Топливный насос высокого давления

Топливный насос высокого давления

Устройство топливных насосов высокого и низкого давления

Подобно человеческому сердцу, топливный насос обеспечивает циркуляцию горючего в топливной системе. Для бензиновых моторов эту роль выполняет электрический бензонасос, а для дизелей – топливный насос высокого давления (ТНВД).

Этот агрегат выполняет две функции: он нагнетает горючее в форсунки в строго определенном количестве и определяет момент начала его впрыскивания в цилиндры. Вторая задача аналогична изменению угла опережения зажигания у бензиновых моторов. Однако с тех пор, как появились аккумуляторные системы впрыска, момент впрыска регулируется электроникой, управляющей форсунками.

Основным элементом топливного насоса высокого давления является плунжерная пара. Подробно ее устройство и принцип работы в данной статье рассматриваться не будут. Если говорить коротко, то плунжерная пара – это длинный поршень небольшого диаметра (его длина в несколько раз превышает диаметр), и рабочий цилиндр, очень точно и плотно друг к другу подогнанные, зазор составляет максимум 1-3 мкм (по этой причине, в случае выхода из строя, меняется пара целиком). В цилиндре располагается один или два впускных канала, через них внутрь поступает топливо, которое затем выталкивается поршнем (плунжером) через выпускной клапан.

Принцип работы плунжерной пары схож с работой двухтактного двигателя внутреннего сгорания. Двигаясь вниз, плунжер создает разрежение внутри цилиндра и открывает впускной канал. Топливо, повинуясь законам физики, устремляется заполнить разреженное пространство внутри цилиндра. После этого поршень начинает подниматься. Вначале он перекрывает впускной канал, затем поднимает давление внутри цилиндра, вследствие чего открывается выпускной клапан, и горючее под давлением поступает к форсунке.

Типы топливных насосов высокого давления

Существует три типа ТНВД, они имеют разное устройство, но одно предназначение:

В первом из них, топливо в каждый цилиндр нагнетает отдельная плунжерная пара, соответственно, количество пар равно количеству цилиндров. Схема распределительного топливного насоса высокого давления, в значительной мере отличается от схемы рядного. Отличие заключается в том, что горючее нагнетается ко всем цилиндрам посредством одной или нескольких плунжерных пар. Магистральный насос нагнетает топливо в аккумулятор, из которого оно в последствии распределяется по цилиндрам.

В авто с бензиновыми двигателями, с системой непосредственного впрыска, горючее качает электрический топливный насос высокого давления, однако оно (давление) там в разы меньше.

Рядный топливный насос высокого давления

Как уже было сказано, он имеет плунжерные пары по числу цилиндров. Его устройство довольно просто. Пары размещены в корпусе, внутри которого имеются подводные и отводные топливные каналы. В нижней части корпуса находится кулачковый вал с приводом от коленвала, плунжеры постоянно прижимаются к кулачкам пружинами.

Принцип работы такого топливного насоса не отличается большой сложностью. Кулачок при вращении набегает на толкатель плунжера, заставляя его и плунжер двигаться вверх, сжимая горючее, находящееся в цилиндре. После перекрытия выпускного и впускного каналов (именно в такой последовательности), давление начинает подниматься до значения, после которого открывается нагнетательный клапан, после чего дизтопливо подается к соответствующей форсунке. Данная схема напоминает работу газораспределительного механизма двигателя.

Для регулирования количества поступающего топлива, и момента его подачи, применяется либо механический способ, либо электрический (такая схема предполагает наличие управляющей электроники). В первом случае количество подаваемого горючего изменяется поворотом плунжера. Схема очень проста: на нем имеется шестерня, она находится в зацеплении с рейкой, которая, в свою очередь, связана с педалью акселератора. Верхняя поверхность плунжера имеет наклон, благодаря чему изменяется момент закрытия впускного отверстия в цилиндре, а значит, и количество горючего.

Момент подачи топлива нужно менять при изменении величины оборотов коленвала. Для этого на кулачковом валу имеется центробежная муфта, внутри которой расположены грузики. С ростом оборотов они расходятся, и кулачковый вал поворачивается относительно привода. В результате, при повышении оборотов, топливный насос обеспечивает более ранний впрыск, а с уменьшением – более поздний.

Устройство рядных ТНВД обеспечивает им весьма высокую надежность и неприхотливость. Поскольку смазывание происходит моторным маслом из смазочной системы силового агрегата, это делает их пригодными для работы на низкокачественном дизтопливе.

Устанавливаются рядные ТНВД на средние и тяжелые грузовики. На легковые автомобили их полностью перестали устанавливать в 2000 году.

Распределительный топливный насос высокого давления

В отличие от топливного насоса рядного, распределительный имеет только одну или две плунжерных пары, которые снабжают топливом все цилиндры. Основные преимущества подобных топливных насосов – меньшая масса и размеры, а также более равномерная подача топлива. Главный минус один – их срок службы намного меньше из-за большой нагруженности, поэтому их применяют только на легковых автомобилях.

