Топливный насос высокого давления или, как часто можно встретить в специализированной литературе и сети интернет, ТНВД, — один из важных и достаточно сложных узлов, как всех дизельных двигателей, так и еще пока малой части бензиновых моторов — тех из них, в которых осуществляется прямой впуск топлива в камеру сгорания.

Устройство, принцип работы и виды.

Из названия данного узла можно понять, что его основная задача состоит в том, чтобы подавать в движок топливо под высоким давлением (если представляете работу , то в нем топливо через форсунку подается этим давлением непосредственно в камеру сгорания, где в данный момент находиться сжатый воздух).

Виды ТНВД.

В силу этой своей задачи топливный насос высокого давления является достаточно сложным механизмом. При этом само конструкционное исполнение ТНВД делится на насколько видов:

• рядного типа,
• распределительного типа,
• магистрального типа.

В чем их отличия?

Два первых типа по своей конструкции очень схожи.

Топливный насос высокого давления рядного типа (фото).

Топливный насос высокого давления распределительного типа (фото).

В их основе лежит плунжерная пара (цилиндр и шток), совместная работа которых, приводимаяв действие от коленчатого вала через кулачковый механизм (вал), создает необходимое давление топлива. Разница состоит лишь в том, что в топливном насосе рядного типа количество плунжеров равно количеству цилиндров двигателя, соответственно, каждый плунжер обслуживает свой цилиндр. А в ТНВД распределительного типа — нет. К примеру, на обычном 4-цилиндровом двигателе при распределительном виде топливного насоса высокого давления чаще всего можно встретить 1-плунжерный механизм, который обслуживает все цилиндры. Система работает так, что в определенный момент времени плунжер подает необходимую порцию топлива под давлением к соответствующему цилиндру.

Устройство ТНВД рядного типа.

1. штуцер напорной магистрали
2. седло клапана
3. пружина клапана
4. корпус насосной секции
5. нагнетательный клапан
6. впускное и выпускное отверстия
7. наклонная поверхность плунжера
8. плунжер
9. втулка
10. рычаг управления плунжером
11. возвратная плунжерная пружина
12. пружина толкателя
13. роликовый толкатель
14. кулачок
15. зубчатая рейка

Устройство ТНВД распределительного типа.

1. шестерня привода регулятора подачи топлива
2. входное отверствие топлива
3. выходное отверстие топлива
4. регулировочный винт
5. электромагнитный запорный клапан
6. распределительный блок
7. штуцеры нагнетательных трубопроводов
8. плунжер-распределитель
9. кулачковая шайба
10. ролик
11. лопастной топливоподкачивающий насос
12. фланец

Что из них лучше? — сказать сложно, так как у насосов и рядного, и распределительного типа есть свои неповторимые достоинства: рядный ТНВД за счет меньшей нагрузки на каждый плунжер имеет более длительный срок службы, зато система распределительного типа создает более равномерную подачу топлива.

Топливный насос высокого давления магистрального типа (фото).

Теперь перейдем к ТНВД магистрального типа. Данный тип топливного насоса, а точнее вся система подачи топлива еще иногда встречается под названием “Common Rail”. Главное отличие его от рассмотренных ранее видов в том, что топливо насосом под давлением здесь нагнетается не в камеру сгорания, а в топливную рампу (аккумулятор). Оттуда топливо распределяется по цилиндрам. Момент впрыска при этом контролируется электромагнитной форсункой, которая открывается по команде бортового компьютера. Сам же ТНВД применяемый в такой системе может иметь одну и более плунжерную пару и приводиться в действие от коленчатого вала.

Устройство ТНВД магистрального типа.

1. приводной кулачковый вал
2. ролик
3. плунжерная пружина
4. плунжер
5. штуцер напорной магистрали (к топливной рампе)
6. выпускной клапан
7. впускной клапан
8. электромагнитный клапан дозирования топлива
9. фильтр тонкой очистки топлива
10. перепускной клапан
11. штуцер обратного топливопровода
12. штуцер впускного топливопровода

Завершая обзорное описание видов ТНВД можно еще отметить тот факт, что оба первых типа топливных насосов по своей сути чисто механические узлы. Их работа построена на применение механических законов и может работать вовсе без применения электронных узлов. Система же с магистральным типом ТНВД относиться к более новому поколению, где во всем начинает властвовать электроника.

Ремонт и регулировка топливного насоса высокого давления.

Ремонт и регулировка топливной аппаратуры высокого давления — достаточно сложная задача, требующая как теоретической, так практической подготовки. Совсем мало автомобилистов пытается самостоятельно лезть в ее настройки и уж тем более ремонтировать. Чаще всего дизельными топливными насосами занимаются специализированные станции ремонта и диагностики, которые обеспечены необходимым оборудованием и квалифицированными кадрами.

Единственная задача, на которую можно отважиться самостоятельно, — регулировка оборотов холостого хода (ее описание довольно часто можно встретить в инструкции по эксплуатации автомобиля) – советую прочитать статью . Как правило, она подразумевает под собой подтяжку троса акселератора до достижения необходимых параметров. Однако даже такая простая процедура не всегда доступна для обычных автолюбителей на двигателях с электронным управлением впрыска. Ведь здесь кроме самой механической регулировки чаще всего необходимо выполнять еще и электронную настройку системы, которую без специального оборудования не произведешь.

Ну, а в заключении хотелось бы отметить тот факт, что ТНВД — достаточно дорогая деталь двигателя, поломка которой очень часто достаточно сильно бьет по карману автовладельца.

Основными причинами, которые приводят к поломкам топливного насоса, можно назвать некачественное топливо и несоблюдение регламента проведения диагностики. Так что в качестве совета:

1. старайтесь заправляться только на проверенных автозаправочных станция;

2. как только пробег автомобиля потребует проведения обслуживания — не откладывая, загляните на станцию диагностики.

Топливный насос высокого давления VЕ. По мере все большего ужесточения норм на выброс вред­ных веществ транспортными средствами, традиционные ме­ханические ТНВД дизелей оказываются не в состоянии обеспечить необходимую точность дозирования топлива и скорость реагирования на изменяющиеся условия движения. Это привело к необходимости электронного регулирования все большим числом составных частей топливной системы дизеля.

Фирмами Bosch, Diesel Kiki и Nippon Denso раз­работан ряд систем электронного управления топливоподачей на базе топливного насоса VЕ, которые обеспечили дальнейшее совершенствование процесса топливоподачи – повышение точности дозирования топлива в отдельные цилиндры, уменьшение межцикловой нестабильности процесса сгорания, уменьшения неравномерности работы дизеля на режимах холостого хода. В отдельных системах устанавливается быстродействующий клапан, который позволяет разделить процесс впрыска на две фазы, что уменьшает жесткость процесса сгорания.

Точное регулирование не только способствует контролю за выбросом токсичных веществ, но и обеспечивает увеличе­ние мощности и более плавную работу двигателя. Некоторые модели имеют электронное регулирование ре­циркуляции отработавших газов.

В электронных системах применяются топливные насосы распределительного типа, с дополнением управляемых ис­полнительных устройств для регулирования положения до­затора и клапана автомата опережения впрыскивания топ­лива.

Электронный блок управления получает сигналы от множе­ства датчиков, таких как положения педали акселератора, частоты вращения вала двигателя, температуры охлаж­дающей жидкости и топлива, подъема иглы форсунок, ско­рости движения автомобиля, давления наддува и темпера­туры воздуха на впуске и др.

Эти сигналы обрабатываются в электронном блоке управле­ния. Результирующий выходной сигнал посылается в ТНВД, обеспечивая подачу оптимального количества топлива к форсункам и оптимальный угол опережения впрыскивания в соответствии с эксплуатационными условиями. Если подключается дополнительная нагрузка (например, вклю­чают кондиционер воздуха), то в электронный блок управления приходит соответствующий сигнал, и дополнительная нагрузка компенсируется увеличением подачи топлива. Электронный блок управления также контролирует работу свечей накаливания в трех стадиях – период накаливания, установившийся режим работы свечей накаливания и пери­од после накаливания, в зависимости от температуры.

В отличие от механических, в электронно-управляемых ТНВД повышенная частота вращения коленчатого вала на холостом ходу, определяется управляющей диафрагмой. Приводимый диафрагмой тросик уп­равляет рычагом повышенной частоты вращения на топливном насосе. При неработающем двигателе рычаг находится в по­ложении повышенной частоты вращения. Во время запуска двигателя в диафрагменном бло­ке создается разрежение, управляемое электронным блоком управления посредством элек­тромагнитного клапана. По мере прогрева двигателя электрон­ный блок открывает клапан, в диаф­рагменном блоке создается разрежение, вследствие чего рычаг повышенной частоты вращения с помощью тросика возвращается в нормаль­ное положение холостого хода.

В целях снижения выбросов оксидов азота ТНВД с электронным управлением оборудованы системой рециркуляции отработавших газов. Отбор части отработавших газов во впус­кной тракт управляется электронным блоком управления посредством клапанов системы рециркуляции. Вакуумным насосом в клапане рециркуляции создается разре­жение, которое зависит от частоты вра­щения двигателя, нагрузки и высоты над уровнем моря.

Упрощенная схема электронного регулирования одноплунжерного топливного насоса типа VE фирмы Bosch дизельного двигателя приведена на рис. 17

Рис. 17. Схема системы электронного управления одноплунжерного ТНВД:

1 – датчик начала впрыска; 2 – датчик ВМТ и частоты вращения коленчатого вала; 3 – расходомер воздуха; 4 – датчик температуры охлаждающей жидкости; 5 – датчик положения педали подачи топлива; 6 – блок управления; 7 – исполнительное устройство ускорителя пуска и прогрева двигателя; 8 – исполнительное устройство управления клапаном рециркуляции отработавших газов; 9 – исполнительное устройство управления углом опережения впрыска; 10 – исполнительное устройство привода дозирующей муфты; 11 – датчик хода дозатора; 12 – датчик температуры топлива; 13 – ТНВД

Основным регулирующим элементом системы является электромагнитное исполнительное устройство 10, которое пе­ремещает дозирующую муфту ТНВД.

Управление процессами топливоподачи осуществляется с помощью блока управления 6. В блок управления поступает информация от различных датчиков: начала впрыска 1, установленного в одной из форсунок впрыска топлива; верхней мертвой точки и частоты вращения коленчатого вала 2; расходомера воздуха 3; температуры охлаждающей жидкости 4; положения педали топлива 5 и др. В соответствии с заданными в памяти блока характеристиками управления и полученной информацией от датчиков блок управления выдает выходные сигналы на исполнительные механизмы управления цикловой подачей и углом опережения впрыска топлива. Таким образом, регулируется величина цикловой подачи то­плива от холостого хода до режима полной нагрузки, а также во время холодного пуска.

Потенциометр исполнительного устройства посылает сигнал обратной связи в электронный блок управления, определяя точное положение дозирующей муфты. Угол опережения впрыскивания топлива регулируется по­добным же образом.

Электронный блок управления формирует сигналы, обеспечивающие протекание регуляторных характеристик, стабилизацию частоты вращения холостого хода, рециркуляцию ОГ, сте­пень которой определяется по сигналам датчика массового расхода воздуха. При этом в блоке управления сопоставляются реальные сигналы датчиков со значениями в запрограммированных полях характеристик, в результате чего на сервомеханизм исполнительных устройств передается выходной сигнал, обеспечивающий требуемое положение дозирующей муфты с высокой точностью регулирования.

В систему заложена программа самодиагностики и отработки аварийных режимов, что позволяет обеспечить движение автомобиля при большинстве неисправностей, кроме выхода из строя микропроцессора.

В большинстве случаев для одноплунжерных насосов распределительного типа в качестве исполнительного устройства, регулирующего цикловую подачу. используется электромагнит 6 (рис. 18) с поворотным сердечником, конец которого соединен через эксцентрик с дозирующей муфтой 5. При прохождении тока в обмотке электромагнита сердечник поворачивается на угол от 0 до 60°, соответственно перемещая дозирующую муфту 5, с помощью которой происходит изменение цикловой подачи.

Рис. 18. Развернутая схема одноплунжерного насоса с электронным управлением:

1 – ТНВД; 2 – электромагнитный клапан управления автоматом опережения впрыскивания; 3 – жиклер; 4 – цилиндр автомата опережения впрыскивания; 5 – дозатор; 6 – электромагнитное устройство изменения подачи топлива; 7 – электронный блок управления; 8 – датчики температуры, давления наддува, положение подачи топлива; 9 – педаль управления; 10 – возврат топлива; 11 – подача топлива к форсунке

Управление автоматом опережения впрыска осуществляется быстродействующим электромагнитным клапаном 2, который регулирует давление топлива, действую­щего на поршень автомата. Клапан работает в импульсном режиме «открыт - закрыт», модулируя давление в зависимости от частоты вращения вала двигателя. Когда клапан открыт, давление уменьшается, и угол опережения впрыскивания также уменьшается. Когда клапан закрыт, давление увеличивается, перемещая поршень автомата в сторону увеличения угла опережения впрыска. Отношение импульсов определяется электронным блоком в зависимости от режима работы и температурного состояния двигателя. Для определения момента начала впрыска одна из форсунок имеет индукционный датчик подъема иглы.

В качестве исполнительных механизмов, воздействующих на органы, управляющие подачей топлива в ТНВД, применяются пропорциональные электромагнитные, моментные, линейные или шаговые электродвигатели, которые служат в качестве непосредственного привода дозатора топлива в насосах распределительного типа.

В качестве примера на рис. 19 приводится исполнительный механизм, управляющий подачей топлива, в котором используется электромагнит 2 с поворотным сердечником, конец которого соединен через эксцентрик с дозирующей муфтой 3. При прохождении тока в обмотке электромагнита сердечник поворачивается на угол от 0 до 60°, соответственно перемещая дозирующую муфту 3. Контроль за ее перемещение производится с помощью датчика 1.

Рис. 19. Электромагнитный исполнительный механизм ТНВД распределительного типа:

1 – датчик хода дозатора; 2 – исполнительное устройство (электромагнит); 3 – дозирующая муфта; 4 – клапан изменения угла начала впрыска с электромагнитным приводом; 5 – плунжер; 6 – шаровой наконечник; а – разрез исполнительного механизма; б – схема принципа действия

Форсунка. Момент начала впрыска топлива является очень важным параметром, определяющим оптимальную работу дизеля. Это позволяет уточнить величину угла опере­жения впрыска в зависимости от нагрузки и частоты вращения, управлять рециркуляцией отработавших газов и различными исполнительными механизмами. Для определения начала впрыска топлива в системах электронного управления одноплунжерного ТНВД применяется форсунка с датчиком подъема иглы (рис. 20).

В корпус форсунки встроен датчик подъема иглы, состоящий из катушки возбуждения 2 и штока (якоря) 3.На катушку возбуждения электронным блоком управления подается опорное напряжение таким образом, что ток в электрической цепи поддерживается постоянным, независимо от изменений температуры. Этот ток создает вокруг катушки магнитное поле. Как только игла форсунки поднимается, якорь 3 изменяет магнитное поле, вызывая изменение сигнала напряжения.

Рис. 20. Схема форсунки с датчиками подъема иглы:

1 – регулировочный винт; 2 – катушка возбуждения; 3 – шток; 4 – провод; 5 – электрический разъем

Во время перемещения иглы магнитный поток в катушке изменяет свою величину и индуцирует сигнал, напряжение которого пропорционально скорости перемещения иглы, но не величине перемещения. В определенный момент подъема иглы возникает пиковый импульс, который воспринимается электронным блоком управления и используется для управления углом опережения впрыска. Этот сигнал сравнивается с хра­нящимися в памяти электронного блока значениями для со­ответствующих эксплуатационных условий работы дизеля. Электронный блок управления посылает обратный сигнал на электромагнитный клапан, соединенный с рабочей камерой автомата опережения впрыскивания и давление, действую­щее на поршень автомата, изменяется, в результате чего поршень перемещается под действием пружины, изменяя угол опережения впрыскивания.

На смену обычным стандартным форсункам в электронных системах впрыска пришли двухпружинные форсунки. Применение таких форсунок позволяет снизить шум при работе двигателя.

Двухпружинные форсунки имеют две пружины, расположенные в корпусе форсунки одна после другой. Сначала только одна пружина оказывает воздействие на иглу, обеспечивая ее открытие в начале повышенного давления.

Вторая пружина при этом входит в контакт с упорной втулкой, препятствуя дальней­шему подъему иглы. При дальнейшем по­вышении давления упорная втулка подни­мается, сжимая обе пружины и обеспечивая таким образом больший подъем иглы. Схема двухпружинной фор­сунки показана на рис. 21.

Рис. 21. Двухпружинная форсунка с датчиком подъема иглы для двигателей с непосредственным впрыском топлива:

1 - корпус форсунки, 2 - датчик подъема иглы, 3 - первая пружина, 4 - направляющий элемент, 5 - вторая пружина, 6 - нажимной штифт, 7 - гайка крепления распылителя.

Работа форсунки. В начале процесса впрыска происходит первоначальный подъем иглы, что позволя­ет подать в камеру сгорания только неболь­шое количество топлива. При дальнейшем увеличении давления впрыска игла форсун­ки поднимается полностью, и происходит основной впрыск топлива. Такой двухстадийный впрыск, обозначенный кривой на рис. 22, обеспечивает более мягкий про­цесс сгорания и ведет к уменьшению шума.

Рис. 22. Сопоставление характеристик подъема иглы форсунки:

а - стандартная форсунка; б - двухпружинная форсунка; h 1 - начальный ход; h 2 - основной ход.

Максимальное давление впрыска, достигаемое электронным управлением топливоподачей на базе топливного насоса VЕ составляет 150 кгс/см 2 . Однако ресурсы этой конструктивной схемы по напряжениям в сложном кулачковом приводе практически исчерпаны. Более совершенными являются ТНВД следующего поколения – VP-44.

Топливный насос высокого давления VP-44. Такиенасосы используются на мо­делях дизелей Opel Ecotec, Opel Astra, Audi, Ford, BMW, Daimler-Chrysler. Давление впрыска, развиваемое насосами такого типа достигает 1000 кгс/см 2 .

Схема топливной системы с этим ТНВД представлена на рис. 23.

Рис. 23. Система непосредственного впрыска дизельного двигателя с ТНВД VP-44:

1 – топливный бак; 2 – фильтр тонкой очистки топлива; 3 – ТНВД; 4 – ЭБУ ТНВД; 5 – электромагнитный клапан управления подачей топлива; 6 – электромагнитный клапан угла опережения впрыска; 7 – автомат опережения впрыска; 8 – ЭБУ двигателя; 9 – форсунка с датчиком подъема иглы; 10 – свеча предпускового подогрева с закрытым нагревательным элементом; 11 – ЭБУ свечей накаливания; 12 – датчик температуры охлаждающей жидкости; 13 – датчик частоты вращения коленчатого вала; 14 – датчик температуры воздуха на впуске; 15 – массовый расходомер воздуха; 16 – датчик давления наддува; 17 – турбокомпрессор; 18 – привод клапана системы рециркуляции ОГ; 19 – привод клапана регулирования давления наддува; 20 – вакуумный насос; 21 – аккумуляторная батарея; 22 – приборная панель с указателем расхода топлива, тахометром и т.д.; 23 – датчик положения педали акселератора; 24 – концевой выключатель (на педали сцепления); 25 – контакты стоп-сигнала; 26 – датчик скорости автомобиля; 27 - блок управления круиз-контролем; 28 – компрессор кондиционера; 29 – диагностический дисплей с выводами для диагностического тестера.

Осо­бенностью приведенной системы является совмещенный блок управления как для ТНВД, так и для других систем двигателя. Блок управления состоит из двух частей, оконечные каскады питания электромагнитов которых расположены на корпусе ТНВД.

Общий вид ТНВД VP-44 показан на рис. 24.

Рис. 24. Топливный насос высокого давления VP-44:

1 – топливоподкачивающий насос; 2 – датчик частоты и положения вала насоса; 3 – кулачковая шайба; 4 – блок управления; 5 – штекерная колодка; 6 – нагнетательные плунжеры; 7 – ротор-распределитель; 8 – электромагнитный клапан управления подачей; 9 – нагнетательный клапан; 10 – электромагнитный клапан установки момента начала впрыскивания; 11 – устройство опережения впрыскивания; 12 – датчик угла пово­рота приводного вала ТНВД

Контур низкого давления. Топливоподкачивающий насос 17 (рис. 25) в ТНВД VP-44 шиберного типа аналогичный рассмотренным выше. Давление топлива, создаваемое топливоподкачивающим насосом на стороне на­гнетания, зависит от частоты вращения колеса насоса. В то же время это давление при возрастании частоты вращения уве­личивается непропорционально. Клапан регулирования давления 2 распо­лагается в непосредственной близости от топливоподкачивающего насоса. Клапан из­меняет давление нагнетания, создаваемое топливоподкачивающим насосом, в за­висимости от требуемого расхода топли­ва.

Топливо от топливоподкачивающего насоса поступает к насосной секции ТНВД и устройству опере­жения впрыски­вания.

Рис. 25. Гидравлическая схема ТНВД VP-44:

1 – блок управления работой дизеля; 2 – клапан регулирования давления; 3 – поршень клапана регулирования давления; 4 – клапан дросселирования перепуска; 5 – отводной канал; 6 – дроссель; 7 блок управления ТНВД; 8 – поршневой демпфер; 9 – электромагнитный клапан управления подачей; 10 – нагнетательный клапан; 11 – форсунка; 12 – электромагнитный клапан установки момента начала впрыскивания; 13 – ротор-распределитель; 14 – насосная секция ТНВД с радиальным движением плунже­ров; 15 – датчик угла пово­рота приводного вала ТНВД; 16 – устройство опере­жения впрыски­вания; 17 – топливоподкачивающий насос

Если создаваемое давление топлива превышает определенную величину, тор­цевая кромка поршня 3 открывает отвер­стия, расположенные радиально, и че­рез них поток топлива сливается по ка­налам насоса к подводящему пазу. Если давление топлива слишком мало, эти ра­диальные отверстия закрыты вследствие преобладания сил пружины. Предвари­тельный натяг пружины определяет, та­ким образом, величину давления откры­тия клапана.

Для охлаждения топливоподкачивающего насоса и удаления из него воздуха топ­ливо проходит через привинченный к корпусу насоса клапан дросселирования перепуска 4.

Этот клапан осуществляет отвод топ­лива через отводной канал 5. В корпусе клапана находится нагруженный пружи­ной шарик, который позволяет выте­кать топливу только по достижении опре­деленной величины давления в канале.

Дроссель 6 очень малого диаметра, связанный с линией отвода, расположен в корпусе клапана параллельно основному каналу отвода топлива. Он обеспечивает автоматическое удаление воздуха из на­соса. Весь контур низкого давления ТНВД рассчитан на то, что в топливный бак через клапан дросселирования пере­пуска всегда перетекает некоторое коли­чество топлива.

Контур высокого давления. В контур высокого давления вхо­дят ТНВД, а также узел распределения и регулирования величины и момента на­чала подачи с использованием только од­ного элемента - электромагнитного кла­пана высокого давления.

Насосная секция ТНВД с радиальным движением плунжеров создает требуемое для впрыскивания давление величиной до 1000 кгс/см 2 . Она приводится через вал и включает в себя (рис. 26):

• соединительную шайбу;

• башмаки 4 с роликами 2;

• кулачковую шайбу 1;

• нагнетающие плунжеры 5;

• переднюю часть (головку) вала-распределителя 6.

Рис. 26. Примеры расположения плунжеров:

а – для четырех или шести цилиндров; b – для шести цилинд­ров; с – для четырех цилиндров; 1– кулачковая шайба; 2 – ролик; 3 – направляющие пазы приводного вала; 4 – башмак ролика; 5 – нагнетающий плунжер; 6 – вал-распределитель; 7 – камера высокого давления

Крутящий момент от приводного ва­ла передается через соединительную шайбу и шлицевое соединение непосред­ственно на вал-распределитель. Направляющие пазы 3 служат для того, чтобы через башмаки 4 и сидящие в них ролики 2 обеспечить работу нагнета­ющих плунжеров 5 сообразно внутрен­нему профилю кулачковой шайбы 1. Ко­личество кулачков на шайбе соответст­вует числу цилиндров двигателя. В кор­пусе вала-распределителя нагнетающие плунжеры расположены радиально, что и дало название этому типу ТНВД. На вос­ходящем профиле кулачка плунжеры со­вместно выдавливают топливо в цент­ральную камеру высокого давления 7. В зависимости от числа цилиндров двига­теля и условий его применения сущест­вуют варианты ТНВД с двумя, тремя или четырьмя нагнетающими плунжерам.

Корпус-распределитель (рис. 27) состоит из:

• фланца 6;

• плотно вставленной в фланец распредели­тельной втулки 3;

• расположенной в распределитель­ной втулке задней части вала-распределителя 2;

• запирающей иглы 4 электромагнит­ного клапана 7 высокого давления;

• аккумулирующей мембраны 10, раз­деляющей полости подкачки и слива;

• штуцера 16 магистрали высокого дав­ления с нагнетательным клапаном 15.

Рис. 27. Корпус-распределитель:

1 – плунжер; 2 – вал-распредели­тель; 3 – распределительная втулка; 4 – запирающая игла электромагнитного клапана высокого давления; 5 – канал обратного слива топлива; 6 – фланец; 7 – электромагнитный клапан высокого давления; 8 – канал камеры вы­сокого давления; 9 – кольцевой канал впуска топлива; 10 – аккумулирующая мембрана, разделяющая полости подкачки и слива; 11 – полость за мемб­раной; 12 – камера низкого давления; 13 – распределительная канавка; 14 – выпускной канал; 15 – нагнетательный клапан; 16 – штуцер магистрали высокого давления

В фазе наполнения (рис., 28, а) на нис­ходящем профиле кулачков радиально движущиеся плунжеры 1 перемещаются наружу, к поверхности кулачковой шай­бы. Запирающая игла 4 при этом нахо­дится в свободном состоянии, открывая канал впуска топлива. Через кольцевой канал 9 камеры низ­кого давления и канал иглы топливо направляется от топливоподкачивающего насоса по каналу 8 вала-распределителя и заполняет ка­меру высокого давления. Излишек топ­лива вытекает через канал обратного слива.

Рис. 28. Принципиальная схема подачи топлива (позиции на рис. соответствуют позициям рис. 27)

В фазе нагнетания (рис.28, б) плунже­ры 1 при закрытой игле 4 перемещаются на восходящем профиле кулачков к оси вала-распределителя, повышая давление в камере высокого давления.

Благодаря этому топливо под высо­ким давлением движется по каналу 8 ка­меры высокого давления. Затем топливо через распределительную канавку 13 (рис. 27), ко­торая в этой фазе соединяет вал-распре­делитель 2 с выпускным каналом 14, шту­цер 16 с нагнетательным клапаном, ма­гистраль высокого давления и форсунку поступает в камеру сгорания двигателя.

Дозирование топлива с помощью электромагнитного клапана высокого давления.

Для дозирования цикловой подачи в кон­тур высокого давления ТНВД встроен электромагнитный клапан высокого дав­ления 7.

К электромагнитному клапану вы­сокого давления по сигналу блока управ­ления ТНВД в катушку электромагнита подается напряжение, и якорь переме­щает иглу 4, прижимая ее к седлу. Если игла прижата к седлу, топливо поступает только в выпускной канал высокого давления 14 соединенный с нагнетательным клапаном, где давление резко повышается, а от него к форсунке. Дозирование подачи топлива определяется интервалом между моментом начала подачи и моментом от­крытия электромагнитного клапана и на­зывается продолжительностью подачи. Продолжительность закрытия электро­магнитного клапана, определяемая блоком управления, регулирует таким об­разом величину цикловой подачи топли­ва. После окончания впрыска, электромагнит клапана обесточивается, при этом электромагнитный клапан высокого давления открывается, и давле­ние в контуре снижается, прекращая подачу топлива к форсунке.

Избыточное топливо, которое нагне­тается вплоть до прохождения роликом плунжера верхней точки профиля кулач­ка, направляется через специальный ка­нал в пространство за аккумулирующей мембраной. Скачки высокого давления, которые при этом возникают в контуре низкого давления, демпфируются акку­мулирующей мембраной. Кроме того, это пространство сохраняет аккумулирован­ное топливо для процесса наполнения перед последующим впрыскиванием.

Для остановки двигателя с помощью электромагнитного клапана полностью прекращается нагнетание под высоким давлением. Следовательно, не требуется дополнительный остановочный клапан, как это имеет место в распределительных ТНВД с управлением регулирующей кромкой.

Демпфирование волн давления с помощью нагнетательного клапана с дросселированием обратного потока. Нагнетательный клапан 15 с дросселирова­нием обратного потока в конце очередного впрыскивания топлива пре­дотвращает новое открытие распылителя форсунки, что исключает появление подвпрыскивания, которое возможно в ре­зультате появления волн давления или их отражений. Подвпрыскивание отрица­тельно сказывается на токсичности ОГ.

С началом подачи конус клапана открывает клапан. Теперь топливо нагнетается через штуцер и магистраль высокого давления к форсунке. По окончании на­гнетания давление топлива резко падает, и возвратная пружина прижимает ко­нус клапана к его седлу. Обратные вол­ны давления, возникающие при закры­тии форсунки, гасятся дросселем нагнетательного клапана, что предотвращает подвпрыскивание топлива в камеру сгорания.

Устройство опережения впрыскивания топлива. Наиболее благоприятно процесс сго­рания, равно как и лучшая отдача дизе­ля по мощности, протекает только в том случае, когда момент начала сгорания соответствует определенному положе­нию коленчатого вала или поршня в ци­линдре. Задачей устройства опережения впрыскивания является увеличение угла начала подачи топлива при повышении частоты вращения коленчатого вала. Это устройство, состоящее из датчика угла поворота приводного вала ТНВД, блока управления и электромагнитного клапана установки момента начала впрыскивания, обеспечивает оптималь­ный момент начала впрыскивания соот­ветственно условиям эксплуатации двигателя, чем компенсирует временной сдвиг, определяемый сокращением пе­риода впрыскивания и воспламенения при увеличении частоты вращения.

Устройство опережения впрыскивания, оснащенное гидравлическим приводом, встроено в нижнюю часть корпуса ТНВД поперек его продольной оси (рис. 29).

Рис.29. Устройство опережения впрыскивания:

1 – кулачковая шайба; 2 – шаровая цапфа; 3 – плунжер установки угла опережения впрыскивания; 4 – подводной/отвод­ной канал; 5 – регулировочный клапан; 6 – шиберный топливоподкачивающий насос; 7 – выход топлива; 8 – вход топлива; 9 – подвод от топлив­ного бака; 10 – пружина управля­ющего поршня; 11 – возвратная пружина; 12 – управляющий поршень; 13 – кольцеобразная камера гидравли­ческого упора; 14 – дроссель; 15 – электромагнитный клапан установки момента начала впрыскивания (в закрытом положении)

Кулачковая шайба 1 входит своей ша­ровой цапфой 2 в поперечное отверстие плунжера 3 так, что поступательное дви­жение последнего превращается в поворот кулачковой шайбы. В середине плунжера находится регулировочный клапан 5, кото­рый открывает и закрывает управляющие отверстия в плунжере. По оси плунжера 3 расположен нагруженный пружиной 10 управляющий поршень 12, который задает положение регулировочного клапана.

Поперек оси плунжера находится электромагнитный клапан 15 установки момента начала впрыскивания. Блок управления ТНВД воздействует на плунжер устройства опережения впры­скивания с помощью этого клапана (рис. 30), на который непрерыв­но подаются импульсы тока постоянной частоты и переменной скважности. Клапан изменяет давление, действующее на управляю­щий поршень.

Рис. 30. Электромагнитный клапан установки момента начала впрыскивания:

1 – седло клапана; 2 – направление закрытия; 3 – игла клапана; 4 – якорь электромаг­нита; 5 – катушка; 6 – электромагнит

Регулирование начала впрыскивания. В зависимости от условий эксплуатации двигателя (нагрузка, частота вращения коленчатого вала, температура охлажда­ющей жидкости) блок управления рабо­той дизеля устанавливает не­обходимый угол опережения впрыскива­ния, который определяется соответству­ющим полем характеристик. Для обеспечения необходимого угла опережения впрыскивания кулачковая шайба поворачивается на определенный угол.

Регулятор начала впрыскивания в блоке управления ТНВД постоянно срав­нивает действительное значение момента начала впрыскивания с заданным. Если различие этих сигналов выше допусти­мого, регулятор изменяет момент начала впрыскивания с помощью электромаг­нитного клапана установки момента на­чала впрыскивания. Информацию о дей­ствительном моменте начала впрыскива­ния передает сигнал датчика угла поворо­та приводного вала ТНВД или, в качестве альтернативы, сигнал датчика подъема иглы распылителя форсунки.

Установка раннего опережения впрыскивания. На неработающем двигателе плунжер 3 (рис. 29) установки угла опережения впрыскива­ния благодаря возвратной пру­жине 11 устанавливается на позднее впрыскивание. При работающем двига­теле давление топлива внутри ТНВД из­меняется клапаном регулирования давле­ния в зависимости от частоты вращения коленчатого вала. Давление топлива, про­ходящего через дроссель 14 в кольцеоб­разную камеру 13 гидравлического упора, сдвигает при закрытом электромагнит­ном клапане 15 управляющий поршень 12 в направлении положения «раньше», преодолевая силу пружины 10 поршня. Благодаря этому на более ранний угол опережения впрыскивания сдвигается и регулировочный клапан 5, связанный с управляющим поршнем, открывая канал 4, ведущий к камере за плунжером 3.

Топливо, поступая через этот канал, оказывает давление на плунжер, перемещая его в направлении положения «раньше». Осе­вое перемещение плунжера 3 преобразу­ется через шаровую цапфу 2 в поворот кулачковой шайбы 1 относительно вала привода ТНВД, что ведет к более раннему набеганию роликов на кулачки и обеспе­чивает более раннее начало впрыскива­ния. Возможность установки более ран­него утла опережения впрыскивания со­ставляет до 20° угла поворота кулачковой шайбы (соответственно 40° угла поворо­та коленчатого вала).

Установка позднего опережения впрыскивания. Электромагнитный клапан 15 установки момента начала впрыскивания открыва­ется, если он воспринимает сигнал от блока управления ТНВД. При его открытии снижается управляющее давление в кольцеобразной камере 13 гидравлического упора.

Управляющий поршень 12 переме­щается силой пружины 10 в направлении положения «позже». Когда регулировоч­ный клапан 5 открывает управляющее от­верстие, соединенное с каналом 4, тогда топливо начинает вытекать из полости за плунжером 3. Сила пружины 11 и реактивный момент на ку­лачковой шайбе 1 давят теперь на плун­жер 3 в направлении положения «позже», т. е. к исходному положению.

Регулирование управляющего давления. Так как электромагнитный клапан 15 способен быстро открываться и закры­ваться, он работает как регулируемый дроссель и постоянно влияет на управля­ющее давление так, что плунжер 3 может занимать любое положение в рабочем ди­апазоне «раньше - позже». При этом от­ношение времени открытия электромаг­нитного клапана к общей продолжитель­ности рабочего цикла перемещения иглы электромагнитного клапана определяет­ся блоком управления ТНВД.

Например, если управляющий плун­жер должен быть установлен в положение «раньше», это отношение изменяется блоком управления так, чтобы умень­шался период открытого положения кла­пана. В этом случае через электромагнит­ный клапан проходит некоторое количе­ство топлива, и плунжер двигается в сто­рону положения «раньше».

1. Название работы.

2. Схема системы питания с одноплунжерными распределительными топливными насосами высокого давления ТНВД без электронного управления фирмы Bosch VE.

3. Схема системы питания с одноплунжерными распределительными топливными насосами высокого давления ТНВД с электронным управлением фирмы Bosch VE.

4. Схема топливного насоса Bosch VE

5. Топливный насос низкого давления и регулирующий клапан.

6. Фазы топливоподачи.

7. Схема работы всережимного регулятора.

8. Одноплунжерные распределительные топливные насосы высокого давления с электронным управлением.

9. Форсунка с датчиком подъема иглы.

10. Двухплунжерная форсунка с датчиком полъема иглы для двигателей с непосредственным впрыском топлива.

11. Устройство опережения впрыска.

Контрольные вопросы

1. Достоинства и недостатки систем питания с с одноплунжерными распределительными топливными насосами высокого давления ТНВД без электронного управления фирмы Bosch VE.

2. Достоинства и недостатки систем питания с с одноплунжерными распределительными топливными насосами высокого давления ТНВД с электронным управлением фирмы Bosch VE.

3. Назначение топливного фильтра тонкой очистки топлива.

4. Назначение и конструкция топливного насоса низкого давления и регулирующий клапан.

5. Устройство и принцип работы форсунки систем питания с одноплунжерными распределительными топливными насосами высокого давления ТНВД без электронного управления фирмы Bosch VE.

6. Устройство и принцип работы форсунки систем питания с одноплунжерными распределительными топливными насосами высокого давления ТНВД с электронным управлением фирмы Bosch VE.

7. Назначение и виды свечей накаливания. Преимущества и недостатки.

8. Назначение и принцип работы автоматического регулятора частоты вращения.

9. Устройство форсунки систем питания с одноплунжерными распределительными топливными насосами высокого давления ТНВД с электронным управлением фирмы Bosch VE.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 13.

СИСТЕМА ПИТАНИЯ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

"КОММОН-РЕЙЛ"

Цель работы:

1. Изучить назначение, общую схему и принцип действия аккумуляторной топливной сис­темы питания дизельного двигателя с электронным управлением "Коммон-Рейл".

2. Изучить конструкцию и работу узлов и механизмов аккумуляторной топливной сис­темы питания дизельного двигателя с электронным управлением "Коммон-Рейл.

Оборудование:

автомобили детали системы питания; стенд М – 107,съемники и приспособления для выполнения разборочно-сборочных работ; динамометрический ключ; наборы рожковых, торцевых и накидных ключей, плакаты, учебная литература.