Системы питания с одноплунжерным ТНВД без электронного управления

Практически из таких же компонентов состоит и система питания дизельного двигателя легкового автомобиля с механическим ТНВД (рис. 7.105)

Топливо из бака 11 прокачивается по топливо­проводу низкого давления в топливный фильтр тонкой очистки топлива 10, откуда засасыва­ется топливным насосом низкого давления и затем на­правляется во внутреннюю полость корпуса ТНВД 4, где создается давление порядка 0,2 … 0,7 МПа. Далее топливо поступает в насосную секцию высокого давления и с помощью плунжера — распреде­лителя в соответствии с порядком работы цилиндров подается по топливопроводам вы­сокого давления 6 в форсунки 8, в ре­зультате чего осуще­ствляется вспрыскивание топлива в камеру сгорания дизеля. Избыточное топливо из корпуса ТНВД, форсунки и топливного фильтра (в некоторых конструкциях) сливается по топливо­проводам 7 обратно в топливный бак. Охлаждение и смазка ТНВД осуществляются циркулирующим в системе топливом.

Топливный насос. Топливный насос подает в цилиндры дизеля строго дози­рован­ное количество топлива под высоким давлением в опре­де­ленный мо­мент времени в зависимости от нагрузки и ско­ростного режима, поэтому характеристики двигателей суще­ственно зависят от работы ТНВД.

Схема распределительного насоса VE представлена на рис. 7.106.

Основные функциональные блоки топливного насоса VE пред­ставляют собой: роторно-лопастной топливный насос низкого давления с ре­гулирующим перепускным клапаном; блок высокого давления с распределительной голов­кой и дозирующей муфтой; автоматический регулятор частоты вращения с систе­мой ры­чагов и пружин; электромагнитный запирающий клапан, отключающий подачу топлива; автоматическое устройство (автомат) изменения угла опе­режения впрыскивания топлива.

Распределительный ТНВД VE может также быть оснащен различ­ными дополнительными устройствами, например, кор­рек­торами топ­ливоподачи или ускорителем холодного пуска, кото­рые позволяют индивидуально адаптировать ТНВД к осо­бенно­стям данного дизеля.

Вал привода 1 топливного насоса расположен внутри кор­пуса ТНВД, на валу установлен ротор 17 топливного насоса низко­го давления и шестерня привода вала регулятора с грузами 4. За ва­лом 1 неподвижно в корпусе насоса уста­новлено кольцо с ро­ли­ками и штоком привода автомата опережения впрыски­вания топлива 14. Привод вала ТНВД осу­ществляется от колен­чатого вала дизеля, шесте­ренчатой или ременной передачей. В че­тырехтактных двигателях час­тота вращения вала ТНВД состав­ляет половину от частоты вращения коленчатого вала, и работа распределительного ТНВД осуществляется таким образом, что поступательное движение плунжера синхронизировано с движе­нием поршней в цилиндрах ди­зеля, а вращательное обеспечива­ет распределе­ние топлива по ци­линдрам. Поступательное дви­жение обеспе­чивается кулачковой шай­бой, а враща­тельное – валом топливного насоса.

Автоматический регулятор частоты вращения включает в себя центробежные грузы 4, которые через муфту регулятора и систему рычагов воз­действуют на дози­рующую муфту 12, изменяя таким образом величину топливоподачи в зависимости от скоростного и на­грузочного режимов дизеля. Кор­пус ТНВД закрыт сверху крышкой, в которой установлена ось ры­чага управления, связанного с педалью акселератора.

Автомат опережения впрыскивания топлива является гидравлическим устройством, работа ко­торого опре­деляется давлением топлива во внутренней по­лости ТНВД, созда­ваемым топливным насосом низкого давле­ния с регули­рующим перепу­скным клапаном 2.

Топливный насос низкого давления расположен в корпусе ТНВД на приводном валу и служит для забора топлива из бака и подачи его во внутреннюю полость корпуса насоса. Схема устройства то­пливного насоса низкого давлений с клапаном низкого давления по­казана на рис. 7.107.

Насос состоит из ротора 2 с четырьмя лопастями 3 и кольца 1 в корпусе ТНВД, расположенного эксцентрично по внешней сто­роне ротора. При вращении последнего лопасти под действием центробежной силы прижимаются к внутренней по­верхности кольца, создавая, таким образом, камеры между ними, из которых топ­ливо под давлением по каналу посту­пает во внутреннюю полость корпуса ТНВД. Одновременно часть топлива по­ступает на вход пере­пускного регулирую­щего клапана 5 и, в случае его открытия, перепускается на вход насоса. Корпус 6 пере­пускного регули­рующего клапана завернут по резьбе в корпусе ТНВД, внутри кор­пуса имеется поршень 9, нагруженный тарированной на определен­ное дав­ление пружиной 8, второй конец которой упирается в пробку 7. Если давление топлива оказывается выше установленного значения, поршень 9 клапана открывает канал для перепуска части топлива на всасывающую сторону насоса. Давление на­чала открытия перепускного клапана регулируется измене­нием положе­ния пробки 7, т.е. величиной предварительной затяжки пружины 8.

Важную роль в обеспечении нормальной работы дизеля играет сливной жиклер, установленный в штуцере в крышке ТНВД (пози­ция 5 на рис. 9.82). Жиклер диаметром порядка 0,6 мм, через ко­торый топливо идет на слив, обеспечивает поддержание требуемого давления топлива во внутренней по­лости корпуса ТНВД. Размер жиклера скоор­динирован с работой перепускного клапана.

Перепускной клапан в сочетании со слив­ным жиклером, обеспечивают заданную зависи­мость разности давлений топлива в корпусе ТНВД и на вы­ходе насоса низкого давления от частоты вращения вала ТНВД. Количество топлива, по­даваемого насосом низкого давления, в несколько раз больше по­даваемого в цилиндры дизеля. Давление топлива во внутренней полости корпуса ТНВД влияет на положение поршня автомата опережения впрыскивания, изменяя угол опе­режения впрыскивания пропорционально частоте вращения ко­ленча­того вала двигателя.

Основным элементом, создающим высокое давление топ­лива в ТНВД и распределяющим топливо по цилиндрам дизе­ля, является плунжер, который совершает воз­вратно-поступа­тельное и вращательное движение.

Принцип действия насоса поясняет рис. 7.108.

Количество кулачков на кулачко­вой шайбе, как и число штуцеров линии высокого давления с на­гне­татель­ными клапанами, соответствует числу цилиндров двига­теля, обычно четыре или шесть. Возвратные пружины плун­жера кроме того препятствуют разрыву кинематической связи кулачок — ролик толкателя при больших ускорениях. Обеспе­чивая воз­вратно-поступательное движение плунжера, кулач­ковая шайба формой выступов-кулачков определяет также ход плунжера и скорость его перемещения и, следовательно, ха­рактеристику, давление и продол­жительность впрыскивания. Все эти параметры, в свою очередь, определяются формой камеры сгорания и особенностями рабочего процесса данного дизеля и должны быть, таким образом, скоорди­нированы. По этой причине дня ка­ждого типа дизеля рассчитыва­ется лента профиля куличков, ко­торая «накладывается» на фрон­тальную поверхность кулачковой шайбы, установленной в ТНВД. По­этому кулачковая шайба дан­ного насоса является деталью невзаимозаменяемой, индивидуально соответствующей данному типу ди­зеля.

Процессы топливоподачи. Плунжер ТНВД создает высокое давление топлива и рас­преде­ляет его по цилиндрам при осуществлении следующих функциональ­ных этапов процесса топливоподачи: впуск топ­лива, активный ход плунжера и впрыскивание топлива (на­гнетание), отсечка подачи, процесс закрытия нагнетатель­ного клапана и разгрузка линии высокого давления.

Процессы топливоподачи в распределительной головке показаны на рис. 7.109. При положении плунжера в крайнем левом положении (мертвой точке) (рис. 7.109, а), в камере высокого давления 3 находится топливо, поступившее ранее через впускной канал.

При движении плунжера вправо (рис. 7.109, б), топливо начинает сжиматься, при этом впускное отверстие 7 рассоединено с прорезью для впуска топлива 8, и топливо под рабочим давлением поступает через центральный канал плунжера в соответствующий выпускной канал определенного цилиндра. Под давлением открывается нагнетательный клапан, и топливо по трубопроводу высокого давления поступает к форсунке.

Подача топлива заканчивается, как только поперечно расположенное в плунжере отверстие отсечки подачи 6, выйдет за пределы дозирующей муфты (рис. 7.109, в). Топливо при этом выходит во внутреннюю полость насоса и нагнетание прекращается.

При дальнейшем повороте и движении плунжера влево (рис. 7.109, г) происходит разобщение распределительной прорези 2 с каналом 4, впускное отверстие совмещается с соответствующей прорезью 8 в плунжере и за счет создавшегося разряжения топливо поступает в камеру высокого давления 3 и центральный канал. Процесс впуска и последующего впрыска топлива происходит в течение поворота плунжера на 90^° в четырехцилиндровом дизеле, 72^° в пятицилиндровом и на 60^° в шестицилиндровом.

Автоматический регулятор частоты вращения. Регулятор частоты вращения, рассматриваемого ТНВД включает в себя механический регулятор с центробежными грузами и систему управляющих рычагов.

Схемы работы регулятора с системой рычагов и рабочими поло­жениями дозирующей муфты на различных нагрузочных и скоро­стных режимах показаны на рис. 7.110.

Грузы регулятора 1 (обычно четыре груза) установлены в держателе, который получает вращение от приводной шестерен­ки. Радиальное перемещение грузов трансформируется в осевое перемещение муфты регулятора 12, что изменяет положение на­жимного 6 и силового 4 рычагов регулятора, которые, поворачи­ваясь относительно оси М₂, перемещают дозирующую муфту 9, определяя тем самым активный ход плунжера 11.

В верхней части силового рычага установлена пружина минимального режима холостого хода 19, а между силовым и нажимным рычагами пластинчатая – пружина пусковой подачи 8. Рычаг управления 14 воздействует на рабочую пружину регулятора 17, второй конец которой закреплен в силовом рычаге на фиксаторе 18. Таким об­разом, положение системы рычагов и, следовательно, дозирую­щей муфты определяется взаимодействием двух сил – силы предварительной затяжки рабочей пружины регулятора, опреде­ляемой положением рычага управления, и центробежной силы грузов, приведенной к муфте.

Работа регулятора при пуске дизеля. Перед пуском двигателя, когда коленчатый вал еще не вращается и топливный на­сос не работает, грузы регулятора находятся в состоянии покоя на минимальном радиусе, а нажимной рычаг 6 (его другое назва­ние – рычаг пуска) под действием пружины пусковой подачи 8 смещен влево на рис. 7.110, а, имея возможность качания относи­тельно оси М₂. Соответственно нижний шарнирный конец рычага обеспечивает крайне правое положение дозирующей муфты 9 относитель­но плунжера 11, что соответствует пусковой подаче за счет увели­ченного активного хода плунжера h₁. Как только двигатель запус­тится, грузы регулятора расходятся, и муфта 12 перемещается вправо на величину хода «S», преодолевая сопротивление дос­таточно слабой пусковой пружины 8. Рычаг 6 при этом повора­чивается на оси М₂ по часовой стрелке, перемещая дозирующую муфту в сторону уменьшения подачи (влево на рис. 9.86, б).

Работа регулятора на минимальной частоте вращения холостого хода. При отсутствии нагрузки и положении рычага управления на упоре в регулировочный винт 15 двигатель должен ус­тойчиво работать на минимальной частоте вращения холостого хода в соответствии со схемой рис. 7.110, б. Регулирование этого режима обеспечивается пружиной холостого хода 19, усилие ко­торой находится в равновесии с центробежной силой грузов, и в результате этого равновесия поддерживается подача топлива, соответствующая активному ходу плунжера h₂. Как только скоростной режим двигателя выходит за преде­лы минимальной частоты вращения холостого хода, реализуется ход «с» силового рычага при сжатии пружины 19 под действием увеличивающейся центробежной силы грузов.