Существует три типа распределительных ТНВД:

  1. с торцевым кулачковым приводом;
  2. с внутренним кулачковым приводом (роторные насосы);
  3. с внешним кулачковым приводом.

Устройство первых двух типов насосов обеспечивает им больший срок эксплуатации, по сравнению с последним, ведь силовых нагрузок на узлы приводного вала, от давления топлива, в них нет.

Схема работы распределительного топливного насоса первого типа выглядит следующим образом. Основной элемент – плунжер-распределитель, который, помимо поступательно-возвратного движения, вращается вокруг своей оси, и тем самым нагнетает и распределяет горючее между цилиндрами. В действие он приводится кулачковой шайбой, обегающей по роликам неподвижное кольцо.

Количество поступающего топлива регулируется как механическим путем, при помощи вышеописанной центробежной муфты, так и посредством электромагнитного клапана, на который подается электрический сигнал. Опережение впрыска топлива определяется поворотом неподвижного кольца на определенный угол.

Роторная схема предполагает несколько иное устройство распределительного топливного насоса. Условия работы такого насоса несколько отличается от того, как работает ТНВД с торцевым кулачковым приводом. Горючее нагнетается и распределяется, соответственно, двумя противолежащими плунжерами и распределительной головкой. Вращением головки обеспечивается перенаправление топлива к соответствующим цилиндрам.

Магистральный ТНВД

Магистральный топливный насос гонит горючее в топливную рампу и обеспечивает более высокое давление, по сравнению с рядным и распределительным насосами. Схема его работы несколько иная. Топливо может нагнетаться одним, двумя или тремя плунжерами, приводимыми в действие кулачковой шайбой или валом.

Подача горючего регулируется электронным дозирующим клапаном. Нормальное состояние клапана – открытое, когда поступает электрический сигнал, он частично закрывается и тем самым регулирует количество топлива, попадающего в цилиндры.

Что такое ТННД

Топливный насос низкого давления, необходим для снабжения горючим топливного насоса высокого давления. Он, как правило, установлен или на корпусе ТНВД или отдельно, и закачивает топливо из бензобака, через фильтры грубой, а после и тонкой очистки, непосредственно в насос высокого давления.

Принцип его работы следующий. В действие он приводится эксцентриком, расположенном на кулачковом валу ТНВД. Толкатель, прижатый к штоку, заставляет двигаться шток с поршнем. В корпусе насоса имеются входной и выходной каналы, которые перекрываются клапанами.

Схема работы ТННД следующая. Рабочий цикл топливного насоса низкого давления состоит из двух тактов. Во время первого, подготовительного, поршень перемещается вниз и в цилиндр всасывается топливо из бака, нагнетательный клапан при этом закрыт. При движении поршня вверх входной канал перекрывается всасывающим клапаном, и под нарастающим давлением открывается выпускной клапан, через который горючее поступает в фильтр тонкой очистки и далее в ТНВД.

Поскольку топливный насос низкого давления имеет производительность большую, чем требуется для работы мотору, поэтому часть горючего выталкивается в полость под поршнем. В результате поршень, теряет контакт с толкателем и зависает. По мере выработки топлива поршень вновь опускается, и насос возобновляет работу.

Вместо механического, на автомобиле может быть установлен электрический ТННД. Довольно часто он встречается на машинах, которые оснащаются насосами фирмы Bosch (Opel, Audi, Peugeot и др.). Устанавливается электрический насос только на легковые автомобили и небольшие микроавтобусы. Помимо основной функции, он служит для прекращения подачи горючего в случае аварии.

Работать электрический ТННД начинает одновременно со стартером и продолжает нагнетать горючее с постоянной скоростью, пока мотор не будет заглушен. Лишнее топливо, через перепускной клапан сливается обратно в бак. Размещается электрический насос либо внутри топливного бака, либо за его пределами, между баком и фильтром тонкой очистки.
” alt=””>

Устройство автомобилей

Устройства и приборы высокого давления

Топливный насос высокого давления

Топливный насос высокого давления (ТНВД) служит для точного дозирования топлива и подачи его в определенный момент под высоким давлением к форсункам.
Автомеханики и водители нередко называют топливный насос высокого давления топливной аппаратурой.

В настоящее время многоплунжерные ТНВД с механическим приводом постепенно уступают место в системах питания дизелей более совершенным конструкциям, таким, как управляемые компьютером система насос-форсунка и распределительным насосам роторного типа, используемых в системах питания Common Rail. Тем не менее, на многих автотракторных двигателях насосы классической конструкции еще широко применяются.

Классификация ТНВД

Топливные насосы высокого давления классифицируются по следующим признакам:

по числу плунжеров:

  • многоплунжерные (на каждый цилиндр приходится один плунжер);
  • распределительные (один плунжер подает топливо в несколько цилиндров);

Многоплунжерные ТНВД могут быть выполнены с рядным или V-образным корпусом.

по виду привода плунжера:

  • механический;
  • гидравлический;
  • пневматический;

по методу дозирования топлива:

  • с регулированием количества подаваемого топлива за цикл (отсечкой);
  • с регулированием цикловой подачи дросселированием на впуске (изменение наполнения топливом надплунжерного объема с помощью дросселирующего устройства в канале, подводящем топливо к впускному окну; применяется в распределительных насосах).

Распределительные ТНВД подразделяются на плунжерные и роторные.

Многоплунжерные ТНВД с механическим приводом

В автомобильных дизелях получили распространение многоплунжерные насосы с механическим приводом и регулированием количества подаваемого топлива отсечкой. Рассмотрим устройство такого насоса на примере ТНВД двигателя ЯМЗ-236, который относится к рядным насосам плунжерного типа и обеспечивает давление впрыска 16 МПа (рис. 1).

В нижней части корпуса 1 насоса на двух шарикоподшипниках установлен кулачковый вал 12 с зубчатым колесом 11. На кулачковом валу имеются профилированные кулачки 19 по числу цилиндров двигателя и эксцентрик для привода топливоподкачивающего насоса, который крепится к привалочной плоскости ТНВД.

В перегородке корпуса против каждого кулачка установлены роликовые толкатели 18. Оси роликов 15 своими концами входят в пазы корпуса насоса, предотвращая проворачивание толкателей. В центр толкателей ввернуты регулировочные болты 40, на которые опираются плунжеры насосных секций. Все секции устроены одинаково, они взаимозаменяемы, и их число равно числу цилиндров двигателя.

Насосная секция состоит из втулки 35 с плунжером 6, нагнетательного клапана 33 с седлом 34, пружиной 32 и упором 31, штуцера 7, поворотной втулки 16 с зубчатым венцом 4, толкателя 18 с осью и роликом 15, пружины 38 плунжера и опорных тарелок 28 и 39.

Втулка плунжера фиксируется в корпусе стопорным винтом.
Плунжер и его втулка образуют так называемую плунжерную пару. Плунжерную пару изготовляют из хромомолибденовой стали и подвергают закалке до высокой твердости. После окончания обработки подбором производят сборку плунжеров и гильз так, чтобы обеспечить в их сопряжении зазор 5…2 мкм.
С такой же точностью изготовляются нагнетательный клапан 33 и его седло 34. Поэтому эти детали называют прецизионными, и они являются невзаимозаменяемыми.

Седло нагнетательного клапан прижато к втулке плунжера резьбовым штуцером 7 через уплотнительную медную прокладку. К штуцеру крепится трубка высокого давления, соединяющая секцию насоса с форсункой. Кулачок 19, толкатель 18 и пружина 38 обеспечивают возвратно-поступательное движение плунжера 6.

Втулка 35 плунжера фиксируется в корпусе стопорным винтом 29. На втулку свободно надевается поворотная втулка 16, а в вертикальные пазы нижней части втулки входят выступы 17 плунжера. На верхнем конце поворотной втулки закреплен зубчатый венец 4, который входит в зацепление с зубчатой рейкой (общей для всех секций), которая может перемещаться вдоль корпуса ТНВД.

Читать еще:  Амортизаторы для нивы (2121 и 21214) — какие лучше поставить?

При перемещении рейки вдоль корпуса ТНВД втулка 16 поворачивается на втулке плунжера и, действуя на выступы 17 плунжера, поворачивает его, в результате чего изменяется количество топлива, подаваемого к форсункам. Ход рейки ограничивается стопорным винтом 37, входящим в ее продольный паз.
Задний конец рейки соединен с тягой 10 регулятора частоты вращения коленчатого вала, установленного в корпусе 9. Выступающий из насоса передний конец рейки закрыт колпаком, в который ввернут винтовой упор 2, ограничивающий подачу топлива при обкатке автомобиля. Положение упора настраивается на заводе-изготовителе и пломбируется.

Топливо к плунжерным парам подводится по каналу 36, а отводится по каналу 30, в переднем конце которого установлен под колпаком перепускной клапан 5. Если давление в каналах превышает 0,16…0,17 МПа, клапан открывается и перепускает часть топлива в бак.
Попавший в каналы насоса воздух выпускается через отверстие, закрываемое пробкой 8.

Привод насоса осуществляется зубчатой передачей от коленчатого вала двигателя через муфту опережения впрыска топлива.
Муфта состоит из ведущей 23 и ведомой 26 полумуфт. На ведомой полумуфте закреплены две оси 27 с установленными на них центробежными грузиками 25, в вырезах которых установлены пружины 22. Пружины опираются с одной стороны на оси 27, а с другой – на опорные пальцы 21 ведущей полумуфты 23. Механизм муфты в сборе закрыт крышкой 24, которая навернута на резьбу ведомой полумуфты.

Устройство и работа насосной секции ТНВД

На рис. 2 показана работа насосной секции ТНВД.
Основными деталями топливной секции являются плунжер и его втулка. Втулка имеет два окна: верхнее впускное 6 и нижнее перепускное 11. Впускное окно находится в полости впускного канала ТНВД, а перепускное – в полости выпускного канала.
На плунжере выполнена винтовая канавка, верхний край (отсечная кромка 5) которой острый. Сверху в плунжере выполнено осевое сверление, переходящее в радиальную и винтовую канавку.

