Как работает ТНВД дизельного двигателя?
Bis-auto.ru

Автомобильный портал

Как работает ТНВД дизельного двигателя?

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.

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.

Читать еще:  Как сделать бензиновый двигатель своими руками?

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

ТНВД (Топливный насос высокого давления)

ТНВД представляет собой один из ключевых узлов двигателя транспортного средства. Его важность показывает сравнение с сердечной мышцей в организме человека, задачей которой выступает обеспечение циркуляции крови по телу. Назначение ТНВД аналогично, с той лишь разницей, что он отвечает за перемещение горючего по топливной системе.

Определение

ТНВД или топливный насос высокого давления – это сложный с конструктивной и технологической точек зрения узел системы подачи топлива в дизельном или бензиновом двигателе. Английское название устройства — injection pump. Основными функциями ТНВД выступают такие:

  • подача горючего к форсункам с одновременным нагнетанием давления;
  • дозирование топлива в зависимости от выбранного водителем режима эксплуатации;
  • определение оптимальной периодичности впрыска топлива в цилиндры двигателя.

Ключевым отличием топливного насоса высокого давления от выполняющего в целом аналогичные функции карбюратора выступает впрыск четко дозированного количества горючего в камеры внутреннего сгорания двигателя. Это достигается установлением непосредственной связи с коленчатым валом, что позволяет при разгоне автомобиля увеличивать порцию подаваемой топливно-воздушной смеси, а при уменьшении оборотов – снижать объем впрыскиваемого горючего. Как следствие – уменьшается расход топлива и обеспечивается более высокий КПД работы двигателя, что и выступает главным достоинством ТНВД.

История разработки и совершенствования

Разработчиком ТНВД считается Роберт Бош. Активное использование рассматриваемой разновидности топливного насоса на легковых автомобилях началось во второй половине 30-х годов прошлого века.

Изначально топливный насос высокого давления предназначался исключительно для дизельных двигателей. Однако, в настоящее время ТНВД применяется и для бензиновых агрегатов, оборудованных инжекторной системой, обеспечивающей впрыскивание топлива непрямую в цилиндры.

Постоянный рост требований в части охраны труда и соблюдения экологических стандартов объясняет еще одно важное направление улучшения ТНВД. В современных условиях произошло вытеснение механических топливных насосов устройствами, оснащенными электронной регулировкой подачи горючего. Второй вариант системы впрыска топлива намного экономичнее и сводит к минимуму количество вредных выбросов в атмосферу.

Устройство

Различают несколько видов топливных насосов высокого давления. Несмотря на существенные конструктивные различия, основным рабочим узлом ТНВД является так называемая плунжерная пара. Основной ее задачей является нагнетание давления в топливной системе.

Устройство плунжерной пары включает две детали – поршень или плунжер, давший название рабочему узлу, и втулка или гильза. Принцип работы устройства основан на возвратно-поступательном движении, которое плунжер осуществляет внутри втулки. При этом каналы и клапаны, расположенные внутри ТНВД обеспечивают подачу горючего в полость, размещенную над плунжером, а также его отвод после сжатия и нагнетания давления.

Узел может эффективно работать только при обеспечении высокого уровня герметичности. Для этого рабочие поверхности и поршня, и втулки тщательно обрабатываются, что дало еще одно название плунжерной пары – прецизионная, то есть высокоточная. Еще одно обязательное требование к поршню и втулке – изготовление из крайне прочных марок стали, способной выдержать серьезные нагрузки.

Наличие других конструктивных элементов, деталей и узлов топливного насоса высокого давления зависит от конкретной разновидности устройства. Конструкция наиболее простого и широко распространенного рядного ТНВД предусматривает присутствие следующих деталей:

  • плунжерная пара, подробно описанная выше;
  • специальные канавки, назначение которых – подача горючего к плунжерной паре;
  • кулачковый вал, оснащенный центробежной муфтой, который вращается при помощи ремня ГРМ;
  • толкатели плунжера, передающие энергию, поступающую от кулачкового вала;
  • пружины, предназначенные для возврата плунжера в исходное положение;
  • нагнетательные клапаны, обеспечивающие движение топлива в нужном для эксплуатации двигателя направлении;
  • зубчатые рейки, штуцеры и так называемый всережимный регулятор, активируемый педалью газа.

