kitayteka.ru

Вакуумный насос

Автомобили с бензиновым двигателем имеют достаточно высокое разрежение во впускном коллекторе, которое служит источником вакуума. В дизельных двигателях, работающих от самовоспламенения, такого разрежения нет. Поэтому на дизельных двигателях устанавливаются дополнительные вакуумные насосы. Эти насосы создают вакуум для работы пневмоусилителя тормозов и исполнительных устройств, например, клапана EGR. Насос может приводиться от распределительного вала двигателя либо от генератора, к которому он присоединен. Ассиметрично установленный ротор насоса приводит в движение лопасть. Она вращается по криволинейному профилю. На обоих концах лопасти имеются специальные уплотнители. Для смазки внутренних элементов насоса и надежного уплотнения вращающихся деталей насос связан с масляной системой двигателя.

Топливный насос высокого давления распределительного типа

Введение и краткий обзор

ТНВД создает необходимое давление для впрыска топлива. Топливо по топливным трубкам под давлением поступает к форсунке, которая впрыскивает топливо в камеру сгорания. Для того, чтобы удовлетворять все более жестким требованиям, предъявляемым к системам впрыска дизельных двигателей, ТНВД непрерывно совершенствуют. На автомобилях KIA устанавливаются следующие ТНВД распределительного типа:

• – с механическим регулятором (Lucas/Doowon);

• – с электромагнитным регулятором и устройством опережения впрыска (Zexel Covec F).

Приводной вал вращается в подшипниках корпуса насоса и приводит в движение шиберный топливоподкачивающий насос. Внутри корпуса насоса на конце приводного вала расположено кольцо с роликами. Оно не соединено с приводным валом, но может поворачиваться в корпусе насоса. С помощью кулачковой шайбы с торцевыми кулачками, которые перекатываются по роликам кольца и вращаются приводным валом, создается вращательно-поступательное движение, которое передается плунжеру-распределителю. Плунжер перемещается внутри распределительной головки, которая крепится с помощью болтов к корпусу. Регулятор изменяет положение дозирующей муфты на плунжере. В верхней части механизма регулятора находится пружина регулятора, которая соединяется с рычагом управления с помощью вала. Работа топливного насоса зависит от положения рычага управления.

Устройство опережения впрыскивания топлива находится в нижней части корпуса топливного насоса и расположено перпендикулярно его оси. Его работа зависит от давления топлива в корпусе насоса, которое, в свою очередь, определяется подкачивающим насосом и клапаном, регулирующим давление. Это очень важное устройство, так как от него зависит момент и продолжительность впрыскивания топлива.

Привод насоса

ТНВД распределительного типа приводится ремнем от коленчатого вала двигателя. У четырехтактных двигателей он вращается с частотой вдвое меньшей частоты коленчатого вала. Привод не должен проскальзывать, чтобы вращение приводного вала топливного насоса было полностью синхронизировано с перемещением поршня двигателя.

Топливные форсунки

Как упоминалось ранее, топливо под высоким давлением подается к форсункам. В топливной системе дизельного двигателя распылитель, размещенный в корпусе держателя, расположен в камере сгорания двигателя. Он играет важную роль в формировании процесса впрыскивания топлива и соблюдения закона подачи, в оптимальном распыливании и в герметичном разъединении системы питания и камеры сгорания при прекращении подачи. Дизельное топливо впрыскивается под высоким давлением. Для того чтобы сжатый воздух в камере сгорания не попал в систему топливоподачи в момент открытия форсунок, давление в камере распылителя должно быть всегда выше давления в камере сгорания. Этого очень сложно достичь в момент окончания процесса впрыскивания топлива (когда давление впрыскивания падает, а давление в камере сгорания нарастает довольно быстро). Поэтому требуется точный подбор параметров ТНВД, распылителя и нажимной пружины.

Многоструйный распылитель

Струйные распылители применяются в двигателях с разделенными камерами сгорания. Они должны быть установлены определенным образом. Отверстия в распылителе расположены под разными углами, поэтому они должны быть правильно сориентированы в камере сгорания. Распылитель и его крепление фиксируются на блоке цилиндров выступами или полыми винтами. Форсунка впрыска состоит из распылителя и корпуса. Сам распылитель включает в себя корпус и иглу, которая свободно перемещается в направляющем отверстии корпуса и вместе с тем плотно примыкает к седлу распылителя, запирая его отверстия при высоком давлении топливоподачи.

