Управление работой дизельного двигателя

выпускное отверстие плунжера остается закрытым, и прекращает подачу

топлива, как только выпускное отверстие совмещается с отверстием в

регулирующей втулке. Регулятор определяет положение регулирующей втулки, которая перемещается на плунжере.

Рядный насос с регулирующей втулкой: 1 - плунжер насоса; 2 - контрольная втулка; 3 - управляющий шток регулирующей втулки; 4 - регулирующая рейка

Механический регулятор

Шаровая цапфа обеспечивает соединение между регулирующей втулкой и рычагами регулятора,

которые, в свою очередь, перемещаются под

действием центробежной силы, вызываемой вращающимися грузами с учетом

противодействия пружины регулятора.

Скоростной режим устанавливается регулированием натяжения пружины рычагом.

Регулировочный винт полной нагрузки

используется для установки системы рычагрегулятор для получения максимальной

мощности. Могут быть установлены дополнительные пружины для адаптирования к холостому ходу и переходным характеристикам.

Сигнал нагрузки

ТНВД распределительного типа, оснащенные двухрежимными регуляторами, управляются посредством микровыключателя или потенциометра.

Механические вспомогательные устройства Некоторые из таких устройств управления используются в целях обработки

дополнительных рабочих параметров для регулирования количества впрыскиваемого топлива(компенсатор давления во впускном патрубке, гидравлические и механические средства адаптации к полной нагрузке) и для управления закрытием отверстия (начало подачи топлива).

Система впрыскивания топлива с насосом распределительного типа: 1 - топливный бак; 2 - линия подачи топлива; 3 - топливный фильтр; 4 - насос

распределительного типа; 5 - трубка высокого давления; 6 - форсунка; 7 -

трубка возврата топлива

Гидромеханически регулирующее устройство угла опережения впрыскивания Устанавливаемое по потоку топлива после

подкачивающего насоса, устройство

включает нагнетательный регулирующий клапан,который обеспечивает рост давления

топлива в линейной зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя (1,5...8 бар). Это давление воздействует через отверстие, регулируемое дросселем,

на передний конец подпружиненного плунжера. Тот, в свою очередь,

поворачивает роликовое кольцо насоса в противоположном вращению насоса направлении, таким образом, увеличивая опережение начала впрыскивания топлива независимо от частоты вращения коленчатого вала.

Одноплунжерный ТНВД распределительного типа (основная версия): 1 - насос подачи топлива (лопаточного типа); 2 -

привод регулятора: 3 - устройство регулирования угла опережения впрыскивания; 4 - кулачковый диск; 5 - регулирующая втулка: 6

- распределительный плунжер; 7 - нагнетательный клапан; 8 - устройство отключения соленоидного управления: 9 - рычажный механизм регулятора; 10 - перепускной дроссель; 11 - механическое устройство отключения; 12 - пружина регулятора; 13 - рычаг

контроля частоты вращения; 14 - регулирующая втулка; 15 - центробежные грузы; 16 - нагнетательный клапан ограничения давления

Отключение работы насоса

Механическое (рычаг остановки) или электрическое (соленоидный клапан) устройство отключения прерывает работу дизеля, прекращая подачу топлива.

Электрический способ широко распространен в легковых автомобилях.

Электронный регулятор (EDC)

Эксцентрично-установленная шаровая цапфа связывает регулирующую втулку

насоса VE и соленоидный исполнительный механизм. Угловая установка исполнительного механизма определяет положение регулирующей втулки и с

ее помощью активный рабочий ход насоса. К исполнительному механизму

подсоединяется измерительный датчик положения (потенциометр или индуктивный измерительный преобразователь). ECU получает различные

сигналы от измерительных преобразователей - положения педали управления

подачей топлива, частоты вращения коленчатого вала двигателя, температуры воздуха, охлаждающей жидкости и топлива, давления наддува, атмосферного давления и т. п. Он использует эти входные величины, хранящиеся в его памяти, для определения правильного количества впрыскиваемого топлива. Таким образом, ECU изменяет ток возбуждения исполнительного привода до

тех пор, пока не совпадут исходные данные и действительные величины для принятого положения рейки.

