Потужність дизельного двигуна істотно залежить від кількості палива, що впорскується. Рядний ПНВТ завжди повинен дозувати кількість палива, що подається, відповідно до навантаження.

Для хорошої підготовки суміші ПНВТ має дозувати паливо максимально точно, впорскуючи його під дуже високим тиском відповідно до порядку роботи циліндрів двигуна. Оптимальне співвідношення витрати палива, рівень шуму роботи та емісії шкідливих речовин у відпрацьованих газах вимагає точності порядку 1° кута повороту колінчастого валу по моменту початку впорскування.

Для керування моментом початку впорскування та компенсації часу на прохід хвилі тиску палива через підвідну магістраль у стандартному рядному ПНВТ використовується муфта випередження впорскування, яка зі збільшенням частоти обертання колінчастого валу змінює момент початку подачі палива у напрямку «раніше». В окремих випадках передбачено управління випередженням впорскування в залежності від навантаження на двигун. Навантаження та частота обертання колінчастого валу регулюються зміною величини циклової подачі палива.

Рядні ПНВТ діляться на два типи: стандартні та з додатковою втулкою.

Розташування та привід

Рядний ПНВТ встановлюється безпосередньо на дизельний двигун, який приводить кулачковий вал ПНВТ. Частота обертання цього валу на двотактних двигунах співпадає з частотою обертання колінчастого валу, а на чотиритактних становить половину від частоти обертання колінчастого валу і дорівнює частоті обертання розподільного валу двигуна.

Для забезпечення високого тиску впорскування механізм передачі крутного моменту від двигуна до ПНВТ повинен бути по можливості «жорстким».

Для змащення рухомих деталей (наприклад, кулачкового валу, роликових штовхачів тощо) в ПНВТ із системи мащення двигуна подається певна кількість оливи, яка під час роботи двигуна змащує деталі ПНВТ.

Конструкція та принцип дії

Рядні ПНВТ мають власний кулачковий вал, який встановлений в алюмінієвому чи чавунному корпусі. Він з'єднується з двигуном або безпосередньо, або через з'єднувальний вузол і муфту випередження впорскування.

Кількість кулачків на кулачковому валу ПНВТ відповідає числу циліндрів двигуна. Над кожним кулачком знаходиться роликовий штовхач з тарілкою пружини. Тарілка передає зусилля від штовхача на плунжер, а пружина повертає його у вихідне положення. Гільза (втулка) плунжера є напрямною, в якій плунжер здійснює зворотно-поступальний рух. Поєднання втулки та плунжера утворює насосний елемент, або плунжерну пару.

Конструкція плунжерної пари

Плунжерна пара складається з плунжера і гільзи. Гільза має один або два підвідних канали (при двох каналах один з них виконує функції підвідного і перепускного), які з'єднують порожнину всмоктування з камерою високого тиску плунжерної пари. Над плунжерною парою знаходиться штуцер з посадковим конусом нагнітального клапана. Рейка, що рухається в корпусі ПНВТ, обертає зубчастий сектор, керуючи тим самим регулюючою втулкою плунжера. Переміщення самої рейки визначається регулятором частоти обертання колінчастого валу. Це дозволяє точно дозувати величину циклової подачі. Повний хід плунжера незмінний. Активний хід і пов'язана з ним величина циклової подачі можуть змінюватися поворотом плунжера, який здійснюється за допомогою регулюючої втулки.

Плунжер має поряд з поздовжньою канавкою ще й спіральну канавку. Утворювана таким чином коса кромка на поверхні плунжера називається регулюючою кромкою.

Якщо величина тиску впорскування не перевищує 600 бар, достатньо однієї регулюючої кромки, для великих значень тиску впорскування необхідний плунжер з двома регулюючими кромками, відфрезерованими з протилежних сторін плунжера. Їх наявність знижує знос плунжерної пари, оскільки плунжер з однією регулюючою кромкою під тиском притискається до одного боку гільзи, збільшуючи її зношування.

У гільзі плунжера розміщено один або два отвори для підведення та зворотного зливу палива.

Плунжер притертий до гільзи так щільно, що пара герметична без додаткових ущільнень навіть при дуже високих тисках і низьких частотах обертання колінчастого валу. Через це замінюватися можуть лише комплектні плунжерні пари.

Розмір можливої ​​подачі палива залежить від робочого об'єму пари. Максимальне значення тиску впорскування у форсунки може становити, в залежності від конструкції, 400...1350 бар.

Кутовий зсув кулачків на кулачковому валу гарантує точне поєднання впорскування з фазовим зсувом процесів по циліндрах двигуна відповідно до порядку його роботи.

Принцип дії плунжерної пари

Обертання кулачкового валу ПНВТ перетворюється безпосередньо на зворотно-поступальний рух роликового штовхача, що приводить в дію плунжер.

