тел.(812)955-36-84
      (911)210-88-50
      
Сегодня %d %M %y г.
%h:%m

Топливные насосы высокого давления


Устройство 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.

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.

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.

Плунжерная пара

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.

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.

V-образный ТНВД

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.

Рядный ТНВД

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.

Центробежная муфта

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.

Механический регулятор момента подачи топлива

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.

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.

Топливный насос высокого давления

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.

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.

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.

autoleek.ru

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.

Другие материалы по теме:

www.auto-infosite.ru

Топливный насос высокого давления (ТНВД)

В предыдущем цикле статей об устройстве топливной системы бензинового двигателя не один раз затрагивалась тема топливного насоса высокого давления для дизельного мотора и бензиновых двигателей с прямым (непосредственным) впрыском топлива.

Данная статья представляет собой отдельный материал, который описывает конструкцию дизельного топливного насоса высокого давления,  его назначение, потенциальные неисправности, схему и принципы работы на примере устройства такой системы топливоподачи  для данного типа ДВС. Итак, давайте перейдем сразу к делу.

Что такое ТНВД?

Топливный насос высокого давления сокращенно называют ТНВД. Данное устройство является одним из наиболее сложных в конструкции дизельного двигателя. Основной задачей такого насоса становится подача дизельного топлива под высоким давлением.

Насосы обеспечивают подачу топлива в цилиндры дизельного мотора под определенным давлением, а также строго в определенный момент. Порции  подаваемого топлива отмерены очень точно и соответствуют степени нагрузки на двигатель. Насосы ТНВД различают по способу впрыска. Бывают насосы непосредственного действия , а также насосы с аккумуляторным впрыском.

Топливные насосы непосредственного действия имеют механический привод плунжера. Процессы нагнетания и впрыска топлива протекают в одно время. В каждый отдельный цилиндр дизельного ДВС определенная секция ТНВД подает нужную дозу горючего. Давление, которое необходимо для  эффективного распыления, создается движением плунжера топливного насоса.

ТНВД с аккумуляторным впрыском отличается тем, что на привод рабочего плунжера воздействуют силы давления сжатых газов в цилиндре самого ДВС или воздейсвие оказывается при помощи пружин. Встречаются топливные насосы с гидравлическим аккумулятором, которые нашли применение в мощных малооборотистых дизельных ДВС.

Стоит отметить, что системы с гидроаккумулятором  характеризуются  раздельными процессами нагнетания и впрыска. Горючее под высоким давлением нагнетается топливным насосом в аккумулятор, а уже затем поступает к топливным форсункам. Такой подход обеспечивает эффективное распыливание и оптимальное смесеобразование, которое подходит для всего диапазона нагрузок на дизельный агрегат. К минусам этой системы можно отнести сложность конструкции, что и стало причиной непопулярности такого насоса.

Современные дизельные установки используют технологию, которая основана на управлении электромагнитными клапанами форсунок от электронного блока управления с  микропроцессором. Указанная технология получила название «Сommon Rail».

Главные причины неисправностей

ТНВД является дорогостоящим устройством, которое очень требовательно к качеству топлива и смазочных материалов. Если автомобиль эксплуатируется на горючем низкого качества, такое топливо обязательно содержит твердые частицы, пыль, молекулы воды и т.д. Все это ведет к выходу из строя плунжерных пар, которые установлены в насосе с минимальным допуском, измеряющимся в микронах.

Низкокачественное топливо с легкостью выводит из строя форсунки, которые отвечают за процесс распыления и впрыска топлива.

Распространенные признаки неисправностей в работе ТНВД и форсунок представляют собой следующие отклонения от нормы:

  • расход топлива заметно увеличен;
  • отмечается повышенная дымность выхлопа;
  • в процессе работы присутствуют посторонние звуки и шум;
  • мощность и отдача от ДВС заметно падают;
  • наблюдается затрудненный пуск;

Современные моторы с ТНВД  оснащены электронной системой топливного впрыска. ЭБУ дозирует подачу топлива в цилиндры, распределяет этот  процесс по времени, определяет нужное количество дизтоплива. Если владелец замечает малейшие перебои в работе двигателя, то это является безотлагательным поводом для немедленного обращения в сервис. Силовую установку и топливную систему  тщательно исследуют при помощи профессионального диагностического оборудования. Во время диагностики специалисты определяют многочисленные показатели, среди которых первостепенными являются:

  • степень равномерности подачи топлива;
  • давление и его стабильность;
  • частота вращения вала;

Эволюция устройства

Ужесточение экологических норм и требований касательно выбросов вредных веществ в атмосферу привело к тому, что механические топливные насосы высокого давления для дизельных автомобилей стали вытесняться системами с электронной регулировкой. Механический насос попросту не смог обеспечить дозирование топлива с необходимой высокой точностью, а также не был в состоянии максимально быстро реагировать на динамично меняющиеся режимы работы двигателя.

Всемирно известные производители Bosch, Nippon Denso и другие предложили системы электронного управления подачей топлива. Указанные разработки основывались на топливном насосе VЕ. Такие системы позволяли добиться повышения точности дозирования топлива в каждый цилиндр по отдельности.

Внедрение электронных систем обеспечивало уменьшение между циклами нестабильности процесса сгорания топливно-воздушной смеси, а также снижение неравномерностей в процессе работы дизельного двигателя на холостом ходу.

Некоторые системы имели в своей конструкции клапан быстрого действия, что позволило разделить процесс впрыска топлива на две фазы. Двухфазный впрыск привел к конечному уменьшению жесткости самого процесса сгорания смеси.

Полученная точность в процессе управления системой впрыска обеспечила снижение выбросов токсичных веществ благодаря более полному сгоранию топливно-воздушной смеси, а возросшая эффективность такого сгорания повысила КПД двигателя и увеличила итоговую мощность силовой установки.

Электронные системы получили топливные насосы распределительного типа. Такие насосы оборудованы управляемыми устройствами, которые осуществляют регулировку положения дозатора. Дополнительно имеется клапан для опережения впрыска горючего.

Принцип работы системы

ЭБУ получает соответствующие сигналы от различных датчиков. Учитывается положение педали газа, частота вращения вала двигателя, температура охлаждающей жидкости и температура самого топлива. Электронный блок управления получает данные о подъеме иглы форсунок, скорости движения транспортного средства, давлении наддува воздуха и его температуре на впуске.

ЭБУ обрабатывает полученную от датчиков информацию, а затем посылает сигнал на ТНВД. Это обеспечивает подачу необходимого и оптимального количества топлива к форсункам. Дополнительно обеспечивается наилучший угол опережения впрыска с учетом конкретных условий работы двигателя. Любая дополнительная нагрузка сразу отмечается ЭБУ, на ТНВД приходит сигнал и происходит увеличение топливоподачи для компенсации возросших нагрузок.

Электронный блок управления осуществляет контроль за работой свечей накаливания. ЭБУ следит за периодом накаливания, режимом работы свечей накаливания и периодом после накаливания. Все это происходит с учетом зависимости от температуры.

Ниже приведена схема электронного регулирования одноплунжерного насоса VE от Bosch для дизельного мотора:

  1. датчик начала впрыска;
  2. датчик частоты вращения коленвала и ВМТ;
  3. воздухорасходомер;
  4. датчик температуры ОЖ;
  5. датчик положения педали газа;
  6. блок управления;
  7. устройство ускорителя пуска и прогрева ДВС;
  8. устройство для управления клапаном рециркуляции отработанных газов;
  9. устройство для управления углом опережения топливного впрыска;
  10. устройство для управления приводом дозирующей муфты;
  11. датчик хода дозатора;
  12. датчик температуры топлива;
  13. топливный насос высокого давления;

Ключевым элементом в данной системе выступает устройство для перемещения дозирующей муфты ТНВД (10). Управляет процессами подачи топлива блок управления (6). Информация поступает в блок от датчиков:

  • датчик начала впрыска , который установлен в одной из форсунок (1);
  • датчик ВМТ и частоты вращения коленвала (2);
  • воздухорасходомер (3);
  • датчик температуры охлаждающей жидкости (4);
  • датчик положения педали акселератора (5);

В памяти блока управления хранятся заданные оптимальные характеристики. Основываясь на информации от датчиков, ЭБУ посылает сигналы на механизмы управления цикловой подачей и углом опережения впрыска. Так происходит регулировка величины цикловой подачи топлива в различных режимах работы силового агрегата, а также в момент холодного запуска двигателя.

Исполнительные устройства имеют потенциометр, который посылает обратный сигнал в ЭБУ, благодаря чему определяется точное положение дозирующей муфты. Регулировка угла опережения впрыскивания топлива  происходит по аналогичному принципу.

ЭБУ отвечает за создание сигналов, которые обеспечивают регулировку многочисленных процессов. Блок управления стабилизирует частоту вращения в режиме холостого хода, регулирует рециркуляцию отработанных газов с определением показателей по сигналам датчика массового расхода воздуха. Блок сопоставляет сигналы в реальном времени от датчиков с теми значениями, которые в нем запрограммированы в виде оптимальных. Далее происходит передача выходного сигнала от ЭБУ на сервомеханизм, который обеспечивает необходимое положение дозирующей муфты. При этом достигается высокая точность регулирования.

Данная система имеет программу самодиагностики. Это позволяет осуществлять отработку аварийных режимов для обеспечения движения транспортного средства  даже при наличии ряда определенных неисправностей. Полный отказ происходит только при поломке микропроцессора ЭБУ.

Наиболее распространенным решением регулировки цикловой подачи для одноплунжерного насоса высокого давления распределительного типа является использование электромагнита (6). Такой магнит имеет поворотный сердечник, конец которого соединяется посредством эксцентрика с дозирующей муфтой (5). Электрический ток проходит в обмотке электромагнита, при этом угол поворота сердечника может быть от 0 до 60°. Так происходит перемещение дозирующей муфты (5). Данная муфта в итоге  регулирует цикловую подачу ТНВД.

Одноплунжерный насос с электронным управлением

  1. ТНВД;
  2. электромагнитный клапан для управления автоматом опережения впрыска топлива;
  3. жиклер;
  4. цилиндр автомата опережения впрыска;
  5. дозатор;
  6. электромагнитное устройство изменения топливоподачи;
  7. ЭБУ;
  8. датчик температуры, давления наддува, положения регулятора топливоподачи;
  9. рычаг управления;
  10. возврат топлива;
  11. топливоподача к форсунке;

Автомат опережения впрыска управляется электромагнитным клапаном (2). Данный клапан обеспечивает регулировку давления топлива, которое действует на поршень автомата. Для клапана характерна работа в импульсном режиме по принципу «открытие — закрытие». Это позволяет модулировать давление, что зависит от частоты вращения  вала ДВС. В момент открытия клапана давление падает, а это влечет за собой уменьшение угла опережения впрыска. Закрытый клапан обеспечивает увеличение давления, которое перемещает поршень автомата в сторону, когда угол опережения впрыска будет увеличен.

Данные импульсы ЭМК определяются ЭБУ и зависят от режима работы и температурных показателей двигателя. Момент начала впрыска определяется при помощи того, что одна из форсунок оборудована индукционным датчиком подъема иглы.

Исполнительные механизмы, которые оказывают воздействие на элементы управления топливоподачей в ТНВД распределительного типа, являются пропорциональными электромагнитными, линейными, моментными или шаговыми электродвигателями, которые выступают в роли привода для дозатора топлива в указанных насосах.

