Характеристика впрыска ТНВД VP44
В системах управления VР44 топливо впрыскивается в цилиндры механическими форсунками под высокий давлением, превышающим 1200 бар. Высокое давление необходимо для обеспечения дробления топлива до атомарного уровня, в результате чего достигается высокая степень распыления топлива, при которой топливные частицы на уровне атомов непосредственно контактируют с атомами кислорода воздуха и практически моментально начинают вступать в химическую реакцию окисления, или горения. В этом случае время запаздывания воспламенения ЗС по определения лежащее между временем начала впрыска НВ и временем начала сгорания НГ сокращается до минимума. Повышение качества распыла топлива и снижение времени запаздывания воспламенения способствуют более полному сгоранию топлива и приведению норм токсичности выхлопа до минимального уровня. Возросшие требования по чистоте выхлопа явились необходимым условием для повышения давления впрыска. Системы VР44 позволяют использовать давление впрыска до 1800 бар.
Повышение давления впрыска вызывает необходимость повышения точности дозирования, так как при высокой величине давления впрыскиваемого топлива в результате отклонений действительных значении времени нарастания давления НД и завершения впрыска КВ от расчетных будет наблюдаться значительное несоответствие оптимальным значениям реального соотношения количества впрыскиваемого топлива и количества воздуха в цилиндрах. Это несоответствие приведет в свою очередь к снижению мощностных параметров и повышению эмиссии выхлопа.
Эффективная работа системы управления во многом зависит, таким образом, от эффективности нагнетательной секции, ответственной за нагнетание давления и дозирование количества впрыскиваемого топлива. Дозирование заключается в достижении фактических значений времени начала впрыска НВ и завершения впрыска КВ. В промежутке между которыми происходит реальное поступление топлива в цилиндры, расчетным значениям. Высокими требованиями к точности дозирования объясняется применение в ТНВД VР44 нагнетательной секции и клапана управления наполнением принципиально новой конструкции.
Управление дозированием.
Изменение количества впрыскиваемого топлива обеспечивается электронным блоком управления двигателем согласно сигналам датчика угловых импульсов (оборотов) и датчика положения педали акселератора. Таким образом, базовыми параметрами для расчета количество необходимого топлива являются соответственно частота вращения коленвала и нагрузка на двигатель. На полной нагрузке дополнительно используется сигнал расходомера воздуха с целью контроля и ограничения дымности выхлопа. Во время выполнения старта пусковое количество впрыскиваемого топлива повышается соответственно величине сигнала температуры двигателя. При повышении температуры охлаждающей жидкости свыше 112°С количество впрыскиваемого топлива уменьшается для предотвращения перегрева двигателя.
Для определения начала впрыска топлива модуль постоянно отслеживает прохождение угловых импульсов с датчика положения ротора, благодаря чему обеспечивается контроль угла поворота ротора, соответственно коленвала. При повороте ротора на угол, при котором поршень цилиндра находится в положении, соответствующем расчетном моменту впрыска, модуль вырабатывает команду электромагнитному клапану управления наполнением в виде импульса тока.
Скважность тока управления и, соответственно, длительность импульса рассчитываются модулем так, чтобы в любой момент времени длительность действия импульса была кратной количеству топлива. Импульс тока управления приводит к срабатыванию клапана управления наполнением, в этом случае клапан запирает топливный канал наполнения, и камера высокого давления становится герметичной. В результате герметизации камеры повышается давление топлива, открывающее форсунки. Топливо впрыскивается в цилиндры во все время открытого состояния клапана. С этого момента модуль отслеживает угол поворота ротора по количеству поступающих угловых импульсов для расчета длительности реального впрыска. Как только действительный угол поворота ротора совпадет с расчетным, модуль обрывает импульс тока управления, и клапан вновь открывает канал наполнения, прекращая нагнетание давления топлива.
Наполнение и нагнетание топлива к форсункам
К топливным форсункам топливо подается под высоким давлением, которое необходимо для открытия распылительных отверстий и дробления топлива. Закрытие форсунок происходит в результате резкого сброса давления, что соответствует моменту завершения впрыска, Таким образом, количество впрыскиваемого топлива определяется временем нагнетания давления, в течение которого осуществляется впрыск.
Подача топлива под высоким давлением обеспечивается работой управляемого электромагнитного клапана высокого давления, управляющего наполнением топливом камеры высокого давления. Клапан двустороннего действия имеет два состояния — открытое и закрытое. В момент закрытия клапана топливо начинает поступать в камеру высокого давления и заполняет ее. Топливо поступает в направлении наполнения. При поступлении в момент времени НД. Распределительный канал ротора при этом совмещается с нагнетательным. Практически моментально после этого давление топлива достигает значения, при котором давлением топлива открывает нагнетательный клапан и далее топливная форсунка цилиндра, для которой рассчитан впрыск. Этот момент времени соответствует началу впрыска НВ. Камера высокого давления поддерживается герметичной, и в течение времени открытого состояния клапана происходит впрыск топлива. Продолжение нагнетания давления в течение впрыска топлива обеспечивается за счет набегания роликов по возрастающему профилю кулачков. Дальнейшее перемещение плунжеров в направлении оси ротора при открытом нагнетательном канале и блокировании слива поддерживает рабочий ход. Как только импульс тока управления обрывается, обмотка клапана обесточивается, и он вновь закрывается, но открывает при этом канал наполнения. Камера высокого давления становится разгерметизированной, и топливо за счёт хода плунжеров начинает перетекать по топливному каналу обратно во внутреннюю полость ТНВД в направлении слива. Давление в камере высокого давления резко сбрасывается, благодаря чему происходит последовательное закрытие топливной форсунки и нагнетательного клапана. Впрыск топлива прекращается, момент закрытия форсунок соответствует времени завершения впрыска КВ. Нагнетательная секция совместно с клапаном управления наполнением и системой топливных каналов образует контур высокого давления, обеспечивающий дозирование топлива.
Клапан управления моментом впрыска
На клапан управления моментом впрыска с электронного модуля подаются импульсы тока соответствующей скважности. В электрической обмотке клапана создается магнитное поле, пропорциональное средней силе импульсного тока управления, благодаря чему клапан открывает сливной канал на необходимую величину. Топливо из полости исполнительного поршня автомата опережения начинает сливаться и поступать в контур всасывания топливоподкачивающего насоса.
Так как топливо в полость над поршнем поступает под давлением через дроссель, то при открытии сливного каната клапаном давление топлива действующее на днище поршня, будет падать. Его величина будет отличаться от рабочего давления, и зависеть от степени открытия электромагнитного клапана управления впрыском. В результате открытия клапана на поршень будет действовать дисбаланс сил, создаваемых с одной стороны возвратной пружиной, а с другой — регулируемым давлением топлива. Вследствие дисбаланса поршень автомата сместится от своего первоначального положения и развернет при этом с помощью штифта кулачковое кольцо. Смещение поршня будет происходить до восстановления баланса сил.
При новом положении кулачкового кольца ролики ротора начнут набегать на кулачки кольца в изменившийся момент времени и соответствующий новому моменту впрыска, заданным контроллером и выполненному электронным модулем насоса.
При подготовке к управлению исполнительным устройствам и во время выполнения ими управляющих команд, модуль постоянно контролирует угловое положение ротора, считая общее количество угловых импульсов и умножая его на 3°.