Система насос-форсунка

Более старый насос-форсунка от Lucas Industries
Насос-форсунка Delphi и его отдельные части
Цилиндр головки в VW Lupo 3L 1.2 TDI, блок форсунок управляются коромыслами

Насос - форсунка ( английский блок Инжектор Система ) представляет собой систему впрыска для двигателей внутреннего сгорания. Основная характеристика - отдельный ТНВД для каждого цилиндра в общем корпусе с форсункой . Таким образом исключаются напорные трубопроводы между насосом и форсункой, которые препятствуют быстрому нарастанию давления.

история

Рудольф Дизель уже задумал совместить топливный насос и форсунку. В 1905 году Карл Вайдманн получил патент на систему насос-форсунка, в 1911 году - Фредерик Лэмплаф. В то время в дизельных двигателях топливо не впрыскивалось в цилиндр, а продувалось сжатым воздухом ( впрыск воздуха ). Первые коммерчески успешные системы насос-форсунка были разработаны CD Salisbury для компании Winton Engine . Оборудованные им двигатели работали на локомотивах и подводных лодках. В 1934 году у Артура Филдена была система насос-форсунка, используемая в двухтактных дизельных двигателях GM Diesel Division с 1938 года. Он использовался в дизельных двигателях кораблей и грузовиков с 1950-х годов. В этих двигателях насосы механически приводятся в движение расположенным ниже распределительным валом через толкатели, толкатели и коромысла. Сын Проспер L'Oranges также предпринял разработки в этом направлении.

Volvo представила первый двигатель с электронно-управляемой системой насос-форсунка на своем грузовике FH 12 в 1993 году. Его 12-литровый двигатель D12A с четырьмя клапанами на цилиндр был оснащен верхним распределительным валом. Насосные форсунки, которые Volvo называет держателями форсунок, устанавливаются непосредственно над камерой сгорания и приводятся в действие верхним распределительным валом и управляются электрически с помощью блока управления.

Из-за законодательно требуемого сокращения выбросов выхлопных газов, которое до 1990-х годов было обычным для автомобильных систем впрыска дизельного топлива (распределителя и рядного ТНВД), главным образом из-за относительно длинных трубопроводов высокого давления и связанного с ними ограничения, повышение давления было невозможным.

Таким образом, идея системы насос-форсунка от Bosch для Volkswagen была взята на вооружение, доработана и использована в дизельных двигателях легковых автомобилей Volkswagen Group с 1998 года. Обозначение двигателя - VW EA188 . Первым автомобилем с технологией насос-форсунка был VW Passat B5 с 1,9-литровым двигателем мощностью 85 кВт.

В то же время Magneti Marelli разработала систему впрыска Common Rail (CR) для Fiat с общей линией высокого давления для всех цилиндров. С его помощью можно лучше варьировать время, продолжительность и количество процессов закачки. Таким образом, двигатели с CR соответствуют более низким нормам выбросов и работают более тихо. Системы CR обходятся дешевле в производстве, чем системы «насос-форсунка», и их экономическая выгода увеличивается с увеличением количества цилиндров. Максимальные давления впрыска в системах теперь такие же. С 2008 года VW Group также постепенно переоборудовала свои дизельные двигатели на впрыск CR.

принцип

Как и в случае с распределительными и рядными ТНВД, но в отличие от системы Common Rail, давление впрыска в системе насос-форсунка создается отдельно для каждого цилиндра. Это делается в плунжерном насосе с поршнем, который приводится в действие собственным кулачком на распределительном валу .

Чтобы получить кривую давления, благоприятную для процесса нагнетания, необходимо резкое увеличение давления с течением времени. Для этого поршень нужно сильно разогнать. Это достигается чисто механически за счет овальной формы кулачка в сочетании с коромыслом или толкателем.

Создание давления в пространстве под поршнем, в пространстве плунжера, можно контролировать , открывая и закрывая соленоидный клапан или клапан, приводимый в действие пьезоприводом . Когда клапан закрыт, поршень создает давление, и топливо впрыскивается через клапан впрыска . При открытии регулирующего клапана процесс впрыска прерывается, поэтому для хорошего сгорания необходимы как можно более быстрое падение давления и внезапное прерывание процесса впрыска. Пьезоэлектрические приводы работают до трех раз быстрее, чем магнитные приводы. Например, VW Passat 2.0 TDI 2005 года выпуска (125 кВт / 170 л .

преимущества

  • Поскольку давление в блоке насос-форсунка (PDE) - и, следовательно, давление впрыска - создается кулачками распределительного вала , энергия привода, необходимая для этого, может генерироваться только в области, соответствующей впрыску.
  • Системы насос-форсунка менее восприимчивы, чем системы впрыска Common Rail (без насоса высокого давления, без Rail). Выход из строя насос-форсунки не обязательно приводит к остановке двигателя.
  • Высокое давление способствует тонкому запотеванию топлива, подаваемого клапанами впрыска. Меньшие капли означают меньшее отношение объема к площади поверхности, что может привести к меньшему образованию сажи.
  • Принцип герметичности поршня PDE позволяет использовать почти все виды топлива (бензин, спирт, этанол, сжиженный нефтяной газ, биотопливо и т. Д.).
  • При выходе из строя клапана впрыска (заклинивание иглы форсунки или загрязнение форсунки) топливо не может постоянно поступать в камеру сгорания.
  • Система насос-форсунка позволяет достичь высокой удельной мощности более 60 кВт / л.

недостаток

  • Максимальное давление на сопле зависит от формы кулачка. Таким образом, впрыск может быть запущен (с точки зрения времени, то есть с точки зрения угла поворота), пока кулачок толкает поршень насоса внутрь. Это означает, что диапазон возможного времени впрыска ограничен определенным диапазоном около верхней мертвой точки .
  • Усилий много, так как на каждый цилиндр требуется отдельный насос.
  • Поскольку момент времени и количество впрыска не могут быть изменены мелкими шагами, а предварительный впрыск и последующий впрыск возможны только в ограниченной степени, работа двигателя считается плохо управляемой. Кроме того, температура выхлопных газов не может изменяться достаточно быстро. Это необходимо для достижения норм выбросов выше EURO 4.
  • Поскольку повышение давления в блоке насос-форсунка (PDE) должно происходить как можно быстрее, энергия привода, необходимая для этого, может быть приложена только в области, соответствующей впрыску. Связанная с этим высокая динамическая нагрузка из-за изменяющегося повышения давления в отдельном PDE требует, чтобы распределительный вал и его конструкция привода были рассчитаны соответствующим образом. Поэтому для привода распределительного вала необходим широкий зубчатый ремень или прямозубая шестерня . Из-за своей высокой жесткости на растяжение и низкой демпфирующей способности цепи не могут передавать высокие пики нагрузки, и они ломаются.

литература

  • Питер Геригк, Детлев Брун, Дитмар Даннер: Автомобильная инженерия. 3-е издание, Westermann Schulbuchverlag GmbH, Брауншвейг 2000, ISBN 3-14-221500-X .
  • Макс Бонер, Ричард Фишер, Рольф Гшайдле: Опыт в области автомобильных технологий. 27-е издание, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten 2001, ISBN 3-8085-2067-1 .
  • Карл-Хайнц Дитше, Томас Йегер, Роберт Бош ГмбХ: автомобильная обложка в мягкой обложке. 25-е ​​издание, Фридр. Vieweg & Sohn Verlag, Wiesbaden 2003, ISBN 3-528-23876-3 .

веб ссылки

Индивидуальные доказательства

  1. ↑ Патент US1981913 : перекачка топлива. Подана 5 мая 1933 г. , опубликована 27 ноября 1934 г. Заявитель: General Motors Corp., изобретатель: Артур Филден. ‌
  2. ^ A b c Ханс-Герман Браесс, Ульрих Зайфферт: Справочник Vieweg по автомобильным технологиям, Vieweg + Teubner. Висбаден. 2012. ISBN 9783834882981 . С. 240
  3. ↑ Франк Делука: История впрыска топлива (PDF): www.disa.it . Проверено 28 ноября 2009 года.