Наиболее важными критериями для оптимизации работы дизельного двигателя являются следующие:

• низкая токсичность выхлопных газов;
• низкий шум от процесса сгорания;
• низкий удельный расход топлива.

Момент времени, в который ТНВД начинает подавать топливо, называется началом подачи (или закрывания канала). Этот момент времени подбирается в соответствии с периодом задержки воспламенения (или просто задержкой воспламенения). Они являются переменными параметрами, которые зависят от конкретного рабочего режима. Период задержки впрыска определяется как период между началом подачи и началом впрыска, а период задержки воспламенения — как период между началом впрыска и началом сгорания. Начало впрыска определяется как угол поворота коленчатого вала в области ВМТ, в которой форсунка впрыскивает топливо в камеру сгорания.

Начало сгорания определяется как момент воспламенения топливо-воздушной смеси, на который может влиять начало впрыска. У ТНВД регулировка начала подачи (закрывания канала) в зависимости от числа оборотов лучше всего осуществляется с помощью устройства опережения впрыска.

Назначение устройства опережения впрыска

Из-за того, что устройство опережения впрыска непосредственно изменяет момент начала подачи, оно может быть определено как регулятор начала подачи. Устройство опережения впрыска (называемое еще муфтой опережения впрыска) эксцентрикового типа преобразует приводной крутящий момент, поступающий к ТНВД, в то же самое время, осуществляя свои регулирующие функции. Крутящий момент, требуемый ТНВД, зависит от размера насоса, количества плунжерных пар, количества впрыскиваемого топлива, давления впрыска, диаметра плунжера и формы кулачка. Тот факт, что крутящий момент привода имеет непосредственное влияние на характеристики опережения впрыска, следует учитывать при конструировании наряду с возможной отдачей мощности.

Если стоит ГБО (автомобиль на газу)

Основная причина установки газобаллонного оборудования на автомобиль — снижение затрат на топливо. Газ выходит практически в два раза дешевле высокооктанового бензина, и для многих это является весомым доводом к установке ГБО. Но есть пару моментов, на которые стоит обратить внимание. Полностью на газ перейти не получится, и необходимость в бензине всегда остаётся (прогрев, работа при повышенных нагрузках или просто газ закончился). Кроме того, газ расходуется быстрее и обладает повышенным октановым числом, из-за чего топливно-воздушная смесь может догорать на стадии выпуска и оказывать негативное термическое воздействие на выпускной тракт. Так что оптимизация зажигания и процесса горения топливной смеси на автомобилях ГБО является одной из основных задач к решению, а правильная настройка оборудования поспособствует ещё большей экономии топлива.

Конструкция устройства опережения впрыска

Устройство опережения впрыска для рядного ТНВД устанавливается непосредственно на конце кулачкового вала ТНВД. В основном различаются между собой устройства опережения впрыска открытого типа и закрытого типа.

Устройство опережения впрыска закрытого типа имеет собственный резервуар для смазывающего масла, который делает устройство независимым от системы смазки двигателя. Открытая конструкция подсоединена непосредственно к системе смазки двигателя. Корпус устройства прикреплен винтами к зубчатой шестерне, а компенсирующие и регулировочные эксцентрики установлены в корпусе так, что они свободно поворачиваются. Компенсирующие и регулировочные эксцентрики направляются штифтом, который жестко соединен с корпусом. Кроме более низкой цены, «открытый» тип имеет еще преимущество в том, что ему нужно меньше места, и он более эффективно смазывается.

Принцип работы устройства опережения впрыска

Устройство опережения впрыска приводится в движение зубчатой шестерней, которая установлена в кожухе привода газораспределительного механизма двигателя. Соединение между входом и выходом для привода (ступицей) осуществляется через блокировочные пары эксцентриковых элементов.

Наибольшие из них, регулировочные эксцентриковые элементы (4) расположены в отверстиях в стопорном диске (8), который, в свою очередь, крепится болтами к элементу привода (1). Компенсирующие эксцентриковые элементы (5) установлены в регулировочные эксцентриковые элементы (4) и направляются ими и болтом в ступицы (6). С другой стороны, болт ступицы непосредственно соединен со ступицей (2). Грузики (7) соединены с регулировочным эксцентриковым элементом и удерживаются в исходных положениях пружинами с переменной жесткостью.

Рис. а) В начальном положении; b) Низкие обороты; с) Средние обороты; d) Конечное положение при высоких оборотах; а — угол опережения впрыска.

Что такое позднее и раннее зажигание?

Угол опережения должен иметь строго определенные величины и их нарушение как раз называется поздним и ранним зажиганием.

Позднее зажигание мы частично уже рассмотрели в теории. Этот термин обозначает, что воспламенение происходит с запозданием, когда поршень уже максимально приблизился до ВМТ или уже достиг ее.

В результате смесь в цилиндре не успевает полноценно сгореть до начала рабочего хода.

Раннее же зажигание — полная противоположность позднему. То есть воспламенение смеси происходит, когда поршень находится далеко до ВМТ.

В результате получается, что энергия уже выделилась, а поршень ВМТ еще не прошел, и вместо полезного действия она выполняет негативное – противодействует поршню (он еще движется вверх, а энергия уже давит на него).

ТНВД размера М

Рис. ТНВД размера М

Рис. 1. Нагнетательный клапан; 2. Гильза; 7. Кулачковый вал; 8. Кулачок.

ТНВД размера М является самым маленьким насосом в ряду рядных ТНВД. Он имеет корпус из легкого сплава и укреплен на двигателе с помощью фланца. Доступ к внутренней части насоса возможен после снятия пластины основания и боковой крышки, и поэтому насос размера М определяется как ТНВД открытого типа. Пиковое давление впрыска ограничивается величиной 400 бар.

После снятия боковой крышки насоса количество подаваемого топлива плунжерных пар может быть отрегулировано и установлено на одинаковом уровне. Индивидуальная регулировка осуществляется перемещением зажимных деталей на тяге управления (4).

При работе установка плунжеров насоса и вместе с ними количества подаваемого топлива регулируется тягой управления в диапазоне, определяемом конструкцией насоса. Тяга управления ТНВД размера М является круглым стальным стержнем с плоскостью, на котором установлены зажимные элементы (5) с проточками. Рычаги (3) плотно соединяются с каждой втулкой управления, а стержень, приклепанный к его концу, входит в проточку зажимного элемента тяги управления. Эта конструкция известно как рычажное управление.

Плунжеры ТНВД находятся в непосредственном контакте с роликовыми толкателями (6), а регулировка предварительного хода осуществляется подбором роликов с соответствующими диаметрами для толкателя.

Смазка ТНВД размера М осуществляется путем обычной подачи масла от двигателя. ТНВД размера М выпускается с 4,5 или 6 плунжерными парами (4-, 5- или 6-цилиндровый ТНВД) и предназначен только для дизельного топлива.

ТНВД размера А

Рис. ТНВД размера А

Рядные ТНВД размера А с большим диапазоном подачи следуют непосредственно после ТНВД размера М. Этот насос также имеет корпус из легкого сплава и может быть соединен с двигателем фланцем или на раме. ТНВД типа А также имеет «открытую» конструкцию, а гильзы (2) насоса вставлены прямо сверху в алюминиевый корпус, причем нагнетательный клапан (1) в сборе запрессован в корпус ТНВД с помощью держателя клапана. Давление уплотнения, которое намного больше гидравлического давления при подаче, должно поглощаться корпусом ТНВД. По этой причине пиковое давление впрыска ограничивается величиной 600 бар.

В отличие от ТНВД типа М, ТНВД типа А снабжен регулировочным винтом (с контргайкой) (7) в каждом роликовом толкателе (8) для установки предварительного хода.

Для регулировки количества подаваемого топлива с помощью управляющей рейки (4) ТНВД типа А, в отличие от ТНВД типа М, оснащен управлением с помощью шестерни вместо рычажного управления. Зубчатый сегмент, зажатый на втулке управления (5) плунжера, находится в зацеплении с управляющей рейкой и для регулировки плунжерных пар на одинаковую подачу фиксирующие винты нужно отпустить, а втулку управления повернуть относительно зубчатого сегмента и, таким образом, относительно управляющей рейки.

Все регулировочные работы на этом типе ТНВД должны проводиться на насосе, установленном на стенде и с открытым корпусом. Подобно ТНВД М, ТНВД типа А имеет боковую подпружиненную крышку, которую для получения доступа к внутренней части ТНВД нужно снять.

Для смазки ТНВД соединяется с системой смазки двигателя. ТНВД типа А выпускается в вариантах с числом цилиндров до 12, и, в отличие от ТНВД типа М, подходит для работы на топливах различного типа (а не только на дизельном).

Проверка правильности установки

Для проверки правильности установки угла опережения поступить можно так: выезжаем на ровный участок дороги и ускоряемся до 50 км/ч.

Проезжаем немного, чтобы работа двигателя стабилизировалась, а после резко ускоряемся (хорошо жмем на педаль газа), при этом слушаем поведение мотора.

При резком ускорении должен появиться металлический стук. Если этот стук быстро пропадает, это указывает на правильную установку зажигания.

В случае, когда при ускорении он вообще не появился, то это сигнализирует о позднем зажигании.

А вот если стук слышно очень долго, то зажигание — раннее.

ТНВД размера WM

Рис. ТНВД размера WM

Рядный ТНВД размера (типа) MW был разработан для удовлетворения потребности в повышенном давлении. ТНВД MW является рядным ТНВД закрытого типа, а его пиковое давление впрыска ограничивается величиной 900 бар. Он также имеет корпус из легкого сплава и крепится к двигателю с помощью рамы, плоского основания или фланца.

Конструкция ТНВД MW заметно отличается от конструкции ТНВД типов А и М. Основная разница состоит в использовании плунжерной пары, включающей в себя гильзу (3), нагнетательный клапан и держатель нагнетательного клапана. Она собрана вне двигателя и вставлена сверху в корпус ТНВД. На ТНВД MW держатель нагнетательного клапана вкручен непосредственно в гильзу, которая выступает вверх. Предварительный ход регулируется с помощью регулировочных шайб, которые вставляются между корпусом и гильзой с клапаном в сборе. Регулировка однородной подачи отдельных плунжерных пар производится снаружи ТНВД поворотом плунжерных пар. Фланцы крепления плунжерных пар (1) для этой цели снабжены пазами.

Рис. 1. Фланец крепления для плунжерной пары; 2. Нагнетательный клапан; 3. Гильза; 4. Плунжер; 5. Управляющая рейка; 6. Втулка управления; 7. Роликовый толкатель; 8. Кулачковый вал; 9. Кулачок.

Положение плунжера ТНВД остается неизменным, когда гильза в сборе с нагнетательным клапаном (2) поворачивается. ТНВД типа MW выпускается в версиях с числом гильз до 8 (8-цилиндровый) и подходит для различных способов крепления. Он работает на дизельном топливе, а смазка осуществляется через систему смазки двигателя.

Снижение оборотов регулятора

Каждый двигатель имеет кривую (характеристику) крутящего момента в соответствии с его максимальной отдачей мощности. Каждое значение оборотов двигателя связано с данным максимальным крутящим моментом. Если нагрузка на двигатель снимается при данных оборотах двигателя, а управляющая рейка соответствующим образом не регулируется, то обороты двигателя могут лишь увеличиваться в пределах управляемого диапазона до числа, определенного заводом-изготовителем двигателя (т.е. от nv — оборотов при полной нагрузке до n1 — низких оборотов холостого хода). Увеличение оборотов двигателя пропорционально изменению нагрузки, т.е. чем больше уменьшение нагрузки двигателя, тем больше увеличение оборотов двигателя.

Этот эффект известен как эффект снижения оборотов и относится к регуляторам с характеристикой снижения оборотов. Снижение оборотов регулятора в основном относится к максимальным оборотам при полной нагрузке (нормированные обороты) и подсчитывается следующим образом:

б = (n10-nv0) / nv0 или б (n10-nv0) / nv0 * 100%

где б — коэффициент снижения оборотов, его называют также просто снижением оборотов); n10 — повышенных оборотов холостого хода (максимальных); nv0 — число максимальных оборотов при полной нагрузке.

Говоря в общем, достаточно большое снижение оборотов увеличивает стабильность общего контура (цепи) управления (регулятор, двигатель и приводимый им в движение агрегат или автомобиль). С другой стороны, снижение оборотов ограничивается условиями работы. Для примера: примерно от 0 до 5% — для двигателей генераторных установок и примерно от 6 до 15% — для автомобильных двигателей.

Рис. Обороты при полной нагрузке с соответствующим управлением оборотами холостого хода: 1. Крутящий момент Md; 2. Обороты двигателя.

Рис. Увеличение оборотов для различных снижений оборотов: 1. Крутящий момент Md; 2. Обороты двигателя; слева — малое снижение оборотов; справа — большое снижение оборотов.

Рис. Снижение оборотов регулятора R Q V: 1. Снижение оборотов; 2. Обороты ТНВД

На рисунках введены следующие обозначения:

• nvu — минимальные обороты при полной нагрузке,
• nu — любое значение оборотов при полной нагрузке,
• nv0 — максимальные обороты при полной нагрузке,
• n — низкие обороты на холостом ходу,
• n1 — любое значение оборотов на холостом ходу.
• n10 — повышенные обороты холостого хода (максимальные).

На рисунке показана практическая иллюстрация эффектов снижения оборотов. При установке требуемых оборотов двигателя на фиксированной величине, действительное число оборотов двигателя изменяется в пределах области снижения оборотов, когда нагрузка двигателя изменяется.

Рис. 1. Крутящий момент Md; 2. Обороты двигателя, n; 3. Диапазон снижения оборотов; 4. Максимальная разница в оборотах; 5. Реальные обороты; 6. Полная нагрузка; 7. Частичная нагрузка; 8. Отсутствие нагрузки; 9. Время t; 10. Установочные обороты.