Отчет по лабораторной работе:

Изучение устройства и принципа действия форсунок различных конструкций топливоподкачивающего насоса и топливных фильтров

Выполнил студент группы:

5ТОР11-1

Карпов А.В

Сургут 2012г

Обзор

Основное различие в способах создания высокого давления различными системами Common Rail заключается в конструкции ТНВД и форсунок, а также определяется требованиями, предъявляемыми к топливной системе. 

Обзор топливных систем Common Rail
Поколение CR	Максимальное давление, бар	Форсунка	ТНВД
Первое поколение (легковые автомобили)	1350-1450	Форсунка с электромагнитным клапаном	СР1 Регулирование давления на высокой стороне клапаном регулирования давления
Первое поколение (коммерческие автомобили)	1400	Форсунка с электромагнитным клапаном	СР2 Регулирование подачи топлива на стороне всасывания двумя электромагнитными клапанами
Второе поколение Легковые и коммерческие автомобили)	1600	Форсунка с электромагнитным клапаном	СРЗ, СР1Н Регулирование подачи топлива на стороне всасывания дозирующим устройством
Т ретье поколение (легковые автомобили)	1600 (в будущем 1800 бар)	Форсунка с пьезоэлектрическим приводом	СРЗ, СР1Н Регулирование подачи топлива на стороне всасывания дозирующим устройством
Третье поколение (коммерческие автомобили)	1800	Форсунка с электромагнитным клапаном	CP3, 3NH Дозирующее устройство

Рис.1 1-Массовый расходомер воздуха; 2-Электронный блок управления двигателем; 3-ТНВД; 4-Аккумулятор топлива; 5-Форсунка; 6-Датчик частоты вращения коленчатого вала; 7-Датчик температуры охлаждающей жидкости двигателя; 8-Топливный фильтр;9-Датчик положения педали акселератора.

Форсунка

В дизельной топливной системе Common Rail форсунки подсоединяются к аккумулятору топлива короткими линиями (трубками) высокого давления. Форсунки уплотняются с камерой сгорания медными прокладками. Форсунки устанавливаются в головке блока цилиндров посредством конических фиксаторов. В зависимости от конструкции распылителя форсунки в системе CR могут устанавливаться прямо или под углом по отношению к неразделённой камере сгорания (дизели с непосредственным впрыском топлива).

Одной из особенностей топливной системы является то, что высокое давление создаётся в ней независимо от частоты вращения двигателя или количества впрыскиваемого топлива. Начало впрыска и величина цикловой подачи регулируются электрическими управляющими сигналами форсунки. Продолжительность впрыска топлива регулируется системой управления углом опережения впрыска/времени в электронной системе управления дизеля (EDC). Это требует использования датчиков определения положения коленчатого и распределительного валов (фазовое детектирование).

Для снижения эмиссии вредных веществ и выполнения постоянно ужесточающихся требований по снижению шума работы дизелей требуется формирование оптимального состава топливовоздушной смеси. Это требует от форсунок возможность осуществления небольшого предварительного впрыска и многофазного впрыска топлива.

Рис.2. а-Нерабочее положение; b-Форсунка открыта (впрыск); с-Форсунка закрыта (прекращение подачи); 1-Возврат топлива; 2-Катушка электромагнитного клапана; 3-Дополнительная пружина хода; 4-Якорь электромагнитного клапана; 5-Шариковый клапан; 6-Камера гидроуправления; 7-Пружина распылителя; 8-Конус (заплечик) иглы распылителя; 9-Камера распылителя; 10-Сопловые отверстия; 11-Пружина электромагнитного клапана; 12-Дроссель камеры гидроуправления; 13-Штуцер высокого давления; 14-Дроссель на впуске; 15-Управляющий плунжер (шток иглы распылителя форсунки); 16-Игла распылителя форсунки; 17-Впускной канал.

В настоящее время в серийном производстве имеется три разных типа форсунок:

• Форсунки с электромагнитным клапаном и неразъёмным якорем;

• Форсунки с электромагнитным клапаном и якорем, состоящим из двух частей;

• Форсунки пьезоэлектрическим приводом.

Форсунка с электромагнитным клапаном

Конструкция

Форсунка может быть подразделена на несколько функциональных модулей:

• Распылитель с сопловыми отверстиями (см. раздел «Распылители форсунок»);

• Гидравлическая система управления;

• Электромагнитный клапан.

Топливо подается в форсунку через входной штуцер высокого давления (13 на рис. 2а) и далее через впускной канал 17 к распылителю форсунки и через дроссель на впуске 14 в камеру гидроуправления 6. Камера гидроуправления соединяется с линией возврата топлива через дроссель 12, который открывается электромагнитным клапаном.

Принцип действия

Работа форсунки может быть подразделена на четыре состояния во время работы двигателя и ТНВД:

• Форсунка закрыта (высокое давление приложено);

• Форсунка открывается (начало впрыска топлива);

• Форсунка полностью открыта;

• Форсунка закрывается (конец впрыска топлива).

Рабочие режимы форсунки вызываются балансом сил, действующих на компоненты форсунки. Когда двигатель не работает и аккумулятор топлива не находится под давлением, пружина распылителя закрывает форсунку.

Форсунка закрыта (высокое давление приложено)

В нерабочем состоянии форсунка не получает сигнал на открытие, т.е. на впрыск (рис. 2а). Пружина электромагнитного клапана 11 прижимает шариковый клапан 5 к седлу дросселя 12, и давление внутри камеры гидроуправления 6 повышается до величины давления в аккумуляторе топлива. Такое же давление имеет место в объёме камеры распылителя форсунки. Сила давления в аккумуляторе, приложенная к концевой поверхности штока иглы распылителя (управляющего плунжера) 15, вместе с силой пружины 7 иглы распылителя форсунки находятся в равновесии с силой давления открытия, приложенной к конусу (заплечику) иглы распылителя, и в результате форсунка остаётся закрытой.

Форсунка открывается (начало впрыска топлива)

В самом начале процесса открытия форсунка находится в «режиме ожидания», то есть закрыта. Электромагнитный клапан получает управляющий сигнал на открытие в виде пускового тока и очень быстро открывается (рис. 2Ь). Необходимые периоды переключения достигаются управлением пусковыми сигналами электромагнитного клапана в электронном блоке управления двигателя (ECU) при высоких значениях электрического напряжения и тока.

Магнитная сила уже получившего электрическое питание электромагнита превышает силу затяжки пружины клапана, якорь поднимает шаровой клапан с седла и открывает дроссель 12. После короткого периода повышения пусковой ток уменьшается до величины «тока удержания» электромагнита. Когда выпускной дроссель 12 открывается, топливо вытекает из камеры гидроуправления в полость над ним и затем в линию возврата топлива в бак. Дроссель на впуске 14 предотвращает полное выравнивание давления. В результате давление в камере гидроуправления уменьшается, и становится ниже давления в камере распылителя форсунки, которое всё ещё равно давлению в аккумуляторе топлива. Снижение давления в камере 6 приводит к уменьшению силы, действующей на управляющий плунжер (шток иглы распылителя) и, следовательно, к её подъёму (открытию). Впрыск топлива начинается.

Полное открытие форсунки

Величина перемещения иглы распылителя форсунки определяется разностью расходов через дроссели на впуске и выпуске. Шток иглы (управляющий плунжер) достигает своего верхнего упора и устанавливается на «топливной подушке» (гидравлический упор). Эта подушка образуется потоком топлива между дросселями на входе и выходе. В этом положении распылитель форсунки полностью открыт, и топливо впрыскивается в камеру сгорания под давлением, приближающимся к давлению в аккумуляторе топлива.

Баланс сил в форсунке подобен балансу во время фазы открытия. При данном давлении в системе количество впрыскиваемого топлива пропорционально периоду времени открытия электромагнитного клапана. Этот период полностью независим от частоты вращения двигателя и ТНВД (контролируемая по времени система впрыска).

Форсунка закрывается (конец впрыска топлива)

Когда катушка электромагнитного клапана обесточивается, пружина клапана перемещает якорь вниз, и шаровой клапан закрывает дроссель 12 на выпуске (рис. 2с). Когда дроссель закрыт, давление в камере гидроуправления снова возрастает до величины давления в аккумуляторе топлива из-за открытого дросселя на впуске. Более высокое давление создаёт большую силу, прилагаемую к штоку иглы распылителя. В результате сила давления в камере управления и сила затяжки пружины превышают силу давления открытия иглы распылителя, которая садится на седло, и распылитель форсунки закрывается. Расход топлива через дроссель 14 на впуске определяет скорость закрытия иглы форсунки. Цикл впрыска топлива заканчивается, когда игла распылителя садится на седло, закрывая сопловые отверстия.

Такой непрямой метод создания пускового импульса иглы распылителя посредством гидравлической сервосистемы для быстрого её открытия (подъёма) используется потому, что выполнить это путём прямого приложения силы электромагнитного клапана невозможно. «Контрольный объём», определяющий количество впрыскиваемого топлива, простирается до линии возврата топлива через дроссели камеры гидроуправления.

Кроме контрольного объёма топлива имеются также объёмы утечек через направляющие иглы распылителя и её штока. Указанные объёмы возвращаются в топливный бак через линию возврата топлива и общую линию, которая включает перепускной клапан, ТНВД и клапан регулирования давления.