Принцип работы топливного насоса высокого давления

Дизельный двигатель работает на тяжёлом топливе, которое в обычных условиях практически не испаряется.

Поэтому для обеспечения полного сгорания в цилиндрах дизеля, горючее необходимо максимально качественно распылить форсункой прямого впрыска.

Для этого создаётся перепад давления, измеряемый сотнями атмосфер, что помимо прочего ещё и необходимо из-за высокой степени сжатия такого двигателя.

Принцип работы топливного насоса высокого давления

Следовательно, топливная аппаратура должна быть значительно усложнена по сравнению с обычным бензиновым мотором, даже прямого впрыска. Кроме подкачивающего, ставится ещё и насос высокого давления – ТНВД.

Что из себя представляет топливный насос высокого давления

Общим для всех многочисленных разновидностей ТНВД является значительное механическое сжатие дизтоплива, попадающего между плунжером или аналогичной по назначению деталью с одной стороны и подпружиненным клапаном с другой.

Принцип работы топливного насоса высокого давления

Любую жидкость можно считать практически несжимаемой, солярка не исключение. Поэтому давление может достигать тысяч атмосфер, особенно на современных моторах со сверхтонким распылением и электронным дозированием.

На каких двигателях устанавливается

Помимо дизелей, такие насосы могут применяться в бензиновых с прямым впрыском. Но всё же свойства бензина не требуют настолько значительного сжатия. Компрессия там ниже, да и распылять лёгкое топливо проще.

 Как завести дизельный мотор после простоя зимой

Не применяются ТНВД в двухтактных дизелях, где горючее смешивается с воздухом в картере перед тактом продувки. Но такие моторы сейчас практически не используются на автомобилях.

Устройство и принцип работы ТНВД

Классический образ насоса высокого давления содержит в своём составе:

  • Поршень в цилиндре, который в подобной технике принято называть плунжером, тем самым подразумевая очень точную подгонку с практически отсутствующим зазором и работу в жидкостной среде;
  • Вал с кулачками, который при вращении давит на плунжеры снизу через толкатели, заставляя их перемещаться с большим усилием, сжимая надплунжерный объём;
  • Каналы, по которым подаётся топливо к плунжерам, с клапанами, срабатывающими на обратном ходе;
  • Штуцеры с металлическими трубками, подающие топливо под давлением к форсункам;
  • Регулирующие рейки, клапаны, дозаторы и прочую аппаратуру.

Принцип работы топливного насоса высокого давления

Для обеспечения конкурентоспособных характеристик двигателей от механики в питающей аппаратуре приходится уходить, передавая регулирующие и распределяющие функции электронике.

Классификация

ТНВД можно различать по организации плунжерной системы, их приводу и способу дозирования топлива

Многоплунжерные (Рядные и V-образные)

Распространённые ранее многоплунжерные насосы схематично имели простую конструкцию, где на каждый плунжер работал свой кулачок вала, а надплунжерное пространство заканчивалось штуцером, соединённым с форсункой отдельного цилиндра двигателя. При набегании кулачка на каждый плунжер давление на форсунке резко нарастало, после чего открывался её клапан и происходил впрыск.

Принцип работы топливного насоса высокого давления

Регулирование количества топлива производилось поворотом плунжеров через рейку, а момент впрыска изменялся центробежной муфтой привода кулачкового вала.

Принцип работы топливного насоса высокого давления

На многоцилиндровых двигателях компактность конструкции обеспечивалась двухрядным расположением плунжерных пар по V-образной схеме с двумя управляющими рейками.

Распределительные

Распределительные насосы имели лишь один плунжер, приводимый в действие кулачковой вращающейся шайбой. Отсечка нужного количества топлива производится поворотом корпуса нагнетающего цилиндра.

Принцип работы топливного насоса высокого давления

Распределяет топливо по форсункам сам поршень, вращаясь вместе с кулачковой шайбой с приводом от двигателя. Получалась очень компактная конструкция, хорошо подходящая к легковым дизелям, но излишне нагруженная, отсюда и недолговечная.

Магистральные (Common Rail)

Наиболее совершенная система имеет в своём составе единый насос, роль которого сводится к созданию и поддержанию давления в общей для всех форсунок рампе. Все функции по своевременному открытию и дозированию подаваемого топлива возлагаются на форсунки.

По теме: Как понять что пробита прокладка ГБЦ

Форсунка системы Common Rail представляет собой электрически управляемый клапан, который способен очень быстро открываться и полностью закрываться, находясь под значительным давлением.

Принцип работы топливного насоса высокого давления

Приводится клапан управляющим давлением, а открывается электрическим сигналом от блока управления. Используются как электромагнитные, так и пьезоэлектрические инжекторы, что ещё больше увеличивает быстродействие.

Стало возможным применять многократный впрыск за один рабочий такт, разделив питание цилиндра на предварительное (пилотное) и несколько основных. Всё это влияет на экономичность и чистоту выхлопа.

Принцип работы топливного насоса высокого давления

Само устройство насоса базируется на том же принципе сжатия топлива плунжером через систему из двух клапанов. Привод может быть, как кулачковым валом, так и шайбой. Количество плунжеров разное, причём на частичных нагрузках некоторые не задействованы.

Признаки неисправности ТНВД

Всякая проблема с ТНВД ведёт к нарушению оптимального горения в цилиндрах. Отсюда и внешние проявления, подобные таковым в любом двигателе внутреннего сгорания:

  • снижение мощностных и динамических показателей;
  • дымность выхлопа;
  • неуверенный запуск холодного или нагретого двигателя;
  • увеличенный расход дизельного топлива;
  • жёсткая работа и стуки в двигателе.

Практически все неисправности могут быть связаны с насосом или форсунками, поэтому проверка должна носить комплексный характер.

