Устройства для изменения угла опережения впрыска

СОДЕРЖАНИЕ:

• Муфты опережения впрыска
• Центробежные механические муфты
• Гидравлические муфты
• Насосные устройства опережения впрыска

Оптимальный угол опережения подачи топлива в камеру сгорания дизеля устанавливают обычно на номинальном режиме его работы. При изменении частоты вращения коленчатого вала и нагрузки дизеля необходимо менять и угол опережения впрыска. Так, при снижении нагрузки наилучшее протекание рабочего процесса дизеля происходит при уменьшении угла опережения впрыска. Уменьшать угол опережения впрыска следует при снижении частоты вращения вала. Только при этих условиях сгорание будет происходить вблизи верхней мертвой точки и показатели рабочего процесса будут наилучшими.

Не все дизели одинаково реагируют на изменение угла опережения впрыска. Дизели с разделенными камерами, как известно, характеризуются более стабильным рабочим процессом. Они менее чувствительны к изменению скоростного и нагрузочного режимов работы. Поэтому изменение угла опережения подачи топлива в процессе их работы может не дать ощутимого эффекта В дизелях же с неразделенными камерами сгорания несоответствие угла опережения подачи скоростному и нагрузочному режимам приводит к резкому ухудшению экономических и мощностных показателей.

Характер изменения угла опережения подачи зависит и от типа насоса высокого давления и способа дозирования топлива. В золотниковых насосах высокого давления, в которых подачу топлива регулируют изменением конца подачи, угол опережения впрыска в процессе работы практически остается постоянным. При установке таких насосов на дизели с неразделенными камерами сгорания, работающих в широком диапазоне скоростных н нагрузочных режимов, изменение угла опережения подачи обязательно. Если в этих насосах цикловую подачу изменяют началом или началом и концом подачи, то каждой нагрузке соответствует и свой угол опережения подачи. При условии, что определенной скорости дизеля соответствует и определенная цикловая подача, регулировать дополнительно этот угол нет необходимости. В транспортных дизелях связи между нагрузкой и частотой вращения коленчатого вала не существует. Поэтому возникает потребность предусматривать специальные устройства для корректировки этого угла.

В насосах с дозированием количества подаваемого топлива дросселированием на всасывании с уменьшением подачи угол опережения впрыска уменьшается больше, чем требуется для оптимального протекания рабочего процесса. Это также ухудшает рабочий процесс, причем больше, чем при сохранении угла опережения подачи постоянным.

Таким образом, для абсолютного большинства дизелей, работающих в широком диапазоне изменения скоростных и нагрузочных режимов, с целью повышения их эффективности целесообразно устанавливать специальные устройства изменения угла опережения подачи в соответствии с режимам работы двигателя.

В настоящее время существует большое разнообразие конструкций таких устройств. Их разделяют на муфты опережения впрыска, приставляемые к насосам, и устройства, являющиеся неотъемлемой частью насоса высокого давления.

Муфты опережения впрыска

В этом случае устройство для изменения угла опережения впрыска конструктивно выполняют вместе с приводной муфтой топливного насоса высокого давления. Изменение угла опережения подачи топлива осуществляется при развороте кулачкового вала насоса относительно вала привода от руки, центробежными силами грузов, давлением жидкости или воздуха, электромагнитом и другими способами.

Приводные муфты насосов обеспечивают передачу крутящего момента, упругость передачи в моменты ее большей нагрузки. При наличии этих муфт допускается некоторая несоосность валов привода и насоса.

Рис. Схема муфты привода насоса:
1, 4 — втулки; 2 — фланец. 3 — шайба

Наиболее простая ручная муфта приведена на рисунке. Втулку 4 с двумя выступами А закрепляют на кулачковом валу насоса при помощи шпонки и фиксатора (обычно гайки). Промежуточный фланец 2 с двумя такими же выступами В соединен с втулкой 1 приводного вала при помощи двух болтов, проходящих через специальные прорези С. Выступы втулки и промежуточного фланца входят в прорези текстолитовой шайбы 3 и образуют муфту. В результате наличия прорезей С кулачковый вал насоса вместе с шайбой и промежуточным фланцем можно поворачивать на некоторый угол относительно приводного вала при ослаблении соединительных болтов. Для удобства регулирования на наружных цилиндрических поверхностях втулки 1 и фланца 2 нанесены деления. Поворот на одно деление соответствует 3°. При регулировке насоса на дизеле втулку 4 устанавливают по меткам на наружной цилиндрической поверхности втулки и корпуса насоса по первому цилиндру дизеля.

Для упрощения обслуживания дизеля устанавливают автоматические муфты опережения впрыска. Все автоматические приводы муфт делятся на механические, гидравлические и электромагнитные. Широко распространены центробежные механические и гидравлические приводы. Электромагнитные муфты реагируют на изменение частоты вращения коленчатого вала и нагрузки. Однако в результате сложности конструкции их пока не применяют.

