История
В 1911 году в Великобритании был выдан патент на насос-форсунки, напоминающие те, которые используются сегодня.
Коммерческое использование насос-форсунок в США началась в начале 1930-х годов на двигателях компании Winton, приводящих паровозы, катера и даже подводные лодки ВМС США. В 1934 году, Артур Филден получил патент США No.1,981,913 на конструкцию насос-форсунки.Позже, эта конструкция использовалась двухтактных дизельных двигателях General Motors. Большинство средних дизельных двигателей используют один насос и отдельные форсунки, но некоторые производители, такие как Detroit Diesel и Electro-Motive Diesel стали хорошо известны насос-форсунками, в которых насос высокого давления объединен с форсункой. В 1951 году прошла подробная презентация о развитии современных насос-форсунок.
В 1985 году Detroit Diesel, подразделение General Motors Corporation представила первую электронную насос-форсунку для коммерческого транспорта в своей серии 92 двухтактных дизельных двигателей после появления серии 60, четырёхтактных двигателей в 1987 году. Скоро и другие производители переняли электронные форсунки. В 1995 году, Electro-Motive Diesel изменили дизельные двигатели 710 под электронные насос-форсунки.
Устройство
Важным отличием от систем питания на основе механического впрыска и Common Rail является отсутствие в системе питания на насос-форсунках общего ТНВД. Здесь, фактически, каждая насос-форсунка представляет собой индивидуальный для каждого цилиндра миниатюрный ТНВД, а общее число насос-форсунок всегда равно числу цилиндров мотора — по одной на каждый цилиндр.
В состав системы насос-форсунка входят такие элементы, как: плунжер, оснащенный пружиной – создаёт рабочее давление внутри форсунки; приводной кулачок; коромысло; уплотнители – обеспечивают герметичность форсунки; поршень запорный; управляющий и обратный клапаны; игла распылителя-выполняет впрыск топлива; магистраль впуска – подает топливо в форсунку; сливная магистраль;
Плунжер 2 предназначен для создания рабочего давления внутри форсунки. При этом движение плунжера поступательного характера обеспечивается кулачками распредвала, а возвратное движение – пружиной 3.
Основной функцией управляющего клапана 5 является впрыск топлива, а точнее управление впрыском. В подобных системах может применяться два вида клапанов – электромагнитные и пьезоэлектрические.
Клапан на основе пьезоэлемента является более совершенным за счет высокого быстродействия. Главным элементом конструкции управляющего клапана является его игла.
Пружина распылителя 9 необходима для обеспечения надежной посадки иглы распылителя в седле. Пружинное усилие дополняется усилием давления топлива, и осуществляется это все при помощи запорного поршня 10, установленного с одной стороны от пружины и обратного клапана 7, расположенного с противоположной стороны от пружины.
Игла распылителя 11 обеспечивает непосредственный впрыск дизельного топлива в камеру сгорания двигателя.
Управляются насос-форсунки посредством блока управления двигателем, который на основании данных, получаемых с датчиков, управляет работой клапана насос-форсунки.
Принцип работы
Эффективное получение и распределение топливо-воздушной смеси в системе насос-форсунки происходит в три этапа – предварительного, основного и дополнительного впрыска топлива.
В процессе заполнения камеры высокого давления плунжер под действием основной пружины движется вверх, что ведет к увеличению объема камеры высокого давления. Клапан управления насос-форсунки под действием пружины клапана в момент отсутствия магнитного поля от электромагнитного клапана находится в открытом состоянии и соединяет питающую магистраль и камеру высокого давления. Топливо под давлением из питающей магистрали заполняет камеру высокого давления.
Кулачок распредвала передает механическое усилие на коромысло, которое опускает плунжер вниз. Плунжер, в свою очередь, отжимает топливо из камеры высокого давления в питающую магистраль. Протекание процесса впрыска топлива происходит под управлением блока управления двигателя через соленоид и клапан управления. По сигналу от блока управления двигателем на электромагните форсунки возникает магнитное поле и клапан управления прижимается к седлу, перекрывая путь топливу из камеры высокого давления в питающую магистраль. Вследствие этого происходит повышение давления в камере высокого давления. Когда давление достигает 18 МПа, оно становится выше, чем усилие пружины распылителя. Игла распылителя приподнимается, и начинается предварительный впрыск.
Под действием увеличивающегося давления перепускной клапан движется вниз, тем самым увеличивая объем камеры высокого давления. Вследствие этого давление на короткое время падает, и игла распылителя закрывается. Предварительный впрыск закончился. Вследствие перемещения вниз перепускного клапана пружина распылителя сжимается сильнее. Поэтому для повторного открытия иглы распылителя при последующем – основном впрыске необходимо давление топлива больше, чем при предварительном впрыске.
После запирания иглы распылителя давление в камере высокого давления опять поднимается. Клапан управления под воздействием электромагнита закрыт, а плунжер насос-форсунки движется вниз. Когда давление достигает примерно 30 МПа, оно становится больше, чем давление пружины распылителя. Игла распылителя снова поднимается, и в камеру сгорания впрыскивается основная порция топлива. Давление при этом поднимается до 220 МПа, поскольку в камере высокого давления сжимается больше топлива, чем может его выйти через распылитель. При достижении двигателем максимальной мощности, а также при наибольшем крутящем моменте и одновременно самом большом количестве впрыскиваемого топлива давление максимально.
Конец впрыска, когда с блока управления двигателя перестает поступать сигнал на электромагнитный клапан. При этом клапан управления под действием пружины отходит от седла, и сжимаемое плунжером топливо может поступать во внешнюю магистраль. Давление топлива падает. Игла распылителя закрывается, и перепускной клапан под действием пружины распылителя возвращается в исходное положение. Основной впрыск закончен.
Дополнительный впрыск
Завершающим этапом является дополнительный впрыск, который используется для очистки сажевого фильтра от копоти, сажи и загрязнений. Дополнительная подача топлива осуществляется при опускании плунжера по схеме, аналогичной основному впрыску. На данном этапе, как правило, проводится два впрыска дизельного топлива.
Преимущества насос-форсунок
- Насос-форсунка обеспечивает очень высокую экономичность и чистоту выхлопа.
- Двигатель работает тихо и ровно, как бензиновый.
- Впрыск топлива под высоким давлением(до 220 МПа).
Недостатки
- Требуется применение качественного топлива.
- Плохая ремонтопригодность
- Быстрый износ насосной части
