Тнвд

Содержание

Основной рабочий узел

Состоит эта пара из двух частей – поршня (он же плунжер) и гильзы (втулки). Поскольку в узле создается высокое давление, то утечки между составными элементами не допускаются. Поэтому рабочие поверхности поршня и гильзы имеют высокую степень обработки, поэтому не редко пару называют прецизионной.

Плунжерная пара

Суть работы пары построена на возвратно-поступательном перемещении плунжера внутри втулки. При этом посредством каналов или клапанов обеспечивается попадание топлива в надплунжерную полость и отвод его после сжатия.

Работа плунжерной пары

Работает все так: при перемещении поршня вниз открывается канал или клапан подачи (зависит от устройства ТНВД), и топливо закачивается в полость. При передвижении вверх подача прекращается (канал или клапан закрывается) и плунжер начинает сжимать дизтопливо. При достижении определенного значения давления открывается нагнетательный клапан и дизтопливо (уже находящееся в сжатом состоянии) выходит в магистраль, ведущую к форсункам.

В общем, работа самой плунжерной пары очень проста, но существует множество нюансов и особенностей, в том числе и конструктивных, которые влияют на функционирование этого узла. Поэтому принцип работы ТНВД следует рассматривать отдельно по каждому из указанных видов.

Особенности конструкции и принцип функционирования рядного ТНВД

Рядный вид является «родоначальником» насосов высокого давления, поскольку именно эти ТНВД использовались на первых дизельных установках и применение он, хоть уже и ограниченное, находит и сейчас.

Особенность его заключается в том, что для каждой форсунки предусмотрена своя топливная секция (с одной рабочей парой). Все секции размещены в ряд, отсюда и название типа ТНВД. Разновидностью его является V-образный насос, у которого секции располагаются в два ряда. Также стоит отметить, что он полностью механический, и только в последних модификациях стали использовать электромеханические регуляторы момента подачи топлива.

V-образный ТНВД

В нем плунжеры приводятся в действие от кулачкового вала, который получает вращение посредством привода от коленвала. При этом кулачки воздействуют на поршни секции не напрямую, а через роликовые толкатели. Возвратное передвижение плунжера обеспечивается пружиной.

Интересно в этом типе ТНВД организована регулировка количества топлива, подающегося на форсунки после сжатия. Для этого в гильзе проделано два отверстия – впускное и выпускное, причем первое находится ниже второго. Также на рабочей поверхности поршня сделана винтовая проточка. За счет проворота гильзы относительно плунжера и удается регулировать порции топлива.

А работает все так: при движении вверх, поршень перекрывает оба отверстия, и начинается сжатие топлива. Но при поднятии до определенного уровня, проточка на поршне соединяется со сливным отверстием, из-за чего давление падает, поскольку топливо начинает стекать по проточке, и нагнетательный клапан закрывается, прекращая его закачку в магистраль. За счет изменения расположения сливного отверстия относительно плунжера можно регулировать уровень совпадения его с проточкой.

К примеру, при работе мотора под нагрузкой необходимо обеспечить подачу большего количества топлива. Для этого втулка поворачивается так, чтобы отверстие с проточкой совпало как можно позже, тем самым порция дизтоплива, которая пройдет через нагнетательный клапан, будет увеличена.

Для проворота втулки используется рейка, которая имеет постоянное зацепление с зубчатым сектором, установленным на внешней поверхности гильзы. Причем эта рейка воздействует на все топливные секции одновременно, что обеспечивает синхронность регулирования дозировки.

Рядный ТНВД

Как уже отмечено, ТНВД помимо сжатия обеспечивает еще и соблюдение момента впрыска. Причем в рядном типе это организовано очень просто – плунжерная пара срабатывает точно на конце такта сжатия. Но здесь имеется очень важный момент – чем крупнее порция впрыскиваемого топлива, тем больше времени нужно, чтобы его подать. То есть, при работе мотора под нагрузкой, впрыск должен начаться раньше.

И это обеспечивает регулятор опережения момента впрыска. В полностью механическом насосе в его качестве выступает центробежная муфта, установленная на кулачковом валу насоса.

В конструкцию этой муфты входят подпружиненные грузики, которые за счет центробежной силы могут расходиться, преодолевая усилие пружин. Это расхождение приводит к тому, что кулачковый вал меняет угол (проворачивается) относительно своего привода. То есть, чем выше скорость вращения этого вала, тем на больший угол грузики его провернут. В результате кулачок будет раньше набегать на толкатель плунжера и момент начала впрыска изменяется.

Центробежная муфта

Также в конструкции используется электромеханический регулятор момента подачи топлива. В такой конструкции электроника посредством датчиков отслеживает параметры работы силовой установки и на их основе через исполнительные механизмы управляет углом начала подачи дизтоплива.

Механический регулятор момента подачи топлива

Насосы рядного типа отличаются высокой надежностью и неприхотливостью к качеству топлива. Но из-за ряда недостатков, среди которых значительные габаритные размеры и сравнительно медлительное реагирование на изменение режимов работы мотора, использование этого вида ТНВД сейчас ограничено. Он пока еще применяется на тяжелой технике, что же касается автомобильного транспорта, то его вытеснили другие типы насосов.

Распределительный тип ТНВД

Следующим этапом в развитии дизельных систем питания стало использование насосов распределительного типа.

Особенность этого вида ТНВД заключается том, что в конструкции используется только одна топливная секция, которая обеспечивает подачу на все форсунки. Примечательно, что секция только одна, но в ней может использоваться разное количество плунжерных пар – от 1 до 4.

Существует несколько типов распределительных ТНВД, отличающихся между собой по особенностям работы прецизионных пар и их приводом. В целом, все насосы этого типа делятся на:

  • торцевые;
  • роторные;
  • с внешним приводом (кулачковым).

Отметим, что последний тип из-за низких показателей надежности особого распространения не получил.

Торцевой тип

Насосы с этим приводом – достаточно распространенный вариант и выпускаются они многими именитыми производителями топливной аппаратуры для дизелей.

