Автоматические устройства в топливных насосах VE

Распределительный топливный насос VE выполнен по модульной схеме и может быть укомплектован различными дополнительными устройствами соответственно требованиям данного двигателя. В соответствии с их функциями появляются дополнительные возможности для адаптации дизеля к различным условиям эксплуатации, позволяющие увеличить его приспособляемость и приемистость, снизить расход топлива и эмиссию токсичных компонентов с отработавшими газами, понизить шумность и улучшить холодный пуск.

Такие автоматические устройства насоса VE, как корректоры топливоподачи в регуляторах частоты вращения были рассмотрены выше. В этой статье рассматриваются работа автомата опережения впрыскивания топлива и функциональные устройства, имеющие различное назначение и обозначенные следующими аббревиатурами, принятыми компанией Bosch.

• LDA — корректор по давлению наддува, ограничивающий величину топливоподачи в зависимости от давления наддува;
• ADA — высотный корректор, ограничивающий толливоподачу в зависимости от атмосферного давления;
• LFB — автоматическое устройство, корректирующее угол опережения впрыскивания топлива в зависимости от нагрузки;
• KSB — ускоритель холодного пуска дизеля;
• TAS — устройство, работающее в комбинации с KSB и препятствующее образованию дыма при пуске горячего двигателя;
• TLA — устройство, работающее в комбинации с KSB и обеспечивающее некоторое увеличение скоростного режима холостого хода после пуска дизеля для исключения неравномерности его работы.

Автомат опережения впрыскивания топлива

Оптимальный угол опережения впрыскивания топлива позволяет обеспечить нормальное протекание процесса сгорания.

После начала процесса впрыскивания требуется определенный период времени для испарения топлива и образования с воздухом горючей смеси. Таким образом, период задержки воспламенения (интервал времени от момента начала впрыскивания топлива до начала сгорания топливовоздушной смеси) зависит от цетанового числа топлива, степени сжатия, давления и температуры воздуха, характеристик впрыскивания и распыливания топлива форсункой. Продолжительность периода задержки в градусах растет с увеличением частоты вращения. Следовательно, чтобы обеспечить подготовку топливовоздушной смеси для сгорания в цилиндре дизеля при увеличении скоростного режима, необходимо увеличить угол опережения впрыскивания топлива, для чего в топливном насосе устанавливается автоматическое устройство или автомат опережения впрыскивания, схема которого показана на рисунке.

Рис. Автомат опережения впрыскивания топлива: а — исходное положение; б — процесс увеличения угла опережения впрыскивания; 1 — корпус насоса; 2 — кольцо; 3 — ролики; 4 — шток; 5 — канал в поршне автомата; 6 — крышка; 7 — поршень: 8 — шарнир; 9 — пружина

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. Давление топлива во внутренней полости корпуса насоса возрастает пропорционально скоростному режиму двигателя и определяется регулировкой перепускного клапана низкого давления и работой дросселя на выходе из насоса. Это давление по каналу 5 на рисунке 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. б)).

Корректоры по давлению наддува и высотный корректор

Автоматический противодымный корректор или корректор по давлению наддува дизеля (LDA) служит для приведения в соответствие расхода топлива, подаваемого в цилиндры дизеля, величине расхода воздуха, подаваемого компрессором, исключая таким образом дымление двигателя. Необходимость установки указанного автоматического устройства определяется изменением плотности воздуха в цилиндрах дизеля с турбонаддувом в зависимости от режима работы турбокомпрессора. Особенно необходима работа корректора на режимах разгона дизеля, когда величина топливоподачи возрастает значительно быстрее, чем расход воздуха, при этом коэффициент избытка воздуха уменьшается, и работа дизеля сопровождается дымлением.

Рис. Схема корректора по давлению наддува: 1 — рабочая пружина регулятора; 2 — крышка регулятора; 3 — рычаг-упор корректора: 4 — стержень; 5 — регулировочная гайка; 6 — мембрана; 7 — пружина: 8 — шток; 9 — управляющий конус; 10 — регулировочный винт максимальной подачи; 11 — регулировочный рычаг; 12 — силовой рычаг 13 — пусковой рычаг; М1 — ось поворота рычага 3; 14 — штуцер давления наддува; 15 — отверстие для соединения с атмосферой

Конструктивное исполнение корректора по давлению наддува, установленного на верхней крышке 2 корпуса насоса, показано на рисунке. Внутренняя полость корректора разделена мембраной 6 на две камеры — верхнюю, соединенную с впускным коллектором и находящуюся под давлением наддува, и нижнюю, содержащую пружину 7, которая действует на мембрану, оказывая сопротивление ее перемещению вниз. Предварительная затяжка пружины 7, определяющая начало перемещения мембраны, осуществляется регулировочной гайкой 5. Нижняя камера корректора находится под атмосферным давлением. Мембрана 6 соединена со штоком 8, имеющим управляющий конус 9, в который упирается подвижный стержень 4. передающий движение штока и, следовательно, мембраны рычагу-упору корректора 3. Шток взаимодействует с силовым рычагом 12 регулятора. Работа корректора происходит следующим образом. Если величина давления наддува недостаточна для преодоления усилия затяжки пружины 7, то мембрана 6 и шток 8 находятся в исходном положении, как это показано на рисунке. При увеличении давления воздуха, подаваемого компрессором, мембрана, преодолевая сопротивление пружины, перемещается вниз, соответственно перемещая шток с управляющим конусом 9, в результате чего стержень 4 изменяет свое положение и рычаг 3 поворачивается относительно оси М1 по часовой стрелке под действием рабочей пружины регулятора 1. Силовой рычаг 12, следуя перемещению рычага-упора 3, также поворачивается вместе с пусковым рычагом 13 относительно их общей оси, перемещая дозирующую муфту в направлении увеличения подачи. Таким образом, величина топливоподачи оказывается в соответствии с количеством воздуха, подаваемого в цилиндры дизеля, поскольку это количество пропорционально давлению наддува. Если скоростной и нагрузочный режимы уменьшаются, то снижается и давление наддува, пружина корректора перемещает мембрану со штоком вертикально вверх, и механизм регулятора работает в направлении, обратном описанному выше, уменьшая подачу топлива в функции давления наддува.

Если работа турбокомпрессора нарушается, то автоматическое устройство LDA, т.е. корректор по давлению наддува, оказывается в исходном положении на верхнем упоре, обеспечивая работу дизеля без дымления. Величина максимальной подачи топлива для данного двигателя регулируется винтом 10, установленным на крышке ТНВД.

Если ДВС работает в высотных условиях, масса воздуха, поступающего в цилиндры, уменьшается из-за уменьшения его плотности, в результате чего процесс сгорания топлива в цилиндрах двигателя нарушается, что приводит к образованию дыма и нарушением температурного режима. Для исключения отрицательных явлений при работе дизеля в высотных условиях в топливных насосах предусматривается установка высотного корректора — упора максимальной подачи, управляемого атмосферным давлением (автоматического устройства ADA). Как правило, такие устройства устанавливаются на дизелях без турбонаддува.

Воздействие ADA на топливоподачу аналогично рассмотренному выше LDA, только вместо мембраны в крышке регулятора устанавливается барометрическая капсула (анероидная коробка), связанная через отверстие в камере своей установки с атмосферой. Диапазон работы капсулы изменяется по мере изменения высоты над уровнем моря. При увеличении последней капсула (сильфон) под действием внутреннего давления расширяется, перемещая шток с управляющим конусом и обеспечивая таким образом уменьшение подачи по схеме LDA применительно к рассматриваемому нами насосу VE.

Автоматическое устройство адаптации работы насоса по нагрузке

В топливных насосах, оснащенных автоматическим устройством LFB, при уменьшении нагрузки с соответствующим увеличением частоты вращения (работа по регуляторной характеристике) угол опережения впрыскивания топлива уменьшается, а по мере увеличения нагрузки постепенно увеличивается. Посредством такой адаптации достигается более плавная работа двигателя, сопровождающаяся снижением шума на режимах холостого хода.

Рис. Автоматическое устройство в регуляторе для адаптации работы по нагрузке: 1 — рабочая пружина регулятора; 2 — муфта регулятора; 3 — силовой рычаг; 4 — пусковой рычаг; 5 — дозирующая муфта; 6 — плунжер; 7 — вал регулятора; 8 — грузы регулятора; М2 — ось вращения рычагов 3 и 4

Автоматическое устройство LFB реализуется в ТНВД Bosch VE путем модификации муфты регулятора, вала регулятора и корпуса насоса в соответствии со схемой рисунке. Для этого в муфте регулятора 2 выполнено дополнительное поперечное отверстие (3 на рисунке ниже), а в валу регулятора 7 продольный канал и два поперечных отверстия (1 и 7, соответственно, на следующем рисунке). Кроме того, в корпусе насоса выполнено сверление, посредством которого внутреннее пространство ТНВД может быть связано с линией впуска лопастного насоса низкого давления.

При увеличении скоростного режима поршень автомата опережения впрыскивания топлива смещается в сторону увеличения угла начала подачи из-за увеличения давления во внутреннем пространстве корпуса ТНВД, создаваемого лопастным насосом низкого давления. Посредством уменьшения давления во внутреннем пространстве насоса, которое обеспечивается LFB, достигается небольшое смещение поршня автомата опережения впрыскивания в сторону запаздывания угла опережения впрыскивания топлива. Происходит это следующим образом.

