Секции топливного насоса высокого давления. Топливный насос низкого давления дизельного двигателя: основные особенности и предназначение.

Топливный насос высокого давления — это сложный узел, являющийся частью дизельного мотора. Также как и электрический для бензинового , ТНВД подает горючее к дизельного двигателя. Главной составляющей этой системы является так называемая плунжерная пара. Если говорить проще, то она является небольшим цилиндром с поршнем, имеющим диаметр в два или три раза меньший, чем его длинна. Благодаря этому можно осуществлять закачку большего количества смеси в цилиндр насоса для создания большего давления. Принцип, по которому он работает, аналогичен работе топливного насоса двухтактного двигателя. При опускании поршня вниз в цилиндр происходит закачка горючего, когда же он поднимается наверх, происходит сжимание топлива с созданием высокого давления. От действия высокого давления происходит открытие выпускного клапана, и топливо начинает свое движение к форсункам, которыми при наступлении необходимого момента (под высоким давлением) впрыскивается горючее в цилиндры двигателя.

На современных моторах осуществляется установка нескольких подобных цилиндров плунжерной пары для обеспечения давлением каждой отдельно взятой форсунки. Из-за того, что величина зазора между стенками цилиндров и поршнем достигает всего нескольких микромиллиметров, когда возникает даже самая малейшая неисправность, надо производить замены всей плунжерной пара, так она не подлежит восстановлению.

Недостатки ТНВД

Главный недостаток этой системы впрыска заключается в том, что на ремонт топливного насоса высокого давления тратится много денег. Есть такие неисправности, которые вообще невозможно устранить, вот почему в отдельных случаях появляется необходимость в приобретении нового насоса. Срок, в течение которого работает ТНВД, прямо определяется качеством топлива, которое используется, поэтому об этом надо помнить постоянно. Всем хорошо известно, что качество топлива на отечественных заправках невысокое, не говоря уже про качество дизельного топлива. Топливному насосу требуется бережная эксплуатация, поэтому использование горючего с любыми примесями, тем более с водой, быстро приведет к неминуемому выходу из строя топливного насоса высокого давления и непредвиденным расходам по его замене.

Использование ТНВД в бензиновых двигателях

Однако несмотря на все недостатки, которые присущи этому вида впрыска, эта система стала использоваться и на бензиновых двигателях, правда уже под другим названием — GDI. Это стало возможным благодаря преимуществам ТНВД, перекрывающим их недостатки. Основное же преимущество заключается в уменьшении до 30%, благодаря тому, что впрыск топлива происходит под высоким давлением.

› ЛИКБЕЗ. Устройство и принцип работы электронного ТНВД.

Недавно набрёл на неплохую статью, в которой популярно и понятно описаны принципы работы электронного ТНВД. Материал содержит цветные иллюстрации на примере многим знакомого "Бошевского" ТНВД. Может оказаться интересным и полезным многим обладателям дизельных машин и просто интересующимся, так как знание принципов работы любого механизма необходима особенно тем автовладельцам кто самостоятельно осуществляет ремонты и диагностику неисправностей и сбоев работы разнообразных узлов.
---------

Радиально-поршневой распределительный ТНВД представляет собой насос впрыска с электронным регулированием, имеющий собственный блок управления. Насос создаёт давление впрыска 1500 бар. Высокое давление впрыска позволяет достичь мелкодисперсного распыления топлива. Это приводит к более полному сгоранию топливно-воздушной смеси и меньшему
содержанию вредных веществ в ОГ

Подача топлива
Основные задачи радиально-поршневого распределительного ТНВД:
-забор топлива из топливного бака
-сжатие топлива до 1500 бар
-распределение топлива по цилиндрам

Движение топлива
Всасывание
Радиально-поршневой распределительный ТНВД расположен там, где раньше был установлен пластинчатый насос, всасывает топливо из топливного бака и создаёт давление в ТНВД.

За счёт давления, созданного в ТНВД, при открытом электромагнитном клапане топливо подаётся в камеру сжатия.

Сжатие
Топливо сжимается двумя плунжерами, которые приводятся от кулачковой обоймы через ролики. Привод осуществляется приводным валом.

За счёт вращательного движения приводного вала ролики нажимают на кулачки обоймы и перемещают плунжеры вовнутрь. Это приводит к сжатию топлива между плунжерами.

Распределение
Если электромагнитный клапан закрыт, топливо распределяется по отдельным цилиндрам с помощью вала распределителя и распределительной головки через обратный дроссель нагнетательного клапана и форсунку впрыска.

В распределительной головке имеются отверстия, соответствующие отдельным цилиндрам. Вал распределителя проворачивается приводным валом и соединяет камеру сжатия попеременно с каждым отверстием в распределительной головке

Радиально-поршневой распределительный ТНВД имеет собственный блок управления. Задачей блока является управление и контроль исполнительных элементов насоса впрыска. Для этого в блоке управления сохранены характеристики, точно соответствующие характеристикам насоса впрыска. Блок управления и насос впрыска образуют единый блок и прочно соединены друг с другом

Что чем управляет?
Датчики отправляют на блок управления двигателя информацию о режиме работы двигателя и о положении педали акселератора. Блок управления двигателя анализирует эту информацию и рассчитывает момент начала впрыска и необходимое количество подаваемого топлива. Полученные значения блок управления двигателя отправляет на блок управления топливного насоса. Блок управления топливного насоса рассчитывает команды управления для электромагнитного клапана регулирования количества подаваемого топлива и клапана управления опережением впрыска. При этом учитываются сигналы, поступающие в насос впрыска от блока управления двигателя и датчика угла поворота. Для контроля управления двигателя блок управления топливного насоса отправляет на блок управления двигателя обратное сообщение о режиме работы насоса впрыска. Передача сигналов между блоком управления двигателя и блоком управления топливного насоса осуществляется по шине CAN. Преимуществом шины CAN является то, что обмен всей информацией между блоком управления топливного насоса и блоком управления двигателя может осуществляться по двум проводам. Блок управления двигателя выполняет и другие задачи, например, управление исполнительными элементами системы рециркуляции ОГ и регулирование давления наддува.