Топливный насос высокого давления

Устройство топливного насоса высокого давления с этим видом привода подразумевает наличие только одной прецизионной пары, которая одновременно выполняет и роль распределителя – направляет сжатое топливо к требуемой форсунке.

ТНВД торцевого вида

Особенность работы заключается в том, что поршень выполняет не только возвратно-поступательное перемещение, он еще при этом и вращается. Чтобы обеспечить одновременное выполнение нескольких движений, в конструкции используется специальная кулачковая шайба с закрепленными на ней роликами.

Суть работы очень проста – эта шайба за счет воздействия пружин находится поджатой к неподвижному кольцу (упирается в него роликами). В кольце проделаны выемки под ролики. При вращении ролики периодически попадают в имеющиеся выемки, что приводит к возвратно-поступательному движению самой шайбы, которая связана с плунжером, при этом она его сразу же и вращает.

Схема питания дизельного двигателя

При ходе поршня внутри втулки происходит сжатие дизтоплива, а его вращение обеспечивает открытие того или иного канала, по которому топливо под давлением движется к требуемой форсунке.

Процесс работы плунжера ТНВД

Блок высокого давления

Это была описана только работа топливной секции. Но в конструкцию этого насоса входит еще ряд дополнительных элементов:

  • топливоподкачивающий насос (роторно-лопастной);
  • регулятор опережения момента подачи;
  • дозирующее устройство (механическое или электромагнитное);

Если рассматривать все эти дополнительные устройства, то принцип их работы – не сложен.

Подкачивающий насос располагается на валу ТНВД и представляет он собой ротор, с установленными в нем роликами. Вращается этот ротор в статоре, на внутренней поверхности которого проделаны специальные пазы.

Главный рабочий механизм ТНВД

В качестве регулятора опережения впрыска выступает неподвижное кольцо (к которому поджата шайба с роликами). Проворачивая ее вокруг оси можно менять угол проворота вала, при котором срабатывает рабочая пара. В движение это кольцо приводится исполнительными механизмами электронного блока управления ТНВД.

Дозировка топлива механическим регулятором выполняется за счет срабатывания специальной муфты. В электромагнитном типе роль дозатора выполняет специальный запорный клапан, который по сигналу от блока управления перекрывает подачу топлива в магистраль.

Роторный тип

Еще один ТНВД распределительного вида, получивший неплохое распространение, имеет так называемый роторный привод (он же – внутренний кулачковый). В этом насосе тоже имеется только одна топливная секция, в которой может использоваться 2, 3 или 4 плунжерные пары.

Пары в этом типе насоса расположены радиально. Плунжеры при этом совершая поступательное перемещение, двигаются навстречу друг другу. Надплунжерные пространства объединены в единую полость – камеру высокого давления. Втулки в плунжерных парах, как таковые – отсутствуют. Их роль выполняют отверстия в валу-распределителе насоса.

В целом, конструкция топливной секции включает кулачковую шайбу, с проделанными пазами на внутренней поверхности. Внутри этой шайбы размещен вал-распределитель с установленными в нем плунжерами. В движение поршни приводятся через специальные роликовые башмаки, ролики которых постоянно контактируют с рабочей поверхностью шайбы.

Кулачковый двухплунжерный ТНВД

Суть работы секции такова: при вращении вала, башмаки повторяют форму поверхности шайбы. Попадание на выступ поверхности приводит к вдавливанию башмаков внутрь вала, при этом они толкают плунжеры (происходит поступательное движение). Попавшее ранее в камеру высокого давления топливо сжимается и подается на распределитель, где и перенаправляется на требуемые форсунки.

Но это только принцип работы топливной секции. В конструкцию ТНВД помимо нее входят топливоподкачивающий насос (роторного типа), регуляторы дозировки и момента впрыска, электронный блок управления, который регулирует работу насоса в зависимости от режима работы силового агрегата.

Насосы распределительного типа отличаются компактными размерами и достаточно высоким создаваемым давлением. Но есть и недостатки, главным из которых является короткий срок службы плунжерных пар.

Насосы низкого давления (топливоподкачивающие)

Выше рассматривались ситуации, когда топливо уже находится в ТНВД. Но к нему оно еще должно поступить, причем пройдя несколько этапов очистки. И это выполняет топливный насос низкого давления (топливоподкачивающий).

Они бывают как внешними, так и внутренними, механическими или электрическими.

В топливных системах с рядными ТНВД обычно используются внешние механические подкачивающие насосы поршневого типа. Привод его осуществлялся от эксцентрика вала насоса высокого давления.

Механический топливоподкачивающий насос

Конструктивно он очень прост. Внутри его корпуса имеется поршень со штоком, контактирующим с эксцентриком и двумя клапанами – впускным и выпускным.

При движении поршня вниз, топливо за счет разрежения через впускной клапан закачивалось в надпоршневое пространство. Движение же его вверх сопровождается закрытием впускного клапана и открытием выпускного, через который поршень выдавливает дизтопливо далее – к фильтру тонкой очистки.

Принцип работы ТННД

Поскольку его производительность больше, чем требуется для работы мотора, конструктивно предусмотрен сброс излишков обратно в бак.

В ТНВД распределительного типа уже используется внутренний механический подкачивающий насос роторного типа.

Нередко вместо механических узлов используются электрические, которые могут устанавливаться на корпусе ТНВД, в магистралях низкого давления или же непосредственно в баке. Они зачастую используются и в системе безопасности, которая при аварии подает сигнал на его отключение для прекращения подачи топлива в магистрали.

Электрический топливный насос

Принципиальных изменений в конструкции ТНВД давно уже не было, автопроизводители используют проверенные временем механизмы лишь дорабатывая отдельные детали и системы управления.

Назначение

Топливные насосы предназначены для подачи в цилиндры дизеля под определенным давлением и в определенный момент цикла, точно отмеренных порций топлива, соответствующих данной нагрузке приложенной к коленчатому валу. По способу впрыска различают топливные насосы непосредственного действия и с аккумуляторным впрыском.

