ОДНОПЛУНЖЕРНЫЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ТОПЛИВНЫЕ НАСОСЫ VE

Конструкция топливного насоса BOSCH VE

Общее устройство насоса BOSCH VE

Принципиальная схема системы топливоподачи дизеля с одно­плунжерным распределительным ТНВД с торцевым кулачко­вым при­водом плунжера показана на рис. .

Рис. Принципиальная схема системы топливоподачи дизельного двигателя с одноплунжерным ТНВД:

1 – топливопровод низкого давления; 2 – тяга; 3 – педаль подачи топлива; 4 – ТНВД; 5 – электромагнитный клапан; 6 – топливопровод высокого давления; 7 – топливопровод сливной магистрали; 8 – форсунка; 9 – свеча накаливания; 10 – топливный фильтр; 11 – топливный бак; 12 – топливоподкачивающий насос (применяется при магистралях большой протяженности; 13 – аккумуляторная батарея; 14 – замок «зажигания»; 15 – блок управления временем включения свечей накаливания; 17 – дизель

Топливо из бака 11 прокачивается по топливо­проводу низкого давления в топливный фильтр тонкой очистки топлива 10, откуда засасыва­ется топливным насосом низкого давления и затем на­правляется во внутреннюю полость корпуса ТНВД 4, где создается давление порядка 0,2 - 0,7 МПа. Далее топливо поступает в насосную секцию высокого давления и с помощью плунжера - распреде­лителя в соответствии с порядком работы цилиндров подается по топливопроводам вы­сокого давления 6 в форсунки 8, в ре­зультате чего осуще­ствляется вспрыскивание топлива в камеру сгорания дизеля. Избыточное топливо из корпуса ТНВД, форсунки и топливного фильтра (в некоторых конструкциях) сливается по топливо­проводам 7 обратно в топливный бак. Охлаждение и смазка ТНВД осуществляются циркулирующим в системе топливом. Фильтр тонкой очистки топлива имеет важное значение для нормальной и безаварийной работы ТНВД и форсунки. По­скольку плунжер, втулка, нагнетательный клапан и элементы форсунки являются деталями прецизионными, топливный фильтр должен задерживать мельчайшие абразивные частицы размером 3-5 мкм. Важной функцией фильтра является также задержание и выведение в осадок воды, содержащейся в топ­ливе. Попадание влаги во внутреннее пространство насоса может привести к выходу по­след­него из строя по причине образования коррозии. Задержанная фильтром вода собира­ется в коллекторе, откуда должна периодически удаляться, обычно, когда ее объем достигает 140 см 3 , о чем сигнализи­рует контрольная лампа датчика уровня.

Топливный насос подает в цилиндры дизеля строго дози­рован­ное количество топлива под высоким давлением в опре­де­ленный мо­мент времени в зависимости от нагрузки и ско­ростного режима. Поэтому характеристики двигателей суще­ственно зависят от работы ТНВД. Основные функциональные блоки топливного насоса VE показаны на рис. и пред­ставляют собой:

1) роторно-лопастной топливный насос низкого давления с ре­гулирующим перепускным клапаном;

2) блок высокого давления с распределительной голов­кой и дозирующей муфтой;

3) автоматический регулятор частоты вращения с систе­мой ры­чагов и пружин;

4) электромагнитный запирающий клапан, отключающий подачу топлива

5) автоматическое устройство (автомат) изменения угла опе­режения впрыскивания топлива.

Рис.9. Схема топливного насоса - Bosch VЕ

Распределительный ТНВД VE может также быть оснащен различ­ными дополнительными устройствами, например, кор­рек­торами топ­ливоподачи или ускорителем холодного пуска, кото­рые позволяют индивидуально адаптировать ТНВД к осо­бенно­стям данного дизеля. Более подробно устройство топливного насоса VE показано на рис..

Рис.10. Схема топливного насоса - Bosch VE:

1 – вал привода насоса; 2 – перепускной клапан регулирования внутреннего давления; 3 – рычаг управле­ния подачей топлива; 4 – грузики регулятора; 5 – жиклер слива топлива; 6 – винт регулировки полной на­грузки; 7 – передаточный рычаг регулятора; 8 – электромагнитный клапан остановки двигателя; 9 – плун­жер; 10 – центральная пробка; 11 – нагнетательный клапан; 12 – дозирующая муфта; 13 – кулачковый диск; 14 – автомат опережения впрыска топлива; 15 – ролик; 16 – муфта; 17 – топливоподкачивающий насос низкого давления

Вал привода 1 топливного насоса расположен внутри кор­пуса ТНВД, на валу установлен ротор 17 топливного насоса низко­го давления и шестерня привода вала регулятора с грузами 4. За ва­лом 1 неподвижно в корпусе насоса уста­новлено кольцо с ро­ли­ками и штоком привода автомата опережения впрыски­вания топлива 14. Привод вала ТНВД осу­ществляется передачей от колен­чатого вала дизеля, шесте­ренчатой или ременной. В че­тырехтактных двигателях час­тота вращения вала ТНВД состав­ляет половину от частоты вращения коленчатого вела, и работа распределительного ТНВД осуществляется таким образом, что поступательное движение плунжера синхронизировано с движе­нием поршней в цилиндрах ди­зеля, а вращательное обеспечива­ет распределе­ние топлива по ци­линдрам. Поступательное дви­жение обеспе­чивается кулачковой шай­бой, а враща­тельное - валом топливного насоса.

