Топливный насос на


Устройство и принцип работы топливного насоса

Топливный насос предназначен для подачи топлива из бака в двигатель автомобиля. Он обеспечивает равномерную дозировку и необходимое для правильной работы мотора постоянное давление. В практике автомобилестроения применяются несколько видов насосов, отличающихся не только конструктивно, но и типом привода. О том, как устроены наиболее популярные топливные насосы, и пойдет речь далее.

Устройство топливных насосов

В зависимости от типа привода насосы для подачи топлива разделяются на две большие группы: механические и электрические. Первые используются только в карбюраторных двигателях, а также в качестве подкачивающих насосов в дизельных двигателях. Вторые применяются и для бензиновых, и для дизельных моторов.

Механические топливные насосы

Устройство механического топливного насоса

Механический насос располагается на двигателе и приводится в движение специальным эксцентриком. Конструктивно он состоит из следующих элементов:

  • корпус;
  • диафрагма;
  • толкатель;
  • шток;
  • возвратная пружина;
  • клапаны на всасывающем и нагнетательном каналах;
  • фильтр;
  • эксцентрик.

В автомобилях, оснащенных задним приводом, эксцентрик находится на валу привода масляного насоса, а в авто с передним приводом он размещается на распределительном валу двигателя. Перемещение диафрагмы в таком насосе и обеспечивает движение топлива. Когда диафрагма находится в нижней точке, в рабочей камере возникает разрежение, и последняя заполняется жидкостью. Когда диафрагма перемещается в верхнее положение, происходит выталкивание топлива в нагнетательный трубопровод. Клапаны при этом препятствуют обратному ходу топлива.

Для дизельных двигателей такие системы часто используются как насосы низкого давления. Они выполняют функцию подкачивания топлива и располагаются рядом с насосами высокого давления (ТНВД). С практической стороны это позволяет преодолеть гидравлическое сопротивление системы фильтрации и создать стабильное избыточное давление.

Насосы для подачи топлива с электрическим приводом

Роликовый топливный насос. 1 – обратный клапан; 2 – предохранительный клапан; 3 – электрический разъем; 4 – электродвигатель; 5 – рабочее колесо

Электрические насосы устанавливаются на двигателях с распределенным и непосредственным впрыском. Они приводятся в действие при помощи электрического привода от аккумулятора или генератора. По своему устройству электронасосы разделяются на следующие группы:

  • Вакуумные. Такой насос имеет аналогичную конструкцию с механическим, но эксцентрик, приводящий в движение рабочие узлы, заменен на электропривод.
  • Роликовые. В таком устройстве топливо перемещается благодаря вращению ротора (движению роликов). В момент, когда дистанция между роликом и ротором увеличивается, возникает разрежение, открывается всасывающий клапан, и топливо всасывается до полного заполнения. В следующий момент вращение ротора обеспечивает уменьшение расстояния, и через открывшийся нагнетающий клапан топливо подается к двигателю.
  • Шестеренчатые. Всасывание и нагнетание топлива реализуется за счет вращения шестерни-ротора. Она расположена эксцентрично по отношению к шестерне-статору. Зубья шестерен формируют камеры, через которые проходит топливо. В ходе вращения объёмы камер постоянно изменяются, что обеспечивает нужное давление.
  • Центробежные. Такой насос имеет рабочее колесо, оснащенное лопатками, которые перемещают топливо от всасывающего к нагнетательному каналу. Давление создается за счет завихрений, возникающих при воздействии лопаток на рабочую жидкость.
  • Плунжерные. Бензонасосы такой конструкции — редкое явление. Подобные системы преимущественно используются в автомобилях на дизельном топливе в качестве ТНВД. Они имеют пары плунжеров, приводимые в движение кулачковым валом. При движении плунжера вверх последовательно закрываются выпускное и впускное отверстия. Это формирует необходимое для открытия нагнетательного клапана давление и последующую подачу топлива к форсункам двигателя.
Читайте также:  Устройство, виды и назначение топливных фильтров

Особенности работы топливных насосов

Погружной бензонасос

Чтобы определить, где находится электрический топливный насос в системе, необходимо учесть его конструктивные особенности. Так например, роторные и шестеренчатые устанавливаются непосредственно в системе топливопровода, а центробежный насос всегда находится в бензобаке. По месту расположения топливные насосы разделяют на:

  • Выносные — монтируются на кузове автомобиля.
  • Погружные — устанавливаются в топливном баке таким образом, чтобы он был погружен в топливо. Такие конструкции наиболее популярны в современных авто. За счет погружения механизма в рабочую жидкость обеспечивается его охлаждение, а также исключается вероятность «сухого хода». Модуль погружного бензонасоса состоит из датчика уровня топлива, фильтра грубой очистки топлива, самого электрического бензонасоса и регулятора давления.

В автомобилях с бензиновым двигателем топливный насос создает высокое давление в диапазоне 0,3-0,4 МПа. В системах непосредственного впрыска топлива может обеспечиваться давление до 0,7 МПа.

Включение электрического насоса происходит при помощи реле, получающего сигнал от блока управления двигателя. Питание проходит через предохранитель в цепи бензонасоса, приводя последний в работу одновременно с включением системы зажигания или сразу после открытия двери водителя. Само реле может располагаться возле блока управления двигателя или в составе блока предохранителей.

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.

(2 оценок, среднее: 5,00 из 5) Загрузка...

Топливный насос: назначение, виды, устройство, принцип действия

Ключевым устройством любой топливной системы бензинового ДВС является топливный насос (ТН), основным назначением которого является подача топлива под определенным давлением к топливным форсункам или карбюратору (в зависимости от типа двигателя).

Топливные насосы различаются по типу привода на механические и электрические устройства.

Топливный насос механический

Топливный насос механического типа или бензонасос используется на двигателях, оснащенных карбюраторами. Работа насоса обеспечивается механическим приводом от распредвала ДВС, как правило, через вспомогательные устройства, например, привод может быть осуществлен через вал масляного насоса. В любом случае насос находится на двигателе.

Механический насос является одним из видов поршневого насоса.

Конструкция механического топливного насоса

Насос подобного типа имеет достаточно сложную конструкцию, состоящую из следующих механизмов и элементов:

  • корпуса с защитной крышкой;
  • диафрагмы – располагается в средней части корпуса;
  • штока – соединяется с диафрагмой;
  • возвратной пружины – устанавливается на шток;
  • клапанов – всасывающего и нагнетательного, которые расположены в верхнем отсеке корпуса;
  • фильтра сетчатого – устанавливается в защитной крышке;
  • привода механического

Основным конструкционным элементом механического ТН является диафрагма, которая состоит из 2-3 мембран, уплотненных между собой прокладками. Как уже было сказано выше, диафрагма насаживается на шток, который с обратной стороны соединен с механическим приводом ТН.

На разных марках автомобилей может быть установлен механический привод разной конструкции – двуплечный рычаг (коромысло) или толкатель с рычагом и балансиром (чаще применяется на отечественных автомобилях).

Механический привод осуществляется при помощи эксцентрика распредвала. Совершая вращательные движения эксцентрик воздействует на шток, который толкает диафрагму, преодолевая воздействия пружины.

Полость, расположенная над диафрагмой увеличивается в размере, при этом происходит поступление топлива (бензина) в насос из бака через клапан всасывания. В этот момент нагнетательный клапан полностью закрыт.

Далее эксцентрик освобождает приводной рычаг, вместе с тем диафрагма возвращается в исходное положение под воздействием пружины. В полости над диафрагмой возрастает рабочее давление и происходит открытие нагнетательного клапана, благодаря чему топливо попадает в карбюратор. В этот момент закрывается всасывающий клапан.

Рабочие циклы топливного насоса повторяются при совершении очередного оборота эксцентрика, расположенного на приводном валу.

Бензин поступает в поплавковую камеру карбюратора. При ее заполнении топливом запорная игла перекрывает доступ бензина.

Диафрагма при этом стопорится на места, а насос работает вхолостую до того момента, пока не потребуется очередная порция топлива для заполнения карбюратора.

Регулировка производительности топливного механического насоса осуществляется путем автоматического изменения амплитуды перемещения диафрагмы.

Топливный насос электрический

Топливный электронасос используется в бензиновых ДВС, оснащенных системой распределенного впрыска топлива.

Кроме этого данный тип насосов может также применяться как на дизелях, так и на бензиновых двигателях с системой прямого впрыска топлива. В этом случае электрический ТН встраивается в контур низкого давления для того чтобы обеспечить подачу топлива к ТНВД.

Электрический ТН способен создавать рабочее давление в диапазоне 0,3 - 0,7 МПа. Топливный электронасос может устанавливаться как в топливопроводе, так и непосредственно в топливном баке.

Чаще всего насос устанавливается внутрь бака, что обеспечивает более быстрое охлаждение насоса, за счет его погруженности в топливо.

Конструкция электрического топливного насоса

Электрический насос состоит из:

  • привода электрического типа (электрический двигатель);
  • металлического корпуса;
  • датчика расхода топлива;
  • топливного заборника;
  • топливного фильтра сетчатого;
  • клапанов – обратного и редукционного

Конструктивно топливный электронасос можно разделить на две части: электродвигатель и, непосредственно, насос. Обе части объединены в одном металлическом корпусе. Все элементы насоса находятся в постоянном контакте с топливом.

Это возможно благодаря высокому электрическому сопротивлению бензина, который выступает в роли изолятора и предотвращает короткое замыкание.

Работа насоса обеспечивается двумя клапанами: редукционным и обратным. Обратный клапан обеспечивает запирание топливной системы при остановке двигателя.

А редукционный клапан необходим для поддержания в топливной системе необходимого давления, что обеспечивается отсеканием излишков топлива.

Виды электрических ТН

Существует три основных вида топливных электронасосов – шестеренный, центробежный и роликовый.

Шестеренный насос

В шестеренном насосе топливо подается при помощи ротора (внутренней шестерни, подвижной), который располагается эксцентрично относительно статора (внешней шестерни, неподвижной). При вращении ротора боковые части его зубьев образуют небольшие камеры, которые меняют свой размер в зависимости от того, в каком месте проходят статор.

На входе камеры имеют максимальный размер и засасывают за счет разряжения в себя топливо. По мере вращения относительно статора камера уменьшается в размерах, за счет чего обеспечивается подача и нагнетание топлива на выходе из насоса.

Роликовый насос

Аналогичный принцип используется в роликовом насосе, в котором подача топлива осуществляется также благодаря эксцентричному расположению вращающегося ротора с подвижными роликами и неподвижного статора. Ролики перемещаются в специальных углублениях в роторе. Пространство, возникающее между ротором и роликом, полностью заполняется топливом в момент, когда ролик под действием центробежной силы максимально стремится вырваться из ротора.

Продолжая вращаться, ротор перемещает ролики относительно статора, форма которого меняется, заставляя ролики прижиматься к центру оси вращения ротора и сжимая тем самым топливо. На выходе создается дополнительное условие, при котором открывается отверстие выпуска, и топливо под высоким давлением удаляется из насоса.

Центробежный насос

В центробежном насосе подача топлива обеспечивается при помощи крыльчатки, которая оснащается специальными лопатками по всему периметру. Вращение крыльчатки происходит внутри полости, оснащенной двумя каналами – всасывающим и нагнетательным. Вращательные движения лопаток обеспечивают вихревой поток топлива, за счет чего достигается повышение давления.

Если шестеренный и роликовый насосы в силу особенностей конструкции монтируются непосредственно в топливопровод, то центробежный насос размещается в топливном баке. В современных топливных системах предпочтение отдается центробежному насосу, который значительно менее шумный, обеспечивает более ровный (без пульсаций) поток подаваемого топлива, хотя при этом и имеет ограничения по производительности и создаваемому давлению.