В топливном насосе непосредственного действия осуществляется механический привод плунжера, а процессы нагнетания и впрыска протекают одновременно. В каждый цилиндр секция топливного насоса подает необходимую порцию топлива. Требуемое давление распыления создается движением плунжера насоса.

У топливного насоса с аккумуляторным впрыском привод рабочего плунжера осуществляется за счет сил давления сжатых газов в цилиндре двигателя или с помощью специальных пружин. На мощных тихоходных дизелях применяют аккумуляторные топливные насосы с гидравлическими аккумуляторами.

В системах с гидравлическими аккумуляторами процессы нагнетания и впрыска протекают раздельно. Предварительно топливо под высоким давлением нагнетается насосом в аккумулятор, из которого поступает к форсункам. Эта система обеспечивает качественное распыление и смесеобразование в широком диапазоне нагрузок дизеля, но из-за сложности конструкций такой насос широкого распространения не получил. Современные дизели используют технологию с управлением электромагнитными клапанами форсунок от микропроцессорного устройства (такое сочетание называется «common rail»).

Разновидности

Топливные насосы высокого давления могут быть рядными, V-образными (многосекционными) и распределительными. В рядных ТНВД насосные секции располагаются друг за другом, и каждая подает топливо в определенный цилиндр двигателя. В распределительных ТНВД, которые бывают одноплунжерными и двухплунжерными, одна насосная секция подает топливо в несколько цилиндров двигателя.

Работа секции рядного ТНВД

Устройство распределительного ТНВД:

  1. редукционный клапан;
  2. всережимный регулятор;
  3. дренажный штуцер;
  4. корпус насосной секции высокого давления в сборе с плунжерной парой и нагнетательными клапанами;
  5. топливоподкачивающий насос;
  6. лючок регулятора опережения впрыска;
  7. корпус ТНВД;
  8. электромагнитный клапан выключения подачи топлива;
  9. кулачково-роликовое устройство привода плунжера.

Подачу топлива из бака в ТНВД обеспечивает топливоподкачивающий насос (5), а редукционный клапан (1) поддерживает стабильное давление на входе в насосную секцию ТНВД, которая расположена в корпусе (4).

Плунжерная пара насосной секции представляет собой золотниковое устройство, регулирующее количество впрыскиваемого топлива и распределяющее его по цилиндрам дизеля в соответствии с порядком их работы. Всережимный регулятор (2) обеспечивает устойчивую работу дизеля в любом режиме, задаваемом водителем с помощью педали акселератора, и ограничивает максимальные обороты коленчатого вала, а регулятор опережения впрыска топлива (6) изменяет момент подачи топлива в цилиндры в зависимости от частоты вращения коленвала.

Топливоподкачивающий насос подает в ТНВД топливо в гораздо большем объёме, чем требуется для работы дизеля. Излишки возвращаются в бак через дренажный штуцер (3). Что касается электромагнитного клапана (8), то он предназначен для остановки дизеля. При повороте ключа в замке зажигания в положение «выключено» электромагнитный клапан перекрывает подачу топлива к плунжерной паре, а значит, и в цилиндры дизеля, это и требуется, чтобы заглушить силовой агрегат.

В зависимости от давления и продолжительности впрыска, а также от величины цикловой подачи топлива существуют следующие модели рядных ТНВД:

  • М (4—6 цилиндров, давление впрыска до 550 бар)
  • А (2—12 цилиндров, давление впрыска до 950 бар)
  • P3000 (4—12 цилиндров, давление впрыска до 950 бар)
  • P7100 (4—12 цилиндров, давление впрыска до 1200 бар)
  • P8000 (6—12 цилиндров, давление впрыска до 1300 бар)
  • P8500 (4—12 цилиндров, давление впрыска до 1300 бар)
  • R (4—12 цилиндров, давление впрыска до 1150 бар)
  • P10 (6—12 цилиндров, давление впрыска до 1200 бар)
  • ZW (M) (4—12 цилиндров, давление впрыска до 950 бар)
  • P9 (6—12 цилиндров, давление впрыска до 1200 бар)
  • CW (6—10 цилиндров, давление впрыска до 1000 бар)
  • H1000 (5—8 цилиндров, давление впрыска до 1350 бар)

Общее устройство ТНВД

  • Корпус.
  • Крышки.
  • Всережимный регулятор
  • Муфта опережения впрыска.
  • Подкачивающий насос.
  • Кулачковый вал.
  • Толкатели.
  • Плунжеры с поводками или зубчатыми втулками,
  • Гильзы плунжеров.
  • Возвратные пружины плунжеров.
  • Нагнетательные клапаны.
  • Штуцеры.
  • Рейка.

Принцип действия ТНВД

Вращение кулачковый вал получает через муфту опережения впрыска и зубчатую передачу от коленчатого вала. При вращении кулачкового вала кулачок набегает на толкатель и смещает его, а он в свою очередь, сжимая пружину, поднимает плунжер. При поднятии плунжера он вначале закрывает впускной канал, а затем начинает вытеснять топливо, находящееся над ним. Топливо вытесняется через нагнетательный клапан, открывшийся за счёт давления, и поступает к форсунке.

В момент движения плунжера вверх винтовой канал, находящийся на нём, совпадает со сливным каналом в гильзе. Остатки топлива, находящиеся над плунжером, начинают уходить на слив через осевой, радиальный и винтовой каналы в плунжере и сливной в гильзе. При опускании плунжера за счёт пружины открывается впускной канал, и объём над плунжером заполняется топливом от подкачивающего насоса.

Изменение количества подаваемого топлива к форсунке осуществляется поворотом плунжеров от рейки через всережимный регулятор. При повороте плунжера, если винтовой канал совпадёт со сливным раньше, то впрыснуто топлива будет меньше. При обратном повороте каналы совпадут позже, и впрыснуто топлива будет больше.

На некоторых ТНВД (например, ТНВД трактора Т-130) часть секций отключается на холостых оборотах, соответственно, отключается и часть цилиндров двигателя.

