Урок № 1.2.66. Тема: «Распределительные ТНВД»

ТО и ремонт автомобильного транспорта

Тема 1.2 «Устройство и основы теории двигателя»

Урок № 1.2.66. Тема: «Распределительные ТНВД»

 

Одноплунжерные распределительные ТНВД устанавливаются на 3, 4, 5 или 6-ти цилиндровые двигатели легковых и грузовых автомобилей с цилиндровой мощностью до 20 кВт. Отличительной особенностью таких насосов является то, что в них оси приводного вала и плунжера совпадают и вращаются с одинаковой угловой скоростью.

Вал привода 2 (рис. 1) ТНВД расположен внутри корпуса насоса. На валу устанавливается ротор топливного насоса низкого давления 3, шестерня привода 4 регулятора 9 и кулачковый диск 6.

Рис. 1. ТНВД распределительного типа серии VE...F с аксиальным плунжером и механическим регулятором частоты вращения: 1 – рычаг управления (соединён с педалью акселе­ратора); 2 – вал привода; 3 – топливоподка­чивающий насос; 4 – шестерёнчатая передача при­вода вала регу­лятора; 5 – ролик на роли­ковом кольце; 6 – кулачковая шайба; 7 – автомат опере­жения впрыска топлива; 8 – штуцер с дроссе­лем перепуска топлива; 9 – узел центробеж­ных грузов меха­нического регу­лятора частоты вращения; 10 – электромагнит­ный клапан от­ключения по­дачи топлива (ELAB); 11 – плунжер; 12 – корпус нагнета­тельного кла­пана

За валом, неподвижно в корпусе насоса, устанавливается кольцо с роликами и штоком привода автомата опережения впрыска топлива 7.

Привод вала ТНВД осуществляется зубчатым ремнем от коленчатого вала, причем вал насоса вращается в два раза медленнее коленчатого вала двигателя.   Рис. 2. Компоненты ТНВД и их располо-жение: 1 – узел регулятора частоты враще­ния; 2 – редукционный клапан; 3 – вал привода; 4 – роликовое кольцо; 5 – автомат опере­жения впрыска топлива; 6 – штуцер с дроссе­лем перепуска топлива; 7 – крышка регулятора; 8 – электромагнит­ный клапан от­ключения по­дачи топлива (ELAB); 9 – распределитель­ная головка сту­пени высокого давления; 10 – кулачковая шайба.

Поступательное движение плунжера обеспечивается кулачковым диском, а вращательное – валом ТНВД.

Автоматический регулятор частоты вращения включает в себя центробежные грузы, которые через муфту регулятора и систему рычагов воздействуют на дозирующую муфту, изменяя, таким образом, величину топливоподачи в зависимости от скоростного и нагрузочного режимов.

Автомат опережения впрыска является гидравлическим устройством, работа которого определяется давлением топлива во внутренней полости ТНВД, создаваемым топливным насосом низкого давления с редукционным клапаном. Кроме того, заданный уровень давления внутри ТНВД поддерживается дросселем в штуцере для выхода избыточного топлива.

На задней стенке корпуса насоса расположена распределительная головка, в которой устанавливается электромагнитный клапан 10 останова двигателя и штуцера 12 с нагнетательными клапанами.

На верхней крышке ТНВД находится рычаг 1 для изменения величины подачи топлива и регулировочные винты минимальной и максимальной частоты вращения коленчатого вала.

Принцип действия системы питания дизельного двигателя с ТНВД типа VE. Топливо из бака 1 (рис. 2) подкачивающим насосом подается по трубопроводу в фильтр тонкой очистки 2, откуда засасывается топливным насосом низкого давления 20 и, затем направляется во внутреннюю полость ТНВД, где создается давление порядка 0,2 - 0,7 МПа.

Рис. 3. Схема системы питания дизельного двигателя с ТНВД типа VE: 1 – топливный бак; 2 – топливный фильтр; 3 – муфта регулятора; 4 – рычаг управления подачей топлива; 5 – пружина регулятора; 6 – сливной дроссель; 7 – корректор дымности; 8 – всережимный регулятор частоты вращения коленчатого вала; 9 – электромагнитный клапан остановки двигателя; 10 – распределительная головка; 11 – форсунка; 12 – штуцер; 13 – нагнетательный клапан; 14 – плунжер; 15 – дозирующая муфта; 16 – автомат опережения впрыска топлива; 17 – кулачковый диск; 18 – роликовое кольцо; 19 – шестерня привода регулятора; 20 – топливный насос низкого давления; 21 – вал привода; 22 - редукционный клапан; 23 – грузы регулятора

 

Далее топливо поступает в насосную секцию высокого давления и, с помощью плунжера – распределителя 14, в соответствии с порядком работы цилиндров, подается в форсунки 11 по трубопроводам. Избыточное топливо из корпуса ТНВД, форсунок и топливного фильтра сливается по трубопроводам в топливный бак. Охлаждение и смазка осуществляется самим топливом, поэтому фильтр должен задерживать частицы размером 3...5 мкм.

ТНВД подает в цилиндры дизеля строго дозированное количество топлива в определенный момент в зависимости от нагрузочного и скоростного режима работы двигателя.

Топливный насос низкого давления расположен в корпусе ТНВД на приводном валу и служит для забора топлива из топливного фильтра и подачи его во внутреннюю полость ТНВД. Детали топливного насоса низкого давления показаны на рис. 4.

Насос состоит из ротора 2 (рис. 4) с 4-мя лопастями 5 (рис. 5), расположенного внутри статора, который в свою очередь помещается внутри корпуса 2 насоса.   Рис. 4. Топливный насос низкого давления: 1 – вал привода; 2 – ротор с лопастями; 3 – статор; 4 – распределительный диск; 5 – шестерня привода регулятора; 6 – соединительная муфта.

При вращении ротора, лопасти, под воздействием центробежной силы, прижимаются к внутренней эксцентрической поверхности статора и создают камеры. Из данных камер топливо, также под давлением, по каналу в распределительном диске поступает во внутреннюю полость корпуса ТНВД. Однако, часть топлива поступает на вход редукционного клапана 3, который открывается и перепускает часть топлива на вход топливного насоса низкого давления при давлении выше установленного.

Корпус 8 редукционного клапана завернут по резьбе в корпус ТНВД. Внутри корпуса имеется поршень 3, нагруженный тарированной на определенное давление пружиной 4, второй конец которой упирается в пробку 7. Если давление топлива оказывается выше установленного значения,

поршень 3 клапана открывает канал для перепуска части топлива на всасывающую сторону насоса.     Рис. 5. Схема работы топливного насоса низкого давления: 1 – вал привода; 2 – корпус насоса; 3 – редукционный клапан; 4 – пружина; 5 – лопасти; 6 – ротор; 7 – резьбовая пробка; 8 – корпус редукционного клапана.

Давление начала открытия редукционного клапана регулируется изменением положения пробки 7, т.е. величиной предварительной затяжки пружины 4.

Важную роль в обеспечении нормальной работы насоса играет сливной дроссель (рис. 6), установленный в выходном штуцере ТНВД. Дроссель представляет собой жиклер диаметром 0,6 мм и обеспечивает поддержание требуемого давления топлива во внутренней полости ТНВД. Редукционный клапан в сочетании со сливным дросселем обеспечивает заданную зависимость разности давлений в корпусе и на выходе ТННД от частоты вращения вала ТНВД.

Рис. 6. Сливной дроссель

Блок высокого давления. Функцией блока высокого давления является создание высокого давления топлива и распределение его по форсункам в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя. Детали блока высокого давления показаны на рис. 7.

Рис. 7. Детали блока высокого давления: 1 – вал привода; 2 – соединительная муфта; 3 – роликовое кольцо; 4 – ролик; 5 – кулачковый диск; 6 – упорные шайбы; 7 – плунжер; 8 – соединительная пластина; 9 – дозирующая муфта; 10 - распределительная головка; 11 – возвратные пружины; 12 – штуцер.

 

Основными элементами блока высокого давления являются плунжер, втулка, дозирующая муфта, распределительная головка и нагнетательный клапан, хорошо видимые на рис. 8.

Основным элементом, создающим высокое давление и распределяющим топливо по цилиндрам, является плунжер 14 (рис. 3), который совершает возвратно-поступательное и вращательное движение по схеме: коленчатый вал – вал ТНВД – кулачковый диск – плунжер.     Рис. 8. Блок высокого давления в разрезе: 1 – дозирующая муфта; 2 – распределительная головка; 3 – плунжер; 4 – пружина нагнетательного клапана; 5 – нагнетательный клапан.