Управляя педалью акселератора, водитель устанавливает рычаг управления регулятора в некоторое положение, задавая режим работы по внешней скоростной характеристике, т.е. задавая предварительную затяжку рабочей пружины регулятора 1. При уменьшении нагрузки частота вращения вала двигателя увеличивается, грузы регулятора 8 расходятся, муфта регулятора 2 перемещается вправо, воздействуя через рычаги 3 и 4, поворачивающиеся относительно оси М2, на дозирующую муфту 5, перемещая последнюю в сторону уменьшения подачи. Таким образом образуется регуляторная характеристика с переходом на режим холостого хода при полном сбросе нагрузки.

Рис. Положение муфты регулятора при: а — положение при пуске; б — перед началом открытия отверстий; в — открытие отверстий и процесс уменьшения давления в корпусе насоса; 1 — продольное отверстие; 2 — вал регулятора; 3 — отверстие в муфте; 4 — муфта; 5 — поперечное отверстие в 2; 6 — управляющая кромка в 2, 7 — приемное отверстие в 2

При движении муфты регулятора 2 вправо в определенный момент процесса регулирования отверстие 3 на рисунке, а подходит к кромке отверстий 7 (положение б) и затем происходит совмещение отверстий 3 и 7 (положение с на рисунке), в результате чего часть топлива через каналы 1 и 5 перетекает на всасывающую сторону насоса низкого давления, уменьшая давление во внутреннем пространстве корпуса ТНВД. Из-за уменьшения давления топлива поршень автомата опережения впрыскивания топлива изменяет свое положение, поворачивая кольцо с роликами (позиции 2 и 3 на рисунке) в направлении запаздывания. При увеличении нагрузки описанный выше процесс идет в обратном направлении.

Ускоритель холодного пуска дизеля

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

Привод системы KSB монтируется на корпусе ТНВД, как это показано на рисунках. Рычаг KSB крепится на валу 12. на другом конце которого эксцентрично расположена поворотная цапфа 3. взаимодействующая при повороте с кольцом 6, несущим ролики 7, т.е. с автоматом опережения впрыскивания топлива. Исходное положение рычага KSB определяется упором 3 и пружиной 4. К верхней части рычага KSB крепится трос 2 управления с места водителя или шток автомата привода 6.

Работа устройства KSB, ручного или автоматического, происходит следующим образом. Когда водитель воздействует на рычаг KSB перед пуском дизеля, поворачиваются вал 12 и цапфа 3, под воздействием которой через прорезь 4 кольцо 6 с роликами 7 изменяет свое положение, поворачиваясь против часовой стрелки за счет сжатия пружины 11 и соответствующих перемещений деталей 8, 9 и 10, заранее устанавливая необходимый угол опережения впрыскивания топлива. Автомат KSB при холодном двигателе обеспечивает нужное опережение впрыскивания, и по мере увеличения температуры охлаждающей жидкости расширительный элемент в корпусе 6 автомата прекращает свое воздействие на кольцо с роликами.

Рис. Поперечное сечение устройства KSB: 1 — рычаг; 2 — окно; 3 — поворотная цапфа; 4 — продольная прорезь; 5 — корпус насоса; 6 — кольцо с роликами; 7 — ролик; 8 — поршень; 9 — поворотный стержень; 10 — шарнир; 11 — пружина автомата опережения впрыскивания; 12 — ось устройства; 13 — пружина шпилечная

Рис. Схема автоматического привода устройства KSB: 1 — тяга; 2 — трос; 3 — упор; 4 — пружина; 5 — рычаг; 6 — корпус автомата

Одним из преимуществом автомата KSB перед ручным управлением является ограничение минимально возможного угла опережения впрыскивания топлива в зависимости от теплового состояния двигателя.

Рис. Характеристика по углу опережения опрыскивания KSB: а — участок работы автомата опережения впрыскивания, б — участок работы KSB

На рисунке показана характеристика по углу опережения впрыскивания топлива в градусах поворота вала ТНВД в зависимости от частоты его вращения. Если водитель воздействует на ускоритель холодного пуска KSB, то независимо от действия автомата опережения впрыскивания имеет место пусковая коррекция угла — приблизительно 2,5° по углу поворота кулачкового вала насоса (участок б).

В зависимости от варианта исполнения топливного насоса Bosch VE, направления вращения, комплектации, связанных с типом дизеля, на который он устанавливается, возможны конструктивные изменения в различных блоках насоса.