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

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

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

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

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

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

Регулирование момента впрыска
На приведённом ниже обзоре системе представлены датчики, на основании сигналов которых определяется момент начала впрыска. Сигнал, поступающий от блока управления двигателя, преобразуется блоком управления топливного насоса в сигнал для клапана управления опережением впрыска. Задачей регулирования момента впрыска является адаптация момента впрыска к частоте вращения двигателя.

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

При увеличении частоты вращения клапан управления опережением впрыска увеличивает давление топлива в кольцевой полости. За счёт этого управляющий поршень отжимается от поршня регулятора впрыска, преодолевая силу действия пружины, и открывает канал. Топливо поступает в полость за поршнем регулятора впрыска.

Топливный насос высокого давления (ТНВД) служит для точного дозирования топлива и подачи его в определенный момент под высоким давлением к форсункам.
Автомеханики и водители нередко называют топливный насос высокого давления топливной аппаратурой.

В настоящее время многоплунжерные ТНВД с механическим приводом постепенно уступают место в системах питания дизелей более совершенным конструкциям, таким, как управляемые компьютером и распределительным насосам роторного типа, используемых в системах питания . Тем не менее, на многих автотракторных двигателях насосы классической конструкции еще широко применяются.

Классификация ТНВД

Топливные насосы высокого давления классифицируются по следующим признакам:

по числу плунжеров:

• многоплунжерные (на каждый цилиндр приходится один плунжер);
• распределительные (один плунжер подает топливо в несколько цилиндров);

Многоплунжерные ТНВД могут быть выполнены с рядным или V-образным корпусом.

по виду привода плунжера:

• механический;
• гидравлический;
• пневматический;

по методу дозирования топлива:

• с регулированием количества подаваемого топлива за цикл (отсечкой);
• с регулированием цикловой подачи дросселированием на впуске (изменение наполнения топливом надплунжерного объема с помощью дросселирующего устройства в канале, подводящем топливо к впускному окну; применяется в распределительных насосах).

Распределительные ТНВД подразделяются на плунжерные и роторные .

Многоплунжерные ТНВД с механическим приводом

В автомобильных дизелях получили распространение многоплунжерные насосы с механическим приводом и регулированием количества подаваемого топлива отсечкой. Рассмотрим устройство такого насоса на примере ТНВД двигателя ЯМЗ-236, который относится к рядным насосам плунжерного типа и обеспечивает давление впрыска 16 МПа (рис. 1 ).

В нижней части корпуса 1 насоса на двух шарикоподшипниках установлен кулачковый вал 12 с зубчатым колесом 11 . На кулачковом валу имеются профилированные кулачки 19 по числу цилиндров двигателя и эксцентрик для привода топливоподкачивающего насоса, который крепится к привалочной плоскости ТНВД.

В перегородке корпуса против каждого кулачка установлены роликовые толкатели 18 . Оси роликов 15 своими концами входят в пазы корпуса насоса, предотвращая проворачивание толкателей. В центр толкателей ввернуты регулировочные болты 40 , на которые опираются плунжеры насосных секций. Все секции устроены одинаково, они взаимозаменяемы, и их число равно числу цилиндров двигателя.

Насосная секция состоит из втулки 35 с плунжером 6 , нагнетательного клапана 33 с седлом 34 , пружиной 32 и упором 31 , штуцера 7 , поворотной втулки 16 с зубчатым венцом 4 , толкателя 18 с осью и роликом 15 , пружины 38 плунжера и опорных тарелок 28 и 39 .

Втулка плунжера фиксируется в корпусе стопорным винтом.
Плунжер и его втулка образуют так называемую плунжерную пару. Плунжерную пару изготовляют из хромомолибденовой стали и подвергают закалке до высокой твердости. После окончания обработки подбором производят сборку плунжеров и гильз так, чтобы обеспечить в их сопряжении зазор 5…2 мкм .
С такой же точностью изготовляются нагнетательный клапан 33 и его седло 34 . Поэтому эти детали называют прецизионными, и они являются невзаимозаменяемыми.

Седло нагнетательного клапан прижато к втулке плунжера резьбовым штуцером 7 через уплотнительную медную прокладку. К штуцеру крепится трубка высокого давления, соединяющая секцию насоса с форсункой. Кулачок 19 , толкатель 18 и пружина 38 обеспечивают возвратно-поступательное движение плунжера 6 .

Втулка 35 плунжера фиксируется в корпусе стопорным винтом 29 . На втулку свободно надевается поворотная втулка 16 , а в вертикальные пазы нижней части втулки входят выступы 17 плунжера. На верхнем конце поворотной втулки закреплен зубчатый венец 4 , который входит в зацепление с зубчатой рейкой (общей для всех секций), которая может перемещаться вдоль корпуса ТНВД.

При перемещении рейки вдоль корпуса ТНВД втулка 16 поворачивается на втулке плунжера и, действуя на выступы 17 плунжера, поворачивает его, в результате чего изменяется количество топлива, подаваемого к форсункам. Ход рейки ограничивается стопорным винтом 37 , входящим в ее продольный паз.
Задний конец рейки соединен с тягой 10 регулятора частоты вращения коленчатого вала, установленного в корпусе 9 . Выступающий из насоса передний конец рейки закрыт колпаком, в который ввернут винтовой упор 2 , ограничивающий подачу топлива при обкатке автомобиля. Положение упора настраивается на заводе-изготовителе и пломбируется.

Топливо к плунжерным парам подводится по каналу 36 , а отводится по каналу 30 , в переднем конце которого установлен под колпаком перепускной клапан 5 . Если давление в каналах превышает 0,16…0,17 МПа , клапан открывается и перепускает часть топлива в бак.
Попавший в каналы насоса воздух выпускается через отверстие, закрываемое пробкой 8 .

Привод насоса осуществляется зубчатой передачей от коленчатого вала двигателя через муфту опережения впрыска топлива.
Муфта состоит из ведущей 23 и ведомой 26 полумуфт. На ведомой полумуфте закреплены две оси 27 с установленными на них центробежными грузиками 25 , в вырезах которых установлены пружины 22 . Пружины опираются с одной стороны на оси 27 , а с другой – на опорные пальцы 21 ведущей полумуфты 23 . Механизм муфты в сборе закрыт крышкой 24 , которая навернута на резьбу ведомой полумуфты.

Устройство и работа насосной секции ТНВД

На рис. 2 показана работа насосной секции ТНВД.
Основными деталями топливной секции являются плунжер и его втулка. Втулка имеет два окна: верхнее впускное 6 и нижнее перепускное 11 . Впускное окно находится в полости впускного канала ТНВД, а перепускное – в полости выпускного канала.
На плунжере выполнена винтовая канавка, верхний край (отсечная кромка 5 ) которой острый. Сверху в плунжере выполнено осевое сверление, переходящее в радиальную и винтовую канавку.

Каждая секция ТНВД работает следующим образом.
Когда плунжер находится в нижнем положении (рис. 2,а ), топливо поступает в полость А из впускного окна под давлением, которое создает топливоподкачивающий насос. При набегании кулачка 1 на ролик толкателя 2 плунжер начинает двигаться вверх, при этом часть топлива выходит обратно во впускное окно (рис. 2, б ).

Когда плунжер перекроет впускное окно (рис. 2, в ), топливо в полости А окажется запертым, что приведет к резкому нарастанию давления – это момент начала нагнетания. Дальнейшее движение плунжера приводит к открытию нагнетательного клапана 9 , и топливо поступает к форсунке – это момент начала подачи. По времени моменты начала нагнетания и начала подачи почти совпадают.

При дальнейшем движении плунжера отсечная кромка 5 откроет перепускное окно (рис. 2,г ), в котором давление составляет 0,1…0,12 МПа . Топливо из полости А из-за перепада давления по углублению в плунжере и отсечной канавке начнет перетекать в перепускное окно 11 . Давление в полости А резко упадет. Нагнетательный клапан 9 опустится на седло. Подача топлива прекратится, что будет соответствовать концу подачи (отсечке топлива).
Плунжер будет продолжать двигаться дальше, но подачи топлива не будет, оно перетечет в выпускное окно.

Ход плунжера, соответствующий расстоянию от начала перекрытия впускного окна до начала открытия перепускного окна, называется активным или рабочим. Его значение для разных насосов при полной подаче – 0,8…2 мм .



Таким образом, подача топлива при высоком давлении осуществляется вследствие малого зазора в плунжерной паре и высокой скорости движения (в момент начала подачи она превышает 1,6 м/с ).

Регулирование количества подаваемого топлива осуществляется поворотом плунжера вокруг своей оси, при этом начало подачи происходит в одно и то же время (перекрытие верхней кромкой плунжера выпускного окна). Однако, отсечная кромка подходит к перепускному окну по-разному (в зависимости от степени поворота плунжера), а потому конец подачи топлива может произойти раньше или позже. Соответственно топлива будет подано меньше или больше.

Если удлинить плунжер, то момент перекрытия впускного окна произойдет раньше, подача начнется раньше, и наоборот. При регулировке начала подачи изменяют не длину плунжера, а длину толкателя, вращая его регулировочный болт 40 (см. рис. 1 ).

Нагнетательный клапан разобщает надплунжерное пространство топливной секции от внутренних полостей нагнетательного топливопровода и разгружает его от высокого давления в период между впрысками топлива.
В результате обеспечивается более резкое окончание подачи и предотвращается или сводится к минимуму подвпрыск топлива.
Разгружается топливопровод высокого давления с помощью разгрузочного пояска 7 (рис. 2 ) нагнетательного клапана при его перемещении вниз, когда этот поясок исполняет роль поршенька, отсасывающего топливо из нагнетательного трубопровода.

Особенности устройства ТНВД двигателя КамАЗ-740

На двигателях КамАЗ-740 устанавливается V-образные топливные насосы высокого давления с углом развала между секциями 75 ˚ (рис. 3 ).

В корпусе 1 насоса установлен механизм поворота плунжеров, соединенный с правой и левой рейками. Рейки действуют на поворотные втулки плунжеров, расположенных в два ряда. Каждая насосная секция в отличие от насосов марки «ЯМЗ» имеет собственный корпус 13 , а на толкателе вместо регулировочного винта установлена регулировочная пята 5 определенной толщины. Принцип действия насосной секции данного ТНВД такой же, как и на дизелях марки «ЯМЗ».

К передней крышке ТНВД прикреплен топливоподкачивающий насос с приводом от эксцентрика кулачкового вала через штангу.

V-образная форма топливного насоса высокого давления позволила получить более компактную конструкцию насоса с укороченным кулачковым валом, в результате чего стало возможным увеличить его жесткость и повысить давление впрыска до 18 МПа .

Прецизионные детали насосов смазываются дизельным топливом, остальные детали включены параллельно в смазочную систему двигателя.

Устройство и работа ТНВД распределительного типа

Одноплунжерные ТНВД распределительного типа (рис. 4 ) нашли применение на легковых автомобилях и тракторах.

Оси приводного вала 1 и плунжера 3 совпадают и вращаются с одинаковой скоростью. Топливоподкачивающий насос 8 установлен на приводном валу и обеспечивает предварительное давление 0,2…0,8 МПа .
Вращающаяся вместе с плунжером кулачковая шайба 6 , набегая своим кулачком на ролик 7 , перемещает плунжер вправо, и тот совершает ход нагнетания. Пружина 5 прижимает шайбу с плунжером к ролику, который установлен на неподвижной оси. Для изменения цикловой подачи топлива служит дозатор 4 , который управляется рычагом 2 регулятора. При наличии четырех роликов плунжер за один оборот вала обслужит четыре форсунки.

На рис. 5 показана работа распределительного одноплунжерного насоса.
Подача топлива начинается с наполнения (рис. 5,а ) топливом надплунжерной полости Д через впускное окно В и выточку Г в плунжере 3 при движении плунжера влево (к НМТ). Нагнетательный канал Б в это время через паз А , выточку на плунжере и окно Е соединен с полостью низкого давления.
Плунжер, при нахождении в НМТ, вращаясь, постепенно перекрывает наполнительное окно. Начинается активный ход плунжера (рис. 5,б ). Топливо через центральный канал и распределительный паз А плунжера, нагнетательный канал Б корпуса 2 и нагнетательный клапан подается по топливопроводу к форсунке.
Активный ход плунжера заканчивается отсечкой топлива через радиальные каналы Ж (рис. 5,в ), ранее закрытые дозатором 1 .

Цикловая подача топлива изменяется при помощи рычага регулятора, который перемещает дозатор 1 вдоль оси плунжера. При перемещении дозатора вправо активный ход плунжера и цикловая подача увеличиваются.

В насосах распределительного типа (одноплунжерных) меньше прецизионных пар, чем в многоплунжерных насосах. Следовательно, они проще, дешевле, имеют меньшее число регулировок, меньшие габаритные размеры и массу.
Однако многоплунжерные насосы секционного типа обладают большим ресурсом (долговечностью), их работа стабильнее, а техническое обслуживание проще.



Рядные ТНВД относятся к классической аппарату ре впрыскивания дизельного топлива. Эти надежные агрегаты используются на дизелях с 1927 г. Рядные ТНВД устанавливаются на стационарные дизели, на двигатели грузовых автомобилей, строительных и сельскохозяйственных машин. Они позволяют получать высокие цилиндровые мощности у двигателей с числом цилиндров от 2 до 12. В сочетании с регуляторами частоты вращения коленчатого вала, устройствами для изменения угла опережения впрыскивания и различными дополнительными механизмами они обеспечивают потреби гелю возможность широкого выбора режимов эксплуатации. Рядные ТНВД для легковых автомобилей сегодня не производятся. Мощность дизеля существенно зависит от количества впрыскиваемого топлива. Рядный ТНВД всегда должен дозировать количество подаваемого топлива
в соответствии с нагрузкой. Для хорошей подготовки смеси ТНВД должен дозировать топливо максимально точно, впрыскивая его под очень высоким давлением в соответствии с процессом сгорания. Оптимальное соотношение расхода топлива, уровней шума работы и эмиссии вредных веществ в ОГ требует точности порядка 1° угла поворота коленчатого вала по моменту начала
впрыскивания. Для управления моментом начала впрыскивания и компенсации времени на проход волны давления топлива через подводящую магистраль в стандартном рядном ТНВД используется муфта 3 опережения впрыскивания см. на рис. ниже, которая с увеличением частоты вращения коленчатого вала изменяет момент начала подачи топлива в направлении «раньше». В особых случаях предусмотрено управление опережением впрыскивания в зависимости от нагрузки на двигатель. Нагрузка и частота вращения коленчатого вала регулируются изменением величины цикловой подачи топлива. Рядные ТНВД делятся на два типа: стандартные и с дополнительной втулкой.

1. Дизель
2. Стандартный рядный ТНВД
3. Муфта опережения впрыскивания
4. Топливоподкачивающий насос
5. Регулятор частоты вращения коленчатого вала
6. Установочный рычаг с тягой от педали газа
7. Ограничитель полной подачи, зависимый от давления наддува
8. Фильтр тонкой очистки топлива
9. Магистраль высокого давления
10. Форсунка о сборе
11. Магистраль обратного слива топлива

Конструкция и принцип действия

Рядные ТНВД серии РЕ имеют собственный кулачковый вал 14, который установлен в алюминиевом корпусе. Он
соединяется с двигателем либо непосредственно, либо через соединительный узел и муфту опережения впрыскивания.
Количество кулачков на кулачковом валу TНВД соответствует числу цилиндров двигателя. Над каждым кулачком находится роликовый толкатель 13 с тарелкой 12 пружины 11. Тарелка передает усилие от толкателя на плунжер 8, а пружина возвращает его в исходное положение. Гильза 4 плунжера является направляющей, в которой плунжер совершает возвратно-поступательное движение. Сочетание втулки и плунжера образует насосный элемент, или плунжерную пару.

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

Конструкция плунжерной пары

Плунжерная пара состоит из плунжера 9 и гильзы 8. Гильза имеет один или два подводящих канала (при двух каналах один из них выполняет функции подводящего и перепускного), которые соединяют полость всасывания с камерой высокого давления плунжерной пары. Над плунжерной парой находится штуцер 5 с посадочным конусом 7 нагнетательного клапана. Двигающаяся в корпусе TНВД рейка 10 вращает зубчатый сектор 2, управляя тем самым регулирующей втулкой 3 плунжера. Перемещение самой рейки определяется регулятором частоты вращения коленчатого вала. Это позволяет точно дозировать величину цикловой подачи. Полный ход плунжера неизменен. Активный ход и связанная с ним величина цикловой подачи могут изменяться поворотом плунжера, который совершается при помощи регулирующей втулки.

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

Плунжер имеет наряду с продольной канавкой 2 еще и спиральную канавку 7. Получаемая таким образом косая кромка на поверхности плунжера называется регулирующей кромкой 6. Если величина давления впрыскивания не превышает 600 бар, то достаточно одной регулирующей кромки, для больших значений давления впрыскивания необходим плунжер с двумя регулирующими кромками, отфрезерованными с противоположных сторон плунжера. Их наличие снижает износ плунжерной пары, поскольку плунжер с одной регулирующей кромкой под давлением прижимается к одной стороне гильзы, увеличивая ее выработку.В гильзе плунжера размещены одно или два отверстия для подвода и обратного слива топлива.
Плунжер притерт к гильзе так плотно, что пара герметична без дополнительных уплотнений даже при очень высоких давлениях и низких частотах вращения коленчатого вала. Из-за этого замене могут подвергаться только комплектные плунжерные пары.
Величина возможной подачи топлива зависит от рабочего объема пары. Максимальное значение давления впрыскивания у форсунки может составлять, в зависимости от конструкции, 400... 1350 бар. Угловой сдвиг кулачков на кулачковом валу гарантирует точное совмещение впрыскивания с фазовым сдвигом процессов по цилиндрам двигателя в соответствии с порядком его работы.

а - гильза с одним подводящим каналом
b - гильза с двумя подводящими каналами

1. Подводящий канал
2. Продольная канавка
3. Гильза плунжера
4. Плунжер
5. Перепускном канал
6. Регулирующая кромка
7. Спиральная канавка
8. Кольцевая канавка для смазки

ПЛУНЖЕРНАЯ ПАРА С ПРИВОДОМ

а - НМТ плунжера
б - ВМТ плунжера

1. Кулачок
2. Ролик
3. Роликовый толкатель
4. Нижняя тарелка возвратной пружины
5. Возвратная пружина плунжера
6. Верхняя тарелка возвратной пружины
7. Регулирующая втулка плунжера
8. Плунжер
9. гильза плунжера

Принцип действия плунжерной пары

(последовательность фаз)
Вращение кулачкового вала ТНВД преобразуется непосредственно в возвратно-поступательное движение роликового толкателя, приводящего в действие плунжер Движение плунжера в направлении к его ВМТ называется ходом нагнетания.
Возвратная пружина возвращает плунжер к его НМТ. Пружина рассчитана так, что даже при максимальных частотах
вращения кулачкового вала ТНВД ролик не отходит от кулачка; отскок и вместе с ним удар ролика по кулачку при длительной эксплуатации привели бы к разрушению поверхностей кулачка или ролика. Плунжерная пара работает по принципу перетока топлива с управлением регулирующей кромкой 5. Этот принцип используется в рядных ТНВД серии РЕ и индивидуальных ТНВД серии PF. В НМТ плунжера подводящий канал 2 гильзы 3 и канал 6 слива топлива открыты. Благодаря им топливо может перетекать под давлением подкачки из полости впуска в камеру 1 высокого давления. При движении вверх плунжер закрывает отверстие подводящего канала своим верхним торцом. Этот ход плунжера называется предварительным. При дальнейшем движении плунжера вверх давление
растет, что приводит к открытию нагнетательного клапана над плунжерной парой. При применении нагнетательного клапана постоянного объема плунжер дополнительно совершает втягивающий ход. После открытия нагнетательного клапана топливо во время активного хода через магистраль высокого давления направляется к форсунке, которая впрыскивает точно дозируемое количество топлива в камеру сгорания двигателя. Когда регулирующая кромка плунжера открывает перепускной канал, активный ход плунжера завершается. С этого момента топливо в форсунку не нагнетается, поскольку во время остаточного хода оно через продольную и спиральную канавки из камеры высокого давления направляется в перепускной канал. Давление в плунжерной паре при этом падает. По достижении ВМТ плунжер меняет направление своего движения на противоположное. Топливо при этом через спиральную и продольную канавки поступает обратно из перепускного канала в камеру высокого давления. Это происходит до тех пор, пока регулирующая
кромка вновь не перекроет перепускной канал. При продолжении обратного хода плунжера над ним возникает область низкого давления. С освобождением подводящего канала верхним торцом плунжера топливо вновь поступает в камеру высокого давления. Цикл начинается снова.

Последовательность работы плунжерной пары

1. Камера высокого давления
2. Подводящий канал
3. Гильза плунжера
4. Плунжер
5. Регулирующая кромка
6. Перепускной капал А полный ход плунжера

Регулирование цикловой подачи

Величину цикловой подачи топлива можно регулировать изменением активного хода кромки. Для этого рейка 5 через регулирующую втулку плунжера поворачивает сам плунжер 3 таким образом, что регулирующая кромка 4 может изменять момент конца нагнетания и
вместе с тем величину цикловой подачи (регулирование по концу впрыскивания). В крайнем положении, соответствующем нулевой подаче (а), продольная канавка находится непосредственно перед перепускным каналом. Вследствие этого давление в камере высокого давления плунжерной пары во время всего хода плунжера равняется давлению в полости всасывания и нагнетания топлива не происходит. В это положение плунжер приводится, если двигатель должен быть остановлен. При средней подаче (Ь) плунжер устанавливается в промежуточное положение (по регулирующей кромке). Полная подача (с) становится возможной только при установке максимального активного хода плунжера. Передача движения от рейки на плунжер может производиться либо через
зубчатую рейку на зубчатый сектор, закрепленный на регулирующей втулке плунжера либо через рейку с направляющими шлицами на штифт или сферическую головку на регулирующей втулке плунжера.

а - нулевая подача
b - средняя подача
с - полная подача

1. Гильза плунжера
2. Подводящий канал
3. Плунжер
4. Регулирующая кромка плунжера
5. Рейка ТНВД

ОДНОПЛУНЖЕРНЫЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ТОПЛИВНЫЕ НАСОСЫ VE

Конструкция топливного насоса BOSCH VE

Общее устройство насоса BOSCH VE

Принципиальная схема системы топливоподачи дизеля с одно­плунжерным распределительным ТНВД с торцевым кулачко­вым при­водом плунжера показана на рис. .

Рис. Принципиальная схема системы топливоподачи дизельного двигателя с одноплунжерным ТНВД:

1 – топливопровод низкого давления; 2 – тяга; 3 – педаль подачи топлива; 4 – ТНВД; 5 – электромагнитный клапан; 6 – топливопровод высокого давления; 7 – топливопровод сливной магистрали; 8 – форсунка; 9 – свеча накаливания; 10 – топливный фильтр; 11 – топливный бак; 12 – топливоподкачивающий насос (применяется при магистралях большой протяженности; 13 – аккумуляторная батарея; 14 – замок «зажигания»; 15 – блок управления временем включения свечей накаливания; 17 – дизель

Топливо из бака 11 прокачивается по топливо­проводу низкого давления в топливный фильтр тонкой очистки топлива 10, откуда засасыва­ется топливным насосом низкого давления и затем на­правляется во внутреннюю полость корпуса ТНВД 4, где создается давление порядка 0,2 - 0,7 МПа. Далее топливо поступает в насосную секцию высокого давления и с помощью плунжера - распреде­лителя в соответствии с порядком работы цилиндров подается по топливопроводам вы­сокого давления 6 в форсунки 8, в ре­зультате чего осуще­ствляется вспрыскивание топлива в камеру сгорания дизеля. Избыточное топливо из корпуса ТНВД, форсунки и топливного фильтра (в некоторых конструкциях) сливается по топливо­проводам 7 обратно в топливный бак. Охлаждение и смазка ТНВД осуществляются циркулирующим в системе топливом. Фильтр тонкой очистки топлива имеет важное значение для нормальной и безаварийной работы ТНВД и форсунки. По­скольку плунжер, втулка, нагнетательный клапан и элементы форсунки являются деталями прецизионными, топливный фильтр должен задерживать мельчайшие абразивные частицы размером 3-5 мкм. Важной функцией фильтра является также задержание и выведение в осадок воды, содержащейся в топ­ливе. Попадание влаги во внутреннее пространство насоса может привести к выходу по­след­него из строя по причине образования коррозии. Задержанная фильтром вода собира­ется в коллекторе, откуда должна периодически удаляться, обычно, когда ее объем достигает 140 см 3 , о чем сигнализи­рует контрольная лампа датчика уровня.

Топливный насос подает в цилиндры дизеля строго дози­рован­ное количество топлива под высоким давлением в опре­де­ленный мо­мент времени в зависимости от нагрузки и ско­ростного режима. Поэтому характеристики двигателей суще­ственно зависят от работы ТНВД. Основные функциональные блоки топливного насоса VE показаны на рис. и пред­ставляют собой:

1) роторно-лопастной топливный насос низкого давления с ре­гулирующим перепускным клапаном;

2) блок высокого давления с распределительной голов­кой и дозирующей муфтой;

3) автоматический регулятор частоты вращения с систе­мой ры­чагов и пружин;

4) электромагнитный запирающий клапан, отключающий подачу топлива

5) автоматическое устройство (автомат) изменения угла опе­режения впрыскивания топлива.

Рис.9. Схема топливного насоса - Bosch VЕ

Распределительный ТНВД VE может также быть оснащен различ­ными дополнительными устройствами, например, кор­рек­торами топ­ливоподачи или ускорителем холодного пуска, кото­рые позволяют индивидуально адаптировать ТНВД к осо­бенно­стям данного дизеля. Более подробно устройство топливного насоса VE показано на рис..

Рис.10. Схема топливного насоса - Bosch VE:

1 – вал привода насоса; 2 – перепускной клапан регулирования внутреннего давления; 3 – рычаг управле­ния подачей топлива; 4 – грузики регулятора; 5 – жиклер слива топлива; 6 – винт регулировки полной на­грузки; 7 – передаточный рычаг регулятора; 8 – электромагнитный клапан остановки двигателя; 9 – плун­жер; 10 – центральная пробка; 11 – нагнетательный клапан; 12 – дозирующая муфта; 13 – кулачковый диск; 14 – автомат опережения впрыска топлива; 15 – ролик; 16 – муфта; 17 – топливоподкачивающий насос низкого давления

Вал привода 1 топливного насоса расположен внутри кор­пуса ТНВД, на валу установлен ротор 17 топливного насоса низко­го давления и шестерня привода вала регулятора с грузами 4. За ва­лом 1 неподвижно в корпусе насоса уста­новлено кольцо с ро­ли­ками и штоком привода автомата опережения впрыски­вания топлива 14. Привод вала ТНВД осу­ществляется передачей от колен­чатого вала дизеля, шесте­ренчатой или ременной. В че­тырехтактных двигателях час­тота вращения вала ТНВД состав­ляет половину от частоты вращения коленчатого вела, и работа распределительного ТНВД осуществляется таким образом, что поступательное движение плунжера синхронизировано с движе­нием поршней в цилиндрах ди­зеля, а вращательное обеспечива­ет распределе­ние топлива по ци­линдрам. Поступательное дви­жение обеспе­чивается кулачковой шай­бой, а враща­тельное - валом топливного насоса.

Автоматический регулятор частоты вращения. (блок 3 на рис.) включает в себя центробежные грузы (рис.), которые через муфту регулятора и систему рычагов воз­действуют на доза­тор 9 (рис.10), изменяя таким образом величину топливоподачи в зависимости от скоростного и на­грузочного режимов дизеля. Кор­пус ТНВД закрыт сверху крышкой, в которой установлена ось ры­чага управления, связанного с педалью акселератора.

Автомат опережения впрыскивания топлива (блок 5 на рис.9) является гидравлическим устройством, работа ко­торого опре­деляется давлением топлива во внутренней по­лости ТНВД, созда­ваемым топливным насосом низкого давле­ния с регули­рующим пропу­скным клапаном 3 (рис.10). Кроме того, заданный уровень дав­ления внутри корпуса ТНВД поддерживается дрос­селем 5 в штуцере для выхода избыточ­ного топлива из корпуса ТНВД.

Роторно-лопастной подкачивающий насос и сис­тема низ­кого давления

Топливный насос низкого давления расположен в корпусе ТНВД на приводном валу и служит для забора топлива из бака и подачи его во внутреннюю полость корпуса насоса. Схема устройства то­пливного насоса низкого давлений с клапаном низкого давления по­казана на рис.11.

Рис.11 Топливный насос низкого давления

И регулирующий клапан

1-кольцевая полость; 2-ротор; 3-лопасти; 4-вал;

5-перепускной регулирующий клапан; 6-корпус клапана; 7-резьбовая пробка; 8-пружина; 9-плунжер

Насос состоит из ротора 2 с четырьмя лопастями 3 и кольца 1 в корпусе ТНВД, расположенного эксцентрично по внешней сто­роне ротора. При вращении последнего лопасти под действием центробежной силы прижимаются к внутренней по­верхности кольца, создавая, таким образом, камеры между ними, из которых топ­ливо под давлением по каналу посту­пает во внутреннюю полость корпуса ТНВД. Одновременно часть топлива по­ступает на вход пере­пускного регулирую­щего клапана 5 и, в случае его открытия, перепускается на вход насоса. Корпус 6 пере­пускного регули­рующего клапана завернут по резьбе в корпусе ТНВД, внутри кор­пуса имеется поршень 9, нагруженный тарированной на определен­ное дав­ление пружиной 8, второй конец которой упирается в пробку 7. Если давление топлива оказывается выше установленного значения, поршень 9 клапана открывает канал для перепуска части топлива на всасывающую сторону насоса. Давление на­чала открытия перепускного клапана регулируется измене­нием положе­ния пробки 7, т.е. величиной предварительной затяжки пружины 8.

Важную роль в обеспечении нормальной работы дизеля играет сливной дроссель, установленный в штуцере в крышке ТНВД (пози­ция 5 на рис.10). Жиклер диаметром порядка 0,6 мм, через ко­торый топливо идет на слив, обеспечивает поддержание требуемого давления топлива во внутренней по­лости корпуса ТНВД. Очевидно, что размер дросселя скоор­динирован с работой перепускного клапана.

Перепускной клапан 5 (рис.11) в сочетании со слив­ным дросселем 5 (рис.10), обеспечивают заданную зависи­мость разности давлений топлива в корпусе ТНВД и на вы­ходе насоса низкого давления от частоты вращения вала ТНВД. Количество топлива, по­даваемого насосом низкого давления в несколько раз больше по­даваемого в цилиндры дизеля. Давление топлива во внутренней полости корпуса ТНВД влияет на положение поршня автомата опережения впрыскивания, изменяя угол опе­режения впрыскивания пропорционально частоте вращения ко­ленча­того вала двигателя.

Плунжер-распределитель и линия высокого дав­ле­ния

Основным элементом, создающим высокое давление топ­лива в ТНВД и распределяющим топливо по цилиндрам дизе­ля, является плунжер 7 на рис.10, который совершает воз­вратно-поступа­тельное и вращательное движение по схеме:

двигатель -> вал ТНВД -> кулачковая шайба -> плунжер

Путь топлива по насосу и элементы, обеспечивающие ра­боту плунжера-распределителя, показаны на рис.12.

Принцип действия насоса поясняет рис.

Рис.12 Схема движения топлива в ТНВД:

1 – направление поворота ролика; 2 – ролик; 3 – кулачковый диск; 4 – плунжер; 5 – втулка подачи топлива; 6 – камера; 7 – канал подачи топлива к форсунке; 8 – распределительный паз

Вы­ступы-кулачки кулачковой шайбы 3 находятся в постоянном контакте с роликами 2, установленными на осях в неподвиж­ном кольце 1. При вращении кулачковой шайбы каждый кула­чок, набегая на ролик, толкает плунжер вправо, а возвращение его в прежнее по­ложение осуществля­ется двумя пружинами блока ТНВД.

Количество кулачков на кулачко­вой шайбе, как и число штуцеров линии высокого давления с на­гне­татель­ными клапанами, соответствует числу цилиндров двига­теля, обычно четыре или шесть. Возвратные пружины плун­жера кроме того препятствуют разрыву кинематической связи кулачок - ролик толкателя при больших ускорениях. Обеспе­чивая воз­вратно-поступательное движение плунжера, кулач­ковая шайба формой выступов-кулачков определяет также ход плунжера и скорость его перемещения и, следовательно, ха­рактеристику, давление и продол­жительность впрыскивания. Все эти параметры, в свою очередь, определяются формой камеры сгорания и особенностями рабочего процесса данного дизеля и должны быть, таким образом, скоорди­нированы. По этой причине дня ка­ждого типа дизеля рассчитыва­ется лента профиля куличков, ко­торая «накладывается» на фрон­тальную поверхность кулачковой шайбы, установленной в ТНВД. По­этому кулачковая шайба дан­ного насоса является деталью невзаимозаменяемой, индивидуально соответствующей данному типу ди­зеля.

Муфта опережения впрыска. Более раннее зажигание при увеличении частоты вращения коленчатого вала способствует увеличению мощности дизельного двигателя. При увеличении частоты вращения коленчатого вала впрыск начинается раньше.

Рис. Муфта опережения впрыска:

Рис. а – исходное положение; b – рабочее положение; 1 – корпус ТНВД; 2 – кольцо с роликами; 3 – ролик; 4 – палец; 5 – канал; 6 – крышка; 7 – поршень; 8 – опора; 9 – пружина

Плунжер ТНВД создает высокое давление топлива и рас­преде­ляет его по цилиндрам при осуществлении следующих функциональ­ных этапов процесса топливоподачи: впуск топ­лива, активный ход плунжера и впрыскивание топлива (на­гнетание), отсечка подачи, процесс закрытия нагнетатель­ного клапана и разгрузка линии высокого давления.

Процессы топливоподачи в распределительной головке показаны на рис. . На верхней схеме рис. а показано положение плунжера в крайнем левом положении (мертвой точке). При этом в камере высокого давления 3 находится топливо, поступившее ранее через впускной канал.

При движении плунжера вправо рис б, топливо начинает сжиматься, при этом впускное отверстие 7 рассоединено с прорезью для впуска топлива 8, и топливо под рабочим давлением поступает через центральный канал плунжера в соответствующий выпускной канал определенного цилиндра. Под давлением открывается нагнетательный клапан и топливо по трубопроводу высокого давления поступает к форсунке.

Подача топлива заканчивается, как только поперечно расположенное в плунжере отверстие отсечки подачи 6, выйдет за пределы дозирующей муфты (рис.в) Топливо при этом выходит во внутреннюю полость насоса и нагнетание прекращается.

При дальнейшем повороте и движении плунжера влево (рис. г) происходит разобщение распределительной прорези 2 с каналом 4, впускное отверстие совмещается с соответствующей прорезью 8 в плунжере и за счет создавшегося разряжения топливо поступает в камеру высокого давления 3 и центральный канал. Процесс впуска и последующего впрыска топлива происходит в течение поворота плунжера на 90 ° в четырехцилиндровом дизеле, 72 ° в пятицилиндровом и на 60 ° в шестицилиндровом.

Фазы топливоподачи:

1 – плунжер; 2 – распределительная канавка; 3 – камера; 4 – выпускное отверстие; 5 – втулка подачи топлива; 6 – управляющее отверстие

Корректор по давлению наддува дизеля. Автоматический противодымный корректор или корректор по давлению наддува дизеля (LDA) служит для приведения в со­ответствие расхода топлива, подаваемого в цилиндры дизеля, ве­личине расхода воздуха, подаваемого компрессором, исключая таким образом дымление двигателя. Необходимость установки указанного автоматического устройства определяется изменением плотности воздуха в цилиндрах дизеля с турбонаддувом в зависи­мости от режима работы турбокомпрессора. Особенно необходи­ма работа корректора на режимах разгона дизеля, когда величина топливоподачи возрастает значительно быстрее, чем расход воз­духа, при этом коэффициент избытка воздуха уменьшается, и ра­бота дизеля сопровождается дымлением.

Конструктивное исполнение корректора по давлению над­дува, установленного на верхней крышке корпуса насоса, пока­зано на рис.

Рис. Схема работы корректора с турбонаддувом:

А – положение мембраны при увеличенном давлении наддува; б – положение мембраны при недостаточном давлении наддува; 1 – рычаг-упор корректора; 2 – шток; 3 – мембрана; 4 – подвод разряжения от впускного коллектора; 5 – пружина; 6 – жиклер слива топлива: 7 – стержень; 8 – регулировочный винт максимальной подачи; 9 – увеличенный ход подачи; 10 – дозирующая муфта; 11 – плунжер; 12 – пусковой рычаг; 13 – силовой рычаг

Внутренняя полость корректора разделена мембраной 3 на две камеры - верхнюю, соединенную с впускным коллектором и находящуюся под давлением наддува, и нижнюю, содержащую пружину 5, которая действует на мембрану, оказы­вая сопротивление ее перемещению вниз. Нижняя камера корректора находится под атмосферным давлением. Мембрана 3 соединена со штоком 2, имеющим управляющий конус, в кото­рый упирается подвижный стержень 7, передающий движение штока и, следовательно, мембраны рычагу-упору корректора 1. Шток взаимодействует с силовым рычагом 13 регулятора. Рабо­та корректора происходит следующим образом. Если величина давления наддува недостаточна для преодоления усилия затяж­ки пружины 5, то мембрана 3 и шток 2 находятся в исходном по­ложении, как это показано на рис. б. При увеличении давле­ния воздуха (рис.а), подаваемого компрессором, мембрана, преодоле­вая сопротивление пружины, перемещается вниз, соответствен­но перемещая шток 2 с управляющим конусом, в результате чего стержень 7 изменяет свое положение и рычаг 1 поворачивается относительно оси по часовой стрелке под действием рабочей пружины регулятора. Силовой рычаг 13, следуя перемещению рычага-упора 1, также поворачивается вместе с пусковым рыча­гом 12 относительно их общей оси, перемещая до­зирующую муфту в направлении увеличения подачи. Таким об­разом, величина топливоподачи оказывается в соответствии с количеством воздуха, подаваемого в цилиндры дизеля, посколь­ку это количество пропорционально давлению наддува. Если скоростной и нагрузочный режимы уменьшаются, то снижается и давление наддува, пружина корректора перемещает мембрану со штоком вертикально вверх, и механизм регулятора работает в направлении, обратном описанному выше, уменьшая подачу топлива в функции давления наддува (рис. б).

Если работа турбокомпрессора нарушается, то автомати­ческое устройство LDA, т.е. корректор по давлению наддува, ока­зывается в исходном положении на верхнем упоре (рис. б), обеспечивая работу дизеля без дымления. Величина макси­мальной подачи топлива для данного двигателя регулируется винтом 8, установленным на крышке ТНВД.

Подогрев топлива.