Внутренние поломки насоса высокого давления и их причины

ТНВД очень чувствительны к качеству топлива, особенно к наличию в его составе твёрдых включений, серы и воды. Несмотря на тщательную многоступенчатую фильтрацию полностью избежать повышенного износа не всегда удаётся.

Снижение давления становится следствием износа плунжерных пар. Топливо плохо распыляется, двигатель дымит и работает жёстко. Возможны отклонения по отдельным цилиндрам, что приводит к росту вибронагруженности.

Это интересно: Что из себя представляет двигатель TSI, характеристики и ресурс

Износ и подклинивание регулирующего механизма может стать причиной отклонений в настройке момента впрыска, что для дизеля равносильно изменению опережения зажигания бензиновых моторов.

Диагностика и ремонт ТНВД

Проверка топливной аппаратуры дизеля требует специализированного оборудования, своими силами можно лишь грубо убедиться в элементарной работоспособности, например, ослабляя штуцеры питания форсунок на старых механических насосах.

Современный ТНВД, да ещё с электрическим приводом, без диагностической аппаратуры не проверить. Надо располагать манометром для очень высокого давления, порядка двух тысяч атмосфер, сканером, опрашивающим датчики и сверяющим показатели с номинальными, форсуночным стендом.

Главное – знать взаимодействие всех узлов системы подачи топлива. Иначе отклонение в работе какого-нибудь клапана может стать причиной выбраковки дорогостоящего насоса.

На стенде насос выводится в калибровочный режим с прокачкой жидкости, строго нормированной по параметрам и очищенной. От качества топлива тоже многое зависит.

Замеряется давление и параметры расхода, их соответствие табличным во всех тестовых режимах. Только после этого выдвигаются версии и производится ремонт или замена.

Устройство и принцип действия ТНВД механического типа

Адреса:

Рядные ТНВД относятся к классической аппарату ре впрыскивания дизельного топлива. Эти надежные агрегаты используются на дизелях с 1927 г. Рядные ТНВД устанавливаются на стационарные дизели, на двигатели грузовых автомобилей, строительных и сельскохозяйственных машин. Они позволяют получать высокие цилиндровые мощности у двигателей с числом цилиндров от 2 до 12.

В сочетании с регуляторами частоты вращения коленчатого вала, устройствами для изменения угла опережения впрыскивания и различными дополнительными механизмами они обеспечивают потреби гелю возможность широкого выбора режимов эксплуатации. Рядные ТНВД для легковых автомобилей сегодня не производятся. Мощность дизеля существенно зависит от количества впрыскиваемого топлива.

Рядный ТНВД всегда должен дозировать количество подаваемого топливав соответствии с нагрузкой. Для хорошей подготовки смеси ТНВД должен дозировать топливо максимально точно, впрыскивая его под очень высоким давлением в соответствии с процессом сгорания.

Оптимальное соотношение расхода топлива, уровней шума работы и эмиссии вредных веществ в ОГ требует точности порядка 1° угла поворота коленчатого вала по моменту начала

впрыскивания. Для управления моментом начала впрыскивания и компенсации времени на проход волны давления топлива через подводящую магистраль в стандартном рядном ТНВД используется муфта 3 опережения впрыскивания см. на рис.

ниже, которая с увеличением частоты вращения коленчатого вала изменяет момент начала подачи топлива в направлении «раньше». В особых случаях предусмотрено управление опережением впрыскивания в зависимости от нагрузки на двигатель.

Нагрузка и частота вращения коленчатого вала регулируются изменением величины цикловой подачи топлива. Рядные ТНВД делятся на два типа: стандартные и с дополнительной втулкой.

Принцип работы топливного насоса высокого давления

  1. Дизель
  2. Стандартный рядный ТНВД
  3. Муфта опережения впрыскивания
  4. Топливоподкачивающий насос
  5. Регулятор частоты вращения коленчатого вала
  6. Установочный рычаг с тягой от педали газа
  7. Ограничитель полной подачи, зависимый от давления наддува
  8. Фильтр тонкой очистки топлива
  9. Магистраль высокого давления
  10. Форсунка о сборе
  11. Магистраль обратного слива топлива 

Конструкция и принцип действия

Рядные ТНВД серии РЕ имеют собственный кулачковый вал 14, который установлен в алюминиевом корпусе. Онсоединяется с двигателем либо непосредственно, либо через соединительный узел и муфту опережения впрыскивания.

Количество кулачков на кулачковом валу TНВД соответствует числу цилиндров двигателя. Над каждым кулачком находится роликовый толкатель 13 с тарелкой 12 пружины 11.

Тарелка передает усилие от толкателя на плунжер 8, а пружина возвращает его в исходное положение. Гильза 4 плунжера является направляющей, в которой плунжер совершает возвратно-поступательное движение.

Сочетание втулки и плунжера образует насосный элемент, или плунжерную пару.

Принцип работы топливного насоса высокого давления

  1. Корпус нагнетательного клапана
  2. Проставка
  3. Пружина нагнета тельного клапана
  4. Гильза плунжера
  5. Конус нагнетательного клапана
  6. Впускное и распределительное отверстия
  7. Регулирующая кромка плунжера
  8. Плунжер
  9. Регулирующая втулка плунжера
  10. Поводок плунжера
  11. Пружина плунжера
  12. Тарелка пружины
  13. Роликовый толкатель

Конструкция плунжерной пары

Плунжерная пара состоит из плунжера 9 и гильзы 8. Гильза имеет один или два подводящих канала (при двух каналах один из них выполняет функции подводящего и перепускного), которые соединяют полость всасывания с камерой высокого давления плунжерной пары. Над плунжерной парой находится штуцер 5 с посадочным конусом 7 нагнетательного клапана.

Двигающаяся в корпусе TНВД рейка 10 вращает зубчатый сектор 2, управляя тем самым регулирующей втулкой 3 плунжера. Перемещение самой рейки определяется регулятором частоты вращения коленчатого вала. Это позволяет точно дозировать величину цикловой подачи. Полный ход плунжера неизменен.

