Устройство и принцип действия рядного многоплунжерного ТНВД с управляющей муфтой
Рядные многоплунжерные ТНВД с управляющей муфтой отличаются от ТНВД стандартного типа именно наличием управляющей муфты (позиция 4), которая может скользить по плунжеру. Во всех других аспектах конструкция ТНВД одна и та же.
Снижение вредных выбросов с отработавшими газами (ОГ) ДВС является проблемой, к которой обращено повышенное внимание изготовителей коммерческих автомобилей. Основной вклад в решение этой проблемы для дизелей коммерческих автомобилей вносят высокие давления впрыска и оптимизация момента начала подачи топлива. Всё это привело к созданию нового поколения рядных многоплунжерных ТНВД с управляющей муфтой. Такой тип ТНВДможет не только изменять количество впрыскиваемого топлива (то есть величину цикловой подачи), но также и момент начала подачи независимо от частоты вращения двигателя. Следовательно, по сравнению с обычными рядными многоплунжерными ТНВД в новых насосах имеется дополнительный параметр впрыска топлива с независимым электронным управлением. Рядные многоплунжерные ТНВД с управляющей муфтой имеют только электронное управление.
Рядные многоплунжерные ТНВД с управляющей муфтой являются элементом электронной системы с независимым регулированием цикловой подачи и угла опережения впрыска топлива в зависимости от множества определяющих факторов. Указанный метод управления делает возможным выполнение следующих функций:
- снижение до минимума вредных выбросов С ОГ;
- оптимизирование величины расхода топлива на всех эксплуатационных режимах;
- точное дозирование подачи топлива;
- эффективное улучшение пусковых характеристик и фазы прогрева двигателя.
Рис. Рядный многоплунжерный ТНВД с управляющей муфтой (в разрезе):
1. Втулка плунжерной пары; 2. Управляющая муфта; 3. Рейка ТНВД; 4. Плунжер ТНВД; 5. Кулачковый вал (привод от двигателя); 6. Механизм привода управляющей муфты для регулирования момента начала подачи топлива; 7. Вал регулирующей муфты; 8. Электромагнитный привод рейки ТНВД; 9. Датчик перемещения рейки ТНВД; 10. Разъём; 11. Диск прекращения подачи топлива, являющийся частью нассса возврата топлива; 12. Топливоподкачивающий насос
Таким образом, «жёсткое» устройство — устанавливаемая на валу ТНВД муфта опережения впрыска топлива, которая проектировалась с учётом действия на неё высоких крутящих моментов, больше не нужна.
Существуют два варианта конструкций рядных многоплунжерных ТНВД с управляющей муфтой:
- Тип H1 для шести- и восьмицилиндровых двигателей с давлением начала подъёма иглы форсунки 1300 бар;
- Тип Н1000, обеспечивающий повышенную цикловую подачу, для 5-8-цилиндровых двигателей с давлением начала подъёма иглы форсунки 1350 бар.
Управляющая муфта, которая скользит по плунжеру ТНВД 1 внутри полости 2, выполненной во втулке плунжерной пары, обеспечивает возможность изменения предварительной фазы активного хода плунжера для того, чтобы изменить момент начала подачи (то есть угол опережения впрыска) и, следовательно, начало впрыска топлива. По сравнению со стандартными рядными ТНВД в новых насосах реализуется второй регулируемый параметр впрыска топлива, который может быть с электронным управлением.
Рис. Механизм привода управляющей муфты:
1. Плунжер ТНВД; 2. Полость для управляющей муфты; 3. Сливное отверстие; 4. Управляющая муфта; 5. Рейка ТНВД (регулирование цикловой подачи топлива); 6. Вал управляющей муфты
Управляющая муфта в каждой втулке плунжерной пары имеет обычное сливное отверстие (окно) 3. Вал 6 привода муфты имеет рычаги, которые обеспечивают одновременное изменение положения управляющих муфт во всех секциях ТНВД. В зависимости от положения управляющей муфты (вверху или внизу) начало подачи топлива происходит с опережением или запаздыванием по отношению к кулачку. Величина цикловой подачи топлива затем определяется положением отсечной спиральной кромки, как и во всех стандартных рядных многоплунжерных ТНВД.
Рис. Рабочий цикл рядного многоплунжерного ТНВД с управляющей муфтой:
а. НМТ
b. Начало подачи
с. Конец подачи
d. ВМТ
1. Нагнетательный клапан; 2. Камера высокого давления (надплунжерная камера); 3. Втулка плунжерной пары; 4. Управляющая муфта; 5. Отсеченная спиральная кромка; 6. Контрольное отверстие начала подачи; 7. Плунжер ТНВД; 8. Пружина плунжера; 9. Роликовый толкатель; 10. Кулачок; 11. Сливное (отсечное) окно муфты.
h1. Предварительный ход плунжера (подъём плунжера до перекрытия контрольного отверстия)
h2. Активный ход плунжера
h3. Остаточный (холостой) ход плунжера
Начало подачи топлива
Как только плунжер (позиция 7) завершит предварительный ход h1, управляющая муфта 4 закроет контрольное отверстие 6 в плунжере. Начиная с этою момента, давление внутри камеры высокою давления 2 возрастает, и начинается геометрическая подача топлива.
Момент начала подачи и, следовательно, впрыска топлива изменяется при вертикальном перемещении управляющей муфты относительно плунжера. Когда управляющая муфта находится ближе к положению плунжера в ВМТ, ход плунжера до момента перекрытия контрольного отверстия 6 оказывается больше, и начало подачи, следовательно, происходит позднее, а когда управляющая муфта расположена ближе к НМТ плунжера, ход плунжера до перекрытия отверстия короче, и геометрическое начало подачи происходит раньше.
Форма кулачка ТНВД определяет скорость хода плунжера и, соответственно, характер подачи топлива (теоретическое количество подаваемого топлива на градус поворота кулачкового вала ТНВД), также как и давление впрыска топлива.
Отсечка подачи (слив топлива)
Активный ход плунжера h2, заканчивается, когда спиральная отсечная кромка в плунжере (позиция 5) перекроет сливное окно 11 в управляющей муфте, что приведёт к падению давления. Поворот плунжера при перемещении рейки ТНВД изменяет момент, при котором это происходит и, следовательно, количество подаваемого топлива таким же образом, как и в обычных рядных многоплунжерных ТНВД.
Электронная система управления
По входным сигналам, полученным от датчиков и генераторов импульсов, электронный блок управления (позиция 5) рассчитывает необходимые настройки ТНВД. После этого EDC посылает соответствующие электрические сигналы исполнительным механизмам (приводам) для осуществления начала подачи (1) и регулирования величины цикловой подачи ТНВД (4).
Управление моментом начала подачи топлива
Момент начала подачи топлива регулируется замкнутой электронной системой управления (системой управления с обратной связью). Датчик перемещения иглы форсунки, установленный в одной из форсунок (обычно в первом цилиндре) посылает в электронный блок управления сигнал о действительном моменте начала впрыска топлива. Эта информация используется для определения действительного момента начала впрыска в градусах поворота коленчатого вала двигателя, что в свою очередь может затем сравниваться с установочным значением этой величины с последующей регулировкой, выполняемой по электрическому сигналу, посылаемому исполнительному механизму начала подачи топлива.
Исполнительный механизм (привод) начала подачи топлива является «структурно жёстким». По этой причине можно отказаться от специального датчика обратной связи. Структурная жёсткость означает, что направления действия сил электромагнита и пружины всегда имеют точно определённую точку пересечения, то есть эти силы всегда находятся в равновесии. Таким образом, линейное перемещение якоря электромагнита пропорционально силе электрического тока, что эквивалентно действию обратной связи в замкнутой системе управления.
Рис. Рядный многоплунжерный ТНВД с управляющей муфтой Тип Н1 (RP43) с электронным блоком управления:
1. Исполнительный механизм подачи топлива; 2. Пружина сжатия; 3. Датчик перемещения рейки ТНВД; 4. Исполнительный механизм (привод) перемещения рейки ТНВД (регулирование цикловой подачи топлива); 5. Электронный блок управления; 6. Конус вала для привода от двигателя; 7. Кулачковый вал ТНВД; 8. Управляющая муфта; 9. Плунжер ТНВД; 10. Нагнетательный клапан.
Регулирование величины цикловой подачи топлива
Требуемое количество впрыскиваемого топлива, то есть величина цикловой подачи, которая рассчитывается микропроцессором в электронном блоке управления, устанавливается замкнутой системой электронного управления. Электронный блок управления точно определяет необходимую величину перемещения рейки ТНВД и получает от датчика 3 контроля хода рейки сигнал о действительной величине её перемещения. После этого электронный блок управления снова рассчитывает величину управляющего электрического сигнала, которая требуется для достижения требуемой настройки исполнительного механизма перемещения рейки. Таким образом, осуществляется постоянное корректирование действительного положения привода для согласования его с установочным значением (управление в замкнутом контуре с обратной связью). По причине обеспечения безопасности пружина сжатия 2 перемещает рейку ТНВД обратно в положение «нулевой подачи» каждый раз, когда электропитание на исполнительный механизм не подаётся.
Дозировка топлива
Для обеспечения правильного процесса сгорания должно быть обеспечено получение качественной топливо-воздушной смеси, для чего ТНВД (1) должен впрыскивать топливо под очень высоким давлением (3 — топливоподкачивающий насос) и дозировать его количество с максимально возможной точностью (2 — регулятор). Точность установки момента впрыска должна быть в пределах 1° поворота коленчатого вала. Это необходимо для оптимального сочетания экономичности состава выхлопных газов и уровня шумов требуемым характеристикам.
В стандартном рядном ТНВД устройство (муфта) опережения впрыска (4) используется для управления началом впрыска и для компенсации времени распространения волны давления топлива в топливопроводах высокого давления. Регулировка начала впрыска топлива непостоянна — величина опережения момента впрыска увеличивается при увеличении числа оборотов. В специальных случаях обеспечивается управление в зависимости от нагрузки на двигатель. Число оборотов и нагрузка на дизель определяются количеством впрыскиваемого топлива.
Для описания количества топлива применяются следующие термины:
- объем впрыскиваемого топлива (ммУход);
- масса впрыскиваемого топлива (мг/ход);
- без дросселирования поступающего топлива.
Работа плунжера ТНВД
При положении плунжера в нижней мертвой точке (НМТ) (1) каналы для поступления топлива в гильзе плунжера открыты. Через них топливо под давлением, создаваемым топливоподкачивающим насосом, из топливной магистрали ТНВД поступает в камеру (секцию) высокого давления (в полость гильзы над плунжером) (7). При движении плунжера вверх, он поднимается до канала для поступления топлива и перекрывает его своим верхним торцом (8). Этот ход плунжера называется предварительным ходом (2). Во время дальнейшего движения плунжера давление топлива возрастает и открывается нагнетательный клапан (9). Если используется нагнетательный клапан постоянного объема, плунжер совершает дальнейшее движение, называемое втягивающим ходом (3). Во время эффективного (рабочего) (4) хода топливо через топливопровод высокого давления подается к форсункам. Рабочий ход заканчивается сразу же, как только спиральная канавка плунжера откроет сливной канал (или входной канал поступления топлива) (10). С этого момента прекращается подача топлива к форсункам, потому что при дальнейшем движении плунжера топливо через вертикальную канавку плунжера проходит обратно в топливную магистраль (холостой ход) (5). Во время дальнейшего хода плунжера в обратном направлении (12) от верхней мертвой точки (ВМТ) (6), топливо продолжает перетекать через вертикальную канавку в гильзу, пока спиральная канавка плунжера не пройдет полностью мимо сливного канала и он не перекроется.
При дальнейшем движении плунжера вниз над ним в гильзе возникает разрежение и как только плунжер откроет впускной топливный канал, топливо заполнит гильзу над плунжером и цикл может повториться вновь. (А — общий ход).
Одним из факторов, влияющих на мощность дизеля, является количество впрыскиваемого топлива. Задачей ТНВД является всегда точно дозировать соответствующее количество топлива в зависимости от нагрузки на двигатель. Количество впрыскиваемого топлива изменяется путем изменения рабочего хода плунжера. Для этого управляющая зубчатая рейка (5) поворачивает плунжер насоса в гильзе (1) так, что спиральная канавка (4), проходящая диагональю по окружности плунжера, может открывать входной топливный канал (2) раньше или позже и, таким образом, изменять конец подачи и вместе с ним количество впрыскиваемого топлива. В положении максимальной подачи (с) топливный канал не открывается до тех пор, пока плунжер не пройдет полный ход и не обеспечит максимально возможную подачу топлива. При средней подаче (Ь) топливный канал открывается раньше в зависимости от точного положения плунжера. При положении нулевой подачи (а) вертикальная канавка плунжера находится прямо напротив входного топливного канала. При этом движении плунжера камера высокого давления постоянно соединена с магистралью подвода топлива через вертикальную канавку плунжера. Подачи топлива не происходит. Плунжер поворачивается в это положение при выключении двигателя.
В рядном ТНВД РЕ.. .А применяется зубчатая рейка для поворота плунжера и изменения количества впрыскиваемого топлива.
По этой теме ОПИСАНИЕ РАБОТЫ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВС
