Как работает форкамерный двигатель дизельного автомобиля и что такое поршневая пара в двигателе?

Для чего нужна форкамера в двигателе

Предкамера является предварительной камерой сгорания, в которую подается часть от общего заряда топливно-воздушной смеси, где происходит воспламенение топлива. Объем форкамеры составляет около 30% от общего объема основной камеры сгорания. Назначением данного решения выступает улучшение наполнения цилиндров, более эффективная организация газовых потоков в основной камере, а также повышение качества смесеобразования.

Моторы с форкамерой работают мягче и полноценно сжигают топливно-воздушную смесь, уменьшается токсичность выхлопа, повышается КПД и снижается расход горючего.

Непрямой впрыск — Wikipedia

Дизельный двигатель с непрямым впрыском подает топливо в камеру из камеры сгорания, называемую форкамерой, где начинается сгорание, а затем распространяется в основную камеру сгорания. Предварительная камера тщательно спроектирована для обеспечения надлежащего смешивания распыленного топлива с воздухом, нагретым компрессией.

Бензиновые двигатели [править]

Головка блока цилиндров небольшого дизельного двигателя Kubota с непосредственным впрыском.

Классификация камер косвенного сгорания [править]

При срабатывании инжектора струя топлива попадает в воздушный элемент и зажигается. Это приводит к тому, что струя пламени вылетает обратно из воздушной камеры прямо в струю топлива, все еще выходящую из инжектора. Тепло и турбулентность обеспечивают отличные свойства испарения и перемешивания топлива. Кроме того, поскольку большая часть процесса сгорания происходит вне воздушной камеры в полости, которая непосредственно связана с цилиндром, при передаче заряда горения в цилиндр происходит меньше потерь тепла.

В США система Lanova использовалась компанией Mack Trucks. Пример — дизельный двигатель Mack-Lanova ED, установленный на грузовике Mack NR.

Преимущества камер сгорания с косвенным впрыском [править]

• Меньшие дизели могут быть произведены.
• Требуемое давление впрыска низкое, поэтому производство инжектора обходится дешевле.
• Направление впрыска имеет меньшее значение.
• Непрямой впрыск намного проще спроектировать и изготовить; требуется меньшее развитие форсунки, а давление впрыска низкое (1500 фунтов на кв. дюйм / 100 бар против 5000 фунтов на кв. дюйм / 345 бар и выше для прямого впрыска)
• Более низкие напряжения, которые косвенный впрыск создает для внутренних компонентов, означают, что можно производить бензиновые и непрямые дизельные версии одного и того же базового двигателя.В лучшем случае такие типы отличаются только головкой блока цилиндров и необходимостью установки распределителя и свечей зажигания в бензиновом исполнении при установке впрыска насоса и инжекторов на дизель. Примерами являются двигатели BMC A-Series и B-Series, а также Land Rover 2,25 / 2,5-литровых 4-цилиндровых двигателей. Такие конструкции позволяют создавать бензиновые и дизельные версии одного и того же транспортного средства с минимальными конструктивными изменениями между ними.
• Более высокие обороты двигателя могут быть достигнуты, так как горение продолжается в предкамере.
• Альтернативные виды топлива, такие как биодизель и отработанное растительное масло, реже забивают топливную систему в дизельном двигателе с косвенным впрыском топлива. В двигателях с прямым впрыском мусор от предыдущего использования в пищевой промышленности может засорить инжекторы при использовании отработанного растительного масла.

Недостатки [править]

• Топливная эффективность ниже, чем при непосредственном впрыске из-за потери тепла из-за больших открытых площадок и потери давления из-за движения воздуха через горловины. Это несколько компенсируется из-за косвенного впрыска, имеющего гораздо более высокую степень сжатия и, как правило, не имеющего выбросов оборудования.
• Свечи накаливания необходимы для холодного запуска дизельных двигателей.
• Поскольку теплота и давление сгорания прикладываются к одной конкретной точке поршня, когда он выходит из камеры предварительного сгорания или вихревой камеры, такие двигатели в меньшей степени подходят для высокой удельной выходной мощности (такой как турбонаддув или настройка), чем дизели с прямым впрыском. «Система сгорания Lanova». Коммерческий мотор . 6 января 1933 г. Получено 11 ноября 2017 г.

Плунжерная пара ТНВД

Более подробно о функциях плунжерной пары обсудим на примере тнвд дизельного мотора. Как исходит из названия, насос перекачивает дизтопливо из основного бака в магистраль высокого давления (например, в топливную рейку), откуда под сильным напором оно распыляется в цилиндры двигателя.

Основным элементом, создающим такой напор, является как раз плунжерная пара. Далее топливо распределяется по цилиндрам в соответствии с конструкцией топливной системы. О разновидностях насосов рассказывается в другой статье.

Во время работы насоса толкатели и возвратные пружины привода перемещают поршень внутри втулки плунжера вверх/вниз, благодаря чему он совершает возвратно-поступательные движения. Так конструкция всасывает солярку по шлангам из топливного бака и нагнетает ее в закрытый резервуар, благодаря чему в нем создается давление. Чтобы этот параметр чрезмерно не увеличивался, в устройстве насоса имеется ряд клапанов, предназначенных для удержания или сброса излишнего напора в системе.

Сам поршень имеет неравномерную прорезь, что позволяет ему при небольшом осевом смещении дозировать топливо, поступающее в резервуар. Этот процесс зависит от положения педали газа в автомобиле – минимальный зазор при отпущенном акселераторе, а максимальный – при полностью нажатой педали.

Так как пара создает большой напор, чтобы она не вышла из строя, ее изготавливают из прочной стали, а стенки достаточно толстые, чтобы выдержать давление в несколько сотен атмосфер. Это делает механизм надежным даже при высоких нагрузках.

Еще одна особенность плунжерной пары заключается в том, что обе детали создаются только друг под друга. То есть, невозможно взять втулку от одного механизма и поршень от другого и совместить их. Чтобы пара не пропускала солярку, зазор в ней создается настолько минимальный, насколько возможно. По этой причине никогда не производится замена одной детали – всегда меняется пара (их параметры подгоняются на высокоточном заводском оборудовании).

Вот небольшое видео о том, как восстанавливается плунжерная пара:

Процесс восстановления плунжерной пары Zexel-KOMATSU

Последовательность работы плунжерной пары

Количество нагнетаемого топлива за один цикл работы поршня зависит от высоты его рабочего хода. Так регулируется работа насоса для обеспечения холостого хода. Но как только водитель нажимает на педаль газа, плунжер немного проворачивается. Насечка в той части увеличена, поэтому и количество топлива будет подаваться в большем объеме.

Так работает самая распространенная модификация плунжера. Однако на сегодняшний день существует много моделей, которые обеспечивают дозировку немного другими способами (нередко регулируется электроникой машины). Сами толкатели плунжера приводятся в движение от вращения коленчатого вала.

Когда поршень опускается, через входное отверстие втулки топливо перемещается в освободившуюся полость надпоршневого пространства благодаря разряжению, которое в нем образовалось. Как только поршень поднимается, отверстие гильзы перекрывается корпусом плунжера, а топливо давит на клапан, открывая его. Далее горючее поступает в резервуар с высоким давлением. При начале движения вниз клапан перекрывается, и в полости плунжерной пары образуется разрежение воздуха (или вакуум). Цикл повторяется.

Нагнетательные клапаны

Каждый топливный насос высокого давления оснащается нагнетательными клапанами, цель которых – перекрыть ту часть магистрали, в которой топливо находится в состоянии покоя от той, где солярка уже находится под давлением. Также клапаны нужны для поддержания статического давления в системе (пока мотор заведен, насос продолжает накачивать солярку в резервуар) – они сбрасывают излишек обратно в топливный бак.

Существует несколько типов нагнетательных клапанов, которые применяются в плунжерных насосах. Вот их отличительные особенности.

Клапан постоянного объема без ограничения обратного потока

В конструкцию такого клапана входит втягивающий поршень (часть конструкции клапана). При поднятии плунжера спиральная прорезь перекрывается корпусом втулки, нагнетательный клапан закрывается. Поршень перемещается в направляющую втулки штока.

