.

Последняя возможность обязана тому, что дизель работает с избытком воздуха, что означает отсутствие эффективного дросселирования поступающей в двигатель смеси при возрастании его оборотов.

К примеру, если холодный двигатель был заведен и остался работать на холостом ходу, тогда как продолжает впрыскиваться начальное количество топлива, то характерное трение вскоре начнет снижаться. То же самое относится к нагрузке двигателя от приводимых от него агрегатов, таких как генератор, воздушный компрессор, ТНВД и т.д. Это означает, что если положение управляющей реики осталось неизменным и рейка не втягивалась для уменьшения количества подаваемого топлива (как сделал бы регулятор), то обороты двигателя будут возрастать все больше и больше (из-за указанного выше падения трения), пока они не достигнут точки саморазрушения. Другими словами, является обязательным, чтобы дизель был оснащен регулятором числа оборотов. В настоящее время для рядных ТНВД используются либо механические (центробежные) регуляторы либо система электронного управления дизельным двигателем (EDC).

Пневматические регуляторы, управляемые давлением впускного коллектора устанавливались ранее на небольшие ТНВД. От них пришлось отказаться в результате возросших требований к точности регулирования и к работе регулятора.

Работа регулятора

Нет сомнений, что когда к двигателю приложена нагрузка, ТНВД должен всегда обеспечивать двигатель необходимым количеством топлива. Все рядные ТНВД имеют отдельную плунжерную пару (плунжер (3) и гильза (1)), называемую еще нагнетательной секцией (элементом), для каждого цилиндра двигателя.

Плунжер двигается в направлении подачи топлива с помощью кулачкового вала, приводимого в движение от двигателя, и возвращается обратно под действием возвратной пружины. Так как ход плунжера не может быть изменен, то количество нагнетаемого топлива может быть отрегулировано только путем изменения эффективного (активного) хода плунжера.

Рис. Работа регулятора

Плунжеры снабжены наклонным спиральным вырезом (каналом), так что требуемый эффективный ход подбирается путем поворота плунжера. Поворот осуществляется с помощью управляющей зубчатой рейки (5), которая находится в зацеплении с плунжером и сама двигается продольно с помощью регулятора. Вращение плунжера перемещает спираль (вырез) (4) для управления моментом окончания подачи (известного также как сброс или открывание отверстия в гильзе) и количеством подачи. Подача начинается в тот момент, когда верхний край плунжера закрывает входное отверстие (2) в стенке гильзы.

В случае максимальной подачи (с) сброс не происходит вплоть до максимального эффективного хода плунжера, другими словами, с максимально возможным количеством подаваемого топлива. При частичной подаче (Ь) сброс происходит раньше в зависимости от положения плунжера при повороте. В конечном положении, что требуется для нулевой подачи (а), т.е. в момент, когда двигатель должен быть остановлен, продольный паз плунжера расположен прямо напротив входного отверстия. Это означает, что нагнетательная камера над плунжером соединяется с топливной магистралью в течение всего хода плунжера, т.е. топливо не подается.

Существует несколько различных конфигураций спирали.

В случае плунжера только с нижней спиралью (вырезом) подача топлива начинается в одинаковой точке хода плунжера вверх, тогда как конец подачи происходит раньше или позже в зависимости от поворота плунжера. Когда плунжер имеет верхнюю спираль (вырез), то может изменяться начало подачи. Имеются также плунжеры, снабженные как верхней, так и нижней.

Снижение оборотов регулятора

Каждый двигатель имеет кривую (характеристику) крутящего момента в соответствии с его максимальной отдачей мощности. Каждое значение оборотов двигателя связано с данным максимальным крутящим моментом. Если нагрузка на двигатель снимается при данных оборотах двигателя, а управляющая рейка соответствующим образом не регулируется, то обороты двигателя могут лишь увеличиваться в пределах управляемого диапазона до числа, определенного заводом-изготовителем двигателя (т.е. от nv — оборотов при полной нагрузке до n1 — низких оборотов холостого хода). Увеличение оборотов двигателя пропорционально изменению нагрузки, т.е. чем больше уменьшение нагрузки двигателя, тем больше увеличение оборотов двигателя.

Этот эффект известен как эффект снижения оборотов и относится к регуляторам с характеристикой снижения оборотов. Снижение оборотов регулятора в основном относится к максимальным оборотам при полной нагрузке (нормированные обороты) и подсчитывается следующим образом:

б = (n10-nv0) / nv0 или б (n10-nv0) / nv0 * 100%

где б — коэффициент снижения оборотов, его называют также просто снижением оборотов); n10 — повышенных оборотов холостого хода (максимальных); nv0 — число максимальных оборотов при полной нагрузке.