Форсунка с датчиком подъема иглы

Электромагнитный исполнительный механизм распределительного типа состоит из датчика хода дозатора, самого исполняющего устройства, дозатора, клапана изменения угла начала впрыска, который оборудован электромагнитным приводом. Форсунка имеет в своем корпусе встроенную катушку возбуждения (2). ЭБУ подает туда  определенное опорное напряжение. Это сделано для поддержания тока в электроцепи постоянным и независимо от температурных колебаний.

Форсунка, оборудованная датчиком подъема иглы, состоит из:

  • регулировочного винта (1);
  • катушки возбуждения (2);
  • штока (3);
  • проводки (4);
  • электроразъема (4);

Указанный ток в результате обеспечивает создание вокруг катушки магнитного поля. В момент поднятия иглы форсунки сердечник (3)  осуществляет изменение магнитного поля. Это вызывает изменение напряжения и сигнала. Когда игла находится в процессе подъема, тогда импульс достигает своего пика и определяется ЭБУ, который управляет углом опережения впрыска.

Полученный импульс  электронный блок управления сравнивает с данными в своей памяти, которые соответствуют различным режимам и условиям работы дизельного агрегата. Затем ЭБУ осуществляет посылку возвратного сигнала на электромагнитный клапан. Указанный клапан соединен с рабочей камерой автомата опережения впрыскивания. Давление, воздействующее на поршень автомата, начинает изменяться. Результатом становится  перемещение поршня под действием пружины. Так изменяется  угол опережения впрыска.

Максимальным показателем давления, которое достигается при помощи электронного управления подачей топлива на основе топливного насоса VЕ, является показатель в 150 кгс/см2. Стоит отметить, что данная схема является сложной и устаревшей, напряжения в кулачковом приводе не имеют дальнейшей перспективы развития. Следующим этапом развития ТНВД являются схемы нового поколения.

Насос VP-44 и система непосредственного впрыска дизельного ДВС

Данная схема успешно применяется на последних моделях дизельных автомобилей от ведущих мировых концернов. К таким можно отнести BMW, Opel, Audi, Ford, и т.д. Насосы подобного типа позволяют получить показатель давления впрыска на отметке в 1000 кгс/см2.

Система непосредственного впрыска с топливным насосом VP-44, представленная на рисунке, включает в себя:

  • А-группу исполнительных механизмов и датчиков;
  • B-группу приборов;
  • С-контур низкого давления;
  • D- систему для обеспечения подачи воздуха;
  • E- систему для удаления вредных веществ из отработанных газов;
  • M-крутящий момент;
  • CAN-бортовую шину связи;
  1. датчик контроля хода педали для управления топливоподачей;
  2. механизм отключения сцепления;
  3. контакт тормозных колодок;
  4. регулятор скорости ТС;
  5. выключатель свечей накаливания и стартера;
  6. датчик скорости ТС;
  7. индуктивный датчик частоты вращения коленвала;
  8. датчик температуры охлаждающей жидкости;
  9. датчик измерения температуры воздуха, поступающего во впуск;
  10. датчик давления наддува;
  11. датчик пленочного типа для измерения массового расхода воздуха на впуске;
  12. комбинированная приборная панель;
  13. система кондиционирования с электронным управлением;
  14. диагностический разъем для подключения сканера;
  15. блок управления временем включения для свечей накаливания;
  16. привод ТНВД;
  17. ЭБУ для управления двигателем и ТНВД;
  18. ТНВД;
  19. фильтрующий топливный элемент;
  20. топливный бак;
  21. датчик форсунки, контролирующий ход иглы в 1-ом цилиндре;
  22. свеча накаливания штифтового типа;
  23. силовая установка;
Данная система имеет характерную особенность, которая заключается в совмещенном блоке управления для ТНВД и других систем. Блок управления конструктивно имеет две части, оконечные каскады и питание электромагнитов, расположенных на корпусе топливного насоса.

Устройство ТНВД VP- 44

  1. насос для подкачки топлива;
  2. датчик положения и частоты насосного вала;
  3. блок управления;
  4. золотник;
  5. электромагнит подачи;
  6. электромагнит угла опережения впрыска;
  7. гидропривод исполнительного механизма для изменения угла опережения впрыска;
  8. ротор;
  9. кулачковая шайба;

Система включает в себя контур низкого давления. Топливоподкачивающий насос в ТНВД VP-44 представляет собой шиберный насос. Наблюдается зависимость давления, которое создается насосом для подкачки топлива на стороне нагнетания топлива от той частоты, с которой происходит вращение колеса насоса. Указанное давление при увеличении частоты вращения имеет непропорциональный показатель.

Регулирующий давление клапан находится вблизи от топливоподкачивающего насоса. Он соединен с отводящим пазом через специальное отверстие для пропуска потока. Клапан отвечает за изменение давления нагнетания топливоподкачивающего насоса в зависимости от необходимого расхода горючего. Топливо, которое нагнетает топливоподкачивающий насос, поступает к ТНВД и его насосной секции, таким путем попадая в устройство опережения впрыска.

Гидравлическая схема насоса:

  1. блок управления;
  2. клапан регулировки давления;
  3. поршень клапана регулировки давления;
  4. клапан дросселирования перепуска;
  5. отводной канал;
  6. дроссель;
  7. блок управления топливным насосом высокого давления;
  8. поршневой демпфер;
  9. электромагнитный клапан управления подачей топлива;
  10. нагнетательный клапан;
  11. форсунка;
  12. электромагнитный клапан установки начала впрыска;
  13. распределительный ротор;
  14. насосная секция ТНВД с плунжерами, движущимися радиально;
  15. датчик угла поворота приводного вала ТНВД;
  16. устройство опережения впрыска;
  17. насос для подкачки топлива;

Контур низкого давления

Если давление топлива превысит заданную величину, тогда посредством торцевой кромки поршня (3) открываются отверстия. Указанные отверстия расположены радиально. Через них поток горючего сливается по каналам насоса к специальному подводящему пазу. В тех случаях, когда давление находится на низком уровне, тогда радиальные отверстия закрыты, так как на них воздействует сила пружины. Натяжение пружины определяет величину давления.

