Система впрыска дизельного двигателя – непосредственный впрыск с роторным насосом ВП 30, 37 и ВП 44

Содержание

Ротационные ТНВД с аксиально-поршневыми и распределителями
Ротационные ТНВД с радиальными поршнями
Роторные инжекторные насосы с электронным управлением
Центробежный насос (VP44)
Осевой насос (VP30)

Постоянно растущие цены на топливо заставили производителей активизировать разработку дизельных двигателей. До конца 80-х они играли только на второй скрипке помимо бензиновых двигателей. Основными виновниками были их громоздкость, шум и вибрация, которые не компенсировались даже значительно меньшим расходом топлива. Ситуация должна была усугубиться предстоящими ужесточениями законодательных требований по сокращению выбросов загрязняющих веществ в выхлопных газах. Как и в других сферах, всемогущая электроника протянула руку помощи дизельным двигателям.

В конце 80-х, но особенно в 90-х, постепенно вводилась электронная система управления дизельным двигателем (EDC), что позволило значительно улучшить характеристики дизельных двигателей. Основными преимуществами оказались лучшее распыление топлива, достигаемое за счет более высокого давления, а также впрыск топлива с электронным управлением в соответствии с текущей ситуацией и потребностями двигателя. Из реального опыта многие из нас помнят, какой «попроаск» по-хорошему вызвал ввод в эксплуатацию легендарного двигателя 1,9 TDi. Словно по запаху волшебной палочки, доселе громоздкий 1,9 D / TD превратился в шустрого атлета с крайне низким потреблением энергии.

В этой статье мы расскажем, как работает роторный ТНВД. Сначала мы объясним, как работают роторные насосы с механическим управлением, а затем насосы с электронным управлением. Примером могут служить ТНВД компании Bosch, которая была и остается пионером и крупнейшим производителем систем впрыска для дизельных двигателей легковых автомобилей.

Узел впрыска с роторным насосом подает топливо одновременно во все цилиндры двигателя. Распределение топлива по отдельным форсункам осуществляется распределительным поршнем. В зависимости от движения поршня роторные насосы делятся на аксиальные (с одним поршнем) и радиальные (с двумя-четырьмя поршнями).

Ротационные ТНВД с аксиально-поршневыми и распределителями

Для описания воспользуемся хорошо известной помпой Bosch VE. Насос состоит из подающего насоса, насоса высокого давления, регулятора скорости и переключателя впрыска. Подающий пластинчатый насос подает топливо во всасывающее пространство насоса, откуда топливо поступает в часть высокого давления, где сжимается до необходимого давления. Поршень распределителя совершает скользящее и одновременно вращательное движение. Скользящее движение вызывается осевым кулачком, прочно соединенным с поршнем. Это обеспечивает всасывание и подачу топлива в магистраль высокого давления топливной системы двигателя через нагнетательные клапаны. За счет вращательного движения распределительного поршня достигается то, что распределительная канавка в поршне вращается напротив каналов, через которые линия высокого давления отдельных цилиндров соединяется с напорным пространством насоса над поршнем. Топливо всасывается во время движения поршня к нижней мертвой точке, когда поперечные сечения всасывающего канала и канавки в поршне открыты друг для друга.

Ротационные ТНВД с радиальными поршнями

Ротационный насос с радиальными поршнями обеспечивает более высокое давление впрыска. Такой насос содержит от двух до четырех поршней, которые перемещают кулачковые кольца, закрепленные в поршне в своих цилиндрах, по направлению к переключателю впрыска. У кулачкового кольца столько выступов, сколько у данного цилиндра двигателя. При вращении вала насоса поршни перемещаются по траектории кулачкового кольца с помощью роликов и толкают выступы кулачка в пространство высокого давления. Ротор подающего насоса соединен с приводным валом ТНВД. Подающий насос предназначен для подачи топлива из бака в топливный насос высокого давления под давлением, необходимым для его правильной работы. Подача топлива к радиальным поршням осуществляется через ротор распределителя, который жестко соединен с валом ТНВД. На оси ротора распределителя имеется центральное отверстие, которое соединяет пространство высокого давления радиальных поршней с поперечными отверстиями для подачи топлива от подающего насоса и для выпуска топлива под высоким давлением к форсункам отдельных цилиндров. Топливо выходит в форсунки в момент соединения поперечных сечений расточки ротора и каналов в статоре насоса. Оттуда топливо поступает по трубопроводу высокого давления к отдельным форсункам цилиндров двигателя. Регулирование количества впрыскиваемого топлива происходит за счет ограничения потока топлива, протекающего от подающего насоса к части насоса высокого давления.

Роторные инжекторные насосы с электронным управлением

Наиболее распространенным роторным насосом высокого давления с электронным управлением, используемым в автомобилях в Европе, является серия Bosch VP30, которая создает высокое давление с помощью аксиально-поршневого двигателя, и VP44, в которой он создает нагнетательный насос с двумя или тремя радиальными поршнями. С помощью осевого насоса можно достичь максимального давления на форсунке до 120 МПа, а с помощью радиального насоса – до 180 МПа. Насос управляется электронной системой управления двигателем EDC. В первые годы производства система управления была разделена на две системы, одна из которых управлялась системой управления двигателем, а другая – ТНВД. Постепенно стал использоваться один общий контроллер, расположенный непосредственно на помпе.

Центробежный насос (VP44)

Одним из наиболее распространенных насосов этого типа является радиально-поршневой насос типа VP 44 от Bosch. Этот насос был представлен в 1996 году как система впрыска топлива под высоким давлением для легковых и легких коммерческих автомобилей. Первым производителем, который использовал эту систему, был Opel, который установил насос VP44 в четырехцилиндровый дизельный двигатель своего Vectra 2,0 / 2,2 DTi. Затем последовала Audi с двигателем 2,5 TDi. В этом типе запуск впрыска и регулировка расхода топлива полностью управляются электроникой с помощью электромагнитных клапанов. Как уже упоминалось, вся система впрыска управляется либо двумя отдельными блоками управления, отдельно для двигателя и насоса, либо одним для обоих устройств, расположенных непосредственно в насосе. Блок (-ы) управления обрабатывает сигналы от ряда датчиков, что хорошо видно на рисунке ниже.

С точки зрения конструкции принцип действия насоса по существу такой же, как и у системы с механическим приводом. ТНВД с радиальным распределением состоит из лопастно-камерного насоса с клапаном регулирования давления и дроссельной заслонкой потока. Его задача – всасывание топлива, создание давления внутри гидроаккумулятора (примерно 2 МПа) и дозаправка радиально-поршневым насосом высокого давления, создающим необходимое давление для тонкого распыления-впрыска топлива в цилиндры (примерно до 160 МПа). ). Распределительный вал вместе с насосом высокого давления вращается и подает топливо в отдельные цилиндры форсунок. Быстрый электромагнитный клапан используется для измерения и регулирования количества впрыскиваемого топлива, который управляется сигналами с переменной частотой импульсов через эл. агрегат расположен на насосе. Открытие и закрытие клапана определяет время, в течение которого топливо подается насосом высокого давления. На основе сигналов датчика угла поворота заднего хода (углового положения цилиндра) определяется мгновенное угловое положение приводного вала и кулачкового кольца во время реверсирования, рассчитывается скорость вращения ТНВД (по сравнению с сигналами датчика коленчатого вала) и положение переключатель впрыска в насосе. Электромагнитный клапан также регулирует положение переключателя впрыска, который соответственно вращает кулачковое кольцо насоса высокого давления. В результате валы, приводящие в движение поршни, рано или поздно входят в контакт с кулачковым кольцом, что приводит к ускорению или задержке начала сжатия. Клапан переключения впрыска можно открывать и закрывать непрерывно с помощью блока управления. Датчик угла поворота расположен на кольце, которое вращается синхронно с кулачковым кольцом насоса высокого давления. Импульсный датчик импульсов расположен на приводном валу насоса. Зубчатые точки соответствуют количеству цилиндров в двигателе. При вращении распределительного вала ролики переключения перемещаются по поверхности кулачкового кольца. Поршни проталкиваются внутрь и нагнетают топливо до высокого давления. Сжатие топлива под высоким давлением начинается после открытия электромагнитного клапана по сигналу блока управления. Вал распределителя перемещается в положение перед каналом выпуска сжатого топлива в соответствующий цилиндр. Затем топливо проходит по трубопроводу через обратный дроссельный клапан к форсунке, которая впрыскивает его в цилиндр. Впрыск заканчивается закрытием электромагнитного клапана. Клапан закрывается примерно после преодоления нижней мертвой точки радиальных поршней насоса, начало повышения давления контролируется углом перекрытия кулачков (управляется переключателем впрыска). На впрыск топлива влияют скорость, нагрузка, температура двигателя и давление окружающей среды. Блок управления также оценивает информацию от датчика положения коленчатого вала и угла поворота приводного вала в насосе. По датчику угла блок управления определяет точное положение приводного вала насоса и переключателя впрыска. На основании этих значений блок управления постоянно сравнивает фактическое начало впрыска с заданным производителем значением и при необходимости регулируется момент впрыска.

1. – лопастной экструзионный насос с регулирующим клапаном давления.

2. – датчик угла поворота

3. – элемент управления насосом

4. – насос высокого давления с распределительным валом и сливным клапаном.

5. – переключатель впрыска с клапаном переключения

6. – электромагнитный клапан высокого давления

Осевой насос (VP30)

Аналогичная электронная система управления может быть применена к ротационному насосу с аксиально-поршневыми поршнями, примером является насос Bosch типа VP 30-37, который используется в легковых автомобилях с 1989 года. В осевом топливном насосе VE, управляемом механическим эксцентриковым регулятором. полезный ход и доза топлива определяют положение рычага переключения передач. Разумеется, более точные настройки достигаются с помощью электронного управления. Электромагнитный регулятор в ТНВД представляет собой механический регулятор и его дополнительные системы. Блок управления определяет положение электромагнитного регулятора в ТНВД с учетом сигналов от различных датчиков, контролирующих рабочие характеристики двигателя.