Плунжерный насос
На ранних конструкциях двигателей с впрыском топлива и искровым зажиганием использовались плунжерные насосы, по своей конструкции весьма близкие к насосам высокого давления, применяемым на дизелях. Как известно, у таких насосов нагнетающие топливо плунжеры приводятся в движение от установленного в корпусе насоса кулачкового валика. У наиболее распространенных насосов этого типа количество топлива, подаваемое за один ход — цикловая подача, — регулируется по схеме, приведенной на рис. 8, на котором показана втулка 1, в которой перемещается плунжер 2. Сопряжение втулка—плунжер имеет весьма малый зазор (0,5—1 мкм), чем гарантируется уплотнение надплунжерного пространства. Топливо из канала в корпусе насоса поступает внутрь втулки через боковое наполнительное окно 3. На плунжере имеются пазы — продольный 5 и кольцевой 4, а верхняя часть плунжера обработана так, что образуется спиральная кромка 6. Плунжер может не только перемещаться вверх и вниз, но и поворачиваться вокруг своей оси при помощи регулирующего механизма, состоящего из зубчатого венца и рейки. Когда плунжер находится в нижнем положении, топливо поступает через наполнительное окно в надплунжерную полость. При движении плунжера вверх (рис. 8, а) окно 3 перекрывается спиральной кромкой 6 и топливо из надплунжерной полости подается через нагнетательный клапан (на схеме не показан) к форсунке. Нагнетание топлива будет продолжаться, пока кольцевой паз 4 не подойдет к окну 3. При этом давление топлива над плунжером резко снизится и нагнетание его прекратится (рис. 8, б).
Рис. 8. Дозирование топлива в плунжерных насосах; насос с поворотом плунжера: начало подачи (а); окончание подачи (б); насос с переменным ходом плунжера (в)
Нетрудно заметить, что продолжительность нагнетания и, следовательно, объем вытесненного топлива обусловлен продолжительностью перекрытия окна 3, которая, в свою очередь, зависит от положения кромки 6 относительно окна. При повороте плунжера положение кромки относительно окна изменится; будет соответственно изменяться и цикловая подача. Если плунжер будет повернут так, чтобы продольный паз 5 совпал с окном 3, то при движении плунжера окно вообще не будет перекрываться и подача топлива прекратится. Очевидно, что в описанном насосе регулирование производится изменением начала подачи, конец подачи по углу поворота вала не изменяется.
В отличие от дизельных насосов в насосах для подачи бензина, ввиду малой его вязкости, применяются меры по уменьшению утечки топлива по зазору между плунжером и втулкой. Для этой цели обычно во втулке делается уплотнительная канавка, к которой подводится масло из системы смазки двигателя. С этой же целью может быть использован резиновый сальник — манжета; в этом случае зазор между втулкой и плунжером может быть значительно увеличен.
Насосы описанного типа выполняются обычно с расположением секций в корпусе в один ряд; за последние годы появились конструкции с V-образным двухрядным расположением секций, что хотя и усложняет насос, но уменьшает его длину. Последнее существенно для форсированных двигателей с двухрядным расположением цилиндров.
Насосы с регулированием подачи поворотом плунжеров выпускаются фирмами «Бош» (ФРГ) и «Спика» (Италия). Плунжерные насосы выпускаются также фирмой «Кугельфишер» (ФРГ). Они отличаются от описанных выше схемой регулирования (рис. 8, в). Плунжер 1 совершает только поступательное движение; секция имеет два клапана — впускной 2 и нагнетательный 3. Цикловая подача топлива регулируется путем перемещения рычага 4, который ограничивает ход плунжера вниз. Ход толкателя 5, приводимого от кулачка 6, остается постоянным, в то время как ход плунжера h будет зависеть от положения рычага 4. Подняв плунжер рычагом 4 вверх, можно вообще остановить его движение и, следовательно, прекратить подачу топлива. По мере опускания рычага подача топлива будет увеличиваться. И в этом насосе, как в описанном раньше, начало подачи топлива является переменным, а конец — постоянным. Насос Кугельфишер, так же как и насос Бош, имеет уплотнительные канавки 7, 8, заполняемые маслом от системы смазки двигателя.
Плунжерные насосы не могут всасывать топливо, поэтому для обеспечения их бесперебойного действия топливо из бака подается к плунжерному насосу специальным дополнительным насосом — подкачивающим. Подкачивающий насос, обычно шестеренчатого или коловратного типа, приводится в движение электродвигателем, подключаемым к системе электрооборудования автомобиля. Давление топлива, создаваемое подкачивающим насосом, составляет 1,0—1,4 кгс/см2. Постоянство давления поддерживается редукционным клапаном, перепускающим избыточное топливо из корпуса насоса обратно в бак. Циркуляция обеспечивает удаление из системы воздуха и паров, выделяющихся при нагреве топлива. Так как плунжерные насосы весьма чувствительны к находящимся в топливе загрязнениям, перед насосом обязательно включается достаточно эффективный фильтр.
Плунжерный насос, установленный на двигателе, обычно имеет шестеренчатый привод с передаточным отношением к коленчатому валу 1:2, В последнее время все чаще для привода насоса используют зубчатые ремни, что удешевляет и упрощает установку насоса на двигателе. В отличие от дизельных насосов, насосы двигателей с впрыском легкого топлива работают при гораздо меньших давлениях, а длительность впрыска у них может быть значительно больше. Поэтому для насосов систем впрыска Характерно применение кулачков весьма пологого профиля. Иногда используются кулачки, спрофилированные в виде простых эксцентриков. Для насосов, применяемых в системах впрыска, очень большое значение имеет равномерность подачи топлива всеми секциями на всех диапазонах работы двигателя. Обеспечение необходимой точности связано с преодолениями больших трудностей, как конструкторских, так и производственных.
Плунжерные насосы в системах впрыска используются в сочетании с закрытыми клапанными форсунками. Форма корпуса форсунки может быть весьма разнообразной, она определяется размещением форсунки во впускном канале (см. рис. 1), однако,
конструкция клапанного узла при этом изменяется мало. Типичная конструкция форсунки показана на рис. 9. В корпусе 1 установлено седло 2 конического клапана 3. Клапан удерживается в закрытом положении усилием пружины 4. Чтобы предотвратить загрязнение уплотняющего узла, на входе в форсунку устанавливается фильтр.
Рис. 9. Схематический разрез закрытой клапанной форсунки
Дозатор-распределитель
Переход к впрыску во впускной тракт открыл широкие возможности для создания систем низкого давления; к их числу относятся системы с дозатором-распределителем. В качестве основного и единственного насоса системы использован шестеренчатый электронасос, развивающий давление 7—9 кгс/см2. Гак как это давление более чем достаточно для обеспечения смесеобразования во впускном тракте, то задачами дозатора является подключение форсунок к напорной магистрали и отмеривание дозы поступающего на каждый цикл топлива.
Первая задача легко решается применением вращающегося золотника, соединяющего последовательно форсунки с напорной магистралью. Задача дозирования является значительно более сложной; она решается при помощи устройства, схема которого изображена на рис. 10. В корпусе 1 вращается золотник 2; поступающее от насоса топливо подается к каналам 3 и 4, форсунки присоединены к каналам 5 и б. Внутри осевого канала золотника помещен свободно движущийся плунжер 7, перемещения которого ограничены упорами 8 и 9. Топливо, поступая под давлением через канал 3 внутрь золотника слева, толкает плунжер направо (рис. 10, а). В результате топливо из правой полости будет выталкиваться в форсунку, присоединенную к каналу б. При повороте золотника на 180° (рис. 10, б) подаваемое насосом топливо будет давить на плунжер справа, вытесняя топливо из левой полости в идущий к форсунке канал 5. На четырехцилиндровом двигателе аналогичная система каналов будет повторена в плоскости, перпендикулярной плоскости разреза на рис. 10. Золотник должен иметь частоту вращения вдвое меньшую, чем частота вращения коленчатого вала двигателя. Количество поданного на каждый цикл топлива определяется ходом вытесняющего топливо плунжера 7, а ход плунжера ограничен упорами 8 и 9. Изменяя расстояние между упорами, можно изменять и величину цикловой подачи. В выполненных конструкциях один из упоров делается неподвижным (9 на рис. 10), а перемещение второго упора 8 используется для регулирования цикловой подачи. Дозатор-распределитель обеспечивает высокую равномерность распределения топлива по цилиндрам двигателя и стабильную топливоподачу от цикла к циклу.
Рис. 10. Дозирование топлива дозатором-распределителем
Дозатор-распределитель, так же как и плунжерные насосы, обычно используется с закрытыми клапанными форсунками.
Электромагнитная форсунка
Применение электромагнитных форсунок позволило использовать в системах впрыска электронное управление. Современные системы впрыска с электронным управлением относятся к системам низкого давления с циклической подачей топлива и применяются для впрыска во впускной тракт.
В системе используется электронасос коловратного или шестеренчатого типа, создающий давление 1,7—2 кгс/см2. Давление поддерживается постоянным, для чего служит редукционный клапан, перепускающий избыток топлива обратно в бак.
Электромагнитные форсунки являются быстродействующими клапанами, нормально находящимися в закрытом положении. При включении тока на обмотку электромагнита форсунки якорь притягивается, открывая топливу выход из корпуса форсунки во впускную трубу. Количество топлива, поданного за одно включение — цикловая подача — зависит от- перепада давления на клапане форсунки и длительности управляющего импульса тока.
Регулятор давления топлива
Основное достоинство устройств этого типа состоит в простоте топливоподающих узлов. Топливо нагнетается шестеренчатым или коловратным насосом, приводимым от вала двигателя. От насоса топливо поступает к регулятору давления, а отсюда — к форсункам. Часто используются открытые форсунки, представляющие собой простой жиклер, иногда с подводом воздуха для эмульсирования. Основной проблемой является регулирование давления топлива перед форсунками. Это давление зависит от давления, развиваемого насосом при данных частотах вращения двигателя и от величины перепуска топлива через дросселирующие элементы регулятора.