Охлаждение топливоподкачивающего насоса, а также удаление воздуха осуществляется путем прохождения топлива через клапан дросселирования перепуска (4), который привинчен к корпусу насоса.

При помощи данного клапана осуществляется отвод топлива по перепускному каналу (5). Клапан имеет нагруженный пружиной шарик в своем корпусе. Данная конструкция позволяет топливу вытекать только тогда, когда будет достигнуто определенное давления в самом канале.

Дроссель (6) имеет малый диаметр. Такой дроссель связан с линией отвода, которая расположена в корпусе клапана и проходит параллельно основному каналу  для отвода горючего. Указанный дроссель отвечает за автоматическое удаление воздуха из топливоподкачивающего насоса. Устройство контура низкого давления ТНВД рассчитано на то, что через клапан дросселирования перепуска в топливный бак всегда возвращается то или иное количество топлива.

Контур высокого давления

Контуром высокого давления принято считать сам ТНВД, а также устройство распределения и регулировки величины и момента начала подачи. Для этого используется только один элемент, который называется электромагнитный клапан высокого давления.

Данные системы отвечают за создание высокого давления в насосной секции ТНВД с радиальным движением плунжеров. Указанная секция создает такое давление, которое требуется для впрыска топлива под давлением около 1000 кгс/см2. В действие её приводит приводной вал, а конструкция состоит из:

  • соединительной шайбы;
  • башмаков с роликами;
  • кулачковой шайбы;
  • нагнетающего плунжера передней части (головки) вала-распределителя;

На рисунке  ниже приведен пример расположения плунжеров:

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

Система работает таким образом, что крутящий момент от приводного вала передается через соединительную шайбу и шлицевое соединение. Такой момент идет на вал-распределитель. Направляющие пазы (3) выполняют такую функцию, чтобы через башмаки (4) и  находящиеся в них ролики (2)  задействовать в работу нагнетающие плунжеры (5) так, чтобы это соответствовало тому внутреннему профилю, который имеет кулачковая шайба (1). Число цилиндров в дизельном ДВС  равно количеству кулачков на шайбе.

Нагнетающие плунжеры в корпусе вала-распределителя расположены радиально. По этой причине такая система и получила название ТНВД. Плунжеры осуществляют совместное выдавливание поступившего топлива на восходящем профиле кулачка. Далее топливо попадает в главную камеру высокого давления (7). В ТНВД может быть два, три и более нагнетающих плунжера, что зависит от планируемых нагрузок на мотор и количества цилиндров (а, b, c).

Процесс распределения топлива при помощи корпуса-распределителя

В основе данного устройства лежат:

  • фланец (6);
  • распределительная втулка (3);
  • расположенная в распределительной втулке задняя часть вала-распределителя (2);
  • запирающая игла (4) электромагнитного клапана высокого давления (7);
  • аккумулирующая мембрана (10), которая разделяет полости, отвечающие за подкачку и слив;
  • штуцеры магистрали высокого давления (16);
  • нагнетательный клапан (15);

На рисунке ниже мы видим сам корпус-распределитель:

  • а- фаза наполнения топливом;
  • b-фаза нагнетания топлива;

Данная система состоит из:

  1. плунжера;
  2. вала-распределителя;
  3. распределительной втулки;
  4. запирающей иглы электромагнитного клапана высокого давления;
  5. канала для обратного слива топлива;
  6. фланца;
  7. электромагнитного клапана высокого давления;
  8. канала камеры высокого давления;
  9. кольцевого впускного канала для топлива;
  10. аккумулирующей мембраны для раздела полостей подкачки и сливной полости;
  11. полости за мембраной;
  12. камеры низкого давления;
  13. распределительной канавки;
  14. выпускного канала;
  15. нагнетательного клапана;
  16. штуцера магистрали высокого давления;

На этапе наполнения на нисходящем профиле кулачков плунжеры (1), которые движутся радиально, перемещаются наружу и движутся к поверхности кулачковой шайбы. Запирающая игла (4) в это момент находится в свободном состоянии и открывает впускной топливный канал. Топливо проходит через камеру низкого давления (12), кольцевой канал (9) и иглу. Далее горючее направляется от топливоподкачивающего насоса по каналу (8) вала-распределителя и попадает в камеру высокого давления. Все излишки топлива обратно вытекают через канал возвратного слива (5).

Нагнетание осуществляется при помощи плунжеров (1)  и иглы (4), которая закрыта. Плунжеры начинают перемещаться на восходящем профиле кулачков к оси вала-распределителя. Так происходит повышение давления в камере высокого давления.

Топливо, будучи уже под высоким давлением, устремляется по каналу камеры высокого давления (8). Оно проходит распределительную канавку (13),  которая в данной фазе соединяет вал-распределитель (2) с выпускным каналом (14), штуцер (16) с нагнетательным клапаном (15) и магистраль высокого давления с форсункой.  Последним этапом становится поступление дизтоплива в камеру сгорания силовой установки.

Как происходит дозирование топлива. Электромагнитный клапан высокого давления

Электромагнитный клапан (клапан установки момента начала впрыска) состоит из таких элементов:

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

За цикловую подачу и дозирование топлива отвечает указанный электромагнитный клапан. Указанный клапан высокого давления встроен в контур высокого давления ТНВД. В самом начале впрыска на катушку электромагнита (5) подается напряжение по сигналу блока управления. Якорь (4) осуществляет перемещение иглы (3)  путем прижима последней к седлу (1).

Когда игла плотно прижата к седлу, тогда топливо не поступает. Давление топлива в контуре по этой причине быстро растет. Это позволяет открыть соответствующую форсунку. Когда нужное количество топлива оказалось в камере сгорания двигателя, тогда напряжение на катушке электромагнита (5) пропадает. Происходит открытие электромагнитного клапана высокого давления, что влечет за собой снижение давления в контуре. Понижение давления вызывает закрытие топливной форсунки и прекращение впрыска.