Автоматический регулятор частоты вращения. (блок 3 на рис.) включает в себя центробежные грузы (рис.), которые через муфту регулятора и систему рычагов воз­действуют на доза­тор 9 (рис.10), изменяя таким образом величину топливоподачи в зависимости от скоростного и на­грузочного режимов дизеля. Кор­пус ТНВД закрыт сверху крышкой, в которой установлена ось ры­чага управления, связанного с педалью акселератора.

Автомат опережения впрыскивания топлива (блок 5 на рис.9) является гидравлическим устройством, работа ко­торого опре­деляется давлением топлива во внутренней по­лости ТНВД, созда­ваемым топливным насосом низкого давле­ния с регули­рующим пропу­скным клапаном 3 (рис.10). Кроме того, заданный уровень дав­ления внутри корпуса ТНВД поддерживается дрос­селем 5 в штуцере для выхода избыточ­ного топлива из корпуса ТНВД.

Роторно-лопастной подкачивающий насос и сис­тема низ­кого давления

Топливный насос низкого давления расположен в корпусе ТНВД на приводном валу и служит для забора топлива из бака и подачи его во внутреннюю полость корпуса насоса. Схема устройства то­пливного насоса низкого давлений с клапаном низкого давления по­казана на рис.11.

Рис.11 Топливный насос низкого давления

И регулирующий клапан

1-кольцевая полость; 2-ротор; 3-лопасти; 4-вал;

5-перепускной регулирующий клапан; 6-корпус клапана; 7-резьбовая пробка; 8-пружина; 9-плунжер

Насос состоит из ротора 2 с четырьмя лопастями 3 и кольца 1 в корпусе ТНВД, расположенного эксцентрично по внешней сто­роне ротора. При вращении последнего лопасти под действием центробежной силы прижимаются к внутренней по­верхности кольца, создавая, таким образом, камеры между ними, из которых топ­ливо под давлением по каналу посту­пает во внутреннюю полость корпуса ТНВД. Одновременно часть топлива по­ступает на вход пере­пускного регулирую­щего клапана 5 и, в случае его открытия, перепускается на вход насоса. Корпус 6 пере­пускного регули­рующего клапана завернут по резьбе в корпусе ТНВД, внутри кор­пуса имеется поршень 9, нагруженный тарированной на определен­ное дав­ление пружиной 8, второй конец которой упирается в пробку 7. Если давление топлива оказывается выше установленного значения, поршень 9 клапана открывает канал для перепуска части топлива на всасывающую сторону насоса. Давление на­чала открытия перепускного клапана регулируется измене­нием положе­ния пробки 7, т.е. величиной предварительной затяжки пружины 8.

Важную роль в обеспечении нормальной работы дизеля играет сливной дроссель, установленный в штуцере в крышке ТНВД (пози­ция 5 на рис.10). Жиклер диаметром порядка 0,6 мм, через ко­торый топливо идет на слив, обеспечивает поддержание требуемого давления топлива во внутренней по­лости корпуса ТНВД. Очевидно, что размер дросселя скоор­динирован с работой перепускного клапана.

Перепускной клапан 5 (рис.11) в сочетании со слив­ным дросселем 5 (рис.10), обеспечивают заданную зависи­мость разности давлений топлива в корпусе ТНВД и на вы­ходе насоса низкого давления от частоты вращения вала ТНВД. Количество топлива, по­даваемого насосом низкого давления в несколько раз больше по­даваемого в цилиндры дизеля. Давление топлива во внутренней полости корпуса ТНВД влияет на положение поршня автомата опережения впрыскивания, изменяя угол опе­режения впрыскивания пропорционально частоте вращения ко­ленча­того вала двигателя.

Плунжер-распределитель и линия высокого дав­ле­ния

Основным элементом, создающим высокое давление топ­лива в ТНВД и распределяющим топливо по цилиндрам дизе­ля, является плунжер 7 на рис.10, который совершает воз­вратно-поступа­тельное и вращательное движение по схеме:

двигатель -> вал ТНВД -> кулачковая шайба -> плунжер

Путь топлива по насосу и элементы, обеспечивающие ра­боту плунжера-распределителя, показаны на рис.12.

Принцип действия насоса поясняет рис.

Рис.12 Схема движения топлива в ТНВД:

1 – направление поворота ролика; 2 – ролик; 3 – кулачковый диск; 4 – плунжер; 5 – втулка подачи топлива; 6 – камера; 7 – канал подачи топлива к форсунке; 8 – распределительный паз

Вы­ступы-кулачки кулачковой шайбы 3 находятся в постоянном контакте с роликами 2, установленными на осях в неподвиж­ном кольце 1. При вращении кулачковой шайбы каждый кула­чок, набегая на ролик, толкает плунжер вправо, а возвращение его в прежнее по­ложение осуществля­ется двумя пружинами блока ТНВД.