Каждая секция ТНВД работает следующим образом.
Когда плунжер находится в нижнем положении (рис. 2,а), топливо поступает в полость А из впускного окна под давлением, которое создает топливоподкачивающий насос. При набегании кулачка 1 на ролик толкателя 2 плунжер начинает двигаться вверх, при этом часть топлива выходит обратно во впускное окно (рис. 2, б).

Когда плунжер перекроет впускное окно (рис. 2, в), топливо в полости А окажется запертым, что приведет к резкому нарастанию давления – это момент начала нагнетания. Дальнейшее движение плунжера приводит к открытию нагнетательного клапана 9, и топливо поступает к форсунке – это момент начала подачи. По времени моменты начала нагнетания и начала подачи почти совпадают.

При дальнейшем движении плунжера отсечная кромка 5 откроет перепускное окно (рис. 2,г), в котором давление составляет 0,1…0,12 МПа. Топливо из полости А из-за перепада давления по углублению в плунжере и отсечной канавке начнет перетекать в перепускное окно 11. Давление в полости А резко упадет. Нагнетательный клапан 9 опустится на седло. Подача топлива прекратится, что будет соответствовать концу подачи (отсечке топлива).
Плунжер будет продолжать двигаться дальше, но подачи топлива не будет, оно перетечет в выпускное окно.

Ход плунжера, соответствующий расстоянию от начала перекрытия впускного окна до начала открытия перепускного окна, называется активным или рабочим. Его значение для разных насосов при полной подаче – 0,8…2 мм.

Таким образом, подача топлива при высоком давлении осуществляется вследствие малого зазора в плунжерной паре и высокой скорости движения (в момент начала подачи она превышает 1,6 м/с).

Регулирование количества подаваемого топлива осуществляется поворотом плунжера вокруг своей оси, при этом начало подачи происходит в одно и то же время (перекрытие верхней кромкой плунжера выпускного окна). Однако, отсечная кромка подходит к перепускному окну по-разному (в зависимости от степени поворота плунжера), а потому конец подачи топлива может произойти раньше или позже. Соответственно топлива будет подано меньше или больше.

Если удлинить плунжер, то момент перекрытия впускного окна произойдет раньше, подача начнется раньше, и наоборот. При регулировке начала подачи изменяют не длину плунжера, а длину толкателя, вращая его регулировочный болт 40 (см. рис. 1).

Нагнетательный клапан разобщает надплунжерное пространство топливной секции от внутренних полостей нагнетательного топливопровода и разгружает его от высокого давления в период между впрысками топлива.
В результате обеспечивается более резкое окончание подачи и предотвращается или сводится к минимуму подвпрыск топлива.
Разгружается топливопровод высокого давления с помощью разгрузочного пояска 7 (рис. 2) нагнетательного клапана при его перемещении вниз, когда этот поясок исполняет роль поршенька, отсасывающего топливо из нагнетательного трубопровода.

Особенности устройства ТНВД двигателя КамАЗ-740

На двигателях КамАЗ-740 устанавливается V-образные топливные насосы высокого давления с углом развала между секциями 75˚ (рис. 3).

В корпусе 1 насоса установлен механизм поворота плунжеров, соединенный с правой и левой рейками. Рейки действуют на поворотные втулки плунжеров, расположенных в два ряда. Каждая насосная секция в отличие от насосов марки «ЯМЗ» имеет собственный корпус 13, а на толкателе вместо регулировочного винта установлена регулировочная пята 5 определенной толщины. Принцип действия насосной секции данного ТНВД такой же, как и на дизелях марки «ЯМЗ».

К передней крышке ТНВД прикреплен топливоподкачивающий насос с приводом от эксцентрика кулачкового вала через штангу.

V-образная форма топливного насоса высокого давления позволила получить более компактную конструкцию насоса с укороченным кулачковым валом, в результате чего стало возможным увеличить его жесткость и повысить давление впрыска до 18 МПа.

Прецизионные детали насосов смазываются дизельным топливом, остальные детали включены параллельно в смазочную систему двигателя.

Устройство и работа ТНВД распределительного типа

Одноплунжерные ТНВД распределительного типа (рис. 4) нашли применение на легковых автомобилях и тракторах.

Оси приводного вала 1 и плунжера 3 совпадают и вращаются с одинаковой скоростью. Топливоподкачивающий насос 8 установлен на приводном валу и обеспечивает предварительное давление 0,2…0,8 МПа.
Вращающаяся вместе с плунжером кулачковая шайба 6, набегая своим кулачком на ролик 7, перемещает плунжер вправо, и тот совершает ход нагнетания. Пружина 5 прижимает шайбу с плунжером к ролику, который установлен на неподвижной оси. Для изменения цикловой подачи топлива служит дозатор 4, который управляется рычагом 2 регулятора. При наличии четырех роликов плунжер за один оборот вала обслужит четыре форсунки.

