Электронные системы управления ТНВД распределительного типа фирмы Лукас

Система EPIC (Electronically Programmed Injection Control) электронного регулирования топливоподачи дизелей разработа­на фирмой Lucas в конце 1970-х годов. В настоящее время система EPIC устанавливается на дизели автомобилей Citroen, Mercedes-Benz, Peugeot, Ford и ряд других.

Система EPIC применяется как в ди­зелях с разделёнными камерами сгорания, давление впрыскива­ния топлива в которых может достигать 350 кгс/см², так и в дизелях с непосредственным впрыскиванием топлива с давлением до 1000 кгс/см².

Основой системы является топливный насос Lucas типа DPC с внутренним кулачковым механизмом (рис.5.62).

Рис 5.62. Общий вид ТНВД ЕPIC-80 фирмы Лукас:

1 – штуцер подвода топлива; 2 – сервопоршень регулирования угла опережения впрыскивания (УОВ); 3 – штуцер слива; 4 – седло шарикового клапана; 5 – электромагнит УОВ; 6 – болт-поводок кулачковой шайбы; 7 – электромагнит дренажа системы управления (СУ) ротором; 8 – электромагнит подачи СУ ротором; 9 – разъем; 10 – электромагнит прерывания топливоподачи (ТП); 11 – ротор; 12 – датчик осевого положения ротора; 13 – нагне­тательный штуцер; 14 – демпфирующий клапан; 15 – нагнетательный клапан; 16 – кулачковая шайба; 17 – средняя опо­ра; 18 – плунжеры; 19 – датчик углового положения вала; 20 – внешний шариковый подшипник; 21 – кольцо измерения частоты вала; 22 – внутреннее кольцо сферической опоры; 23 – роторно-лопастной топливоподкачивающий насос (ТПН); 24 – ролик кулачковой шайбы с толкателем; 25 – корпус привода; 26 – передний подшипник; 27 – приводной вал; 28 – адаптер регулировки УОВ; 29 – регулятор давления подкачки

Кор­пус ТНВД закрепляется на двигателе с помощью средних опор 17 и переднего адап­тера 28, допускающих поворот ТНВД вокруг оси для предварительной уста­новки УОВ. Приводной вал 27 на подшипниках 26 и 20 приводит во враще­ние роторно-лопастной топливоподкачивающий насос с четырьмя подпружиненными лопастями. Они обеспечивают при пусковой частоте коленчатого вала 180 об/мин давление подкачки 3 кгс/см², а свыше 500 об/мин – 8...9 кгс/см². Вал несет перфорированное кольцо 21 для измерения датчиком 19 положения вала. Вал заканчива­йся клиновыми захватами, приводящими во вращение сносно расположенный по длине насоса ротор 11. Ротор снабжен прецизионными отверстиями под два или четыре плунжера 18 и пазами под роликовые толкатели 24 (рис. 5.63).

Рис. 5.63. Механизм привода и регулирования цикловой подачи (позиции соответствуют рис. 5.62):

18 – плунжеры; 24 – ролик кулачковой шайбы с толкателем; 27 – приводной вал; 30 – клиновые захваты; 31 – выступы; 32 – скос на толкателе

Их ролики толкателей обкатывают внутренний профиль кулачковой шайбы 16, которая заставляет их сходиться для нагнета­ния топлива. Ротор снабжен тремя продольными разгружающими пазами. Кроме того, ротор имеет продольный паз-распределитель (на рис. 5.62 показан пунктиром). При схождении плунжеров распределитель сообщается с одним из нагнетательных клапанов 15, а при расхождении – с наполнительными каналами втулки ротора. В верхней части ТНВД располагаются электромагниты управления 5, 7, 10 и механизм 2 поворота кулачковой шайбы для изменения УОВ.

Высокое давление в ТНВД EPIC создаётся с помощью четырёх (двух) радиально расположенных плунжеров, которые вращаются вместе с роликами и толкателями (башмаками) внутри кулачковой обоймы. Регулирование подачи осуществляется посредством радиального смещения роликов по наклонной опорной поверхности толкателей при осевом переме­щении ротора.

Ротор 9, в держателе которого установлены плунже­ры высокого давления 2, находится под усилием пружины 10, которая в стационарном положении держит ротор на упоре, когда ход плунжеров имеет максимальную величину и обеспечивает максимальную подачу топлива (рис. 5.64,А).

При работе двигателя камера давления на конце ро­тора заполняется топливом, под давлением которого ротор перемещается, преодолевая сопротивление пружины, в сторону уменьшения подачи вплоть до достижения мини­мальной подачи (рис. 5.64, В).

Рис. 5.64. Положение ротора при максимальной и минимальной подачах топлива:

А – максимальная подача топлива; В – минимальная подача топлива; 1 – индуктивный датчик; 2 – упор; 3 – ротор; 4 – кольцо с внутренним кулачковым профилем

Механизм управления осевым положением ротора (т.е. цикловой подачи) показан на рис. 5.70. Топливо через входной штуцер поступает к ТПН, давление подкачки стабилизи­руется регулятором 29, и поступает к шариковому клапану электромагнита 8 подачи СУ положением ротора. При его открытии топливо поступает в торцевую полость ротора 37, повышая давление в ней. Сброс давления осуществляется шариковым клапаном электромагнитного клапана 7, топливо при этом сливается в корпус насоса и топливный бак через жиклер стабилизации положения ротора.

Открытые электромагнитные клапаны 7 и 8 на короткое время попеременно закрываются по командам блока управления, обеспечивая необходимое давление у торца ротора. Во время впрыскивания топлива оба регулирующих клапана закрыты.

Относительным временем открытия того или и иного электромагнитного клапана (скважность включения) регулируется электронным блоком управления, получающим входные частотные сигналы от датчика Холла 19, расположенного в ТНВД (рис. 5.62).

Положение ротора определяет величину цикловой подачи, соответствующей также температуре топлива. Сигнал осевого положения ротора передается индуктивным датчиком 12 (рис. 5.65), расположенным в торцевой полости ротора, в электронный блок управления, что обеспечивает межцикловую стабильность и точ­ность заданной (равномерной или индивидуальной) подачи по цилиндрам. При нормально отрегулированных форсунках неравномерность подачи по цилиндрам составляет 0,5 мм³ в интервале подач 10...50 мм.

На холостом ходу система EPIC обеспечивает индивидуальную подачу по цилиндрам, поэтому за один оборот вала ТНВД СУ подачей и положение ротора успевает перенастроиться для каждого ци­линдра. Время перемещения ротора от нулевой до максимальной подачи топлива составляет приблизительно 0,1 с, растягиваясь на несколько циклов впрыскивания в зависимости от частоты вращения коленчатого вала. Перемещение ротора осуществляется только в периоды между впрысками.

Датчик положения коленчатого вала с четырьмя метками (для 4 - цилиндрового дизеля) позволяет оператив­но диагностировать вырабатываемую каждым цилиндром мощность и кор­ректировать цикловую подачу, добиваясь баланса мощности по цилиндрам.

Для снижения пульсаций давления в канале дренажа имеется жиклер 36. Заданное давление и противодействие возвратной пружины между приводным валом и ротором, обусловливает его устойчивое положение.

Рис. 5.65. Гидравлическая схема управления подачей топлива (позиции соответствуют рис. 5.62):

А – подкачка топлива; В – управление УОВ; С – управление положением ротора; D – низкое давление в ТНВД; E – нагнетание топлива; F – вход топлива в ТНВД; 1 – штуцер подвода топлива; 3 – штуцер слива; 5 – электромагнит УОВ; 7 – электромагнит дренажа системы управления (СУ) ротором; 8 – электромагнит подачи СУ ротором; 10 – электромагнит прерывания ТП; 12 – датчик осевого положения ротора; 13 – нагне­тательный штуцер; 23 – роторно-лопастной ТПН; 29 – регулятор давления подкачки; 33 – датчик положения сервопоршня; 34 – жиклер стабилизации УОВ; 35 – жиклер стабилизации сервопоршня от нагнетания топлива; 36 – жиклер стабилизации положения ротора; 37 – торцевая полость ротора

В рабочей области перемещений ротора 2,5 мм (при геометрическом 4 мм) обеспечивается строгая линейность между перемещением и цикловой пода­чей. Крайнее внутреннее положение ротора соответствует минимальной по­даче, а полностью ее отключает электромагнит 10, перекрывая под­вод топлива к плунжерам. Он используется для остановки дизеля и включен в противоугонную систему.

Изменение УОВ достигается разворотом кулачковой шайбы 16 с помощью сервопоршня 2. Его положение обусловлено балансом момен­та с шайбы, усилия пружины и разницы давлений топлива на сервопоршень.

Электронный блок управления распознает положение роликов внутри кулачковой шайбы 16 по отношению к ВМТ по сигналу от датчика частоты вращения коленчатого вала и от датчика 33 положения сервопоршня. Датчик положения сервопоршня посылает в электронный блок управления сигнал, который определяет точный угол опережения впрыскивания по отношению к ВМТ такта сжатия.

Давление управления УОВ (В) определяется балансом расходов топлива в гидроцилиндр: оно постоянно сбрасывается на слив в корпус через жиклер 34, но и периодически поступает через электромагнитный клапан 5. Таким образом, уровень давления в гидроцилин­дре и, следовательно, УОВ обусловливается относительным временем откры­вания электромагнитного клапана 5, определяемого блоком управления.