Опережение момента впрыска топлива

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.