Центробежные механические муфты

Рис. Центробежные муфты с шаровидными грузами:
а, б — варианты, 1 — ведущий диск, 2 — груз, 3 — ведомый диск, 4 — выступы диска, 5 — распорная пружина, 6 — регулировочная пружина

В центробежной автоматической муфте опережения впрыска (рис. а) ведущий диск 1, связанный с валом привода, передает крутящий момент ведомому диску 3, установленному на кулачковом валике насоса высокого давления, через грузы 2. В процессе работы диск 1 выступами 4 входит в соответствующие вырезы в диске 3, предотвращая осевое смещение. Диски прижимаются к грузам при помощи пружин 5.

При увеличении частоты вращения коленчатого вала дизеля грузы 2 под действием центробежной силы расходятся и воздействуют на профильные поверхности выступов ведомого диска 3, поворачивая его совместно с валиком насоса на определенный угол относительно ведущего диска 1. В результате этого угол опережения впрыска увеличивается. При уменьшении частоты вращения вала дизеля пружины преодолевают центробежную силу грузов и поворачивают ведомый диск совместно с валом насоса относительно ведущего диска в противоположную сторону, уменьшая угол опережения впрыска.

По такому же принципу работает и центробежная муфта, приведенная па рис. б. Между ведущим 1 и ведомым 3 дисками установлен груз 2, распорные 5 и регулировочная 6 пружины. При перемещении груза 2 по профильным поверхностям дисков в направлении от центра пружины 5 сжимаются, а регулировочная пружина, наоборот, разжимается. Суммарное же усилие всех пружин при этом растет. В результате ведомый диск и связанный с ним кулачковый вал топливного насоса высокого давления поворачиваются относительно ведущего диска в сторону увеличения угла опережения впрыска Перемещение груза к центру осуществляется распорными пружинами при снижении частоты вращения вала дизеля.

При помощи регулировочной пружины устанавливают диапазон работы муфты по частоте вращения вала, а подбирая соответствующую жесткость всех пружин, получают необходимую характеристику ее работы.

Рис. Центробежная муфта с рычажными грузами: 1 — кулачковая втулка; 2 — пружина; 3, 5 — винтовые шлицы, 4 — муфта, 6 — ступица, 7 — грузы

Несколько по-другому работает муфта, схема которой приведена на рисунке. Центробежная сила грузов 7 действует на муфту 4, соединяющую ступицу 6 кулачкового валика насоса с кулачковой втулкой 1. Втулка 1 свободно посажена на ступице 6 и при помощи торцовых кулачков соединяется с приводным валом. На цилиндрической поверхности втулки 1 выполнены винтовые шлицы 3, входящие в винтовые пазы муфты 4, а на поверхности ступицы винтовые шлицы 5, перемещающиеся по винтовым пазам той же втулки. На одной стороне муфты пазы выполнены с левым шагом, а на другом — с правым. Центробежная сила уравновешивается силой пружины 2. При увеличении частоты вращения коленчатого вала дизеля центробежная сила грузов, преодолевая усилие пружины 2, передвигает муфту 4 влево. При этом ступица 6, закрепленная на валике шпонкой, повернется вместе с валиком в сторону увеличения угла опережения впрыска. При снижении частоты вращения вала дизеля пружина передвинет муфту 4 вправо, а кулачковый валик повернется в противоположную сторону.

Рис. Схема центробежной муфты с плоскими грузами:
1 — диск, 2 — груз, 3 — ведомый вал, 4 — ведомые пальцы, 5 — лыска; 6 — пружина; 7 — ведущие пальцы, 8 — профильная поверхность

Использование центробежной силы грузов для взаимного смещения ведущего и ведомого валиков привода насоса высокого давления с целью изменения угла опережения впрыска лежит и в основе конструкции муфты, принципиальная схема которой приведена на рисунке. На ведомом валу 3 установлен диск 1 с двумя ведомыми пальцами 4, имеющими на конце лыски 5 упора цилиндрических пружин 6. На эти пальцы насажены грузы 2, которые под действием центробежной силы перемещаются в радиальном направлении, осуществляя повороты относительно осей пальцев. Пальцы 7 диска, закрепленного на ведущем валике, упираются в криволинейные поверхности 8 центробежных грузов. Крутящий момент от ведущего фланца к ведомому передается через ведущие пальцы 7, грузы 2, на которые давят пальцы, ведомые пальцы 4, диск 1 и далее на кулачковый вал насоса. Форма криволинейной поверхности 8 выполнена таким образом, что обеспечивает требуемую характеристику изменения угла опережения подачи топлива в камеру сгорания дизеля.