На рис. 5 показана работа распределительного одноплунжерного насоса.
Подача топлива начинается с наполнения (рис. 5,а) топливом надплунжерной полости Д через впускное окно В и выточку Г в плунжере 3 при движении плунжера влево (к НМТ). Нагнетательный канал Б в это время через паз А, выточку на плунжере и окно Е соединен с полостью низкого давления.
Плунжер, при нахождении в НМТ, вращаясь, постепенно перекрывает наполнительное окно. Начинается активный ход плунжера (рис. 5,б). Топливо через центральный канал и распределительный паз А плунжера, нагнетательный канал Б корпуса 2 и нагнетательный клапан подается по топливопроводу к форсунке.
Активный ход плунжера заканчивается отсечкой топлива через радиальные каналы Ж (рис. 5,в), ранее закрытые дозатором 1.

Цикловая подача топлива изменяется при помощи рычага регулятора, который перемещает дозатор 1 вдоль оси плунжера. При перемещении дозатора вправо активный ход плунжера и цикловая подача увеличиваются.

В насосах распределительного типа (одноплунжерных) меньше прецизионных пар, чем в многоплунжерных насосах. Следовательно, они проще, дешевле, имеют меньшее число регулировок, меньшие габаритные размеры и массу.
Однако многоплунжерные насосы секционного типа обладают большим ресурсом (долговечностью), их работа стабильнее, а техническое обслуживание проще.

ТНВД (Топливный насос высокого давления)

ТНВД представляет собой один из ключевых узлов двигателя транспортного средства. Его важность показывает сравнение с сердечной мышцей в организме человека, задачей которой выступает обеспечение циркуляции крови по телу. Назначение ТНВД аналогично, с той лишь разницей, что он отвечает за перемещение горючего по топливной системе.

Определение

ТНВД или топливный насос высокого давления – это сложный с конструктивной и технологической точек зрения узел системы подачи топлива в дизельном или бензиновом двигателе. Английское название устройства – injection pump. Основными функциями ТНВД выступают такие:

  • подача горючего к форсункам с одновременным нагнетанием давления;
  • дозирование топлива в зависимости от выбранного водителем режима эксплуатации;
  • определение оптимальной периодичности впрыска топлива в цилиндры двигателя.

Ключевым отличием топливного насоса высокого давления от выполняющего в целом аналогичные функции карбюратора выступает впрыск четко дозированного количества горючего в камеры внутреннего сгорания двигателя. Это достигается установлением непосредственной связи с коленчатым валом, что позволяет при разгоне автомобиля увеличивать порцию подаваемой топливно-воздушной смеси, а при уменьшении оборотов – снижать объем впрыскиваемого горючего. Как следствие – уменьшается расход топлива и обеспечивается более высокий КПД работы двигателя, что и выступает главным достоинством ТНВД.

История разработки и совершенствования

Разработчиком ТНВД считается Роберт Бош. Активное использование рассматриваемой разновидности топливного насоса на легковых автомобилях началось во второй половине 30-х годов прошлого века.

Изначально топливный насос высокого давления предназначался исключительно для дизельных двигателей. Однако, в настоящее время ТНВД применяется и для бензиновых агрегатов, оборудованных инжекторной системой, обеспечивающей впрыскивание топлива непрямую в цилиндры.

Постоянный рост требований в части охраны труда и соблюдения экологических стандартов объясняет еще одно важное направление улучшения ТНВД. В современных условиях произошло вытеснение механических топливных насосов устройствами, оснащенными электронной регулировкой подачи горючего. Второй вариант системы впрыска топлива намного экономичнее и сводит к минимуму количество вредных выбросов в атмосферу.

Устройство

Различают несколько видов топливных насосов высокого давления. Несмотря на существенные конструктивные различия, основным рабочим узлом ТНВД является так называемая плунжерная пара. Основной ее задачей является нагнетание давления в топливной системе.

Устройство плунжерной пары включает две детали – поршень или плунжер, давший название рабочему узлу, и втулка или гильза. Принцип работы устройства основан на возвратно-поступательном движении, которое плунжер осуществляет внутри втулки. При этом каналы и клапаны, расположенные внутри ТНВД обеспечивают подачу горючего в полость, размещенную над плунжером, а также его отвод после сжатия и нагнетания давления.

Узел может эффективно работать только при обеспечении высокого уровня герметичности. Для этого рабочие поверхности и поршня, и втулки тщательно обрабатываются, что дало еще одно название плунжерной пары – прецизионная, то есть высокоточная. Еще одно обязательное требование к поршню и втулке – изготовление из крайне прочных марок стали, способной выдержать серьезные нагрузки.

Наличие других конструктивных элементов, деталей и узлов топливного насоса высокого давления зависит от конкретной разновидности устройства. Конструкция наиболее простого и широко распространенного рядного ТНВД предусматривает присутствие следующих деталей:

  • плунжерная пара, подробно описанная выше;
  • специальные канавки, назначение которых – подача горючего к плунжерной паре;
  • кулачковый вал, оснащенный центробежной муфтой, который вращается при помощи ремня ГРМ;
  • толкатели плунжера, передающие энергию, поступающую от кулачкового вала;
  • пружины, предназначенные для возврата плунжера в исходное положение;
  • нагнетательные клапаны, обеспечивающие движение топлива в нужном для эксплуатации двигателя направлении;
  • зубчатые рейки, штуцеры и так называемый всережимный регулятор, активируемый педалью газа.