Активный ход и связанная с ним величина цикловой подачи могут изменяться поворотом плунжера, который совершается при помощи регулирующей втулки.

Принцип работы топливного насоса высокого давления

  1. Полость всасывания
  2. Зубчатый сектор
  3. Регулирующая втулка плунжера
  4. Боковая крышка
  5. Штуцер нагнетательного клапана
  6. Корпус нагнета тельного клапана
  7. Конус нагнетательного клапана
  8. Гильза плунжера
  9. Плунжер
  10. Рейка ТНВД
  11. Поводок плунжера
  12. Возвратная пружина плунжера
  13. Нижняя тарелка возвратной пружины
  14. Регулировочный винт
  15. Роликовый толкатель
  16. Кулачковый вал ТНВД
Читайте также:  Для чего нужно масло в двигателе автомобиля и какие функции оно выполняет: ликбез по моторным маслам

Плунжер имеет наряду с продольной канавкой 2 еще и спиральную канавку 7. Получаемая таким образом косая кромка на поверхности плунжера называется регулирующей кромкой 6.

Если величина давления впрыскивания не превышает 600 бар, то достаточно одной регулирующей кромки, для больших значений давления впрыскивания необходим плунжер с двумя регулирующими кромками, отфрезерованными с противоположных сторон плунжера.

Их наличие снижает износ плунжерной пары, поскольку плунжер с одной регулирующей кромкой под давлением прижимается к одной стороне гильзы, увеличивая ее выработку.В гильзе плунжера размещены одно или два отверстия для подвода и обратного слива топлива.

Плунжер притерт к гильзе так плотно, что пара герметична без дополнительных уплотнений даже при очень высоких давлениях и низких частотах вращения коленчатого вала. Из-за этого замене могут подвергаться только комплектные плунжерные пары.

https://www.youtube.com/watch?v=yegRTS_kPTg\u0026pp=ygVf0J_RgNC40L3RhtC40L8g0YDQsNCx0L7RgtGLINGC0L7Qv9C70LjQstC90L7Qs9C-INC90LDRgdC-0YHQsCDQstGL0YHQvtC60L7Qs9C-INC00LDQstC70LXQvdC40Y8%3D

Величина возможной подачи топлива зависит от рабочего объема пары. Максимальное значение давления впрыскивания у форсунки может составлять, в зависимости от конструкции, 400… 1350 бар. Угловой сдвиг кулачков на кулачковом валу гарантирует точное совмещение впрыскивания с фазовым сдвигом процессов по цилиндрам двигателя в соответствии с порядком его работы.

Принцип работы топливного насоса высокого давления

а — гильза с одним подводящим каналомb — гильза с двумя подводящими каналами

  1. Подводящий канал
  2. Продольная канавка
  3. Гильза плунжера
  4. Плунжер
  5. Перепускном канал
  6. Регулирующая кромка
  7. Спиральная канавка
  8. Кольцевая канавка для смазки

ПЛУНЖЕРНАЯ ПАРА С ПРИВОДОМ

Принцип работы топливного насоса высокого давления

а — НМТ плунжераб — ВМТ плунжера

  1. Кулачок
  2. Ролик
  3. Роликовый толкатель
  4. Нижняя тарелка возвратной пружины
  5. Возвратная пружина плунжера
  6. Верхняя тарелка возвратной пружины
  7. Регулирующая втулка плунжера
  8. Плунжер
  9. гильза плунжера 

Принцип действия плунжерной пары

(последовательность фаз)Вращение кулачкового вала ТНВД преобразуется непосредственно в возвратно-поступательное движение роликового толкателя, приводящего в действие плунжер Движение плунжера в направлении к его ВМТ называется ходом нагнетания.Возвратная пружина возвращает плунжер к его НМТ.

Пружина рассчитана так, что даже при максимальных частотахвращения кулачкового вала ТНВД ролик не отходит от кулачка; отскок и вместе с ним удар ролика по кулачку при длительной эксплуатации привели бы к разрушению поверхностей кулачка или ролика. Плунжерная пара работает по принципу перетока топлива с управлением регулирующей кромкой 5.

Этот принцип используется в рядных ТНВД серии РЕ и индивидуальных ТНВД серии PF. В НМТ плунжера подводящий канал 2 гильзы 3 и канал 6 слива топлива открыты. Благодаря им топливо может перетекать под давлением подкачки из полости впуска в камеру 1 высокого давления.

При движении вверх плунжер закрывает отверстие подводящего канала своим верхним торцом. Этот ход плунжера называется предварительным. При дальнейшем движении плунжера вверх давлениерастет, что приводит к открытию нагнетательного клапана над плунжерной парой.

При применении нагнетательного клапана постоянного объема плунжер дополнительно совершает втягивающий ход. После открытия нагнетательного клапана топливо во время активного хода через магистраль высокого давления направляется к форсунке, которая впрыскивает точно дозируемое количество топлива в камеру сгорания двигателя.

Когда регулирующая кромка плунжера открывает перепускной канал, активный ход плунжера завершается. С этого момента топливо в форсунку не нагнетается, поскольку во время остаточного хода оно через продольную и спиральную канавки из камеры высокого давления направляется в перепускной канал. Давление в плунжерной паре при этом падает.

По достижении ВМТ плунжер меняет направление своего движения на противоположное. Топливо при этом через спиральную и продольную канавки поступает обратно из перепускного канала в камеру высокого давления. Это происходит до тех пор, пока регулирующая

кромка вновь не перекроет перепускной канал. При продолжении обратного хода плунжера над ним возникает область низкого давления. С освобождением подводящего канала верхним торцом плунжера топливо вновь поступает в камеру высокого давления. Цикл начинается снова.

