Принцип работы ТНВД дизеля

Разновидности, устройство и принцип работы ТНВД

Основной задачей топливного насоса высокого давления (ТНВД) является подача топлива к форсункам двигателя. В современном автомобилестроении он устанавливается для питания как бензиновых, так и дизельных моторов. Особенностью работы такого насоса является способность выполнять максимально точную дозировку горючего и подавать его в строго определенный момент времени.

ТНВД на бензиновом и дизельном двигателе

Изначально насосы, обеспечивающие высокое давление, использовались исключительно для питания дизельных моторов. В бензиновых системах такая конструкция получила применение только в ДВС с непосредственным впрыском, где наиболее важны давление и точность подачи.

Насосы высокого давления имеют крайне сложную конструкцию, работают с повышенными нагрузками и требуют бережной эксплуатации. Важную роль играет качество топлива и отсутствие в нем примесей воды и абразивных частиц (например, пыли). При использовании ТНВД на бензиновом двигателе нагрузка меньше, чем на дизеле, что относительно продлевает срок его службы.

Располагается насос высокого давления в подкапотном пространстве в непосредственной близости от мотора (либо может устанавливаться на двигатель). Для его питания используется дополнительный подкачивающий топливный насос низкого давления. В зависимости от марки и категории автомобиля могут применяться различные типы ТНВД.

ТНВД разных конструкций и основные узлы

Главным рабочим механизмом насоса является плунжерная пара. Она состоит из плунжера (поршня) и втулки (гильзы). При перемещении поршня в гильзе формируется очень высокое давление, а потому для обеспечения безопасности и корректной работы пары, детали должны иметь высокую точность изготовления.

В силу этой особенности плунжерная пара в профессиональной сфере получила наименование прецизионная. Принцип работы плунжерной пары прост: поршень выполняет возвратно-поступательные движения внутри втулки и обеспечивает всасывание, сжатие и подачу топлива в надплунжерное пространство.

Классификация и устройство ТНВД

Топливные насосы высокого давления классифицируются по ряду признаков. Прежде всего их разделяют по типу привода плунжеров: механические, пневматические и гидравлические системы. Их, в свою очередь, группируют как механизмы непосредственного действия и аккумуляторные.

В первом случае процессы нагнетания и впрыска рабочей жидкости происходят одновременно под действием плунжеров с механическим приводом. В конструкциях с аккумуляторным впрыском рабочие плунжеры приводятся в действие за счет двигателя посредством приводного вала.

Системы с механическим приводом в современном автомобилестроении применяются редко, поскольку они не обеспечивают необходимого уровня экологической безопасности.

По числу плунжеров топливные насосы высокого давления разделяются на многоплунжерные и распределительные.

Многоплунжерные ТНВД и особенности их конструкции

В многоплунжерных насосах для каждого цилиндра предусмотрен свой плунжер. Таким образом, каждая плунжерная пара обеспечивает подачу топлива в свой цилиндр. Конструктивно многоплунжерные насосы бывают двух типов:

• Рядные — плунжерные пары расположены рядом с друг другом в один ряд.
• V-образные — плунжерные пары расположены в два ряда и ориентированы друг к другу под углом от 75 до 120 градусов.

Принцип работы рядного ТНВД для дизельного двигателя заключается в том, что топливо движется по отдельным магистралям и направляется к форсункам мотора в заданном порядке. В классическом исполнении такие конструкции имеют механический привод кулачкового типа, соединенного с коленвалом двигателя.

Каждый кулачок приводит в движение соответствующий плунжер, заставляя его перемещаться внутри гильзы. Когда поршень перемещается вниз, происходит всасывание топлива. При движении вверх создается давление и открывается клапан нагнетательной магистрали.

В современных системах момент подачи топлива рассчитывается электронным блоком управления автомобиля, который получает сигналы от многочисленных датчиков. Это позволяет учесть такие факторы, как положение педали газа и частоту вращения коленчатого вала двигателя.

В ранних моделях автомобилей можно встретить механическое управление режимами работы рядного ТНВД. Для этого на кулачковом валу устанавливается специальная муфта с небольшими подвижными грузами. Под действием центробежных сил грузы смещаются вначале к внешним краям, а затем вновь к оси. Это, в свою очередь, провоцирует смещение кулачкового вала по отношению к приводу. Таким образом, чем больше частота вращения двигателя, тем раньше происходит впрыск.

Насосы V-образной формы работают по следующему принципу: специальный механизм поворота плунжеров соединен с рейками, воздействующими на втулки. Такая конструкция в сравнении с рядной отличается компактностью. Это позволяет повысить жесткость, укоротить кулачковый вал и добиться более высокого давления впрыска.

Как работают распределительные ТНВД?

В распределительных насосах один или два (у более мощных автомобилей) плунжера, которые подают топливо сразу в несколько цилиндров. Количество цилиндров в таких моторах может быть от 4 до 12. Подобные механизмы устанавливаются преимущественно на легковых автомобилях, поскольку относительно быстро изнашиваются. Именно этот тип ТНВД можно встретить в бензиновых двигателях.

Среди преимуществ распределительных насосов высокого давления можно назвать не только большую компактность в сравнении с многоплунжерными, но и большую точность подачи горючего. Главный недостаток — быстрый износ плунжеров.

Привод плунжера распределительного ТНВД представляет собой кулачковый механизм, который бывает трех видов:

Распределительный ТНВД

• роторные;
• торцевые (аксиальные);
• с внешним приводом.

Наиболее часто встречаются торцевые приводы распределительных ТНВД. Такая конструкция предполагает только одну плунжерную пару. Она выполняет функцию распределителя, осуществляя подачу топлива к заданной форсунке мотора. Поршень при этом одновременно и перемещается вдоль втулки, и вращается вокруг своей оси.

Для этого в конструкции предусмотрена кулачковая шайба с роликами, которая прижимается роликами к неподвижному кольцу с пазами. В процессе вращения ролики входят в пазы кольца и приводят в движение шайбу. Последняя, в свою очередь, воздействует на плунжер, провоцируя его вращение. Движение поршня вдоль гильзы выполняет сжатие рабочей жидкости, тогда как вращение обеспечивает открытие и закрытие топливных каналов, соединенных с форсунками.

Системы с внешним приводом практически не применяются, поскольку не отличаются надежностью работы.

Привод роторного типа также называют внутренним кулачковым. Он имеет всего одну топливную секцию и от 2 до 4 плунжерных пар, расположенных радиально. В основе конструкции кулачковая шайба с пазами, внутри которой находится распредвал с плунжерами. Они приводятся в движение роликовыми башмаками, контактирующими с шайбой.

Особенностью этой конструкции является то, что втулки как самостоятельные элементы отсутствуют. Они представляют собой отверстия в распредвале насоса. Плунжеры движутся навстречу друг к другу, увеличивая и уменьшая общее надплунжерное пространство.

Принцип работы роторного привода схож с торцевым: вращение вала обеспечивает перемещение башмаков по поверхности шайбы, и они вдавливаются в пазы, толкая поршни и сжимая топливо. Затем под давлением топливо подается на распределитель и далее к форсункам.

Магистральные ТНВД системы Common Rail

Топливные насосы высокого давления магистрального типа применяются в системах Common Rail. Последняя предполагает аккумуляцию топлива в рампе перед его подачей к форсункам. Конструктивно этот тип насосов может иметь до 3 плунжеров, что позволяет достигать высоких уровней давления.

Движение плунжеров обеспечивается за счет воздействия кулачковой шайбы (вала), совершающей вращательные движения, а также специальной пружины. В заданный момент времени под действием кулачка пружина перемещает поршень вниз, что приводит к расширению надплунжерного пространства.

При этом воздух в камере разряжается, провоцируя раскрытие обратного клапана всасывающей магистрали и подачу топлива в камеру. Когда давление в камере увеличивается, клапан закрывается и поршень начинает обратное движение, сжимая топливо. При достижении нужного уровня давления открывается клапан нагнетательного канала и топливо поступает в рампу.

Способы дозирования топлива в ТНВД

Помимо основных классификаций, автомобильные насосы высокого давления разделяют по принципу дозирования топлива. Существуют три типа регулирования цикловой подачи:

• с отсечкой в конце подачи топлива;
• с дросселированием на впуске;
• комбинированный.

Для дизельных систем клапанного типа основным способом регулирования цикловой подачи является перепуск топлива при нагнетательном движении поршня. При этом изменяется геометрический активный ход плунжера. В такой системе в начале нагнетательной магистрали устанавливается перепускной клапан, который срабатывает при превышении заданного уровня давления и отправляет часть топлива обратно в бак.

В распределительных насосах преимущественно выполняется дросселирование на впуске, при котором часть рабочей жидкости из контура высокого давления перенаправляется во всасывающую полость. В системах с торцевым приводом количество подаваемого топлива регулируется центробежной муфтой или электромагнитным клапаном, которые перемещают неподвижное регулировочное кольцо в заданное положение.

Исходя из типа привода аккумуляторные системы ТНВД могут использовать несколько способов регулировки цикловой подачи:

• механическое, или электронное регулирование времени срабатывания дозирующего устройства (иглы распылителя, клапана);
• пружинное запирание дозатора.

В современных магистральных системах количество топлива регулируется электронным блоком управления, раскрывающим дозирующий клапан на строго рассчитанную величину.

Какой уровень давления обеспечивают ТНВД?

Поскольку основной задачей ТНВД является точное дозирование и своевременная подача топлива, его рабочие характеристики во многом зависят от требуемых для конкретного автомобиля режимов работы. Следует понимать, что каждый насос имеет некоторый диапазон рабочего давления, а не одну конкретную величину. Так, например, рядные ТНВД для дизельных моторов, в зависимости от модели, могут создавать максимальное давление до 55-135 МПа. При этом в отдельной модели минимальный показатель на холостом ходу может быть 15 МПа, а максимум при полной нагрузке — 130 МПа.

Магистральные насосы системы Common Rail достигают максимальных показателей до 135-200 МПа и каждое последующее поколение увеличивает не только верхний, но и нижний порог диапазона. Для примера, самые первые системы Bosch CP1 предполагают работу в диапазоне от 17 до 135 МПа, тогда как системы четвертого CP4 поколения способны развивать от 23 до 200 МПа.

Для бензиновых двигателей с непосредственным впрыском топлива (системы GDI) достаточно обеспечить давление в диапазоне 3-11 МПа.

Основные неисправности насосов высокого давления

Устройство любого топливного насоса высокого давления представляет собой сложную конструкцию, значит и потенциальных неисправностей у этого механизма достаточно много. Главной причиной возможных неполадок является плохое качество топлива, что относится как к дизельным системам, так и к бензиновым. Наибольшему износу подвержены плунжеры, и если при осмотре насоса будут установлены потертости на их поверхности, то это первый сигнал о некорректной работе.

Симптоматика поломки ТНВД во многом сходна с неисправностью мотора и системы охлаждения, а потому для более точной диагностики всегда необходимо обращаться в сервисный центр, где будет выполнена проверка на стенде. В бытовых условиях определить возможные нарушения работы насоса можно по следующим проявлениям:

• увеличение расхода топлива;
• нестабильная работа мотора в режиме низких оборотов;
• сложности с запуском;
• повышение температуры узла и перегрев двигателя;
• протечки топлива;
• снижение уровня мощности;
• дым на выхлопе;
• шумы и посторонние звуки в двигателе.

Топливный насос высокого давления можно назвать уникальным агрегатом, который пока не имеет достойных альтернативных решений. Эволюция этого устройства за последние десятилетия затрагивает исключительно совершенствование отдельных деталей и повышение точности их изготовления без внесения кардинальных изменений в общий принцип работы.

Топливный насос высокого давления (ТНВД): виды, устройство, принцип работы

Топливный насос (сокращенно ТНВД) предназначен для выполнения следующих функций — подачи горючей смеси под высоким давлением в топливную систему ДВС, а также регулирования его впрыска в определенные моменты. Именно поэтому топливный насос считается наиболее важным устройством для дизельных и бензиновых двигателей.

Преимущественно ТНВД применяются, конечно же, в дизельных двигателях. А в бензиновых двигателях ТНВД встречаются лишь в тех агрегатах, на которых используется система непосредственного впрыска топлива. При этом насос в бензиновом двигателе работает куда с меньшей нагрузкой, поскольку такое высокое давление, как в дизеле не требуется.

Основные конструктивные элементы топливного насоса — плунжер (поршень) и цилиндр (втулка) малого размера, которые объединяются в единую плунжерную систему (пару), изготовленную из высокопрочной стали с большой точностью.

На самом деле изготовление плунжерной пары довольно трудная задача, требующая специальных высокоточных станков. На весь Советский союз был, если не изменяет память, всего один завод, на котором изготавливались плунжерные пары.

Как делают плунжерные пары в нашей стране сегодня можно увидеть в этом видео:

Между плунжерной парой предусматривается очень маленький зазор, так называемое прецизионное сопряжение. Это отлично показано в видео, когда плунжер очень плавно, с зависанием под действием собственного веса входит в цилиндр.

Итак, как мы уже сказали ранее, топливный насос применяется не только для своевременной подачи горючей смеси в топливную систему, но и для распределения его через форсунки в цилиндры в соответствии с типом двигателя.

Форсунки – связующее звено в этой цепи, поэтому они соединены с насосом трубопроводами. С камерой сгорания форсунки соединяются нижней распылительной частью, оснащенной небольшими отверстиями для эффективного впрыска топлива с дальнейшим его воспламенением. Определить точный момент впрыска ТС в камеру сгорания позволяет угол опережения.

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.

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.

Топливный насос высокого давления. Рядный ТНВД

Примером рядного топливного насоса высокого давления применяемого на легковых автомобилях является насос дизеля Мерседес 190, состоящий из нескольких одинаковых секций. В передней части этого насоса расположен вакуумный насос 14, приводимый в движение эксцентриком 2, расположенным на торце кулачкового вала.

В нижней части корпуса насоса установлен кулачковый вал, который соединяется со звездочкой привода через муфту опережения впрыска.

На кулачковом валу имеются про­филированные кулачки для каждой насосной секции и эксцентрик для приведения в движение насоса низкого давления, который крепится к привалочной плоскости насоса высокого давления.

Рис. Топливный насос высокого давления Мерседес:
1 – штуцер подключения вакуумного усилителя тормозов; 2 – эксцентрик привода вакуумного насоса; 3 – звездочка приводной цепи; 4 – автоматическая муфта опережения впрыска; 5 – винт установки начала впрыска; 6 – подача топлива; 7 – трубопровод высокого давления; 8 – рычаг перекрытия подачи топлива; 9 – вакуумная камера остановки двигателя; 10 – вакуумная камера увеличения частоты вращения коленчатого вала; 11 – регулятор частоты вращения; 12 – пробка для установки приспособления регулировки начала впрыска; 13 – топливоподкачивающий насос; 14 – вакуумный насос

В перегородке корпуса против каждого кулачка установлены роликовые толкатели 14. Оси роликов своими концами входят в пазы корпуса насоса, предотвращая проворачивание толкателей.

Рис. Секция рядного ТНВД:
1 – зубчатый сектор; 2 – регулирующая поворотная втулка плунжера; 3 – боковая крышка; 4 – штуцер нагнетательного клапана; 5 – корпус нагнетательного клапана; 6 – нагнетательный клапан; 7 – гильза плунжера; 8 – плунжер; 9 – рейка ТНВД; 10 – поводок плунжера; 11 – возвратная пружина плунжера; 12 – нижняя тарелка возвратной пружины; 13 – регулировочный болт; 14 – роликовый толкатель; 15 – кулачковый вал

Насосные секции установлены в верхней части корпуса и крепятся винтами. Основной частью каждой насосной секции является плунжерная пара, состоящая из плунжера 8 и гильзы 7. Плунжерную пару изготовляют из хромомолибденовой стали и подвергают закалке до высокой твердости. После окон­чательной обработки подбором производят сборку плунжеров и гильз так, чтобы обеспечить в соединении зазор, равный 3…5 мкм. Этим достигается максимальная плотность сопряжения взаимодейст­вующих деталей обеспечивающих давление впрыскивания топлива до 1200 кгс/см2.

Сверху каждой плунжерной пары установлен нагнетательный клапан 6, размещенный в корпусе 5.

При вращении кулачкового вала 15 насоса выступ кулачка набегает на роликовый толкатель 14, который через регулировочный болт воздействует на плунжер 8 и перемещает его вверх. Когда выступ кулачка выходит из-под ролика толкателя, пружина 11, упирающаяся в тарелки, возвращает плунжер в первоначаль­ное положение. Рейка 9 входит в зацепление с зубчатым венцом поворотной втулки 2, надетой на гильзу.

Регулирование состава топливовоздушной смеси в дизельном двигателе происходит изменением подачи топлива при неизменном количестве воздуха, в отличие от бензиновых двигателей, где изменяется и то и другое. В рядных ТНВД изменение подачи топлива, обычно осуществляется за счет рейки, однако изменение подачи может осуществляться и за счет золотника, который перемещается по плунжеру. В рассматриваемом ТНВД при перемещении рейки 9 вдоль ее оси втулка 2 поворачивается на гильзе и, действуя на выступы плунжера, поворачивает его, в результате чего изменяется количество топлива, подаваемого к форсункам. Ход рейки ограничивается стопорным винтом, входящим в ее продольный паз. Задний конец рейки соединен с тягой регулятора частоты вращения коленчатого вала, установленного в корпусе ТНВД.

Принцип работы секции насоса

Принцип работы секции насоса заключается в следующем. При движении плунжера 1 вниз внутреннее пространство гильзы 12 наполняется топливом, и одновременно оно подается насосом низкого давления в подводящий канал 10 корпуса 11 насоса.

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

При этом открывается впускное отверстие 9, и топливо поступает в надплунжерное пространство 8. Затем под действием кулачка плунжер начинает подниматься вверх, перепуская топливо обратно в под­водящий канал 10 до тех пор, пока верхняя кромка плунжера 1 не перекроет впускное отверстие 9 гильзы. После перекрытия этого отверстия давление топлива резко возрастает и при рабочем давлении топливо, преодолевая усилие пружины 5, поднимает нагнетательный клапан 6 и поступает в топливопровод.

Дальнейшее перемещение плунжера вверх вызывает повышение давления, превышающее давление, создаваемое пружиной форсунки, в результате чего игла форсунки приподнимается и проис­ходит впрыскивание топлива в камеру сгорания. Подача топлива про­должается до тех пор, пока винто­вая кромка 13 плунжера не откроет выпускное отверстие 3 в гильзе, в результате чего давление над плунжером резко падает, нагнетательный клапан 6 под действием пружины закрывается и надплунжерное пространство разъе­диняется с топливопроводом высокого давления. При дальнейшем движении плунжера вверх топливо перетекает в сливной канал 4 через продольный паз 2 и винтовую кромку 13 плунжера.

Нагнетательный клапан 6 разгружает топливопровод высокого давления, так как он снабжен цилиндрическим разгрузочным пояском 7, который при посадке клапана на седло обеспечивает увеличение объема топливопровода. Этим достигается резкое прекращение впрыскивания топлива и устраняется возможность его подтекания через распылитель форсунки, что улучшает процесс смесе­образования и сгорания рабочей смеси, а также повышает надежность работы форсунки.

Клапаны ТНВД

В ТНВД с рядным расположением плунжерных пар применяются нагнетательные клапана объемного течения и ограничения обратного течения, а также клапана постоянного давления.

Клапана обратного течения применяются для демпфирования волн обратного давления топлива, возникающих при закрытии распылителя форсунки, что уменьшает износ распылителя и подвпрыски топлива в цилиндры двигателя. Клапан устанавливается как дополнительный над обычным клапаном перед топливопроводом высокого давления, идущим к форсунке.

Рис. Штуцер ТНВД с нагнетательным клапаном:
а – с клапаном объемного течения и ограничением обратного течения; b – с клапаном постоянного течения; 1 – корпус нагнетательного клапана; 2 – обратный клапан; 3 – промежуточный объем; 4 – разгрузочный поясок; 5 – сферический клапан; 6 – втулка клапана; 7 – нагнетательный клапан; 8 – жиклер; 9 – обратный клапан

Клапан состоит из головки с запорной конической фаской, разгрузочного пояска 4 и хвос­товика с прорезями для прохода топлива. Сверху на клапан установлена пружина 3, которая прижимает его к седлу. При подаче топлива разгрузочный поясок вместе с конусом клапана приподнимается над направляющей втулкой и топливо под давлением поступает к форсунке. При закрытии основного клапана клапан обратного течения перекрывает доступ обратных волн топлива.

Клапана постоянного течения применяются на ТНВД с давлением впрыска более 800 кг/см2, для уменьшения кавитации. При подаче топлива через нагнетательный клапан в конце хода нагнетания шариковый обратный клапан под действием обратных волн давления топлива открывается и система топливоподачи действует как нагнетательный клапан с перепускным дросселем. При уменьшении давления клапан закрывается, при этом в магистрали сохраняется постоянное давление.

Перемещение плунжера во втулке с момента закрытия впускного отверстия до момента открытия вы­пускного отверстия называется активным ходом плунжера, который в основном и определяет количество подаваемого топлива за цикл работы топливной секции.

Изменение количества топлива, подаваемого секцией за один цикл, происходит в результате поворота плунжера зубчатой рейкой 5. При различных углах поворота плунжера благодаря винтовой кромке смещаются моменты открытия выпускного отверстия. При этом, чем позднее открывается выпускное отверстие, тем большее количество топлива может быть подано к форсункам.

Рис. Схема изменения подачи топлива:
1 – гильза; 2 – впускное отверстие; 3 – плунжер; 4 – винтовая кромка; 5 –рейка

На рисунке показаны следующие положения винтовой кромки плунжера за цикл работы топливной секции:

• положение а – нулевая подача топлива. Плунжер 3 повернут так, что его продольный паз расположен против выпускного отверстия, в результате чего при перемещении плунжера вверх топливо вытесняется в сливной канал, подача топлива прекращается и двигатель останавливается
• положение б – промежуточная подача, так как при повороте плунжера 3 по часовой стрелке объем вытесненного топлива уменьшается так как выпускное отверстие открывается раньше
• положение в – максимальная подача топлива и наибольший активный ход плунжера 3. В этом случае расстояние от винтовой кромки 4 плунжера до выпускного отверстия будет наибольшим

Что такое ТНВД на дизельном мотороре, как работает, в каких разновидностях выпускается

Любой автомобильный двигатель является сложным механизмом, который складывается из ряда важных агрегатов. Если брать дизельные моторы, то в их конструкции важное место занимают топливные насосы.

Что такое ТНВД

Понять, что такое ТНВД в машине, легко. Под этой аббревиатурой подразумевается топливный насос высокого давления. Находится ТНВД в дизельном двигателе, хотя, встречается и в некоторых бензиновых моторах. Этот агрегат отвечает за подачу топливной смеси под высоким давлением. Именно в этом заключается основа функционирования любого дизеля.

Дальше нам предстоит рассмотреть принцип работы этой детали, её устройство и существующие разновидности. А также изучим причины установки ТН высокого давления на бензиновые моторы.

Как работает ТНВД дизельного мотора

Работа дизельного двигателя сложная и многоэтапная. Важную, даже основную роль играет насосный механизм высокого давления. Многим будет интересно изучить принцип работы ТНВД, чем мы сейчас и будем заниматься.

Топливная масса под давлением поступает на форсунки. Этот процесс должен происходить не произвольно, а в определённый момент. Он контролируется автоматической системой. Задачей топливной системы высокого давления является создание нужного давления. За счёт полного сгорания топлива в цилиндрах пользователь получает максимальную мощность двигателя.

Устройство и принцип работы ТНВД организованы таким образом, чтобы рабочее давление превышало отметку в 150 Мпа. Это очень высокий показатель. Для его достижения насос должен соответствовать ряду требований. Например, материал для изготовления этой детали должен быть сверхпрочным и надёжным. Производители используют особый сплав алюминия АЛ9.

В конструкции насоса присутствует плунжерная пара. Это цилиндр небольшого диаметра и стержень соответствующего размера. Для этих деталей используется особая марка стали, которая рассчитана на высокие рабочие нагрузки (25Х5МА). К этим деталям предъявляются очень высокие требования.

От частоты вращения коленвала зависит количество дизеля, отправляемого на подачу, и момент, в который это происходит. За счёт выжимания педали газа увеличивается нагрузка и мотор получает нужную порцию горючего. Если насосная система находится в исправном состоянии и работает без перебоев, то мотор будет работать слаженно и равномерно.

Устройство ТНВД дизельного двигателя может отличаться в зависимости от типа механизма. Выделяют 4 основных разновидности насосов, которые устанавливаются на дизельные агрегаты.

Виды насосов высокого давления для подачи дизельного топлива

На разных моторах, которые отличаются модификацией и поколением, могут устанавливаться различные топливные насосы. Всего выделяют четыре разновидности топливного насоса высокого давления, которые используются в дизельных двигателях.

Рядные ТНВД

Такие устройства отличаются наличием у каждого цилиндра индивидуальной плунжерной пары. Они сосредоточены в едином корпусе, при этом, топливо подаётся через отдельные каналы. Принцип работы такого агрегата выглядит следующим образом:

• плунжер приводится в движение за счёт вращения кулачкового вала, который оснащён приводом, идущим от коленвала мотора;
• толкатель заставляет плунжер передвигаться по втулке;
• при заданном давлении выпускной клапан открывается, за счёт чего топливная смесь направляется в рабочий цилиндр;
• для регулирования времени подачи топлива и его количества может использоваться механическая система или электронная.

Рядный ТНВД

Насосные системы рядного типа зарекомендовали себя с хорошей стороны. Они надёжные и выносливые. Сейчас такие устройства используются на больших автомобилях. Для легковых авто выбираются другие механизмы.

Распределительный ТНВД двигателя

Здесь присутствует лишь несколько плунжеров, которые отвечают за регулирование давления топлива. Для подачи топливной смеси используется распределительная головка и каналы. Такие механизмы полюбились автомобилистам из-за ряда важных преимуществ:

• небольшие габариты и уменьшенная масса позволяют без проблем использовать их в конструкции легковых авто;
• подача топлива всегда происходит равномерно.

Среди недостатков стоит выделить низкий рабочий ресурс, причиной этому служит увеличенная нагрузка на плунжерные пары.

Распределительный ТНВД

Магистральные топливные насосы

Этими механизмами оснащены практически все современные авто с дизельными моторами, на которых стоит аккумуляторная система подачи топливной массы Common Rail. Отличается такой механизм подачей топлива сразу в топливную рампу, которая выступает аккумулирующей ёмкостью.

Конструкция создана таким образом, что процессы нагнетания топлива и его впрыска разделяются. За счёт этого процессы становятся более управляемыми. Чаще всего производители устанавливают модели с 1-3 плунжерными парами, которые приводятся в действие за счёт пружин или сжатой газовой смеси. Не являются редкостью модели с гидравликой.

Самыми современными являются такие механизмы. Но для их работы необходимо использовать топливо высокого качества. В противном случае будет снижаться качество их работы и долговечность.

Подкачивающий насос дизельного двигателя

Подкачивающая насосная система выполняет сразу два процесса:

1. На подготовительном этапе топливо проходит очистку посредством фильтров, которые убирают твёрдые элементы из его состава.
2. Рабочий этап заключается в передаче очищенного топлива дальше по системе.

Подкачивающий насос

Во время работы помпы низкого давления дизель подаётся в несколько завышенном объёме. За счёт работы подкачивающего насоса давление приходит в норму в моменты воздействия на мотор высокой нагрузки.

Зачем устанавливается ТНВД на бензиновом двигателе

Раньше подобные механизмы можно было встретить только на дизельных моторах. Когда появились инжекторные бензиновые агрегаты, возникла необходимость в установке подобных деталей и на такие механизмы. В силовых агрегатах инжекторного типа горючее подаётся к форсункам под высоким давлением. Это не единственная функция ТНВД на бензиновом двигателе, хотя и основная. Эти устройства отвечают ещё за некоторые важные функции:

• регулирование количества топливной массы, которая идёт на подачу;
• контроль момента, когда должен осуществляться впуск горючего на каждый цилиндр.

На другие типы бензиновых моторов подобные системы не устанавливаются.

Такие системы, хоть и создаются из прочного материала с чётким соблюдением высоких требований относительно безопасности и надёжности, всё равно нуждаются в регулярном обслуживании и контроле. Только слаженная работа этого механизма будет обеспечивать бесперебойную работу авто даже после длительного простоя и в лютые морозы. Поверьте, лучше периодически проверять состояние насоса и силового агрегата в целом, чем тщетно пытаться завести автомобиль.

ТНВД дизельного и бензинового двигателя: Устройство и принцип работы

Для качественной работы дизельной силовой установки используется топливный насос высокого давления. ТНВД дизельного двигателя подает солярку в рабочий цилиндр в необходимый промежуток времени. В зависимости от частоты вращения коленчатого вала топливный насос высокого давления увеличивает или уменьшает дозу солярки подаваемой к распылителю.

Как работает ТНВД дизельного двигателя

Крутящий момент передается к устройству от коленчатого вала силовой установки. При работе поршень плунжерного типа нагнетает давление дизельного топлива. Дозирующая система определяет объём солярки подаваемой к распылителю. Топливо от насоса высокого давления подаётся к распылителям по металлическим трубопроводам.

В зависимости от вида насоса управление подачей топлива в рабочие цилиндры осуществляется механическим способом или при помощи электроники.

Механическое управление

При механическом управлении шток дозирующей системы механически связан с органом управления, установленным в кабине оператора. Нажатием на педаль регулируется количество солярки, подаваемой в рабочий цилиндр.

ТНВД оборудованы специализированным клапаном перекрывающим подачу топлива. Он используется для того чтобы заглушить двигатель внутреннего сгорания. Управление клапаном механическое, при помощи троса или рычага.

Электронное управление

Электронный блок управления определяет дозу подаваемой солярки исходя из различных данных. На процессор ЭБУ поступают сведения с датчиков о:

• Степени нагрева двигателя внутреннего сгорания;
• Температуре и давлении надувочного воздуха;
• Расположении органа управления;
• Крутящем моменте.

Исходя из этих данных, электронному блоку управления, удается точно рассчитать количество солярки необходимое для нормальной работы двигателя внутреннего сгорания при различных нагрузках.

ВАЖНО: Использование насосов с электронным управлением позволяет более точно дозировать дизельное топливо. Это способствует увеличению мощности силовой установки и снижению вредных выбросов в атмосферу.

Виды ТНВД дизельного двигателя

В зависимости от устройства топливные насосы дизельного двигателя делятся на несколько видов:

1. Изделия с непосредственным впрыском;
2. Аккумуляторные устройства.

Непосредственного типа

Насосы с прямой подачей имеют механический привод и управление. Нагнетание высокого давления осуществляется поршнем плунжерного типа. Нагнетаемое давление подается сразу на распылитель необходимого цилиндра. Для каждого рабочего цилиндра в насосе предусмотрена отдельная камера.

Аккумуляторного типа

Принцип действия устройства аккумуляторного типа отличается. Нагнетание горючего осуществляется в камеру аккумулятора. Из камеры солярка под давлением подаётся к необходимому распылителю. Аккумуляторные устройства позволяют добиться высокой мощности двигателя внутреннего сгорания.

В зависимости от устройства насосы делятся на рядные, распределительные и магистральные.

Рядной конструкции

В рядных насосах для каждого рабочего цилиндра отведена отдельная секция. Секции расположены в один ряд. Каждая секция имеет один нагнетательный элемент. Подача горючего осуществляется по специализированным каналам. Каждая секция соединена с форсункой при помощи металлической трубки. Привод поршней осуществляется от распределительного вала с кулачками, смещенными по отношению к оси. Крутящий момент на устройство передаётся от коленчатого вала двигателя.

СПРАВКА: Рядное устройство отличается высокой надежностью и неприхотливостью к качеству дизельного топлива. В связи с тем, что для каждого рабочего цилиндра отведена отдельная секция нагрузка на поршни невысокая. Это увеличивает срок службы узла.

Устройство рядного ТНВД дизельного двигателя заключается в следующем. Вал со смещенными частями вращается, попеременно воздействуя на штоки поршней. При нажатии на шток поршень перемещается, вверх сжимая горючее, находящееся в камере. По достижении необходимого давления открывается выпускной механизм. Он сообщен с трубопроводом, ведущим к определённому распылителю. Солярка под высоким давлением поступает к распылителю.

В обратном направлении толкатель движется под действием силовой пружины. При этом в камере образуется вакуум, открывающий впускной механизм. При открытии впускного механизма топливо попадает в камеру. Подачу топлива из бака осуществляет подкачивающая помпа. Подкачивающий насос дизельного двигателя установлен в корпусе ТНВД и имеет привод от распределительного вала.

ВНИМАНИЕ: Смазка вращающихся деталей узла осуществляется маслом из системы смазки силового агрегата. Нагнетание давления масла осуществляется насосом шестеренчатого типа. Такая конструкция позволяет увеличить ресурс работы узла.

Распределяющей конструкции

Распределительные насосы имеют один или два нагнетающих элемента. Распределение горючего между распылителями силового агрегата осуществляется специализированной головкой. Один нагнетающий элемент отвечает за подачу горючего одновременно на несколько распылителей.

Вращение вала со смещенными частями осуществляется синхронно с вращением коленчатого вала силовой установки. При вращении смещенная часть оказывает воздействие на шток. Толкатель перемещает поршень, создавая высокое давление в камере. После сжатия открывается выпускной механизм, пропуская солярку к распределительной головке.

Головка используется для распределения подачи солярки к необходимому распылителю. После нагнетания давления поршень возвращается в обратном направлении под действием пружины. При движении поршня в обратном направлении открывается впускной механизм и горючее попадает в камеру. После этого цикл работы поршня повторяется.

Насосы распределительного типа имеют небольшие габариты. Недостатком устройств такого типа является небольшой срок службы. Это объясняется высокой нагрузкой на нагнетающие части.

Магистральной конструкции

Устройство магистрального насоса отличается тем, что топливо не нагнетается непосредственно в трубопровод распылителя. Перед попаданием в трубопровод солярка под высоким давлением накачивается в аккумулятор.

Привод поршней в насосе магистрального типа осуществляется валом со смещенными частями. При смещении кулачка вниз поршень под действием пружины опускается, создавая вакуум в камере. Под действием вакуума открывается впускной механизм, и камера заполняется горючим, поступающим от подкачивающей помпы.

При движении элемента нагнетания в обратном направлении впускной механизм закрывается и в камере создается высокое давление. Под действием давления открывается выпускной механизм, через который солярка поступает в аккумулятор. Определение необходимой дозы горючего для нормальной работы двигателя внутреннего сгорания осуществляется электронным блоком управления.

Из аккумулятора горючее под высоким давлением поступает к распылителям силовой установки. Такая конструкция позволяет увеличить давление. Это повышает показатели мощности силовой установки при любой частоте вращения коленчатого вала.

Возможные неисправности и методы их устранения

Некорректная работа ТНВД дизельного двигателя может выражаться в следующих признаках:

• Отклонение показателя расходования горючего от нормы;
• Появление отработавших газов черного цвета;
• Повышенный уровень шума при работе силовой установки;
• Потеря мощности;
• Плохой запуск силовой установки.

Основной причиной возникновения неисправностей является плохое качество солярки. В рабочей смеси плохого качества присутствуют мелкие абразивные частицы. Они негативно влияют на нагнетательные элементы и распылители двигателя внутреннего сгорания.

Некорректная работа ТНВД может быть вызвана неправильной регулировкой узла. Для выявления неисправностей потребуется провести диагностику. Самостоятельно диагностировать неисправности невозможно. Для этого необходимо специализированное оборудование и технические знания. После правильной настройки ТНВД двигатель будет отвечать всем необходимым требованиям.

Для устранения неисправностей необходимо заменить изношенные части. Замену комплектующих осуществляют квалифицированные специалисты. Устройство устанавливают на предусмотренный для этого стенд. После чего осуществляют диагностику и выполняют все необходимые регулировки.

Неполадки могут возникнуть в результате сбоя в электронной системе управления. Для устранения потребуется прошить электронный блок управления. При прошивке программируется процессор электронного блока управления. Для этого используется специализированное программное обеспечение.

ВАЖНО: Прошивку электронного блока управления следует доверить высококвалифицированным специалистом. Неправильно проведенная процедура может привести к выходу устройства из строя и необходимости его полной замены.

ТНВД бензинового двигателя

Некоторые автовладельцы задаются вопросом, зачем ТНВД на бензиновом двигателе? Устройства создающее высокое давление используются не только на дизельных силовых агрегатах. Бензиновые моторы с прямым впрыском топлива оборудованы ТНВД.

При распределенном впрыске топлива бензин поступает во впускной коллектор. При непосредственном впрыске бензин под давлением поступает в камеру сгорания. Форсунки для подачи бензина установлены в головке блока цилиндров.

В отличие от дизельного силового агрегата бензиновые моторы оснащаются топливным насосом, нагнетающим более низкое давление. Это снижает нагрузку на нагнетающие элементы и увеличивает срок службы узла без дополнительного ремонта.

Устройство ТНВД бензинового двигателя позволяет подавать рабочую смесь в необходимый цилиндр. Такая конструкция снижает расход бензина и повышает показатели мощности силового агрегата. Недостатком конструкции является требовательность к качеству бензина.

Устройство оборудовано клапаном с электронным управлением. Он необходим для принудительного перекрывания подачи топлива. Управление дозирующей системой и электроклапаном перекрывания подачи топлива осуществляется электроникой.

ТНВД бензинового двигателя – распределительного типа. Бензин под давлением подается к распределительной головке. Она используется для подачи бензина в определенный рабочий цилиндр. Такая конструкция позволяет использовать один нагнетательный элемент для снабжения горючим всех рабочих цилиндров.

Неисправности и методы их устранения

Основные поломки возникают из-за плохого качества бензина. Твердые частицы, находящиеся в топливе негативно влияют на движущиеся элементы узла. Износ деталей приводит к некорректной работе устройства.

Признаками нарушения работы являются:

• Расход бензина, превышающий норму;
• Снижение показателей мощности силового агрегата;
• Затруднительный запуск мотора.

Для устранения неисправности необходимо заменить изношенные комплектующие. После замены потребуется регулировка на специализированном оборудовании.

Самостоятельно отремонтировать и отрегулировать работу узла невозможно.

Для устранения неисправностей необходимо обратиться на станцию технического обслуживания, на которой имеется всё необходимое оборудование. Квалифицированные специалисты осуществят замену изношенных комплектующих и отрегулируют устройство.

Из вышеперечисленного следует, что насос высокого давления используется на силовых агрегатах различной конструкции. Он необходим для подачи бензина или солярки под давлением в цилиндры. Управление устройством осуществляется рычагом, установленным в кабине оператора. Ремонт и настройка узла требует навыков и применения специализированного оборудования.