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.
Топливный насос высокого давления
Какой бы ни была разновидность ТНВД, главным элементом его схемы в любом случае остаётся плунжерная пара.
Что же это за штуковина? Проще говоря, она представляет собой поршень (плунжер), вставленный в цилиндр (втулку). Но не думайте, что это такая уж простая деталь. На самом деле плунжерная пара крайне прецизионное устройство, изготовить которое можно только на высокоточном оборудовании.
Только представьте себе, расстояние между поршнем и втулкой должно составлять микроны! Кстати, это одна из причин, по которой дизельные моторы выходят из строя – некачественное топливо, имеющее в составе микрочастицы грязи, пагубно влияют на работоспособность плунжеров, царапая и загрязняя их.
Виды топливного насоса высокого давления
Различают, следующие типы насосов высокого давления:
- Бензиновые двигатели, с прямым впрыском топлива.
- 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.
Устройство и принцип работы топливного насоса бензинового двигателя GDI
На рисунке выше показан ТНВД бензинового двигателя GDI, состоит из:
- Клапан-регулятор низкого давления
- Регулятор частоты вращения
- Штуцер с дросселем для выхода топлива
- Распределительная головка
- Насос низкого давления
- Автомат опережения впрыскивания топлива
- Внутренняя полость насоса
- 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.
Читайте также:5 общих признаков неисправности топливного насоса(бензонасоса)
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.
Читайте также:Почему гудит бензонасос? Указывает ли шум в бензонасосе на его неисправность?
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
Рядный топливный насос высокого давления состоит из:
- 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
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.
Читайте также:Изучаем автомобиль: для чего нужен регулятор давления топлива
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.
Какой уровень давления обеспечивают ТНВД?
Поскольку основной задачей ТНВД является точное дозирование и своевременная подача топлива, его рабочие характеристики во многом зависят от требуемых для конкретного автомобиля режимов работы. Следует понимать, что каждый насос имеет некоторый диапазон рабочего давления, а не одну конкретную величину. Так, например, рядные ТНВД для дизельных моторов, в зависимости от модели, могут создавать максимальное давление до 55-135 МПа. При этом в отдельной модели минимальный показатель на холостом ходу может быть 15 МПа, а максимум при полной нагрузке — 130 МПа.
Магистральные насосы системы Common Rail достигают максимальных показателей до 135-200 МПа и каждое последующее поколение увеличивает не только верхний, но и нижний порог диапазона. Для примера, самые первые системы Bosch CP1 предполагают работу в диапазоне от 17 до 135 МПа, тогда как системы четвертого CP4 поколения способны развивать от 23 до 200 МПа.
Для бензиновых двигателей с непосредственным впрыском топлива (системы GDI) достаточно обеспечить давление в диапазоне 3-11 МПа.
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.
Вал привода 1 топливного насоса расположен внутри корпуса ТНВД, на валу установлен ротор 17 топливного насоса низкого давления и шестерня привода вала регулятора с грузами 4. За валом 1 неподвижно в корпусе насоса установлено кольцо с роликами и штоком привода автомата опережения впрыскивания топлива 14. Привод вала ТНВД осуществляется от коленчатого вала дизеля, шестеренчатой или ременной передачей. В четырехтактных двигателях частота вращения вала ТНВД составляет половину от частоты вращения коленчатого вала, и работа распределительного ТНВД осуществляется таким образом, что поступательное движение плунжера синхронизировано с движением поршней в цилиндрах дизеля, а вращательное обеспечивает распределение топлива по цилиндрам. Поступательное движение обеспечивается кулачковой шайбой, а вращательное – валом топливного насоса.
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.
Как работает плунжер
Основной рабочий орган любого ТНВД — плунжернaя пара. Это пара поршня и втулки, которые изготовлены из очень качественных сталей и идеально подогнаны друг к другу. Во втулке просверлены 2 отверстия на разных уровнях — одно впускное, второе выпускное. Поршень (плунжер) всасывает дизель через впускное отверстие, а выводит через отводное. Схема работы сопряжённой пары рядного насоса показана на схеме ниже.
Каждый плунжер имeет спиралевидную канавку, так называемую отсечную кромку. Во время возвратно-поступательного движения плунжера, канавка попеременно перекрывает отверстия во втулке, а к форсункам топливо поступает через ограничительный клапан, нагруженный пружиной.
Такие разные и одинаковые ТНВД
Переходим к разновидностям ТНВД. Так как инженерная мысль находится в постоянном поиске и попытках сделать мир лучше, появляются всё новые и новые технические решения.
В современном автомобилестроении топливный насос высокого давления представлен в трех основных типах:
- рядные;
- распределительные;
- магистральные.
Давайте попробуем разобраться, зачем их столько навыдумывали.
Рядный
Итак, рядный топливный насос высокого давления. В принципе, название этого типа насосов говорит само за себя. В них плунжерные пары расположены в один ряд, причём их количество равно количеству цилиндров мотора.
В одном корпусе с плунжерами расположен кулачковый вал, который и приводит их в действие, а сам вал имеет привод от коленвала двигателя. Такая вот система.
Управление подачей дизтоплива к форсункам может происходить как механически, так и при помощи электронных блоков управления.
Считается, что рядные ТНВД очень надёжны и неприхотливы к качеству горючего. Тем не менее, из-за своих внушительных габаритов они перестали использоваться на легковых авто с начала 2000-х годов.
Распределительный
Следующий топливный насос высокого давления, о которых мы вспомнили – распределительный.
Главным его отличием от предыдущей разновидности является наличие всего лишь одного или двух плунжеров. Чтобы обеспечить питание для всех цилиндров и никого не обидеть, плунжер вращается, попеременно подавая горючее в магистраль каждого.
Грубо говоря, его работу можно сравнить с револьвером, в котором бы по кругу вращался не барабан, а ствол.
Регулировка подачи солярки может быть и механической и электронной при помощи клапана, работающего под руководством блока управления двигателя.
Сам плунжер в распределительных ТНВД может иметь несколько вариантов привода:
- торцевой кулачковый;
- внутренний кулачковый;
- внешний кулачковый.
Первые два варианта из списка считаются наиболее оптимальными, так как меньше изнашивают механизмы насоса, хотя, в целом, данный топливный насос высокого давления нельзя назвать долговечным.
Магистральный
Ну и наконец, третий тип насосов – магистральный. В его составе может быть до трёх плунжеров, привод которых обеспечивается кулачковым валом или кулачковой шайбой, движущихся внутри ТНВД.
В отличие от своих собратьев, этот насос может развить очень высокое давление, а его главная задача заключается в нагнетании горючего в топливную рампу (аккумулятор), которое потом при помощи форсунок распределяется по цилиндрам.
Контролирует подачу горючего электронный клапан дозировки, находящийся в ведении блока управления мотором. Нужный объём топлива рассчитывается на основе информации, поступающей от многочисленных датчиков, разбросанных по силовому агрегату.
Кстати, о системе подачи топлива дизелей, в которой используются магистральные ТНВД, мы уже говорили в предыдущих статьях – это Common Rail, наиболее любимая технология у автопроизводителей.
ТНВД на бензиновом и дизельном двигателе
Изначально насосы, обеспечивающие высокое давление, использовались исключительно для питания дизельных моторов. В бензиновых системах такая конструкция получила применение только в ДВС с непосредственным впрыском, где наиболее важны давление и точность подачи.
Насосы высокого давления имеют крайне сложную конструкцию, работают с повышенными нагрузками и требуют бережной эксплуатации. Важную роль играет качество топлива и отсутствие в нем примесей воды и абразивных частиц (например, пыли). При использовании ТНВД на бензиновом двигателе нагрузка меньше, чем на дизеле, что относительно продлевает срок его службы.
Располагается насос высокого давления в подкапотном пространстве в непосредственной близости от мотора (либо может устанавливаться на двигатель). Для его питания используется дополнительный подкачивающий топливный насос низкого давления. В зависимости от марки и категории автомобиля могут применяться различные типы ТНВД.
ТНВД разных конструкций и основные узлы
Главным рабочим механизмом насоса является плунжерная пара. Она состоит из плунжера (поршня) и втулки (гильзы). При перемещении поршня в гильзе формируется очень высокое давление, а потому для обеспечения безопасности и корректной работы пары, детали должны иметь высокую точность изготовления.
В силу этой особенности плунжерная пара в профессиональной сфере получила наименование прецизионная. Принцип работы плунжерной пары прост: поршень выполняет возвратно-поступательные движения внутри втулки и обеспечивает всасывание, сжатие и подачу топлива в надплунжерное пространство.
Устройство ТНВД
Самые первые ТНВД, построенные в середине ХХ века, конструктивно напоминали копию самого двигателя. Они состояли из:
- корпуса;
- плунжeрных пар (поршневых насосов высокого давления);
- кулачкового распределительного вала, с приводом от коленвала;
- зубчатой рейки, регулирующей подачу топлива;
- систему регулировки угла опережения подачи топлива.
Каждый из цилиндров имел свою плунжерную пару. Такие конструкции ТНВД называют рядными и до сих пор они используются в дизельных двигателях грузовых автомобилях и спецтехники, сельхозтехники устаревшей конструкции.
Ремонт, регулировка и проверка работоспособности ТНВД Bosch
Расшифровка аббревиатуры ТНВД вам уже известна – топливный насос высокого давления. Его изобрел Роберт Бош. И сегодня механизмы его фирмы устанавливаются на автомобилях. Но если вы столкнулись с поломкой, заменить насос на новый довольно затратно. Поэтому многие автолюбители проводят ремонт ТНВД Бош своими руками.
Это сложное устройство, в котором не каждый может разобраться. Поэтому важно найти мастера, который знает схему механизма и разбирается в моделях. Не каждый мастер может разобраться в схеме ТНВД в разрезе. Но если вы уверены в своих силах, проводите ремонт самостоятельно.
Замена плунжерной пары ТНВД Бош своими руками:
- Снимите клеммы с аккумулятора.
- Разберите все провода вокруг насоса, отсоедините от него все шланги.
- Снимите переднюю крышку мотора и вытащите насос.
- Аккуратно разберите насос и открутите плунжер. Почистите все детали от грязи.
- Проверьте состояние всех роликов и реек, на них не должно быть износа.
- Со старой плунжерной пары скрутите клапаны и «глушилку», поставьте их на новый механизм.
- Соберите все в обратном порядке.
Проверка на стенде по меткам
Для диагностики отдельных частей насоса, например, плунжеров, используются специальные стенды. Без них сложно определить, какая именно часть сломалась.
Непосредственный впрыск топлива в цилиндры дает мотору выигрыш в мощности. Он использует все лошадиные силы, которые заложены производителем. Это обеспечивается специальными форсунками и ТНВД. Расшифровка ТНВД проста: топливный насос высокого давления, он стоит на всех дизельных автомобилях. Его называют самой сложной и дорогой деталью этих авто.