Рух плунжера у напрямку його ВМТ називається ходом нагнітання. Зворотна пружина повертає плунжер до його НМТ. Пружина розрахована так, що навіть при максимальних частотах обертання кулачкового валу ПНВТ ролик не відходить від кулачка; відскок і разом з ним удар ролика по кулачку при тривалій експлуатації призвели б до руйнування поверхонь кулачка або ролика.

Плунжерна пара працює за принципом перетікання палива з керуванням регулюючою кромкою.

У НМТ плунжера підвідний канал гільзи і канал зливу палива відкриті. Завдяки їм паливо може перетікати під тиском підкачування із порожнини впуску в камеру високого тиску. При русі вгору плунжер закриває отвір підвідного каналу своїм верхнім торцем. Цей хід плунжера називається попереднім. При подальшому русі плунжера вгору тиск зростає, що призводить до відкриття нагнітального клапана над плунжерною парою.

При застосуванні нагнітального клапана постійного об'єму плунжер додатково здійснює втягуючий хід. Після відкриття нагнітального клапана паливо під час активного ходу через магістраль високого тиску направляється до форсунки, яка впорскує точно дозовану кількість палива в камеру згоряння двигуна.

Коли регулююча кромка плунжера відкриває канал перепуску, активний хід плунжера завершується. З цього моменту паливо у форсунку не нагнітається, оскільки під час залишкового ходу воно через поздовжню і спіральну канавки з камери високого тиску направляється в перепускний канал. Тиск у плунжерній парі при цьому падає.

Після досягнення ВМТ плунжер змінює напрямок свого руху на протилежний. Паливо при цьому через спіральну та поздовжню канавки надходить назад із перепускного каналу в камеру високого тиску. Це відбувається доти, доки регулююча кромка знову не перекриє перепускний канал. При продовженні зворотного ходу плунжера над ним виникає область низького тиску. Зі звільненням підвідного каналу верхнім торцем плунжера паливо знову надходить в камеру високого тиску. Цикл починається знову.

Регулювання циклової подачі

Величину циклової подачі палива можна регулювати зміною активного ходу кромки. Для цього рейка через регулюючу втулку плунжера повертає сам плунжер таким чином, що регулююча кромка може змінювати момент закінчення нагнітання і разом з тим величину циклової подачі (регулювання по закінченню впорскування).

У крайньому положенні, що відповідає нульовій подачі, поздовжня канавка знаходиться безпосередньо перед перепускним каналом. Внаслідок цього тиск у камері високого тиску плунжерної пари під час всього ходу плунжера дорівнює тиску в порожнині всмоктування і нагнітання палива не відбувається. У це положення плунжер приводиться, якщо двигун має бути зупинено.

При середній подачі плунжер встановлюється у проміжне положення (по регулюючій кромці).

Повна подача стає можливою лише за умови встановлення максимального активного ходу плунжера.

Передача руху від рейки на плунжер може здійснюватися через зубчасту рейку на зубчастий сектор, закріплений на регулюючій втулці плунжера, або через рейку з направляючими шліцами на штифт або сферичну головку на регулюючій втулці плунжера.

Плунжерна пара зі зворотним відведенням палива

Якщо система мащення ПНВТ приєднана до системи мащення двигуна, то за певних обставин просочування палива може призвести до розрідження моторного масла. Плунжерні пари зі зворотним відведенням палива, що просочується в порожнину впуску ПНВТ, значною мірою перешкоджають цьому. Існують два варіанти:

• кільцева канавка в плунжері збирає паливо, що просочилося, і відводить його по розташованій у плунжері канавці назад у порожнину впуску;

• паливо, що просочилося, перетікає з кільцевої канавки і канал в гільзі назад в порожнину впуску.

Види плунжерів

Спеціальні вимоги, такі як зниження рівнів шуму або емісії відпрацьованих газів, роблять необхідним зміну моменту початку подачі в залежності від навантаження на двигун. Плунжери, які мають додатково до нижньої регулюючої кромки аналогічну верхню кромку, дають можливість керувати моментом початку подачі. Для покращення пускових властивостей деяких типів двигунів використовуються спеціальні плунжери з пусковою канавкою. Ця канавка у вигляді додаткової виїмки у верхній частині плунжера діє тільки в його пусковому положенні. Вона дозволяє забезпечити пізніше впорскування, на 5...10° кута повороту колінчастого валу.

Форми кулачка

Різні види камер згоряння і процесів, що відбуваються там, вимагають індивідуальних умов впорскування. Відповідно для кожного типу дизельного двигуна потрібно спеціально розраховувати цей процес. Швидкість плунжера (а разом із нею і тривалість упорскування) залежить від профілю кулачка. Існують різні види профілів кулачка, які можуть вибиратися на основі розрахунку для покращення таких характеристик, як «закон упорскування» та «протікання тиску впорскування».

Використовують також різні профілі «збігаючої», або тильної ділянки кулачка: симетричні кулачки, кулачки з ексцентричним профілем тильної частини і кулачки з м'яким профілем тильної частини, що перешкоджають пуску двигуна в небажаному напрямку обертання колінчастого валу.

Нагнітальний клапан

Між плунжерною парою ПНВТ та магістраллю високого тиску розташований нагнітальний клапан. Його завдання – у контурі високого тиску відокремити від магістралі порожнину над плунжером ПНВТ. Крім того, після впорскування клапан розвантажує магістраль шляхом зниження тиску до певного статичного рівня, що дозволяє швидко і ефективно замкнути розпилювач форсунки та запобігти небажаному підвпорскуванню палива в камеру згоряння.

У процесі нагнітання замикаючий конус нагнітального клапана піднімається з сідла в напрямній втулці під дією збільшення тиску палива, яке подасться через корпус клапана в магістраль високого тиску. Як тільки регулююча кромка плунжера ПНВТ, керуючи процесом впорскування, відкриває перепускний канал, тиск у магістралі падає, при цьому зворотна пружина переміщує конус клапана у вихідне положення, притиснувши його назад до сідла. Таким чином, порожнина над плунжером ПНВТ та магістраль високого тиску виявляються розділеними до наступного циклу нагнітання.

Нагнітальний клапан постійного об'єму без перепускного дроселя

У нагнітальному клапані постійного об'єму частина його стрижня виконана у вигляді розвантажувального пояска, який входить до напрямної втулки з мінімальним зазором. При черговому циклі подачі палива розвантажувальний поясок разом з конусом клапана піднімається над напрямною втулкою, відкриваючи паливу вільний доступ в магістраль, що веде до форсунок. Коли під дією зворотної пружини клапан займає вихідне положення, розвантажувальний поясок разом із конусом відсікає порожнину над плунжером ПНВТ від магістралі високого тиску.

Щоб забезпечити більш рівномірний процес подачі палива, в окремих випадках передбачається вирівнюючий елемент клапана. Він являє собою додаткову лиску на розвантажувальному пояску. З її допомогою вирівнюється тиск з обох боків розвантажувального пояска.

Нагнітальний клапан постійного об'єму з перепускним дроселем

Клапан постійного об'єму з перепускним дроселем може використовуватися замість клапана постійного об'єму з замикаючим конусом з розвантажувальним пояском. Завдання перепускного дроселя - демпфувати і робити нешкідливими зворотні хвилі тиску палива, які виникають при закритті форсунки розпилювача. Завдяки цьому зменшують або зовсім запобігають зносу розпилювача і кавітації палива в порожнині над плунжером ПНВТ, а також небажані підвпорскування палива в циліндр.

Перепускний дросель становить одне ціле з верхньою частиною пластини клапана, тобто розташовується між клапаном постійного об'єму та магістраллю високого тиску. Пластина клапана має визначений умовами експлуатації калібрований отвір (дросель), розміри якого такі, що, з одного боку, забезпечують бажане дроселювання, а з іншого - зменшують коливання зворотних хвиль палива. У бік нагнітання клапан відкривається і не забезпечує у цьому напрямі ніякого дроселювання. Клапан, розрахований на тиск до 800 бар, має циліндричну форму, а для більших величин тиску - форму направляючого конуса.

ПНВТ, що оснащені клапаном з перепускним дроселем є «відкритими» системами, тобто при ході навантаження та розвантаження тиск у магістралі відповідає тиску в порожнині подачі та становить мінімум 3 бари.

Клапан постійного тиску

Клапан постійного тиску застосовується в ПНВТ при високих тисках впорскування. Він складається з елементів нагнітального клапана та вбудованого в його конус клапана постійного тиску. Завдання усієї системи полягає у підтримці по можливості постійного тиску в магістралі між упорскуваннями за будь-яких робочих умов. Наявність клапана постійного тиску призводить до зменшення кавітації, поліпшення гідравлічної стабільності потоку та пов'язаної з цим точності впорскування.

Під час нагнітання клапан діє як звичайний нагнітальний клапан. В кінці нагнітання кулька під дією зворотних хвиль тиску палива відкриває магістраль і система діє як нагнітальний клапан з перепускним дроселем. При знятті тиску зворотна пружина закриває клапан і високий тиск магістралі залишається постійним.

Для надійної роботи клапана постійного тиску потрібна підвищена точність його встановлення. Такий клапан поставляється для ПНВТ з високим тиском (починаючи з 800 бар) та для малих швидкохідних дизельних двигунів з безпосереднім упорскуванням палива.