Система с насос-форсунками (англ. Unit Injector System) — это система впрыска топлива для дизельных двигателей внутреннего сгорания.

Насос-Форсунка — это разработка подразделения GM Diesel, которое в настоящее время (2010) принадлежит Daimler AG. Система насос-форсунок была разработана в конце 1930-х годов и впервые использована в относительно низкоскоростных морских, железнодорожных и грузовых дизельных двигателях. Его существенная характеристика — отдельный впрыскивающий топливный насос для каждого цилиндра с очень короткими напорными линиями к форсунке. Насосы приводятся в движение механически с помощью толкателя и буферов.

Первый двигатель с электронным управлением инжекторных установок Volvo представил в своем грузовике FH 12 в 1993 году. Его 12-литровый двигатель D12A в 4-клапанной технологии был оснащен верхним распределительным валом и так называемыми насос-форсунками (инжекторными устройствами). Инжекторные устройства были установлены непосредственно над поршнем и приводились в действие верхним распределительным валом и управлялись электрическим блоком управления.

Учитывая установленное законами многих государств требование к уменьшению выбросов выхлопных газов, до 1990-х годов, системы впрыска топлива в дизельных автомобилях (распределительный и рядный ТНВД) были не эффективны из-за относительно высокого давления и связанного с ним ограничения диапазона давления.

Таким образом, Bosch «подхватил» идею насос-форсунки для Volkswagen, улучшил ее и стал использовать с 1998 года для дизельных двигателей в легковых автомобилях концерна VAG (Volkswagen Auto Group). Первый автомобиль с технологией насос-форсунок был VW Passat B5 с 1,9-литровым двигателем, который развивает 85 кВт.

В то же время, Magneti Marelli создал для Fiat систему Common-Rail, которая доказала, что она является технически лучшей. Между тем, допустимое давление впрыска системы CR и системы с насосом-форсункой равны. С 2008 года Volkswagen оснащает свои дизельные двигатели системой Common-Rail, с учетом ее стоимости и удобства.

В отличие от системы Common Rail, в системе с насос-форсункой, давление впрыска регулируется отдельно для каждого цилиндра. Процесс происходит в плунжерном насосе с поршнем, который приводится в действие соответствующими кулачками на распределительном валу и коромысле.

Чтобы обеспечить необходимое распределение давления в процессе впрыска требуется резкий подъем давления. При этом кинематика пути приведения в действия рабочего кулачка разработана таким образом, чтобы поршни могли перемещаться на высокой скорости. Это достигается абсолютно механически, благодаря овальной форме кулачка.

Повышение давления в пространстве под поршнем можно регулировать путем открытия и закрытия электромагнитного клапана или клапанов пьезо-привода. Если клапан закрыт, поршень создает давление, а топливо впрыскивается во впускной клапан. При открытии клапана, управление процессом впрыска нарушается и возможна резкая отмена процесса впрыска с быстрым падением давления. Пьезосиловой привод работает в три раза быстрее, чем магнитная пластина. Например, VW Passat 2.0 TDI, 2005 года (125 кВт/170 л.с.) имел систему впрыскивания насос-форсунками и с пьезоэлектрическими приводом клапанов, которые достигают пика давления 220 МПа.

Преимущества

Так как давление в системе с насос-форсункой, а также давление впрыска выполняется с помощью кулачков распределительного вала, энергия привода должна быть применена только к области впрыска. Системы с насосом-форсункой более отказоустойчивы, чем впрыски в системе Common-Rail (без насоса высокого давления, без рампы), так что выход из строя системы с насос-форсункой не обязательно приведет к остановке двигателя.

Высокое давление обеспечивает более тонкому распылению топлива форсунками. Небольшие капельки означают меньший процент объема к площади поверхности, что само по себе может привести к образованию меньшего количества сажи.

Дизельный двигатель с насос форсунками имеет хорошую эффективность и обеспечивает наиболее «горизонтальную» полку крутящего момента.

Плунжер PDE без уплотнения позволяет использовать почти все виды топлива (бензин, спирт, этанол, LPG, биотопливо и т.д.).

При отказе впускного клапана (заклинивание или засорение сопла), топливо не сможет непрерывно затекать в камеру сгорания.

Недостатки

Указано выше Кулачковая зависимость может вызвать впрыск (по времени, то есть, по углу вращения) только тогда, когда кулачок приводит в действие насос. Это означает, что диапазон возможных моментов впрыска ограничивается определенным диапазоном вокруг верхней мертвой точки, которая, несмотря на эффективность, не обеспечивает плавный ход (смотри ниже).

Система требует относительно больших затрат, так как она зависит от принципа, который требует отдельный насос для каждого цилиндра.

Поскольку момент впрыска и его количества не может быть изменен постепенно, этот процесс считается ограниченным. Кроме того, невозможно быстро изменить температуру выхлопных газов. Это необходимо для соблюдения норм EURO 4.

Если восстановление давления в системе с насосом-форсункой может быть выполнено резко, то необходимая движущая энергия применяется только к области впрыска. Соответствующие высокие динамические нагрузки путем изменения наращивания давления требуют соответствующее определение размера распределительного вала и конструкции привода. Приводу распределительного вала необходим широкий зубчатый ремень или цилиндрическое зубчатое колесо. Цепные приводы из-за высокой жесткости на растяжение и низкой демпфирующей способности могут не выдержать предельные нагрузки и порваться.

Будущее развитие

В то же время, система Common-Rail функционирует при максимальном давлении (более 2500 бар). Стоимость дизельного двигателя с насос-форсунками последнего поколения составляет около 100 евро — выше, чем у сопоставимого дизельного двигателя с системой Common-Rail.