13.2.5. Насос-форсунки

Для оптимізації систем впорскування, збільшення тиску впорскування та скорочення шляху, який проходить паливо під високим тиском, використовують індивідуальні системи впорскування. До них належать насос-форсунки та індивідуальні ПНВТ.

Насос-форсунки (13.4) (англ. UIS – Unit Injector System) поєднують у одному агрегаті ПНВТ та форсунку.

13.4. Насос-форсунка (адреса файлу Блок 4) Насос-форсунка – агрегат системи живлення, що поєднує у одному агрегаті паливний насос високого тиску та форсунку.

Вона встановлюється у головці циліндрів і приводиться у дію від кулачка розподільного вала (рис.13.38) коромислом чи безпосередньо, при цьому відпадає необхідність у нагнітальному трубопроводі. У насос-форсунці початок і кінець впорскування виходять чіткими і відповідають геометричним моментам подачі. Це дозволяє підвищити екологічність та економічність дизелів завдяки високому тиску впорскування, що досягає 200 МПа.

Рисунок 13.38. Принцип дії насос-форсунки (а) та її конструктивний вигляд для ДВЗ легкових (б) і вантажних (в) автомобілів:

1 – розподільний вал; 2 – плунжер; 3 – електромагнітний клапан; 4 – розпилювач; 5 – коромисло; 6 – камера згоряння

Конструктивних схем виконання насос-форсунок багато, але характерною ознакою є засіб керування – механічний (рис.13.39) або електронний (рис.13.40). У першому випадку керування здійснюється рейкою, яка повертає плунжер аналогічно рядному ПНВТ. До її недоліків відносяться необхідність їхнього окремого регулювання на двигуні і труднощі забезпечення рівномірної подачі на багатоциліндровому двигуні.

У другому випадку подачею палива керує електромагнітний клапан аналогічно електрогідравлічним форсункам.

Рисунок 13.39. Насос-форсунки з механічним керуванням: а – АР-21; б – Steyr;

1 – плунжер; 2 – механізм повороту; 3 – рейка; 4 – штовхач; 5 – фільтри; 6 – втулка плунжера; 7 – керівна кромка; 8 – клапан тиску; 9 – зворотний клапан; 10 – розпилювач; 11 – нагнітальний клапан; 12 – голка

Рисунок 13.40. Насос-форсунка з електронним керуванням (Electronic Unit Injector фірми Lucas):

1 – головка штовхача; 2 – подушка штовхача; 3 – пружинна шайба; 4 – пружина; 5 – плунжер; 6 – впускне вікно; 7 – кільцеві фільтри; 8 – проставка; 9 – голка; 10 – розпилювач; 11, 12, 13 – паливні канали; 14 – клапан керування зливанням; 15 – напрямна клапана; 16 – зворотна пружина; 17 – електромагнітна обмотка

У останні роки поширення одержує система подачі палива НЕUI (Hydraulicaly actuated Electronic Unit Injection), яку розроблено американською компанією Caterpillar.

Головним елементом НЕUI є насос-форсунка з приводом не від кулачка, а гідравлічним – маслом, що подається спеціальним трубопроводом із системи змащення двигуна під тиском 25 МПа. Потрапляючи у насос-форсунку, масло діє на відповідний масляний плунжер, який, у свою чергу, переміщає паливний плунжер. Останній, внаслідок меншого діаметра, створює високий тиск впорскування (більше 160 МПа). Електромагнітний клапан насос-форсунки, що дозує подачу палива, перемістився з паливного каналу в масляний. При цьому він перебуває під значно меншим, ніж раніше, тиском, що дозволяє точно виконати подачу порції палива. Для створення необхідного тиску у масляній магістралі, який значно вище робочого тиску, у системі змащення двигуна використається спеціальний насос. Одночасно цей же агрегат трубопроводом подає паливо під потрібним тиском і до насос-форсунки.

Всі робочі процеси за допомогою датчиків контролює блок електронного керування. Паливо подається у два етапи – спочатку первинне впорскування невеликої порції, що значно поліпшує згоряння основної частини палива, яка подається пізніше.

У такій системі тиск впорскування палива не залежить від частоти обертання колінчастого вала двигуна.

Іншою оригінальною розробкою є насос-форсунки HPI (High Pressure Injection), що розроблені спільно фірмами Scania та Cummins. Керування форсунками здійснюється паливом з окремої магістралі під тиском 1,8 МПа (рис.13.41). При цьому тиск впорскування – 150 МПа (у перспективі – до 240 МПа).

Рисунок 13.41. Схема системи HPI

30.

Акумуляторні паливні системи (13.6) почали використовуватися з 1910 р. до 1950-х рр. на суднових дизелях. Припинення їх використання пов’язано з недоліками системи: складністю, металоємністю, розгалуженістю паливопроводів високого тиску, необхідністю зарядження акумулятора перед пуском. Зростання вимог до оптимізації подачі палива відродили інтерес до акумуляторних паливних систем.

13.5. Акумуляторна паливна система (адреса файлу Блок 4) Акумуляторна паливна система – система живлення дизелів, у якої паливо подається насосом високого тиску до акумулятора постійного тиску, звідки поступає до електрогідравлічних форсунок.

Перша промислова система акумуляторного типу під назвою Common Rail спільної розробки Fiat, Elasis та Bosch з’явилася у 1997 р. Принцип роботи аналогічний системі впорскування бензину – ПНВТ подає паливо у акумулятор (паливну рампу), звідки паливо подається у електрогідравлічні форсунки (рис. 13.44).

Системи першого покоління мали тиск впорскування 135 МПа, другого – 160 МПа, третього – 180÷200 МПа.

Рисунок 13.44. Принципова схема акумуляторної системи Common Rail:

1 – ПНВТ; 2 – паливопідкачувальний насос; 3 – фільтр; 4 – паливна рампа; 5 – датчик тиску; 6 – обмежник подачі палива; 7 – форсунка; 8 – блок керування; 9 – паливний бак

ПНВТ на більшості систем – триплунжерний з ексцентриковим кулачком (рис.13.45).

Акумуляторний вузол (рис.13.46) поєднує паливну рампу (як правило, циліндричний товстостінний трубопровід, рідше – сферична камера (рис.13.47)), датчик тиску палива, клапан обмеження тиску, обмежник подачі палива.

Рисунок 13.45. Триплунжерний ПНВТ системи Common Rail:

1 – вал привода; 2 – ексцентриковий кулачок; 3 – плунжер зі втулкою; 4 – камера над плунжером; 5 – впускний клапан; 6 – електромагнітний клапан відключення секції; 7 – випускний клапан; 8 – ущільнення; 9 – штуцер магістралі високого тиску; 10 – клапан регулювання тиску; 11 – кульковий клапан; 12 – магістраль зворотного зливу; 13 – магістраль подачі палива до ПНВТ; 14 – захисний клапан з дросельним отвором; 15 – перепускний клапан низького тиску

Рисунок 13.46. Акумулятор високого тиску:

1 – паливна рампа; 2 – паливопровід від ПНВТ; 3 – датчик тиску палива; 4 – клапан обмеження тиску; 5 – паливопровід зворотного зливу; 6 – обмежник подачі палива; 7 – паливопровід до форсунок

Рисунок 13.47. Система Common Rail зі сферичним акумулятором (Delphi)

Клапан обмеження тиску (рис.13.48а) обмежує максимальний тиск у акумуляторі, обмежник подачі палива (рис.13.48б) призначений для перекривання магістралі до форсунки у випадку зависання голки.

Рисунок 13.48. Клапан обмеження тиску (а) та обмежник подачі палива (б):

1 – канал високого тиску; 2 – конус сердечника клапана; 3 – перепускний клапан; 4 – сердечник клапана; 5 – пружина клапана; 6 – упор сердечника клапана; 7 – корпус клапана; 8 – отвір упора сердечника клапана; 9 – порожнина магістралі зворотного зливу; 10 – канал з боку акумулятора; 11 – обмежувальна шайба; 12 – сердечник обмежника; 13 – пружина обмежника; 14 – корпус обмежника; 15 – канал з боку форсунки; 16 – сідло сердечника; 17 – дросельний отвір

Клапан регулювання тиску (рис.13.49) встановлюється на корпусі ПНВТ або акумулятора і підтримує сталий тиск у акумуляторі.

Рисунок 13.49. Клапан регулювання тиску:

1 – кулька клапана; 2 – якір; 3 – електромагніт; 4 – пружина клапана; 5 – штекер

Зовнішній вигляд системи Common Rail на двигуні зображено на рис.13.50.

Рисунок 13.50. Дизельний ДВЗ із системою Common Rail (Volvo)

31.