Управление работой электрического ТН обеспечивается благодаря блоку управления ДВС. Топливный насос начинает свою работу параллельно с включением зажигания, однако существуют автомобили, в которых насос активируется при открытии водительской двери (еще до того, как будет вставлен ключ зажигания или нажата кнопка пуска).

Электрический насос способен поддерживать довольно узкий, но достаточный для нормальной работы двигателя, диапазон рабочего давления, которое регулируется за счет изменения напряжения и при помощи предохранительного клапана, ограничивающего максимально допустимое давление в системе.

Устройство топливного насоса

Работа двигателей внутреннего сгорания, использующихся на самых разных видах транспорта и техники, основана на сгорании топливо-воздушной смеси и выделяемой в результате этого процесса энергии. Но для того, чтобы силовая установка функционировала, топливо должно подаваться порционно в строго определенные моменты. И задача эта лежит на системе питания, входящей в конструкцию мотора.

Системы подачи топлива двигателей состоят из ряда составных элементов, у каждого из которых своя задача. Одни из них фильтруют топливо, удаляя из него загрязняющие элементы, другие осуществляют дозировку и подачу его во впускной коллектор или непосредственно в цилиндр. Все эти элементы выполняют свою функцию с топливом, которое к ним еще нужно подать. И это обеспечивают используемые в конструкциях систем топливные насосы.

Насос в сборе

Как и у любого жидкостного насоса, задача узла, используемого в конструкции мотора – закачка топлива в систему. Причем практически везде нужно, чтобы оно подавалось под определенным давлением.

Типы топливных насосов

В разных типах моторов используются свои виды топливных насосов. Но в целом, все их можно разделить на две категории – низкого и высокого давления. Использование того или иного узла зависит от конструктивных особенностей и принципа работы силовой установки.

Так, у бензиновых моторов, поскольку воспламеняемость бензина значительно выше дизельного топлива, и при этом загорается топливо-воздушная смесь от стороннего источника, то высокого давления в системе не требуется. Поэтому в конструкции используются насосы низкого давления.

Насос бензинового двигателя

Но стоит отметить, что в инжекторных бензиновых системах последнего поколения, топливо подается прямо в цилиндр (непосредственный впрыск), поэтому бензин должен подаваться уже под высоким давлением.

Что касается дизелей, то у них смесь загорается от воздействия давления в цилиндре и температуры. К тому же само топливо имеет непосредственный впрыск в камеры сгорания, поэтому, чтобы форсунка смогла его впрыснуть, нужно значительное давление. И для этого в конструкции используется насос высокого давления (ТНВД). Но отметим, что без использования насоса низкого давления в конструкции системы питания не обошлось, поскольку сам ТНВД не может закачивать топливо, ведь в его задачу входит только сжатие и подача на форсунки.

Все используемые насосы на силовых установках разных типов можно также разделить на механические и электрические. В первом случае узел работает от силовой установки (используется шестеренчатый привод или от кулачков вала). Что касается электрических, то они в действие приводятся от своего электродвигателя.

Если более конкретно, то на бензиновых моторах системы питания используют только насосы низкого давления. И лишь в инжекторе с непосредственным впрыском имеется ТНВД. При этом в карбюраторных моделях этот узел имел механический привод, а вот в инжекторных используется электрические элементы.

Механический бензонасос

В дизелях же применяется два типа насосов – низкого давления, который закачивает топливо, и высокого давления – сжимающий дизтопливо перед тем, как оно поступит на форсунки.

Топливоподкачивающий насос дизеля обычно имеет механический привод, хотя встречаются и электрические модели. Что касается ТНВД, то он в работу приводится от силовой установки.

Разница в создаваемом давлении насосов низкого и высокого давления очень разительна. Так, для работы инжекторной системы питания достаточно всего 2,0-2,5 Бар. Но это рабочий диапазон давления самого инжектора. Качающий топливо узел же, как обычно, обеспечивает его немного с избытком. Так, давление топливного насоса инжектора варьируется от 3,0 до 7,0 Бар (зависит от типа и состояния элемента). Что касается карбюраторных систем, то там бензин подается практически без давления.

А вот в дизелях для подачи топлива нужно очень высокое давление. Если взять систему Common Rail последнего поколения, то в контуре «ТНВД-форсунка» давления дизтоплива может достигать 2200 Бар. Поэтому насос и работает от силовой установки, поскольку для функционирования его требуется достаточно много энергии, а ставить мощный электродвигатель не целесообразно.

Естественно, рабочие параметры и создаваемое давление сказываются на конструкции этих узлов.

Виды бензонасосов, их особенности

Разбирать устройство бензонасоса карбюраторного двигателя не будем, поскольку такая система питания уже не используется, да и конструктивно он очень прост, и ничего особого в нем нет. А вот электрический бензонасос инжектора следует рассмотреть подробнее.

Стоит отметить, что на разных машинах используются разные виды топливных насосов, отличающиеся по конструкции. Но в любом случае узел делится на две составляющие – механическую, которая и обеспечивает закачку топлива, и электрическую, приводящую в действие первую часть.

На инжекторных автомобилях могут использоваться насосы:

  • Вакуумные;
  • Роликовые;
  • Шестеренчатые;
  • Центробежные;

Насосы роторного типа

И разница между ними, в основном, сводится к механической части. И только устройство топливного насоса вакуумного типа полностью отличается.

Вакуумный

В основу работы вакуумного насоса положен обычный бензонасос карбюраторного мотора. Единственная лишь разница в приводе, но сама механическая часть практически идентична.

Имеется мембрана, разделяющая рабочий модуль на две камеры. В одной из этих камер располагается два клапана – впускной (связан каналом с баком) и выпускной (ведущий к топливной магистрали, подающей топливо далее в систему).

Эта мембрана при поступательном движении создает разрежение в камере с клапанами, что приводит к открытию впускного элемента и закачке в нее бензина. При обратном движении впускной клапан перекрывается, но открывается выпускной и топливо просто выталкивается в магистраль. В общем все просто.

Что касается электрической части, то работает она по принципу втягивающего реле. То есть, имеется сердечник, и обмотка. При подаче напряжения на обмотку, возникающее в ней магнитное поле втягивает сердечник, связанный с мембраной (происходит ее поступательное движение). Как только напряжение пропадает, возвратная пружина возвращает мембрану в исходное положение (возвратное движение). Подача импульсов на электрическую часть управляется электронным блоком управления инжектором.

Роликовый

Что касается остальных видов, то у них электрическая часть, в принципе, идентична и представляет собой обычный электродвигатель постоянного тока, работающий от сети 12 В. А вот механические части – разные.

Роликовый топливный насос

В роликовом типе насоса рабочими элементами являются ротор с проделанными пазами, в которые установлены ролики. Эта конструкция помещена в корпус с внутренней полостью сложной формы, имеющая камеры (впускную и выпускную, сделанные в виде проточек и соединенные с подающей и выпускной магистралями). Суть работы сводится к тому, что ролики просто перегоняют бензин с одной камеры во вторую.

Шестеренчатый

В шестеренчатом типе используется две шестеренки, установленные одна в другую. Внутренняя шестерня – меньше по размеру, и движется по траектории эксцентрика. Благодаря этому между шестернями имеется камера, в которой и осуществляется захват топлива из подающего канала и перекачка его в выпускной канал.

Шестеренчатый насос

Центробежный тип

Роликовый и шестеренчатый типы электробензонасосов – менее распространены, чем центробежные, они же – турбинные.

Центробежный насос

Устройство топливного насоса такого типа включает в себя крыльчатку с большим количеством лопастей. При вращении эта турбина создает завихрения бензина, что обеспечивает его всасывание в насос и дальнейшее выталкивание в магистраль.

Мы рассмотрели устройство топливных насосов немного упрощенно. Ведь в их конструкции имеются дополнительно впускные и редукционные клапаны, в задачу которых входит подача топлива только в одном направлении. То есть, бензин, попавший в насос, вернуться в бак уже сможет только по обратной магистрали, пройдя через все составные элементы системы питания. Также в задачу одного из клапанов входит запирание и прекращение закачки при определенных условиях.

Турбинный насос

Что касается насосов высокого давления, используемых в дизельных моторах, то там принцип действия кардинально отличается, и подробно о таких узлах системы питания узнать можно здесь.

Электрические топливные насосы — DRIVE2

Введение в тему:

Помните у Высоцкого «Бензин, моя кровь, на нуле»? И хотя речь шла о поршневом самолете-истребителе, эта метафора справедлива и для автомобиля. Топливная система сродни кровеносной, без нее любая машина мертва.

Все знают, что система состоит из компонентов. И лучше всего, если эти компоненты вместе с сервисными возможностями предлагаются из одних рук – значит, они сконструи­рованы, изготовлены и испытаны «в связке» друг с другом.

Сказанное в полной мере относится к продукции большинства именитых компании. Конечно, у продукции есть и другие производители. Их можно посмотреть, например, здесь conrad.ru/catalog/toplivnye_i_maslyanye_nasosy/

Применительно к топливу мы видим в ее каталогах электрические топливные насосы (магистральные и погружные), модульные узлы подачи топлива, топливные насосы с механическим приводом, редукционные и обратные клапаны, датчики уровня топлива в баке, топливные шланги, приборы для контроля за системой и различных измерений и другие позиции.

Насколько хорошо и точно компоненты выполняют свои функции, расскажает система бортовой диагностики OBD (On-board diagnostics) – ее компоненты также входят в ассортимент.

Виды насосов и схемы их расположения

В зависимости от расположения в топливной системе электрические насосы подразделяются на погружные (In-Tank) и магистральные (In-Line). Иными словами, первые располагаются в топливном баке, а вторые – в топливной магистрали.

Возможные варианты и комбинации монтажа насосов показаны на рисунках сверху. Эти иллюстрации весьма наглядны и особых комментариев не требуют. Лишь добавим, что насосы In-Tank, как правило, конструктивно сложнее. Например, в модуль подачи топлива могут быть интегрированы некоторые датчики и компоненты системы диагностики.

Итак, насос подает топливо из бака в систему питания под требуемым давлением. Поговорим о видах электрических топливных насосов. Начнем с преимуществ перед механическими собратьями. Они очевидны: меньше подвижных частей; компактная цилиндрическая конструкция без выступающих рычагов и боковых штуцеров; удобство монтажа – например, не надо прижимать приводной рычаг к кулачку и одновременно затягивать крепежные болты.В современных конструкциях насосная часть (собственно механизм) располагается на валу электродвигателя. А подаваемое топливо обес­печивает охлаждение и смазку подвижных деталей.

На входе в электрический насос устанавливают сетчатый фильтр грубой очистки топлива. Почему грубой? Из гидродинамики известно: где поток жидкости, там опасность кавитации, а кавитация – это серьезная механическая атака на детали. Сетчатые фильтры не такие нежные, как фильтры тонкой очистки. Насос они защищают неплохо, а тонкая очистка топлива происходит после насоса, ближе к форсункам. Впрочем, топливо бывает таким, что его так просто не очистишь. И тогда грязь самым пагубным образом сказывается на работе насоса. К этой проблеме мы вернемся в следующей статье.

Кроме фильтра, в некоторые насосы встраивают управляемый обратный клапан и клапан ограничения давления (редукционный). Первый сохраняет давление в насосе даже при выключенном зажигании, а второй следит, чтобы это давление не стало слишком высоким. И в случае превышения стравливает его.

Различают несколько видов конструкции насосных станций. Но на первом этапе их разделяют на лопастные и объемные.

Начнем с лопастных насосов. Подача топлива в них осуществляется за счет центробежной силы ротора. Давление они создают сравнительно небольшое – от 0,2 до 3 бар, поэтому применяются для предварительной подкачки топлива либо в качестве первого звена в двухступенчатом насосе.