В этот момент происходит отсечение той части магистрали, в которой образовано высокое давление от надплунжерной полости. Благодаря этому объем топлива в емкости с высоким давлением увеличивается незначительно – только на то количество, которое поступило через втягивающий поршень в полость рабочего хода плунжера.

Клапан постоянного объема с ограничением обратного потока

Когда происходит распыление топлива через форсунку, после закрытия иглы в магистрали создается давление обратного потока. Этот эффект может привести к износу некоторых элементов самого клапана. По этой причине в некоторых моделях насосов используется клапан с ограничением обратного потока. Он выполняет функцию демпфера, не позволяющему обратному давлению оказывать воздействие на клапана.

В устройство такого нагнетательного клапана входят следующие элементы:

• Корпус клапана с резьбой (он вкручивается в конструкцию насоса);
• Пружина, которая служит демпфирующим элементом, предотвращающим негативное воздействие на саму заслонку клапана;
• Пластина – отсекает полость с высоким давлением от полости надплунжерного пространства;
• Держатель, в который упирается пластина клапана (имеет полую структуру – в полость входит нагнетательный поршень).

Нередко такие клапаны используются в качестве дополнительного механизма, облегчающего работу обратного клапана.

Клапан постоянного давления

Помимо основных элементов клапана в устройство данного механизма входит еще шарик и ограничительный канал. Такие клапаны способны обеспечить нагнетание топлива с давлением свыше 800 бар.

В его конструкцию входят два мини клапана – нагнетательный и стабилизирующий. Первый элемент подает топливо, а второй поддерживает образованное давление. Эта функция позволяет ему поддерживать статику давления между фазами впрыска.

Модификация клапана зависит от того, какими параметрами обладает двигатель в автомобиле. Некоторые клапаны срабатывают не от механики, а от сигнала, который поступает от электронного блока управления.

Как мы уже описали выше, форкамерный двигатель имеет следующий принцип действия в работе:

• в предкамерную полость подается топливно-воздушная смесь;
• смесь частично воспламеняется;
• по мере сгорания смеси, давление в форкамере увеличивается;
• из-за создающегося давления, пары и газы сгоревшей смесь выталкиваются в рабочую полость цилиндров над поршнями.Форкамера имеет объем 30% от основного объема рабочей полости камеры сгорания. Смысл применения данной конструкции в ДВС в том, чтобы улучшить наполнение цилиндров и улучшить качество образования смеси.

Главный плюс двигателя с форкамерой — это низкие ударные нагрузки деталей цилиндро-поршневой группы во время работы ДВС. Это обеспечивается, как раз таки, за счет плавного нарастания давления, а не скачками.

К тому же, форкамерные двигатели качественно сжигают топливо, уменьшают количество выброса вредных веществ, уменьшают расход топлива и повышают КПД силового агрегата.

Система форкамерно-факельного зажигания

Наличие форкамеры означает, что рабочая камера сгорания в таком двигателе разделена на составные части: предкамеру и основную камеру. Давайте рассмотрим принцип работы системы на примере карбюраторной модели ГАЗ «Волга» с предкамерным ДВС.

В предкамеру смесь поступает по специальному каналу, который выполнен во впускном коллекторе и ГБЦ. Смесь в форкамеру подается переобогащенной, для чего в карбюраторе присутствует отдельная секция. Предкамера также имеет отдельный впускной клапан. Далее происходит поджиг указанной смеси при помощи искры от свечи зажигания. В этот момент открывается впускной клапан основной камеры сгорания, который приводится в действие распредвалом ГРМ. В основную камеру поступает топливно-воздушная смесь. Порция этой смеси обедненная.

Предкамера соединяется с основной камерой специальными сопловыми каналами, через которые в основную камеру прорывается пламя, газы и пары горючего из форкамеры. От контакта с ними обедненная смесь в основной камере также воспламеняется. Получается, форкамера представляет собой своеобразный механический «подвпрыск», отдаленно напоминая принцип двухступенчатой работы современных дизельных инжекторных форсунок.

Двигатель с форкамерно-факельным зажиганием фирмы «Газ»

Толчком к созданию двигателя с форкамерно-факельным зажиганием на «ГАЗе» послужил серийный выпуск в 1972 году таких моторов японской фирмой Honda, которая смогла обойти приоритетность отечественного патента. Советский двигатель получил обозначение ГАЗ-4022.10. От своего предшественника ГАЗ-24Д он отличается новой головкой блока цилиндров с иными газовыми каналами, дополнительными маленькими впускными клапанами для форкамер, системой впуска воздуха, настроенным выпуском, увеличенным ходом клапанов, модернизированным распредвалом.

Кроме того, были разработаны карбюратор К-156 оригинальной конструкции, распределитель зажигания, новая система охлаждения двигателя (как у двигателя ВАЗ-2101), а водяной насос внедрили в блок цилиндров. Впервые на этих моторах ГАЗ был применен воздушный фильтр с бумажным фильтрующим элементом.

Затем документацию по изготовлению двигателей ГАЗ-4022.10 передали Заволжскому моторному заводу, который с 1981 года начал их серийное производство, но уже под новым названием – ЗМЗ-4022.10. Наибольшее количество этих моторов было выпущено в 1986 году – 4000 шт. Всего за 11 лет произведено около 27 тыс. автомобилей ГАЗ-3102 с двигателями ЗМЗ-4022.10.

Приемочные испытания автомобиля ГАЗ-3102, на который устанавливался двигатель ГАЗ-4022.10, были проведены в 1980 году. Они показали преимущество этого автомобиля перед ГАЗ-24 по топливной экономичности и токсичности отработавших газов, особенно по показателю выброса окиси углерода. В том же году были выпущены первые 25 автомобилей с данным мотором. Принцип форкамерно-факельного зажигания был разработан Горьковским автомобильным заводом (автор – Эварт Г. В.) в сотрудничестве со специалистами Института химической физики АН СССР еще в 50-е годы. Авторское свидетельство на разработку было получено 18 декабря 1956 года.

РазновидностиПравить

Топливные насосы высокого давления могут быть рядными, V-образными (многосекционными) и распределительными. В рядных ТНВД насосные секции располагаются друг за другом, и каждая подает топливо в определенный цилиндр двигателя. В распределительных ТНВД, которые бывают одноплунжерными и двухплунжерными, одна насосная секция подает топливо в несколько цилиндров двигателя.

Работа секции рядного ТНВД

Устройство распределительного ТНВД:

• редукционный клапан;
• всережимный регулятор;
• дренажный штуцер;
• корпус насосной секции высокого давления в сборе с плунжерной парой и нагнетательными клапанами;
• топливоподкачивающий насос;
• лючок регулятора опережения впрыска;
• корпус ТНВД;
• электромагнитный клапан выключения подачи топлива;
• кулачково-роликовое устройство привода плунжера.

Подачу топлива из бака в ТНВД обеспечивает топливоподкачивающий насос (также называемый топливным насосом низкого давления, ТННД). Он повышает давление топлива на величину около 5 бар. Редукционный клапан поддерживает стабильное давление на входе в насосную секцию ТНВД, которая расположена в корпусе.

Плунжерная пара насосной секции представляет собой золотниковое устройство, регулирующее количество впрыскиваемого топлива и распределяющее его по цилиндрам дизеля в соответствии с порядком их работы. Всережимный регулятор (2) обеспечивает устойчивую работу дизеля в любом режиме, задаваемом водителем с помощью педали акселератора, и ограничивает максимальные обороты коленчатого вала, а регулятор опережения впрыска топлива (6) изменяет момент подачи топлива в цилиндры в зависимости от частоты вращения коленвала.

Топливоподкачивающий насос подает в ТНВД топливо в гораздо большем объёме, чем требуется для работы дизеля. Излишки возвращаются в бак через дренажный штуцер (3). Что касается электромагнитного клапана (8), то он предназначен для остановки дизеля. При повороте ключа в замке зажигания в положение «выключено» электромагнитный клапан перекрывает подачу топлива к плунжерной паре, а значит, и в цилиндры дизеля, это и требуется, чтобы заглушить силовой агрегат.

В зависимости от давления и продолжительности впрыска, а также от величины цикловой подачи топлива существуют следующие модели рядных ТНВД:

• М (4—6 цилиндров, давление впрыска до 550 бар)
• А (2—12 цилиндров, давление впрыска до 950 бар)
• P3000 (4—12 цилиндров, давление впрыска до 950 бар)
• P7100 (4—12 цилиндров, давление впрыска до 1200 бар)
• P8000 (6—12 цилиндров, давление впрыска до 1300 бар)
• P8500 (4—12 цилиндров, давление впрыска до 1300 бар)
• R (4—12 цилиндров, давление впрыска до 1150 бар)
• P10 (6—12 цилиндров, давление впрыска до 1200 бар)
• ZW (M) (4—12 цилиндров, давление впрыска до 950 бар)
• P9 (6—12 цилиндров, давление впрыска до 1200 бар)
• CW (6—10 цилиндров, давление впрыска до 1000 бар)
• H1000 (5—8 цилиндров, давление впрыска до 1350 бар)

Теперь разберемся в самом главном вопросе: для чего же нужна форкамера в двигателе?

Первостепенно такая система была создана с той целью, чтобы убрать, пусть и частично, нагрузку на поршни. Это же, в свою очередь, положительно сказалось на общей работе мотора. Более того, выбирая форкамерный двигатель, вы сокращаете количество токсичных отходов, так как, говоря конкретно о нашем случае, солярка полностью сгорает. Делаем из этого вывод — ваши расходы на горючее уменьшатся.

Основными элементами, составляющими дизельный двигатель с форкамерой, являются:

Примечание: мы будем проходить путь вместе с топливом для того, чтобы полностью понять принцип работы форкамерного двигателя.

• Канал ведёт солярку в предкамеру.
• Затем проходит секция, предназначенная для переобогащённой смеси.
• Клапан самой форкамеры.
• Свеча зажигания выполняет свою основную роль (поджог топлива, когда форсунки его впрыскивают).
• Одновременно с тем, как от искры загорелось горючее, распредел ГРМ впускает в главную камеру топливо, посредством того, что открывает клапан.
• Теперь горючее на финишной прямой — в центральной камере ДВС.

Сейчас, мы надеемся, вам стало ясно, как работает форкамерный дизель и из чего состоит устройство форкамеры.

Сравнение различных систем

Недостатки двигателей с предкамерой, касающиеся шума, более заметны при работе холодного двигателя. Недостаточное смесеобразование, вызванное не только рассеянием тепла стенками камеры сгорания, приводит к относительно длительному периоду задержки воспламенения и к детонационным шумам при сгорании. При прогреве двигателя двиг атель с вихревой камерой также имеет тенденцию к повышенному шуму в диапазоне низких нагрузок и низких оборотов. Метод с предкамерой, с другой стороны, имеет преимущества, касающиеся температуры камеры и задержки воспламенения.

Главное преимущество системы непосредственного впрыска состоит в уменьшении расхода топлива до 20% по сравнению с двигателями с разделенной камерой сгорания. Недостатками систем непосредственного впрыска являются, однако, повышенный шум при работе (в частности, при разгоне) и ограниченные максимальные обороты. Система с непосредственным впрыском всегда требует повышенных давлений впрыска и, таким образом, более сложной системы впрыска топлива.

Преимуществами системы непосредственного впрыска являются преобладающими для таких условий работы, где решающими являются расход топлива и экономия, а вопросы комфорта играют второстпенную роль. Интенсивные исследования работы в области смесеобразования, которые включают усовершенствование систем впрыска, в скором времени приведут к возможности использования систем с непосредст венным впрыском топлива в двигателях легковых автомобилей.

Особенности эксплуатации плунжерных пар топливного насоса

Особенных действий по обслуживанию плунжерной пары топливного насоса нет. Однако автовладелец может кое-то предпринять, чтобы механизм работал максимально долго.

Во-первых, стоит учесть, что дизельный двигатель работает на особенном топливе, в составе которого может содержаться большое количество микроскопических частиц. Если использовать некачественную солярку, то зазор между плунжером и втулкой может увеличиться из-за содержания в дизельном топливе абразивных частиц, воды и других примесей.

По этой причине единственное обслуживание, которое может выполнить владелец автомобиля, это следить за качеством топлива, не допускать образование конденсата в магистрали и вовремя менять фильтр.

На первый взгляд наличие капель воды в дизтопливе не кажется столь критичным, но из-за этого топливная пленка в зазоре плунжерной пары разрушится, и механизм не сможет создавать соответствующий напор. Также солярка смазывает поверхности деталей, предотвращая трение на сухую, и защищая устройство от перегрева.

Если не менять вовремя топливный фильтр, его элемент может разорваться. Из-за этого через насос будет прокачиваться грязное топливо, в котором могут присутствовать мелкие частицы. В таком случае есть большая вероятность выхода насоса из строя, так как плунжерная пара просто заклинит.

НазначениеПравить

Топливный насос высокого давления 12-цилиндрового дизельного двигателя, в разрезе.

ТНВД предназначены для подачи в цилиндры под определенным давлением и в определенный момент цикла, точно отмеренных порций топлива, соответствующих данной нагрузке приложенной к коленчатому валу. По способу впрыска различают топливные насосы непосредственного действия и с аккумуляторным впрыском.

В топливном насосе непосредственного действия осуществляется механический привод плунжера и процессы нагнетания и впрыска протекают одновременно. В каждый цилиндр секция топливного насоса подает необходимую порцию топлива. Требуемое давление распыления создается движением плунжера насоса.

У топливного насоса с аккумуляторным впрыском привод рабочего плунжера осуществляется за счет сил давления сжатых газов в цилиндре двигателя или с помощью специальных пружин. На мощных тихоходных дизелях применяют аккумуляторные топливные насосы с гидравлическими аккумуляторами.

В системах с гидравлическими аккумуляторами процессы нагнетания и впрыска протекают раздельно. Предварительно топливо под высоким давлением нагнетается насосом в аккумулятор, из которого поступает к форсункам. Эта система обеспечивает качественное распыление и смесеобразование в широком диапазоне нагрузок дизеля, но из-за сложности конструкций такой насос широкого распространения не получил. Современные дизели используют технологию с управлением электромагнитными клапанами форсунок от микропроцессорного устройства (такое сочетание называется «common rail»).

Системы с непосредственным впрыском (VI)

В системах с непосредственным впрыском, используемых главным образом в грузовых автомобилях и в стационарных дизельных двигателях всех размеров, образование смеси обходится без дополнительной вихревой камеры. Топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания над поршнем.

Рис. Системы с непосредственным впрыском

Процессы, описанные выше (распыление топлива, разогрев, испарение и смешивание с воздухом) должны в связи с этим, происходить в очень быстрой последовательности. Высокие требования предъявляются к впрыску топлива и к подаче воздуха. Как в системе с вихревой камерой, завихрение воздуха образуется при тактах впуска и сжатия. Этот вихрь вызывается с помощью специальной формы впускного канала в головке цилиндров. Конструкция верхней части поршня с встроенной камерой сгорания способствует движению воздуха в конце такта сжатия, т.е. в начале впрыска.

Формы камеры сгорания, использованные в процессе разразвития дизельных двигателей и широко используемые в настоящее время, соответствуют цилиндрической выемке в поршне, т.к. это предлагает компромисс между экономией при производстве и соответствующим контролем воздуха.

В дополнение к хорошему завихрению (турбулентности) воздуха, топливо также должно равномерно распределено для облегчения быстрого перемешивания. В отличие от двигателя с предкамерой с одноструйной игольчатой форсункой, в системах с непосредственным впрыском используется многоструйная форсунка. Расположение ее струй должно быть опрегулировано в соответствии с конструкцией камеры сгорания.

На практике для непосредственного впрыска используются два метода:

• образование смеси с помощью контролируемого движения воздуха;
• образование смеси почти исключительно с помощью впрыска топлива без контролируемого движения воздуха.

Во втором случае завихрение воздуха не включается в работу. Эго становится заметным в форме уменьшения потерь в цикле подачи топлива и улучшения наполнения цилиндра. В тоже время к оборудованию для впрыска топлива предъявляются более высокие требования относительно расположения и количества отверстий форсунки, качест ва распыления путем малых диаметров отверстий для распыления и очень высокого давления впрыска, необходимого для достижения требуемой краткой продолжительности впрыска.

В методе непосредственного впрыска, описанном выше, образование смеси достигается с помощью смешивания и испарения частичек топлива с частичками воздуха, окружающими их (метод распределения воздуха). В методе с распределением по стенкам, с другой стороны, топливо направляется к стенкам камеры сгорания, где оно испаряется и смешивается с воздухом.

Видео на тему

В данном видео рассказывается, как восстановить плунжерную пару:

Плунжерная пара VRZ 149701-0520 Rotor Head Mitsubishi 4M41recovered plunger pair

Система непосредственного смешивания топлива с распределением по стенкам (М — система)

В этой системе впрыска для стационарных и коммерческих дизельных двигателей теплосодержание (теплоемкость) стенок углубления в поршне используется для испарения топлива, и топливо-воздушная смесь образуется с помощью соответствующего управления воздухом для сжатия.

Рис. Система непосредственного смешивания топлива с распределением по стенкам

Система работает с помощью одноструйной форсунки (т.е. форсунки с одним отверстием) при относительно низком давлении впрыска. Если движение воздуха в камере сгорания правильно отрегулировано, то может быть получена очень однородная топливо-воздушная смесь с длительной продолжительностью сгорания, низким ростом давления и, таким образом, более мягкое сгорание. Однако это увеличивает расход топлива по сравнению с системами с распределением воздуха.

Общее устройство ТНВДПравить

• Корпус.
• Крышки.
• Всережимный регулятор
• Муфта опережения впрыска.
• Подкачивающий насос.
• Кулачковый вал.
• Толкатели.
• Плунжеры с поводками или зубчатыми втулками,
• Гильзы плунжеров.
• Возвратные пружины плунжеров.
• Нагнетательные клапаны.
• Штуцеры.
• Рейка.

Принцип действия ТНВД

Движение кулачковый вал получает через муфту опережения впрыска и зубчатую передачу от коленчатого вала. При вращении кулачкового вала кулачок набегает на толкатель и смещает его, а он в свою очередь, сжимая пружину, поднимает плунжер. При поднятии плунжера он вначале закрывает впускной канал, а затем начинает вытеснять топливо, находящееся над ним. Топливо вытесняется через нагнетательный клапан, открывшийся за счёт давления, и поступает к форсунке.

В момент движения плунжера вверх винтовой канал, находящийся на нём, совпадает со сливным каналом в гильзе. Остатки топлива, находящиеся над плунжером, начинают уходить на слив через осевой, радиальный и винтовой каналы в плунжере и сливной в гильзе. При опускании плунжера за счёт пружины открывается впускной канал, и объём над плунжером заполняется топливом от подкачивающего насоса.

Изменение количества подаваемого топлива к форсунке осуществляется поворотом плунжеров от рейки через всережимный регулятор. При повороте плунжера, если винтовой канал совпадёт со сливным раньше, то впрыснуто топлива будет меньше. При обратном повороте каналы совпадут позже, и впрыснуто топлива будет больше.

На некоторых ТНВД (например, ТНВД трактора Т-130) часть секций отключается на холостых оборотах, соответственно, отключается и часть цилиндров двигателя.

Дополнительные агрегаты ТНВД

Муфта опережения впрыска — служит для изменения угла опережения впрыска в зависимости от оборотов. По принципу действия является механизмом, использующим центробежную силу. Устройство:

• Ведущая полумуфта.
• Ведомая полумуфта.
• Грузы.
• Стяжные пружины грузов.
• Опорные пальцы грузов

Принцип действия муфты следующий. При минимальных оборотах грузы за счёт пружин стянуты к центру и положение между муфтами является исходным, при этом угол опережения впрыска находится в пределах отрегулированного параметра. При увеличении оборотов центробежная сила в грузах возрастает и разводит их, преодолевая сопротивление пружин. При этом муфты поворачиваются относительно друг друга и угол опережения впрыска увеличивается.

Всережимный регулятор — служит для изменения количества подачи топлива в зависимости от режимов работы двигателя: запуск двигателя, увеличение/уменьшение оборотов, увеличение/уменьшение нагрузки, остановка двигателя. Устройство:

• Корпус.
• Крышки.
• Державка.
• Грузы.
• Муфта.
• Рычаги.
• Скоба-кулисы.
• Регулировочные винты.
• Оттяжные пружины.

Принцип действия регулятора следующий:

• Запуск двигателя: перед запуском рейка за счёт пружины находится в положении максимальной подачи топлива, поэтому при запуске в двигатель подаётся максимальное количество топлива. Это способствует быстрому запуску. Как только двигатель начнёт развивать обороты, и центробежная сила в грузах начнёт расти, они, преодолевая сопротивление пружин, начнут расходиться в стороны и внутренними своими рычагами давить на муфту, которая будет воздействовать на рычаг, а рычаг будет тянуть рейку в сторону уменьшения подачи топлива. Обороты установятся в соответствии с натягом пружин.
• Увеличение оборотов: при нажатии на педаль «газа» натягивается пружина, которая действует на рычаг рейки и муфту. Муфта и рейка смещается, при этом преодолевается центробежная сила в грузах. Рейка смещается в сторону увеличения подачи топлива, и обороты растут.
• Увеличение нагрузки — при увеличении нагрузки и неизменном положении педали «газа» обороты снижаются, центробежная сила в грузах тоже. Грузы складываются и дают возможность сместиться муфте, рычагу и рейке в сторону увеличения подачи топлива. При снижении нагрузки обороты начинают увеличиваться, центробежная сила в грузах тоже, грузы начинают расходится и внутренними рычагами смещать муфту, рычаг и рейку в сторону уменьшения подачи топлива. Обороты при этом прекращают расти.
• Остановка двигателя — при остановке двигателя поворачивается скоба, кулиса скобы воздействует на рычаг, а рычаг — на рейку. Рейка перемещается настолько в сторону уменьшения подачи, что подача прекращается, и двигатель останавливается

Системы с предкамерой

В системе с предкамерой (форкамерой), используемой для дизельных двигателей легковых автомобилей, топливо впрыскивается в горячую предкамеру (дополнительную камеру). Здесь начинается предварительное воспламенение, чтобы достичь образования качественной смеси и уменьшения задержки воспламенения для основного процесса сгорания.

Топливо впрыскивается с помощью игольчатой форсунки при относительно низком давлении (до 300 бар). Специально разработанная поверхность экрана в центре камеры распределяет струю топлива, которая разбивается на части и интенсивно перемешивается с воздухом. Сгорание начинается и продвигает частично воспламененную топливо-воздушную смесь через отверстия на нижнем конце предкамеры в основную камеру сгорания над поршнем и смесь нагревается в процессе еще больше. При этом имеет место интенсивное перемешивание топлива с воздухом в основной камере сгорания, сгорание продолжается и завершается. Малый период задержки воспламенения и контролируемое высвобождение энергии при общем низком уровне давления в основной камере сгорания приводит к «мягкому» сгоранию с небольшим шумом и уменьшением нагрузки на двигатель. Оптимизированная версия предкамеры обеспечивает сгорание с пониженным содержанием токсичных соединений в выхлопных газах и уменьшение выбросов в среднем на 40%. Модифицированная форма предкамеры с углублением для испарения и измененная форма и положение поверхности экрана (шаровой стержень) обеспечивают специфическое завихряюшее действие на воздух, после того как он поступает из цилиндра в предкамеру после сжатия. Топливо впрыскивается под углом в 5° относительно оси предкамеры.

Накальная свеча располагается ниже воздушного потока для предотвращения помех при сгорании. Управляемый последующий накал в течение времени до 1 минуты после запуска холодного двигателя (в зависимости от температуры охлаждающей жидкости) служит для уменьшения состава выхлопных газов и уменьшения шумов при прогреве двигателя.