На ведущие пальцы воздействуют составляющая центробежной силы грузов и усилия пружины. С увеличением частоты вращения приводного вала центробежные силы грузов преодолевают усилие пружины и силы трения между пальцами и криволинейными опорными поверхностями, заставляя пружины сжиматься. В результате палец 4 сместится в сторону пальца 7, расстояние х между ними уменьшится, а угол опережения подачи топлива увеличится. Наоборот, три снижении частоты вращения приводного вала пружины 6 раздвинут пальцы и изменят угол опережения подачи в сторону его уменьшения. Конфигурация опорных поверхностей 8 грузов выбирается так, что при небольшой частоте вращения вала грузы проходят большие расстояния за один градус регулируемого угла опережения, а при повышении скоростного режима это расстояние уменьшается. Поэтому повышается перестановочное усилие муфты при небольшой частоте вращения коленчатого вала дизеля, когда центробежная сила грузиков небольшая. При повышенных скоростных режимах центробежная сила грузов интенсивно нарастает, поэтому необходим меньший их относительный путь. Отличительной особенностью конструкции этой муфты является то, что пружины непосредственно не участвуют в передаче крутящего момента, поэтому колебания их не передаются на ведомый вал и угол опережения подачи в процессе работы поддерживания более устойчиво.

Гидравлические муфты

Рис. Муфта с гидравлическим приводом:
1 — хвостовик вала, 2 — ступица, 3 — прямые шлицы; 4 — косые шлицы, 5 — корпус чувствительного элемента, 6 — поршень; 7 — грузы; 8 — золотник; 9 — пружина золотника; 10 — пружина поршня, 11 — отверстия поршня, 12 — отверстия вала; А — подвод масла из системы

В автоматической муфте изменения угла опережения впрыска с гидравлическим приводом и центробежным чувствительным элементом, цилиндрическая часть поршня 6 имеет на наружной стороне прямые шлицы 3, входящие в прямые пазы ступицы 2 шестерни привода топливного наcoca высокого давления, а на внутренней стороне косые шлицы 4, которые входят в косые прорези хвостовика 1 вала насоса. К диску шестерни крепят корпус 5 центробежного чувствительного элемента с двумя грузами 7 в виде угловых рычагов. Грузы соприкасаются концами рычагов с золотником 8 масляного сервомотора.

Работает устройство следующим образом. При увеличении частоты вращения коленчатого вала дизеля центробежная сила грузов перемещает золотник 8 вправо, в результате чего открываются отверстия 11 поршня, через которые масло из полости хвостовика валика поступает под поршень 6 Давление масла действует на поршень и, преодолевая усилия пружин 9 золотника, перемещает его также вправо. Цилиндрическая часть этого поршня, двигаясь в осевом направлении, поворачивает хвостовик валика насоса относительно приводной шестерни в сторону увеличения угла опережения впрыска. Движение поршня 6 вправо прекращается после перекрытия отверстий И золотником 8. При уменьшении частоты вращения вала дизеля снижается центробежная сила грузов, поэтому пружина 9 передвинет золотник 8 влево и откроет отверстия 12, через которые масло из полости цилиндра будет перетекать в картер привода.

При уменьшении давления под поршнем 6 пружины 10 передвинут его влево, в результате чего хвостовик вала насоса повернется в сторону уменьшения угла опережения впрыска. Осевое перемещение поршня 6 прекратится после перекрытия отверстий 11 золотником 8.

Рис. Двухимпульсное устройство изменения угла опережения впрыска:
1 — регулировочный пинт, 2 — пружина, 3 — поршень; 4 — рычаг, 5 — камера, 6 — дроссельный винт, 7 — винтовые шлицы, 8 — муфта; 9 — прямые шлицы; 10 — ведомая втулка; 11 — вал, 12 — ведущая втулка; 13 — винт; 14 — шпонка

Рассмотренная муфта автоматического изменения угла опережения с гидравлическим приводом реагирует только на изменение скоростного режима работы дизеля. В процессе работы желательно изменять угол опережения впрыска и в зависимости от нагрузки дизеля. На рисунке показана схема одного из устройств, реагирующего как на изменение частоты вращения коленчатого вала, так и на изменение нагрузки. Муфта 8 этого устройства имеет на внутренней поверхности винтовые 7 и прямые 9 шлицы, входящие соответственно в винтовые пазы ведущей втулки 12 и прямые пазы ведомой втулки 10. Втулка 12 соединяется с ведущим валом, а втулка 10 с кулачковым валиком насоса шпонкой 14. Муфта 8 приводится в движение при помощи рычага 4, соединенного другим своим концом с поршнем 3. Поршень 3 нагружен с одной стороны пружиной 2, натяжение которой регулируется винтом 1, а с другой — давлением масла или топлива камеры 5. Дроссельный винт 6 связан с тягой регулирования нагрузки дизеля. При увеличении нагрузки дроссельный винт 6 поворачивается так, что в камеру 5 пропускается больше жидкости, в результате чего растет давление и поршень 3 передвигается влево, увлекая конец рычага 4. Аналогичное передвижение плунжера будет происходить при увеличении частоты вращения вала дизеля и неизменном положении дроссельного винта 6. Муфта 8 при этом передвигается вправо, осуществляя поворот втулки 10 и связанного с ней валика топливного насоса относительно ведущего вала в сторону увеличения угла опережения впрыска. Винтом 13 фиксируют втулку от осевого перемещения.

Насосные устройства опережения впрыска

Кроме муфт опережения впрыска, разворачивающих кулачковый вал насоса относительно приводного вала дизеля, существуют устройства, расположенные в самом насосе. В этом случае опережение впрыска осуществляется деталью или группой деталей насоса. Наиболее распространенный способ регулирования угла опережения деталью насоса — выполнение дозирующей наполнительной кромки на плунжере в дизелях со смешанным регулированием подачи.

Рис. Насосные устройства изменения угла опережения впрыска:
1 — промежуточная втулка, 2 — эксцентриковая втулка, 3 — толкатель, 4 — пружина

Угол опережения подачи можно изменять и при боковом смещении толкателя относительно оси кулачкового вала. В корпусе насоса установлена эксцентриковая втулка 2 с зубчатым сектором, входящим в зацепление с рейкой. Внутри этой втулки находится толкатель 3, пружина 4 которого вторым концом упирается в промежуточную втулку 1, зафиксированную от продольных перемещений. При повороте эксцентриковой втулки расстояние между осями плунжера насоса и стержня толкателя изменяется от нуля до величины е. При этом центральный кулачковый механизм обращается в механизм со смещенным толкателем, у которого ось толкателя не проходит через центр вращения кулачка. В результате изменяется место на рабочем участке профиля кулачка, соответствующее началу впрыска, а следовательно начало подачи по углу поворота вала насоса. Изменение начала подачи можно осуществлять и изменением длины толкателя (аналогично действию регулировочного болта толкателя). В этом случае также меняется начало подачи по профилю кулачка.

Однако эти способы уступают способу регулирования при помощи кромки плунжера, так как усложняется конструкция насоса и изменяется скорость движения плунжера. Последнее обстоятельство иногда ухудшает показатели рабочего процесса дизеля. Регулирование опережения подачи деталями самого насоса широко используют для насосов распределительного типа.

Опережение момента впрыска топлива

СОДЕРЖАНИЕ:

• Назначение устройства опережения впрыска
• Давление в цилиндре
• Конструкция устройства опережения впрыска
• Принцип работы устройства опережения впрыска
• Размеры устройства опережения впрыска
• ТНВД размера М
• ТНВД размера А
• ТНВД размера WM
• ТНВД размера P

Наиболее важными критериями для оптимизации работы дизельного двигателя являются следующие:

• низкая токсичность выхлопных газов;
• низкий шум от процесса сгорания;
• низкий удельный расход топлива.

Момент времени, в который ТНВД начинает подавать топливо, называется началом подачи (или закрывания канала). Этот момент времени подбирается в соответствии с периодом задержки воспламенения (или просто задержкой воспламенения). Они являются переменными параметрами, которые зависят от конкретного рабочего режима. Период задержки впрыска определяется как период между началом подачи и началом впрыска, а период задержки воспламенения — как период между началом впрыска и началом сгорания. Начало впрыска определяется как угол поворота коленчатого вала в области ВМТ, в которой форсунка впрыскивает топливо в камеру сгорания.

Начало сгорания определяется как момент воспламенения топливо-воздушной смеси, на который может влиять начало впрыска. У ТНВД регулировка начала подачи (закрывания канала) в зависимости от числа оборотов лучше всего осуществляется с помощью устройства опережения впрыска.

Назначение устройства опережения впрыска

Из-за того, что устройство опережения впрыска непосредственно изменяет момент начала подачи, оно может быть определено как регулятор начала подачи. Устройство опережения впрыска (называемое еще муфтой опережения впрыска) эксцентрикового типа преобразует приводной крутящий момент, поступающий к ТНВД, в то же самое время, осуществляя свои регулирующие функции. Крутящий момент, требуемый ТНВД, зависит от размера насоса, количества плунжерных пар, количества впрыскиваемого топлива, давления впрыска, диаметра плунжера и формы кулачка. Тот факт, что крутящий момент привода имеет непосредственное влияние на характеристики опережения впрыска, следует учитывать при конструировании наряду с возможной отдачей мощности.

Давление в цилиндре

Рис. Давление в цилиндре: А. Начало впрыска; В. Начало сгорания; С. Задержка воспламенения. 1. Такт впуска; 2. Такт сжатия; 3. Рабочий ход; 4. Такт выпуска ОТ-ВМТ, UT-НМТ; 5. Давление в цилиндре, бар; 6. Положение поршня.

Конструкция устройства опережения впрыска

Устройство опережения впрыска для рядного ТНВД устанавливается непосредственно на конце кулачкового вала ТНВД. В основном различаются между собой устройства опережения впрыска открытого типа и закрытого типа.

Устройство опережения впрыска закрытого типа имеет собственный резервуар для смазывающего масла, который делает устройство независимым от системы смазки двигателя. Открытая конструкция подсоединена непосредственно к системе смазки двигателя. Корпус устройства прикреплен винтами к зубчатой шестерне, а компенсирующие и регулировочные эксцентрики установлены в корпусе так, что они свободно поворачиваются. Компенсирующие и регулировочные эксцентрики направляются штифтом, который жестко соединен с корпусом. Кроме более низкой цены, «открытый» тип имеет еще преимущество в том, что ему нужно меньше места, и он более эффективно смазывается.

Принцип работы устройства опережения впрыска

Устройство опережения впрыска приводится в движение зубчатой шестерней, которая установлена в кожухе привода газораспределительного механизма двигателя. Соединение между входом и выходом для привода (ступицей) осуществляется через блокировочные пары эксцентриковых элементов.

Наибольшие из них, регулировочные эксцентриковые элементы (4) расположены в отверстиях в стопорном диске (8), который, в свою очередь, крепится болтами к элементу привода (1). Компенсирующие эксцентриковые элементы (5) установлены в регулировочные эксцентриковые элементы (4) и направляются ими и болтом в ступицы (6). С другой стороны, болт ступицы непосредственно соединен со ступицей (2). Грузики (7) соединены с регулировочным эксцентриковым элементом и удерживаются в исходных положениях пружинами с переменной жесткостью.

Рис. а) В начальном положении; b) Низкие обороты; с) Средние обороты; d) Конечное положение при высоких оборотах; а — угол опережения впрыска.

Размеры устройства опережения впрыска

Размер устройства опережения впрыска, определяемый наружным диаметром и глубиной, в свою очередь определяет массу устанавливаемых грузиков, расстояние между центрами тяжести и возможный ход грузиков. Эти три фактора также определяют отдачу мощности и область применения.

ТНВД размера М

Рис. ТНВД размера М

Рис. 1. Нагнетательный клапан; 2. Гильза; 7. Кулачковый вал; 8. Кулачок.

ТНВД размера М является самым маленьким насосом в ряду рядных ТНВД. Он имеет корпус из легкого сплава и укреплен на двигателе с помощью фланца. Доступ к внутренней части насоса возможен после снятия пластины основания и боковой крышки, и поэтому насос размера М определяется как ТНВД открытого типа. Пиковое давление впрыска ограничивается величиной 400 бар.

После снятия боковой крышки насоса количество подаваемого топлива плунжерных пар может быть отрегулировано и установлено на одинаковом уровне. Индивидуальная регулировка осуществляется перемещением зажимных деталей на тяге управления (4).

При работе установка плунжеров насоса и вместе с ними количества подаваемого топлива регулируется тягой управления в диапазоне, определяемом конструкцией насоса. Тяга управления ТНВД размера М является круглым стальным стержнем с плоскостью, на котором установлены зажимные элементы (5) с проточками. Рычаги (3) плотно соединяются с каждой втулкой управления, а стержень, приклепанный к его концу, входит в проточку зажимного элемента тяги управления. Эта конструкция известно как рычажное управление.

Плунжеры ТНВД находятся в непосредственном контакте с роликовыми толкателями (6), а регулировка предварительного хода осуществляется подбором роликов с соответствующими диаметрами для толкателя.

Смазка ТНВД размера М осуществляется путем обычной подачи масла от двигателя. ТНВД размера М выпускается с 4,5 или 6 плунжерными парами (4-, 5- или 6-цилиндровый ТНВД) и предназначен только для дизельного топлива.

ТНВД размера А

Рис. ТНВД размера А

Рядные ТНВД размера А с большим диапазоном подачи следуют непосредственно после ТНВД размера М. Этот насос также имеет корпус из легкого сплава и может быть соединен с двигателем фланцем или на раме. ТНВД типа А также имеет «открытую» конструкцию, а гильзы (2) насоса вставлены прямо сверху в алюминиевый корпус, причем нагнетательный клапан (1) в сборе запрессован в корпус ТНВД с помощью держателя клапана. Давление уплотнения, которое намного больше гидравлического давления при подаче, должно поглощаться корпусом ТНВД. По этой причине пиковое давление впрыска ограничивается величиной 600 бар.

В отличие от ТНВД типа М, ТНВД типа А снабжен регулировочным винтом (с контргайкой) (7) в каждом роликовом толкателе (8) для установки предварительного хода.

Для регулировки количества подаваемого топлива с помощью управляющей рейки (4) ТНВД типа А, в отличие от ТНВД типа М, оснащен управлением с помощью шестерни вместо рычажного управления. Зубчатый сегмент, зажатый на втулке управления (5) плунжера, находится в зацеплении с управляющей рейкой и для регулировки плунжерных пар на одинаковую подачу фиксирующие винты нужно отпустить, а втулку управления повернуть относительно зубчатого сегмента и, таким образом, относительно управляющей рейки.