Некоторые особенности других разновидностей ТНВД описываются ниже. Но независимо от различий в конструкции, принцип работы любых топливных насосов высокого давления примерно одинаков.

Принцип работы

Схема работы рассматриваемой модели топливного насоса напоминает эксплуатацию двухтактного двигателя внутреннего сгорания. Она включает в себя несколько последовательно реализуемых этапов:

  1. Вращение кулачкового вала с оказанием давления на толкатели плунжера.
  2. Перемещение поршня по втулке.
  3. Увеличение давления топлива, в результате которого открываются нагнетательные клапаны.
  4. Поступление горючего к форсункам через открытые клапаны.

Важной особенностью ТНВД выступает попадание в форсунки не всей топливно-воздушной смеси, а только четко определенной дозы. Оставшееся топливо через специальные сливные клапаны возвращается в систему. Наличие центробежной муфты обеспечивает поступление горючего в нужный момент, а присутствие в конструкции всережимного регулятора обеспечивает точное определение необходимого объема смеси. В результате одновременной работы всех узлов топливного насоса высокого давления удается добиться продуктивной работы двигателя при минимально возможном расходе топлива.

Дальнейшего увеличения КПД двигателей, оснащенных ТНВД, позволяет добиться использование электронных систем управления работой топливного насоса. Современные высокоточные датчики контролируют все ключевые параметры системы, к числу которых относятся:

  • изменение положения педали газа;
  • количество оборотов распределительного вала;
  • уровень температуры охлаждающей жидкости;
  • скорость транспортного средства;
  • уровень давления в системе наддува воздуха;
  • изменение положения иглы форсунки и т.д.

Дополнительный плюс ТНВД с электронным блоком контроля и управления – наличие эффективных программ самодиагностики системы. Они позволяют быстро выявлять возникшие проблемы и обеспечивают работу двигателя даже в случае отказа отдельных узлов или деталей.

Классификация

Для классификации ТНВД применяется несколько признаков. По принципу работы различают топливные насосы непосредственного действия и системы, предусматривающие аккумуляторный впрыск. Первая разновидность также делится на два типа – с механическим и пневматическим приводом. Она обеспечивает одновременное осуществление процессов нагнетания давления и впрыска, а потому проще и намного чаще применяется на практике.

Читать еще:  Как заделать трещину в блоке двигателя?

Вторая разновидность – топливный насос с гидроаккумулятором – разделяет выполнение накачки топливно-воздушной смеси и ее впрыска в форсунки. Сначала горючее собирается в специальном хранилище, который и называется аккумулятором, после чего передается для сжигания. В результате повышается эффективность работы двигателя, но при этом заметно усложняется конструкция ТНВД. Последний аргумент стал главной причиной того, что насосы с гидроаккумулятором не относятся к числу популярных.

Второй классифицирующий признак – конструктивные особенности насоса. В соответствии с ними принято различать три типа ТНВД:

  1. Рядные. Наиболее простая и надежная конструкция, предусматривающая наличие нескольких ниш или секций, каждая из которых предназначена для подачи топлива в одну форсунку двигателя. При этом плунжерные пары размещаются в ряд, что и дало название агрегату. Сегодня такая разновидность ТНВД применяется исключительно на грузовых автомобилях, что объясняется надежностью и низким уровнем требований к качеству топлива. Однако, из-за больших габаритов и невысокого, по сравнению с альтернативными вариантами, КПД, установка на легковые авто прекращена в 2000 году.
  2. Распределительные. Данная разновидность насоса предполагает наличие одного или двух плунжеров, количество которых определяется объемом двигателя. Благодаря особенностям конструкции, этого оказывается вполне достаточно для обслуживания цилиндров, число которых варьируется в пределах от 4 до 12. В результате, достигается уменьшение массы и размеров ТНВД, что позволяет использование на двигателях легковых авто. Основной минус – сравнительная недолговечность насосов распределительного типа.
  3. Магистральные. ТНВД этого типа предусматривает систему подачи топлива Common Rail, которая стала в последние годы одной из наиболее востребованных. Главная особенность – накапливание топлива перед поступлением к форсункам в специальной рампе. Основное достоинство магистральных ТНВД – высокий уровень давления (свыше 180 МПа), благодаря которому достигается более эффективное сжигание горючего, обеспечивающее рост КПД при снижении расхода топлива.