Работа регулятора на нагрузочных режимах. В экс­плуатации дизеля со всережимным регулятором скоростной ре­жим устанавливается водителем путем воздействия через пе­даль акселератора на рычаг управления 14. На рабочих режимах пружина пусковой подачи 8 и пружина 19 холостого хода не ра­ботают, и работа регулятора определяется предварительной деформацией рабочей пружины 17. При повороте рычага управ­ления до упора в регулировочный винт холостого хода максимального режима 20 (рис. 7.110, в. г) в сторону увеличения скорост­ного режима и соответствующем растяжении рабочей пружины ее усилие передается на силовой рычаг 4 и затем через рычаг 6 на муфту регулятора 12, заставляя грузы 1 сходиться. Система рычагов при этом поворачивается относительно оси М₂ против часовой стрелки, перемещая дозирующую муфту 9 в сторону увеличения подачи до режимов внешней скоростной ха­рактеристики. Частота вращения коленчатого вала дизеля и со­ответственно грузов регулятора при этом увеличивается, цен­тробежная сила грузов и сопротивление последней усилию рабо­чей пружины также увеличиваются, и в какой-то момент наступа­ет равновесие сил и равновесие положения всех элементов ре­гулятора. При отсутствии изменения нагрузки двигатель работа­ет на установившемся режиме при постоянной частоте вращения (не принимая во внимание естественную для ДВС нестабиль­ность вращения).

Если на этом режиме имеет место изменение нагрузки, то в работу вступает автоматический регулятор в соответствии со схемами, показанными на рис. 7.110, в, г. При уменьшении нагруз­ки частота вращения увеличивается, грузы регулятора расходят­ся и, преодолевая сопротивление рабочей пружины, перемеща­ют муфту регулятора вправо (рис. 9.86, в). Система рычагов при этом поворачивается относительно оси М₂ по часовой стрелке, перемещая дозирующую муфту влево, в сторону уменьшения подачи.

На рис. 7.110, г показана работа регулятора при положении рычага управления на упоре регулировочного винта холостого хода максимального режима 20 и при увеличении нагрузки. В этом случае частота вращения вала дизеля уменьшается, грузы регулятора сходятся, центробежная сила грузов уменьшается, и под действием усилия рабочей пружины, муфта регулятора пе­ремещается влево, а система рычагов 4 и 6 перемещает дози­рующую муфту вправо, в сторону увеличения подачи.

Автомат опережения впрыскивания. Более раннее зажигание при увеличении частоты вращения коленчатого вала способствует увеличению мощности дизельного двигателя. При увеличении частоты вращения коленчатого вала впрыск начинается раньше, что обеспечивается автоматом (муфтой) опережения впрыскивания (рис. 7.111).

Автомат опережения впрыскивания расположен в нижней части корпуса 1 насоса перпендикулярно оси вала ТНВД. Пор­шень 7 автомата закрыт с обеих сторон крышками 6, с одной стороны в поршне просверлен канал 5 для прохода топлива под давлением из внутренней полости корпуса насоса, с другой сто­роны установлена пружина сжатия 9. Поршень автомата посред­ством шарнира 8 и стержня (цапфы) 4 связан с кольцом 2 несу­щего ролика 3.

Работа автомата опережения впрыскивания топлива про­исходит следующим образом. В исходном положении поршень автомата находится под действием пружины 9 (рис. 7.111, а). Давле­ние топлива во внутренней полости корпуса насоса возрастает пропорционально скоростному режиму двигателя и определяется регулировкой перепускного клапана низкого давления (поз. 2 на рис. 9.82) и работой жиклера на выходе из насоса (поз. 5 на рис. 7.106). Это давление по каналу 5 (рис. 7.111) передается в рабочий цилиндр автомата с одной стороны поршня, который под дейст­вием силы давления топлива в определенный момент начинает перемещаться влево, преодолевая сопротивление пружины 9. Осевое перемещение поршня посредством шарнира 8 и стержня 4 передается кольцу с роликами, которое поворачивается и меняет свое положение относительно кулачковой шай­бы таким образом, что кулачки набегают на ролики 3 раньше, обеспечивая фазовое смещение на величину до 12° по углу поворота кулачковой шайбы (до 24° по углу поворота колен­чатого вала (рис. 9.87, b).

Корректирование угла опережения впрыскивания при хо­лодном пуске дизеля осуществляется вручную водителем из ка­бины посредством троса или автоматически посредством уст­ройства, устанавливающего угол опережения впрыскивания в зависимости от температуры охлаждающей жидкости.