Последовательность работы плунжерной пары

Принцип работы топливного насоса высокого давления

  1. Камера высокого давления
  2. Подводящий канал
  3. Гильза плунжера
  4. Плунжер
  5. Регулирующая кромка
  6. Перепускной капал А полный ход плунжера

Регулирование цикловой подачи

Величину цикловой подачи топлива можно регулировать изменением активного хода кромки.

Для этого рейка 5 через регулирующую втулку плунжера поворачивает сам плунжер 3 таким образом, что регулирующая кромка 4 может изменять момент конца нагнетания ивместе с тем величину цикловой подачи (регулирование по концу впрыскивания).

В крайнем положении, соответствующем нулевой подаче (а), продольная канавка находится непосредственно перед перепускным каналом. Вследствие этого давление в камере высокого давления плунжерной пары во время всего хода плунжера равняется давлению в полости всасывания и нагнетания топлива не происходит.

В это положение плунжер приводится, если двигатель должен быть остановлен. При средней подаче (Ь) плунжер устанавливается в промежуточное положение (по регулирующей кромке). Полная подача (с) становится возможной только при установке максимального активного хода плунжера. Передача движения от рейки на плунжер может производиться либо через

зубчатую рейку на зубчатый сектор , закрепленный на регулирующей втулке плунжера либо через рейку с направляющими шлицами на штифт или сферическую головку на регулирующей втулке плунжера .

Принцип работы топливного насоса высокого давления

  • а — нулевая подачаb — средняя подача 
  • с — полная подача
  1. Гильза плунжера
  2. Подводящий канал
  3. Плунжер
  4. Регулирующая кромка плунжера
  5. Рейка ТНВД

Принцип работы ТНВД и его основные особенности

В чем суть? Принцип работы ТНВД (топливного насоса высокого давления) обусловлен особенностями устройства данной детали. По своей сути это узел системы питания автомобиля. Изначально он использовался только в дизельных двигателях. Однако с 30-х годов прошлого века применим и на легковых машинах.

Почему важно? Именно данное устройство обеспечивает циркуляцию топлива в авто. Иначе говоря, при неисправности этого узла автомобиль не сможет сдвинуться с места. Назначение блока достаточно широко, потому стоит следить за его состоянием.

Что такое ТНВД и для чего он нужен

Топливный насос высокого давления во многом можно сравнить с человеческим сердцем. Этот орган обеспечивает непрерывный ток и циркуляцию крови в организме, а насос – четкое снабжение двигателя топливом при условии поддержания выверенного давления. Однако функционал насоса в действительности более широкий:

  • четкая (порционная) подача топлива в камеру сгорания (в зависимости от требуемой мощности);
  • создание нужного давления на форсунках;
  • определение момента впрыска (с точностью до миллисекунды).

Принцип работы топливного насоса высокого давления

В отличие от карбюратора, образующего топливно-воздушную смесь на потоке, перед ТНВД стоит задача обеспечивать дозированную подачу горючего непосредственно в камеры сгорания.

Это дает возможность существенно сократить расход топлива, сделав его использование более рациональным и эффективным.

Однако это усложняет конструкцию насоса, который получает энергию от коленчатого вала, но при этом должен иметь возможность регулировать собственную производительность, причем речь идет о минимальных временных интервалах. В итоге ТНВД по сравнению с карбюратором устроен более сложно.

Перечислим главные функции такого топливного насоса:

  • непрерывная подача топлива к форсункам, причем горючее должно иметь очень высокое давление;
  • дозировка зависит от требуемой мощности и устанавливаемого водителем эксплуатационного режима;
  • поддержание оптимального режима впрыска (периодичности).

То есть ключевым отличительным моментом является «обязанность» ТНВД обеспечивать дозированную подачу топлива в камеры сгорания ДВС.

Данная опция обеспечивается посредством жесткого привода насоса от коленвала, при этом при увеличении оборотов двигателя есть возможность регулировать производительность насоса, снижая подачу топлива в цилиндры.

Наличие ТНВД обеспечивает двигателю больший КПД, чем у карбюраторных моторов.

Устройство и принцип работы ТНВД

Топливных насосов высокого давления существует несколько разновидностей. Главным рабочим элементом ТНВД является плунжерная пара. Именно с ее помощью осуществляется нагнетание горючего в топливную магистраль.

Здесь присутствует две главные детали: поршень и плунжер (втулка и гильза). Насос работает посредством возвратно-поступательного движения, совершаемого плунжером внутри втулки. Также данный узел включает в себя комплекс клапанов и каналов, которые осуществляют впуск топлива внутрь полости втулки и выпуск в магистраль уже под давлением в направлении форсунок.

Принцип работы топливного насоса высокого давления

Следует отметить, что насос способен демонстрировать эффективность только при обеспечении высокого уровня герметичности образуемой плунжером вакуумной камеры. Поэтому соприкасающиеся (рабочие) поверхности втулки и плунжера подвергаются прецизионной обработке. Кроме того, для изготовления этих элементов применяются износостойкие марки стали, обладающие особой прочностью.

В зависимости от особенностей функционального назначения насосов высокого давления в их конструкции могут быть предусмотрены и другие элементы. Перечислим основные и дополнительные детали, которые применяются в таких насосах:

  • плунжерная пара (см. выше);
  • топливопроводные канавки, с помощью которых топливо подается к паре;
  • кулачковый вал с центробежной муфтой (он получает вращательный момент от ремня ГРМ);
  • толкатель плунжера (передает ему кинетическое движение от кулачкового вала);
  • возвратные плунжерные пружины;
  • нагнетательные клапаны (обеспечивают поступление горючего в требуемом направлении);
  • всережимный регулятор, штуцеры и зубчатые рейки привода регулировки ТНВД с помощью педали акселератора.

Насос может иметь и иные конструкционные особенности, однако принцип работы любого ТНВД остается неизменным и одинаковым для всех типов двигателей с непосредственным впрыском топлива.

Устройство рядного ТНВД, определяемого принципом его работы:

  • плунжерная пара, работающая как единое целое;
  • подающие канавки, обеспечивающие приток топлива к паре;
  • пара кулачковый вал – центробежная муфта;
  • плунжерные толкатели (они давят на кулачковый вал);
  • плунжерные возвратные пружины;
  • нагнегательные клапаны;
  • штуцеры;
  • зубчатые рейки;
  • приводные устройства от педали акселератора – всережимного регулятора (принцип работы регулятора ТНВД – регулировка производительности посредством механических тяг, которые передают поступательное движение не зубчатую рейку).

Принцип работы топливного насоса высокого давления

Действие ТНВД (если рассматривать общую его схему) напоминает работу двухтактного ДВС. Здесь последовательно реализуются следующие этапы:

  • кулачковый вал вращается и оказывает давление на толкатель плунжера;
  • поршень (плунжер) перемещается во втулке (цилиндре);
  • давление топлива внутри втулки возрастает, что открывает нагнетательные клапаны ТНВД (весьма простой принцип работы);
  • через открывшиеся клапаны топливо поступает в магистраль по направлению к форсункам.
Читайте также:  Почему глохнет двигатель на холостом ходу

Для ТНВД крайне важно подать на форсунки не весь выталкиваемый объем горючего, а лишь четко выверенную дозу. Лишнее топливо через специальные клапаны поступает обратно в систему.

Требуемое количество определяет всережимный регулятор, а центробежная муфта отвечает за выбор момента впрыска.

В итоге насос обеспечивает подачу на впрыск нужного объема топлива под высоким давлением, при этом в точно выбранный момент (вплоть до миллисекунды). Это позволяет существенно поднять КПД ДВС.

Для работы современных насосов высокого давления широко применяется электроника. Благодаря тому, что в их конструкции используются электронные датчики, контролирующие все без исключения параметры их действия, ТНВД стали еще более точными и производительными. В частности, контролируются такие параметры, как:

  • изменение угла нажима на педаль акселератора;
  • число оборотов распредвала;
  • нагрев охлаждающей жидкости;
  • текущий уровень скорости;
  • давление в системе наддува;
  • контроль положения иглы форсунки.

Плюсом современных насосов в том, что, как правило, они оснащены программами всеобъемлющей самодиагностики. Это позволяет оперативно устранять возникающие проблемы и обеспечивать равномерную работу мотора.

Принцип работы топливного насоса высокого давления

К форсункам подается вся смесь, которую нагнетает ТНВД. Но в камеру сгорания попадает лишь необходимая часть. Остаток через сливные клапаны отводится из магистрали, а центробежная муфта обеспечивает подачу топлива в строго определенный момент. Требуемое количество горючего определяется с помощью всережимного регулятора, который напрямую связан с педалью акселератора.

От механики к электронике в работе ТНВД

Постепенно в насосах высокого давления остается все меньше механических деталей – их замещают электронные компоненты.

И это вполне естественно, так как ТНВД – крайне сложный узел ДВС, где требуется высокая точность функционирования.

Именно поэтому все процессы в нем держатся под контролем с помощью электронных датчиков. Эти «глаза и уши» электронного блока управления двигателя обеспечивают:

  • максимальную точность в дозировке топлива, подаваемого на форсунки;
  • мгновенную реакцию на изменение динамики езды и на управляющие манипуляции.

Чисто механические насосы по таким параметрам не сопоставимы с электронными. Главным эффектом работы насосов, снабженных электроникой, является стабилизация циклов сгорания топлива, уменьшение амплитуды колебаний работы мотора на холостых оборотах, общее сокращение расхода горючего.

Современные топливные насосы непосредственного впрыска обеспечивают двухфазное впрыскивание топлива.

Это позволяет горючему сгорать до конца, наиболее полно трансформируя потенциальную энергию в кинетическое движение поршня.

В итоге сокращается количество ядовитых выбросов в атмосферу, растет экономический КПД мотора. В данном случае электроника ТНВД осуществляет контроль таких параметров, как:

  • угол нажатия педали акселератора;
  • частота вращения распределительного вала;
  • температура антифриза;
  • текущая скорость движения транспортного средства;
  • ход форсуночной иглы;
  • давление наддува окислителя;
  • температурный режим окислителя на впуске;
  • работа свечей накаливания в случае их наличия.

Принцип работы топливного насоса высокого давления

Насосы, снабженные электронными датчиками, оснащаются также программами самодиагностики. Это существенно расширяет параметры применяемого топлива.

Более того, такие устройства смогут обеспечивать бесперебойную работу мотора даже в том случае, если некоторые их узлы перестанут работать корректно.

А полный отказ работы насоса случится только в случае выхода из строя контрольного микропроцессора.

Перейти в каталог

Виды ТНВД

Насосы высокого давления классифицируются по нескольким параметрам:

В зависимости от принципа работы такого узла различают:

  • Насосы непосредственного действия, которые имеют механические или же пневматические приводы. Здесь нагнетание давления и впрыск осуществляются одновременно. Такие ТНВД проще, универсальнее, дешевле, а потому их можно чаще встретить на практике.
  • Насосы с аккумуляторным впрыском. Здесь используется гидроаккумулятор. Процесс нагнетания и впрыскивания в данном случае разделен: сначала топливо агрегируется в промежуточном хранилище под давлением, после чего оно распределяется по форсункам в нужном количестве для сгорания. КПД мотора повышается, но вот конструкция насоса тоже усложняется, поэтому такие ТНВД можно встретить довольно редко.

В зависимости от конструкционных особенностей выделяется три типа насоса:

  • Рядные. Это самая простая конструкция, в которой присутствует несколько секций, каждая из которых «обслуживает» одну форсунку мотора. Плунжерные пары имеют рядное размещение. Такой тип ТНВД сейчас используется только на грузовых автомобилях. Принцип работы рядного ТНВД дизеля автобуса или грузовика не отличается от тех, что предназначены для легковых автомобилей. Подобные насосы могут работать с топливом более низкого качества. Но вот на легковые машины рядные агрегаты прекратили устанавливать с началом текущего столетия – они не дают преимуществ в экономии топлива.
  • Распределительные. В этом случае пара плунжеров может обслуживать двигатель, с числом цилиндров – от 4 до 12. Такие насосы характеризуются более сложной системой распределения топлива, находящегося под высоким давлением, поэтому весьма недолговечны.
  • Магистральные. Здесь используется популярная система подачи горючего Common Rail. Перед подачей на форсунки топливо под высоким давлением (более 180 МПа, то есть 1 800 атмосфер) скапливается в специальной рампе, что позволяет сократить время впрыска, а также распылить горючее более мелкими каплями. Это обеспечивает более высокое качество сгорания и, как следствие, увеличение КПД (то есть сокращение расхода на 100 км).

Принцип работы топливного насоса высокого давления

Диагностика неисправности в работе ТНВД

Качество насосов высокого давления (топливных) постоянно увеличивается.

Производители, понимая ключевое значение данного узла для работы моторов с непосредственным впрыском, всячески стремятся усовершенствовать конструкцию, сделав его более надежным, долговечным, но увы… и более сложным.

Данные компоненты ДВС проходят серии испытаний, однако от преждевременного выхода из строя они не застрахованы, а тестирование данного узла в машине отдельно от остальных систем и агрегатов невозможно.

Признаки некорректной работы именно ТНВД:

  • значительное увеличение расхода топлива (без видимых на то объективных причин);
  • двигатель начинает запускаться с большим трудом;
  • выхлоп обретает черный оттенок;
  • выхлопные газы приобретают едкий запах;
  • неоднократное соскальзывание ремня ГРМ;
  • утечки топлива;
  • при росте расхода топлива существенно падает мощность и крутящий момент;
  • на холостом ходу двигатель держит обороты неустойчиво.

Главной причиной возникновения дефектов, как правило, является загрязнение плунжеров. Это обычно происходит вследствие использования некачественного топлива или же масла. Весьма опасна для плунжеров и вода, которой может быть разбавлено горючее (или же она может просочиться в топливный бак).

Но следует признать, что любой, даже очень надежный узел или агрегат при несоблюдении эксплуатационных правил легко и быстро выходит из строя. А при соблюдении требований и рекомендаций производителей современные ТНВД становятся весьма долговечными и надежными компонентами ДВС, которые обеспечивают эффективную и экономичную работу мотора в течение всего гарантийного срока.

Автор статьи

Принцип работы ТНВД: описание, характеристики

Принцип работы топливного насоса высокого давления Система SIEMENS/VDO PCR 2.3 Lynx разработана для двигателей Форд с объёмом 1800сс. Отличительной особенностью этих двигателей является применение сферической рампы с датчиком давления топлива. Такая форма рампы вызвана с одной стороны компактным размещением системы в подкапотном пространстве, а с другой возможностью равномерной подачи топлива к каждой форсунке. ТНВД стандартного типа с встроенным передающим насосом и клапанами VCV и PCV на корпусе.

Топливные рампы высокого давления изготовлены из кованой стали. Также рампы предотвращают скачки давления при работе насоса, выполняя роль гидродемпферов. ТНВД передает топливо в распределительную рейку, где мониторит давление. Далее топливо передаётся в рейки 1 и 2 блока. Трубки высокого давления от рампы к форсункам имеют внутренний диаметр 3,0мм. Все остальные трубки высокого давления – 2,5мм. Суммарный объем составляет 33 см.

Такой вид топливного насоса применяется системе подачи топлива Common Rail, в которой топливо перед тем, как поступить к форсункам сначала накапливается в топливной рампе. Магистральный насос способен обеспечить высокую подачу топлива — свыше 180 МПа.

Типы топливных насосов

В зависимости от особенностей конструкции различают три основных типа ТНВД – распределительный, рядный, магистральный.

Рядный ТНВД

Этот тип топливного насоса высокого давления оснащается плунжерными парами, расположенными рядом друг с другом (потому и такое название). Их количество строго соответствует количеству рабочих цилиндров двигателя.

Таким образом, одна плунжерная пара обеспечивает подачу топлива в один цилиндр.

Пары устанавливаются в насосном корпусе, в котором предусмотрены каналы входа и выхода. Запускается плунжер при помощи кулачкового вала, соединенного, в свою очередь, с коленвалом, от которого и передается вращение.

Кулачковый вал насоса, при вращении кулачками воздействует на толкатели плунжеров, заставляя их двигаться внутри втулок насоса.

При этом поочередно открываются и закрываются впускные и выпускные отверстия.

При движении плунжера вверх по втулке создается давление, необходимое для открывания нагнетательного клапана, через который топливо под давлением направляется по топливопроводу к определенной форсунке.

Момент подачи топлива и регулировка его количества, необходимого в конкретный момент времени может осуществляться либо с помощью механического устройства, либо с помощью электроники. Такая регулировка нужна для корректировки подачи топлива в цилиндры двигателя в зависимости от частоты вращения коленчатого вала (оборотов двигателя).

Механическое управление обеспечивается за счет использования специальной муфты центробежного типа, которая закреплена на кулачковом валу. Принцип действия такой муфты заключен в грузиках, которые находятся внутри муфты и имеют возможность перемещаться под действием центробежной силы.

Центробежная сила изменяется с ростом (или уменьшением) величины оборотов двигателя, благодаря чему грузики либо расходятся к внешним краям муфты, либо снова сближаются к оси.

Это приводит к смещению кулачкового вала относительно привода из-за чего и изменяется режим работы плунжеров и, соответственно, при увеличении частоты вращения коленвала двигателя обеспечивается ранний впрыск топлива, а поздний, как вы догадались, при снижении оборотов.

Рядные топливные насосы весьма надежны. Их смазка осуществляется моторным маслом, поступающим из системы смазки двигателя. Они совершенно не привередливы к качеству топлива. На сегодняшний день применение таких насосов из-за их громоздкости ограничено грузовыми автомобилями средней и большой грузоподъемности. Примерно до 2000 года они применялись и на легковых дизельных моторах.

Читайте также:  Устройство переднего и заднего мостов газ-66

Распределительный ТНВД

В отличие от рядного насоса высокого давления, у распределительного ТНВД может быть либо один, либо два плунжера в зависимости от объема двигателя и, соответственно, необходимого объема топлива.

И эти один или два плунжера обслуживают все цилиндры двигателя, которых может быть и 4, и 6, и 8, и 12. Благодаря своей конструкции, в сравнении с рядными ТНВД, распределительный насос более компактен и меньше весит, и при этом способен обеспечить более равномерную подачу топлива.

К основному недостатку данного типа насосов можно отнести их относительную недолговечность. Распределительные насосы устанавливаются только в легковые автомобили.

Распределительный ТНВД может оснащаться различными типами приводов плунжера. Все эти типы привода являются кулачковыми и бывают: торцевыми, внутренними, внешними.

  • Наиболее эффективными считаются торцевые и внутренние приводы, которые лишены нагрузок, создаваемых давлением топлива на приводной вал, вследствие чего они служат несколько дольше, нежели насосы с внешним кулачковым приводом.
  • Кстати, стоит отметить, что импортные насосы фирм Bosch и Lucas, наиболее часто использующиеся в автомобилестроении оснащены именно торцевым и внутренним приводом, а внешний привод имеют насосы серии НД отечественного производства.
  • Торцевой кулачковый привод

В этом типе привода, используемом в насосах Bosch VE, основным элементом является распределительный плунжер, предназначенный для создания давления и распределения топлива в топливных цилиндрах. При этом плунжер-распределитель совершает вращательные и возвратно-поступательные перемещения при вращательных движениях кулачковой шайбы.

Возвратно-поступательное перемещение плунжера осуществляется одновременно с вращением кулачковой шайбы, которая, опираясь на ролики, перемещается вдоль неподвижного кольца по радиусу, то есть, как бы обегает его.

Воздействие шайбы на плунжер обеспечивает высокое давление топлива. Возврат плунжера в исходное состояние осуществляется благодаря пружинному механизму.

Распределение топлива в цилиндрах происходит за счет того, что приводной вал обеспечивает вращательные движения плунжера.

Величина подачи топлива может быть обеспечена с помощью электронного (электромагнитный клапан) или механического (центробежная муфта) устройства. Регулировка осуществляется за счет поворота на определенный угол неподвижного (не вращающегося), регулировочного кольца.

Цикл работы насоса состоит из следующих стадий: закачка порции топлива в надплунжерное пространство, нагнетание давления за счет сжатия и распределение топлива по цилиндрам. Затем плунжер возвращается в исходное положение и цикл повторяется заново.

Внутренний кулачковый привод

Внутренний привод применяется в распределительных ТНВД роторного типа, например, в насосах Bosch VR, Lucas DPS, Lucas DPC. В таком типе насоса подача и распределение топлива осуществляется посредством двух устройств: плунжера и распределительной головки.

Распределительный вал оснащается двумя противоположно-расположенными плунжерами, которые обеспечивают процесс нагнетания топлива, чем меньше расстояние между ними, тем выше давление топлива. После нагнетания давления топливо устремляется к форсункам по каналам распредголовки через нагнетательные клапана.

Подачу топлива к плунжерам обеспечивает специальный подкачивающий насос, который может отличаться в зависимости от типа своей конструкции. Это может быть либо шестеренчатый насос, либо роторно-лопастной. Подкачивающий насос находится в корпусе насоса и приводится в действие приводным валом. Собственно, он прямо на этом валу и установлен.

Распределительный насос с внешним приводом рассматривать не будем, поскольку, скорее всего, их звезда близка к закату.

Магистральный ТНВД

Такой вид топливного насоса применяется системе подачи топлива Common Rail, в которой топливо перед тем, как поступить к форсункам сначала накапливается в топливной рампе. Магистральный насос способен обеспечить высокую подачу топлива — свыше 180 МПа.

Магистральный насос может быть одно-, двух- или трехплунжерным. Привод плунжера обеспечивается кулачковой шайбой или валом (тоже кулачковым, разумеется), которые в насосе совершают вращательные движения, проще говоря, крутятся.

При этом в определенном положении кулачков, под действием пружины плунжер перемещается вниз. В этот момент происходит расширение компрессионной камеры, за счет чего в ней снижается давление и образуется разряжение, которое заставляет открыться впускной клапан, через который топливо проходит в камеру.

Поднятие плунжера сопровождается увеличением внутрикамерного давления и закрытием клапана впуска. При достижении давления, на который настроен насос, открывается выпускной клапан, через который топливо нагнетается в рампу.

В магистральном насосе управление процессом подачи топлива реализуется дозирующим топливным клапаном (который приоткрывается или закрывается на необходимую величину) при помощи электроники.

  • проверните коленвал до его положения, которое соответствует началу впрыска топлива в первый цилиндра (фиксатор находится в зацеплении с маховиком), проверьте, чтобы метка I на заднем фланце ведущей полумуфты привода должна быть вверху;
  • установите топливный насос на двигатель, совместив при этом метки II на корпусе насоса и муфте опережения впрыска топлива;
  • затяните болты крепления насоса;

Порядок разборки

  • вывернуть винты крепления задней крышки регулятора частоты вращения и снять крышку в сборе с насосом низкого давления;
  • снять автоматическую муфту опережения впрыска топлива, используя приспособление И-801.16.000. Сначала отвернуть гайку 2 (рис. а) крепления муфты. Для этого вставить отвертку 4 в паз гайки и, удерживая муфту 1 от вращения, ключом 3 отвернуть гайку. Затем, вворачивая в муфту съемник 5 (рис. б), снять муфту;

Принцип работы топливного насоса высокого давления

Рис.2 – Снятие муфты

Принцип работы ТНВД заключается в подаче к цилиндрам дизельного двигателя в определенный момент и под определенным давлением точно отмеренных порций топливной смеси, которые соответствуют данной нагрузке.

