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».
Рядный ТНВД
Конструктивно он состоит из отдельных нагнетающих секций, выполненных в виде плунжерных пар (поршень-втулка). Сопряженные детали изготавливают из высокопрочной износостойкой хромованадиевой стали, азотированной и закаленной до высокой твердости. После шлифовки внутреннюю поверхность втулок подвергают двукратному хонингованию: сначала крупной абразивной пастой, затем — мелкой. Плунжер доводят с помощью суперфинишной обработки.
При сборке ТНВД используется селективный метод подбора плунжерных пар. Детали сортируют по группам с отклонением между собой до 2-х микрон, поэтому детали разных узлов — невзаимозаменяемые.
Нагнетание топлива плунжером происходит за счет отсечки некоторого объема горючего и последующего сжатия в напорной магистрали. Поршень перемещается роликовым толкателем от кулачкового вала насоса, получающего вращение от коленвала. За два оборота коленвала каждый плунжер совершит один рабочий ход.
Количество горючего регулируется с помощью приводной зубчатой рейки, которая имеет механический привод от педали газа, либо перемещается шаговым двигателем от сигнала ЭБУ. Для этой цели плунжерная поверхность снабжена винтовой канавкой. Рейка с помощью зубчатой передачи поворачивает в корпусе направляющие гильзы, вследствие чего изменяется угловое расположение винтовой канавки, а, следовательно, и объем топливной порции.
Начало впрыска регулируется автоматически по частоте вращения двигателя. Этой цели служит центробежный регулятор момента впрыска. Он располагается в приводной муфте (черный маховик слева на первом фото). Внутри этот узел состоит из 2-х полумуфт, упруго разделенных между собой тангенциально расположенными пружинами и грузами. При увеличении оборотов за счет центробежной силы грузов пружины сжимаются, и кулачковый вал поворачивается на некоторый угол относительно приводной муфты, тем самым создавая опережение впрыска.
Несмотря на возраст конструкции, рядные насосы до сих пор используются на дизельных двигателях грузовых автомобилей. Это вызвано их высокой надежностью и неприхотливостью в отношении качества топлива. В качестве примера показан ТНВД 8-цилиндрового двигателя автомобиля КАМАЗ. Для сокращения осевых габаритов он выполнен V-образным, хотя все равно является рядным.
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;
Конструкция и принцип действия
Рядные ТНВД серии РЕ имеют собственный кулачковый вал 14, который установлен в алюминиевом корпусе. Он соединяется с двигателем либо непосредственно, либо через соединительный узел и муфту опережения впрыскивания. Количество кулачков на кулачковом валу TНВД соответствует числу цилиндров двигателя. Над каждым кулачком находится роликовый толкатель 13 с тарелкой 12 пружины 11. Тарелка передает усилие от толкателя на плунжер 8, а пружина возвращает его в исходное положение. Гильза 4 плунжера является направляющей, в которой плунжер совершает возвратно-поступательное движение. Сочетание втулки и плунжера образует насосный элемент, или плунжерную пару.
- Корпус нагнетательного клапана
- Проставка
- Пружина нагнета тельного клапана
- Гильза плунжера
- Конус нагнетательного клапана
- Впускное и распределительное отверстия
- Регулирующая кромка плунжера
- Плунжер
- Регулирующая втулка плунжера
- Поводок плунжера
- Пружина плунжера
- Тарелка пружины
- Роликовый толкатель
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.
Основные неисправности насосов высокого давления
Устройство любого топливного насоса высокого давления представляет собой сложную конструкцию, значит и потенциальных неисправностей у этого механизма достаточно много. Главной причиной возможных неполадок является плохое качество топлива, что относится как к дизельным системам, так и к бензиновым. Наибольшему износу подвержены плунжеры, и если при осмотре насоса будут установлены потертости на их поверхности, то это первый сигнал о некорректной работе.
Симптоматика поломки ТНВД во многом сходна с неисправностью мотора и системы охлаждения, а потому для более точной диагностики всегда необходимо обращаться в сервисный центр, где будет выполнена проверка на стенде. В бытовых условиях определить возможные нарушения работы насоса можно по следующим проявлениям:
- увеличение расхода топлива;
- нестабильная работа мотора в режиме низких оборотов;
- сложности с запуском;
- повышение температуры узла и перегрев двигателя;
- протечки топлива;
- снижение уровня мощности;
- дым на выхлопе;
- шумы и посторонние звуки в двигателе.
Топливный насос высокого давления можно назвать уникальным агрегатом, который пока не имеет достойных альтернативных решений. Эволюция этого устройства за последние десятилетия затрагивает исключительно совершенствование отдельных деталей и повышение точности их изготовления без внесения кардинальных изменений в общий принцип работы.
Источник
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:
- датчик начала впрыска;
- датчик частоты вращения коленвала и ВМТ;
- воздухорасходомер;
- датчик температуры ОЖ;
- датчик положения педали газа;
- блок управления;
- устройство ускорителя пуска и прогрева ДВС;
- устройство для управления клапаном рециркуляции отработанных газов;
- устройство для управления углом опережения топливного впрыска;
- устройство для управления приводом дозирующей муфты;
- датчик хода дозатора;
- датчик температуры топлива;
- 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.
ТНВД распределительного типа (насос VE). Он же торцевой насос
Область применения данного типа насосов широка – легковой, грузовой, коммерческий транспорт, трактора, сельхоз техника и другие. Двигатели с данным типом насосов встречаются на 2, 3, 4 и 6 цилиндра с максимальной мощностью на рабочий цилиндр 20 кВт.
Основными производителями насосов данного типа являются фирмы: Bosch (Бош), Zexel (Зексель) и Denso (Денсо), однако существует и малоизвестная Diesel Kiki (Дизель Кики) в дальнейшем он же Zexel и Корейская Doowon, которая в свое время купила лицензию у Зексель на производство этих насосов.
Распределительный ТНВД типа VE поделен на 2 модификации:
- С механическим управлением;
- С электронным управлением.
Сначала предлагаю обратить внимание на принцип работы ТНВД распределительного типа (VE) на примере насоса Denso
- Топливо накачивается из бака в топливный фильтр подкачивающим насосом (ТННД), фильтр удаляет из солярки воду и грязь.
- Далее топливо подкачивается ТННД в корпус насоса высокого давления.
- Топливо, находящееся в корпусе ТНВД нагнетается плунжером через нагнетательные клапана в форсунки и впрыскивается в камеру сгорания.
- Часть топлива, поступающего на форсунки, используется для их смазки, затем возвращается в топливный бак.
- Часть топлива, поступающего в корпус насоса высокого давления используется для смазки насоса и охлаждения его деталей, затем оно возвращается в топливный бак, через отверстие сливного болта
Устройство распределительного ТНВД VE Bosch, Zexel
Рассмотрим самые главные узлы одноплунжерного топливного насоса высокого давления распределительного типа (ВЕ). Предлагаю рассмотреть узлы, согласно принципу работы насоса, от насоса подкачки до нагнетательного клапана.
Топливный насос низкого давления (ТННД)
По мере вращения насоса 4 пластины (на фото их видно) закачивают топливо под давлением через фильтр в корпус насоса, по средствам регулирующего клапана давление изменяется в соответствии со скоростью вращения двигателя.
Плунжерная пара (плунжер насоса)
При работе плунжер совмещает вращение с обратно-поступательными передвижениями, тем самым он распределяет подачу дизельного топлива под высоким давлением ко всем форсункам по очереди.
Конструкция плунжера распределительного ТНВД VE:
При вращении ДВС, приводной вал ТНВД вращает кулачковую шайбу вместе с плунжером через муфту с одной и тойже скоростью. Вал топливного насоса вращается в дви раза медленнее чем двигатель.
- ролики насоса располагаются на роликовом кольце 2;
- кулачковая шайба 3 постоянно удерживается прижатой к нажимным роликам пружиной плунжера;
- при вращении кулачковой шайбы (волновой шайбы) 3, кулачки набегают на ролики 2, заставляя плунжер 4 осуществлять возвратно-поступательные движения;
- в кулачковой шайбе 3, число бугорков на ней (кулачков) кратно количеству цилиндров двигателя;
- плунжер насоса 4 распределяет топливо последовательно к форсункам за 1 оборот (на примере показан 4 цилиндровый ДВС);
- возвратно-поступательные движения плунжера насоса используются для забора топлива (канавка 6) и нагнетания его к форсункам под высоким давлением, через паз 8;
- Количество впрыска и подача (цикловая) регулируется путем изменения положения регулировочной втулки 5, под управлением механического регулятора.
Для наглядности работы плунжера прошу ознакомиться с видео работы задействованных элементов насоса.
Нагнетательные клапана
Располагаются в подводящих каналах и выполнены таким образом, что всасывают неиспользованное топливо обратно в корпус насоса, чтобы держать подводящие каналы, наполненные топливом. Количество этих клапанов зависит от количества цилиндров двигателя.
Принцип работы нагнетательного клапана ТНВД VE
- Когда давление топлива возрастает, оно открывает нагнетательные клапана и удерживает их открытыми;
- Когда впрыск топлива заканчивается, клапана толкаются обратно пружиной;
- Когда клапана возвращаются в нижнее положение, подводящие каналы перекрываются и топливо засасывается обратно;
- Давление в трубопроводах, идущих к форсункам, быстро падает, примерно на 20 кг/см2, чтобы предотвратить подтекание топлива из форсунок;
- В это же время, нагнетательный клапан плотно прилегает к седлу, перекрывая магистраль высокого давления от насоса.
Видео работы нагнетательного клапана
В этой статье мы рассмотрели самые основные рабочие органы ТНВД распределительного типа VE. В насосах данного типа ещё очень много других важнейших механизмах, о которых подробнее расскажем в следующих обозрениях.
Для наглядности количества задействованных элементов внутри насоса данного типа, приложу вырезку из каталога на примере насоса 104746-1342, он же 9460612334
Краткий список насосов BOSCH VE (боквенное обозначение R или L обозначает сторону вращения ТНВД):
| 0460404091 VER 722 | Iveco-Aifo 8141 53 kw | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 0460403002 VE L 33/1 | Bukh |
|