Некоторые особенности других разновидностей ТНВД описываются ниже. Но независимо от различий в конструкции, принцип работы любых топливных насосов высокого давления примерно одинаков.

Принцип работы

Схема работы рассматриваемой модели топливного насоса напоминает эксплуатацию двухтактного двигателя внутреннего сгорания. Она включает в себя несколько последовательно реализуемых этапов:

  1. Вращение кулачкового вала с оказанием давления на толкатели плунжера.
  2. Перемещение поршня по втулке.
  3. Увеличение давления топлива, в результате которого открываются нагнетательные клапаны.
  4. Поступление горючего к форсункам через открытые клапаны.
Читать еще:  Замена топливного фильтра на форд фокус 2

Важной особенностью ТНВД выступает попадание в форсунки не всей топливно-воздушной смеси, а только четко определенной дозы. Оставшееся топливо через специальные сливные клапаны возвращается в систему. Наличие центробежной муфты обеспечивает поступление горючего в нужный момент, а присутствие в конструкции всережимного регулятора обеспечивает точное определение необходимого объема смеси. В результате одновременной работы всех узлов топливного насоса высокого давления удается добиться продуктивной работы двигателя при минимально возможном расходе топлива.

Дальнейшего увеличения КПД двигателей, оснащенных ТНВД, позволяет добиться использование электронных систем управления работой топливного насоса. Современные высокоточные датчики контролируют все ключевые параметры системы, к числу которых относятся:

  • изменение положения педали газа;
  • количество оборотов распределительного вала;
  • уровень температуры охлаждающей жидкости;
  • скорость транспортного средства;
  • уровень давления в системе наддува воздуха;
  • изменение положения иглы форсунки и т.д.

Дополнительный плюс ТНВД с электронным блоком контроля и управления – наличие эффективных программ самодиагностики системы. Они позволяют быстро выявлять возникшие проблемы и обеспечивают работу двигателя даже в случае отказа отдельных узлов или деталей.

Классификация

Для классификации ТНВД применяется несколько признаков. По принципу работы различают топливные насосы непосредственного действия и системы, предусматривающие аккумуляторный впрыск. Первая разновидность также делится на два типа – с механическим и пневматическим приводом. Она обеспечивает одновременное осуществление процессов нагнетания давления и впрыска, а потому проще и намного чаще применяется на практике.

Вторая разновидность – топливный насос с гидроаккумулятором – разделяет выполнение накачки топливно-воздушной смеси и ее впрыска в форсунки. Сначала горючее собирается в специальном хранилище, который и называется аккумулятором, после чего передается для сжигания. В результате повышается эффективность работы двигателя, но при этом заметно усложняется конструкция ТНВД. Последний аргумент стал главной причиной того, что насосы с гидроаккумулятором не относятся к числу популярных.

Второй классифицирующий признак – конструктивные особенности насоса. В соответствии с ними принято различать три типа ТНВД:

  1. Рядные. Наиболее простая и надежная конструкция, предусматривающая наличие нескольких ниш или секций, каждая из которых предназначена для подачи топлива в одну форсунку двигателя. При этом плунжерные пары размещаются в ряд, что и дало название агрегату. Сегодня такая разновидность ТНВД применяется исключительно на грузовых автомобилях, что объясняется надежностью и низким уровнем требований к качеству топлива. Однако, из-за больших габаритов и невысокого, по сравнению с альтернативными вариантами, КПД, установка на легковые авто прекращена в 2000 году.
  2. Распределительные. Данная разновидность насоса предполагает наличие одного или двух плунжеров, количество которых определяется объемом двигателя. Благодаря особенностям конструкции, этого оказывается вполне достаточно для обслуживания цилиндров, число которых варьируется в пределах от 4 до 12. В результате, достигается уменьшение массы и размеров ТНВД, что позволяет использование на двигателях легковых авто. Основной минус – сравнительная недолговечность насосов распределительного типа.
  3. Магистральные. ТНВД этого типа предусматривает систему подачи топлива Common Rail, которая стала в последние годы одной из наиболее востребованных. Главная особенность – накапливание топлива перед поступлением к форсункам в специальной рампе. Основное достоинство магистральных ТНВД – высокий уровень давления (свыше 180 МПа), благодаря которому достигается более эффективное сжигание горючего, обеспечивающее рост КПД при снижении расхода топлива.

Частые неисправности

Несмотря на достаточно серьезные конструктивные различия между разновидностями топливных насосов высокого давления, их эксплуатация сопровождается необходимостью выполнение ряда обязательных требований. Первое и главное из них – использование топлива, соответствующего характеристикам конкретной модели насоса.