Частые неисправности

Несмотря на достаточно серьезные конструктивные различия между разновидностями топливных насосов высокого давления, их эксплуатация сопровождается необходимостью выполнение ряда обязательных требований. Первое и главное из них – использование топлива, соответствующего характеристикам конкретной модели насоса.

Второе необходимое условие – своевременное и регулярное техническое обслуживание агрегата. Третье требование – применение в процессе эксплуатации качественных смазочных материалов.

Невыполнение любого из перечисленных условий приводит к необходимости дорогостоящего и весьма трудоемкого ремонта, что связано со сложностью конструкции ТНВД и, как следствие, большим объемом работ по снятию плунжерной пары или других пришедших в негодность деталей. Наиболее частыми неисправностями топливного насоса высокого давления являются:

  • увеличение количества образуемого в ходе выхлопа дыма;
  • повышенный расход топлива;
  • снижение мощности двигателя;
  • возникновение посторонних шумов;
  • трудности с запуском двигателя;
  • скачки такого важного показателя, как количество оборотов.

Несмотря на внушительный перечень возможных неисправностей, необходимо отметить, что качественно изготовленный ТНВД при грамотной эксплуатации является надежным и долговечным устройством. Следование приведенным выше рекомендациям и правильное использование топливного насоса гарантирует экономичную и эффективную работу двигателя в течение всего нормативного срока службы.

Что такое ТНВД и его роль в работе двигателя

Топливный насос высокого давления (Injection pump в английских источниках) — узел системы питания автомобиля. Родоначальник ТНВД — Роберт Бош. Изначально устанавливался исключительно на дизельных силовых агрегатах. На легковых машинах стал использоваться с конца 30-х годов XX века. Современные автогиганты применяют этот технически сложный блок на бензиновых моторах, имеющих распределенный впрыск топлива.

Что такое ТНВД и для чего он нужен?

ТНВД — что это такое в машине? Условно можно сравнить с сердцем человека — узел, обеспечивающий бесперебойную циркуляцию крови (топлива) по организму (топливной системе). На деле назначение блока несколько шире:

  • точное дозирование подаваемого топлива, где величина порции зависит от нагрузки;
  • нагнетание топлива в форсунки;
  • определение момента впрыска горючего в цилиндры.

Преимущество ТНВД перед карбюратором заключается именно в возможности подачи точно отмеренной порции топливно-воздушной смеси в камеры внутреннего сгорания. Это решение позволяет снизить расход топлива. Насос напрямую связан с коленчатым валом: при разгоне порции увеличиваются, при падении оборотов — уменьшаются.

Так как работа дизельных агрегатов сопряжена с высокими нагрузками, то подача солярки производится под высоким давлением, обеспечивающим полное сгорание. Бензиновые моторы работают при значительно меньшей нагрузке. Поэтому использование топливного насоса целесообразно в системах с прямым впрыском горючего (не имеющих впускного коллектора).

Подводя промежуточный итог, можно сказать: что такое ТНВД в автомобиле — это способ увеличить КПД двигателя, снизить расход потребления топлива.

Устройство и принцип работы

Схематически устройство простого рядного ТНВД можно представить следующим образом:

  • поршень (плунжер), сопряженный с цилиндром (втулкой), которые работают как единое целое — плунжерная пара;
  • канавки для подачи топлива к плунжерным парам;
  • кулачковый вал с центробежной муфтой; вращение вала происходит посредством ремня ГРМ;
  • толкатели плунжера, на которые давит кулачковый вал;
  • возвратные пружины, обеспечивающие возврат плунжера;
  • клапаны нагнетательные;
  • штуцеры;
  • рейки зубчатые;

  • всережимный регулятор, который активируется педалью газа.
  • Представляя устройство узла, несложно понять его принцип работы, схожий с работой двухтактного ДВС:

    • вращается кулачковый вал;
    • кулачки вала давят на толкатели плунжера;
    • происходит движение плунжера по цилиндру;
    • повышение давления приводит к открытию нагнетательных клапанов;
    • топливо поступает через клапан к форсункам.

    Конструкция насоса предусматривает подачу к форсункам не всей воздушно-топливной смеси, но только строго определенной порции. Остатки отправляются в сливные клапаны. Центробежная муфта обеспечивает подачу дизельного горючего в конкретный момент. Всережимный регулятор необходим для определения количества смеси: давление на педаль газа увеличивает объем, ослабление — уменьшает.

    От механики к электронике

    Механические насосы постепенно вытесняются агрегатами с электронной начинкой. Устройство и принцип работы узлов отличается тем, что все происходящие в ТНВД процессы регулируются электроникой. Здесь обеспечение максимально точного количества смеси, моментальная реакция на малейшее изменение динамики. Механическим насосам такие параметры недоступны. Электроника позволила снизить циклы нестабильного сгорания топлива, уменьшить нестабильность работы дизеля на холостом ходу.

    Следующий шаг — двухфазный впрыск топлива, обеспечивающий полноту сгорания. Следствие — уменьшение выброса в атмосферу токсичных продуктов и увеличение КПД двигателя. При этом система контролирует:

    • положение педали газа;
    • частоту вращения распредвала двигателя;
    • температуру двигателя (охлаждающей жидкости);
    • скорость движения;
    • величину подъема иглы форсунки;
    • давление наддува воздуха;
    • температуру воздуха на впуске;
    • работу свечей накаливания.

    ТНВД с электронными блоками управления снабжены программами самодиагностики, значительно расширяющими возможности использования насосов. Так, при возникновении ряда отказов система будет работать, обеспечивая движение транспортного средства. Полный отказ происходит при выходе из строя микропроцессоров.

    Виды ТНВД

    В машиностроении используются следующие виды ТНВД:

    По принципу действия ТНВД делят:

    • непосредственного действия с механическим приводом плунжера;
    • с аккумуляторным впрыском.

    Конструкция агрегатов различна, но неизменным является основной рабочий узел — плунжерная пара.

    Рядные ТНВД используются на тяжелых и средних грузовиках, активно применяются в машиностроении. Неоспоримое преимущество — способность функционировать на топливе низкого качества. Простота конструкции — это надежность и неприхотливость в обслуживании. В рядных моделях количество плунжерных пар соответствует количеству цилиндров. Недостаток — громоздкость.

    В распределительных насосах одна или две плунжерные пары (зависит об объема двигателя) обслуживают все цилиндры. Такая схема позволяет значительно уменьшить габариты и массу узла и обеспечивает равномерную подачу топливной смеси. Применяют агрегаты этого типа на легковых автомобилях. Популярные модели — Bosch, Lucas. Распределительные ТНВД различаются по исполнению кулачкового привода: торцевой, внутренний или внешний. Последний вариант практически не производится. Недостаток распределительных насосов — недолговечность.

    Магистральные ТНВД имеют отличную от предыдущих вариантов схему. Нагнетание топлива производится плунжерами (от одного до трех), приводимыми в движение кулачковой шайбой либо валом. Дозирующий клапан отвечает за регулировку подачи топлива. Открытие и закрытие клапана обеспечивается электроникой. Агрегаты этого типа используются в топливной системе Common Rail.

    Как понять, что ТНВД неисправен

    Производители постоянно улучшают качество насосов, проводя испытания агрегатов в сборе и отдельных элементов. Но от возникновения неполадок никто не застрахован. Протестировать ТНВД, напичканный электроникой, без специального оборудования и программного обеспечения не представляется возможным. Как же понять, что проблемы возникли именно с этим узлом? Общие признаки таковы:

    • резкое увеличение расхода топлива;
    • проблемы с запуском двигателя;
    • выхлопные газы черного цвета;
    • едкий запах и повышенная дымность выхлопа;
    • регулярное соскальзывание ремня ГРМ;
    • утечки топлива;
    • падение мощности ДВС;
    • нестабильная работа мотора на холостых обортах.

    Основная причина поломок — загрязнение плунжеров насоса (некачественное топливо, смазка и т. д.). Опасна для микронных допусков плунжера и вода, которая может содержаться в горючем.

    Подводя итоги, можно сказать, что при соблюдении несложных правил эксплуатации (своевременный сервис, использование качественных ГСМ), ТНВД — надежный узел, позволяющий экономно расходовать топливо.

    Устройство автомобилей

    Устройства и приборы высокого давления

    Топливный насос высокого давления

    Топливный насос высокого давления (ТНВД) служит для точного дозирования топлива и подачи его в определенный момент под высоким давлением к форсункам.
    Автомеханики и водители нередко называют топливный насос высокого давления топливной аппаратурой.

    В настоящее время многоплунжерные ТНВД с механическим приводом постепенно уступают место в системах питания дизелей более совершенным конструкциям, таким, как управляемые компьютером система насос-форсунка и распределительным насосам роторного типа, используемых в системах питания Common Rail. Тем не менее, на многих автотракторных двигателях насосы классической конструкции еще широко применяются.

    Классификация ТНВД

    Топливные насосы высокого давления классифицируются по следующим признакам:

    по числу плунжеров:

    • многоплунжерные (на каждый цилиндр приходится один плунжер);
    • распределительные (один плунжер подает топливо в несколько цилиндров);

    Многоплунжерные ТНВД могут быть выполнены с рядным или V-образным корпусом.

    по виду привода плунжера:

    • механический;
    • гидравлический;
    • пневматический;

    по методу дозирования топлива:

    • с регулированием количества подаваемого топлива за цикл (отсечкой);
    • с регулированием цикловой подачи дросселированием на впуске (изменение наполнения топливом надплунжерного объема с помощью дросселирующего устройства в канале, подводящем топливо к впускному окну; применяется в распределительных насосах).
    Читать еще:  Как узнать рабочий объем двигателя?

    Распределительные ТНВД подразделяются на плунжерные и роторные.

    Многоплунжерные ТНВД с механическим приводом

    В автомобильных дизелях получили распространение многоплунжерные насосы с механическим приводом и регулированием количества подаваемого топлива отсечкой. Рассмотрим устройство такого насоса на примере ТНВД двигателя ЯМЗ-236, который относится к рядным насосам плунжерного типа и обеспечивает давление впрыска 16 МПа (рис. 1).

    В нижней части корпуса 1 насоса на двух шарикоподшипниках установлен кулачковый вал 12 с зубчатым колесом 11. На кулачковом валу имеются профилированные кулачки 19 по числу цилиндров двигателя и эксцентрик для привода топливоподкачивающего насоса, который крепится к привалочной плоскости ТНВД.

    В перегородке корпуса против каждого кулачка установлены роликовые толкатели 18. Оси роликов 15 своими концами входят в пазы корпуса насоса, предотвращая проворачивание толкателей. В центр толкателей ввернуты регулировочные болты 40, на которые опираются плунжеры насосных секций. Все секции устроены одинаково, они взаимозаменяемы, и их число равно числу цилиндров двигателя.

    Насосная секция состоит из втулки 35 с плунжером 6, нагнетательного клапана 33 с седлом 34, пружиной 32 и упором 31, штуцера 7, поворотной втулки 16 с зубчатым венцом 4, толкателя 18 с осью и роликом 15, пружины 38 плунжера и опорных тарелок 28 и 39.

    Втулка плунжера фиксируется в корпусе стопорным винтом.
    Плунжер и его втулка образуют так называемую плунжерную пару. Плунжерную пару изготовляют из хромомолибденовой стали и подвергают закалке до высокой твердости. После окончания обработки подбором производят сборку плунжеров и гильз так, чтобы обеспечить в их сопряжении зазор 5…2 мкм.
    С такой же точностью изготовляются нагнетательный клапан 33 и его седло 34. Поэтому эти детали называют прецизионными, и они являются невзаимозаменяемыми.

    Седло нагнетательного клапан прижато к втулке плунжера резьбовым штуцером 7 через уплотнительную медную прокладку. К штуцеру крепится трубка высокого давления, соединяющая секцию насоса с форсункой. Кулачок 19, толкатель 18 и пружина 38 обеспечивают возвратно-поступательное движение плунжера 6.

    Втулка 35 плунжера фиксируется в корпусе стопорным винтом 29. На втулку свободно надевается поворотная втулка 16, а в вертикальные пазы нижней части втулки входят выступы 17 плунжера. На верхнем конце поворотной втулки закреплен зубчатый венец 4, который входит в зацепление с зубчатой рейкой (общей для всех секций), которая может перемещаться вдоль корпуса ТНВД.

    При перемещении рейки вдоль корпуса ТНВД втулка 16 поворачивается на втулке плунжера и, действуя на выступы 17 плунжера, поворачивает его, в результате чего изменяется количество топлива, подаваемого к форсункам. Ход рейки ограничивается стопорным винтом 37, входящим в ее продольный паз.
    Задний конец рейки соединен с тягой 10 регулятора частоты вращения коленчатого вала, установленного в корпусе 9. Выступающий из насоса передний конец рейки закрыт колпаком, в который ввернут винтовой упор 2, ограничивающий подачу топлива при обкатке автомобиля. Положение упора настраивается на заводе-изготовителе и пломбируется.

    Топливо к плунжерным парам подводится по каналу 36, а отводится по каналу 30, в переднем конце которого установлен под колпаком перепускной клапан 5. Если давление в каналах превышает 0,16…0,17 МПа, клапан открывается и перепускает часть топлива в бак.
    Попавший в каналы насоса воздух выпускается через отверстие, закрываемое пробкой 8.

    Привод насоса осуществляется зубчатой передачей от коленчатого вала двигателя через муфту опережения впрыска топлива.
    Муфта состоит из ведущей 23 и ведомой 26 полумуфт. На ведомой полумуфте закреплены две оси 27 с установленными на них центробежными грузиками 25, в вырезах которых установлены пружины 22. Пружины опираются с одной стороны на оси 27, а с другой – на опорные пальцы 21 ведущей полумуфты 23. Механизм муфты в сборе закрыт крышкой 24, которая навернута на резьбу ведомой полумуфты.

    Устройство и работа насосной секции ТНВД

    На рис. 2 показана работа насосной секции ТНВД.
    Основными деталями топливной секции являются плунжер и его втулка. Втулка имеет два окна: верхнее впускное 6 и нижнее перепускное 11. Впускное окно находится в полости впускного канала ТНВД, а перепускное – в полости выпускного канала.
    На плунжере выполнена винтовая канавка, верхний край (отсечная кромка 5) которой острый. Сверху в плунжере выполнено осевое сверление, переходящее в радиальную и винтовую канавку.

    Каждая секция ТНВД работает следующим образом.
    Когда плунжер находится в нижнем положении (рис. 2,а), топливо поступает в полость А из впускного окна под давлением, которое создает топливоподкачивающий насос. При набегании кулачка 1 на ролик толкателя 2 плунжер начинает двигаться вверх, при этом часть топлива выходит обратно во впускное окно (рис. 2, б).

    Когда плунжер перекроет впускное окно (рис. 2, в), топливо в полости А окажется запертым, что приведет к резкому нарастанию давления – это момент начала нагнетания. Дальнейшее движение плунжера приводит к открытию нагнетательного клапана 9, и топливо поступает к форсунке – это момент начала подачи. По времени моменты начала нагнетания и начала подачи почти совпадают.

    При дальнейшем движении плунжера отсечная кромка 5 откроет перепускное окно (рис. 2,г), в котором давление составляет 0,1…0,12 МПа. Топливо из полости А из-за перепада давления по углублению в плунжере и отсечной канавке начнет перетекать в перепускное окно 11. Давление в полости А резко упадет. Нагнетательный клапан 9 опустится на седло. Подача топлива прекратится, что будет соответствовать концу подачи (отсечке топлива).
    Плунжер будет продолжать двигаться дальше, но подачи топлива не будет, оно перетечет в выпускное окно.

    Ход плунжера, соответствующий расстоянию от начала перекрытия впускного окна до начала открытия перепускного окна, называется активным или рабочим. Его значение для разных насосов при полной подаче – 0,8…2 мм.

    Таким образом, подача топлива при высоком давлении осуществляется вследствие малого зазора в плунжерной паре и высокой скорости движения (в момент начала подачи она превышает 1,6 м/с).

    Регулирование количества подаваемого топлива осуществляется поворотом плунжера вокруг своей оси, при этом начало подачи происходит в одно и то же время (перекрытие верхней кромкой плунжера выпускного окна). Однако, отсечная кромка подходит к перепускному окну по-разному (в зависимости от степени поворота плунжера), а потому конец подачи топлива может произойти раньше или позже. Соответственно топлива будет подано меньше или больше.

    Если удлинить плунжер, то момент перекрытия впускного окна произойдет раньше, подача начнется раньше, и наоборот. При регулировке начала подачи изменяют не длину плунжера, а длину толкателя, вращая его регулировочный болт 40 (см. рис. 1).

    Нагнетательный клапан разобщает надплунжерное пространство топливной секции от внутренних полостей нагнетательного топливопровода и разгружает его от высокого давления в период между впрысками топлива.
    В результате обеспечивается более резкое окончание подачи и предотвращается или сводится к минимуму подвпрыск топлива.
    Разгружается топливопровод высокого давления с помощью разгрузочного пояска 7 (рис. 2) нагнетательного клапана при его перемещении вниз, когда этот поясок исполняет роль поршенька, отсасывающего топливо из нагнетательного трубопровода.

    Особенности устройства ТНВД двигателя КамАЗ-740

    На двигателях КамАЗ-740 устанавливается V-образные топливные насосы высокого давления с углом развала между секциями 75˚ (рис. 3).

    В корпусе 1 насоса установлен механизм поворота плунжеров, соединенный с правой и левой рейками. Рейки действуют на поворотные втулки плунжеров, расположенных в два ряда. Каждая насосная секция в отличие от насосов марки «ЯМЗ» имеет собственный корпус 13, а на толкателе вместо регулировочного винта установлена регулировочная пята 5 определенной толщины. Принцип действия насосной секции данного ТНВД такой же, как и на дизелях марки «ЯМЗ».

    К передней крышке ТНВД прикреплен топливоподкачивающий насос с приводом от эксцентрика кулачкового вала через штангу.

    V-образная форма топливного насоса высокого давления позволила получить более компактную конструкцию насоса с укороченным кулачковым валом, в результате чего стало возможным увеличить его жесткость и повысить давление впрыска до 18 МПа.

    Прецизионные детали насосов смазываются дизельным топливом, остальные детали включены параллельно в смазочную систему двигателя.

    Устройство и работа ТНВД распределительного типа

    Одноплунжерные ТНВД распределительного типа (рис. 4) нашли применение на легковых автомобилях и тракторах.

    Оси приводного вала 1 и плунжера 3 совпадают и вращаются с одинаковой скоростью. Топливоподкачивающий насос 8 установлен на приводном валу и обеспечивает предварительное давление 0,2…0,8 МПа.
    Вращающаяся вместе с плунжером кулачковая шайба 6, набегая своим кулачком на ролик 7, перемещает плунжер вправо, и тот совершает ход нагнетания. Пружина 5 прижимает шайбу с плунжером к ролику, который установлен на неподвижной оси. Для изменения цикловой подачи топлива служит дозатор 4, который управляется рычагом 2 регулятора. При наличии четырех роликов плунжер за один оборот вала обслужит четыре форсунки.

    На рис. 5 показана работа распределительного одноплунжерного насоса.
    Подача топлива начинается с наполнения (рис. 5,а) топливом надплунжерной полости Д через впускное окно В и выточку Г в плунжере 3 при движении плунжера влево (к НМТ). Нагнетательный канал Б в это время через паз А, выточку на плунжере и окно Е соединен с полостью низкого давления.
    Плунжер, при нахождении в НМТ, вращаясь, постепенно перекрывает наполнительное окно. Начинается активный ход плунжера (рис. 5,б). Топливо через центральный канал и распределительный паз А плунжера, нагнетательный канал Б корпуса 2 и нагнетательный клапан подается по топливопроводу к форсунке.
    Активный ход плунжера заканчивается отсечкой топлива через радиальные каналы Ж (рис. 5,в), ранее закрытые дозатором 1.

    Цикловая подача топлива изменяется при помощи рычага регулятора, который перемещает дозатор 1 вдоль оси плунжера. При перемещении дозатора вправо активный ход плунжера и цикловая подача увеличиваются.

    В насосах распределительного типа (одноплунжерных) меньше прецизионных пар, чем в многоплунжерных насосах. Следовательно, они проще, дешевле, имеют меньшее число регулировок, меньшие габаритные размеры и массу.
    Однако многоплунжерные насосы секционного типа обладают большим ресурсом (долговечностью), их работа стабильнее, а техническое обслуживание проще.

    Ссылка на основную публикацию
    Adblock
    detector