Путь топлива в ТНВД и элементы, обеспечивающие перемещение плунжера, показаны на рис. 9. Выступы – кулачки кулачкового диска 4 находятся в постоянном контакте с роликами 3, установленными на осях в неподвижном кольце 2. При вращении кулачкового диска каждый выступ,

набегая на ролик, толкает плунжер вправо, а возвращение его обратно осуществляется двумя пружинами 5. Возвратные пружины, кроме того, препятствуют разрыву кинематической связи кулачок - ролик при больших ускорениях.   Рис. 9. Схема движения топлива в распределительном ТНВД: 1 – вал привода; 2 – роликовое кольцо; 3 – ролик; 4 – кулачковый диск; 5 - возвратная пружина; 6 – нагнетательный клапан; 7 – плунжер.

Количество кулачков на кулачковом диске, как и число штуцеров линии высокого давления с нагнетательными клапанами 6, соответствует количеству цилиндров. Форма кулачков - выступов диска определяет ход плунжера и скорость его перемещения и, следовательно, характеристику давления и продолжительность впрыска.

На рис. 10, а показан процесс впуска, когда плунжер 1 находится в нижней мертвой точке. При этом впускной шлиц 3 находится напротив впускного канала 2 и топливо из внутренней полости ТНВД поступает в полость высокого давления 4.

Затем плунжер, вращаясь, под воздействием кулачкового диска начинает перемещаться вправо (рис. 10, б). При этом впускной канал 2 оказывается закрытым боковой поверхностью плунжера. Начинается активный ход плунжера. Топливо через центральный канал и распределительный шлиц 5 плунжера, нагнетательный канал 6 и нагнетательный клапан 6 (рис. 9) подается по топливопроводу к форсунке.

Рис. 10. Схема процесса топливоподачи в распределительном ТНВД: 1 – плунжер; 2 – впускной канал; 3 – впускной шлиц; 4 – полость высокого давления; 5 – распределительный шлиц; 6 – нагнетательный канал; 7 – дозирующая муфта; 8 – радиальные каналы.

 

Активный ход плунжера заканчивается отсечкой топлива через радиальные каналы 8 (рис.10, в), ранее закрытые дозирующей муфтой 7. Топливо при этом выходит во внутреннюю полость ТНВД и нагнетание прекращается.

При дальнейшем повороте плунжера и его движении к НМТ впускное отверстие (рис. 10, г) совмещается со следующим по ходу вращения плунжера впускным шлицем, и процесс впуска повторяется.

Процесс формирования заряда топлива и последующего впрыскивания происходит в течение поворота плунжера на 90 градусов в 4-х цилиндровом двигателе.

Автоматический регулятор частоты вращения предназначен для изменения величины топливоподачи при изменении нагрузки и постоянном положении рычага управления, т.е. педали акселератора. При этом формируется регуляторная характеристика данного скоростного режима. Всережимный автоматический регулятор обеспечивает регулирование частоты вращения коленчатого вала двигателя во всем диапазоне рабочих режимов, а водитель задает требуемый скоростной режим, нажимая на педаль.

Автоматический регулятор частоты вращения включает в себя собственно механический регулятор с центробежными грузами и систему управляющих рычагов, обеспечивающих связь регулятора и элементов настройки с дозирующей муфтой.

Схема всережимного регулятора частоты вращения представлена на рис. 11. Грузы регулятора 1 (их обычно 4) установлены в держателе, который получает вращение от приводной шестерни.

Рис. 11. Всережимный регулятор частоты вращения коленчатого вала: а - пуск двигателя; б - холостой ход; в - уменьшение нагрузки; г - увеличение нагрузки; 1 – грузы регулятора; 2 – муфта регулятора; 3 – силовой рычаг; 4 – пусковой рычаг; 5 – пружина пусковой подачи; 6 – дозирующая муфта; 7 – радиальные отверстия в плунжере; 8 – плунжер; 9 - регулировочный винт минимальных оборотов коленчатого вала; 10 – рычаг управления; 11 – регулировочный винт максимальных оборотов коленчатого вала; 12 – пружина регулятора; 13 - фиксатор; 14 – пружина холостого хода; 15 – упор силового рычага; М₂ – ось вращения рычагов 3 и 4; h₁ и h₂ – активный ход плунжера на различных режимах; а – ход пружины пусковой подачи; с - ход пружины холостого хода

 

Радиальное перемещение грузов трансформируется в осевое перемещение муфты регулятора 2, что изменяет положение пускового 4 и силового 3 рычагов регулятора, которые, поворачиваясь относительно оси М₂, перемещают дозирующую муфту 6, определяя тем самым активный ход плунжера 8.