Дополнительные агрегаты ТНВД

Муфта опережения впрыска — служит для изменения угла опережения впрыска в зависимости от оборотов. По принципу действия является механизмом, использующим центробежную силу. Устройство:

  • Ведущая полумуфта.
  • Ведомая полумуфта.
  • Грузы.
  • Стяжные пружины грузов.
  • Опорные пальцы грузов

Принцип действия муфты следующий. При минимальных оборотах грузы за счёт пружин стянуты к центру и положение между муфтами является исходным, при этом угол опережения впрыска находится в пределах отрегулированного параметра. При увеличении оборотов центробежная сила в грузах возрастает и разводит их, преодолевая сопротивление пружин. При этом муфты поворачиваются относительно друг друга и угол опережения впрыска увеличивается.

Всережимный регулятор — служит для изменения количества подачи топлива в зависимости от режимов работы двигателя: запуск двигателя, увеличение/уменьшение оборотов, увеличение/уменьшение нагрузки, остановка двигателя. Устройство:

  • Корпус.
  • Крышки.
  • Державка.
  • Грузы.
  • Муфта.
  • Рычаги.
  • Скоба-кулисы.
  • Регулировочные винты.
  • Оттяжные пружины.

Принцип действия регулятора следующий:

  • Запуск двигателя: перед запуском рейка за счёт пружины находится в положении максимальной подачи топлива, поэтому при запуске в двигатель подаётся максимальное количество топлива. Это способствует быстрому запуску. Как только двигатель начнёт развивать обороты, и центробежная сила в грузах начнёт расти, они, преодолевая сопротивление пружин, начнут расходиться в стороны и внутренними своими рычагами давить на муфту, которая будет воздействовать на рычаг, а рычаг будет тянуть рейку в сторону уменьшения подачи топлива. Обороты установятся в соответствии с натягом пружин.
  • Увеличение оборотов: при нажатии на педаль «газа» натягивается пружина, которая действует на рычаг рейки и муфту. Муфта и рейка смещается, при этом преодолевается центробежная сила в грузах. Рейка смещается в сторону увеличения подачи топлива, и обороты растут.
  • Увеличение нагрузки — при увеличении нагрузки и неизменном положении педали «газа» обороты снижаются, центробежная сила в грузах тоже. Грузы складываются и дают возможность сместиться муфте, рычагу и рейке в сторону увеличения подачи топлива. При снижении нагрузки обороты начинают увеличиваться, центробежная сила в грузах тоже, грузы начинают расходится и внутренними рычагами смещать муфту, рычаг и рейку в сторону уменьшения подачи топлива. Обороты при этом прекращают расти.
  • Остановка двигателя — при остановке двигателя поворачивается скоба, кулиса скобы воздействует на рычаг, а рычаг — на рейку. Рейка перемещается настолько в сторону уменьшения подачи, что подача прекращается, и двигатель останавливается

> См. также

  • Система непосредственного впрыска топлива в бензиновых двигателях
  • Аккумуляторная топливная система

Что такое ТНВД?

Топливный насос высокого давления сокращенно называют ТНВД. Данное устройство является одним из наиболее сложных в конструкции дизельного двигателя. Основной задачей такого насоса становится подача дизельного топлива под высоким давлением.

Насосы обеспечивают подачу топлива в цилиндры дизельного мотора под определенным давлением, а также строго в определенный момент. Порции подаваемого топлива отмерены очень точно и соответствуют степени нагрузки на двигатель. Насосы ТНВД различают по способу впрыска. Бывают насосы непосредственного действия , а также насосы с аккумуляторным впрыском.

Топливные насосы непосредственного действия имеют механический привод плунжера. Процессы нагнетания и впрыска топлива протекают в одно время. В каждый отдельный цилиндр дизельного ДВС определенная секция ТНВД подает нужную дозу горючего. Давление, которое необходимо для эффективного распыления, создается движением плунжера топливного насоса.

ТНВД с аккумуляторным впрыском отличается тем, что на привод рабочего плунжера воздействуют силы давления сжатых газов в цилиндре самого ДВС или воздейсвие оказывается при помощи пружин. Встречаются топливные насосы с гидравлическим аккумулятором, которые нашли применение в мощных малооборотистых дизельных ДВС.

Стоит отметить, что системы с гидроаккумулятором характеризуются раздельными процессами нагнетания и впрыска. Горючее под высоким давлением нагнетается топливным насосом в аккумулятор, а уже затем поступает к топливным форсункам. Такой подход обеспечивает эффективное распыливание и оптимальное смесеобразование, которое подходит для всего диапазона нагрузок на дизельный агрегат. К минусам этой системы можно отнести сложность конструкции, что и стало причиной непопулярности такого насоса.

Современные дизельные установки используют технологию, которая основана на управлении электромагнитными клапанами форсунок от электронного блока управления с микропроцессором. Указанная технология получила название «Сommon Rail».

Главные причины неисправностей

ТНВД является дорогостоящим устройством, которое очень требовательно к качеству топлива и смазочных материалов. Если автомобиль эксплуатируется на горючем низкого качества, такое топливо обязательно содержит твердые частицы, пыль, молекулы воды и т.д. Все это ведет к выходу из строя плунжерных пар, которые установлены в насосе с минимальным допуском, измеряющимся в микронах.

Низкокачественное топливо с легкостью выводит из строя форсунки, которые отвечают за процесс распыления и впрыска топлива.

Распространенные признаки неисправностей в работе ТНВД и форсунок представляют собой следующие отклонения от нормы:

  • расход топлива заметно увеличен;
  • отмечается повышенная дымность выхлопа;
  • в процессе работы присутствуют посторонние звуки и шум;
  • мощность и отдача от ДВС заметно падают;
  • наблюдается затрудненный пуск;

Современные моторы с ТНВД оснащены электронной системой топливного впрыска. ЭБУ дозирует подачу топлива в цилиндры, распределяет этот процесс по времени, определяет нужное количество дизтоплива. Если владелец замечает малейшие перебои в работе двигателя, то это является безотлагательным поводом для немедленного обращения в сервис. Силовую установку и топливную систему тщательно исследуют при помощи профессионального диагностического оборудования. Во время диагностики специалисты определяют многочисленные показатели, среди которых первостепенными являются:

  • степень равномерности подачи топлива;
  • давление и его стабильность;
  • частота вращения вала;

Эволюция устройства

Ужесточение экологических норм и требований касательно выбросов вредных веществ в атмосферу привело к тому, что механические топливные насосы высокого давления для дизельных автомобилей стали вытесняться системами с электронной регулировкой. Механический насос попросту не смог обеспечить дозирование топлива с необходимой высокой точностью, а также не был в состоянии максимально быстро реагировать на динамично меняющиеся режимы работы двигателя.

Всемирно известные производители Bosch, Nippon Denso и другие предложили системы электронного управления подачей топлива. Указанные разработки основывались на топливном насосе VЕ. Такие системы позволяли добиться повышения точности дозирования топлива в каждый цилиндр по отдельности.

Внедрение электронных систем обеспечивало уменьшение между циклами нестабильности процесса сгорания топливно-воздушной смеси, а также снижение неравномерностей в процессе работы дизельного двигателя на холостом ходу.

Некоторые системы имели в своей конструкции клапан быстрого действия, что позволило разделить процесс впрыска топлива на две фазы. Двухфазный впрыск привел к конечному уменьшению жесткости самого процесса сгорания смеси.

Полученная точность в процессе управления системой впрыска обеспечила снижение выбросов токсичных веществ благодаря более полному сгоранию топливно-воздушной смеси, а возросшая эффективность такого сгорания повысила КПД двигателя и увеличила итоговую мощность силовой установки.

Электронные системы получили топливные насосы распределительного типа. Такие насосы оборудованы управляемыми устройствами, которые осуществляют регулировку положения дозатора. Дополнительно имеется клапан для опережения впрыска горючего.

Принцип работы системы

ЭБУ получает соответствующие сигналы от различных датчиков. Учитывается положение педали газа, частота вращения вала двигателя, температура охлаждающей жидкости и температура самого топлива. Электронный блок управления получает данные о подъеме иглы форсунок, скорости движения транспортного средства, давлении наддува воздуха и его температуре на впуске.

ЭБУ обрабатывает полученную от датчиков информацию, а затем посылает сигнал на ТНВД. Это обеспечивает подачу необходимого и оптимального количества топлива к форсункам. Дополнительно обеспечивается наилучший угол опережения впрыска с учетом конкретных условий работы двигателя. Любая дополнительная нагрузка сразу отмечается ЭБУ, на ТНВД приходит сигнал и происходит увеличение топливоподачи для компенсации возросших нагрузок.

Электронный блок управления осуществляет контроль за работой свечей накаливания. ЭБУ следит за периодом накаливания, режимом работы свечей накаливания и периодом после накаливания. Все это происходит с учетом зависимости от температуры.

Ниже приведена схема электронного регулирования одноплунжерного насоса VE от Bosch для дизельного мотора:

  1. датчик начала впрыска;
  2. датчик частоты вращения коленвала и ВМТ;
  3. воздухорасходомер;
  4. датчик температуры ОЖ;
  5. датчик положения педали газа;
  6. блок управления;
  7. устройство ускорителя пуска и прогрева ДВС;
  8. устройство для управления клапаном рециркуляции отработанных газов;
  9. устройство для управления углом опережения топливного впрыска;
  10. устройство для управления приводом дозирующей муфты;
  11. датчик хода дозатора;
  12. датчик температуры топлива;
  13. топливный насос высокого давления;

Ключевым элементом в данной системе выступает устройство для перемещения дозирующей муфты ТНВД (10). Управляет процессами подачи топлива блок управления (6). Информация поступает в блок от датчиков:

  • датчик начала впрыска , который установлен в одной из форсунок (1);
  • датчик ВМТ и частоты вращения коленвала (2);
  • воздухорасходомер (3);
  • датчик температуры охлаждающей жидкости (4);
  • датчик положения педали акселератора (5);

В памяти блока управления хранятся заданные оптимальные характеристики. Основываясь на информации от датчиков, ЭБУ посылает сигналы на механизмы управления цикловой подачей и углом опережения впрыска. Так происходит регулировка величины цикловой подачи топлива в различных режимах работы силового агрегата, а также в момент холодного запуска двигателя.

Исполнительные устройства имеют потенциометр, который посылает обратный сигнал в ЭБУ, благодаря чему определяется точное положение дозирующей муфты. Регулировка угла опережения впрыскивания топлива происходит по аналогичному принципу.

ЭБУ отвечает за создание сигналов, которые обеспечивают регулировку многочисленных процессов. Блок управления стабилизирует частоту вращения в режиме холостого хода, регулирует рециркуляцию отработанных газов с определением показателей по сигналам датчика массового расхода воздуха. Блок сопоставляет сигналы в реальном времени от датчиков с теми значениями, которые в нем запрограммированы в виде оптимальных. Далее происходит передача выходного сигнала от ЭБУ на сервомеханизм, который обеспечивает необходимое положение дозирующей муфты. При этом достигается высокая точность регулирования.

Данная система имеет программу самодиагностики. Это позволяет осуществлять отработку аварийных режимов для обеспечения движения транспортного средства даже при наличии ряда определенных неисправностей. Полный отказ происходит только при поломке микропроцессора ЭБУ.

Наиболее распространенным решением регулировки цикловой подачи для одноплунжерного насоса высокого давления распределительного типа является использование электромагнита (6). Такой магнит имеет поворотный сердечник, конец которого соединяется посредством эксцентрика с дозирующей муфтой (5). Электрический ток проходит в обмотке электромагнита, при этом угол поворота сердечника может быть от 0 до 60°. Так происходит перемещение дозирующей муфты (5). Данная муфта в итоге регулирует цикловую подачу ТНВД.

