Принцип работы насос форсунки
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.
- Охладитель топлива охлаждает сливаемое топливо для предупреждения попадания в топливный бак слишком горячего топлива.
- Датчик температуры топлива определяет температуру топлива в сливной магистрали и посылает соответствующий сигнал блоку управления двигателю
- Ограничительный клапан поддерживает давление в сливной магистрали на уровне 1 бар. Благодаря этому достигается постоянство давления топлива на игле электромагнитного клапана.
- Байпас Если в топливной системе имеется воздух, к примеру при выработанном топливном баке, ограничительный клапан остается закрытым. Воздух выжимается поступающим топливом из системы
- Головка блока
- Магистрали. Через дроссельное отверстие отводятся пары топлива, которые могут быть в питающей магистрали
- Топливный насос подает топливо из топливного бака через фильтр к насос-форсункам
- Сетка-фильтр улавливает пузырьки воздуха и газа в питающей магистрали.
Затем они отводятся через дроссельное отверстие и сливную магистраль
- 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
- Обратный клапан предотвращает слив топлива от топливного насоса в топливный бак при остановке двигателя (давление открытия топлива 0,2 бар)
- Топливный фильтр защищает топливный контур от загрязнения и попадания в него инородных частиц и воды
- 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 встроенного 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.
ТНВД для дизельных двигателей - ТНВД
| Рекомендации при покупке
Топливный насос высокого давления — это сердце дизельного двигателя. Точная подача топлива поддерживает ритм или синхронизацию, обеспечивающую плавную работу двигателя. Одновременно насос также регулирует количество топлива, необходимое для получения желаемой мощности. ТНВД выполняет работу как дроссельной заслонки, так и системы зажигания, необходимой в бензиновых двигателях. При устранении неполадок бензинового двигателя вы проверяете компрессию, подачу топлива и искру. У дизеля нет системы зажигания, поэтому с ним на одну неисправность меньше. Основные достижения в разработке дизельного двигателя являются прямым результатом улучшенного впрыска топлива. Вот как работает инжекторный насос.
Насосы с прямым впрыском (рывками)
Первые насосы, в которых использовались плунжеры для подачи дозированного топлива в камеру сгорания, были разработаны еще в 1890-х годах. На это ушло почти сорок лет, но в 1927 году Bosch представил серийный линейный насос со спиральным управлением. Эти первые насосы очень похожи на Bosch P7100 (P-насос) на двигателях Dodge Ram 5,9 л Cummins с 1994 по 1998 год. Иногда их называют рывковыми насосами, они состоят из отдельных насосных и плунжерных блоков, соединенных в линию, по одному на цилиндр. Они активируются кулачком, который механически связан с двигателем. Тем не менее, насос имеет возможность изменять время, хотя и не настолько сложно, как система с электронным управлением. Рядные ТНВД выглядят как рядные мини-двигатели. Самые ранние встроенные ТНВД обеспечивали давление впрыска 3000–5000 фунтов на квадратный дюйм, в то время как более новый Bosch P7100, выпущенныйДвигатели Cummins от 4 до '981/2 обеспечивают давление 18 000 фунтов на квадратный дюйм.
Распределительные (роторные) впрыскивающие насосы
Эти типы насосов имеют только один дозирующий плунжер. Вращающийся ротор образует гидравлическое соединение с различными портами на головке распределителя, чем-то похожее на то, как работает распределитель на бензиновом двигателе. Преимущества насоса роторного типа только с одним плунжером заключаются в том, что все порции топлива абсолютно одинаковы, и это позволяет уменьшить общую упаковку. Кроме того, насосы распределительного типа имеют меньше движущихся частей по сравнению с линейными насосами. Двумя примерами механических роторных насосов являются Stanadyne DB2 и Bosch VE. Stanadyne DB2 производит давление 6700 фунтов на квадратный дюйм, а Bosch VE — 17000 фунтов на квадратный дюйм.
Примером электронного роторного насоса является Bosch VP44, способный создавать давление 23 000 фунтов на квадратный дюйм. Это самый умный насос с наибольшей ответственностью, даже по сравнению с новыми насосами Common-Rail CP3. Это так, потому что все, что нужно сделать CP3, — это создать давление. Помимо создания давления, VP44 нуждается в электронном управлении временем и количеством топлива, подаваемого в двигатель.
Common-Rail Injection
При использовании Common-Rail впрыска топлива сам насос потерял большую часть своих полномочий решать, когда и в каком количестве будет поступать топливо, которое он нагнетает. Например, насос CP3 получает топливо из топливного бака. Затем он использует радиально-поршневую конструкцию для значительного увеличения давления. Топливо под высоким давлением направляется в общую топливную рампу, которая по сути является аккумулятором для форсунок. Оттуда берут на себя форсунки.
Насос-форсунки
Линии, соединяющие ТНВД с топливной форсункой, создавали проблемы для первых дизельных инженеров. Так в 1905 году Карл Вайдман избавился от них, прочесав ТНВД и форсунку. Насос-форсунка представляет собой компактную конструкцию впрыска топлива, в которой плунжер насоса создает высокое давление за счет механической силы, прилагаемой двигателем. Плунжер и форсунка сливаются в один блок, задачей которого является подача топливной струи в камеру сгорания. Насос-форсунки чаще всего применяются в автомобилях Volkswagen и больших дизельных двигателях. DP
Интересные факты о впрыске топлива
* Первые дизельные двигатели использовали сжатый воздух для подачи топлива в камеру сгорания. Это была технология, оставшаяся от экспериментов с угольной пылью.
*Компания Atlas Imperial Diesel из Окленда, Калифорния, разработала свою первую топливную систему с общей топливной рампой еще в 1919 году. Даже небольшая дополнительная капля нарушит цикл горения.
*В современных дизельных двигателях топливо выходит из форсунки под давлением 30 000 psi. Для сравнения, это число укладывается в диапазон давлений, при которых работают водометы.