В верхней части силового рычага установлена пружина холостого хода 14, а между силовым и пусковым рычагом - пластмассовая пружина пусковой подачи 5. Рычаг управления 10 воздействует на рабочую пружину регулятора 12, второй конец которой закреплен в силовом рычаге на фиксаторе 13. Таким образом, положение системы рычагов и, следовательно, дозирующей муфты определяется взаимодействием двух сил - силы предварительной затяжки рабочей пружины регулятора, определяемой положением рычага управления и центробежной силы грузов, приложенных к муфте 2.При неработающем двигателе (рис.11, а) рычаг 10 соприкасается с винтом 11. В этом случае пружина 12, действуя на рычаги 3 и 4, смещает муфту регулятора 2 в крайнее левое положение. При этом дозирующая муфта 6 устанавливается в положение, соответствующее максимальной подаче топлива. Этому также способствует пружина пусковой подачи 5, постоянно стремящаяся передвинуть дозирующую муфту в положение пуска двигателя.

После пуска двигателя (рис.11, б) державка с грузами 1 начинает вращаться. Грузы под действием центробежных сил расходятся и перемещают муфту 2 вправо.

Рычаги 3 и 4 поворачиваются по часовой стрелке, преодолевая усилие пружины 12. При этом дозирующая муфта устанавливается в положение, соответствующее минимальной подаче топлива.

Перемещение рычажной системы продолжается до тех пор, пока центробежные силы грузов не уравновесятся силой пружины 12.

Необходимую частоту вращения коленчатого вала устанавливает водитель, нажимая на педаль подачи топлива. В этом случае рычаг 10 поворачивается по часовой стрелке, вследствие чего возрастает натяжение пружины 12, действующее на рычаги 3 и 4 и муфту 2. Вследствие этого дозирующая муфта 6 перемещается в сторону увеличения подачи топлива, и частота вращения коленчатого вала повышается до тех пор, пока центробежные силы грузов не уравновесятся силой пружины 12. Установившаяся частота вращения коленчатого вала поддерживается регулятором следующим образом.

При уменьшении нагрузки на двигатель (рис.11, в) частота вращения коленчатого вала возрастает, так как в цилиндры двигателя поступает то же количество топлива. Грузы регулятора, расходясь на некоторый угол, перемещают рычажную систему в сторону, соответствующую уменьшению подачи топлива и восстанавливают нарушенную частоту вращения.

При увеличении нагрузки на двигатель (рис.11, г) (и неизменной подаче топлива насосом) частота вращения коленчатого вала снижается. Центробежные силы грузов уменьшаются, грузы сходятся, рычажная система под действием пружины 12 перемещает дозирующую муфту 6 в сторону увеличения подачи топлива до восстановления заданного скоростного режима.

На некоторых модификациях ТНВД применяются двухрежимные регуляторы частоты вращения, автоматически обеспечивающие устойчивую работу двигателя на холостом ходу в диапазоне 600...650 об/мин и ограничивающие максимальную частоту вращения коленчатого вала.

Автомат опережения впрыска топлива. Оптимальный угол опережения впрыска топлива позволяет обеспечить нормальное протекание процесса его сгорания.

После начала впрыска требуется определенное время для испарения топлива и образования горючей смеси. Таким образом, период задержки воспламенения зависит от цетанового числа топлива, степени сжатия, давления, температуры воздуха и характеристики впрыска и распыления топлива. Продолжительность периода задержки в градусах растет с увеличением частоты вращения. Следовательно, для того, чтобы обеспечить подготовку топливовоздушной смеси при увеличении частоты вращения, необходимо увеличить угол опережения впрыска. Для этого в топливном насосе устанавливается автомат опережения впрыска топлива (рис.12).

Автомат расположен в нижней части корпуса 1 ТНВД, перпендикулярно к оси приводного вала. Поршень 7 автомата закрыт с обеих сторон крышками 6. С одной стороны в поршне просверлен канал 5 для прохода топлива под давлением из внутренней полости насоса, с другой стороны устанавливается пружина 9. Поршень посредством шарнира 8 и стержня 4 связан с кольцом 2 несущего ролика 3.

Работа происходит следующим образом. В исходном положении поршень автомата находится в крайнем правом положении под действием пружины 9.   Рис. 12. Автомат опережения впрыска топлива: 1 – корпус насоса; 2 – роликовое кольцо; 3 – ролик; 4 – шток; 5 – канал в поршне; 6 – крышка; 7 – поршень; 8 – шарнир; 9 – пружина.

 

Давление топлива во внутренней полости ТНВД возрастает пропорционально частоте вращения коленчатого вала двигателя и определяется регулировкой редукционного клапана 22 (рис. 3) и работой дросселя 6 (рис. 3) на выходе из насоса. Давление по каналу 5 (рис.12) передается в рабочий цилиндр автомата и поршень, под действием силы давления топлива, перемещается влево, преодолевая силу пружины 9. Осевое перемещение поршня, посредством шарнира 8 и стержня 4, передается кольцу с роликами. Кольцо поворачивается и меняет свое положение относительно кулачкового диска 4 (рис. 9), таким образом, что кулачки набегают на ролики 3 раньше, обеспечивая фазовое смещение на величину до 12 градусов по углу поворота кулачкового диска или до 24 градусов по углу поворота коленчатого вала.

Дополнительные модули распределительных ТНВД. Как уже говорилось выше, распределительные ТНВД типа VE выполняются по модульной схеме и могут быть укомплектованы дополнительными устройствами для адаптации двигателя к различным условиям его работы.

К устройствам адаптации относятся:

- корректор по давлению наддува (LDA);

- корректор атмосферного давления (ADA);

- устройство адаптации работы ТНВД по нагрузке (LFB);

- ускоритель пуска холодного двигателя (KSB);

- корректор пуска прогретого двигателя (TAS);

- ускоритель прогрева холодного двигателя (TLA);

- электромагнитный клапан останова двигателя (ELAB);

- гидравлический компенсатор полной нагрузки (HBA).

Структурная схема распределительного ТНВД типа VE с дополнительными устройствами адаптации показана на рис.13.

Практически все дополнительные устройства адаптации предназначены для корректирования топливоподачи. Корректирование топливоподачи чаще всего осуществляется при необходимости увеличить максимальный крутящий момент путем увеличения подачи при уменьшении частоты вращения коленчатого вала на так называемом режиме перегрузки (положительное корректирование) или уменьшить дымление двигателя (отрицательное корректирование).

Корректирование может быть осуществлено нагнетательным клапаном ТНВД или механическим корректором в регуляторе частоты вращения. С помощью механического корректора осуществляется как положительное, так и отрицательное корректирование, которое обычно применяется в двигателях с целью уменьшения выброса сажи.

Корректор по давлению наддува (LDA) предназначен для корректирования топливоподачи в зависимости от изменения давления наддува, т.е. устанавливается данный корректор на ТНВД двигателей, работающих с наддувом. Необходимость его применения вызвана тем, что при уменьшении давления наддува уменьшается и количество воздуха, подаваемого в цилиндры двигателя, что, в свою очередь, вызывает необходимость уменьшения количества подаваемого топлива.

 

Рис. 13. Структурная схема распределительного ТНВД типа VE

 

Корректор атмосферного давления (ADA) предназначен для корректирования топливоподачи в зависимости от изменения атмосферного давления. Необходимость его применения вызвана тем, что при уменьшении атмосферного давления уменьшается и наполнение цилиндров воздухом, что, в свою очередь, может повлечь за собой повышенную дымность работы дизельного двигателя.

Ускоритель пуска холодного двигателя (KSB). С целью облегчения запуска дизельного двигателя при низких температурах окружающего воздуха необходимо изменять начало впрыска топлива, т.е. подавать его в цилиндры двигателя раньше.

Д.З. Богатырев А.В. и др. Автомобили. Стр. 116-124.

Использованные материалы: http://www.dvfokin.narod.ru/auto_ych/diesel/diesel_pump_axial.htm

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: