Принцип работы распределительного ТНВД

Плунжерная система изготавливается из высокопрочной стали на высокотехнологическом оборудовании (станках), в связи с необходимостью высокой точности.

Топливный насос высокого давления имеющий сокращенную аббревиатуру (ТНВД) выполняет следующие основные функции:

— подает топливо под высоким давлением в топливную систему ДВС;

— регулирует моменты впрыска топлива.

Топливный насос относится к наиболее важным устройствам, как бензиновых, так и дизельных двигателей.

ТНВД обычно применяются в дизельных двигателях. В бензиновых двигателях применение ТНВД нецелесообразно, ввиду того, что в нем не требуются такие высокие давления, как в дизельном двигателе.

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

История разработки и совершенствования

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

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

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

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

От механики к электронике

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

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

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

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

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.

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.

Принцип действия:
При увеличении частоты вращения впрыск должен происходить раньше. Опережение впрыска осуществляется регулятором впрыска. За счёт силы действия пружины управляющий поршень прижимается к поршню регулятора впрыска. В кольцевую полость управляющего поршня через отверстие из внутреннего пространства ТНВД поступает топливо под давлением. Клапан управления опережением впрыска определяет давление топлива в кольцевой полости управляющего поршня.

Регулирование количества подаваемого топлива

На приведённом ниже обзоре системы показаны датчики, на основании сигналов которых определяется количество подаваемого топлива Сигнал, поступающий от блока управления двигателя, преобразуется блоком управления топливного насоса в сигнал для электромагнитного клапана регулирования количества подаваемого топлива. Задачей регулирования количества подаваемого топлива является точная адаптация количества топлива к различным режимам работы двигателя.

Принцип действия:
Процесс наполнения Если электромагнитный клапан регулирования количества подаваемого топлива открыт, топливо из внутреннего пространства насоса подаётся в камеру сжатия.

Впрыск
Блок управления топливного насоса подаёт сигнал управления на электромагнитный клапан регулирования количества подаваемого топлива, клапан перекрывает подачу топлива. Все время, пока электромагнитный клапан закрыт, топливо сжимается и подаётся на форсунки впрыска. При достижении заданного блоком управления двигателя количества топлива электромагнитный клапан открывает подачу топлива из внутреннего пространства насоса. Давление падает; впрыск завершён.

При полной нагрузке двигателя объём топлива на каждый цикл впрыска составляет ок. 50 мм3.
Это равно объёму одной капли воды.

На оборотах холостого хода на каждый цикл впрыска требуется ок. 5 мм3 топлива.
Это соответствует размеру булавочной головки диаметром 2 мм.

Дополнительной задачей электромагнитного клапана регулирования количества подаваемого топлива является остановка двигателя. При выключении зажигания электромагнитный клапан открывается, сжатие топлива не происходит.

1. Полость всасывания
2. Зубчатый сектор
3. Регулирующая втулка плунжера
4. Боковая крышка
5. Штуцер нагнетательного клапана
6. Корпус нагнета тельного клапана
7. Конус нагнетательного клапана
8. Гильза плунжера
9. Плунжер
10. Рейка ТНВД
11. Поводок плунжера
12. Возвратная пружина плунжера
13. Нижняя тарелка возвратной пружины
14. Регулировочный винт
15. Роликовый толкатель
16. Кулачковый вал ТНВД

Конструкция и принцип действия

1. Корпус нагнетательного клапана
2. Проставка
3. Пружина нагнета тельного клапана
4. Гильза плунжера
5. Конус нагнетательного клапана
6. Впускное и распределительное отверстия
7. Регулирующая кромка плунжера
8. Плунжер
9. Регулирующая втулка плунжера
10. Поводок плунжера
11. Пружина плунжера
12. Тарелка пружины
13. Роликовый толкатель

Сначала предлагаю обратить внимание на принцип работы ТНВД распределительного типа (VE) на примере насоса Denso

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

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.

Для наглядности работы плунжера прошу ознакомиться с видео работы задействованных элементов насоса.

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

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

Различают, следующие типы насосов высокого давления:

Виды топливного насоса высокого давления

Различают, следующие типы насосов высокого давления:

1. Бензиновые двигатели, с прямым впрыском топлива.
2. Дизельные двигатели, различают:
   • распределительный (имеет один плунжер, распределяющий топливо);
   • рядный (для каждого цилиндра своя плунжерная пара);
   • магистральный (нагнетает топливо сначала в рампу, а потом в цилиндр).

Топливный насос бензинового двигателя

Насосы высокого давления встречаются, как на дизельных, так и на бензиновых ДВС. ТНВД бензиновых агрегатов имеют систему прямого (непосредственного) впрыска, то есть бензин впрыскивается прямиком в цилиндры. Пример такого двигателя — Mitsubishi GDI, ранее мы уже писали о системе впрыска GDI.

При его эксплуатации обязательно следует заправлять самым высокооктановым топливом, производители не советуют использовать различные присадки к топливу, чтобы ТНВД нагнетал бензин с необходимым для корректной работы и нужной производительности давлением. Устройство ТНВД бензинного двигателя рассмотрим на примере движка GDI.

На рисунке выше показан ТНВД бензинового двигателя GDI, состоит из:

1. Клапан-регулятор низкого давления
2. Регулятор частоты вращения
3. Штуцер с дросселем для выхода топлива
4. Распределительная головка
5. Насос низкого давления
6. Автомат опережения впрыскивания топлива
7. Внутренняя полость насоса
8. Электромагнитный клапан остановки топлива

Распределительный насос дизельного двигателя

Используется на легковых авто, производства компаний Bosch, Denso, Delphi и прочее. Этот тип ТНВД отличается от рядных насосов тем, что они имеют всего один, два плунжера на цилиндры ДВС. Они занимают меньше места и легче весят, минусом таких насосов является недолговечность комплектующих деталей.

Насосы данного типа имеют разновидности конструкции привода плунжера. Он может быть внешним, внутренним или торцевым. Внешний тип привода используют на отечественных машинах, хотя внешний и торцевой характеризуются большей надежностью и долгой эксплуатацией. В них в отличие от внешнего кулачкового привода нет нагрузки узлы вала.

Основа распределительного ТНВД — это плунжер, который совершая движение, распределяет солярку по цилиндрам ДВС. Движется плунжер за счет вращения шайбы, обходящей кольцо по роликам. Она жмёт на плунжер, выполняя тем самым давление топлива. Чтобы плунжер вернулся в исходное положение, на него давит пружина.

Для подачи топлива на плунжеры необходимо небольшое давление, в ТНВД давление создается топливоподкачивающим насосом, который стоит на приводном валу. В зависимости от конструкции топливоподкачивающий насос, может быть роторно-лопастным, шестерным и др. Система смазки ТНВД производится дизельным топливом.

Регулируется количество подачи топлива разными методами. Первый способ — это электромагнитный клапан. Механически, количество подаваемого топлива определяют включением муфты воздействующей на дозатор через рычаги. Опережение впрыска регулируется с помощью поворота кольца на данный угол. Работа распределительного насоса включает следующие манипуляции, впускает топливо в надплужерное пространство, а после нагнетает и подаёт определённое количество топлива в цилиндры.

Рядный топливный насос высокого давления

Рядные ТНВД надёжны в эксплуатации, имеют общую с двигателем систему смазки — моторным маслом, можно использовать на низкокачественном топливе. Не используют на легковых машинах с 2000-ых годов.

Рядный топливный насос высокого давления состоит из:

1. Корпус нагнетательного клапана
2. Проставка
3. Пружина нагнета тельного клапана
4. Гильза плунжера
5. Конус нагнетательного клапана
6. Впускное и распределительное отверстия
7. Регулирующая кромка плунжера
8. Плунжер
9. Регулирующая втулка плунжера
10. Поводок плунжера
11. Пружина плунжера
12. Тарелка пружины
13. Роликовый толкатель

Момент подачи дизеля зависим от частоты вращения коленвала. Механически, изменяется муфтой, внутри которой находятся грузики, расположенной на кулачковом валу. Когда увеличиваются обороты, грузики расходятся и вращают кулачковый вал. От количества оборотов изменяется и количество впрыска топлива.

Рядный насос с регулирующей втулкой: 1 — плунжер насоса; 2 — контрольная втулка; 3 — управляющий шток регулирующей втулки; 4 — регулирующая рейка

Такой насос применяется для 3, 4, 5 и 6 цилиндровых дизельных двигателей легковых автомобилей, тракторов и грузовых автомобилей мощностью до 20 кВт на цилиндр. Насосы распределительного типа для двигателей с непосредственным впрыском обеспечивают давление до 700 бар при частоте вращения до 2400 мин-1.

Топливоподкачивающий насос
Этот насос лопастного типа служит для подачи топлива из бака и вместе с нагнетательным регулирующим клапаном создает давление, которое возрастает прямо пропорционально частоте вращения коленчатого вала двигателя.

Насос высокого давления
Насос распределительного типа включает только один плунжерновтулочный комплект для питания всех цилиндров.

Плунжер с регулирующей втулкой:
а — начало подачи топлива; b- конец подачи топлива; 1 — регулирующая спиральная канавка; 2 — регулирующая втулка; 3 — выпускное отверстие; 4 — регулирующая канавка; 5 — плунжер насоса

Рядный насос с регулирующей втулкой: 1 — плунжер насоса; 2 — контрольная втулка; 3 — управляющий шток регулирующей втулки; 4 — регулирующая рейка

Сигнал нагрузки
ТНВД распределительного типа, осна- щенные двухрежимными регуляторами, управляются посредством микровы- ключателя или потенциометра.

Механические вспомогательные устройства
Некоторые из таких устройств управления используются в целях обработки дополнительных рабочих параметров для регулирования количества впрыскиваемого топлива(компенсатор давления во впускном патрубке, гидравлические и механические средства адаптации к полной нагрузке) и для управления закрытием отверстия (начало подачи топлива).

Система впрыскивания топлива с насосом распределительного типа: 1 — топливный бак;
2 — линия подачи топлива; 3 — топливный фильтр; 4 — насос распределительного типа; 5 — трубка высокого давления; 6 — форсунка; 7 — трубка возврата топлива

Отключение работы насоса
Механическое (рычаг остановки) или электрическое (соленоидный клапан) устройство отключения прерывает ра- боту дизеля, прекращая подачу топли- ва. Электрический способ широко рас- пространен в легковых автомобилях.

]

Электронное управление работой дизеля (EDC) для ТНВД распределительного типа:
1 — топливо подкачивающий насос; 2 — электромагнитный клапан; 3 — устройство синхронизации; 4 — втулка управления; 5 — вращающийся исполнительный механизм с измерительным датчиком; 6 — ECU. Входные/выходные величины: а — скоростной режим;
b — начало впрыскивания; с — температура; d — давление наддува; е — положение педали газа; f — возврат топлива; g — к распылителю

Распределительный ТНВД VE может также быть оснащен различными дополнительными устройствами, например, кор­рек­торами топ­ливоподачи или ускорителем холодного пуска, которые позволяют индивидуально адаптировать ТНВД к особенностям данного дизеля.

Дополнительные устройства распределительного ТНВД VE

Распределительный ТНВД VE может также быть оснащен различными дополнительными устройствами, например, кор­рек­торами топ­ливоподачи или ускорителем холодного пуска, которые позволяют индивидуально адаптировать ТНВД к особенностям данного дизеля.

Автоматический регулятор частоты вращения включает в себя центробежные грузы 4, которые через муфту регулятора и систему рычагов воз­действуют на дози­рующую муфту 12, изменяя таким образом величину топливоподачи в зависимости от скоростного и на­грузочного режимов дизеля. Корпус ТНВД закрыт сверху крышкой, в которой установлена ось рычага управления, связанного с педалью акселератора.

Автомат опережения впрыскивания топлива является гидравлическим устройством, работа которого определяется давлением топлива во внутренней по­лости ТНВД, создаваемым топливным насосом низкого давления с регулирующим перепу­скным клапаном 2.