Одноплунжерный насос с электронным управлением

  1. ТНВД;
  2. электромагнитный клапан для управления автоматом опережения впрыска топлива;
  3. жиклер;
  4. цилиндр автомата опережения впрыска;
  5. дозатор;
  6. электромагнитное устройство изменения топливоподачи;
  7. ЭБУ;
  8. датчик температуры, давления наддува, положения регулятора топливоподачи;
  9. рычаг управления;
  10. возврат топлива;
  11. топливоподача к форсунке;

Автомат опережения впрыска управляется электромагнитным клапаном (2). Данный клапан обеспечивает регулировку давления топлива, которое действует на поршень автомата. Для клапана характерна работа в импульсном режиме по принципу «открытие — закрытие». Это позволяет модулировать давление, что зависит от частоты вращения вала ДВС. В момент открытия клапана давление падает, а это влечет за собой уменьшение угла опережения впрыска. Закрытый клапан обеспечивает увеличение давления, которое перемещает поршень автомата в сторону, когда угол опережения впрыска будет увеличен.

Данные импульсы ЭМК определяются ЭБУ и зависят от режима работы и температурных показателей двигателя. Момент начала впрыска определяется при помощи того, что одна из форсунок оборудована индукционным датчиком подъема иглы.

Исполнительные механизмы, которые оказывают воздействие на элементы управления топливоподачей в ТНВД распределительного типа, являются пропорциональными электромагнитными, линейными, моментными или шаговыми электродвигателями, которые выступают в роли привода для дозатора топлива в указанных насосах.

Форсунка с датчиком подъема иглы

Электромагнитный исполнительный механизм распределительного типа состоит из датчика хода дозатора, самого исполняющего устройства, дозатора, клапана изменения угла начала впрыска, который оборудован электромагнитным приводом. Форсунка имеет в своем корпусе встроенную катушку возбуждения (2). ЭБУ подает туда определенное опорное напряжение. Это сделано для поддержания тока в электроцепи постоянным и независимо от температурных колебаний.

Форсунка, оборудованная датчиком подъема иглы, состоит из:

  • регулировочного винта (1);
  • катушки возбуждения (2);
  • штока (3);
  • проводки (4);
  • электроразъема (4);

Указанный ток в результате обеспечивает создание вокруг катушки магнитного поля. В момент поднятия иглы форсунки сердечник (3) осуществляет изменение магнитного поля. Это вызывает изменение напряжения и сигнала. Когда игла находится в процессе подъема, тогда импульс достигает своего пика и определяется ЭБУ, который управляет углом опережения впрыска.

Полученный импульс электронный блок управления сравнивает с данными в своей памяти, которые соответствуют различным режимам и условиям работы дизельного агрегата. Затем ЭБУ осуществляет посылку возвратного сигнала на электромагнитный клапан. Указанный клапан соединен с рабочей камерой автомата опережения впрыскивания. Давление, воздействующее на поршень автомата, начинает изменяться. Результатом становится перемещение поршня под действием пружины. Так изменяется угол опережения впрыска.

Максимальным показателем давления, которое достигается при помощи электронного управления подачей топлива на основе топливного насоса VЕ, является показатель в 150 кгс/см2. Стоит отметить, что данная схема является сложной и устаревшей, напряжения в кулачковом приводе не имеют дальнейшей перспективы развития. Следующим этапом развития ТНВД являются схемы нового поколения.

Насос VP-44 и система непосредственного впрыска дизельного ДВС

Данная схема успешно применяется на последних моделях дизельных автомобилей от ведущих мировых концернов. К таким можно отнести BMW, Opel, Audi, Ford, и т.д. Насосы подобного типа позволяют получить показатель давления впрыска на отметке в 1000 кгс/см2.

Система непосредственного впрыска с топливным насосом VP-44, представленная на рисунке, включает в себя:

  • А-группу исполнительных механизмов и датчиков;
  • B-группу приборов;
  • С-контур низкого давления;
  • D- систему для обеспечения подачи воздуха;
  • E- систему для удаления вредных веществ из отработанных газов;
  • M-крутящий момент;
  • CAN-бортовую шину связи;
  1. датчик контроля хода педали для управления топливоподачей;
  2. механизм отключения сцепления;
  3. контакт тормозных колодок;
  4. регулятор скорости ТС;
  5. выключатель свечей накаливания и стартера;
  6. датчик скорости ТС;
  7. индуктивный датчик частоты вращения коленвала;
  8. датчик температуры охлаждающей жидкости;
  9. датчик измерения температуры воздуха, поступающего во впуск;
  10. датчик давления наддува;
  11. датчик пленочного типа для измерения массового расхода воздуха на впуске;
  12. комбинированная приборная панель;
  13. система кондиционирования с электронным управлением;
  14. диагностический разъем для подключения сканера;
  15. блок управления временем включения для свечей накаливания;
  16. привод ТНВД;
  17. ЭБУ для управления двигателем и ТНВД;
  18. ТНВД;
  19. фильтрующий топливный элемент;
  20. топливный бак;
  21. датчик форсунки, контролирующий ход иглы в 1-ом цилиндре;
  22. свеча накаливания штифтового типа;
  23. силовая установка;

Данная система имеет характерную особенность, которая заключается в совмещенном блоке управления для ТНВД и других систем. Блок управления конструктивно имеет две части, оконечные каскады и питание электромагнитов, расположенных на корпусе топливного насоса.

Устройство ТНВД VP- 44

  1. насос для подкачки топлива;
  2. датчик положения и частоты насосного вала;
  3. блок управления;
  4. золотник;
  5. электромагнит подачи;
  6. электромагнит угла опережения впрыска;
  7. гидропривод исполнительного механизма для изменения угла опережения впрыска;
  8. ротор;
  9. кулачковая шайба;

Система включает в себя контур низкого давления. Топливоподкачивающий насос в ТНВД VP-44 представляет собой шиберный насос. Наблюдается зависимость давления, которое создается насосом для подкачки топлива на стороне нагнетания топлива от той частоты, с которой происходит вращение колеса насоса. Указанное давление при увеличении частоты вращения имеет непропорциональный показатель.

Регулирующий давление клапан находится вблизи от топливоподкачивающего насоса. Он соединен с отводящим пазом через специальное отверстие для пропуска потока. Клапан отвечает за изменение давления нагнетания топливоподкачивающего насоса в зависимости от необходимого расхода горючего. Топливо, которое нагнетает топливоподкачивающий насос, поступает к ТНВД и его насосной секции, таким путем попадая в устройство опережения впрыска.