Электронное управление работой дизеля (EDC) для ТНВД распределительного типа:

1 - топливо подкачивающий насос; 2 - электромагнитный клапан; 3 - устройство синхронизации; 4 - втулка управления; 5 -

вращающийся исполнительный механизм с измерительным датчиком; 6 - ECU. Входные/выходные величины: а - скоростной режим;

b - начало впрыскивания; с - температура; d - давление наддува; е - положение педали газа; f - возврат топлива; g - к распылителю

Электронно-управляемое устройство синхронизации

Продолжительность впрыскивания (начало впрыскивания топлива) можно

также регулировать путем сравнения действительных и заранее задаваемых исходных величин. При этом сигнал от исполнительного преобразователя, с

помощью которого контролируется точка, при которой открывается форсунка,

сравнивается с запрограммированной исходной величиной. Электромагнитный клапан изменяет давление, прилагаемое к плунжеру, и с его помощью

установку регулирования устройства синхронизации. Сигнал от

измерительного преобразователя форсунки, указывающий на начало впрыскивания, сравнивается с данными, хранящимися в памяти. Тактовая

частота, используемая для срабатывания электромагнита, модифицируется,

пока не совпадут действительная и исходная величины. Преимущества электронного управления с обратной связью: уточненное регулирование

цикловой подачи топлива; уточненное регулирование частоты вращения

коленчатого вала двигателя; более точный угол опережения впрыскивания топлива. Устройство также может управлять рециркуляцией отработавших

газов, контролировать давление наддува, управлять свечами накаливания и обеспечивать связь с другими бортовыми электрическими системами.

ТНВД распределительного типа

В новом поколении распределительных ТНВД основу составляет электромагнитный клапан высокого давления, позволяющий дозировать топливо посредством закрытия плунжерного втулочного комплекта насоса. Эта концепция наиболее предпочтительна как с точки зрения гибкости в измерении продолжительности впрыскивания,так и начала впрыска топлива.

Роторный насос: 1 - кулачковое кольцо; 2 - ролик; 3 - распределительный вал; 4 - опора ролика; 5 -

плунжер подачи топлива

Распределительный насос с аксиальным плунжером Такой насос представляет дальнейшее развитие концепции

наддува в ранее рассмотренных насосах

распределительного типа с электронным управлением. В нем добавлены: соленоидный клапан высокого давления; электронной блок

управления (ECU); датчик угла поворота. Соленоидный клапан закрывается,

определяя начало подачи топлива. Скорость впрыскивания соответствует продолжительности закрытия клапана. Давление впрыскивания топлива

достигает 1200 бар.

Роторный ТНВД распределительного типа с электромагнитным управлением:

1 - датчик (угла/времени); 2 - ECU; 3 - ротор; 4 - игла соленоидного клапана; 5 - кожух распределителя; 6 - соленоид управления давления: 7 - устройство для регулирования опережения впрыскивания топлива: 8 - радиально-плунжерный насос; 9 - управляющий электромагнитный клапан; 10 -обратный клапан

Распределительный роторный ТНВД Такие насосы предназначены для двигателей с непосредственным впрыском

топлива с высокими рабочими характеристиками. Уровни давления со стороны насоса достигают 1000 бар, хотя соответствующие величины в распылителе могут повышаться до 1500 бар. Ввиду того, что кулачковый механизм имеет непосредственный привод, отклонения от заданных законов подачи топлива минимальны. Электромагнитное управление обеспечивает быстрое реагирование на открытие и закрытие плунжерной камеры.

Насос-форсунки с клапанным регулированием цикловой подачи

Новое поколение систем впрыскивания топлива на основе одного насоса, регулируемого по времени, для современных легковых и грузовых автомобилей с дизелями с непосредственным впрыском характеризуется модульной конструкцией; эти системы включают электронно-управляемый блок насос-форсунки (PDE) и блок насоса (PLD).

