Принцип работы топливного насоса дизельного двигателя. Каково назначение и принцип работы устройств системы питания дизеля (топливный насос, фильтры грубой очистки), ТНВД

Одним из основных составляющих системы питания дизельной силовой установки является насос, обеспечивающий подачу топлива под высоким давлением на форсунки. Полное название – топливный насос высокого давления (аббревиатура – ТНВД). Помимо дизельных моторов такой насос применяется и в бензиновых агрегатах с инжекторной системой, у которой подача бензина осуществляется непосредственно в цилиндры.

Этот узел системы питания имеет достаточно сложную конструкцию, поскольку в его задачу входит не только нагнетание дизтоплива, но еще и подача его на форсунки в строго определенные моменты. В общем, от его работы напрямую зависит функционирование силовой установки.

Работа двигателей внутреннего сгорания, использующихся на самых разных видах транспорта и техники, основана на сгорании топливо-воздушной смеси и выделяемой в результате этого процесса энергии. Но для того, чтобы силовая установка функционировала, топливо должно подаваться порционно в строго определенные моменты. И задача эта лежит на системе питания, входящей в конструкцию мотора.

Системы подачи топлива двигателей состоят из ряда составных элементов, у каждого из которых своя задача. Одни из них фильтруют топливо, удаляя из него загрязняющие элементы, другие осуществляют дозировку и подачу его во впускной коллектор или непосредственно в цилиндр. Все эти элементы выполняют свою функцию с топливом, которое к ним еще нужно подать. И это обеспечивают используемые в конструкциях систем топливные насосы.

Насос в сборе

Как и у любого жидкостного насоса, задача узла, используемого в конструкции мотора – закачка топлива в систему. Причем практически везде нужно, чтобы оно подавалось под определенным давлением.

Основной рабочий узел

Состоит эта пара из двух частей – поршня (он же плунжер) и гильзы (втулки). Поскольку в узле создается высокое давление, то утечки между составными элементами не допускаются. Поэтому рабочие поверхности поршня и гильзы имеют высокую степень обработки, поэтому не редко пару называют прецизионной.

Суть работы пары построена на возвратно-поступательном перемещении плунжера внутри втулки. При этом посредством каналов или клапанов обеспечивается попадание топлива в надплунжерную полость и отвод его после сжатия.

Работа плунжерной пары

Работает все так: при перемещении поршня вниз открывается канал или клапан подачи (зависит от устройства ТНВД), и топливо закачивается в полость. При передвижении вверх подача прекращается (канал или клапан закрывается) и плунжер начинает сжимать дизтопливо. При достижении определенного значения давления открывается нагнетательный клапан и дизтопливо (уже находящееся в сжатом состоянии) выходит в магистраль, ведущую к форсункам.

В общем, работа самой плунжерной пары очень проста, но существует множество нюансов и особенностей, в том числе и конструктивных, которые влияют на функционирование этого узла. Поэтому принцип работы ТНВД следует рассматривать отдельно по каждому из указанных видов.

Фильтр
грубой очистки топлива предназначен
для очистки топлива от грубых механических
примесей и воды и работает как отстойник.

Фильтр
грубой очистки топлива двигателя
со­стоит из корпуса с крышкой и сменного
фильтрующего элемента из хлоп­ковой
нити, намотанной на металлический
трубчатый перфорированный каркас.
Плотное соединение фильтрующего элемента
с корпусом и крыш­кой достигается
тем, что трехгранные кольцевые ребра
крышки и днища корпуса вдавливаются в
мягкие торцевые поверхности фильтра.

Топливо
по трубопроводу поступает в полость
между стенками корпуса и фильтрующим
элементом. Пройдя через фильтр, очищенное
топливо по­ступает внутрь каркасной
трубки и далее к топливоподкачивающему
насо­су. На внешней поверхности
фильтрующего элемента и на днище корпуса
осаждаются механические примеси. Для
удаления воздуха при замене фильтра в
верхней части крышки имеется резьбовое
отверстие, закрытое пробкой.

Фильтр
тонкой очистки топлива предназначен
для очистки топлива от более мелких
примесей. Фильтр состоит из корпуса,
крышки и фильтрующего элемента,
представляющего собой перфорированный
металлический трубчатый каркас,
обмотанный тканью, на котором сформирована
фильтрующая масса из древесной муки,
пропи­танной пульвербакелитом.
Фильтрующий элемент прижат к крышке
пру­жиной.

Топливо,
подаваемое топливоподкачивающим
насосом, заполняет по­лость корпуса
и проходит через фильтрующий элемент,
далее поднимается вдоль стержня крепления
и поступает к насосу высокого давления.
В крышке ввернут штуцер с калиброванным
отверстием, через которое то­пливо
сливается в бак.

Топливоподкачивающий
насос. В
системах топливоподачи дизелей при­меняют
поршневые насосы, которые служат для
подачи топлива через фильтры к топливному
насосу высокого давления (ТНВД).

Топливоподкачивающий
насос крепится к корпусу ТНВД с приводом
от эксцентрика его кулачкового вала и
имеет ручной привод для заполне­ния
топливом фильтров и удаления воздуха
из топливной системы.

Топливоподкачивающий
насос состоит из корпуса, в котором
имеются топливные каналы, в средней
части находится отверстие под пор­шень
и роликовый толкатель; возвратных пружин
поршня и толкателя; нагнетательного
клапана; впускного клапана. Над впускным
клапаном ввер­нут цилиндр с поршнем
и штоком ручного привода.

При
работе двигателя эксцентрик набегает
на ролик толкателя, который через шток
передает усилие на поршень. Последний
перемещается, сжимая возвратную пружину.
В надпоршневом пространстве давление
топлива по­вышается, впускной клапан
закрывается, а нагнетательный открывается,
и топливо по каналу перетекает в
подпоршневое пространство. Когда
эксцен­трик сбегает с ролика толкателя,
пружина поршня перемещает поршень в
обратную сторону. В надпоршневом
пространстве создается разрежение,
открывается впускной клапан и топливо
заполняет надпоршневое про­странство.
Одновременно в подпоршневом пространстве
создается давле­ние топлива, и оно
поступает по трубопроводу к фильтру
тонкой очистки.

Производительность
топливоподкачиваюшего насоса выше, чем
расход топлива при работе двигателя.
При уменьшении расхода топлива двигате­лем
давление в подпоршневой полости
повышается, и усилия сжатой пру­жины
поршня недостаточно для преодоления
давления топлива, ход порш­ня
уменьшается, и, соответственно, снижается
подача топлива насосом. Толкатель при
этом свободно перемещается в обе стороны.
По мере увели­чения расхода топлива
двигателем давление в подпоршневой
полости уменьшается, активный ход поршня
увеличивается и подача топлива насо­сом
возрастает.

Топливный
насос высокого давления
(ТНВД) подает че­рез форсунки в камеру
сгорания топливо в строго определенные
моменты и в определенном количестве в
зависимости от режима работы двигателя.
На автомобильных двигателях применяют
ТНВД золотникового типа с по­стоянным
ходом плунжера и регулировкой окончания
подачи топлива. Число секций топливного
насоса соответствует числу цилиндров
двигателя. Каждая секция обслуживает
один цилиндр. Привод топливных насосов
осуществляется от зубчатых колес
распределительного вала.

ТНВД
состоит из корпуса с крышками, внут­ри
корпуса имеется горизонтальная
перегородка, в которой выполнены гладкие
отверстия с пазами под роликовые
толкатели. В верхней части кор­пуса
имеются резьбовые отверстия крепления
насосных секций, топливные каналы,
отверстие крепления рейки поворота
плунжеров. В нижней части корпуса
расположен кулачковый вал привода
насосных секций. Роликовый толкатель
в верхней части имеет регулировочный
болт с контргайкой.

Насосная
секция включает в себя плунжер и гильзу,
соеди­ненные вместе, которые образуют
плунжерную пару. Положение гильзы в
насосе относительно топливных каналов
фиксировано стопорным винтом. В верх­ней
части гильзы имеется впускное и
перепускное отверстия. Плунжер в верхней
части имеет осевое и радиальное отверстия.
От радиального отвер­стия плунжера
выполнены две спиральные канавки. На
нижнем конце плунжера имеется два
выступа, входящих в пазы поворотной
втулки, кото­рая поворачивает плунжер,
также имеется кольцевая проточка для
опорной тарелки возвратной пружины
плунжера. Другой конец пружины упирается
в верхнюю тарелку, установленную в
кольцевой выточке корпуса. На пово­ротной
втулке крепится зубчатый хомутик,
находящийся в зацеплении с рейкой
поворота плунжеров. Над гильзой плунжера
располагается нагнета­тельный клапан
с седлом, упором и возвратной пружиной.
Насосная сек­ция в корпусе насоса
крепится штуцером. От штуцера через
ниппель топ­ливо поступает по
топливопроводу высокого давления к
форсунке.

Работа
насосной секции. При
вращении кулачкового вала насоса кулачок
набегает на ролик толкателя, который
передает усилие на плунжер. Плунжер
движется вверх, сжимая возвратную
пружину и вытес­няя топливо через
впускное отверстие в канал насоса. При
перекрытии этого отверстия давление
топлива постепенно растет, и начинает
открываться нагнетательный клапан.
Клапан полностью открывается, плунжер
продолжает двигаться вверх, дав­ление
топлива в надплунжерном пространстве
растет. При достижении требуемого для
впрыска топлива давления игла распылителя
форсунки поднимается и происходит
впрыск топлива в цилиндр.

Плунжер
движется вверх, поддерживая давление
впрыска топлива. Как только отсечная
кромка спиральной канавки совместится
с перепускным отверстием давление
топлива резко падает, игла распылителя
форсунки под действием возвратной
пружины садится в седло. Впрыск топлива
пре­кращается. Одновременно
нагнетательный клапан под действием
возврат­ной пружины садится в седло,
объем пространства за клапаном
увеличива­ется и происходит отсечка
подачи топлива. Конусный поясок
нагнетатель­ного клапана притерт к
седлу и надежно изолирует надплунжерное
пространство от топливопровода высокого
давления, поддерживая в нем избыточное
давление топлива, что обеспечивает
стабильность при малой подаче топлива.

Плунжер
какое-то время еще продолжает двигаться
вверх, обеспечивая гарантированный
впрыск топлива. Кулачок сбегает с ролика
толкателя и под действием возвратной
пружины плунжер начинает двигаться
вниз, надплунжерное пространство
заполняется топливом.

Форсунки
служат
для подачи топлива в камеру сгорания
под большим давлением в мелко распыленном
виде и обеспечивает четкую отсечку
пода­чи топлива в конце впрыска. На
дизелях применяют форсунки нескольких
типов: открытые или закрытые, с
распылителем, имеющим одно отверстие
(сопло) или несколько. Закрытые форсунки
могут быть штифтовые или бесштифтовые.

Форсунка
дизелей состоит из корпуса, в котором
имеется центральное отверстие под
штангу и наклонный топливный канал;
распы­лителя с тщательно обработанным
осевым отверстием под иглу и топлив­ных
каналов. В нижней части распылителя
имеются четыре сопла, кольце­вая
проточка и два глухих отверстия под
штифты. Игла распылителя имеет
цилиндрическую направляющую часть,
конусные пояски в средней и нижней
частях. Распылитель с иглой крепится к
корпусу накидной гайкой. В верхней
боковой части находится прилив с
резьбовым отверстием под топливный
штуцер с фильтрующей сеткой. В центральной
верхней части имеется резьба под
резьбовую втулку, в центре которой
нахо­дится резьбовое отверстие под
регулировочный винт с контргайкой.
Ниж­няя часть винта является верхней
опорной тарелкой под возвратную пру­жину
иглы распылителя. На штанге в верхней
части крепится нижняя опорная тарелка
пружины, в нижней части запрессован
шарик для плотной посадки иглы на седло.
Резьбовая втулка в верхней части закрыта
колпачковой гайкой с резьбовым отверстием
под дренажный трубопровод.

Топливо
подводится к форсунке через штуцер с
сетчатым фильтром и поступает по
наклонному каналу корпуса в кольцевую
проточку распыли­теля. Затем топливо
по трем каналам проходит в кольцевую
полость (средней части распылителя),
расположенную под утолщенной (с конусным
пояском) частью иглы. Под действием
топлива, поступающего в полость, игла
поднимается, сжимая возвратную пружину.
Сопла распылителя от­крываются, и
топливо впрыскивается в камеру сгорания.
После окончания впрыска давление топлива
падает и под действием возвратной
пружины игла плотно садится на седло в
распылителе. Давление впрыска топлива
регулируется регулировочным винтом с
контргайкой в резьбовой втулке за­тяжкой
возвратной пружины иглы распылителя.
Топливо, просочившееся между иглой и
распылителем, отводится дренажным
трубопроводом в бак.

НазначениеПравить

Топливный насос высокого давления 12-цилиндрового дизельного двигателя, в разрезе.

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

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

У топливного насоса с аккумуляторным впрыском привод рабочего плунжера осуществляется за счет сил давления сжатых газов в цилиндре двигателя или с помощью специальных пружин. На мощных тихоходных дизелях применяют аккумуляторные топливные насосы с гидравлическими аккумуляторами.

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

Топливный насос высокого давления

Текущая версия страницы пока не проверялась опытными участниками и может значительно отличаться от версии, проверенной 31 января 2023 года; проверки требует 1 правка.

То́пливный насо́с высо́кого давле́ния (ТНВД) — неотъемлемый элемент любой системы впрыска топлива, подающей топливо непосредственно в цилиндр поршневого ДВС. По смыслу своего названия ТНВД предназначены для создания в топливной магистрали высокого давления, которое по своей величине всегда должно быть гораздо больше давления в цилиндре двигателя, что необходимо для нормальной работы всех подобных систем впрыска топлива. Величина создаваемого давления — в диапазоне от 200 до 2000 бар. Конструктивно всегда является плунжерным насосом объёмного принципа работы с приводом от вращающихся элементов самого ДВС.

ТНВД секционного типа механической (не электронной) системы впрыска дизельного двигателя

ТНВД распределительного типа электронно-управляемой системы впрыска дизельного двигателя

Особенности конструкции и принцип функционирования рядного ТНВД

Рядный вид является «родоначальником» насосов высокого давления, поскольку именно эти ТНВД использовались на первых дизельных установках и применение он, хоть уже и ограниченное, находит и сейчас.

Особенность его заключается в том, что для каждой форсунки предусмотрена своя топливная секция (с одной рабочей парой). Все секции размещены в ряд, отсюда и название типа ТНВД. Разновидностью его является V-образный насос, у которого секции располагаются в два ряда. Также стоит отметить, что он полностью механический, и только в последних модификациях стали использовать электромеханические регуляторы момента подачи топлива.

В нем плунжеры приводятся в действие от кулачкового вала, который получает вращение посредством привода от коленвала. При этом кулачки воздействуют на поршни секции не напрямую, а через роликовые толкатели. Возвратное передвижение плунжера обеспечивается пружиной.

Интересно в этом типе ТНВД организована регулировка количества топлива, подающегося на форсунки после сжатия. Для этого в гильзе проделано два отверстия – впускное и выпускное, причем первое находится ниже второго. Также на рабочей поверхности поршня сделана винтовая проточка. За счет проворота гильзы относительно плунжера и удается регулировать порции топлива.

А работает все так: при движении вверх, поршень перекрывает оба отверстия, и начинается сжатие топлива. Но при поднятии до определенного уровня, проточка на поршне соединяется со сливным отверстием, из-за чего давление падает, поскольку топливо начинает стекать по проточке, и нагнетательный клапан закрывается, прекращая его закачку в магистраль. За счет изменения расположения сливного отверстия относительно плунжера можно регулировать уровень совпадения его с проточкой.

К примеру, при работе мотора под нагрузкой необходимо обеспечить подачу большего количества топлива. Для этого втулка поворачивается так, чтобы отверстие с проточкой совпало как можно позже, тем самым порция дизтоплива, которая пройдет через нагнетательный клапан, будет увеличена.

Для проворота втулки используется рейка, которая имеет постоянное зацепление с зубчатым сектором, установленным на внешней поверхности гильзы. Причем эта рейка воздействует на все топливные секции одновременно, что обеспечивает синхронность регулирования дозировки.

Как уже отмечено, ТНВД помимо сжатия обеспечивает еще и соблюдение момента впрыска. Причем в рядном типе это организовано очень просто – плунжерная пара срабатывает точно на конце такта сжатия. Но здесь имеется очень важный момент – чем крупнее порция впрыскиваемого топлива, тем больше времени нужно, чтобы его подать. То есть, при работе мотора под нагрузкой, впрыск должен начаться раньше.

И это обеспечивает регулятор опережения момента впрыска. В полностью механическом насосе в его качестве выступает центробежная муфта, установленная на кулачковом валу насоса.

В конструкцию этой муфты входят подпружиненные грузики, которые за счет центробежной силы могут расходиться, преодолевая усилие пружин. Это расхождение приводит к тому, что кулачковый вал меняет угол (проворачивается) относительно своего привода. То есть, чем выше скорость вращения этого вала, тем на больший угол грузики его провернут. В результате кулачок будет раньше набегать на толкатель плунжера и момент начала впрыска изменяется.

Также в конструкции используется электромеханический регулятор момента подачи топлива. В такой конструкции электроника посредством датчиков отслеживает параметры работы силовой установки и на их основе через исполнительные механизмы управляет углом начала подачи дизтоплива.

Насосы рядного типа отличаются высокой надежностью и неприхотливостью к качеству топлива. Но из-за ряда недостатков, среди которых значительные габаритные размеры и сравнительно медлительное реагирование на изменение режимов работы мотора, использование этого вида ТНВД сейчас ограничено. Он пока еще применяется на тяжелой технике, что же касается автомобильного транспорта, то его вытеснили другие типы насосов.

В разных типах моторов используются свои виды топливных насосов. Но в целом, все их можно разделить на две категории – низкого и высокого давления. Использование того или иного узла зависит от конструктивных особенностей и принципа работы силовой установки.

Так, у бензиновых моторов, поскольку воспламеняемость бензина значительно выше дизельного топлива, и при этом загорается топливо-воздушная смесь от стороннего источника, то высокого давления в системе не требуется. Поэтому в конструкции используются насосы низкого давления.

Насос бензинового двигателя

Но стоит отметить, что в инжекторных бензиновых системах последнего поколения, топливо подается прямо в цилиндр (непосредственный впрыск), поэтому бензин должен подаваться уже под высоким давлением.

Что касается дизелей, то у них смесь загорается от воздействия давления в цилиндре и температуры. К тому же само топливо имеет непосредственный впрыск в камеры сгорания, поэтому, чтобы форсунка смогла его впрыснуть, нужно значительное давление. И для этого в конструкции используется насос высокого давления (ТНВД). Но отметим, что без использования насоса низкого давления в конструкции системы питания не обошлось, поскольку сам ТНВД не может закачивать топливо, ведь в его задачу входит только сжатие и подача на форсунки.

Все используемые насосы на силовых установках разных типов можно также разделить на механические и электрические. В первом случае узел работает от силовой установки (используется шестеренчатый привод или от кулачков вала). Что касается электрических, то они в действие приводятся от своего электродвигателя.

Если более конкретно, то на бензиновых моторах системы питания используют только насосы низкого давления. И лишь в инжекторе с непосредственным впрыском имеется ТНВД. При этом в карбюраторных моделях этот узел имел механический привод, а вот в инжекторных используется электрические элементы.

В дизелях же применяется два типа насосов – низкого давления, который закачивает топливо, и высокого давления – сжимающий дизтопливо перед тем, как оно поступит на форсунки.

Топливоподкачивающий насос дизеля обычно имеет механический привод, хотя встречаются и электрические модели. Что касается ТНВД, то он в работу приводится от силовой установки.

Разница в создаваемом давлении насосов низкого и высокого давления очень разительна. Так, для работы инжекторной системы питания достаточно всего 2,0-2,5 Бар. Но это рабочий диапазон давления самого инжектора. Качающий топливо узел же, как обычно, обеспечивает его немного с избытком. Так, давление топливного насоса инжектора варьируется от 3,0 до 7,0 Бар (зависит от типа и состояния элемента). Что касается карбюраторных систем, то там бензин подается практически без давления.

А вот в дизелях для подачи топлива нужно очень высокое давление. Если взять систему Common Rail последнего поколения, то в контуре «ТНВД-форсунка» давления дизтоплива может достигать 2200 Бар. Поэтому насос и работает от силовой установки, поскольку для функционирования его требуется достаточно много энергии, а ставить мощный электродвигатель не целесообразно.

Естественно, рабочие параметры и создаваемое давление сказываются на конструкции этих узлов.

Виды бензонасосов, их особенности

Разбирать устройство бензонасоса карбюраторного двигателя не будем, поскольку такая система питания уже не используется, да и конструктивно он очень прост, и ничего особого в нем нет. А вот электрический бензонасос инжектора следует рассмотреть подробнее.

Стоит отметить, что на разных машинах используются разные виды топливных насосов, отличающиеся по конструкции. Но в любом случае узел делится на две составляющие – механическую, которая и обеспечивает закачку топлива, и электрическую, приводящую в действие первую часть.

На инжекторных автомобилях могут использоваться насосы:

• Вакуумные;
• Роликовые;
• Шестеренчатые;
• Центробежные;

Насосы роторного типа

И разница между ними, в основном, сводится к механической части. И только устройство топливного насоса вакуумного типа полностью отличается.

Вакуумный

В основу работы вакуумного насоса положен обычный бензонасос карбюраторного мотора. Единственная лишь разница в приводе, но сама механическая часть практически идентична.

Имеется мембрана, разделяющая рабочий модуль на две камеры. В одной из этих камер располагается два клапана – впускной (связан каналом с баком) и выпускной (ведущий к топливной магистрали, подающей топливо далее в систему).

Эта мембрана при поступательном движении создает разрежение в камере с клапанами, что приводит к открытию впускного элемента и закачке в нее бензина. При обратном движении впускной клапан перекрывается, но открывается выпускной и топливо просто выталкивается в магистраль. В общем все просто.

Что касается электрической части, то работает она по принципу втягивающего реле. То есть, имеется сердечник, и обмотка. При подаче напряжения на обмотку, возникающее в ней магнитное поле втягивает сердечник, связанный с мембраной (происходит ее поступательное движение). Как только напряжение пропадает, возвратная пружина возвращает мембрану в исходное положение (возвратное движение). Подача импульсов на электрическую часть управляется электронным блоком управления инжектором.

Роликовый

Что касается остальных видов, то у них электрическая часть, в принципе, идентична и представляет собой обычный электродвигатель постоянного тока, работающий от сети 12 В. А вот механические части – разные.

Роликовый топливный насос

В роликовом типе насоса рабочими элементами являются ротор с проделанными пазами, в которые установлены ролики. Эта конструкция помещена в корпус с внутренней полостью сложной формы, имеющая камеры (впускную и выпускную, сделанные в виде проточек и соединенные с подающей и выпускной магистралями). Суть работы сводится к тому, что ролики просто перегоняют бензин с одной камеры во вторую.

Шестеренчатый

В шестеренчатом типе используется две шестеренки, установленные одна в другую. Внутренняя шестерня – меньше по размеру, и движется по траектории эксцентрика. Благодаря этому между шестернями имеется камера, в которой и осуществляется захват топлива из подающего канала и перекачка его в выпускной канал.

Центробежный тип

Роликовый и шестеренчатый типы электробензонасосов – менее распространены, чем центробежные, они же – турбинные.

Устройство топливного насоса такого типа включает в себя крыльчатку с большим количеством лопастей. При вращении эта турбина создает завихрения бензина, что обеспечивает его всасывание в насос и дальнейшее выталкивание в магистраль.

Мы рассмотрели устройство топливных насосов немного упрощенно. Ведь в их конструкции имеются дополнительно впускные и редукционные клапаны, в задачу которых входит подача топлива только в одном направлении. То есть, бензин, попавший в насос, вернуться в бак уже сможет только по обратной магистрали, пройдя через все составные элементы системы питания. Также в задачу одного из клапанов входит запирание и прекращение закачки при определенных условиях.

Что касается насосов высокого давления, используемых в дизельных моторах, то там принцип действия кардинально отличается, и подробно о таких узлах системы питания узнать можно здесь.

ТНВД системы Common Rail

Несколько иной тип насосов высокого давления применяется в топливной системе Common Rail. На конструкции ТНВД здесь сказываются особенности работы самой системы.

Одноплунжерный ТНВД Common Rail

В этой системе впрыск контролируется и управляется ЭБУ, поэтому дозировка и момент впрыска топлива в задачу насоса не входят. У него только одна функция – нагнетать топливо в рампу (аккумулятор).

Поэтому конструкция ТНВД сильно упрощена. По сути, насос состоит только из вала, плунжерных пар (от 1 до 3) и клапанов – впускных и нагнетательных. Регуляторы здесь отсутствуют за ненадобностью.

Двухплунжерный насос высокого давления

Здесь все просто – вал вращается от привода и плунжеры постоянно нагнетают топливо в рампу. Это и все, что требуется от ТНВД.

Распределительный тип ТНВД

Следующим этапом в развитии дизельных систем питания стало использование насосов распределительного типа.

Особенность этого вида ТНВД заключается том, что в конструкции используется только одна топливная секция, которая обеспечивает подачу на все форсунки. Примечательно, что секция только одна, но в ней может использоваться разное количество плунжерных пар – от 1 до 4.

Существует несколько типов распределительных ТНВД, отличающихся между собой по особенностям работы прецизионных пар и их приводом. В целом, все насосы этого типа делятся на:

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

Отметим, что последний тип из-за низких показателей надежности особого распространения не получил.

Торцевой тип

Насосы с этим приводом – достаточно распространенный вариант и выпускаются они многими именитыми производителями топливной аппаратуры для дизелей.

Устройство топливного насоса высокого давления с этим видом привода подразумевает наличие только одной прецизионной пары, которая одновременно выполняет и роль распределителя – направляет сжатое топливо к требуемой форсунке.

ТНВД торцевого вида

Особенность работы заключается в том, что поршень выполняет не только возвратно-поступательное перемещение, он еще при этом и вращается. Чтобы обеспечить одновременное выполнение нескольких движений, в конструкции используется специальная кулачковая шайба с закрепленными на ней роликами.

Суть работы очень проста – эта шайба за счет воздействия пружин находится поджатой к неподвижному кольцу (упирается в него роликами). В кольце проделаны выемки под ролики. При вращении ролики периодически попадают в имеющиеся выемки, что приводит к возвратно-поступательному движению самой шайбы, которая связана с плунжером, при этом она его сразу же и вращает.

Схема питания дизельного двигателя

При ходе поршня внутри втулки происходит сжатие дизтоплива, а его вращение обеспечивает открытие того или иного канала, по которому топливо под давлением движется к требуемой форсунке.

Процесс работы плунжера ТНВД

Блок высокого давления

Это была описана только работа топливной секции. Но в конструкцию этого насоса входит еще ряд дополнительных элементов:

• топливоподкачивающий насос (роторно-лопастной);
• регулятор опережения момента подачи;
• дозирующее устройство (механическое или электромагнитное);

Если рассматривать все эти дополнительные устройства, то принцип их работы – не сложен.

Подкачивающий насос располагается на валу ТНВД и представляет он собой ротор, с установленными в нем роликами. Вращается этот ротор в статоре, на внутренней поверхности которого проделаны специальные пазы.

Главный рабочий механизм ТНВД

В качестве регулятора опережения впрыска выступает неподвижное кольцо (к которому поджата шайба с роликами). Проворачивая ее вокруг оси можно менять угол проворота вала, при котором срабатывает рабочая пара. В движение это кольцо приводится исполнительными механизмами электронного блока управления ТНВД.

Дозировка топлива механическим регулятором выполняется за счет срабатывания специальной муфты. В электромагнитном типе роль дозатора выполняет специальный запорный клапан, который по сигналу от блока управления перекрывает подачу топлива в магистраль.

Роторный тип

Еще один ТНВД распределительного вида, получивший неплохое распространение, имеет так называемый роторный привод (он же – внутренний кулачковый). В этом насосе тоже имеется только одна топливная секция, в которой может использоваться 2, 3 или 4 плунжерные пары.

Пары в этом типе насоса расположены радиально. Плунжеры при этом совершая поступательное перемещение, двигаются навстречу друг другу. Надплунжерные пространства объединены в единую полость – камеру высокого давления. Втулки в плунжерных парах, как таковые – отсутствуют. Их роль выполняют отверстия в валу-распределителе насоса.

В целом, конструкция топливной секции включает кулачковую шайбу, с проделанными пазами на внутренней поверхности. Внутри этой шайбы размещен вал-распределитель с установленными в нем плунжерами. В движение поршни приводятся через специальные роликовые башмаки, ролики которых постоянно контактируют с рабочей поверхностью шайбы.

Кулачковый двухплунжерный ТНВД

Суть работы секции такова: при вращении вала, башмаки повторяют форму поверхности шайбы. Попадание на выступ поверхности приводит к вдавливанию башмаков внутрь вала, при этом они толкают плунжеры (происходит поступательное движение). Попавшее ранее в камеру высокого давления топливо сжимается и подается на распределитель, где и перенаправляется на требуемые форсунки.

Но это только принцип работы топливной секции. В конструкцию ТНВД помимо нее входят топливоподкачивающий насос (роторного типа), регуляторы дозировки и момента впрыска, электронный блок управления, который регулирует работу насоса в зависимости от режима работы силового агрегата.

Насосы распределительного типа отличаются компактными размерами и достаточно высоким создаваемым давлением. Но есть и недостатки, главным из которых является короткий срок службы плунжерных пар.

РазновидностиПравить

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

Работа секции рядного ТНВД

Устройство распределительного ТНВД:

• редукционный клапан;
• всережимный регулятор;
• дренажный штуцер;
• корпус насосной секции высокого давления в сборе с плунжерной парой и нагнетательными клапанами;
• топливоподкачивающий насос;
• лючок регулятора опережения впрыска;
• корпус ТНВД;
• электромагнитный клапан выключения подачи топлива;
• кулачково-роликовое устройство привода плунжера.

Подачу топлива из бака в ТНВД обеспечивает топливоподкачивающий насос (также называемый топливным насосом низкого давления, ТННД). Он повышает давление топлива на величину около 5 бар. Редукционный клапан поддерживает стабильное давление на входе в насосную секцию ТНВД, которая расположена в корпусе.

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

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

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

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

Общее устройство ТНВДПравить

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

Принцип действия ТНВД

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

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

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

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

Дополнительные агрегаты ТНВД

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

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

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

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

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

Принцип действия регулятора следующий:

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

Виды ТНВД

Существует несколько типов дизельных топливных систем, имеющих разные конструктивные особенности. Это в свою очередь влияет на устройство ТНВД. Так, на дизелях могут использоваться насосы:

• рядные;
• распределительные;
• магистральные.

Системы впрыска дизельных двигателей

Несмотря на отличия в конструкции, во всех используется один и тот же основной рабочий узел – плунжерная пара. Именно она обеспечивает нагнетание давления.

Насосы низкого давления (топливоподкачивающие)

Выше рассматривались ситуации, когда топливо уже находится в ТНВД. Но к нему оно еще должно поступить, причем пройдя несколько этапов очистки. И это выполняет топливный насос низкого давления (топливоподкачивающий).

Они бывают как внешними, так и внутренними, механическими или электрическими.

В топливных системах с рядными ТНВД обычно используются внешние механические подкачивающие насосы поршневого типа. Привод его осуществлялся от эксцентрика вала насоса высокого давления.

Механический топливоподкачивающий насос

Конструктивно он очень прост. Внутри его корпуса имеется поршень со штоком, контактирующим с эксцентриком и двумя клапанами – впускным и выпускным.

При движении поршня вниз, топливо за счет разрежения через впускной клапан закачивалось в надпоршневое пространство. Движение же его вверх сопровождается закрытием впускного клапана и открытием выпускного, через который поршень выдавливает дизтопливо далее – к фильтру тонкой очистки.

Принцип работы ТННД

Поскольку его производительность больше, чем требуется для работы мотора, конструктивно предусмотрен сброс излишков обратно в бак.

В ТНВД распределительного типа уже используется внутренний механический подкачивающий насос роторного типа.

Нередко вместо механических узлов используются электрические, которые могут устанавливаться на корпусе ТНВД, в магистралях низкого давления или же непосредственно в баке. Они зачастую используются и в системе безопасности, которая при аварии подает сигнал на его отключение для прекращения подачи топлива в магистрали.

Электрический топливный насос

Принципиальных изменений в конструкции ТНВД давно уже не было, автопроизводители используют проверенные временем механизмы лишь дорабатывая отдельные детали и системы управления.