Вся та точность, с которой осуществляется данный процесс, напрямую зависит от электромагнитного клапана. Если попытаться объяснить еще подробнее, то от момента окончания работы клапана. Этот момент исключительно определяется отсутствием или наличием напряжения на катушке электромагнитного клапана.

Избытки нагнетаемого топливо, которое продолжает нагнетаться до момента прохождения роликом плунжера верхней точки профиля кулачка, осуществляют движение по особому каналу. Окончанием пути для горючего становится пространство за аккумулирующей мембраной. В контуре низкого давления имеют место скачки от высокого давления, которые демпфирует аккумулирующая мембрана. Дополнительным является то, что данное пространство сохраняет (аккумулирует) накопленное топливо для наполнения перед следующим впрыском.

Остановка двигателя осуществляется при помощи электромагнитного клапана. Дело в том, что клапан полностью блокирует нагнетание топлива под высоким давлением. Такое решение полностью исключает необходимость в дополнительном остановочном клапане, который применяется в распределительных ТНВД, где осуществляется управление регулирующей кромкой.

Процесс демпфирования волн давления при помощи нагнетательного клапана с дросселированием обратного потока

Данный нагнетательный клапан (15) с дросселированием обратного потока после завершения впрыска порции топлива препятствует следующему открытию распылителя форсунки. Это полностью исключает такое явление, как дополнительный впрыск, являющийся результатом волн давления или их производных. Указанное дополнительное подвпрыскивание повышает токсичность отработанных газов и является крайне нежелательным негативным явлением.

Когда начинается подача топлива, тогда конус клапана (3) открывает клапан. В этот самый момент топливо уже нагнетается через штуцер, проникает в магистраль высокого давления и направляется к форсунке. Окончание нагнетания горючего вызывает резкий спад давления. По этой причине возвратная пружина с силой прижимает конус клапана обратно к седлу клапана. При закрытии форсунки возникают обратные волны давления. Эти волны успешно погашаются дросселем нагнетательного клапана. Все эти действия предотвращают нежелательное подвпрыскивание топлива в рабочую камеру сгорания дизельного двигателя.

Устройство опережения впрыска

Данное устройство состоит из следующих элементов:

  1. кулачковая шайба;
  2. шаровая цапфа;
  3. плунжер установки угла опережения впрыска;
  4. подводной и отводной канал;
  5. клапан регулировки;
  6. шиберный насос для подкачки топлива;
  7. отвод топлива;
  8. вход топлива;
  9. подвод из топливного бака;
  10. пружина управляющего поршня;
  11. возвратная пружина;
  12. управляющий поршень;
  13. кольцевая камера гидроупора;
  14. дроссель;
  15. электромагнитный клапан (закрытый) установки момента начала впрыска;

Оптимальный процесс протекания сгорания и лучшие мощностные характеристики касательно дизельного ДВС возможны только тогда, когда момент начала сгорания смеси происходит в определенном положении коленвала или поршня в цилиндре дизельного двигателя.

Устройство опережения впрыскивания выполняет одну очень важную задачу, которая заключается в том,  чтобы увеличивать угол начала подачи топлива в тот момент, когда имеет место повышение частоты вращения коленвала. Данное устройство конструктивно включает в себя:

  • датчик угла поворота приводного вала ТНВД;
  • блок управления;
  • электромагнитный клапан установки момента начала впрыска;

Устройство обеспечивает тот самый оптимальный момент начала впрыскивания, который идеально подходит режиму работы двигателя и нагрузке на него. Происходит компенсация временного сдвига, который определяется сокращением периода впрыска и воспламенения при увеличении частоты вращения.

Данное устройство оснащается гидравлическим приводом и встраивается в нижнюю часть корпуса ТНВД таким образом, чтобы располагаться поперек продольной оси насоса.

Работа устройства опережения впрыска

Кулачковая шайба (1) осуществляет вход шаровой цапфой (2) в поперечное отверстие плунжера (3) таким образом, что поступательное движение плунжера трансформируется в поворот кулачковой шайбы. Плунжер в центре имеет регулировочный клапан (5). Данный клапан осуществляет открытие и перекрытие управляющего отверстия в плунжере. По оси плунжера (3) находится управляющий поршень (12), который нагружен пружиной (10). Поршень отвечает за положение регулировочного клапана.

Электромагнитный клапан установки момента начала впрыскивания (15) находится поперек оси плунжера. Электронный блок, управляющий ТНВД, осуществляет воздействие на плунжер устройства опережения впрыска посредством данного клапана. Управляющий блок подает в непрерывном режиме импульсы тока. Такие импульсы характеризуются постоянной частотой и переменной скважностью. Клапан изменяет давление, которое оказывает воздействие на управляющий поршень в конструкции устройства.

Подведем итоги

Данный материал нацелен на максимально доступное и понятное ознакомление пользователей нашего ресурса со сложным  устройством топливного насоса высокого давления и обзором его основных элементов. Устройство и общий принцип работы ТНВД позволяют говорить о безотказной эксплуатации только при условии заправки дизельного агрегата качественным топливом и моторным маслом.

Как Вы уже поняли, низкосортная солярка является основным врагом сложной и дорогостоящей дизельной топливной аппаратуры, ремонт которой зачастую стоит очень не дешево.

Если же эксплуатировать дизель бережно, строго соблюдать и даже сокращать межсервисные интервалы по замене смазочного материала, учитывать остальные важные требования и рекомендации, тогда ТНВД непременно  ответит своему заботливому  владельцу исключительной надежностью, экономичностью  и завидной долговечностью.

krutimotor.ru

Изучаем ТНВД — DRIVE2

Топливный насос высокого давления (сокр. ТНВД) — одно из основных и сложных устройств дизельного мотора. Он подает топливо в двигатель. Качественный ремонт дизельного ТНВД требует профессиональное оборудование для диагностики и регулировки. Наша специализированная станция оснащена таким оборудованием.

В подавляющем большинстве случаев, ремонт ТНВД необходим по причине применения низкокачественного топлива и моторных масел. При попадании с дизтопливом твердых частиц, пыли и т.п. способствует выходу из строя плунжерных пар, установка которых производится с микронным допуском. Также могут пострадать форсунки отвечающие за распыление и впрыск горючего. Основными признаками несправности в работе насоса и форсунок являются: увеличение расхода, дымность, посторонние шумы, снижение мощности, трудный запуск.

Самые современные моторы стали оснащаться электронными системами впрыска. Теперь ЭБУ отвечает за дозировку подачи топлива в цилиндры по времени и по количеству солярки. При появлении каких либо перебоев в работе следует, не откладывая, обратиться в дизель-сервис с профессиональным диагностическим оборудованием. В ходе ремонта топливного насоса высокого давления потребуется замена некоторых деталей. Диагностика позволяет определить степень износа и остаточный ресурс запчастей, позволяя съэкономить (не менять же всё подряд).

В ходе работ выясняется равномерность подачи топлива, стабильность давления, частота вращения вала и т.д.

По мере ужесточения норм допустимого выброса вредных веществ в атмосферу транспортными средствами, традиционные механические топливные насосы высокого давления (ТНВД) дизельных автомобилей оказались не в состоянии обеспечить необходимую точность дозирования топлива и скорость реагирования на изменяющиеся условия движения. Это привело к необходимости установки электронного регулирования топливной системы дизельного двигателя. Фирмами Bosch, Diesel Kiki и Nippon Denso был разработан ряд систем электронного управления подачей топлива на базе топливного насоса VЕ. Эти системы обеспечили повышение точности дозирования топлива в отдельные цилиндры, уменьшение межцикловой нестабильности процесса сгорания и уменьшение неравномерности работы дизеля в режиме холостого хода. В отдельных системах устанавливается быстродействующий клапан, который позволяет разделить процесс впрыска на две фазы, что уменьшает жесткость процесса сгорания.

Точное регулирование системы впрыска, не только способствует снижению выброса токсичных веществ в результате более полного сгорания топлива, но и повышает КПД двигателя и увеличение мощности.

В электронных системах применяются топливные насосы распределительного типа, которые дополнены управляемыми исполнительными устройствами для регулирования положения дозатора и клапана автомата опережения впрыска топлива.

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

Эти сигналы обрабатываются в электронном блоке управления. Суммированный сигнал посылается в ТНВД, обеспечивая подачу оптимального количества топлива к форсункам и оптимальный угол опережения впрыска в соответствии с эксплуатационными условиями. Если подключается дополнительная нагрузка (например, включают кондиционер воздуха), то в электронный блок управления приходит соответствующий сигнал, и дополнительная нагрузка компенсируется увеличением подачи топлива. Электронный блок управления также контролирует работу свечей накаливания в трех стадиях – период накаливания, установившийся режим работы свечей накаливания и период после накаливания, в зависимости от температуры.Рис. 1. Схема электронного регулирования одноплунжерного топливного насоса типа VE фирмы Bosch дизельного двигателя.Рис.2. Схема системы электронного управления одноплунжерного ТНВД: 1 – датчик начала впрыска; 2 – датчик ВМТ и частоты вращения коленчатого вала; 3 – расходомер воздуха; 4 – датчик температуры охлаждающей жидкости; 5 – датчик положения педали подачи топлива; 6 – блок управления; 7 – исполнительное устройство ускорителя пуска и прогрева двигателя; 8 – исполнительное устройство управления клапаном рециркуляции отработавших газов; 9 – исполнительное устройство управления углом опережения впрыска; 10 – исполнительное устройство привода дозирующей муфты; 11 – датчик хода дозатора; 12 – датчик температуры топлива; 13 – ТНВДОсновным элементом системы является электромагнитное исполнительное устройство 10, которое перемещает дозирующую муфту ТНВД.

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

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

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

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

В большинстве случаев, для одноплунжерных насосов высокого давления распределительного типа, в качестве исполнительного устройства, регулирующего цикловую подачу, используется электромагнит 6 (рис.) с поворотным сердечником, конец которого соединен через эксцентрик с дозирующей муфтой 5. При прохождении тока в обмотке электромагнита сердечник поворачивается на угол от 0 до 60°, соответственно перемещая дозирующую муфту 5, с помощью которой происходит изменение цикловой подачи.Основным элементом системы является электромагнитное исполнительное устройство 10, которое перемещает дозирующую муфту ТНВД.Рис.3. Развернутая схема одноплунжерного насоса с электронным управлением: 1 – ТНВД; 2 – электромагнитный клапан управления автоматом опережения впрыскивания; 3 – жиклер; 4 – цилиндр автомата опережения впрыскивания; 5 – дозатор; 6 – электромагнитное устройство изменения подачи топлива; 7 – электронный блок управления; 8 – датчики температуры, давления наддува, положение подачи топлива; 9 – педаль управления; 10 – возврат топлива; 11 – подача топлива к форсунке

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

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

Рис.4. Электромагнитный исполнительный механизм ТНВД распределительного типа: 1 – датчик хода дозатора; 2 – исполнительное устройство; 3 – дозатор; 4 – клапан изменения угла начала впрыска с электромагнитным приводом

В корпус форсунки встроена катушка возбуждения 2 (рис.), на которую электронный блок управления подает определенное опорное напряжение, чтобы ток в электрической цепи поддерживался постоянным, независимо от изменений температуры.Рис.5. Схема форсунки с датчиками подъема иглы: 1 – регулировочный винт; 2 – катушка возбуждения; 3 – шток; 4 – провод; 5 – электрический разъем

Этот ток создает вокруг катушки магнитное поле. Как только игла форсунки поднимается, сердечник 3 изменяет магнитное поле, вызывая изменение сигнала напряжения. В определенный момент подъема иглы возникает пиковый импульс, который воспринимается электронным блоком управления и используется для управления углом опережения впрыска. Этот сигнал сравнивается с хранящимися в памяти электронного блока значениями для соответствующих эксплуатационных условий работы дизеля. Электронный блок управления посылает обратный сигнал на электромагнитный клапан, соединенный с рабочей камерой автомата опережения впрыскивания и давление, действующее на поршень автомата, изменяется, в результате чего поршень перемещается под действием пружины, изменяя угол опережения впрыскивания.

Максимальное давление впрыска, достигаемое электронным управлением топливоподачей на базе топливного насоса VЕ составляет 150 кгс/см2. Однако ресурсы этой конструктивной схемы по напряжениям в сложном кулачковом приводе практически исчерпаны. Более совершенными являются ТНВД следующего поколения – VP-44.

Она использована на последних моделях дизелей Opel Ecotec, Opel Astra, Audi, Ford, BMW, Daimler-Chrysler. Давление впрыска, развиваемое насосами такого типа достигает 1000 кгс/см2.Рис.6 Система непосредственного впрыска дизельного двигателя с ТНВД VP-44: А – датчики и исполнительные механизмы; В – приборы; С – контур низкого давления; Д – система подачи воздуха; Е – система нейтрализации вредных веществ в отработавших газах; М – крутящий момент; CAN – бортовой контроллер связи; 1 – датчик хода педали управления подачей топлива; 2 – механизм выключения сцепления; 3 – контакты тормозных колодок; 4 – регулятор скорости автомобиля; 5 – выключатель свечения накаливания и стартера (замок зажигания); 6 – датчик скорости автомобиля; 7 – индуктивный датчик частоты вращения коленчатого вала; 8 – датчик температуры охлаждающей жидкости; 9 – датчик температуры воздуха на впуске; 10 – датчик давления наддува; 11 – пленочный датчик массового расхода воздуха на впуске; 12 – комбинированная панель приборов; 13 – кондиционер с системой управления; 14 – колодка диагностики для подключения сканера; 15 – блок управления временем включения свечей накаливания; 16 – привод ТНВД; 17 – блок управления двигателем и ТНВД; 18 – ТНВД; 19 – топливный фильтр; 20 – топливный бак; 21 – датчик хода иглы форсунки первого цилиндра; 22 – штифтовая свеча накаливания; 23 – двигатель

Особенностью приведенной системы является совмещенный блок управления как для ТНВД, так и для других систем двигателя. Блок управления состоит из двух частей, оконечные каскады, питания электромагнитов которых расположены на корпусе ТНВД.Рис.7. Топливный насос высокого давления VP-44: 1 – топливоподкачивающий насос; 2 – датчик частоты и положения вала насоса; 3 – блок управления; 4 – золотник; 5 – электромагнит подачи; 6 – электромагнит угла опережения впрыска топлива; 7 – гидропривод устройства для изменения угла опережения впрыска топлива; 8 – ротор; 9 – кулачковая шайба

Контур низкого давления. Топливоподкачивающий насос (рис.) в ТНВД VP-44 шиберного типа, аналогичный рассмотренным выше. Давление топлива, создаваемое топливоподкачивающим насосом на стороне нагнетания, зависит от частоты вращения колеса насоса. В то же время это давление при возрастании частоты вращения увеличивается непропорционально. Клапан регулирования давления располагается в непосредственной близости от топливоподкачивающего насоса и соединяется с отводящим пазом через отверстие, пропускающее поток 5. Клапан изменяет давление нагнетания, создаваемое топливоподкачивающим насосом, в зависимости от требуемого расхода топлива. Топливо от топливоподкачивающего насоса поступает к насосной секции ТНВД и устройству опережения впрыскивания.Рис.8. Гидравлическая схема ТНВД VP-44: 1 – блок управления работой дизеля; 2 – клапан регулирования давления; 3 – поршень клапана регулирования давления; 4 – клапан дросселирования перепуска; 5 – отводной канал; 6 – дроссель; 7 блок управления ТНВД; 8 – поршневой демпфер; 9 – электромагнитный клапан управления подачей; 10 – нагнетательный клапан; 11 – форсунка; 12 – электромагнитный клапан установки момента начала впрыскивания; 13 – ротор-распределитель; 14 – насосная секция ТНВД с радиальным движением плунжеров; 15 – датчик угла поворота приводного вала ТНВД; 16 – устройство опережения впрыскивания; 17 – топливоподкачивающий насос

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

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

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

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

Контур высокого давления. В контур высокого давления (рис.) входят ТНВД, а также узел распределения и регулирования величины и момента начала подачи с использованием только одного элемента — электромагнитного клапана высокого давления. Создание высокого давления насосной секции ТНВД с радиальным движением плунжеров

Насосная секция ТНВД с радиальным движением плунжеров создает требуемое для впрыскивания давление величиной до 1000 кгс/см2. Она приводится через вал и включает в себя: — соединительную шайбу; — башмаки 4 с роликами 2; — кулачковую шайбу 1; — нагнетающие плунжеры 5; — переднюю часть (головку) вала-распределителя 6.Рис.9. Примеры расположения плунжеров: а – для четырех или шести цилиндров; b – для шести цилиндров; с – для четырех цилиндров; 1– кулачковая шайба; 2 – ролик; 3 – направляющие пазы приводного вала; 4 – башмак ролика; 5 – нагнетающий плунжер; 6 – вал-распределитель; 7 – камера высокого давления

Крутящий момент от приводного вала передается через соединительную шайбу и шлицевое соединение непосредственно на вал-распределитель. Направляющие пазы 3 служат для того, чтобы через башмаки 4 и сидящие в них ролики 2 обеспечить работу нагнетающих плунжеров 5 сообразно внутреннему профилю кулачковой шайбы 1. Количество кулачков на шайбе соответствует числу цилиндров двигателя. В корпусе вала-распределителя нагнетающие плунжеры расположены радиально, что и дало название этому типу ТНВД. На восходящем профиле кулачка плунжеры совместно выдавливают топливо в центральную камеру высокого давления 7. Е зависимости от числа цилиндров двигателя и условий его применения существуют варианты ТНВД с двумя, тремя или четырьмя нагнетающими плунжерам (рис. 9 а, b, с).

Распределение топлива с помощью корпуса-распределителя Корпус-распределитель (рис. 9) состоит из:

• фланца 6;

• пригнанной к нему распределительной втулки 3;

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

• запирающей иглы 4 электромагнитного клапана 7 высокого давления;

• аккумулирующей мембраны 10, разделяющей полости подкачки и слива;

• штуцера 16 магистрали высокого давления с нагнетательным клапаном 15.Рис.10. Корпус-распределитель: а — фаза наполнения b — фаза нагнетания: 1 – плунжер; 2 – вал-распределитель; 3 – распределительная втулка; 4 – запирающая игла электромагнитного клапана высокого давления; 5 – канал обратного слива топлива; 6 – фланец; 7 – электромагнитный клапан высокого давления; 8 – канал камеры высокого давления; 9 – кольцевой канал впуска топлива; 10 – аккумулирующая мембрана, разделяющая полости подкачки и слива; 11 – полость за мембраной; 12 – камера низкого давления; 13 – распределительная канавка; 14 – выпускной канал; 15 – нагнетательный клапан; 16 – штуцер магистрали высокого давления

В фазе наполнения на нисходящем профиле кулачков радиально движущиеся плунжеры 1 перемещаются наружу, к поверхности кулачковой шайбы. Запирающая игла 4 при этом находится в свободном состоянии, открывая канал впуска топлива. Через камеру низкого давления 12, кольцевой канал 9 и канал иглы топливо направляется от топливоподкачивающего насоса по каналу 8 вала-распределителя и заполняет камеру высокого давления. Излишек топлива вытекает через канал 5 обратного слива.

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

Благодаря этому топливо под высоким давлением движется по каналу 8 камеры высокого давления. Затем топливо через распределительную канавку 13, которая в этой фазе соединяет вал-распределитель 2 с выпускным каналом 14, штуцер 16 с нагнетательным клапаном 15, магистраль высокого давления и форсунку поступает в камеру сгорания двигателя.

Дозирование топлива с помощью электромагнитного клапана высокого давления.

Для дозирования цикловой подачи в контур высокого давления ТНВД встроен электромагнитный клапан высокого давления. В начале процесса впрыскивания на катушку 5 электромагнита подается напряжение, и якорь 4 перемещает иглу 4, прижимая ее к седлу 1. Если игла постоянно прижата к седлу, топливо не поступает, поэтому давление топлива в контуре быстро поднимается, открывая, таким образом, соответствующую форсунку. После того как необходимое количество топлива попало в камеру сгорания, напряжение с катушки 5 электромагнита снимается, электромагнитный клапан высокого давления открывается и давление в контуре снижается. Это влечет за собой запирание форсунки и окончание впрыскивания.

Точность управления этим процессом зависит от момента окончания работы электромагнитного клапана, что определяется моментом снятия напряжения с катушки.

К электромагнитному клапану 7 высокого давления по сигналу блока управления ТНВД в катушку электромагнита подается напряжение, и якорь перемещает иглу 4, прижимая ее к седлу 1. Если игла прижата к седлу, топливо поступает только в выпускной канал высокого давления 14 соединенный с нагнетательным клапаном 15, где давление резко повышается, а от него к форсунке. Дозирование подачи топлива определяется интервалом между моментом начала подачи и моментом открытия электромагнитного клапана и называется продолжительностью подачи. Продолжительность закрытия электромагнитного клапана, определяемая блоком управления, регулирует, таким образом, величину цикловой подачи топлива. После окончания впрыска, электромагнит клапана обесточивается, при этом электромагнитный клапан высокого давления открывается, и давление в контуре снижается, прекращая подачу топлива к форсунке.

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

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

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

С началом подачи конус 3 клапана открывает клапан. Теперь топливо нагнетается через штуцер и магистраль высокого давления к форсунке. По окончании нагнетания давление топлива резко падает, и возвратная пружина прижимает конус клапана к его седлу. Обратные волны давления, возникающие при закрытии форсунки, гасятся дросселем нагнетательного клапана, что предотвращает подвпрыскивание топлива в камеру сгорания.

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

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

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

Поперек оси плунжера находится электромагнитный клапан 15 установки момента начала впрыскивания. Блок управления ТНВД воздействует на плунжер устройства опережения впрыскивания с помощью этого клапана (рис.), на который непрерывно подаются импульсы тока постоянной частоты и переменной скважности. Клапан изменяет давление, действующее на управляющий поршень.Рис.11. Устройство опережения впрыскивания: 1 – кулачковая шайба; 2 – шаровая цапфа; 3 – плунжер установки угла опережения впрыскивания; 4 – подводной/отводной канал; 5 – регулировочный клапан; 6 – шиберный топливоподкачивающий насос; 7 – выход топлива; 8 – вход топлива; 9 – подвод от топливного бака; 10 – пружина управляющего поршня; 11 – возвратная пружина; 12 – управляющий поршень; 13 – кольцеобразная камера гидравлического упора; 14 – дроссель; 15 – электромагнитный клапан установки момента начала впрыскивания (в закрытом положении)Рис.12. Электромагнитный клапан установки момента начала впрыскивания: 1 – седло клапана; 2 – направление закрытия; 3 – игла клапана; 4 – якорь электромагнита; 5 – катушка; 6 – электромагнит

www.drive2.ru


Смотрите также