Блок насос-форсунки (РОЕ):

1 - пружина; 2 - корпус насоса; 3 - плунжер насоса; 4 - головка цилиндра; 5 -

держатель пружины; 6 - стяжная гайка; 7 - статор; 8 - якорная пластина; 9 -

игла соленоидного клапана; .10стяжная гайка соленоидного клапана; 11 - заглушка канала высокого давления; 12 - заглушка канала низкого давления;

13 - упор иглы соленоида; 14 - сужение; 15 - возврат топлива; 16 - подача

топлива; 17 - инжектор; 18 - нажимной штифт: 19 - прокладка; 20 - распылитель

Блок насос-форсунки (PDE)

Электронно-управляемый блок насос-форсунки

представляет собой одноцилиндровый ТНВД.

Этот блок характеризуется интегральным

соленоидным клапаном и предназначен для установки непосредственно на головке

цилиндров дизеля. Кронштейны, работающие

на растяжение, удерживают отдельные модули,

которые имеют раздельные цепи подачи

топлива для каждого из цилиндров двигателя.

Кулачок на распределительном валу приводит в действие индивидуальную для каждого

цилиндра насос-форсунку непосредственно через коромысло или косвенно

посредством штанги толкателя и коромысла. Быстродействующий соленоидный клапан, в соответствии с параметрами, определяемыми в

программной карте двигателя, обеспечивает точную регулировку времени

начала впрыска топлива и скорости потока. В отключенном положении соленоидный клапан обеспечивает неограниченный проход потока топлива от

насоса к цепи низкого давления системы. Соленоидный клапан включается во

время хода подачи плунжера насоса, перекрывая перепускной клапан, таким образом, герметизируя цепь высокого давления. Топливо затем подается к

форсунке, как только превышается давление открытия распылителя. То есть

впрыск топлива начинается, когда соленоидный клапан закрывается. Насос-форсунка используется при давлениях впрыскивания топлива до 160

МПа (180 МПа для перспективных моделей). Эта конструкция также может

применяться для выборочного индивидуального отключения цилиндра (при частичных нагрузках).

ТНВД, встроенный в блок цилиндров (PLD)

Система единичного насоса, объединенного с форсункой, также является модульной конструкцией с устройством впрыскивания топлива и управлением по времени. Каждый цилиндр двигателя питается отдельным модулем со следующими компонентами: выполненный за одно целое насос высокого давления; быстродействующий соленоидный клапан; короткая линия высокого давления; комплект распылителя. Элемент насоса обычно устанавливается как неотъемлемая часть блока цилиндров дизеля, где он приводится в движение кулачком основного распределительного вала. Электромагнитный клапан осуществляет точное управление временем начала и продолжительностью впрыскивания топлива в соответствии с программой. В открытом состоянии электромагнитный клапан позволяет плунжеру насоса заполнять рабочую полость во время такта впуска и впрыскивать его в заданное время. Область высокого давления герметизируется только во время такта подачи, когда соленоид срабатывает на закрытие клапана. Подача топлива к форсунке начинается, как только превышается давление открытия. Единичный тип насоса может быть использован для давлений впрыскивания до 160 МПа. Такие высокие давления впрыскивания топлива согласуются с электронным управлением с обратной связью, которое основывается на данных, записанных в памяти ECU, для значительного сокращения расхода топлива и токсичности

Элемент насоса высокого давления с электромагнитным клапаном 2/2 (PLD):

1 - упор перемещения иглы клапана; 2 - головка блока цилиндров двигателя; 3

-корпус насоса; 4 - плунжер; 5 - возвратная пружина; 6 - роликовый толкатель; 7 - диск якоря; 8 - статор; 9 - игла клапана; 10фильтр; 11 - подача топлива; 12

-возврат топлива; 13 - фиксатор;: 14 - установочный паз

Электронный блок управления (ECU) Индивидуальные системы насоса и форсунки

обеспечивается посредством зубчатого диска

на коленчатом валу, в то время как импульсный

датчик, установленный на распределительном валу, синхронизирует впрыскивание топлива в

соответствии с каждым отдельным цилиндром.