Все регулировочные работы на этом типе ТНВД должны проводиться на насосе, установленном на стенде и с открытым корпусом. Подобно ТНВД М, ТНВД типа А имеет боковую подпружиненную крышку, которую для получения доступа к внутренней части ТНВД нужно снять.

Для смазки ТНВД соединяется с системой смазки двигателя. ТНВД типа А выпускается в вариантах с числом цилиндров до 12, и, в отличие от ТНВД типа М, подходит для работы на топливах различного типа (а не только на дизельном).

ТНВД размера WM

Рис. ТНВД размера WM

Рядный ТНВД размера (типа) MW был разработан для удовлетворения потребности в повышенном давлении. ТНВД MW является рядным ТНВД закрытого типа, а его пиковое давление впрыска ограничивается величиной 900 бар. Он также имеет корпус из легкого сплава и крепится к двигателю с помощью рамы, плоского основания или фланца.

Конструкция ТНВД MW заметно отличается от конструкции ТНВД типов А и М. Основная разница состоит в использовании плунжерной пары, включающей в себя гильзу (3), нагнетательный клапан и держатель нагнетательного клапана. Она собрана вне двигателя и вставлена сверху в корпус ТНВД. На ТНВД MW держатель нагнетательного клапана вкручен непосредственно в гильзу, которая выступает вверх. Предварительный ход регулируется с помощью регулировочных шайб, которые вставляются между корпусом и гильзой с клапаном в сборе. Регулировка однородной подачи отдельных плунжерных пар производится снаружи ТНВД поворотом плунжерных пар. Фланцы крепления плунжерных пар (1) для этой цели снабжены пазами.

Рис. 1. Фланец крепления для плунжерной пары; 2. Нагнетательный клапан; 3. Гильза; 4. Плунжер; 5. Управляющая рейка; 6. Втулка управления; 7. Роликовый толкатель; 8. Кулачковый вал; 9. Кулачок.

Положение плунжера ТНВД остается неизменным, когда гильза в сборе с нагнетательным клапаном (2) поворачивается. ТНВД типа MW выпускается в версиях с числом гильз до 8 (8-цилиндровый) и подходит для различных способов крепления. Он работает на дизельном топливе, а смазка осуществляется через систему смазки двигателя.

ТНВД размера P

Рис. ТНВД размера P

Рис. 1. Нагнетательный клапан; 2. Гильза; 3. Тяга управления; 4. Втулка управления; 5. Роликовый толкатель; 6. Кулачковый вал; 7. Кулачок.

Рядный ТНВД размера (типа) Р был также разработан для обеспечения высокого пикового давления впрыска. Подобно ТНВД типа MW, он является насосом закрытого типа и крепится к двигателю с помощью основания или фланца. В случае ТНВД типа Р, сконструированных для пикового давления впрыска 850 бар, гильза (2) вставляется во фланцевую втулку, которая уже снабжена резьбой для держателя нагнетательного клапана (1). При этой версии установки гильзы сила уплотнения не дает нагрузку на корпус насоса. Регулировка предварительного хода производится так же, как и у ТНВД типа MW.

Рядные ТНВД, рассчитанные на невысокое давление впрыска, используют обычное наполнение топливной магистрали. При этом топливо проходит топливные магистрали отдельных гильз одну за другой и в направлении продольной оси ТНВД. Топливо поступает в магистраль и выходит через систему возврата топлива.

Рассматривая в качестве примера версию Р8000 ТНВД типа Р, которая разработана для давления впрыска до 1150 бар (на стороне ТНВД), этот метод наполнения может привести к избыточной разнице температуры топлива (до 40°С) внутри ТНВД между первой и последней гильзами. Так как плотность энергии топлива уменьшается с увеличением его температуры и, в результате, с увеличением обьема, то это приведет к впрыску различного количества энергии в камеры сгорания двигателя. В связи с этим такие ТНВД используют поперечное наполнение, т.е. метод, при котором топливные магистрали отдельных гильз отделяются друг от друга с помощью дросселирующих отверстий. Это означает, что они могут наполняться параллельно друг другу (под прямыми углами к продольной оси ТНВД при практически идентичных температурных условиях).

Этот ТНВД также подсоединяется к системе смазки двигателя для смазки. ТНВД типа Р также выпускается в версиях с числом гильз (цилиндров) до 12 и подходит для работы как на дизельном, так и на других топливах.

Система впрыска топлива Common Rail

Система впрыска топлива Common Rail

Ханну Яаскеляйнен, Магди К. Хайр

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите под номером , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

• Компоненты системы впрыска топлива Common Rail
• Регулятор давления в системе впрыска Common Rail

Abstract : В системе Common Rail топливо подается к форсункам из аккумулятора высокого давления, называемого Rail. Рейка питается топливным насосом высокого давления. Давление в рампе, а также начало и конец сигнала, активирующего форсунку для каждого цилиндра, контролируются электроникой. Преимущества системы Common Rail включают в себя гибкость в управлении моментом впрыска и скоростью впрыска.

• Введение
• Концепция Common Rail
• Система Common Rail Dynamics
• Управление системой Common Rail
• Системы впрыска Common Rail для больших двигателей

Достоинства архитектуры системы впрыска топлива Common Rail были признаны с момента разработки дизельного двигателя. Ранние исследователи, в том числе Рудольф Дизель, работали с топливными системами, которые обладали некоторыми существенными характеристиками современных систем впрыска дизельного топлива с общей топливной рампой. Например, в 1913, патент на систему впрыска топлива Common Rail с механическими форсунками был выдан компании Vickers Ltd. из Великобритании [2092] . Примерно в то же время в Соединенных Штатах Томасу Гаффу был выдан еще один патент на топливную систему для двигателя с искровым зажиганием и непосредственным впрыском цилиндра с использованием электромагнитных клапанов с электрическим приводом. Расход топлива измерялся путем контроля времени открытия клапанов [2085] . Идея использования инжекторного клапана с электроприводом на дизельном двигателе с топливной системой Common Rail была разработана Бруксом Уокером и Гарри Кеннеди в конце 19 века.20s и применялся к дизельному двигателю калифорнийской компанией Atlas-Imperial Diesel Engine Company в начале 1930-х годов.

Работа над современными системами впрыска топлива Common Rail была начата в 1960-х годах Societe des Procedes Modernes D’Injection (SOPROMI) [2086] . Тем не менее, пройдет еще 2-3 десятилетия, прежде чем давление регулирующих органов подстегнет дальнейшее развитие, и технология станет коммерчески жизнеспособной. Технология SOPROMI была оценена компанией CAV Ltd. в начале 19 века.70-х годов, и было обнаружено, что он не дает больших преимуществ по сравнению с существующими системами P-L-N, использовавшимися в то время. Значительная работа по-прежнему требовалась для повышения точности и возможностей соленоидных приводов.

Дальнейшее развитие дизельных систем Common Rail началось в 1980-х годах. К 1985 году компания Industrieverband Fahrzeugbau (IFA) из бывшей Восточной Германии разработала систему впрыска Common Rail для своего грузовика W50, но прототип так и не был запущен в серийное производство, и через пару лет от проекта отказались.0032 [2096] . Примерно в то же время General Motors также разрабатывала систему Common Rail для своих легких двигателей IDI [2174] . Однако с отменой их программы создания легких дизельных двигателей в середине 1980-х дальнейшее развитие было остановлено.

Несколькими годами позже, в конце 1980-х и начале 1990-х годов, OEM-производители двигателей инициировали ряд проектов по разработке, которые затем были реализованы производителями оборудования для впрыска топлива:

• Компания Nippondenso усовершенствовала систему Common Rail для грузовых автомобилей [2093] [2094] , который они приобрели у Renault и который был введен в производство в 1995 году в грузовиках Hino Rising Ranger.
• В 1993 году Bosch — возможно, из-за некоторого давления со стороны Daimler-Benz — приобрела технологию UNIJET, первоначально разработанную усилиями Fiat и Elasis (дочерняя компания Fiat), для дальнейшей разработки и производства [2099] . Система Common Rail для легковых автомобилей Bosch была запущена в производство в 1997 году для модели Alfa Romeo 156 9 98 модельного года.0032 [194] и Mercedes-Benz C-класса.
• Вскоре после этого Лукас объявил о контрактах Common Rail с Ford, Renault и Kia, производство которых начнется в 2000 году.

• В 2003 году компания Fiat представила систему Common Rail следующего поколения, способную выполнять 3-5 впрысков/такт двигателя для двигателя Multijet Euro 4.

Дополнительную информацию об истории систем Common Rail можно найти в литературе [2178] [2940] .

Цель этих программ развития началась в конце 1980-х/начале 1990-х годов была разработка топливной системы для будущего легкового автомобиля с дизельным двигателем. В начале этих усилий было очевидно, что в будущих дизельных автомобилях будет использоваться система сгорания с непосредственным впрыском из-за явного преимущества в экономии топлива и удельной мощности по сравнению с распространенной в то время системой сгорания с непрямым впрыском. В задачи разработок входили комфорт вождения, сравнимый с комфортом автомобилей, работающих на бензине, соответствие будущим ограничениям выбросов и улучшение экономии топлива. Рассматривались три группы архитектур топливной системы: (1) распределительный насос с электронным управлением, (2) насос-форсунка с электронным управлением (EUI или насос-форсунка) и (3) система впрыска Common Rail (CR). В то время как усилия по каждому из этих подходов привели к коммерческим топливным системам для серийных автомобилей, система Common Rail давала ряд преимуществ и в конечном итоге стала доминировать в качестве основной топливной системы, используемой в автомобилях малой грузоподъемности. Эти преимущества включали:

• Давление топлива не зависит от частоты вращения двигателя и условий нагрузки. Это позволяет гибко контролировать как количество впрыскиваемого топлива, так и время впрыска, а также обеспечивает лучшее проникновение распыления и смешивание даже при низких оборотах двигателя и нагрузках. Эта особенность отличает систему Common Rail от других систем впрыска, в которых давление впрыска увеличивается с частотой вращения двигателя, как показано на рис. 1 [289] . Эта характеристика также позволяет двигателям развивать более высокий крутящий момент при низких оборотах двигателя, особенно если используется турбонагнетатель с изменяемой геометрией (VGT). Следует отметить, что, хотя системы Common Rail могут работать с максимальным давлением в рампе, поддерживаемым постоянным в широком диапазоне скоростей вращения и нагрузок двигателя, это делается редко. Как обсуждается в другом месте, давление топлива в системах Common Rail можно контролировать в зависимости от частоты вращения и нагрузки двигателя, чтобы оптимизировать выбросы и производительность, не подвергая риску срок службы двигателя.

  Рисунок 1 . Зависимость между давлением впрыска и частотой вращения двигателя в различных системах впрыска

• Снижение требований к пиковому крутящему моменту топливного насоса. По мере развития высокоскоростных двигателей с непосредственным впрыском (HSDI) большая часть энергии для смешивания воздуха с топливом исходила от импульса распыления топлива, в отличие от вихревых механизмов, используемых в более старых системах сгорания IDI. Только системы впрыска топлива под высоким давлением могли обеспечить энергию смешивания и хорошую подготовку распыления, необходимые для снижения выбросов твердых частиц и углеводородов. Чтобы генерировать энергию, необходимую для впрыска топлива примерно за 1 миллисекунду, обычный распределительный насос должен был бы обеспечивать гидравлическую мощность почти 1 кВт за четыре (в 4-цилиндровом двигателе) импульсов по 1 мс за один оборот насоса, что создает значительную нагрузку на насос. приводной вал [922] . Одна из причин тенденции к использованию систем Common Rail заключалась в том, чтобы свести к минимуму требования к максимальному крутящему моменту насоса. В то время как требования к мощности и среднему крутящему моменту насоса Common Rail были схожими, подача топлива под высоким давлением осуществляется в аккумулятор, и, таким образом, пиковый расход (и пиковый крутящий момент, необходимый для привода насоса) не обязательно должен совпадать с событие впрыска, как в случае с насосом-распределителем. Поток нагнетания насоса можно распределить на более продолжительную часть цикла двигателя, чтобы поддерживать требуемый крутящий момент насоса более равномерным.
• Улучшено качество шума. Двигатели DI характеризуются более высоким пиковым давлением сгорания и, следовательно, более высоким уровнем шума, чем двигатели IDI. Было обнаружено, что улучшенный шум и низкие выбросы NOx лучше всего достигаются за счет введения предварительного впрыска. Легче всего это было реализовано в системе Common Rail, которая обеспечивала стабильную подачу небольшого количества запального топлива во всем диапазоне нагрузки/скорости двигателя.

###

Оценка узкого угла распыления, усовершенствованная стратегия выбора времени впрыска для обеспечения воспламенения от сжатия с частичной предварительной смесью в дизельном двигателе 2005-01-0167

2005-04-11

Одновременное снижение выбросов оксидов азота (NO _x ) и твердых частиц (ТЧ) возможно в дизельном двигателе за счет использования стратегии воспламенения от сжатия с частичным предварительным смешиванием (PPCI). Сгорание PPCI достигается за счет усовершенствованных моментов впрыска и интенсивной рециркуляции отработавших газов. Однако слишком опережающее время впрыска может привести к тому, что форсунка топлива не попадет в камеру сгорания, что резко повысит выбросы твердых частиц. В настоящем исследовании изучается вопрос о том, может ли использование форсунок с узким углом конуса распыления расширить пределы времени раннего впрыска, что позволит реализовать сгорание PPCI. Показано, что инжекторная форсунка с низким расходом и углом конуса распыления 60 градусов, наряду с оптимизированной скоростью EGR и стратегией раздельного впрыска, может уменьшить выход двигателя из строя NO 9. 0114 x на 82% и PM на 39% за счет небольшого увеличения (4,5%) расхода топлива. Эта стратегия PPCI имеет потенциал для соответствия предстоящим строгим уровням выбросов NO _x по конкретным видам топлива, составляющим менее 1 г/кг топлива, и уровням выбросов ТЧ менее 0,25 г/кг топлива.

SAE MOBILUS

Подписчики могут просматривать аннотации и загружать весь контент SAE.
Узнать больше »

Доступ к САЕ МОБИЛУС »

Цифровой
$35.00

Распечатать
$35.00

Предварительный просмотр документа

добавить в корзину

Участники экономят до 17% от прейскурантной цены.
Войдите, чтобы увидеть скидку.

Специальное предложение: Загружать несколько технических статей каждый год? TechSelect — это экономичный вариант подписки, позволяющий выбирать и загружать от 12 до 100 полнотекстовых технических документов в год.