Говоря в общем, достаточно большое снижение оборотов увеличивает стабильность общего контура (цепи) управления (регулятор, двигатель и приводимый им в движение агрегат или автомобиль). С другой стороны, снижение оборотов ограничивается условиями работы. Для примера: примерно от 0 до 5% — для двигателей генераторных установок и примерно от 6 до 15% — для автомобильных двигателей.

Рис. Обороты при полной нагрузке с соответствующим управлением оборотами холостого хода: 1. Крутящий момент Md; 2. Обороты двигателя.

Рис. Увеличение оборотов для различных снижений оборотов: 1. Крутящий момент Md; 2. Обороты двигателя; слева — малое снижение оборотов; справа — большое снижение оборотов.

Рис. Снижение оборотов регулятора R Q V: 1. Снижение оборотов; 2. Обороты ТНВД

На рисунках введены следующие обозначения:

  • nvu — минимальные обороты при полной нагрузке,
  • nu — любое значение оборотов при полной нагрузке,
  • nv0 — максимальные обороты при полной нагрузке,
  • n — низкие обороты на холостом ходу,
  • n1 — любое значение оборотов на холостом ходу.
  • n10 — повышенные обороты холостого хода (максимальные).

На рисунке показана практическая иллюстрация эффектов снижения оборотов. При установке требуемых оборотов двигателя на фиксированной величине, действительное число оборотов двигателя изменяется в пределах области снижения оборотов, когда нагрузка двигателя изменяется.

Рис. 1. Крутящий момент Md; 2. Обороты двигателя, n; 3. Диапазон снижения оборотов; 4. Максимальная разница в оборотах; 5. Реальные обороты; 6. Полная нагрузка; 7. Частичная нагрузка; 8. Отсутствие нагрузки; 9. Время t; 10. Установочные обороты.

Функции регулятора

Основной задачей каждого регулятора числа оборотов является ограничение максимальных оборотов двигателя. Другими словами, регулятор должен обеспечивать, чтобы обороты двигателя никогда не превышали максимальных значений, предусмотренных заводом-изготовителем. В зависимости от его типа, регулятор может иметь и другие функции, такие как поддержание определенных оборотов двигателя, например, на холостом ходу или поддержание диапазона оборотов между низкими и высокими оборотами холостого хода (максимальными). Регулятор может также иметь другие функции и функции, выполняемые электронным регулятором (EDC), являются гораздо более широкими, чем функции у механического (центробежного) регулятора.

Различные требования, предъявляемые к регуляторам, стали причиной развития различных типов регуляторов, перечисленных ниже: регуляторы максимальных оборотов. Эти регуляторы разработаны только для ограничения максимальных оборотов двигателя;

регуляторы минимальных и максимальных оборотов.

Кроме максимальных оборотов эти регуляторы также управляют низкими оборотами холостого хода, регуляторы изменяемых оборотов. Эти регуляторы кроме максимальных оборотов и низких оборотов холостого хода также управляют оборотами в промежуточной области, комбинированные регуляторы. Они представляют собой комбинацию регулятора максимальных и минимальных оборотов и регулятора изменяемых оборотов, регуляторы для стационарных силовых установок. Они разработаны для двигателей генераторных установок в соответствии с немецким стандартом DIN 6280. Кроме своей основной задачи, этот регулятор также имеет несколько других функций управления. Они включают в себя автоматическую подачу и отсечку дополнительного топлива, требуемого для запуска и изменение подачи топлива при полной нагрузке в зависимости от оборотов двигателя (управление крутящим моментом), от давления нагнетаемого воздуха или атмосферного давления. Для выполнения этих задач требуется дополнительное оборудование.

Регулировка максимальных оборотов

Рис. Регулировка максимальных оборотов: 1. Ход управляющей рейки; 2. Остановка; 3. Полная нагрузка; 4. Контролируемая область; 5. Полная нагрузка; 6. Без нагрузки; 7. Обороты двигателя.

В зависимости от снижения оборотов, когда нагрузка на двигатель убирается, то максимальные обороты при полной нагрузке nv0 не достигают величины n10 (повышенные обороты холостого хода — максимальные). Регулятор подгоняет их до этого требуемого значения, передвигая управляющую рейку в направлении остановки (прекращая подачу топлива). Управление (регулировка) в области между nvo и пю называется регулировкой максимальных оборотов. Чем выше снижение оборотов, тем выше увеличение оборотов между nvo и n10.

Регулировка промежуточных оборотов

Когда требуется специальное применение (например, в автомобилях с коробкой отбора мощности), то регулятор может поддерживать обороты двигателя в пределах требуемой области (2) между оборотами холостого хода и повышенными оборотами холостого хода (максимальными), (1 — ход управляющей рейки).

Рис. Регулировка промежуточных оборотов

Обороты двигателя (5), таким образом, колеблются только в пределах рабочей области между nv. (полная нагрузка-3) и n1 (без нагрузки-4) в зависимости от нагрузки.

Управление низкими оборотами холостого хода

Регулирование может также иметь место и в самой низкой области оборотов двигателя.

Рис. Управление низкими оборотами холостого хода: 1. Ход управляющей рейки; 2. Область управления; 3. Полная нагрузка; 4. Без нагрузки; 5. Обороты двигателя.

После запуска холодного двигателя, когда управляющая рейка перемещается из пускового положения в положение В, сопротивление двигателя на трение остается достаточно высоким, Это значит, что количество подаваемого топлива для устойчивой работы двигателя будет немного выше того, которое обычно соответствует регулировочной точке L для низких оборотов холостого хода, а обороты двигателя будут немного ниже. При прогреве уменьшение трения будет причиной увеличения оборотов двигателя, и управляющая рейка передвинется обратно в положение L. Это установка низких оборотов холостого хода для двигателя, находящегося при рабочей температуре.

Управление крутящим моментом

Управление крутящим моментом используется для обеспечения полного использования воздуха для сгорания, поступившего в цилиндр двигателя. В таком случае процесс управления не актуален, но на регулятор накладывается более одной функции регулировки. Он разработан для количества топлива, подаваемого для режима полной нагрузки, т.е. для максимального количества топлива, впрыскиваемого в области нагрузок двигателя и которое может сгореть без чрезмерного дымообразования. В общем, потребность в топливе «атмосферного» (т.е. без наддува) дизельного двигателя снижается с ростом оборотов двигателя (уменьшенная относительная скорость воздушного потока, ограничения по температуре, изменяемое смесеобразование). С другой стороны, при постоянном положении управляющей рейки количество топлива, впрыскиваемого ТНВД, увеличивается в определенной области, когда обороты возрастают. Это происходит из-за эффекта дросселирования у отверстия для сброса (сливного отверстия) плунжерной пары ТНВД. Однако впрыскивание избыточного топлива приводит к выбросам дыма и перегреву двигателя. Это означает, что количество впрыскиваемого топлива должно быть адаптировано к потребности двигателя в топливе.

Рис. а) Потребность двигателя в топливе; б) Подача топлива в режиме полной нагрузки без управления крутящим моментом; с) Подача топлива в режиме полной нагрузки с управлением крутящим моментом; 1. Количество подаваемого топлива; 2. Начало управления крутящим моментом; 3. Конец управления крутящим моментом; 4. Область управления крутящим моментом; 5. Обороты двигателя.

У регуляторов числа оборотов с управлением крутящим моментом управляющая рейка передвигается в области управления крутящим моментом на фиксированную величину (так называемый ход управления крутящим моментом) в направлении остановки (отсечки подачи топлива). Таким образом, когда обороты возрастают (от n1, до n2), количество подаваемого топлива уменьшается (принудительное управление крутящим моментом или управление крутящим моментом в направлении управления). Когда обороты двигателя падают (с n2 до n1), подача увеличивается.

Рис. 1. Управление ходом рейки; 2. Начало управления крутящим моментом; 3. Конец управления крутящим моментом; 4. Ход управления крутящим моментом; 5. Обороты двигателя.

Конструкция и расположение приборов для управления крутящим моментом изменяются в соответствии с типом регулятора. Кривая крутящего момента с и без управления крутящим моментом показана на рисунке. Максимальный крутящий момент достигается во всем диапазоне показанных оборотов без превышения пределов дымности.

Рис. 1. Крутящий момент двигателя Md; 2. Начало управления крутящим моментом; 3. Конец управления крутящим моментом; 4. С управлением крутящим моментом; 5. Без управления крутящим моментом; 6. Обороты двигателя.

На двигателях, оснащенных турбонагнетателем с приводом от выхлопных газов, имеющих высокий коэффициент наддува, потребность в топливе на режиме полной нагрузки в областях низких оборотов возрастает настолько, что стандартное увеличение подачи топлива от ТНВД становится недостаточной. В таких случаях управление крутящим моментом должно регулироваться в зависимости от оборотов двигателя или давления нагнетаемого воздуха.

В зависимости от преобладающих условия это осуществляется с использованием либо регулятора, либо компенсатора давления во впускном коллекторе (LDA) или обоих этих устройств.

Характеристики подачи топлива

Рис. Характеристики подачи топлива: а) Потребность двигателя в топливе; б) Подача в режиме полной нагрузки без управления крутящим моментом; с) Подача в режиме полной нагрузки с управлением крутящим моментом; c1 — отрицательное (свободное) управление крутящим моментом; с2 — принудительное (положительное) управление крутящим моментом; 1. Количество подаваемого топлива; 2. Управление крутящим моментом; 3. Отрицательное; 4. Положительное; 5. Обороты двигателя.

Метки: ВпрыскТНВДТопливная система

(1 голосов, средний: 4,00 из 5)

ustroistvo-avtomobilya.ru


Смотрите также

Возврат к списку