Конец иглы форсунки, расположенной в камере сгорания, представляет собой уплотняющий конус, которым она прижимается к коническому седлу распылителя нажимной пружиной. Диаметр направляющего канала распылителя чуть больше размера его седла. Давление топлива, созданное насосом, воздействует на иглу в области фаски седла (область между направляющим каналом распылителя и иглой в зоне седла). Как только давление топлива превысит силу воздействия нажимной пружины, игла открывается. Металлический стрекочущий звук вызван работой форсунок с высокочастотной вибрацией и распыливанием топлива в цилиндры двигателя. Игла перекрывает подачу топлива, как только его давление станет ниже давления прекращения впрыскивания (последнее ниже давления открытия форсунки). Давление открытия струйной форсунки составляет примерно 150 250 бар, его можно отрегулировать установкой регулировочных шайб под нажимной пружиной.

Штифтовой распылитель

Штифтовые распылители применяются в двигателях с разделенными камерами сгорания (предкамерные или вихрекамерные дизельные двигатели). Распылитель впрыскивает топливо в форме одной струи. Особенностью штифтовой форсунки является то, что количество впрыскиваемого топлива напрямую зависит от высоты подъема ее иглы. В отличие от струйного распылителя, объем топлива которого в момент подъема иглы нарастает резко, штифтовые распылители имеют плавную характеристику количества впрыскивания топлива в диапазоне малых ходов иглы. В этом случае штифтовая игла открывает небольшую кольцевую щель, образованную отверстием распылителя и штифтом. При полном подъеме иглы щель открывается полностью и объем подачи резко нарастает. В определенной мере изменение сечения кольцевой щели зависит от хода иглы и влияет на количество топлива, впрыскиваемого в единицу времени. Вначале форсункой впрыскивается небольшая часть топлива, при этом основная порция топлива впрыскивается в конце. Подобная характеристика подачи положительно влияет на снижение шумности двигателя.

Контур низкого давления

Лопастной (шиберный) топливоподкачивающий насос всасывает топливо из бака. Топливоподкачивающий насос закреплен на приводном валу ТНВД. При вращении приводного вала ТНВД четыре лопасти топливоподкачивающего насоса прижимаются центробежной силой к внутренней стенке эксцентрикового кольца. Лопатки дополнительно прижимаются к внутренней стенке топливом, находящимся в зазоре между обратной стороной каждой лопатки и прорезью ротора. Топливо поступает через входное отверстие в корпусе насоса и попадает в овальную полость, образующуюся между ротором, лопастью и эксцентриковым кольцом. Вращение ротора приводит к тому, что топливо, находящееся в объеме между соседними лопастями, выдавливается в верхнюю овальную полость и через отверстие — внутрь корпуса насоса. Клапан регулирования давления топлива обеспечивает требуемое давление во внутренней полости насоса. Иначе говоря, чем выше частота вращения насоса, тем выше давление в нем. Часть топлива проходит через клапан регулирования давления и возвращается на участок всасывания. Часть топлива также проходит через клапан ограничения слива и возвращается в бак. Для ограничения слива может применяться дроссель или клапан.

Клапан регулирования давления

Клапан регулирования давления расположен очень близко к топливоподкачивающему насосу и связан каналом с его верхней полостью. Это поршень, нагруженный пружиной, который позволяет изменять давление в корпусе насоса в соответствии с количеством подаваемого топлива. Если давление топлива превышает заданное значение, поршень открывает возвратный контур и позволяет топливу перетекать обратно на участок всасывания насоса. Если давление топлива слишком мало, возвратный контур остается закрытым. Давление открытия клапана регулируется путем изменения силы предварительной затяжки пружины.

Ограничение слива топлива

Болт, в котором находится клапан ограничения слива топлива, сообщается с полостью внутри корпуса насоса. Он позволяет изменять количество топлива, возвращающегося в топливный бак через отверстие небольшого диаметра. Это отверстие обеспечивает сопротивление на пути движения избыточного топлива, что помогает поддерживать заданное давление топлива в корпусе насоса. Клапан ограничения слива топлива и клапан регулирования давления выполнены как прецизионные узлы, все детали которых точно подогнаны друг к другу.