Разборка и установление топливного насоса

Достаточно очевидным фактом является то, что без использования ТНВД подавать топливо к двигателю было бы сложно. Именно поэтому достаточно логично, что такому типу топливного насоса уделяется столько внимания автолюбителей, которые занимаются ремонтом моторов такого типа.

Принцип работы топливного насоса высокого давления

Самыми распространенными причинами неполадок являются:

Для того чтобы качественно отремонтировать топливный насос высокого давления, необходимо знать как проводится разборка и установка, когда восстановление ТНВД невозможно и какие детали нуждаются в замене, для устранения неисправностей. Итак, как правильно проводится разборка и установка топливного насоса высокого давления?

Различают, следующие типы насосов высокого давления:

Виды топливного насоса высокого давления

Различают, следующие типы насосов высокого давления:

  1. Бензиновые двигатели, с прямым впрыском топлива.
  2. Дизельные двигатели, различают:
    • распределительный (имеет один плунжер, распределяющий топливо);
    • рядный (для каждого цилиндра своя плунжерная пара);
    • магистральный (нагнетает топливо сначала в рампу, а потом в цилиндр).

Топливный насос бензинового двигателя

Насосы высокого давления встречаются, как на дизельных, так и на бензиновых ДВС. ТНВД бензиновых агрегатов имеют систему прямого (непосредственного) впрыска, то есть бензин впрыскивается прямиком в цилиндры. Пример такого двигателя — Mitsubishi GDI, ранее мы уже писали о системе впрыска GDI.

При его эксплуатации обязательно следует заправлять самым высокооктановым топливом, производители не советуют использовать различные присадки к топливу, чтобы ТНВД нагнетал бензин с необходимым для корректной работы и нужной производительности давлением. Устройство ТНВД бензинного двигателя рассмотрим на примере движка GDI.

Принцип работы топливного насоса высокого давления

На рисунке выше показан ТНВД бензинового двигателя GDI, состоит из:

  1. Клапан-регулятор низкого давления
  2. Регулятор частоты вращения
  3. Штуцер с дросселем для выхода топлива
  4. Распределительная головка
  5. Насос низкого давления
  6. Автомат опережения впрыскивания топлива
  7. Внутренняя полость насоса
  8. Электромагнитный клапан остановки топлива

Распределительный насос дизельного двигателя

Используется на легковых авто, производства компаний Bosch, Denso, Delphi и прочее. Этот тип ТНВД отличается от рядных насосов тем, что они имеют всего один, два плунжера на цилиндры ДВС. Они занимают меньше места и легче весят, минусом таких насосов является недолговечность комплектующих деталей.

Насосы данного типа имеют разновидности конструкции привода плунжера. Он может быть внешним, внутренним или торцевым. Внешний тип привода используют на отечественных машинах, хотя внешний и торцевой характеризуются большей надежностью и долгой эксплуатацией. В них в отличие от внешнего кулачкового привода нет нагрузки узлы вала.

Основа распределительного ТНВД — это плунжер, который совершая движение, распределяет солярку по цилиндрам ДВС. Движется плунжер за счет вращения шайбы, обходящей кольцо по роликам. Она жмёт на плунжер, выполняя тем самым давление топлива. Чтобы плунжер вернулся в исходное положение, на него давит пружина.

Для подачи топлива на плунжеры необходимо небольшое давление, в ТНВД давление создается топливоподкачивающим насосом, который стоит на приводном валу. В зависимости от конструкции топливоподкачивающий насос, может быть роторно-лопастным, шестерным и др. Система смазки ТНВД производится дизельным топливом.

Регулируется количество подачи топлива разными методами. Первый способ — это электромагнитный клапан. Механически, количество подаваемого топлива определяют включением муфты воздействующей на дозатор через рычаги.

Опережение впрыска регулируется с помощью поворота кольца на данный угол.

Работа распределительного насоса включает следующие манипуляции, впускает топливо в надплужерное пространство, а после нагнетает и подаёт определённое количество топлива в цилиндры.

Рядный топливный насос высокого давления

Рядные ТНВД надёжны в эксплуатации, имеют общую с двигателем систему смазки — моторным маслом, можно использовать на низкокачественном топливе. Не используют на легковых машинах с 2000-ых годов.

Принцип работы топливного насоса высокого давления

Рядный топливный насос высокого давления состоит из:

  1. Корпус нагнетательного клапана
  2. Проставка
  3. Пружина нагнета тельного клапана
  4. Гильза плунжера
  5. Конус нагнетательного клапана
  6. Впускное и распределительное отверстия
  7. Регулирующая кромка плунжера
  8. Плунжер
  9. Регулирующая втулка плунжера
  10. Поводок плунжера
  11. Пружина плунжера
  12. Тарелка пружины
  13. Роликовый толкатель

Момент подачи дизеля зависим от частоты вращения коленвала. Механически, изменяется муфтой, внутри которой находятся грузики, расположенной на кулачковом валу. Когда увеличиваются обороты, грузики расходятся и вращают кулачковый вал. От количества оборотов изменяется и количество впрыска топлива.

Рис. Схема работы секции насоса высокого давления: а – впуск топлива; б – начало подачи; в – конец подачи;

1 – плунжер; 2 – продольный паз; 3 – выпускное отверстие; 4 – сливной канал; 5 – пружина; 6 – нагнетательный клапан; 7 – разгрузочный поясок; 8 – надплунжерное пространство; 9 – впускное отверстие; 10 – подводящий канал; 11 – корпус насоса; 12 – гильза; 13 – винтовая кромка

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector