Устройство работа топливных насосов дизельных двигателей

Топливная система автомобиля — это система питания двигателя топливом. Главная функция топливной системы заключается в питании двигателя топливом. Кроме того, топливная система отвечает за хранение и очистку топлива.

Рассмотрим устройство топливной системы двигателя. Элементами топливной системы автомобиля являются бак, топливоприводы, насос, устройства смесеобразования, инжекторы, фильтры.

• Бак. В нём хранится бензин либо дизель. Для забора топлива бак оснащается насосом.
• Насос. Устройство, непосредственно осуществляющее подачу топлива к карбюратору или форсункам (в зависимости от того, какой тип двигателя на авто установлен — карбюраторный или со впрыском топлива).
• Топливопроводы. Шланги, трубки, при помощи которых топливный насос высокого давления присоединяется к форсункам. Непосредственно участвуют в транспортировке топлива в устройство образования смеси. Топливопроводы играют две функции: и подводят топливо в бак, и, напротив, отводят излишки топлива. В связи с этим топливопроводы бывают подающими и сливными.
• Устройства смесеобразования (инжектор, карбюратор или моновпрыск). В этих устройствах топливо соединяется с воздухом, в результате образуется эмульсия (в таком виде топливо и поступает в цилиндры двигателя).
• Датчики уровня топлива. Служат для определения уровня топлива в баке. Работают в «паре» с указателем уровня топливной смеси на приборной панели. Датчики бывают контактными и бесконтактыми. При работе с традиционным топливом (бензин, дизель) достаточно контактных датчиков. Бесконтактные датчики рекомендованы для агрессивных сред (если в качестве топлива используется биодизель, метанол, этанол).
• Инжекторные устройства. Электроника для координации и контроля работы форсунок, датчиков, клапанов осечки.
• Фильтры. Добавочные фильтры для грубой и тонкой очистки. В большинстве случаев (за исключением двигателей с прямым впрыском топлива) фильтры встроены в редукционный клапан (отвечает за регулировку рабочего давления в системе).
• Подогреватели топлива. Актуальны для дизелей. Необходимость установки подогревателей в этом случае обусловлена свойства самого дизельного топлива. При понижении температуры у него увеличивается уровень вязкости, что неблагоприятно сказывается на функционировании устройства.

Что это такое

Прежде чем детально разобрать и устройство, и принцип работы, на котором основан ТННД, следует вникнуть в суть этого агрегата. Нужно как минимум понять, что это такое, для чего используется и где стоит в автомобиле. Важно уловить назначение приспособления. Это во многом упростит дальнейшее понимание устройства.

Задача наноса низкого давления заключается в том, чтобы создать оптимальные условия для работы все системы топливоподачи в машине. В зависимости от конкретного автомобиля, на разные машины могут устанавливаться различные виды устройств.

ТННД выступает как элемент, используемый для доставки топлива к ТНВД.

То есть два предусмотренных системой насоса непосредственно связаны друг с другом. В основном помпу низкого давления размещают непосредственно на коробе фактически главного насоса, то есть устройства высокого давления, либо около него. Между ними предусмотрено соединение на основе специальных трубок. По ним протекает топливо, параллельно проходя через очищающие фильтры. Это система грубой и тонкой фильтрации, что необходимо для удаления всех посторонних примесей, присутствующих в горючем.

Неисправности ТНВД

Независимости от вида установленного ТНВД или надежности самого дизельного двигателя рано или позже – устройство начинает барахлить.

ТНВД Bosh

Несмотря на то что принцип работы у различных видов ТНВД в каждом случае иной, признаки неисправности устройство имеет практически аналогичные:

• Увеличивается расход топлива.
• Подача топлива к форсунке от ТНВД нарушена.
• Ремень ГРМ соскальзывает с шестерни ТНВД.
• Протекает топливо из насоса.
• Двигатель плохо заводится.
• Автомобиль сильно дымит при движении.

Главное, прежде чем приступить к ремонту топливного насоса следует исключить другие виды неисправностей. Вышеперечисленные признаки лишь намек и на самом деле могут говорить о чем угодно, вплоть от неисправности самих форсунок. Именно поэтому первым делом следует провести полную диагностику дизельного двигателя. Желательно сделать это с применением современной электроники – тогда результат будет гарантированно точен, вам не придется тратиться на ненужный ремонт, а неполадки двигателя будут устранены на 100%.

Основные неисправности и ресурс топливных насосов

На ресурс любого топливного насоса влияет качество топлива. В среднем, срок службы составляет до 200 тысяч километров, но первые сбои в работе могут возникать уже после 100 тысяч километров пробега.

Сетка бензонасоса

Наиболее частой проблемой является загрязнение системы. Оно приводит к повреждению и заклиниванию рабочих частей механизма. С целью предотвращения подобных неисправностей устанавливается фильтр очистки (сеточка) бензонасоса. Для погружных конструкций, помимо качества, принципиальным является и количество оставшегося топлива в баке. Если его мало, моторчик перегревается и не получает достаточного охлаждения.

Довольно часто на погружных насосах располагается датчик уровня топлива. Он работает по следующему принципу: поплавок датчика бензонасоса всегда плавает на поверхности жидкости в баке. В зависимости от его положения датчик посылает сигналы и оповещает водителя о необходимости пополнить бак.

Специалисты рекомендуют не допускать снижения уровня топлива в баке менее 5-10 литров.

Одной из распространенных причин отказа запуска мотора является перегорание предохранителя бензонасоса. В этом случае он потребует замены. Месторасположение самого предохранителя зависит от марки авто. Это может быть как подкапотное пространство, так и салон автомобиля.

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.

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

Основной причиной выхода из строя бензинового ТНВД служит низкое качество топлива на автозаправках. Что подвержено износу? Сначала образуются потертости на барабане, если заглянуть внутрь, видно характерную красноватость, похожую на ржавчину. Хорошо заметны потертости и на плунжерах. Первыми тревожными звоночками о нарушении правильной работы ТНВД служат снижение мощности и приемистости двигателя. Позже двигатель перестаёт заводиться. Во-избежании сложного и дорогого ремонта, владельцу данного агрегата, советуем сразу ехать в автосервис.

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

Число плунжерных пар соответствует количеству цилиндров, корпус насоса имеет специальные канальцы подводящие топливо. Движение плунжера происходит от кулачка, который перемещается за счёт коленвала. Специальные пружины плотно прижимают плунжеры к кулачкам. При движении плунжера, то открывается, то закрывается впускное и выпускное отверстие, благодаря давлению в системе, открывается нагнетательный клапан и соляра поступает на форсунку. Отрегулировать количество подаваемого на форсунки топлива можно, как механическим путём, так и электронным способом.

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.

Можно выделить следующие основные конструктивные элементы топливного насоса:

1. Плунжер (поршень) + Цилиндр (втулка) = Плунжерная система (пара)

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

Всего один завод на все пост Советское пространство изготавливал плунжерные пары. Изготовление плунжерных пар сегодня происходит таким образом.

Если внимательно изучить процесс производства плунжерных пар, то отчетливо видно, что огромное значение уделяют прецизионному сопряжению (зазор между плунжерной парой). Плунжер плавно входит в цилиндр под действием собственного веса.

Как изначально упоминалось, топливный насос служит не только для подачи топлива в топливную систему, но и подает его к форсункам на каждый цилиндр на бензиновом двигателе.

Форсунки являются связующим звеном этой цепи и соединяются с насосом специальными трубопроводами. Для эффективного впрыска топлива форсунки соединяются с нижней распылительной частью с специальными отверстиями для увеличения эффективности впрыска топлива с дальнейшим воспламенением. Момент впрыска топливной смеси в камеру сгорания регулируется углом опережения зажигания.

Типы топливных насосов

Существует три основных типа ТНВД , котор ые мы с вами рассмотрим:

1. распределительный ;
2. рядный
3. магистральный.

Рядный ТНВД

Рядный топливный насос высокого давления оснащен плунжерными парами, которые располагаются друг с другом. Их количество зависит от количества рабочих цилиндров двигателя и соответствует ему. Одна плунжерная пара обеспечивает подачу топлива только для одного цилиндра.

Пары устанавливаются в корпусе насоса, в котором имеются каналы входа и выхода. Плунжер приводится в работу при помощи кулачкового вала, который имеет привод от коленчатого вала.

При вращении кулачкового вала топливного насоса, кулачки воздействуют на толкатели плунжеров приводя их в движении внутри втулок насоса. Вследствие впускные и выпускные отверстия начинают последовательно открываться и закрываться. Когда плунжер движется вверх во втулке создается давление, которое приводит к открытию нагнетательного клапана, через который топливо подается к форсунке по топливопроводу.

Момент подачи топлива регулируется специальным устройством (муфтой центробежного типа). Работа муфты центробежного типа основана на перемещении грузиков под действием центробежной силы.

Центробежная сила изменяется по мере роста (или уменьшения) величины оборотов коленчатого вала двигателя, вследствие чего грузики расходятся к внешним краям муфты, либо сближаются к оси. Происходит смещение кулачкового вала относительно привода, что приводит к изменению работы плунжеров.

Когда обороты коленчатого вала увеличиваются – происходит ранний впрыск топлива, когда уменьшаются – поздний впрыск топлива.

Рядные топливные насосы зарекомендовали себя своей надежностью. Они совсем не привередливы к качеству топлива и смазка ТНВД осуществляется обычным моторным маслом.

Недостатки рядных топливных насосов высокого давления – их размер.

Распределительный ТНВД

Распределительный ТНВД включает в себя один или два плунжера, что зависит от объема двигателя.

И эти один или два плунжера работают на все цилиндры двигателя. Таким образом удалось не только обеспечить более равномерную подачу топлива, но и уменьшить габариты топливного насоса высокого давления. Недостатки распределительных ТНВД в их надежности и долговечности.

Распределительные ТНВД имеют различные типы привода:

1. торцевой привод;
2. внутренний привод;
3. внешний привод;

Наиболее эффективными себя показали торцевые и внутренние приводы ТНВД, с меньшей нагрузкой.

Кстати, такие импортные насосы, как Bosch, оснащены именно торцевым и внутренним приводом, а внешний привод имеют насосы отечественного производства.

Основным элементом в торцевом приводе Bosch является распределительный плунжер, который создает давление и распределяет горючую смесь по цилиндрам. Плунжер распределитель при этом совершает вращательные и возвратно-поступательные перемещения при вращательных движениях кулачковой шайбы.

Плунжер совершает возвратно-поступательно движение одновременно с вращением кулачковой шайбы, которая обегает кольцо. Воздействие шайбы на плунжер обеспечивает высокое давление топлива. Возврат плунжера в начальное положение осуществляется с помощью возвратного механизма.

Именно вращательное движение плунжера, что приводится от приводного вала, способствует распределению топлива в цилиндрах. Величина подачи топлива обеспечивается с помощью электромагнитного клапана или центробежной муфты.

Работа насоса состоит из нескольких этапов:

1. Закачка порции топлива в надплунжерное пространство;
2. Нагнетание давления за счет сжатия и распределение топлива по цилиндрам.
3. Возвращение плунжера в исходное положение. Повторение цикла работы.

Внутренний кулачковый привод ТНВД

Такой привод топливных насосов применяется в распределительных ТНВД роторного типа, например, Bosch VR, Lucas DPC. В данном типе ТНВД распределение горючей смеси происходит за счет плунжера и распределительной головки.

Распределительный вал оснащается двумя плунжерами, расположенными друг напротив друга, которые нагнетают топливо. Тем выше давление в насосе, чем меньше расстояние между плунжерами. По мере возрастания давления топливо поступает к форсункам через нагнетательные клапана.

Магистральный ТНВД

Магистральный ТНВД используется в известной системе подачи топлива Common Rail. Работа магистрального ТНВД заключается в накапливании топлива в топливной рампе, затем подается на форсунки. Давление в магистральном топливном насосе высокого давления составляет примерно 180 Мпа.

Магистральный насос бывает одно-, двух- или трех плунжерным. Приводится магистральный ТНВД от кулачкового вала.

Когда кулачки воздействуют на плунжер, тот перемещается вниз, происходит расширение компрессионной камеры, давление падает и создается разряжение, которое приводит к открытию впускного клапана, и топливо начинает поступать.

Когда плунжер подымается – давление растет и клапан закрывается. Когда давление достигает необходимой отметки, топливо через выпускной клапан нагнетается в топливную рампу.

Процесс подачи топлива в магистральном ТНВД регулируется дозирующим топливным клапаном, открытие и закрытие, которого осуществляется с помощью электроники.