Управление процессом впрыскивания по типу обратной замкнутой связи протекает в

соответствии с программой, хранящейся в

памяти ECU.

Электронный блок управления позволяет обеспечивать управление

соленоидами насос-форсунок. Он контролирует и обрабатывает различные

входящие сигналы измерительных датчиков. ECU может хранить в памяти информацию, содержащую специфические схемы работы для получения

разнообразных параметров. Основными данными являются частота вращения

коленчатого вала двигателя и нагрузка, на которые водитель может оказывать непосредственное влияние посредством педали газа. Контролируемые

параметры также включают температуру воздуха, топлива, охлаждающей

жидкости и давление турбокомпрессора. Эти основные функции могут дополняться разнообразием других операций, предназначенных для

повышения удобства. ECU удовлетворяет строгим требованиям надежности работы компенсацией и выявлением неисправностей функционирования отдельных составных частей. Он также предназначен для облегчения диагностики неисправностей работы дизеля и его системы топливоподачи. Производитель ECU может использовать программирование EOL (конец линии) в целях накопления данных для специфических компоновочных схем двигателя и автомобиля. ECU удовлетворяет строгим требованиям противодействия помехам от системы электрооборудования автомобиля и других источников. Фильтры и экраны защищают ECU от воздействия электромагнитных помех и в то же время уменьшают распространение его собственных помех.

Единичный насос (PLD): 1 - кронштейн форсунки; 2 - двигатель; 3 - форсунка; 4 -

электромагнитный клапан; 5 - подача топлива; 6 - насос высокого давления; 7- кулачок

Шина CAN (контроллер местной связи) может использоваться для сети связи системы с другими компонентами автомобиля, например, ABS (антиблокировочной системой тормозов), ASR (системой контроля силы тяги или коэффициента сцепления) и

электронной системой управления переключением в

коробке передач.

Аккумуляторная топливная система типа "Common Rail"

Системы с аккумулятором делают возможным объединение системы

впрыскивания топлива дизеля с различными дистанционно выполняемыми функциями и в то же время позволяют повышать точность управления процессом сгорания топлива. Отличительная характеристика системы с

общим трубопроводом заключается в разделении узла, создающего давление,

и узла впрыскивания. Это делает возможным повысить величину давления впрыскивания топлива.

Система впрыскивания с общей рейкой и аккумулятором давления: 1 - топливный бак; 2 - фильтр; 3 -

топливоподкачивающий насос; 4 -насос высокого давления; 5 - редукционный клапан; 6 - датчик давления; 7- аккумулятор; 8 -форсунки; 9 - ввод данных от измерительных датчиков; 10 - ECU

Конструкция системы

Основу системы составляет резервуар (аккумулятор). Этот резервуар включает компоненты распределительного трубопровода (общая рейка),

линии подачи топлива и форсунки. Плунжерный насос высокого давления

(линейный насос на грузовых автомобилях, радиальное плунжерное

устройство на легковых автомобилях) создает давление; этот насос может предназначаться для работы при низких значениях крутящего момента в целях существенного уменьшения потребности в тяговом усилии.

Давление системы, создаваемое ТНВД, распространяется через аккумулятор и топливопроводы к форсунке. Форсунка обеспечивает подачу нужного количества топлива в камеру сгорания. В точно установленный момент ECU передает сигнал возбуждения к соленоиду форсунки, означающий начало подачи топлива. Количество впрыскиваемого топлива определяется периодом открытия распылителя и давлением в системе.

Перспективы системы Эта система расширяет область оптимизации процесса сгорания посредством

разделения функций создания давления и впрыскивания.Давление,необходимое для впрыскивания топлива, в основном, базируется на выборе какой-нибудь точки набора заданных параметров. Дополнительно давление впрыскивания остается постоянным на период продолжительности процесса впрыска топлива при давлении (с минимальными отклонениями) 1400 бар. Такая способность управлять характером сгорания может использоваться для многоимпульсного впрыскивания в целях уменьшения вредных компонентов отработавших газов; также это может обеспечить снижение шума. Система с одной рейкой позволяет контролировать движение иглы форсунки, а вместе с ней и схему впрыскивания в пределах определенного диапазона. Для многоимпульсной подачи топлива система включает электромагнит несколько раз.

Применение системы Для приспособления к работе системы с общей рейкой в дизеле создавать его

модификации не требуется. Насос высокого давления заменяет ТНВД, а

форсунка устанавливается в головке блока цилиндров так же, как и обычный комплект насосфорсунка. Все это позволяет применять схему с общей рейкой

как отдельный вариант системы впрыскивания топлива.

Стендовые испытания ТНВД

Метод измерения с непрерывным потоком: 1 - резервуар с эталонным топливом; 2 - ТНВД; 3 - испытательная форсунка; 4 - измерительный элемент; 5 - счетчик импульсов; 6 - монитор

Для обеспечения оптимальных показателей по

расходу топлива, эффективной мощности дизеля и

соответствия все более возрастающим требованиям к токсичности отработавших газов, необходима

тщательная проверка и регулировка ТНВД и систем

регулирования впрыскиванием. Основные технические условия по методикам испытаний и

испытательных стендов конкретизируются в

стандартах ISO. Приводная муфта испытываемого насоса, устанавливаемого на испытательный стенд, приводится в действие электродвигателем. Линии

питания и обратного слива подсоединяют подкачивающий насос к механизму

подачи эталонного топлива испытательного стенда. Линии давления ведут к устройству измерения подаваемого топлива, которое состоит из

испытательных форсунок с точно заданным давлением начала открытия.

Давление и температура эталонного топлива устанавливаются в соответствии

с техническими условиями проведения испытания. Метод измерения с непрерывным потоком требует использования точных шестеренных насосов для каждой секции ТНВД, приходящейся на каждый цилиндр. Частота вращения привода насоса регулируется таким образом, чтобы количество эталонного топлива, которое он перекачивает, соответствовало бы величине впрыснутого топлива. С помощью микропроцессора анализируются результаты измерений и преобразуются в гистограмму для вывода на монитор. Этот испытательный метод характеризуется высокой степенью точности и воспроизводимостью результатов испытаний. Количественное измерение с помощью мерных стеклянных мензурок заключается в подаче эталонного топлива в мензурки. Поток прерывается, как только завершается определенное количество рабочих тактов. Количество эталонного топлива, которое распределяется испытательными форсунками, может быть определено с помощью градуировки на мензурках.

Измерительные установки для испытания дизельных двигателей Испытательная установка для дизельного насоса используется с целью регулировки точности топливоподачи насоса в соответствии с потребностями двигателя. С ее помощью фиксируются импульсы от контрольной метки на маховике двигателя. Данное устройство управляет моментом закрытия отверстия (начало подачи топлива) и продолжительностью подачи при конкретной частоте вращения коленчатого вала двигателя. При этом не требуется подключаться к работе линий высокого давления. К цилиндру № 1 трубки высокого давления подсоединяется индуктивный датчик. Совместно

со стробоскопом или датчиком ВМТ определяется момент закрытия отверстия

и продолжительность впрыскивания. Другой метод испытаний включает

определение закрытия отверстия посредством завинчивания индуктивного

измерительного преобразователя в корпус регулятора. Измерительный

преобразователь получает импульсы от штырька, расположенного на корпусе регулятора центробежного типа. Импульсы запаздывают от сигналов

измерительного датчика ВМТ на определенный интервал, который

используется устройством для вычисления момента закрытия отверстия.

По материалам автомобильного справочника Bosch.

©Robert Bosch GmbH, 1996

©"За рулем", перевод на русский язык, 1999

По материалам сайта http://www.mdiesel.ru/

Toyota • Lexus • Scion • Daihatsu • Hino

Более 500 изданий по устройству, техническому обслуживанию и ремонту автомобилей японских производителей