Давление в насосе высокого давления дизельного двигателя

Насос топливный низкого давления: первая ступень системы питания дизеля

Для работы топливного насоса высокого давления дизельных двигателей необходимо обеспечить подачу топлива в него под напором. Данную задачу решает топливный насос низкого давления — все об этом механизме, его типах, конструкции и принципе работы, а также о выборе и замене насосов рассказано в статье.

Что такое топливный насос низкого давления (ТННД)?

Топливный насос низкого давления (топливоподкачивающий насос, ТННД) — компонент ступени низкого давления топливной системы и системы впрыска дизельного двигателя; насос для подачи топлива из топливного бака во впускную полость топливного насоса высокого давления (ТНВД).

Данный агрегат выполняет несколько функций:

  • Создание на входе в ТНВД необходимого для его функционирования избыточного давления;
  • Обеспечение поступления в ТНВД достаточного объема топлива;
  • Создание во всасывающей разрежения, необходимого для забора топлива из бака и преодоления сопротивления фильтра грубой очистки (ФГО);
  • Создание давления, достаточного для преодоления топливом сопротивления фильтра тонкой очистки (ФТО);
  • Предотвращение выделения пузырьков легколетучих фракций из топлива при движении в топливной магистрали (что может происходить вследствие нагрева топлива во время работы двигателя и в теплое время года).

Применение ТННД на дизелях обусловлено особенностями работы ТНВД. В отличие от других типов насосов, на входе ТНВД не создается разрежение, за счет которого обеспечивался бы забор топлива из бака. Напротив, для нормальной работы насосных секций ТНВД на его входе необходимо создать некоторое избыточное давление (порядка 4-6 атмосфер) — именно эту задачу и решает ТННД.

ТННД обычно выполняется в виде отдельного компактного узла, который монтируется непосредственно на ТНВД и имеет привод от его кулачкового вала, либо устанавливается отдельно и имеет собственный привод. Вход ТННД соединен с магистралью топливной системы со стороны бака и ФГО, выход — с магистралью со стороны ФТО и входа ТНВД. В результате такого расположения топливоподкачивающий насос создает разрежение для забора топлива из бака и повышает его давление для преодоления сопротивления ФТО и подачи на ТНВД.

ТННД является одним из основных компонентов системы питания дизельного мотора, его поломка фактически выводит из строя и всю силовую установку. Так что ТННД необходимо как можно скорее ремонтировать или менять, а, чтобы сделать это правильно, следует разобраться в существующих типах этих агрегатов и их конструкции.

Классификация ТННД


Конструкция роликового топливоподкачивающего насоса


Конструкция роторно-лопастного топливоподкачиваюшего насоса


Конструкция шестеренчатого топливоподкачивающего насоса

В системах питания дизелей находят применение насосы трех основных видов:

При этом агрегаты могут иметь различный привод:

  • Механический — от вала ТНВД, коленвала, распредвала;
  • Электрический — от встроенного электромотора.

Как правило, электрический привод имеют некоторые виды роторных (роликовых) насосов, они выполнены в виде автономного узла, монтируемого рядом с двигателем, у топливного бака или в ином месте. Роторные и шестеренчатые насосы применяются на легковых авто и коммерческих грузовиках, оснащенных системой впрыска Common Rail (они могут быть как автономными, так и интегрированными в корпус ТНВД). Дизельные двигатели грузовых автомобилей с распределительной системой впрыска обычно имеют поршневой насос, интегрированный с ТНВД.

Каждый из указанных агрегатов имеет различный принцип работы и свои конструктивные особенности.

Конструкция и принцип работы роторных ТННД

Роторные насосы низкого давления бывают различных типов — роторно-лопастные, роликовые и другие. Однако они отличаются лишь способом формирования замкнутых камер для топлива.

Насосная секция роторного ТННД состоит из цилиндрического корпуса (плиты нагнетания), в стенках которой выполнены прорези переменного сечения, и вращающегося внутри корпуса ротора с прорезями, в которые на пружинах вставлены ролики или плоские лопасти. При вращении насоса ролики/лопасти, упираясь в стенки корпуса, образуют замкнутые полости, захватывают топливо со стороны всасывания и проталкивают его по прорези — за счет сокращения объема камеры давление топлива возрастает, и когда ролик/лопасть проходит выпускное отверстие, топливо выбрасывается через него в систему.

Недостаток роторных насосов — необходимость в сложном приводе от коленчатого вала, шестерен распредвала или вала ТНВД. Это повышает стоимость агрегата и снижает его надежность. Однако ТННД данного типа с электрическим приводом автономны и их характеристики не зависят от режима работы силового агрегата — это обеспечивает стабильное поступление топлива в ТНВД и повышает устойчивость работы мотора.

Читайте также:  Какое масло лить в двигатель тойота корса

Устройство и принцип работы шестеренчатого ТННД

Конструктивно этот насос очень прост, он повторяет устройство обычных шестеренчатых масляных насосов. Основу ТННД составляет корпус, внутри которого расположены две зацепленные друг с другом шестерни. Каждая шестерня вращается в своей половине корпуса так, что ее зубцы прижаты к стенкам и образуют ряд герметичных камер. При вращении шестерен эти камеры захватывают топливо и перемещают его в сторону выпуска, за счет постоянного поступления топлива в сторону нагнетания его давление повышается до необходимой величины.

Для шестеренчатых насосов присущи те же преимущества и недостатки, что и для роторных. Однако эти ТНВД более просты по конструкции, а поэтому они дешевле в производстве и обслуживании, что и обусловило их широкое распространение.

Конструкция и принцип работы поршневого ТННД

Поршневые топливные насосы низкого давления бывают двух типов:

  • Однократного действия — за один рабочий цикл выполняется одно накачивание топлива;
  • Двукратного действия — за один рабочий цикл выполняется два накачивания топлива.

Наиболее просто устроен насос однократного действия. Его основу составляет литой корпус, в котором находятся впускная и нагнетательная полости, а также центральная полость под поршень. Поршень соединен со штоком, который через цилиндрический толкатель или ролик опирается на эксцентрик кулачкового вала ТНВД, а обратной стороной упирается в пружину. Непосредственно в поршне или на всасывающей секции насоса выполнен впускной клапан, а выпускной расположен в нагнетательной секции.

Работа поршневого насоса однократного действия сводится к следующему. Пружиной шток прижимается к вращающемуся эксцентрику, поэтому при вращении вала шток набегает и сбегает с эксцентрика, а поршень совершает возвратно-поступательные движения. При движении поршня в сторону нагнетательной секции его клапан открывается и полость над ним заполняется. При движении поршня вверх клапан закрывается и полость герметизируется — за счет этого давления топлива повышается. При достижении необходимого давления срабатывает выпускной клапан и топливо поступает к фильтру тонкой очистки и ТНВД. Далее процесс повторяется.

Насосы однократного действия нагнетают топливо только при движении поршня в одну сторону, поэтому они создают пульсирующий поток. Этот недостаток устранен в насосах двукратного действия.

Конструктивно ТННД двукратного действия похож на предыдущий, однако в нем выполнены две пары впускных и выпускных клапанов, а поршень является герметичным и делит полость на две камеры. Работает агрегат просто. При движении поршня объемы полостей над и под ним изменяются: одна увеличивается, а другая уменьшается. В полости с уменьшающимся объемом давление растет и в определенный момент топливо, преодолев усилие пружины выпускного клапана, поступает в магистраль к ТНВД. В полости с увеличивающимся объемом, напротив, давление падает, за счет чего в нее поступает топливо из бака. При движении поршня в обратную сторону полости меняются ролями и в них происходят описанные выше процессы.

Насосы двукратного действия нагнетают топливо при движении поршня в обе стороны, поэтому они создают более равномерный поток топлива.

В насосах также предусмотрены механизмы изменения подачи топлива вслед за изменением скорости вращения коленвала. Это достигается регулировкой усилия пружины и введением в насос перепускного канала (иногда с дополнительным клапаном). Настройка этих компонентов выполняется так, чтобы при снижении оборотов мотора амплитуда движения поршня уменьшалась (например, за счет подачи топлива под поршень в насосах однократного действия или за счет упругости пружины) — это уменьшает подачу топлива, при росте оборотов подача восстанавливается.

Также в этих механизмах встраивается насос ручной подкачки, посредством которого осуществляется заполнение системы после длительного простоя или ремонта. Такой насос имеет простейший ручной привод с помощью рукоятки, которая в транспортном положении зафиксирована на корпусе агрегата резьбой.

Вопросы выбора и замены ТННД

Топливоподкачивающий насос постоянно работает с высокими нагрузками, вследствие чего его детали — поршень, клапаны и их седла, уплотнительные компоненты — подвергаются интенсивному износу и становятся причинами поломок. В большинстве случаев для устранения неисправностей и восстановления работы ТННД требуется заменить отдельные детали, которые продаются в ремкомплектах.

В случае серьезных поломок — при возникновении трещин в корпусе, изломов и разрушения деталей, их деформации и т.д. — насос меняется в сборе. На замену следует выбирать ту модель топливоподкачивающего насоса, которая рекомендована производителем транспортного средства и по характеристикам совместима с ТНВД. Все работы по замене и настройке насоса необходимо выполнять в соответствии с инструкцией по ремонту и ТО данного конкретного транспортного средства. При правильном выборе агрегата вся система питания дизеля будет работать надежно и эффективно на всех режимах.

Читайте также:  Детонация двигателя не набирает обороты

Источник

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.

Читайте также:  Почему кпд теплового двигателя не может быть больше 100

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.

Источник

Adblock
detector