Нагнетание топлива под высоким давлением

В контуре высокого давления создается давление топлива, необходимое для впрыскивания его в цилиндр. Сжатое до высокого давления топливо подается через нагнетательный клапан, топливопровод высокого давления и форсунку к распылителю. Крутящий момент от приводного вала передается на плунжер-распределитель через соединительный узел. Выступы приводного вала и кулачковой шайбы входят в расположенную между ними крестовину. Кулачковая шайба прижата к роликам кольца возвратными пружинами. Кулачковая шайба с профилированным в виде кулачков торцом, обкатываясь по роликам кольца, преобразует вращение приводного вала во вращательно-поступательное движение плунжера-распределителя. При этом выступы плунжера входят в пазы кулачковой шайбы, что с учетом фиксирующего штифта обеспечивает их совместное вращение. Движение плунжера-распределителя в направлении его ВМТ осуществляется под действием кулачков кулачковой шайбы. Для возвращения плунжера в исходное положение в сторону НМТ служат две симметрично расположенные возвратные пружины. Они давят на пружинный мостик, а через него — на тело плунжера-распределителя. Они также предотвращают отход кулачковой шайбы от роликов при больших ускорениях. Возвратные пружины точно подобраны друг к другу, чтобы иметь одинаковые характеристики для предотвращения смещения плунжера из центрального положения.

Кулачковые шайбы и формы кулачков

Кулачковая шайба и форма ее кулачков влияет на величину давления впрыскивания и его продолжительность. Исходя из этого, для каждого типа двигателя рассчитывается своя форма кулачков, которая затем воспроизводится на торцевой стороне кулачковой шайбы. Поскольку профиль кулачковой шайбы индивидуально подбирается для каждого типа двигателя, эти детали нельзя устанавливать в топливные насосы, предназначенные для других типов двигателей.

Нагнетательный клапан

Нагнетательный клапан отсекает топливопроводы высокого давления от ТНВД. Его задача заключается в снижении давления в нагнетательном контуре за счет увеличения объема топлива в штуцере в момент окончания фазы нагнетания. При этом обеспечивается четкое завершение впрыскивания порции топлива. Одновременно создаются условия для поддержания стабильного давления в нагнетательном контуре в интервалах между впрыскиваниями независимо от того, какое количество топлива впрыскивается в каждый момент. В нагнетательном клапане используется поршень. Он открывается давлением топлива и закрывается возвратной пружиной. Между фазами подачи топлива плунжером-распределителем в цилиндр нагнетательный клапан закрыт. Поэтому топливопровод высокого давления и выходное отверстие в распределительной головке разъединены. Во время фазы нагнетания поршень нагнетательного клапана под действием высокого давления отходит от своего седла. Минуя кольцевую и продольную канавки, топливо проходит через корпус нагнетательного клапана, топливопровод высокого давления и корпус форсунки к распылителю форсунки. Как только завершается фаза нагнетания, давление в камере высокого давления распределителя и топливопроводах высокого давления снижается до уровня внутреннего давления в ТНВД, поршень нагнетательного клапана под действием своей пружины и давления в топливопроводах прижимается к своему седлу, и клапан закрывается.

Нагнетательный клапан с дросселем слива

В конце впрыскивания необходим точный сброс давления. Волны давления, возникающие в результате посадки клапана на седло, отражаются от нагнетательного клапана и могут привести к повторному подъему и открытию распылителя или созданию разрежения в топливопроводах высокого давления. Последствиями этих процессов являются подвпрыск топлива, негативное влияние на уровень содержания вредных веществ в ОГ или кавитация потока топлива с последующим износом топливопроводов или распылителей. Чтобы предотвратить отражение волн, в нагнетательном клапане имеется дросселирующее отверстие, работающее только при обратном движении потока. Дроссель обратного потока или слива состоит из плоского клапана и пружины. Он не действует во время фазы нагнетания, а в обратном направлении, наоборот, осуществляет демпфирование волн топлива.

Нагнетательный клапан постоянного давления

В быстроходных дизельных двигателях с системой непосредственного впрыска топлива одного «разгрузочного объема» поршня нагнетательного клапана зачастую недостаточно, чтобы предотвращать кавитацию, подвпрыск топлива и проникновение газов из камеры сгорания в форсунку. В этом случае используется клапан постоянного давления, который разгружает контур высокого давления (топливопровод, распылитель и держатель форсунки). Фактически это односторонний обратный клапан, рассчитанный на определенное, заранее установленное давление, например, 60 бар.

Дозирование топлива

Нагнетание топлива насосом высокого давления представляет собой динамический процесс, который включает несколько фаз (тактов). Необходимое для впрыскивания давление создает плунжер насоса. Фазы подачи топлива и нагнетания давления плунжером-распределителем показаны применительно к одному цилиндру двигателя. В четырехцилиндровом двигателе поворот плунжера-распределителя на 90 соответствует одному рабочему такту двигателя, то есть движению поршня от НМТ к ВМТ и наоборот. При движении плунжера от верхней к нижней мертвой точке, дозирующая прорезь в плунжере открывает впускное отверстие, и топливо втекает через это отверстие в камеру высокого давления, расположенную в объеме над верхней торцевой поверхностью плунжера. В НМТ вращающийся плунжер перекрывает впускное отверстие и открывает выходное отверстие, расположенное в строго определенном месте распределительной головки (А). Затем направление движения плунжера изменяется и рабочий цикл повторяется. А: Впускное отверстие закрыто; в НМТ дозирующая прорезь (1) перекрывает наполнительное отверстие, а распределительная прорезь (2) открывает выходное отверстие. Давление, возникшее в камере высокого давления и в выходном отверстии гидравлической головки, открывает нагнетательный клапан, и топливо подается по топливопроводу высокого давления к распылителю форсунки (В). В: Нагнетание топлива; при движении плунжера к ВМТ (рабочий такт) он сжимает топливо в камере до высокого давления (3). Топливо, минуя выходное отверстие (4), подается к распылителю форсунки. Рабочий такт завершается, как только поперечное отсечное отверстие в плунжере выходит из кромки дозирующей муфты. С этого момента топливо больше не поступает в форсунку, и нагнетательный клапан перекрывает контур высокого давления.

При дальнейшем движении плунжера к его верхней мертвой точке топливо возвращается через отсечное отверстие в корпус насоса. В этой фазе впускное отверстие вновь открыто для следующего рабочего цикла плунжера (С). С: Конец подачи; нагнетание топлива заканчивается, когда дозирующая муфта (5) открывает отсечное отверстие (6).

После возвращения плунжера в свою нижнюю мертвую точку благодаря его вращательно-поступательному движению отсечное отверстие перекрывается, и камера высокого давления вновь заполняется топливом (D). D: Заполнение топливом; во время движения плунжера к НМТ камера высокого давления заполняется топливом, и отсечное отверстие перекрывается. Выпускное отверстие в этот момент также перекрыто.

Механическое регулирование частоты вращения вала двигателя

Об автомобиле с дизельным двигателем можно сказать, что он имеет хорошие тяговые характеристики, если двигатель выполняет все команды водителя, передаваемые от педали акселератора. В дизельных двигателях выполнение этих условий обеспечивается регулятором, расположенным в корпусе насоса. Узел регулирования состоит из центробежного регулятора (грузиков) и рычажного механизма. Это достаточно чувствительное устройство определяет положение дозирующей муфты, задавая тем самым величины хода нагнетания и цикловой подачи. Приводной вал вращает механизм регулятора, который состоит из корпуса центробежных грузов и самих грузов. Система рычагов установлена в корпусе таким образом, что она может поворачиваться вокруг фиксированной оси в корпусе регулятора. При вращении под действием центробежной силы грузы расходятся, и их радиальное перемещение преобразуется в осевое движение скользящей втулки. Сила, действующая на скользящую втулку, и ее положение влияют на работу рычажного механизма регулятора. Механизм включает в себя пусковой, натяжной и регулировочный рычаги. Взаимодействие усилий скользящей втулки и нескольких пружин определяет результирующее положение рычажного механизма, изменение которого вызывает смещение дозирующей муфты и определяет величину цикловой подачи. Основная функция всех без исключения регуляторов состоит в ограничении максимальной частоты вращения коленчатого вала двигателя.

Наличие разных типов регуляторов обусловлено многообразием выполняемых ими функций:

• – Регулирование частоты вращения холостого хода: в дизельных двигателях частота холостого хода управляется регулятором ТНВД.

• – Регулятор максимальной частоты холостого хода ТНВД: если дизельный двигатель при полной нагрузке и нажатой педали акселератора разгружается, частота вращения коленчатого вала должна подняться только до максимально допустимой при холостом ходе величины. В регуляторе это обеспечивается путем перемещения дозирующей муфты в направлении «останова», что приводит к снижению цикловой подачи.

• – Регулирование промежуточной частоты вращения: всережимные регуляторы также обеспечивают регулирование промежуточной частоты вращения. Частоты вращения двигателя в диапазоне между максимальным и минимальным значением могут регулироваться в определенных пределах.

Регулятор дополнительно выполняет другие управляющие функции, в том числе изменение цикловой подачи при полной нагрузке в соответствии с частотой вращения двигателя (обеспечение положительной коррекции).

Легковые автомобили обычно оборудованы регулятором, сочетающим в себе функции всережимного и двухрежимного.