Топливный насос высокого давления (ТНВД) VЕ

По мере все большего ужесточения норм на выброс вред­ных веществ транспортными средствами, традиционные ме­ханические ТНВД дизелей оказываются не в состоянии обеспечить необходимую точность дозирования топлива и скорость реагирования на изменяющиеся условия движения. Это привело к необходимости электронного регулирования все большим числом составных частей топливной системы дизеля.

Фирмами Bosch, Diesel Kiki и Nippon Denso раз­работан ряд систем электронного управления топливоподачей на базе топливного насоса VЕ, которые обеспечили дальнейшее совершенствование процесса топливоподачи – повышение точности дозирования топлива в отдельные цилиндры, уменьшение межцикловой нестабильности процесса сгорания, уменьшения неравномерности работы дизеля на режимах холостого хода. В отдельных системах устанавливается быстродействующий клапан, который позволяет разделить процесс впрыска на две фазы, что уменьшает жесткость процесса сгорания.

Точное регулирование не только способствует контролю за выбросом токсичных веществ, но и обеспечивает увеличе­ние мощности и более плавную работу двигателя. Некоторые модели имеют электронное регулирование ре­циркуляции отработавших газов.

В электронных системах применяются топливные насосы распределительного типа, с дополнением управляемых ис­полнительных устройств для регулирования положения до­затора и клапана автомата опережения впрыскивания топ­лива.

Электронный блок управления получает сигналы от множе­ства датчиков, таких как положения педали акселератора, частоты вращения вала двигателя, температуры охлаж­дающей жидкости и топлива, подъема иглы форсунок, ско­рости движения автомобиля, давления наддува и темпера­туры воздуха на впуске и др.

Эти сигналы обрабатываются в электронном блоке управле­ния. Результирующий выходной сигнал посылается в ТНВД, обеспечивая подачу оптимального количества топлива к форсункам и оптимальный угол опережения впрыскивания в соответствии с эксплуатационными условиями. Если подключается дополнительная нагрузка (например, вклю­чают кондиционер воздуха), то в электронный блок управления приходит соответствующий сигнал, и дополнительная нагрузка компенсируется увеличением подачи топлива. Электронный блок управления также контролирует работу свечей накаливания в трех стадиях – период накаливания, установившийся режим работы свечей накаливания и пери­од после накаливания, в зависимости от температуры.

В отличие от механических, в электронно-управляемых ТНВД повышенная частота вращения коленчатого вала на холостом ходу, определяется управляющей диафрагмой. Приводимый диафрагмой тросик уп­равляет рычагом повышенной частоты вращения на топливном насосе. При неработающем двигателе рычаг находится в по­ложении повышенной частоты вращения. Во время запуска двигателя в диафрагменном бло­ке создается разрежение, управляемое электронным блоком управления посредством элек­тромагнитного клапана. По мере прогрева двигателя электрон­ный блок открывает клапан, в диаф­рагменном блоке создается разрежение, вследствие чего рычаг повышенной частоты вращения с помощью тросика возвращается в нормаль­ное положение холостого хода.

В целях снижения выбросов оксидов азота ТНВД с электронным управлением оборудованы системой рециркуляции отработавших газов. Отбор части отработавших газов во впус­кной тракт управляется электронным блоком управления посредством клапанов системы рециркуляции. Вакуумным насосом в клапане рециркуляции создается разре­жение, которое зависит от частоты вра­щения двигателя, нагрузки и высоты над уровнем моря.

Упрощенная схема электронного регулирования одноплунжерного топливного насоса типа VE фирмы Bosch дизельного двигателя приведена на рисунке.

Рис. Схема системы электронного управления одноплунжерного ТНВД:
1 – датчик начала впрыска; 2 – датчик ВМТ и частоты вращения коленчатого вала; 3 – расходомер воздуха; 4 – датчик температуры охлаждающей жидкости; 5 – датчик положения педали подачи топлива; 6 – блок управления; 7 – исполнительное устройство ускорителя пуска и прогрева двигателя; 8 – исполнительное устройство управления клапаном рециркуляции отработавших газов; 9 – исполнительное устройство управления углом опережения впрыска; 10 – исполнительное устройство привода дозирующей муфты; 11 – датчик хода дозатора; 12 – датчик температуры топлива; 13 – ТНВД

Основным регулирующим элементом системы является электромагнитное исполнительное устройство 10, которое пе­ремещает дозирующую муфту ТНВД.

Управление процессами топливоподачи осуществляется с помощью блока управления 6. В блок управления поступает информация от различных датчиков:

• начала впрыска 1, установленного в одной из форсунок впрыска топлива;
• верхней мертвой точки и частоты вращения коленчатого вала 2;
• расходомера воздуха 3;
• температуры охлаждающей жидкости 4;
• положения педали топлива 5
• и др.

В соответствии с заданными в памяти блока характеристиками управления и полученной информацией от датчиков блок управления выдает выходные сигналы на исполнительные механизмы управления цикловой подачей и углом опережения впрыска топлива. Таким образом, регулируется величина цикловой подачи то­плива от холостого хода до режима полной нагрузки, а также во время холодного пуска.

Потенциометр исполнительного устройства посылает сигнал обратной связи в электронный блок управления, определяя точное положение дозирующей муфты. Угол опережения впрыскивания топлива регулируется по­добным же образом.

Электронный блок управления формирует сигналы, обеспечивающие протекание регуляторных характеристик, стабилизацию частоты вращения холостого хода, рециркуляцию ОГ, сте­пень которой определяется по сигналам датчика массового расхода воздуха. При этом в блоке управления сопоставляются реальные сигналы датчиков со значениями в запрограммированных полях характеристик, в результате чего на сервомеханизм исполнительных устройств передается выходной сигнал, обеспечивающий требуемое положение дозирующей муфты с высокой точностью регулирования.

В систему заложена программа самодиагностики и отработки аварийных режимов, что позволяет обеспечить движение автомобиля при большинстве неисправностей, кроме выхода из строя микропроцессора.

В большинстве случаев для одноплунжерных насосов распределительного типа в качестве исполнительного устройства, регулирующего цикловую подачу. используется электромагнит 6 с поворотным сердечником, конец которого соединен через эксцентрик с дозирующей муфтой 5. При прохождении тока в обмотке электромагнита сердечник поворачивается на угол от 0 до 60°, соответственно перемещая дозирующую муфту 5, с помощью которой происходит изменение цикловой подачи.

Рис. Развернутая схема одноплунжерного насоса с электронным управлением:
1 – ТНВД; 2 – электромагнитный клапан управления автоматом опережения впрыскивания; 3 – жиклер; 4 – цилиндр автомата опережения впрыскивания; 5 – дозатор; 6 – электромагнитное устройство изменения подачи топлива; 7 – электронный блок управления; 8 – датчики температуры, давления наддува, положение подачи топлива; 9 – педаль управления; 10 – возврат топлива; 11 – подача топлива к форсунке

Управление автоматом опережения впрыска осуществляется быстродействующим электромагнитным клапаном 2, который регулирует давление топлива, действую­щего на поршень автомата. Клапан работает в импульсном режиме «открыт — закрыт», модулируя давление в зависимости от частоты вращения вала двигателя. Когда клапан открыт, давление уменьшается, и угол опережения впрыскивания также уменьшается. Когда клапан закрыт, давление увеличивается, перемещая поршень автомата в сторону увеличения угла опережения впрыска. Отношение импульсов определяется электронным блоком в зависимости от режима работы и температурного состояния двигателя. Для определения момента начала впрыска одна из форсунок имеет индукционный датчик подъема иглы.

В качестве исполнительных механизмов, воздействующих на органы, управляющие подачей топлива в ТНВД, применяются пропорциональные электромагнитные, моментные, линейные или шаговые электродвигатели, которые служат в качестве непосредственного привода дозатора топлива в насосах распределительного типа.

В качестве примера на рисунке приводится исполнительный механизм, управляющий подачей топлива, в котором используется электромагнит 2 с поворотным сердечником, конец которого соединен через эксцентрик с дозирующей муфтой 3. При прохождении тока в обмотке электромагнита сердечник поворачивается на угол от 0 до 60°, соответственно перемещая дозирующую муфту. Контроль за ее перемещение производится с помощью датчика 1.

Рис. Электромагнитный исполнительный механизм ТНВД распределительного типа:
1 – датчик хода дозатора; 2 – исполнительное устройство (электромагнит); 3 – дозирующая муфта; 4 – клапан изменения угла начала впрыска с электромагнитным приводом