Когда электродвигатель не работает, топливо в таких насосах может возвращаться во входную магистраль – там нет ни замкнутых камер, ни клапанов на входе. В документации PIERBURG лопастные насосы обозначаются символом S (см. рисунок на предыдущей странице).

Теперь о других насосах – объемных. Их применяют при более высоком давлении в системе (до 6,5 бар). У всех объемных насосов есть общая конструктивная особенность – замкнутая камера. При остановке электродвигателя обратное перетекание топлива здесь невозможно, за исключением нарушения герметичности. Впрочем, это уже неисправность, поломка.К объемным насосам относятся шестеренчатые, шиберные пластинчатые, шиберные роликовые и винтовые конструкции. Их обозначения в документации таковы: шестеренчатый – T, шиберный пластинчатый – F, винтовой – L. Добавим, что тип насоса (электрический) маркируется буквой E, а типоразмер двигателя – цифрами 1, 2 или 3.

Теперь можно прочитать любое фирменное обозначение. Например, Е 1F – электрический насос (Е), диаметр 38 мм (1), шиберный (F); Е 2Т – электрический (Е), диаметр 43 мм (2), шестеренчатый (Т).Если же насос двухступенчатый, объединяющий функции подкачки и создания рабочего давления, его обозначение чуть сложнее – например, E3TS. Впрочем, расшифровать этот ребус все равно легко: электрический насос (E) повышенной мощности диаметром 43 мм (3), главная ступень шестеренчатая (T), предварительная ступень лопастная (S).

А каковы тенденции? На большинстве современных автомобилей топливный насос или модуль устанавливают в топливном баке. Насос при этом охлаждается эффективнее, а энергетические потери сокращаются благодаря отсутствию линии всасывания. Есть, правда, и минусы – линия нагнетания при этом увеличивается, что повышает ее уязвимость при небрежной эксплуатации или аварии.

Иллюстрации взяты по материалам компании MS Motorservice International

Устройство топливного насоса бензинового двигателя

Мы продолжаем наш цикл статей об устройстве топливной системы автомобиля. Сегодня речь пойдет о топливном насосе бензинового двигателя.

Механический и электрический бензонасос

Бензонасос представляет собой важнейший элемент топливной системы. Главной его задачей становится доставка горючего из топливного бака в задней части автомобиля к системе дозированной подачи в подкапотном пространстве. Такой системой считается карбюратор или инжектор. Бензонасос может быть представлен как механической конструкцией, так и электрическим бензонасосом.

Бензонасосы механического типа нашли свое применение в  автомобилях с карбюратором и обеспечивают подачу топлива под невысоким давлением. Электрические бензонасосы  применяются в авто с инжектором, так как отвечают за подачу  топлива под высоким давлением и поддерживают  рабочее давление в системе.

Механический бензонасос закреплен снаружи топливного бака или вблизи карбюратора, так как нет необходимости в создании высокого давления в системе топливоподачи.  Электрический бензонасос обязательно  находится внутри топливопровода  или резервуара с горючим.

Существует также схема установки сразу двух бензонасосов. Один бензонасос установлен в баке и работает с большими объемами топлива, прокачивая его под низким давлением. Другой бензонасос работает с малым объемом горючего и создает высокое давление перед системой впрыска. Такой насос имеет название топливный насос высокого давления. Его зачастую располагают в подкапотном пространстве вблизи силовой установки или прямо на ней.

Стоит отметить, что карбюраторные двигатели считаются устаревшими, давно уступив место более производительным, экономичным и экологичным инжекторным ДВС. Существует ряд моделей, где электрический насос находится под контролем ЭБУ. Система учитывает  положение дроссельной заслонки, качество топливно-воздушной смеси и состав выхлопа, тем самым параллельно корректируя работу бензонасоса.

Электрические бензонасосы самого современного типа в процессе поддержания высокого давления демонстрируют излишние шумы при работе и склонны к быстрому нагреву. Это обусловило место их расположения именно в топливном баке. Горючее охлаждает сам бензонасос, а стенки бензобака  значительно поглощают шум от работы устройства.

Конструкция механического насоса

Механический бензонасос состоит из:

  • крышки;
  • сетчатого фильтра;
  • верхней части корпуса;
  • тарелки верхней;
  • рабочих диафрагм;
  • дистанционных проставок;
  • предохранительной диафрагмы;
  • тарелки нижней;
  • штока;
  • возвратной пружины;
  • нижней части корпуса;
  • рычага для ручной подкачки;

Данная конструкция образует камеру, которая имеет впускные и выпускные клапаны. Указанные клапаны  находятся в верхней части корпуса механического бензонасоса. Такие клапаны являются  текстолитовыми шайбами, которые поджимаются  пружинами малого размера к латунным седлам клапана.

Принцип действия

Специальный приводной рычаг  механического бензонасоса все время осуществляет движение вверх и вниз, но диафрагма сдвигается рычагом  вниз только тогда, когда необходимо заполнение камеры топливного насоса. Диафрагма задвигается обратно вверх при помощи возвратной пружины. Так происходит процесс подачи топлива в карбюратор.

Если взглянуть на работу механического бензонасоса более внимательно, то следует учитывать небольшое различие для заднеприводных автомобилей и моделей с передним приводом. Авто с задними ведущими колесами  имеет эксцентрик, расположенный на  вале привода. Указанный элемент  оказывает воздействие на толкатель. Модели с передним приводом  имеют аналогичный эксцентрик, но он уже находится на распредвале двигателя.

Толкатель осуществляет нажатие на рычаг, а рычаг уже нажимает на балансир. Такой балансир находится в нижней части корпуса  самого бензонасоса. Балансир преодолевает сопротивление пружины и тянет вниз  шток с диафрагмами бензонасоса. Таким  способом достигается разрежение. Горючее  проходит через впускной штуцер, а впускной клапан пропускает топливо в полость над диафрагмами.

Далее эксцентрик  соскакивает с толкателя. Происходит освобождение рычага, балансира и штока с диафрагмами. Прижимная пружина  заставляет шток с диафрагмами двигаться вверх, тем самым  создавая давление в рабочей камере бензонасоса. Под образовавшимся давлением происходит закрытие впускного клапана и открытие выпускного. Через этот клапан горючее попадает в выпускной штуцер, далее продолжает движение по соединительному шлангу и проникает в поплавковую камеру карбюратора. Подробнее о карбюраторе можно узнать в статье об устройствах топливоподачи.

Если осуществлять ручную подкачку топлива на механическом бензонасосе, то рычаг подкачки на корпусе насоса через кулачок сразу оказывает воздействие на балансир и шток с диафрагмами. Толкатель в данном случае не задействуется.

Когда поплавковая камера в карбюраторе полностью заполнена, тогда игольчатый клапан больше не пропустит туда топливо, а насос будет работать в дежурном режиме. Дело заключается в том, что давление от  перемещения диафрагм в корпусе насоса все равно не способно преодолеть сопротивления игольчатого клапана.

Устройство электрического топливного насоса

Электробензонасос конструктивно в некоторых частях  напоминает по ряду элементов механический. Работает такой насос благодаря специальному сердечнику, который втягивается в электромагнитный клапан до того момента, пока не происходит отключение контактов для подачи электрического тока.

Поворот ключа в замке зажигания перед запуском является сигналом для бортового компьютера автомобиля. В бензонасос на данном этапе уже подается электрический ток. Двигатель еще не запускали, а  электродвигатель внутри бензонасоса за пару секунд уже поднимает давление в топливной системе до рабочего. Вот почему рекомендовано выждать 2-3 секунды перед тем, как начать крутить стартер и запускать мотор.

Если ЭБУ не получит сигнал об успешном запуске двигателя, тогда  бензонасос отключается в автоматическом режиме. Это сделано в целях обеспечения безопасности. Некоторые автомобили устроены так, что бензонасос включается уже в момент открытия двери водителя.

Электрический топливный насос способен  создавать давление топлива на отметке в 0,3-0,4 МПа, а в двигателях с системой непосредственного впрыска этот показатель доходит до 0,7 МПа. В данной статье мы не будем подробно говорить о топливном насосе высокого давления (ТНВД) для дизеля и бензиновых двигателей с прямым впрыском. Читайте о такой системе в соответствующем разделе сайта.

Особенностью бензинового электронасоса можно считать использование модульной системы в его конструкции. Это обусловлено его непосредственным контактом с топливом. Среди ключевых элементов насоса также находится топливозаборник, топливный фильтр и датчик, указывающий на расход топлива.

В электрическом насосе имеется диафрагма, которая движется вверх и вниз. Результатом становится то, что над диафрагмой при ходе вниз создается разрежение. Это позволяет открыться всасывающему клапану электронасоса. Через такой клапан бензин проходит через фильтр и оказывается в камере над диафрагмой.  Когда диафрагма движется вверх, тогда образующееся давление закрывает впускной клапан и открывает нагнетающий, что и проталкивает горючее дальше в систему.

Основные элементы простейшего электронасоса

Электрический бензонасос состоит из:

  • камеры;
  • впускного и выпускного клапана;
  • диафрагмы;
  • возвратной пружины;
  • электромагнитного клапана;
  • сердечника;
  • электрических контактов;

Обратный клапан отвечает за запирание топливной системы в том случае, когда двигатель остановлен. Редукционный клапан осуществляет поддержку высокого рабочего давления в топливной системе.

Виды топливных насосов

Сегодня  существуют электронасосы различных видов, но наиболее распространенными считаются:

  • роликовый;
  • шестеренный;
  • центробежный;

Роликовый

В основе такого насоса лежит ротор и ролики, которые обеспечивают всасывание и подачу топлива. Работа всей конструкция построена на увеличении объема пространства между ротором и роликом в процессе работы. В такой момент увеличения объема образуется разница в давлении, топливо заполняет образовавшееся пространство. Дальнейшая подача  горючего прекращается тогда, когда это пространство полностью заполняется. Следующим шагом становится вращение ротора и уменьшение объема пространства. Это обеспечивает нужное давление, что влечет открытие выпускного отверстия, а нагнетаемая доза топлива попадает в систему.

Шестеренный

Всасывание топлива в шестерном насосе построено на движении внутренней шестерни относительно внешней. Внутренняя шестерня и есть ротор, вторая же шестерня является внешней и называется статор. Ротор вращается, а в его боковых зубьях при вращении  получаются своеобразные камеры. С их помощью происходит всасывание и топливо нагнетается.

Рассмотренные выше шестернный и роликовый насосы имеют такие особенности конструкции, что размещать их возможно только в топливопроводе. Наиболее востребованным и широко распространенным видом топливных насосов в современных авто являются центробежные насосы. Они характеризуются низким уровнем шума и обеспечивают наибольшую равномерность подачи топлива.

Центробежный

Данные насосы располагаются внутри топливного бака. Основным элементом насоса подобного типа является крыльчатка с большим количеством лопастей. Указанная крыльчатка вращается внутри камеры. В этой камере имеются всасывающий и нагнетательный клапан. Результатом вращения лопастей крыльчатки становятся завихрения топлива, обеспечивается его активное всасывание, рост и поддержание рабочего давления в топливной системе.

Распространенные неисправности

Электрический топливный насос имеет достаточно большой ресурс, который заложен в него инженерами. Но такой ресурс становится реальным только при соблюдении ряда условий, которых в процессе эксплуатации добиться удается далеко не всегда.

Учтите, что топливный насос является далеко не самым дешевым элементом, так что будет лучше создать для работы насоса условия, максимально приближенные к идеальным. Добавим, что любому ответственному автовладельцу сделать это будет очень даже не сложно.

Главными врагами насосов являются:

  1. Езда с практически пустым топливным баком;
  2. Загрязненный топливный фильтр или сетка бензонасоса;

В первом случае насос плохо охлаждается по причине отсутствия должного количества топлива в баке, а также возрастает риск захватить из бака осевшую в самый низ грязь и даже воздух. Все это может послужить  поводом для сокращения ресурса и/или выхода топливного насоса из строя. Старайтесь сразу же и немедленно заправляться после загорания сигнальной лампочки, а еще лучше держите в баке не менее 5-10 литров  неприкосновенного запаса.

Второй  причиной неполадок с бензонасосом является использование грязного топлива низкого качества и несвоевременная замена фильтров. Топливному  насосу необходимо постоянно поддерживать рабочее давление. Протолкнуть топливо через забитые фильтры устройству намного сложнее, а это говорит о неизбежном возрастании нагрузки на насос и повышенном его износе.

В итоге

Итогом нашей статьи станет небольшой список основных признаков, которые помогут диагностировать проблемы с бензонасосом или неполадками в топливной системе:

  • Приходится очень долго крутить мотор стартером при запуске как холодного, так и ранее прогретого двигателя. Это может говорить о том, что насосу сразу не удается создать необходимое рабочее давление в системе;
  • Сложности при разгоне, двигатель с большим трудом набирает обороты, запоздалая реакция на нажатие педали газа, провалы и рывки в движении;
  • Вы уверены, что в баке есть бензин, машина заводится, но затем непредсказуемо глохнет;
  • Повышение шума, который слышен в салоне и исходит от топливного насоса. Насос может сильно гудеть, издавать треск, писк или хлопки;
  • Наблюдается увеличение расхода топлива по непонятным причинам;
  • Неустойчивая работа мотора в разных режимах работы, плавающие обороты и другие признаки, похожие на троение;
  • Полное отсутствие звука работающего бензонасоса в момент включения зажигания;

Теперь Вы познакомились с устройством различных типов топливных насосов, которые повсеместно встречаются на отечественных автомобилях и иномарках  различного года выпуска.

Не забывайте своевременно менять топливный фильтр и другие фильтрующие элементы топливной системы. Заправляйтесь качественным топливом на проверенных АЗС и не катайтесь на остатках топлива «до лампочки».

Соблюдение этих простых рекомендаций может служить надежной гарантией того, что бензонасос определенно не доставит Вам в процессе эксплуатации автомобиля никаких проблем.

Изучаем ТНВД — DRIVE2

Топливный насос высокого давления (сокр. ТНВД) — одно из основных и сложных устройств дизельного мотора. Он подает топливо в двигатель. Качественный ремонт дизельного ТНВД требует профессиональное оборудование для диагностики и регулировки. Наша специализированная станция оснащена таким оборудованием.

В подавляющем большинстве случаев, ремонт ТНВД необходим по причине применения низкокачественного топлива и моторных масел. При попадании с дизтопливом твердых частиц, пыли и т.п. способствует выходу из строя плунжерных пар, установка которых производится с микронным допуском. Также могут пострадать форсунки отвечающие за распыление и впрыск горючего. Основными признаками несправности в работе насоса и форсунок являются: увеличение расхода, дымность, посторонние шумы, снижение мощности, трудный запуск.

Самые современные моторы стали оснащаться электронными системами впрыска. Теперь ЭБУ отвечает за дозировку подачи топлива в цилиндры по времени и по количеству солярки. При появлении каких либо перебоев в работе следует, не откладывая, обратиться в дизель-сервис с профессиональным диагностическим оборудованием. В ходе ремонта топливного насоса высокого давления потребуется замена некоторых деталей. Диагностика позволяет определить степень износа и остаточный ресурс запчастей, позволяя съэкономить (не менять же всё подряд).

В ходе работ выясняется равномерность подачи топлива, стабильность давления, частота вращения вала и т.д.

По мере ужесточения норм допустимого выброса вредных веществ в атмосферу транспортными средствами, традиционные механические топливные насосы высокого давления (ТНВД) дизельных автомобилей оказались не в состоянии обеспечить необходимую точность дозирования топлива и скорость реагирования на изменяющиеся условия движения. Это привело к необходимости установки электронного регулирования топливной системы дизельного двигателя. Фирмами Bosch, Diesel Kiki и Nippon Denso был разработан ряд систем электронного управления подачей топлива на базе топливного насоса VЕ. Эти системы обеспечили повышение точности дозирования топлива в отдельные цилиндры, уменьшение межцикловой нестабильности процесса сгорания и уменьшение неравномерности работы дизеля в режиме холостого хода. В отдельных системах устанавливается быстродействующий клапан, который позволяет разделить процесс впрыска на две фазы, что уменьшает жесткость процесса сгорания.

Точное регулирование системы впрыска, не только способствует снижению выброса токсичных веществ в результате более полного сгорания топлива, но и повышает КПД двигателя и увеличение мощности.

В электронных системах применяются топливные насосы распределительного типа, которые дополнены управляемыми исполнительными устройствами для регулирования положения дозатора и клапана автомата опережения впрыска топлива.

Электронный блок управления получает сигналы от множества датчиков, таких как положения педали акселератора, частоты вращения вала двигателя, температуры охлаждающей жидкости и топлива, подъема иглы форсунок, скорости движения автомобиля, давления наддува и температуры воздуха на впуске.

Эти сигналы обрабатываются в электронном блоке управления. Суммированный сигнал посылается в ТНВД, обеспечивая подачу оптимального количества топлива к форсункам и оптимальный угол опережения впрыска в соответствии с эксплуатационными условиями. Если подключается дополнительная нагрузка (например, включают кондиционер воздуха), то в электронный блок управления приходит соответствующий сигнал, и дополнительная нагрузка компенсируется увеличением подачи топлива. Электронный блок управления также контролирует работу свечей накаливания в трех стадиях – период накаливания, установившийся режим работы свечей накаливания и период после накаливания, в зависимости от температуры.Рис. 1. Схема электронного регулирования одноплунжерного топливного насоса типа VE фирмы Bosch дизельного двигателя.Рис.2. Схема системы электронного управления одноплунжерного ТНВД: 1 – датчик начала впрыска; 2 – датчик ВМТ и частоты вращения коленчатого вала; 3 – расходомер воздуха; 4 – датчик температуры охлаждающей жидкости; 5 – датчик положения педали подачи топлива; 6 – блок управления; 7 – исполнительное устройство ускорителя пуска и прогрева двигателя; 8 – исполнительное устройство управления клапаном рециркуляции отработавших газов; 9 – исполнительное устройство управления углом опережения впрыска; 10 – исполнительное устройство привода дозирующей муфты; 11 – датчик хода дозатора; 12 – датчик температуры топлива; 13 – ТНВДОсновным элементом системы является электромагнитное исполнительное устройство 10, которое перемещает дозирующую муфту ТНВД.

Управление процессами топливоподачи осуществляется с помощь блока управления 6. В блок управления поступает информация от различных датчиков: начала впрыска 1, установленного в одной из форсунок впрыска топлива; верхней мертвой точки и частоты вращения коленчатого вала 2; расходомера воздуха 3; температуры охлаждающей жидкости 4; положения педали топлива 5 и др. В соответствии с заданными в памяти блока управления характеристиками управления и полученной информацией от датчиков блок управления выдает выходные сигналы на исполнительные механизмы управления цикловой подачей и углом опережения впрыска топлива. Таким образом, регулируется величина цикловой подачи топлива от холостого хода до режима полной нагрузки, а также во время холодного пуска.

Потенциометр исполнительного устройства посылает сигнал обратной связи в электронный блок управления, определяя точное положение дозирующей муфты. Угол опережения впрыскивания топлива регулируется подобным же образом.

Электронный блок управления формирует сигналы, обеспечивающие протекание регуляторных характеристик, стабилизацию частоты вращения холостого хода, рециркуляцию ОГ, степень которой определяется по сигналам датчика массового расхода воздуха. При этом в блоке управления сопоставляются реальные сигналы датчиков со значениями в запрограммированных полях характеристик, в результате чего на сервомеханизм исполнительных устройств передается выходной сигнал, обеспечивающий требуемое положение дозирующей муфты с высокой точностью регулирования.

В систему заложена программа самодиагностики и отработки аварийных режимов, что позволяет обеспечить движение автомобиля при большинстве неисправностей, кроме выхода из строя микропроцессора.

В большинстве случаев, для одноплунжерных насосов высокого давления распределительного типа, в качестве исполнительного устройства, регулирующего цикловую подачу, используется электромагнит 6 (рис.) с поворотным сердечником, конец которого соединен через эксцентрик с дозирующей муфтой 5. При прохождении тока в обмотке электромагнита сердечник поворачивается на угол от 0 до 60°, соответственно перемещая дозирующую муфту 5, с помощью которой происходит изменение цикловой подачи.Основным элементом системы является электромагнитное исполнительное устройство 10, которое перемещает дозирующую муфту ТНВД.Рис.3. Развернутая схема одноплунжерного насоса с электронным управлением: 1 – ТНВД; 2 – электромагнитный клапан управления автоматом опережения впрыскивания; 3 – жиклер; 4 – цилиндр автомата опережения впрыскивания; 5 – дозатор; 6 – электромагнитное устройство изменения подачи топлива; 7 – электронный блок управления; 8 – датчики температуры, давления наддува, положение подачи топлива; 9 – педаль управления; 10 – возврат топлива; 11 – подача топлива к форсунке

Управление автоматом опережения впрыска осуществляется электромагнитным клапаном 2, который регулирует давление топлива, действующего на поршень автомата. Клапан работает в импульсном режиме «открыт — закрыт», модулируя давление в зависимости от частоты вращения распределительного вала двигателя. Когда клапан открыт, давление уменьшается, и угол опережения впрыскивания также уменьшается. Когда клапан закрыт, давление увеличивается, перемещая поршень автомата в сторону увеличения угла опережения впрыска. Отношение импульсов определяется электронным блоком в зависимости от режима работы и температурного состояния двигателя. Для определения момента начала впрыска одна из форсунок имеет индукционный датчик подъема иглы.

В качестве исполнительных механизмов, воздействующих на органы, управляющие подачей топлива в ТНВД, применяются пропорциональные электромагнитные, моментные, линейные или шаговые электродвигатели, которые служат в качестве непосредственного привода дозатора топлива в насосах распределительного типа.

Рис.4. Электромагнитный исполнительный механизм ТНВД распределительного типа: 1 – датчик хода дозатора; 2 – исполнительное устройство; 3 – дозатор; 4 – клапан изменения угла начала впрыска с электромагнитным приводом

В корпус форсунки встроена катушка возбуждения 2 (рис.), на которую электронный блок управления подает определенное опорное напряжение, чтобы ток в электрической цепи поддерживался постоянным, независимо от изменений температуры.Рис.5. Схема форсунки с датчиками подъема иглы: 1 – регулировочный винт; 2 – катушка возбуждения; 3 – шток; 4 – провод; 5 – электрический разъем

Этот ток создает вокруг катушки магнитное поле. Как только игла форсунки поднимается, сердечник 3 изменяет магнитное поле, вызывая изменение сигнала напряжения. В определенный момент подъема иглы возникает пиковый импульс, который воспринимается электронным блоком управления и используется для управления углом опережения впрыска. Этот сигнал сравнивается с хранящимися в памяти электронного блока значениями для соответствующих эксплуатационных условий работы дизеля. Электронный блок управления посылает обратный сигнал на электромагнитный клапан, соединенный с рабочей камерой автомата опережения впрыскивания и давление, действующее на поршень автомата, изменяется, в результате чего поршень перемещается под действием пружины, изменяя угол опережения впрыскивания.

Максимальное давление впрыска, достигаемое электронным управлением топливоподачей на базе топливного насоса VЕ составляет 150 кгс/см2. Однако ресурсы этой конструктивной схемы по напряжениям в сложном кулачковом приводе практически исчерпаны. Более совершенными являются ТНВД следующего поколения – VP-44.

Она использована на последних моделях дизелей Opel Ecotec, Opel Astra, Audi, Ford, BMW, Daimler-Chrysler. Давление впрыска, развиваемое насосами такого типа достигает 1000 кгс/см2.Рис.6 Система непосредственного впрыска дизельного двигателя с ТНВД VP-44: А – датчики и исполнительные механизмы; В – приборы; С – контур низкого давления; Д – система подачи воздуха; Е – система нейтрализации вредных веществ в отработавших газах; М – крутящий момент; CAN – бортовой контроллер связи; 1 – датчик хода педали управления подачей топлива; 2 – механизм выключения сцепления; 3 – контакты тормозных колодок; 4 – регулятор скорости автомобиля; 5 – выключатель свечения накаливания и стартера (замок зажигания); 6 – датчик скорости автомобиля; 7 – индуктивный датчик частоты вращения коленчатого вала; 8 – датчик температуры охлаждающей жидкости; 9 – датчик температуры воздуха на впуске; 10 – датчик давления наддува; 11 – пленочный датчик массового расхода воздуха на впуске; 12 – комбинированная панель приборов; 13 – кондиционер с системой управления; 14 – колодка диагностики для подключения сканера; 15 – блок управления временем включения свечей накаливания; 16 – привод ТНВД; 17 – блок управления двигателем и ТНВД; 18 – ТНВД; 19 – топливный фильтр; 20 – топливный бак; 21 – датчик хода иглы форсунки первого цилиндра; 22 – штифтовая свеча накаливания; 23 – двигатель

Особенностью приведенной системы является совмещенный блок управления как для ТНВД, так и для других систем двигателя. Блок управления состоит из двух частей, оконечные каскады, питания электромагнитов которых расположены на корпусе ТНВД.Рис.7. Топливный насос высокого давления VP-44: 1 – топливоподкачивающий насос; 2 – датчик частоты и положения вала насоса; 3 – блок управления; 4 – золотник; 5 – электромагнит подачи; 6 – электромагнит угла опережения впрыска топлива; 7 – гидропривод устройства для изменения угла опережения впрыска топлива; 8 – ротор; 9 – кулачковая шайба

Контур низкого давления. Топливоподкачивающий насос (рис.) в ТНВД VP-44 шиберного типа, аналогичный рассмотренным выше. Давление топлива, создаваемое топливоподкачивающим насосом на стороне нагнетания, зависит от частоты вращения колеса насоса. В то же время это давление при возрастании частоты вращения увеличивается непропорционально. Клапан регулирования давления располагается в непосредственной близости от топливоподкачивающего насоса и соединяется с отводящим пазом через отверстие, пропускающее поток 5. Клапан изменяет давление нагнетания, создаваемое топливоподкачивающим насосом, в зависимости от требуемого расхода топлива. Топливо от топливоподкачивающего насоса поступает к насосной секции ТНВД и устройству опережения впрыскивания.Рис.8. Гидравлическая схема ТНВД VP-44: 1 – блок управления работой дизеля; 2 – клапан регулирования давления; 3 – поршень клапана регулирования давления; 4 – клапан дросселирования перепуска; 5 – отводной канал; 6 – дроссель; 7 блок управления ТНВД; 8 – поршневой демпфер; 9 – электромагнитный клапан управления подачей; 10 – нагнетательный клапан; 11 – форсунка; 12 – электромагнитный клапан установки момента начала впрыскивания; 13 – ротор-распределитель; 14 – насосная секция ТНВД с радиальным движением плунжеров; 15 – датчик угла поворота приводного вала ТНВД; 16 – устройство опережения впрыскивания; 17 – топливоподкачивающий насос

Если создаваемое давление топлива превышает определенную величину, торцевая кромка поршня 3 открывает отверстия, расположенные радиально, и через них поток топлива сливается по каналам насоса к подводящему пазу. Если давление топлива слишком мало, эти радиальные отверстия закрыты вследствие преобладания сил пружины. Предварительный натяг пружины определяет, таким образом, величину давления открытия клапана.

Для охлаждения топливоподкачивающего насоса и удаления из него воздуха топливо проходит через привинченный к корпусу насоса клапан дросселирования перепуска 4.

Этот клапан осуществляет отвод топлива через перепускной канал 5. В корпусе клапана находится нагруженный пружиной шарик, который позволяет вытекать топливу только по достижении определенной величины давления в канале.

Дроссель 6 очень малого диаметра, связанный с линией отвода, расположен в корпусе клапана параллельно основному каналу отвода топлива. Он обеспечивает автоматическое удаление воздуха из насоса. Весь контур низкого давления ТНВД рассчитан на то, что в топливный бак через клапан дросселирования перепуска всегда перетекает некоторое количество топлива.

Контур высокого давления. В контур высокого давления (рис.) входят ТНВД, а также узел распределения и регулирования величины и момента начала подачи с использованием только одного элемента — электромагнитного клапана высокого давления. Создание высокого давления насосной секции ТНВД с радиальным движением плунжеров

Насосная секция ТНВД с радиальным движением плунжеров создает требуемое для впрыскивания давление величиной до 1000 кгс/см2. Она приводится через вал и включает в себя: — соединительную шайбу; — башмаки 4 с роликами 2; — кулачковую шайбу 1; — нагнетающие плунжеры 5; — переднюю часть (головку) вала-распределителя 6.Рис.9. Примеры расположения плунжеров: а – для четырех или шести цилиндров; b – для шести цилиндров; с – для четырех цилиндров; 1– кулачковая шайба; 2 – ролик; 3 – направляющие пазы приводного вала; 4 – башмак ролика; 5 – нагнетающий плунжер; 6 – вал-распределитель; 7 – камера высокого давления

Крутящий момент от приводного вала передается через соединительную шайбу и шлицевое соединение непосредственно на вал-распределитель. Направляющие пазы 3 служат для того, чтобы через башмаки 4 и сидящие в них ролики 2 обеспечить работу нагнетающих плунжеров 5 сообразно внутреннему профилю кулачковой шайбы 1. Количество кулачков на шайбе соответствует числу цилиндров двигателя. В корпусе вала-распределителя нагнетающие плунжеры расположены радиально, что и дало название этому типу ТНВД. На восходящем профиле кулачка плунжеры совместно выдавливают топливо в центральную камеру высокого давления 7. Е зависимости от числа цилиндров двигателя и условий его применения существуют варианты ТНВД с двумя, тремя или четырьмя нагнетающими плунжерам (рис. 9 а, b, с).

Распределение топлива с помощью корпуса-распределителя Корпус-распределитель (рис. 9) состоит из:

• фланца 6;

• пригнанной к нему распределительной втулки 3;

• расположенной в распределительной втулке задней части вала-распределителя 2;

• запирающей иглы 4 электромагнитного клапана 7 высокого давления;

• аккумулирующей мембраны 10, разделяющей полости подкачки и слива;

• штуцера 16 магистрали высокого давления с нагнетательным клапаном 15.Рис.10. Корпус-распределитель: а — фаза наполнения b — фаза нагнетания: 1 – плунжер; 2 – вал-распределитель; 3 – распределительная втулка; 4 – запирающая игла электромагнитного клапана высокого давления; 5 – канал обратного слива топлива; 6 – фланец; 7 – электромагнитный клапан высокого давления; 8 – канал камеры высокого давления; 9 – кольцевой канал впуска топлива; 10 – аккумулирующая мембрана, разделяющая полости подкачки и слива; 11 – полость за мембраной; 12 – камера низкого давления; 13 – распределительная канавка; 14 – выпускной канал; 15 – нагнетательный клапан; 16 – штуцер магистрали высокого давления

В фазе наполнения на нисходящем профиле кулачков радиально движущиеся плунжеры 1 перемещаются наружу, к поверхности кулачковой шайбы. Запирающая игла 4 при этом находится в свободном состоянии, открывая канал впуска топлива. Через камеру низкого давления 12, кольцевой канал 9 и канал иглы топливо направляется от топливоподкачивающего насоса по каналу 8 вала-распределителя и заполняет камеру высокого давления. Излишек топлива вытекает через канал 5 обратного слива.

В фазе нагнетания плунжеры 1 при закрытой игле 4 перемещаются на восходящем профиле кулачков к оси вала-распределителя, повышая давление в камере высокого давления.

Благодаря этому топливо под высоким давлением движется по каналу 8 камеры высокого давления. Затем топливо через распределительную канавку 13, которая в этой фазе соединяет вал-распределитель 2 с выпускным каналом 14, штуцер 16 с нагнетательным клапаном 15, магистраль высокого давления и форсунку поступает в камеру сгорания двигателя.

Дозирование топлива с помощью электромагнитного клапана высокого давления.

Для дозирования цикловой подачи в контур высокого давления ТНВД встроен электромагнитный клапан высокого давления. В начале процесса впрыскивания на катушку 5 электромагнита подается напряжение, и якорь 4 перемещает иглу 4, прижимая ее к седлу 1. Если игла постоянно прижата к седлу, топливо не поступает, поэтому давление топлива в контуре быстро поднимается, открывая, таким образом, соответствующую форсунку. После того как необходимое количество топлива попало в камеру сгорания, напряжение с катушки 5 электромагнита снимается, электромагнитный клапан высокого давления открывается и давление в контуре снижается. Это влечет за собой запирание форсунки и окончание впрыскивания.

Точность управления этим процессом зависит от момента окончания работы электромагнитного клапана, что определяется моментом снятия напряжения с катушки.

К электромагнитному клапану 7 высокого давления по сигналу блока управления ТНВД в катушку электромагнита подается напряжение, и якорь перемещает иглу 4, прижимая ее к седлу 1. Если игла прижата к седлу, топливо поступает только в выпускной канал высокого давления 14 соединенный с нагнетательным клапаном 15, где давление резко повышается, а от него к форсунке. Дозирование подачи топлива определяется интервалом между моментом начала подачи и моментом открытия электромагнитного клапана и называется продолжительностью подачи. Продолжительность закрытия электромагнитного клапана, определяемая блоком управления, регулирует, таким образом, величину цикловой подачи топлива. После окончания впрыска, электромагнит клапана обесточивается, при этом электромагнитный клапан высокого давления открывается, и давление в контуре снижается, прекращая подачу топлива к форсунке.

Избыточное топливо, которое нагнетается вплоть до прохождения роликом плунжера верхней точки профиля кулачка, направляется через специальный канал в пространство за аккумулирующей мембраной. Скачки высокого давления, которые при этом возникают в контуре низкого давления, демпфируются аккумулирующей мембранной. Кроме того, это пространство сохраняет аккумулированное топливо для процесса наполнения перед последующим впрыскиванием.

Дня останова двигателя с помощью электромагнитного клапана полностью прекращается нагнетание под высоким давлением. Следовательно, не требуется дополнительный остановочный клапан, как это имеет место в распределительных ТНВД с управлением регулирующей кромкой.

Демпфирование волн давления с помощью нагнетательного клапана с дросселированием обратного потока. Нагнетательный клапан 15 с дросселированием обратного потока в конце очередного впрыскивания топлива предотвращает новое открытие распылителя форсунки, что исключает появление подвпрыскивания, которое возможно в результате появления волн давления или их отражений. Подвпрыскивание отрицательно сказывается на токсичности ОГ.

С началом подачи конус 3 клапана открывает клапан. Теперь топливо нагнетается через штуцер и магистраль высокого давления к форсунке. По окончании нагнетания давление топлива резко падает, и возвратная пружина прижимает конус клапана к его седлу. Обратные волны давления, возникающие при закрытии форсунки, гасятся дросселем нагнетательного клапана, что предотвращает подвпрыскивание топлива в камеру сгорания.

Устройство опережения впрыскивания топлива. Наиболее благоприятно процесс сгорания, равно как и лучшая отдача дизеля по мощности, протекает только в том случае, когда момент начала сгорания соответствует определенному положению коленчатого вала или поршня в цилиндре. Задачей устройства опережения впрыскивания является увеличение угла начала подачи топлива при повышении частоты вращения коленчатого вала. Это устройство, состоящее из датчика угла поворота приводного вала ТНВД, блока управления и электромагнитного клапана установки момента начала впрыскивания, обеспечивает оптимальный момент начала впрыскивания соответственно условиям эксплуатации двигателя, чем компенсирует временной сдвиг, определяемый сокращением периода впрыскивания и воспламенения при увеличении частоты вращения.

Устройство опережения впрыскивания, оснащенное гидравлическим приводом, встроено в нижнюю часть корпуса ТНВД поперек его продольной оси.

Кулачковая шайба 1 входит своей шаровой цапфой 2 в поперечное отверстие плунжера 3 так, что поступательное движение последнего превращается в поворот кулачковой шайбы. В середине плунжера находится регулировочный клапан 5, который открывает и закрывает управляющие отверстия в плунжере. По оси плунжера 3 расположен нагруженный пружиной 10 управляющий поршень 12, который задает положение регулировочного клапана.

Поперек оси плунжера находится электромагнитный клапан 15 установки момента начала впрыскивания. Блок управления ТНВД воздействует на плунжер устройства опережения впрыскивания с помощью этого клапана (рис.), на который непрерывно подаются импульсы тока постоянной частоты и переменной скважности. Клапан изменяет давление, действующее на управляющий поршень.Рис.11. Устройство опережения впрыскивания: 1 – кулачковая шайба; 2 – шаровая цапфа; 3 – плунжер установки угла опережения впрыскивания; 4 – подводной/отводной канал; 5 – регулировочный клапан; 6 – шиберный топливоподкачивающий насос; 7 – выход топлива; 8 – вход топлива; 9 – подвод от топливного бака; 10 – пружина управляющего поршня; 11 – возвратная пружина; 12 – управляющий поршень; 13 – кольцеобразная камера гидравлического упора; 14 – дроссель; 15 – электромагнитный клапан установки момента начала впрыскивания (в закрытом положении)Рис.12. Электромагнитный клапан установки момента начала впрыскивания: 1 – седло клапана; 2 – направление закрытия; 3 – игла клапана; 4 – якорь электромагнита; 5 – катушка; 6 – электромагнит

Page 2

Топливный насос высокого давления (сокр. ТНВД) — одно из основных и сложных устройств дизельного мотора. Он подает топливо в двигатель. Качественный ремонт дизельного ТНВД требует профессиональное оборудование для диагностики и регулировки. Наша специализированная станция оснащена таким оборудованием.

В подавляющем большинстве случаев, ремонт ТНВД необходим по причине применения низкокачественного топлива и моторных масел. При попадании с дизтопливом твердых частиц, пыли и т.п. способствует выходу из строя плунжерных пар, установка которых производится с микронным допуском. Также могут пострадать форсунки отвечающие за распыление и впрыск горючего. Основными признаками несправности в работе насоса и форсунок являются: увеличение расхода, дымность, посторонние шумы, снижение мощности, трудный запуск.

Самые современные моторы стали оснащаться электронными системами впрыска. Теперь ЭБУ отвечает за дозировку подачи топлива в цилиндры по времени и по количеству солярки. При появлении каких либо перебоев в работе следует, не откладывая, обратиться в дизель-сервис с профессиональным диагностическим оборудованием. В ходе ремонта топливного насоса высокого давления потребуется замена некоторых деталей. Диагностика позволяет определить степень износа и остаточный ресурс запчастей, позволяя съэкономить (не менять же всё подряд).

В ходе работ выясняется равномерность подачи топлива, стабильность давления, частота вращения вала и т.д.

По мере ужесточения норм допустимого выброса вредных веществ в атмосферу транспортными средствами, традиционные механические топливные насосы высокого давления (ТНВД) дизельных автомобилей оказались не в состоянии обеспечить необходимую точность дозирования топлива и скорость реагирования на изменяющиеся условия движения. Это привело к необходимости установки электронного регулирования топливной системы дизельного двигателя. Фирмами Bosch, Diesel Kiki и Nippon Denso был разработан ряд систем электронного управления подачей топлива на базе топливного насоса VЕ. Эти системы обеспечили повышение точности дозирования топлива в отдельные цилиндры, уменьшение межцикловой нестабильности процесса сгорания и уменьшение неравномерности работы дизеля в режиме холостого хода. В отдельных системах устанавливается быстродействующий клапан, который позволяет разделить процесс впрыска на две фазы, что уменьшает жесткость процесса сгорания.

Точное регулирование системы впрыска, не только способствует снижению выброса токсичных веществ в результате более полного сгорания топлива, но и повышает КПД двигателя и увеличение мощности.

В электронных системах применяются топливные насосы распределительного типа, которые дополнены управляемыми исполнительными устройствами для регулирования положения дозатора и клапана автомата опережения впрыска топлива.

Электронный блок управления получает сигналы от множества датчиков, таких как положения педали акселератора, частоты вращения вала двигателя, температуры охлаждающей жидкости и топлива, подъема иглы форсунок, скорости движения автомобиля, давления наддува и температуры воздуха на впуске.

Эти сигналы обрабатываются в электронном блоке управления. Суммированный сигнал посылается в ТНВД, обеспечивая подачу оптимального количества топлива к форсункам и оптимальный угол опережения впрыска в соответствии с эксплуатационными условиями. Если подключается дополнительная нагрузка (например, включают кондиционер воздуха), то в электронный блок управления приходит соответствующий сигнал, и дополнительная нагрузка компенсируется увеличением подачи топлива. Электронный блок управления также контролирует работу свечей накаливания в трех стадиях – период накаливания, установившийся режим работы свечей накаливания и период после накаливания, в зависимости от температуры.Рис. 1. Схема электронного регулирования одноплунжерного топливного насоса типа VE фирмы Bosch дизельного двигателя.Рис.2. Схема системы электронного управления одноплунжерного ТНВД: 1 – датчик начала впрыска; 2 – датчик ВМТ и частоты вращения коленчатого вала; 3 – расходомер воздуха; 4 – датчик температуры охлаждающей жидкости; 5 – датчик положения педали подачи топлива; 6 – блок управления; 7 – исполнительное устройство ускорителя пуска и прогрева двигателя; 8 – исполнительное устройство управления клапаном рециркуляции отработавших газов; 9 – исполнительное устройство управления углом опережения впрыска; 10 – исполнительное устройство привода дозирующей муфты; 11 – датчик хода дозатора; 12 – датчик температуры топлива; 13 – ТНВДОсновным элементом системы является электромагнитное исполнительное устройство 10, которое перемещает дозирующую муфту ТНВД.

Управление процессами топливоподачи осуществляется с помощь блока управления 6. В блок управления поступает информация от различных датчиков: начала впрыска 1, установленного в одной из форсунок впрыска топлива; верхней мертвой точки и частоты вращения коленчатого вала 2; расходомера воздуха 3; температуры охлаждающей жидкости 4; положения педали топлива 5 и др. В соответствии с заданными в памяти блока управления характеристиками управления и полученной информацией от датчиков блок управления выдает выходные сигналы на исполнительные механизмы управления цикловой подачей и углом опережения впрыска топлива. Таким образом, регулируется величина цикловой подачи топлива от холостого хода до режима полной нагрузки, а также во время холодного пуска.

Потенциометр исполнительного устройства посылает сигнал обратной связи в электронный блок управления, определяя точное положение дозирующей муфты. Угол опережения впрыскивания топлива регулируется подобным же образом.

Электронный блок управления формирует сигналы, обеспечивающие протекание регуляторных характеристик, стабилизацию частоты вращения холостого хода, рециркуляцию ОГ, степень которой определяется по сигналам датчика массового расхода воздуха. При этом в блоке управления сопоставляются реальные сигналы датчиков со значениями в запрограммированных полях характеристик, в результате чего на сервомеханизм исполнительных устройств передается выходной сигнал, обеспечивающий требуемое положение дозирующей муфты с высокой точностью регулирования.

В систему заложена программа самодиагностики и отработки аварийных режимов, что позволяет обеспечить движение автомобиля при большинстве неисправностей, кроме выхода из строя микропроцессора.

В большинстве случаев, для одноплунжерных насосов высокого давления распределительного типа, в качестве исполнительного устройства, регулирующего цикловую подачу, используется электромагнит 6 (рис.) с поворотным сердечником, конец которого соединен через эксцентрик с дозирующей муфтой 5. При прохождении тока в обмотке электромагнита сердечник поворачивается на угол от 0 до 60°, соответственно перемещая дозирующую муфту 5, с помощью которой происходит изменение цикловой подачи.Основным элементом системы является электромагнитное исполнительное устройство 10, которое перемещает дозирующую муфту ТНВД.Рис.3. Развернутая схема одноплунжерного насоса с электронным управлением: 1 – ТНВД; 2 – электромагнитный клапан управления автоматом опережения впрыскивания; 3 – жиклер; 4 – цилиндр автомата опережения впрыскивания; 5 – дозатор; 6 – электромагнитное устройство изменения подачи топлива; 7 – электронный блок управления; 8 – датчики температуры, давления наддува, положение подачи топлива; 9 – педаль управления; 10 – возврат топлива; 11 – подача топлива к форсунке

Управление автоматом опережения впрыска осуществляется электромагнитным клапаном 2, который регулирует давление топлива, действующего на поршень автомата. Клапан работает в импульсном режиме «открыт — закрыт», модулируя давление в зависимости от частоты вращения распределительного вала двигателя. Когда клапан открыт, давление уменьшается, и угол опережения впрыскивания также уменьшается. Когда клапан закрыт, давление увеличивается, перемещая поршень автомата в сторону увеличения угла опережения впрыска. Отношение импульсов определяется электронным блоком в зависимости от режима работы и температурного состояния двигателя. Для определения момента начала впрыска одна из форсунок имеет индукционный датчик подъема иглы.

В качестве исполнительных механизмов, воздействующих на органы, управляющие подачей топлива в ТНВД, применяются пропорциональные электромагнитные, моментные, линейные или шаговые электродвигатели, которые служат в качестве непосредственного привода дозатора топлива в насосах распределительного типа.

Рис.4. Электромагнитный исполнительный механизм ТНВД распределительного типа: 1 – датчик хода дозатора; 2 – исполнительное устройство; 3 – дозатор; 4 – клапан изменения угла начала впрыска с электромагнитным приводом

В корпус форсунки встроена катушка возбуждения 2 (рис.), на которую электронный блок управления подает определенное опорное напряжение, чтобы ток в электрической цепи поддерживался постоянным, независимо от изменений температуры.Рис.5. Схема форсунки с датчиками подъема иглы: 1 – регулировочный винт; 2 – катушка возбуждения; 3 – шток; 4 – провод; 5 – электрический разъем

Этот ток создает вокруг катушки магнитное поле. Как только игла форсунки поднимается, сердечник 3 изменяет магнитное поле, вызывая изменение сигнала напряжения. В определенный момент подъема иглы возникает пиковый импульс, который воспринимается электронным блоком управления и используется для управления углом опережения впрыска. Этот сигнал сравнивается с хранящимися в памяти электронного блока значениями для соответствующих эксплуатационных условий работы дизеля. Электронный блок управления посылает обратный сигнал на электромагнитный клапан, соединенный с рабочей камерой автомата опережения впрыскивания и давление, действующее на поршень автомата, изменяется, в результате чего поршень перемещается под действием пружины, изменяя угол опережения впрыскивания.

Максимальное давление впрыска, достигаемое электронным управлением топливоподачей на базе топливного насоса VЕ составляет 150 кгс/см2. Однако ресурсы этой конструктивной схемы по напряжениям в сложном кулачковом приводе практически исчерпаны. Более совершенными являются ТНВД следующего поколения – VP-44.

Она использована на последних моделях дизелей Opel Ecotec, Opel Astra, Audi, Ford, BMW, Daimler-Chrysler. Давление впрыска, развиваемое насосами такого типа достигает 1000 кгс/см2.Рис.6 Система непосредственного впрыска дизельного двигателя с ТНВД VP-44: А – датчики и исполнительные механизмы; В – приборы; С – контур низкого давления; Д – система подачи воздуха; Е – система нейтрализации вредных веществ в отработавших газах; М – крутящий момент; CAN – бортовой контроллер связи; 1 – датчик хода педали управления подачей топлива; 2 – механизм выключения сцепления; 3 – контакты тормозных колодок; 4 – регулятор скорости автомобиля; 5 – выключатель свечения накаливания и стартера (замок зажигания); 6 – датчик скорости автомобиля; 7 – индуктивный датчик частоты вращения коленчатого вала; 8 – датчик температуры охлаждающей жидкости; 9 – датчик температуры воздуха на впуске; 10 – датчик давления наддува; 11 – пленочный датчик массового расхода воздуха на впуске; 12 – комбинированная панель приборов; 13 – кондиционер с системой управления; 14 – колодка диагностики для подключения сканера; 15 – блок управления временем включения свечей накаливания; 16 – привод ТНВД; 17 – блок управления двигателем и ТНВД; 18 – ТНВД; 19 – топливный фильтр; 20 – топливный бак; 21 – датчик хода иглы форсунки первого цилиндра; 22 – штифтовая свеча накаливания; 23 – двигатель

Особенностью приведенной системы является совмещенный блок управления как для ТНВД, так и для других систем двигателя. Блок управления состоит из двух частей, оконечные каскады, питания электромагнитов которых расположены на корпусе ТНВД.Рис.7. Топливный насос высокого давления VP-44: 1 – топливоподкачивающий насос; 2 – датчик частоты и положения вала насоса; 3 – блок управления; 4 – золотник; 5 – электромагнит подачи; 6 – электромагнит угла опережения впрыска топлива; 7 – гидропривод устройства для изменения угла опережения впрыска топлива; 8 – ротор; 9 – кулачковая шайба

Контур низкого давления. Топливоподкачивающий насос (рис.) в ТНВД VP-44 шиберного типа, аналогичный рассмотренным выше. Давление топлива, создаваемое топливоподкачивающим насосом на стороне нагнетания, зависит от частоты вращения колеса насоса. В то же время это давление при возрастании частоты вращения увеличивается непропорционально. Клапан регулирования давления располагается в непосредственной близости от топливоподкачивающего насоса и соединяется с отводящим пазом через отверстие, пропускающее поток 5. Клапан изменяет давление нагнетания, создаваемое топливоподкачивающим насосом, в зависимости от требуемого расхода топлива. Топливо от топливоподкачивающего насоса поступает к насосной секции ТНВД и устройству опережения впрыскивания.Рис.8. Гидравлическая схема ТНВД VP-44: 1 – блок управления работой дизеля; 2 – клапан регулирования давления; 3 – поршень клапана регулирования давления; 4 – клапан дросселирования перепуска; 5 – отводной канал; 6 – дроссель; 7 блок управления ТНВД; 8 – поршневой демпфер; 9 – электромагнитный клапан управления подачей; 10 – нагнетательный клапан; 11 – форсунка; 12 – электромагнитный клапан установки момента начала впрыскивания; 13 – ротор-распределитель; 14 – насосная секция ТНВД с радиальным движением плунжеров; 15 – датчик угла поворота приводного вала ТНВД; 16 – устройство опережения впрыскивания; 17 – топливоподкачивающий насос

Если создаваемое давление топлива превышает определенную величину, торцевая кромка поршня 3 открывает отверстия, расположенные радиально, и через них поток топлива сливается по каналам насоса к подводящему пазу. Если давление топлива слишком мало, эти радиальные отверстия закрыты вследствие преобладания сил пружины. Предварительный натяг пружины определяет, таким образом, величину давления открытия клапана.

Для охлаждения топливоподкачивающего насоса и удаления из него воздуха топливо проходит через привинченный к корпусу насоса клапан дросселирования перепуска 4.

Этот клапан осуществляет отвод топлива через перепускной канал 5. В корпусе клапана находится нагруженный пружиной шарик, который позволяет вытекать топливу только по достижении определенной величины давления в канале.

Дроссель 6 очень малого диаметра, связанный с линией отвода, расположен в корпусе клапана параллельно основному каналу отвода топлива. Он обеспечивает автоматическое удаление воздуха из насоса. Весь контур низкого давления ТНВД рассчитан на то, что в топливный бак через клапан дросселирования перепуска всегда перетекает некоторое количество топлива.

Контур высокого давления. В контур высокого давления (рис.) входят ТНВД, а также узел распределения и регулирования величины и момента начала подачи с использованием только одного элемента — электромагнитного клапана высокого давления. Создание высокого давления насосной секции ТНВД с радиальным движением плунжеров

Насосная секция ТНВД с радиальным движением плунжеров создает требуемое для впрыскивания давление величиной до 1000 кгс/см2. Она приводится через вал и включает в себя: — соединительную шайбу; — башмаки 4 с роликами 2; — кулачковую шайбу 1; — нагнетающие плунжеры 5; — переднюю часть (головку) вала-распределителя 6.Рис.9. Примеры расположения плунжеров: а – для четырех или шести цилиндров; b – для шести цилиндров; с – для четырех цилиндров; 1– кулачковая шайба; 2 – ролик; 3 – направляющие пазы приводного вала; 4 – башмак ролика; 5 – нагнетающий плунжер; 6 – вал-распределитель; 7 – камера высокого давления

Крутящий момент от приводного вала передается через соединительную шайбу и шлицевое соединение непосредственно на вал-распределитель. Направляющие пазы 3 служат для того, чтобы через башмаки 4 и сидящие в них ролики 2 обеспечить работу нагнетающих плунжеров 5 сообразно внутреннему профилю кулачковой шайбы 1. Количество кулачков на шайбе соответствует числу цилиндров двигателя. В корпусе вала-распределителя нагнетающие плунжеры расположены радиально, что и дало название этому типу ТНВД. На восходящем профиле кулачка плунжеры совместно выдавливают топливо в центральную камеру высокого давления 7. Е зависимости от числа цилиндров двигателя и условий его применения существуют варианты ТНВД с двумя, тремя или четырьмя нагнетающими плунжерам (рис. 9 а, b, с).

Распределение топлива с помощью корпуса-распределителя Корпус-распределитель (рис. 9) состоит из:

• фланца 6;

• пригнанной к нему распределительной втулки 3;

• расположенной в распределительной втулке задней части вала-распределителя 2;

• запирающей иглы 4 электромагнитного клапана 7 высокого давления;

• аккумулирующей мембраны 10, разделяющей полости подкачки и слива;

• штуцера 16 магистрали высокого давления с нагнетательным клапаном 15.Рис.10. Корпус-распределитель: а — фаза наполнения b — фаза нагнетания: 1 – плунжер; 2 – вал-распределитель; 3 – распределительная втулка; 4 – запирающая игла электромагнитного клапана высокого давления; 5 – канал обратного слива топлива; 6 – фланец; 7 – электромагнитный клапан высокого давления; 8 – канал камеры высокого давления; 9 – кольцевой канал впуска топлива; 10 – аккумулирующая мембрана, разделяющая полости подкачки и слива; 11 – полость за мембраной; 12 – камера низкого давления; 13 – распределительная канавка; 14 – выпускной канал; 15 – нагнетательный клапан; 16 – штуцер магистрали высокого давления

В фазе наполнения на нисходящем профиле кулачков радиально движущиеся плунжеры 1 перемещаются наружу, к поверхности кулачковой шайбы. Запирающая игла 4 при этом находится в свободном состоянии, открывая канал впуска топлива. Через камеру низкого давления 12, кольцевой канал 9 и канал иглы топливо направляется от топливоподкачивающего насоса по каналу 8 вала-распределителя и заполняет камеру высокого давления. Излишек топлива вытекает через канал 5 обратного слива.

В фазе нагнетания плунжеры 1 при закрытой игле 4 перемещаются на восходящем профиле кулачков к оси вала-распределителя, повышая давление в камере высокого давления.

Благодаря этому топливо под высоким давлением движется по каналу 8 камеры высокого давления. Затем топливо через распределительную канавку 13, которая в этой фазе соединяет вал-распределитель 2 с выпускным каналом 14, штуцер 16 с нагнетательным клапаном 15, магистраль высокого давления и форсунку поступает в камеру сгорания двигателя.

Дозирование топлива с помощью электромагнитного клапана высокого давления.

Для дозирования цикловой подачи в контур высокого давления ТНВД встроен электромагнитный клапан высокого давления. В начале процесса впрыскивания на катушку 5 электромагнита подается напряжение, и якорь 4 перемещает иглу 4, прижимая ее к седлу 1. Если игла постоянно прижата к седлу, топливо не поступает, поэтому давление топлива в контуре быстро поднимается, открывая, таким образом, соответствующую форсунку. После того как необходимое количество топлива попало в камеру сгорания, напряжение с катушки 5 электромагнита снимается, электромагнитный клапан высокого давления открывается и давление в контуре снижается. Это влечет за собой запирание форсунки и окончание впрыскивания.

Точность управления этим процессом зависит от момента окончания работы электромагнитного клапана, что определяется моментом снятия напряжения с катушки.

К электромагнитному клапану 7 высокого давления по сигналу блока управления ТНВД в катушку электромагнита подается напряжение, и якорь перемещает иглу 4, прижимая ее к седлу 1. Если игла прижата к седлу, топливо поступает только в выпускной канал высокого давления 14 соединенный с нагнетательным клапаном 15, где давление резко повышается, а от него к форсунке. Дозирование подачи топлива определяется интервалом между моментом начала подачи и моментом открытия электромагнитного клапана и называется продолжительностью подачи. Продолжительность закрытия электромагнитного клапана, определяемая блоком управления, регулирует, таким образом, величину цикловой подачи топлива. После окончания впрыска, электромагнит клапана обесточивается, при этом электромагнитный клапан высокого давления открывается, и давление в контуре снижается, прекращая подачу топлива к форсунке.

Избыточное топливо, которое нагнетается вплоть до прохождения роликом плунжера верхней точки профиля кулачка, направляется через специальный канал в пространство за аккумулирующей мембраной. Скачки высокого давления, которые при этом возникают в контуре низкого давления, демпфируются аккумулирующей мембранной. Кроме того, это пространство сохраняет аккумулированное топливо для процесса наполнения перед последующим впрыскиванием.

Дня останова двигателя с помощью электромагнитного клапана полностью прекращается нагнетание под высоким давлением. Следовательно, не требуется дополнительный остановочный клапан, как это имеет место в распределительных ТНВД с управлением регулирующей кромкой.

Демпфирование волн давления с помощью нагнетательного клапана с дросселированием обратного потока. Нагнетательный клапан 15 с дросселированием обратного потока в конце очередного впрыскивания топлива предотвращает новое открытие распылителя форсунки, что исключает появление подвпрыскивания, которое возможно в результате появления волн давления или их отражений. Подвпрыскивание отрицательно сказывается на токсичности ОГ.

С началом подачи конус 3 клапана открывает клапан. Теперь топливо нагнетается через штуцер и магистраль высокого давления к форсунке. По окончании нагнетания давление топлива резко падает, и возвратная пружина прижимает конус клапана к его седлу. Обратные волны давления, возникающие при закрытии форсунки, гасятся дросселем нагнетательного клапана, что предотвращает подвпрыскивание топлива в камеру сгорания.

Устройство опережения впрыскивания топлива. Наиболее благоприятно процесс сгорания, равно как и лучшая отдача дизеля по мощности, протекает только в том случае, когда момент начала сгорания соответствует определенному положению коленчатого вала или поршня в цилиндре. Задачей устройства опережения впрыскивания является увеличение угла начала подачи топлива при повышении частоты вращения коленчатого вала. Это устройство, состоящее из датчика угла поворота приводного вала ТНВД, блока управления и электромагнитного клапана установки момента начала впрыскивания, обеспечивает оптимальный момент начала впрыскивания соответственно условиям эксплуатации двигателя, чем компенсирует временной сдвиг, определяемый сокращением периода впрыскивания и воспламенения при увеличении частоты вращения.

Устройство опережения впрыскивания, оснащенное гидравлическим приводом, встроено в нижнюю часть корпуса ТНВД поперек его продольной оси.

Кулачковая шайба 1 входит своей шаровой цапфой 2 в поперечное отверстие плунжера 3 так, что поступательное движение последнего превращается в поворот кулачковой шайбы. В середине плунжера находится регулировочный клапан 5, который открывает и закрывает управляющие отверстия в плунжере. По оси плунжера 3 расположен нагруженный пружиной 10 управляющий поршень 12, который задает положение регулировочного клапана.

Поперек оси плунжера находится электромагнитный клапан 15 установки момента начала впрыскивания. Блок управления ТНВД воздействует на плунжер устройства опережения впрыскивания с помощью этого клапана (рис.), на который непрерывно подаются импульсы тока постоянной частоты и переменной скважности. Клапан изменяет давление, действующее на управляющий поршень.Рис.11. Устройство опережения впрыскивания: 1 – кулачковая шайба; 2 – шаровая цапфа; 3 – плунжер установки угла опережения впрыскивания; 4 – подводной/отводной канал; 5 – регулировочный клапан; 6 – шиберный топливоподкачивающий насос; 7 – выход топлива; 8 – вход топлива; 9 – подвод от топливного бака; 10 – пружина управляющего поршня; 11 – возвратная пружина; 12 – управляющий поршень; 13 – кольцеобразная камера гидравлического упора; 14 – дроссель; 15 – электромагнитный клапан установки момента начала впрыскивания (в закрытом положении)Рис.12. Электромагнитный клапан установки момента начала впрыскивания: 1 – седло клапана; 2 – направление закрытия; 3 – игла клапана; 4 – якорь электромагнита; 5 – катушка; 6 – электромагнит

Топливный насос высокого давления

Сегодняшнее поколение водителей в своем большинстве ничего не слышали о тракторе ДТ-54, выпущенном на советских заводах количеством под миллион экземпляров. Вопрос на засыпку: что общего между ним, грузовым автомобилем КАМАЗ и японским джипом NISSAN SAFARI? Трактор, грузовик и легковой внедорожник.

Даже двигатели разнотипные: два первых транспортных средства оснащении дизелем, а Ниссан работает на бензине. Оказывается, что касается всех названных двигателей, на двигатель установлен топливный насос высокого давления (ТНВД).

Первым советским автомобильным двигателем с ТНВД был дизель «Коджу» (Коба Джугашвили), разработанный для ярославского грузовика Я-5. Работы по проектированию начались в 1931 году в одной из «шараг», организованных в те времена для некоторых представителей технической интеллигенции.

Здесь под руководством начальника КБ Н. Р. Бриллинга и был создан дизельный двигатель, окончательно доведенный к 1935 году и получивший название «НАТИ-Коджу». На нем был установлен рядный ТНВД, изготовленный на Самарском карбюраторном заводе. В силу ряда причин Я-5 не пошел в серию. Однако все наработки в дальнейшем были использованы на последующих двигателях.

Функции ТНВД

Рассматриваемое устройство используется в двигателях внутреннего сгорания (ДВС), оснащенных впрыском топлива. В основном это дизели, но, с появлением инжектора, установка ТНВД стала применяться и на бензиновых моторах. Служит он для того, чтобы подать на форсунки горючее с высоким давлением.

Причем, задача, которую выполняет этот прибор, не сводится только к одной функции. Горючее должно подаваться в определенном количестве и в нужный для каждого цилиндра момент времени.

Необходимо уточнить место ТНВД в системе питания. Высоконапорный насос служит для увеличения давления и располагается в середине топливной системы ДВС (между баком и подающими форсунками).

Горючее к нему подается электрическим насосом, расположенным снаружи или внутри топливного бака. Его давления хватает, чтобы транспортировать топливо к первичной (низконапорной) полости ТНВД. А в камеру сгорания солярка впрыскивается форсунками.

Разновидности насоса

Как известно, существует несколько видов топливного впрыска:

  • Моновпрыск — когда вместо карбюратора на всасывающий коллектор устанавливается одна общая форсунка. Сегодня практически не применяется.
  • Распределенный (многоточечный). Перед каждым цилиндром установлена своя форсунка, причем горючее подается не в цилиндр, а во впускной коллектор (непосредственно перед клапаном). Момент впрыска задается обычно электроникой. Ей же регулируется и объем подачи горючего.
  • Прямой или непосредственный впрыск. Горючее впрыскивается сразу в цилиндр двигателя (топливно-воздушная смесь образуется в процессе такта всасывания).

Для каждого вида впрыска применяются и соответствующие разновидности топливного насоса высокого давления. Известны 3 вида этих устройств:

  1. Рядный прибор — представляет собой несколько секций одинаковых насосов, каждый из которых питает свою форсунку. По своему устройству единичные секции абсолютно одинаковы. Эти приборы устанавливались ранее на дизельных двигателях и работали по жесткой программе от газораспределительного механизма (ГРМ) двигателя.
  2. Распределительный одноплунжерный насос — работает также синхронно с вращением коленчатого вала. На 4-тактном двигателе рабочий процесс происходит за 2 оборота коленвала. Насосный вал в это время совершит 1 оборот, а рабочий плунжер подаст очередную порцию топлива на каждую форсунку. Распределительные насосы чаще всего используются в моторах легковых автомобилей.
  3. Магистральный ТНВД. Этот прибор работает независимо по отношению к коленчатому валу. Его задача заключается лишь в создании необходимого давления в топливной магистрали, которую называют еще топливной рампой. Последняя является своего рода гидравлическим аккумулятором. Открыванием форсунок управляет электронный блок управления (ЭБУ) при помощи электромагнитного клапана. Топливный насос высокого давления такого типа применяется в системах впрыска Common 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.

ТНВД распределительного типа

Этот прибор по сравнению с рядным обладает двумя преимуществами: он меньше его по размерам и более равномерно работает. Если рядные насосы устроены все одинаково, этого нельзя сказать в отношении распределительных аппаратов.

Во-первых, они разделяются по типу рабочего органа: плунжерного типа, или роторного. Во-вторых, — по типу привода: с торцевыми, внешними, или внутренними кулачками. Торцевой или внутренний привод работает в более благоприятных условиях, в связи с тем, что внутренние силы уравновешены, чего не скажешь о внешнем приводе.

Несмотря на указанные выше достоинства, распределительные аппараты менее долговечны. Это объясняется спецификой их работы. В то время как в рядных механизмах каждый плунжер в течение одного рабочего цикла совершает одно возвратно-поступательное движение, в распределительных устройствах рабочий плунжер за это время сделает столько ходов, сколько в двигателе цилиндров. Поэтому износ будет намного быстрее.

Рассмотрим кратко устройство и принцип работы одноплунжерного торцевого распределительного прибора. Слева можно заметить ведущий вал, приводящий во вращение 3 механизма: ротор шиберного насоса подкачки, ведущий приводной кулачок и шестерню механизма регулирования подачи.

Соосно и синхронно с приводным валом вращается подвижный торцевой кулачок, жестко соединенный с рабочим плунжером. Оба кулачка (ведущий и рабочий) снабжены выступами по количеству цилиндров двигателя. Рабочий поджимается пружиной к ведущему кулачку. Когда выступы наезжают друг на друга, рабочий кулачок перемещает плунжер в направлении выходных штуцеров (на фото справа).

При этом плунжер отсекает дозу горючего из низконапорной полости, сжимает запертый объем и выталкивает его в один из выходных каналов, расположенных радиально в распределительном блоке. Поскольку плунжер вращается, будучи жестко связанным с коленчатым валом (но в 2 раза медленнее), при каждом последующем ходе нагнетающее отверстие плунжера совпадает с очередным выходом.

Лопастной насос всасывает горючее из топливного бака и подает его в камеру низкого давления. Распределительные насосы, подобно рядным, имеют механизм регулировки количества подаваемого топлива. Он может быть автоматическим (центробежным), или от ЭБУ. На фото показан как раз такой насос. Прямоугольная коробка, расположенная сверху, есть не что иное, как электронный блок управления количеством подаваемого топлива.

Область применения распределительных насосов — легковые автомобили, хотя встречаются и на грузовиках.

Магистральный ТНВД

Само название говорит об особенностях работы устройства. Этот насос обслуживает не отдельные форсунки, как рядный или распределенный, а одну общую магистраль, которая служит своего рода аккумулятором. В связи с тем, что конструкция освобождена от распределительной функции, она имеет более простое строение в сравнении с двумя предыдущими.

В качестве рабочих органов аппарат содержит от одного до трех нагнетающих плунжеров. Посредством кулачкового вала они поочередно совершают поступательные движения: по ходу нагнетания от кулачкового механизма, в обратную сторону — посредством пружины.

При этом горючее из низконапорной полости отсекается и подается к напорному штуцеру. Количественный состав смеси регулируется электромагнитным дозирующим клапаном, управляемым электроникой.

На рисунке показана схема топливного насоса магистрального типа. Чаще всего такие устройства применяются в системах Common Rail.

Бывает ли ТНВД на бензиновом двигателе?

Почему бы и не быть ТНВД у бензинового двигателя? Пуркуа па? — как говорят французы. В частности, ТНВД устанавливают на бензиновых моторах GDI — оснащенных системой прямого впрыска. Известно, что прямой впрыск используется в дизельных системах.

Так вот — работа система GDI является симбиозом дизельного и бензинового рабочего процесса. Бензин впрыскивается аналогично дизельному двигателю, а воспламенение топливно-воздушной смеси осуществляется не от калильной свечи, а от свечи зажигания, как в карбюраторном. В этом случае используются насосы распределительного типа.

Ремонт насосов высокого давления

Насос насосу рознь. Бензонасос вазовской «копейки» можно было отремонтировать в течение 15-ти минут. Отвернул 3 крепежных винта, и весь механизм — буквально на ладони. Засорившиеся клапаны легко продуваются, а если прохудилась диафрагма — достаточно купить копеечный ремкомплект и поставить его вместо неисправной детали.

Ремонт же топливных насосов высокого давления на коленке не сделаешь. Во-первых, даже причину неисправности определить не так легко, невзирая на встроенную в современных ЭБУ самодиагностику.

Один и тот же внешний симптом может вызываться неисправностью различных компонентов топливной системы, и даже других систем (например, состоянием газораспределительной системы или кривошипно-шатунной группы).

Поэтому ремонт ТНВД лучше выполнять на специализированных СТО с использованием современного диагностического и ремонтного оборудования.

В связи с широким распространением систем впрыска топливные насосы высокого давления являются одним из наиболее важных компонентов современного ДВС. Тенденция их развития заключается в переходе от секционных устройств к распределительным и магистральным. Последние особенно широко применяются в связи с появлением системы непосредственного впрыска Common Rail.


Смотрите также