Количество кулачков на кулачко­вой шайбе, как и число штуцеров линии высокого давления с на­гне­татель­ными клапанами, соответствует числу цилиндров двига­теля, обычно четыре или шесть. Возвратные пружины плун­жера кроме того препятствуют разрыву кинематической связи кулачок - ролик толкателя при больших ускорениях. Обеспе­чивая воз­вратно-поступательное движение плунжера, кулач­ковая шайба формой выступов-кулачков определяет также ход плунжера и скорость его перемещения и, следовательно, ха­рактеристику, давление и продол­жительность впрыскивания. Все эти параметры, в свою очередь, определяются формой камеры сгорания и особенностями рабочего процесса данного дизеля и должны быть, таким образом, скоорди­нированы. По этой причине дня ка­ждого типа дизеля рассчитыва­ется лента профиля куличков, ко­торая «накладывается» на фрон­тальную поверхность кулачковой шайбы, установленной в ТНВД. По­этому кулачковая шайба дан­ного насоса является деталью невзаимозаменяемой, индивидуально соответствующей данному типу ди­зеля.

Муфта опережения впрыска. Более раннее зажигание при увеличении частоты вращения коленчатого вала способствует увеличению мощности дизельного двигателя. При увеличении частоты вращения коленчатого вала впрыск начинается раньше.

Рис. Муфта опережения впрыска:

Рис. а – исходное положение; b – рабочее положение; 1 – корпус ТНВД; 2 – кольцо с роликами; 3 – ролик; 4 – палец; 5 – канал; 6 – крышка; 7 – поршень; 8 – опора; 9 – пружина

Плунжер ТНВД создает высокое давление топлива и рас­преде­ляет его по цилиндрам при осуществлении следующих функциональ­ных этапов процесса топливоподачи: впуск топ­лива, активный ход плунжера и впрыскивание топлива (на­гнетание), отсечка подачи, процесс закрытия нагнетатель­ного клапана и разгрузка линии высокого давления.

Процессы топливоподачи в распределительной головке показаны на рис. . На верхней схеме рис. а показано положение плунжера в крайнем левом положении (мертвой точке). При этом в камере высокого давления 3 находится топливо, поступившее ранее через впускной канал.

При движении плунжера вправо рис б, топливо начинает сжиматься, при этом впускное отверстие 7 рассоединено с прорезью для впуска топлива 8, и топливо под рабочим давлением поступает через центральный канал плунжера в соответствующий выпускной канал определенного цилиндра. Под давлением открывается нагнетательный клапан и топливо по трубопроводу высокого давления поступает к форсунке.

Подача топлива заканчивается, как только поперечно расположенное в плунжере отверстие отсечки подачи 6, выйдет за пределы дозирующей муфты (рис.в) Топливо при этом выходит во внутреннюю полость насоса и нагнетание прекращается.

При дальнейшем повороте и движении плунжера влево (рис. г) происходит разобщение распределительной прорези 2 с каналом 4, впускное отверстие совмещается с соответствующей прорезью 8 в плунжере и за счет создавшегося разряжения топливо поступает в камеру высокого давления 3 и центральный канал. Процесс впуска и последующего впрыска топлива происходит в течение поворота плунжера на 90 ° в четырехцилиндровом дизеле, 72 ° в пятицилиндровом и на 60 ° в шестицилиндровом.

Фазы топливоподачи:

1 – плунжер; 2 – распределительная канавка; 3 – камера; 4 – выпускное отверстие; 5 – втулка подачи топлива; 6 – управляющее отверстие

Корректор по давлению наддува дизеля. Автоматический противодымный корректор или корректор по давлению наддува дизеля (LDA) служит для приведения в со­ответствие расхода топлива, подаваемого в цилиндры дизеля, ве­личине расхода воздуха, подаваемого компрессором, исключая таким образом дымление двигателя. Необходимость установки указанного автоматического устройства определяется изменением плотности воздуха в цилиндрах дизеля с турбонаддувом в зависи­мости от режима работы турбокомпрессора. Особенно необходи­ма работа корректора на режимах разгона дизеля, когда величина топливоподачи возрастает значительно быстрее, чем расход воз­духа, при этом коэффициент избытка воздуха уменьшается, и ра­бота дизеля сопровождается дымлением.

Конструктивное исполнение корректора по давлению над­дува, установленного на верхней крышке корпуса насоса, пока­зано на рис.

Рис. Схема работы корректора с турбонаддувом:

А – положение мембраны при увеличенном давлении наддува; б – положение мембраны при недостаточном давлении наддува; 1 – рычаг-упор корректора; 2 – шток; 3 – мембрана; 4 – подвод разряжения от впускного коллектора; 5 – пружина; 6 – жиклер слива топлива: 7 – стержень; 8 – регулировочный винт максимальной подачи; 9 – увеличенный ход подачи; 10 – дозирующая муфта; 11 – плунжер; 12 – пусковой рычаг; 13 – силовой рычаг

Внутренняя полость корректора разделена мембраной 3 на две камеры - верхнюю, соединенную с впускным коллектором и находящуюся под давлением наддува, и нижнюю, содержащую пружину 5, которая действует на мембрану, оказы­вая сопротивление ее перемещению вниз. Нижняя камера корректора находится под атмосферным давлением. Мембрана 3 соединена со штоком 2, имеющим управляющий конус, в кото­рый упирается подвижный стержень 7, передающий движение штока и, следовательно, мембраны рычагу-упору корректора 1. Шток взаимодействует с силовым рычагом 13 регулятора. Рабо­та корректора происходит следующим образом. Если величина давления наддува недостаточна для преодоления усилия затяж­ки пружины 5, то мембрана 3 и шток 2 находятся в исходном по­ложении, как это показано на рис. б. При увеличении давле­ния воздуха (рис.а), подаваемого компрессором, мембрана, преодоле­вая сопротивление пружины, перемещается вниз, соответствен­но перемещая шток 2 с управляющим конусом, в результате чего стержень 7 изменяет свое положение и рычаг 1 поворачивается относительно оси по часовой стрелке под действием рабочей пружины регулятора. Силовой рычаг 13, следуя перемещению рычага-упора 1, также поворачивается вместе с пусковым рыча­гом 12 относительно их общей оси, перемещая до­зирующую муфту в направлении увеличения подачи. Таким об­разом, величина топливоподачи оказывается в соответствии с количеством воздуха, подаваемого в цилиндры дизеля, посколь­ку это количество пропорционально давлению наддува. Если скоростной и нагрузочный режимы уменьшаются, то снижается и давление наддува, пружина корректора перемещает мембрану со штоком вертикально вверх, и механизм регулятора работает в направлении, обратном описанному выше, уменьшая подачу топлива в функции давления наддува (рис. б).

Если работа турбокомпрессора нарушается, то автомати­ческое устройство LDA, т.е. корректор по давлению наддува, ока­зывается в исходном положении на верхнем упоре (рис. б), обеспечивая работу дизеля без дымления. Величина макси­мальной подачи топлива для данного двигателя регулируется винтом 8, установленным на крышке ТНВД.

Подогрев топлива.

Топливной насос высокого давления (сокращенно – ТНВД) приходится важной составляющей системы двигателя, который работает на дизеле. Все, кто хоть раз сталкивался с аксиально-плунжерными или же радиально-плунжерными гидромашинами, наверняка знакомы с, так называемыми, плунжерными насосами. Позже, широкую огласку в системе подачи дизельного топлива получили плунжерные пары. Но обо всём поподробней.

Что такое плунжерная пара ТНВД

В основе топливного насоса высокого давления лежит единица сборки, которая составляет насосную секцию и называется плунжерная пара (или плунжерная пара тнвд). Она состоит из плунжера (поршня) и небольшой втулки (цилиндра), между которыми находится зазор минимального размера - прецизионное сопряжение. Данную пару принято изготавливать только из качественной стали, которая соответствует высокой точности, так как плунжер предназначен для создания давления, необходимого для распыления топлива в дизельном цилиндре и регуляции цикличной подачи.

Важно! Необходимо учесть, что большинство плунжерных пар собираются методом селективной сборки и прецизионное сопряжение между поршнем и цилиндром составляет 0,0018 мм. Замена одной плунжерной пары должна быть сделана комплексно, так как замена лишь одной определенной детали на другую при возможном будущем ремонте не возможна. Плунжер тнвд состоит из продольной и спиральной канавок. На поверхности плунжерной пары образуется кромка косой наружности, которая имеет название регулирующей.

Сама плунжерная пара тнвд состоит из пяти плунжеров и четырех гильз. В гильзе находятся два канала: подводящий и перепускной. Они соединяют между собой всасывающую полость с камерой давления. Штуцер с конусом посадки находится над плунжерной парой.

Плунжерные топливные насосы могут работать при огромном давлении, в отличие от поршневых насосов. Главной причиной тому является достаточно высокая чистота обработки, которая должна быть со стороны поверхности цилиндрической формы, в отличие от поршневого насоса, у которого имеет место более точная обработка внутреннего цилиндра. Это технически сложный процесс.

Последовательность работы плунжерной пары

Объём среды, которая впоследствии вытесняется, напрямую зависит от той длины, с которой происходит ход плунжера. При помощи изменения самой характеристики, насос тнвд получает регулировку подачи в определенный отрезок времени. Обработка деталей плунжерных гидромашин и их точность настолько высоки, что прецизионное сопряжение между внешней и внутренней поверхностями цилиндра достигает примерно трех мкм.

Плунжер на тнвд имеет двигающуюся в корпусе рейку, которая приводит в движение зубчатый сектор, тем самым управляя цилиндром (втулкой). Рейка перемещается регулятором вращения коленчатого вала. С её помощью можно абсолютно точно дозировать цикловую подачу, при этом полный ход плунжера не будет изменен. Активность хода, которая связана с цикловой подачей, может быть изменена при помощи поворота регулирующей втулки самого плунжера.

Знаете ли вы? Давление в плунжерной паре в момент впрыска топлива в дизельный двигатель может достигнуть 200 МПа! Наглядный пример работы того, как выглядит устройство и работа тнвд:

Под первым номером находится камера высокого давления. Второй номер обозначает подводящий канал. Третий - гильза плунжера. Четвертый - сам плунжер. Пятый номер - регулирующая кромка. И, наконец, под шестым номером скрывается перепускной канал.

На следующей картинке изображено регулирование цикловой подачи, которое выдерживает клапан высокого давления топлива.

а) нулевая подача; б) средняя подача; с) полная подача

1. Плунжерная гильза
2. Подводящий канал
3. Плунжер тнвд
4. Кромка регулирования плунжера
5. Рейка топливного насоса высокого давления

Цикловая подача топлива может быть отрегулирована в процессе изменения активного хода кромки. Для этого нужно повернуть рейку через цилиндр плунжера таким образом, чтобы кромка регуляции могла изменять сам момент нагнетания и величину впрыскивания в конце.

При нулевой подаче (а), канавка продольной формы находится впереди перепускного канала, таким образом, что давление в камере плунжерной пары во время работы плунжера равно давлению в полости всасывания. После этих действий нагнетания топлива не происходит.

Если рассматривать среднюю подачу (б), то плунжер должен быть установлен в промежуточном положении.

Полная подача (с) возможна лишь после установки активного максимального плунжерного хода.Передача движения на плунжер от рейки может быть произведена через зубчатые рейки на сектор, который закреплен на цилиндре плунжера.

Нагнетательные клапаны

Основной задачей нагнетательных клапанов является магистральное перекрытие высокого давления между топливным проводом и плунжерной парой тнвд, а также снижение давления до четкого статистического уровня, путем стравливания топливного провода и форсунковой полости. Такое снижение необходимо для мгновенного перекрытия форсункового распылителя, что, впоследствии, может предотвратить появление топливных капель.

На рисунке изображен пример нагнетательного клапана.

Различают разные конструкции топливных насосов высокого давления. От этого зависят виды плунжеров, основные из которых: рядный, распределительный и магистральный.

Важно! Открытое давление нагнетательного клапана регулируют при помощи подбора усиленной пружины. При этом проверку герметичности данного клапана нужно отвернуть от секции ТНВД, которая неисправна. Рейка насоса должна быть повёрнута в выключенное положение подачи. Давление при этом создается ручным насосом. Топливная утечка может свидетельствовать о неисправном состоянии основного клапана. В рядном насосе топливо нагнетается в цилиндр с помощью определенной плунжерной пары. В распределительном насосе имеется один плунжер, который может обеспечить нагнетание, а также распределение топлива по всем втулкам. Магистральный насос может осуществить нагнетание топлива лишь в аккумулятор.

Работа топливного насоса высокого давления может использоваться в системе непосредственного впрыска бензинового двигателя. Его давление меньше дизельного насоса.

Клапан постоянного объема состоит из втягивающего поршня, который получается из части элемента клапана. В том случае, когда канавка спиральной формы плунжера прекращает свою топливную подачу и пружина закрывает нагнетательный клапан, тогда поршень начинает входить в направляющую втулку штока (4) и отрезает топливный провод высокого давления от камеры этого самого высокого давления (или надплунжерного пространства).

Это может значить только то, что объем топлива в топливном проводе возрастет на объем величины, которая получается при втягивающем поршне (2). Длина топливного провода при этом не должна быть изменена.

Седло клапана (1), кольцевая проточка (3) и вертикальный паз (5) также не должны быть изменены. Клапаны с компенсацией, в свою очередь, имеют доработанный участок (6) на поршне втягивающей структуры.

Клапан постоянного объема с ограничением обратного потока

Клапан с ограниченным обратным потоком постоянного объема может быть применен как дополнение к обратному клапану. Обратное давление образуется при закрытом распылителе форсунки, может быть причиной простого износа камеры в нагнетательном клапане. Такое воздействие может быть полностью удалено эффектом демпфируции или ограничения потока верхней секции нагнетательного клапана. Одним словом, такое действие достигается при помощи ограничительного узенького канала в клапане, который обеспечивает дросселирующий эффект и предохраняет от волны отражения клапана. При открытом клапане такой эффект не происходит.

Знаете ли вы? В качестве корпуса клапана топливного насоса используется пластилин или направляющий конус.

Клапан постоянного давления

Клапан постоянного давления использует плунжерная пара тнвд. Данный клапан может развить давление больше 800 бар. Состоит из нагнетательного переднего клапана, который работает вместе с подачей топлива и клапана, удерживающего давление. Между впрысками, данный клапан поддерживает постоянный статистический уровень давления, как и при других рабочих режимах. Если говорить о преимуществе клапана, то он устраняет кавитацию и значительно улучшает гидравлическую стабильность. Важно! Для эффективной работы клапана требуются более точные регулировочные модификации числа оборотов. Подитожив все вышесказанное, управление подачей топлива в плунжерной паре должно производится с помощью клапана дозирования в зависимости от двигателя. В нормальном положении такой клапан всегда открыт. По электронному сигналу блока управления, клапан должен закрыться на некоторую определенную величину. Таким образом можно отрегулировать нужное количество поступающего топлива в компрессионную камеру.

Подписывайтесь на наши ленты в

Топливный насос высокого давления дизельного двигателя

Топливный насос высокого давления 12-цилиндрового дизельного двигателя

Топливный насос высокого давления (ТНВД) дизельного двигателя (а также бензиновых двигателей, оснащенных системой непосредственного впрыска топлива) является одним из наиболее сложных узлов системы топливоподачи дизельных двигателей.

Топливные насосы предназначены для подачи в цилиндры дизеля под определенным давлением и в определенный момент точно отмеренных порций топлива, соответствующих данной нагрузке. По способу впрыска различают топливные насосы непосредственного действия и с аккумуляторным впрыском. В топливном насосе непосредственного действия осуществляется механический привод плунжера, а процессы нагнетания и впрыска протекают одновременно. В каждый цилиндр секция топливного насоса подает необходимую порцию топлива. Требуемое давление распыливания создается движением плунжера насоса.

Двигатель автомобиля часто сравнивают с человеческим сердцем. И определенное сходство действительно есть. Благодаря сердцу человек может жить, а автомобиль благодаря мотору - двигаться. Сердце прокачивает кровь в организме - обеспечивает ее циркуляцию ко всем ключевым органам. В двигателе такую функцию выполняет Сегодня мы рассмотрим особенности и предназначение насоса низкого давления. Этот элемент является очень важной частью ТННД необходим для подачи горючего к ТНВД. Часто его устанавливают рядом с ТНВД. Оба механизма соединены при помощи патрубков, через которые осуществляется циркуляция. Одновременно топливо проходит через фильтры, где очищается.

Какие задачи решает ТННД в топливной системе

Топливный насос низкого давления дизельного двигателя решает важную задачу. Горючее, которое подается под низким давлением, подвержено закипанию. В результате образуются паровые пробки. Пузырьки пара легких фракций и более густое горючее разделяются. Это означает, что в насос низкого давления начнет попадать жидкость, вязкость которой постоянно меняется. О нагнетании горючего при помощи ТНВД в нормальном режиме не приходится говорить. Факел постоянно меняется и не будет попадать в нормальные параметры.

Как устроен ТННД

Топливный насос низкого давления дизельного двигателя состоит из вала привода. Прокачивание осуществляется при помощи специального ротора, на котором имеются лопасти. Также в конструкции предусмотрен статор, распределительный диск и приводная шестерня. Когда ротор приводится в действие, происходит сближение его лопастей со статором. Затем выполняется формирование камер из-за воздействия центробежной силы. Так как в полости насоса создается напряжение, то горючее поступает из них непосредственно к ТНВД. Для этого существуют каналы в распределительном диске. Незначительный объем дизеля попадет в клапан редукции, если давление больше необходимого. Оба устройства связаны между собой, поэтому для создания и поддержания нужных условий применяется специальный сливной дроссель. Это жиклер, который вкручен в насос высокого давления. Так создаются условия в камерах в зависимости от того, с какой скоростью вращается приводной вал.

Устройство подкачивающего насоса

Подкачивающий или топливный насос низкого давления (ТННД) в дизельных силовых агрегатах имеет простую конструкцию. Он состоит из двух шестеренок, которые постоянно находятся в сцеплении друг с другом. В процессе вращения зубья этих шестерен создают поток горючего по топливной системе к насосу высокого давления. Главный элемент конструкции в насосе помпового типа - поршень, который нагнетает топливо. Для подачи дизеля необходимо два режима работы поршня. Это рабочий ход и вспомогательный.

Разновидности ТННД

Топливный насос низкого давления дизельного двигателя - это только одна разновидность этих механизмов. Кроме дизельных, данные устройства можно встретить в других двигателях, независимо от модели мотора или года его производства. Без насоса не обойтись - он необходим для подачи горючего из топливного бака и передачи его далее по системе.

В случае с карбюраторными бензиновыми моторами применяются относительно слабые по мощности механические насосы. На агрегатах, оснащенных инжекторной системой питания, а также на дизельных силовых агрегатах используют насос подкачки дизельного топлива электрический.

Механический ТННД

Данная система устанавливается непосредственно на блоке цилиндров и закрепляется при помощи обыкновенных винтов. Работа такого насоса обеспечивается при помощи коленчатого вала с эксцентриком. Если нажать на эксцентриковый кулачок, внутри создаются сокращения. Так топливо подается по системе питания. Для того чтобы горючее не попало обратно, насос оснащен специальным клапаном. Остальные нажатия на кулачок отправляют бензин в карбюратор. Если в автомобиле установлен ТННД механического типа, то с ним можно легко завести двигатель даже при учете долгого простоя. Для этого просто вручную качают механизм подкачки.

Электрический

На современных автомобилях используют электрический топливный насос низкого давления дизельного двигателя и бензинового инжекторного мотора. Использование механического прибора стало просто невозможным. Он, ввиду меньшей мощности, не мог справиться с поставленными задачами. Он не создает необходимое давление внутри топливной системы.

В более простом виде устройство представляет собой сам насосный элемент и заключенные в один корпус. Там же находится и фильтр для очистки топлива, топливозаборник и датчик расхода горючего. Схема и принцип работы похожи на алгоритм агрегата. Отличие лишь в том, что для прокачивания жидкости используется электродвигатель. В бензиновых моторах ТННД располагается непосредственно внутри топливного бака. Большинство автовладельцев уверены, что это не совсем безопасно. На самом деле никакой опасности в этом нет. В случае с бензином горючее в насосе склонно к перегреву из-за тепла, которое выделяет двигатель. На электрических аналогах такая проблема полностью отсутствует. Топливо без перерывов двигается по патрубкам системы и не дает насосу перегреваться до критической точки. В дизельных моторах электрический ТННД часто объединен с ТНВД. Это можно объяснить необходимостью подачи горючего постоянно. Так обеспечивается стабильная работа двигателя на различных оборотах.

Топливный насос высокого давления (ТНВД)

Это устройство считается одним из самых сложных в дизельном моторе. Главная его задача - обеспечить подачу дизеля в камеры сгорания под Подача обеспечивается не просто под определенным давлением, но в необходимый момент времени. Порция очень точно отмеривается электроникой и полностью соответствует уровню нагрузки на агрегат. Существует несколько видов устройств по типу впрыска. Это агрегаты с аккумуляторной системой впрыска и с непосредственным действием.

Устройство в которых применяется непосредственный принцип действия, отличается тем, что в конструкции применяется плунжер, оснащенный механическим типом привода. Так, нагнетание и впрыск выполняются одновременно. В каждую камеру сгорания отдельная секция насоса распыляет свою дозу горючего. Необходимое давление обеспечивается за счет движения механизма плунжера.

Аккумуляторные ТНВД и их особенности

Насосы, оснащенные аккумуляторным впрыском, имеют отличия. Так, на рабочий привод плунжера будут действовать сжатые под давлением газы в цилиндрах двигателя. Также воздействие может оказываться с помощью пружин. Сейчас распространены устройства с аккумулятором гидравлического типа. Они устанавливаются в мощных моторах, работающих преимущественно на небольших оборотах.

Основные неисправности ТННД

Основная проблема - это снижение производительности устройства и падение уровня впрыска, которое обеспечивал топливный насос низкого давления дизельного двигателя. Определить его можно при помощи манометра или же датчика давления, который устанавливают на входе.

Чаще всего причинами снижения производительности ТННД является засор и заклинивание рабочего элемента. Что касается первой причины, то в дизельном топливе могут содержаться различные примеси, которые хоть и проходят через фильтрующие элементы, тем не менее все равно накапливаются в клапане. Также возможно, что снизилась упругость возвратной пружины элемента.

Как ремонтировать ТННД

В случае если упала эффективность работы агрегата, топливный насос низкого давления дизельного двигателя необходимо демонтировать и провести ревизию. Зачастую производительность снова вырастает после промывки и прочистки рабочих полостей и элементов устройства.

Также нелишним будет слить мусор и смолы из дренажных отсеков. Для более серьезного ремонта используют ремонтные комплекты, которые сейчас выпускаются на китайских заводах, изготавливающих запасные части для двигателей автомобиля.

Зная, как устроен топливный насос низкого давления дизельного двигателя, принцип работы устройства, можно без труда отремонтировать его или же заменить.

Топливные насосы предназначены для подачи в цилиндры дизеля под определенным давлением и в определенный момент цикла, точно отмеренных порций топлива, соответствующих данной нагрузке приложенной к коленчатому валу. По способу впрыска различают топливные насосы непосредственного действия и с аккумуляторным впрыском.

В топливном насосе непосредственного действия осуществляется механический привод плунжера , а процессы нагнетания и впрыска протекают одновременно. В каждый цилиндр секция топливного насоса подает необходимую порцию топлива. Требуемое давление распыления создается движением плунжера насоса.

В системах с гидравлическими аккумуляторами процессы нагнетания и впрыска протекают раздельно. Предварительно топливо под высоким давлением нагнетается насосом в аккумулятор, из которого поступает к форсункам. Эта система обеспечивает качественное распыливание и смесеобразование в широком диапазоне нагрузок дизеля, но из-за сложности конструкций такой насос широкого распространения не получил. Современные дизели используют технологию с управлением электромагнитными клапанами форсунок от микропроцессорного устройства (такое сочетание называется «common rail»).

Разновидности

Топливные насосы высокого давления могут быть рядными, V-образными (многосекционными) и распределительными. В рядных ТНВД насосные секции располагаются друг за другом, и каждая подает топливо в определенный цилиндр двигателя. В распределительных ТНВД, которые бывают одноплунжерными и двухплунжерными, одна насосная секция подает топливо в несколько цилиндров двигателя.

Устройство распределительного ТНВД:

1. всережимный регулятор;
2. дренажный штуцер ;
3. корпус насосной секции высокого давления в сборе с плунжерной парой и нагнетательными клапанами;
4. лючок регулятора опережения впрыска;
5. корпус ТНВД;
6. электромагнитный клапан выключения подачи топлива;
7. кулачково-роликовое устройство привода плунжера.

Подачу топлива из бака в ТНВД обеспечивает топливоподкачивающий насос (5), а редукционный клапан (1) поддерживает стабильное давление на входе в насосную секцию ТНВД, которая расположена в корпусе (4).

Плунжерная пара насосной секции представляет собой золотниковое устройство, регулирующее количество впрыскиваемого топлива и распределяющее его по цилиндрам дизеля в соответствии с порядком их работы. Всережимный регулятор (2) обеспечивает устойчивую работу дизеля в любом режиме, задаваемом водителем с помощью педали акселератора , и ограничивает максимальные обороты коленчатого вала , а регулятор опережения впрыска топлива (6) изменяет момент подачи топлива в цилиндры в зависимости от частоты вращения коленвала.

Топливоподкачивающий насос подает в ТНВД топливо в гораздо большем объёме, чем требуется для работы дизеля. Излишки возвращаются в бак через дренажный штуцер (3). Что касается электромагнитного клапана (8), то он предназначен для остановки дизеля. При повороте ключа в замке зажигания в положение «выключено» электромагнитный клапан перекрывает подачу топлива к плунжерной паре, а значит, и в цилиндры дизеля, это и требуется, чтобы заглушить силовой агрегат.

В зависимости от давления и продолжительности впрыска, а также от величины цикловой подачи топлива существуют следующие модели рядных ТНВД:

• М (4-6 цилиндров, давление впрыска до 550 бар)
• А (2-12 цилиндров, давление впрыска до 950 бар)
• P3000 (4-12 цилиндров, давление впрыска до 950 бар)
• P7100 (4-12 цилиндров, давление впрыска до 1200 бар)
• P8000 (6-12 цилиндров, давление впрыска до 1300 бар)
• P8500 (4-12 цилиндров, давление впрыска до 1300 бар)
• R (4-12 цилиндров, давление впрыска до 1150 бар)
• P10 (6-12 цилиндров, давление впрыска до 1200 бар)
• ZW (M) (4-12 цилиндров, давление впрыска до 950 бар)
• P9 (6-12 цилиндров, давление впрыска до 1200 бар)
• CW (6-10 цилиндров, давление впрыска до 1000 бар)
• H1000 (5-8 цилиндров, давление впрыска до 1350 бар)

Общее устройство ТНВД

• Корпус.
• Крышки.
• Всережимный регулятор
• Муфта опережения впрыска.
• Подкачивающий насос.
• Кулачковый вал.
• Толкатели.
• Плунжеры с поводками или зубчатыми втулками,
• Гильзы плунжеров.
• Возвратные пружины плунжеров.
• Нагнетательные клапаны.
• Штуцеры.
• Рейка.

Принцип действия ТНВД

Вращение кулачковый вал получает через муфту опережения впрыска и зубчатую передачу от коленчатого вала. При вращении кулачкового вала кулачок набегает на толкатель и смещает его, а он в свою очередь, сжимая пружину, поднимает плунжер. При поднятии плунжера он вначале закрывает впускной канал, а затем начинает вытеснять топливо, находящееся над ним. Топливо вытесняется через нагнетательный клапан, открывшийся за счёт давления, и поступает к форсунке.

В момент движения плунжера вверх винтовой канал, находящийся на нём, совпадает со сливным каналом в гильзе. Остатки топлива, находящиеся над плунжером, начинают уходить на слив через осевой, радиальный и винтовой каналы в плунжере и сливной в гильзе. При опускании плунжера за счёт пружины открывается впускной канал, и объём над плунжером заполняется топливом от подкачивающего насоса.

Изменение количества подаваемого топлива к форсунке осуществляется поворотом плунжеров от рейки через всережимный регулятор. При повороте плунжера, если винтовой канал совпадёт со сливным раньше, то впрыснуто топлива будет меньше. При обратном повороте каналы совпадут позже, и впрыснуто топлива будет больше.

На некоторых ТНВД (например, ТНВД трактора Т-130) часть секций отключается на холостых оборотах, соответственно, отключается и часть цилиндров двигателя.

Дополнительные агрегаты ТНВД

Муфта опережения впрыска - служит для изменения угла опережения впрыска в зависимости от оборотов. По принципу действия является механизмом, использующим центробежную силу. Устройство:

• Ведущая полумуфта.
• Ведомая полумуфта.
• Грузы.
• Стяжные пружины грузов.
• Опорные пальцы грузов

Принцип действия муфты следующий. При минимальных оборотах грузы за счёт пружин стянуты к центру и положение между муфтами является исходным, при этом угол опережения впрыска находится в пределах отрегулированного параметра. При увеличении оборотов центробежная сила в грузах возрастает и разводит их, преодолевая сопротивление пружин. При этом муфты поворачиваются относительно друг друга и угол опережения впрыска увеличивается.

Всережимный регулятор - служит для изменения количества подачи топлива в зависимости от режимов работы двигателя: запуск двигателя, увеличение/уменьшение оборотов, увеличение/уменьшение нагрузки, остановка двигателя. Устройство:

• Корпус.
• Крышки.
• Державка.
• Грузы.
• Муфта.
• Рычаги.
• Скоба-кулисы.
• Регулировочные винты.
• Оттяжные пружины.

Принцип действия регулятора следующий:

• Запуск двигателя: перед запуском рейка за счёт пружины находится в положении максимальной подачи топлива, поэтому при запуске в двигатель подаётся максимальное количество топлива. Это способствует быстрому запуску. Как только двигатель начнёт развивать обороты, и центробежная сила в грузах начнёт расти, они, преодолевая сопротивление пружин, начнут расходиться в стороны и внутренними своими рычагами давить на муфту, которая будет воздействовать на рычаг, а рычаг будет тянуть рейку в сторону уменьшения подачи топлива. Обороты установятся в соответствии с натягом пружин.
• Увеличение оборотов: при нажатии на педаль «газа» натягивается пружина, которая действует на рычаг рейки и муфту. Муфта и рейка смещается, при этом преодолевается центробежная сила в грузах. Рейка смещается в сторону увеличения подачи топлива, и обороты растут.
• Увеличение нагрузки - при увеличении нагрузки и неизменном положении педали «газа» обороты снижаются, центробежная сила в грузах тоже. Грузы складываются и дают возможность сместиться муфте, рычагу и рейке в сторону увеличения подачи топлива. При снижении нагрузки обороты начинают увеличиваться, центробежная сила в грузах тоже, грузы начинают расходится и внутренними рычагами смещать муфту, рычаг и рейку в сторону уменьшения подачи топлива. Обороты при этом прекращают расти.
• Остановка двигателя - при остановке двигателя поворачивается скоба, кулиса скобы воздействует на рычаг, а рычаг - на рейку. Рейка перемещается настолько в сторону уменьшения подачи, что подача прекращается, и двигатель останавливается