Второе необходимое условие – своевременное и регулярное техническое обслуживание агрегата. Третье требование – применение в процессе эксплуатации качественных смазочных материалов.

Невыполнение любого из перечисленных условий приводит к необходимости дорогостоящего и весьма трудоемкого ремонта, что связано со сложностью конструкции ТНВД и, как следствие, большим объемом работ по снятию плунжерной пары или других пришедших в негодность деталей. Наиболее частыми неисправностями топливного насоса высокого давления являются:

  • увеличение количества образуемого в ходе выхлопа дыма;
  • повышенный расход топлива;
  • снижение мощности двигателя;
  • возникновение посторонних шумов;
  • трудности с запуском двигателя;
  • скачки такого важного показателя, как количество оборотов.

Несмотря на внушительный перечень возможных неисправностей, необходимо отметить, что качественно изготовленный ТНВД при грамотной эксплуатации является надежным и долговечным устройством. Следование приведенным выше рекомендациям и правильное использование топливного насоса гарантирует экономичную и эффективную работу двигателя в течение всего нормативного срока службы.

Топливный насос высокого давления (ТНВД)

В этой статье подробно расскажем Вам о функциях ТНВД и его разновидностях.

Насос подачи топлива (ТНВД) выполняет ряд следующих задач:

– осуществляет подачу топливной смеси в цилиндры силового агрегата под постоянным, высоким давлением;

– в зависимости от режимов работы двигателя, регулирует топливовпрыск.

По этой причине ТНВД относится к главным элементам системы топливоподачи, как для дизельных, так и бензиновых моторов.

Основная область использования топливного насоса – дизельные силовые установки . В моторах, в которых основным видом топлива является бензин, ТНВД используется лишь в том случае, если в конструкции агрегата предусмотрена система топливовпрыска. Однако, на последнем типе двигателей насос не подвергается большим нагрузкам, поскольку развивать высокое давление впрыска рабочей смеси как на дизелях абсолютно не требуется.

Главным рабочим узлом в конструкции ТНВД является плунжерная пара (поршень и втулка, которые изготавливаются из термоустойчивой и прочной стали). Стоит отметить, что их производство требует довольно ответственного подхода с применением высокотехнологичного, максимально-точного оборудования и станков. В бывшем СССР функционировало всего одно предприятие, которое выпускало плунжерные пары для ТНВД.

Среди особенностей конструкции плунжерной пары стоит подчеркнуть ее малую величину зазора (прецизионного сопряжения). Это необходимо для точной и плавной работы всей системы, говоря проще, размер поршня максимально точно подогнан под внутренний диаметр цилиндрической втулки, в результате чего обеспечивается его плавное и равномерное движение под действием собственной массы.

Как известно, функции ТНВД заключаются не только в подаче топлива в силовой агрегат, но и в правильном распределении его порций между цилиндрами через систему форсунок , в зависимости от типа мотора.

Форсунки играют роль основных связующих элементов системы, они соединяются с насосом подачи топлива при помощи магистральных шлангов. Нижняя часть форсунки находится в камере сгорания, ее поверхность разделена на множество мелких сопел, что позволяет добиться максимального эффекта при впрыске рабочей смеси и ее воспламенении. За правильность определения топливовпрыска отвечает угол опережения.

ТНВД согласно своим конструкционным особенностям подразделяются на следующие типы:

Опишем каждый из видов.

Рядный ТНВД

В такой конструкции плунжерные пары располагаются в ряд (следовательно, он и называется рядным). Каждая плунжерная пара осуществляет топливоподачу в свой цилиндр, их количество равняется количеству цилиндров агрегата.

Поршни и втулки располагаются в корпусе насоса, который имеет входные и выходные каналы. В работу пары приводит кулачковый вал, который вращается от коленчатого вала силового агрегата. Таким образом, кулачки вала взаимодействуют с толкателями плунжерных пар, открывая либо закрывая каналы впуска и выпуска топлива. Как только поршень занимает верхнее положение внутри цилиндра, в системе появляется необходимое давление, позволяющее открыть нагнетательный клапан. А после этого, рабочая смесь под давлением распределяется по всей системе форсунок.

Топливоподача, и необходимое для продуктивной работы силовой установки количество топлива может осуществляться по механическому типу либо контролироваться электронной системой. Подобная регулировка позволяет точно скорректировать подачу топливной смеси в цилиндры мотора, в зависимости от количества оборотов коленвала.

Механическая система управления подачей рабочей смеси представлена зафиксированной на кулачковом валу специальной центробежной муфтой. Ее конструкция: это два уравновешенных плеча, на каждом из них размещаются скользящие грузики, которые, в зависимости от возникающей центробежной силы, перемещаются от центра плеча к его краю, и наоборот. В свою очередь величина центробежной силы находится в прямой зависимости от оборотов двигателя, поэтому при росте частоты вращения грузики перемещаются к краю плеча, а при снижении – к оси. Благодаря этому осуществляется управление кулачковым валом, который агрегатируется с плунжерными парами. Говоря проще, с изменением оборотов коленчатого вала силового агрегата изменяется порционность и частота впрыска рабочей смеси в цилиндры. При больших оборотах обеспечивается ранний топливовпрыск, а при малых – поздний.