Гидравлическая схема насоса:

  1. блок управления;
  2. клапан регулировки давления;
  3. поршень клапана регулировки давления;
  4. клапан дросселирования перепуска;
  5. отводной канал;
  6. дроссель;
  7. блок управления топливным насосом высокого давления;
  8. поршневой демпфер;
  9. электромагнитный клапан управления подачей топлива;
  10. нагнетательный клапан;
  11. форсунка;
  12. электромагнитный клапан установки начала впрыска;
  13. распределительный ротор;
  14. насосная секция ТНВД с плунжерами, движущимися радиально;
  15. датчик угла поворота приводного вала ТНВД;
  16. устройство опережения впрыска;
  17. насос для подкачки топлива;

Контур низкого давления

Если давление топлива превысит заданную величину, тогда посредством торцевой кромки поршня (3) открываются отверстия. Указанные отверстия расположены радиально. Через них поток горючего сливается по каналам насоса к специальному подводящему пазу. В тех случаях, когда давление находится на низком уровне, тогда радиальные отверстия закрыты, так как на них воздействует сила пружины. Натяжение пружины определяет величину давления.

Охлаждение топливоподкачивающего насоса, а также удаление воздуха осуществляется путем прохождения топлива через клапан дросселирования перепуска (4), который привинчен к корпусу насоса.

При помощи данного клапана осуществляется отвод топлива по перепускному каналу (5). Клапан имеет нагруженный пружиной шарик в своем корпусе. Данная конструкция позволяет топливу вытекать только тогда, когда будет достигнуто определенное давления в самом канале.

Дроссель (6) имеет малый диаметр. Такой дроссель связан с линией отвода, которая расположена в корпусе клапана и проходит параллельно основному каналу для отвода горючего. Указанный дроссель отвечает за автоматическое удаление воздуха из топливоподкачивающего насоса. Устройство контура низкого давления ТНВД рассчитано на то, что через клапан дросселирования перепуска в топливный бак всегда возвращается то или иное количество топлива.

Контур высокого давления

Контуром высокого давления принято считать сам ТНВД, а также устройство распределения и регулировки величины и момента начала подачи. Для этого используется только один элемент, который называется электромагнитный клапан высокого давления.

Данные системы отвечают за создание высокого давления в насосной секции ТНВД с радиальным движением плунжеров. Указанная секция создает такое давление, которое требуется для впрыска топлива под давлением около 1000 кгс/см2. В действие её приводит приводной вал, а конструкция состоит из:

  • соединительной шайбы;
  • башмаков с роликами;
  • кулачковой шайбы;
  • нагнетающего плунжера передней части (головки) вала-распределителя;

На рисунке ниже приведен пример расположения плунжеров:

  • а-цилиндров четыре или шесть;
  • 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;

Система работает таким образом, что крутящий момент от приводного вала передается через соединительную шайбу и шлицевое соединение. Такой момент идет на вал-распределитель. Направляющие пазы (3) выполняют такую функцию, чтобы через башмаки (4) и находящиеся в них ролики (2) задействовать в работу нагнетающие плунжеры (5) так, чтобы это соответствовало тому внутреннему профилю, который имеет кулачковая шайба (1). Число цилиндров в дизельном ДВС равно количеству кулачков на шайбе.

Нагнетающие плунжеры в корпусе вала-распределителя расположены радиально. По этой причине такая система и получила название ТНВД. Плунжеры осуществляют совместное выдавливание поступившего топлива на восходящем профиле кулачка. Далее топливо попадает в главную камеру высокого давления (7). В ТНВД может быть два, три и более нагнетающих плунжера, что зависит от планируемых нагрузок на мотор и количества цилиндров (а, b, c).

Процесс распределения топлива при помощи корпуса-распределителя

В основе данного устройства лежат:

  • фланец (6);
  • распределительная втулка (3);
  • расположенная в распределительной втулке задняя часть вала-распределителя (2);
  • запирающая игла (4) электромагнитного клапана высокого давления (7);
  • аккумулирующая мембрана (10), которая разделяет полости, отвечающие за подкачку и слив;
  • штуцеры магистрали высокого давления (16);
  • нагнетательный клапан (15);

На рисунке ниже мы видим сам корпус-распределитель:

  • а- фаза наполнения топливом;
  • b-фаза нагнетания топлива;

Данная система состоит из:

  1. плунжера;
  2. вала-распределителя;
  3. распределительной втулки;
  4. запирающей иглы электромагнитного клапана высокого давления;
  5. канала для обратного слива топлива;
  6. фланца;
  7. электромагнитного клапана высокого давления;
  8. канала камеры высокого давления;
  9. кольцевого впускного канала для топлива;
  10. аккумулирующей мембраны для раздела полостей подкачки и сливной полости;
  11. полости за мембраной;
  12. камеры низкого давления;
  13. распределительной канавки;
  14. выпускного канала;
  15. нагнетательного клапана;
  16. штуцера магистрали высокого давления;

На этапе наполнения на нисходящем профиле кулачков плунжеры (1), которые движутся радиально, перемещаются наружу и движутся к поверхности кулачковой шайбы. Запирающая игла (4) в это момент находится в свободном состоянии и открывает впускной топливный канал. Топливо проходит через камеру низкого давления (12), кольцевой канал (9) и иглу. Далее горючее направляется от топливоподкачивающего насоса по каналу (8) вала-распределителя и попадает в камеру высокого давления. Все излишки топлива обратно вытекают через канал возвратного слива (5).

Нагнетание осуществляется при помощи плунжеров (1) и иглы (4), которая закрыта. Плунжеры начинают перемещаться на восходящем профиле кулачков к оси вала-распределителя. Так происходит повышение давления в камере высокого давления.

Топливо, будучи уже под высоким давлением, устремляется по каналу камеры высокого давления (8). Оно проходит распределительную канавку (13), которая в данной фазе соединяет вал-распределитель (2) с выпускным каналом (14), штуцер (16) с нагнетательным клапаном (15) и магистраль высокого давления с форсункой. Последним этапом становится поступление дизтоплива в камеру сгорания силовой установки.

Как происходит дозирование топлива. Электромагнитный клапан высокого давления

Электромагнитный клапан (клапан установки момента начала впрыска) состоит из таких элементов:

  1. седло клапана;
  2. направление закрытия клапана;
  3. игла клапана;
  4. якорь электромагнита;
  5. катушка;
  6. электромагнит;

За цикловую подачу и дозирование топлива отвечает указанный электромагнитный клапан. Указанный клапан высокого давления встроен в контур высокого давления ТНВД. В самом начале впрыска на катушку электромагнита (5) подается напряжение по сигналу блока управления. Якорь (4) осуществляет перемещение иглы (3) путем прижима последней к седлу (1).

Когда игла плотно прижата к седлу, тогда топливо не поступает. Давление топлива в контуре по этой причине быстро растет. Это позволяет открыть соответствующую форсунку. Когда нужное количество топлива оказалось в камере сгорания двигателя, тогда напряжение на катушке электромагнита (5) пропадает. Происходит открытие электромагнитного клапана высокого давления, что влечет за собой снижение давления в контуре. Понижение давления вызывает закрытие топливной форсунки и прекращение впрыска.

Вся та точность, с которой осуществляется данный процесс, напрямую зависит от электромагнитного клапана. Если попытаться объяснить еще подробнее, то от момента окончания работы клапана. Этот момент исключительно определяется отсутствием или наличием напряжения на катушке электромагнитного клапана.

Избытки нагнетаемого топливо, которое продолжает нагнетаться до момента прохождения роликом плунжера верхней точки профиля кулачка, осуществляют движение по особому каналу. Окончанием пути для горючего становится пространство за аккумулирующей мембраной. В контуре низкого давления имеют место скачки от высокого давления, которые демпфирует аккумулирующая мембрана. Дополнительным является то, что данное пространство сохраняет (аккумулирует) накопленное топливо для наполнения перед следующим впрыском.

Остановка двигателя осуществляется при помощи электромагнитного клапана. Дело в том, что клапан полностью блокирует нагнетание топлива под высоким давлением. Такое решение полностью исключает необходимость в дополнительном остановочном клапане, который применяется в распределительных ТНВД, где осуществляется управление регулирующей кромкой.

Процесс демпфирования волн давления при помощи нагнетательного клапана с дросселированием обратного потока

Данный нагнетательный клапан (15) с дросселированием обратного потока после завершения впрыска порции топлива препятствует следующему открытию распылителя форсунки. Это полностью исключает такое явление, как дополнительный впрыск, являющийся результатом волн давления или их производных. Указанное дополнительное подвпрыскивание повышает токсичность отработанных газов и является крайне нежелательным негативным явлением.

Когда начинается подача топлива, тогда конус клапана (3) открывает клапан. В этот самый момент топливо уже нагнетается через штуцер, проникает в магистраль высокого давления и направляется к форсунке. Окончание нагнетания горючего вызывает резкий спад давления. По этой причине возвратная пружина с силой прижимает конус клапана обратно к седлу клапана. При закрытии форсунки возникают обратные волны давления. Эти волны успешно погашаются дросселем нагнетательного клапана. Все эти действия предотвращают нежелательное подвпрыскивание топлива в рабочую камеру сгорания дизельного двигателя.

Устройство опережения впрыска

Данное устройство состоит из следующих элементов:

  1. кулачковая шайба;
  2. шаровая цапфа;
  3. плунжер установки угла опережения впрыска;
  4. подводной и отводной канал;
  5. клапан регулировки;
  6. шиберный насос для подкачки топлива;
  7. отвод топлива;
  8. вход топлива;
  9. подвод из топливного бака;
  10. пружина управляющего поршня;
  11. возвратная пружина;
  12. управляющий поршень;
  13. кольцевая камера гидроупора;
  14. дроссель;
  15. электромагнитный клапан (закрытый) установки момента начала впрыска;

Оптимальный процесс протекания сгорания и лучшие мощностные характеристики касательно дизельного ДВС возможны только тогда, когда момент начала сгорания смеси происходит в определенном положении коленвала или поршня в цилиндре дизельного двигателя.

Устройство опережения впрыскивания выполняет одну очень важную задачу, которая заключается в том, чтобы увеличивать угол начала подачи топлива в тот момент, когда имеет место повышение частоты вращения коленвала. Данное устройство конструктивно включает в себя:

  • датчик угла поворота приводного вала ТНВД;
  • блок управления;
  • электромагнитный клапан установки момента начала впрыска;

Устройство обеспечивает тот самый оптимальный момент начала впрыскивания, который идеально подходит режиму работы двигателя и нагрузке на него. Происходит компенсация временного сдвига, который определяется сокращением периода впрыска и воспламенения при увеличении частоты вращения.

Данное устройство оснащается гидравлическим приводом и встраивается в нижнюю часть корпуса ТНВД таким образом, чтобы располагаться поперек продольной оси насоса.

Работа устройства опережения впрыска

Кулачковая шайба (1) осуществляет вход шаровой цапфой (2) в поперечное отверстие плунжера (3) таким образом, что поступательное движение плунжера трансформируется в поворот кулачковой шайбы. Плунжер в центре имеет регулировочный клапан (5). Данный клапан осуществляет открытие и перекрытие управляющего отверстия в плунжере. По оси плунжера (3) находится управляющий поршень (12), который нагружен пружиной (10). Поршень отвечает за положение регулировочного клапана.

Электромагнитный клапан установки момента начала впрыскивания (15) находится поперек оси плунжера. Электронный блок, управляющий ТНВД, осуществляет воздействие на плунжер устройства опережения впрыска посредством данного клапана. Управляющий блок подает в непрерывном режиме импульсы тока. Такие импульсы характеризуются постоянной частотой и переменной скважностью. Клапан изменяет давление, которое оказывает воздействие на управляющий поршень в конструкции устройства.

Оставьте комментарий