Такая конструкция ТНВД отличается высокой надежностью. А еще одной особенностью ее работы является смазка моторным маслом, которое поступает из силового агрегата. А единственным существенным недостатком – громоздкость системы, поэтому в наше время ТНВД такого типа устанавливаются исключительно на грузовую технику. Однако до конца 2000 года их с успехом использовали и на легковушках.

Распределительный тип ТНВД

Такие насосы отличаются от рядных количеством плунжерных пар, которых в зависимости от объема и мощности силовой установки может быть одна или две. Соответственно, плунжерные пары распределительного топливонасоса обеспечивают впрыск топлива во все цилиндры моторного агрегата. Особенностью описываемого типа ТНВД можно назвать его относительно небольшую массу и габариты, при которых он все же обеспечивает максимально точное топливораспределение между цилиндрами двигателя.

Единственным минусом представленного «топливника» является его короткий срок эксплуатации и узкая область применения. Данный ТНВД устанавливается исключительно на легковые транспортные средства.

Топливный насос распределительной конструкции имеет несколько вариантов исполнения привода поршня, который представлен кулачковым механизмом, разделяемым на следующие виды:

Однако самыми высокопродуктивными считаются два последних типа, поскольку их конструкция не подвергается нагрузкам, создаваемым топливным давлением, вследствие чего приводной вал и сам механизм насоса служат продолжительное время.

К сожалению, внешним приводом оснащаются лишь модели отечественного автопрома, в конструкции иностранных марок авто он не встречается уже давно. Опишем работу основных типов привода ТНВД распределительного типа.

Торцевой привод

Главным рабочим узлом этого привода является распределительный поршень, который отвечает за создания и поддержание необходимого для качественного топливовпрыска давления. Используется в основном в ТНВД марки Bosh. Распределительный поршень осуществляет два типа перемещения: возвратно-поступательное, и вращательное относительно шайбы кулачка. Во время возвратно-поступательного движения поршень начинает перемещаться сразу как только кулачковая шайба начинает свое вращение. Благодаря этому в системе постоянно создается и поддерживается высокое давление рабочей смеси. В свое первоначальное состояние поршень возвращает пружина.

Корректировка топливоподачи возможна благодаря вращению плунжера, а за порционность подачи рабочей смеси отвечают механическая либо электронная системы управления.

Полный цикл работы ТНВД с торцово-кулачковым типом привода состоит из следующих фаз: подача топливной смеси в пространство над поршнем с последующим нагнетанием давления в эту зону, благодаря которому и осуществляется порционный топливовпрыск в цилиндры силовой установки. После этого поршень занимает свое исходное положение, и процесс топливоподачи начинается заново.

Внутренний привод

Стоит сразу заметить, что данный вид привода применяется исключительно в ТНВД роторной конструкции, к которым относятся Lucas и Bosch. Особенностью насосов такой конструкции является топливоподача, которая осуществляется при помощи распределительной головки и плунжерной пары. А работает все это так: по обеим сторонам распредвала располагаются плунжерные пары, функция которых заключается в обеспечении давления, необходимого для корректной топливоподачи, то есть, от величины расстояния между ними полностью зависит давление топлива. Как только в системе начинает появляться давление, топливо начинает перемещаться к форсункам.

Топливоподача к цилиндрам плунжерных пар осуществляется при помощи специального насоса, который может быть лопастно-роторной либо шестеренчатой конструкции. Он устанавливается на приводном валу ТНВД и находится внутри его корпуса.

Поскольку внешний привод конструкции распределительных насосов в современной автомобильной и специальной технике практически не используется, то в рамках данной публикации нет смысла описывать его работу.

Читать еще:  Виды сцепления автомобиля: демпферное, керамическое, двойное и т.д

Магистральный ТНВД

Топливный насос магистрального типа входит в конструкцию системы Common Rail, которая имеет специальную топливную рампу для накопления рабочей смеси перед ее подачей на форсунки. Особенностью магистрального ТНВД является высокое давление в системе (более 180 МПа). В зависимости от типа силовой установки в состав конструкции магистрального насоса может входить от одной до трех плунжерных пар. Привод каждого из плунжеров имеет кулачковый вал либо шайбу, которые постоянно вращаются.

Как только кулачки занимают определенную позицию относительно поршня, он перемещается вниз за счет воздействия пружинного механизма. Вместе с этим происходит потеря давления в компрессионной камере, за счет чего она расширяется, и в ней начинается процесс разряжения, который открывает клапан впуска, а уже через него рабочая смесь поступает в камеру. Как только плунжер поднимется, клапан сразу же закроется. Это приведет к возрастанию давления внутри камеры. Как только давление сравняется с рабочим давлением насоса, произойдет открытие выпускного клапана и заполнение рампы топливной смесью. Управление клапанами в магистральном ТНВД осуществляется при помощи электроники.

Данное видео расскажет о принципе работы и устройстве ТНВД:

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector