ТНВД - что это? Устройство и принцип работы топливного насоса высокого давления

Главная »
Полезная информация »
ТНВД - что это? Устройство и принцип работы топливного насоса высокого давления

ТНВД - что это? Устройство и принцип работы топливного насоса высокого давления

Топливный насос высокого давления в системе питания дизельного двигателя является самым дорогим и сложным устройством. Рудольф Дизель, создавая свой первый двигатель, определил тот аспект, что топливо будет качественно самовоспламеняться в цилиндре, если оно поступает под высоким давлением. Первый компактный и надёжный ТНВД в начале двадцатых годов прошлого столетия изобрёл Роберт Бош.

В 1927 году концерн Bosch произвёл первый серийный топливный насос высокого давления для грузового автомобиля. Для легковых автомобилей они наладили выпуск топливных насосов высокого давления в 1936 году. В соответствии с порядком работы цилиндров топливный насос высокого давления распределяет топливо по форсункам под высоким давлением.

Топливопроводы высокого давления соединяют ТНВД с форсунками. В нижней части форсунок расположены распылители, ими они входят в камеры сгорания. Топливо поступает в камеру сгорания в мелкодисперсном виде и воспламеняется из-за того, что в распылителях на выходе имеются очень мелкие отверстия. Угол опережения впрыска определяет момент времени впрыска. Топливный насос высокого давления и форсунки относятся к устройствам прецизионной точности. В процессе работы к ним поступает дизельное топливо, которое смазывает их штифты и плунжеры.

На заре производства топливных насосов высокого давления они были похожи на однорядные двигатели. Коленчатый вал двигателя был в зацеплении с кулачковым валом, у которого число выступов было равно числу цилиндров, и воздействовал непосредственно на плунжерные пары.

Топливные насосы высокого давления роторного типа применяют на дизельных легковых автомобилях с начала шестидесятого года прошлого века. Представляет собой устройство с вращающимся кулачковым валом, у которого один выступ, воздействующий на радиально расположенные плунжерные пары, число которых равно числу цилиндров. Их ещё называют распределительными. Они значительно дешевле по себестоимости и очень компактны.

Встроенные в насос электронные и механические устройства поворачивают вперёд и назад кулачковый вал, тем самым регулируют момент впрыска. Также, при помощи отсечных клапанов, понижающих давление, они регулируют подачу топлива. Для удержания нужного расхода топлива и токсичности выхлопных газов, начало впрыскивания должно быть выставлено в пределах плюс минус один градус поворота коленчатого вала.

Многоплунжерный топливный насос высокого давления

Цилиндр (втулка) и поршень (плунжер) малого размера – есть плунжерная пара. Их изготавливают с высокой точностью из высококачественной легированной стали. Для обеспечения минимального зазора в сопряжении при изготовлении их притирают друг к другу. Через выпускное отверстие топливо отводится, а через впускное поступает. Каждая плунжерная пара нагнетает топливо в свой цилиндр, а количество плунжерных пар соответствует числу цилиндров.

Плунжерные пары стоят внутри корпуса топливного насоса высокого давления. Отсечная кромка (спиральная канавка) имеется на боковой поверхности каждого плунжера. Коленчатый вал двигателя приводит в действие кулачковый вал топливного насоса высокого давления, который установлен на подшипниках качения в нижней части корпуса. К кулачкам через пружины прижимаются плунжеры. Кулачки перемещают плунжеры внутри втулок при вращении кулачкового вала. Когда плунжер движется вверх, он закрывает выпускное отверстие, после – впускное.

Многодырчатая форсунка состоит из корпуса распылителя, иглы, гайки, проставки, штанги, установочных штифтов, уплотнительного кольца, корпуса, фильтра, штуцера, регулировочной прокладки, уплотняющей втулки, пружины и упорной прокладки.

Сверху гильзы находится нагнетательный клапан, который под давлением топлива открывается и к соответствующим форсункам через топливопроводы высокого давления поступает топливо. В корпусе имеется игла, которую поджимает пружина. Игла способна перекрывать доступ топлива к распыляющим отверстиям. Давление топлива поднимает иглу. Пружина сжимается, и топливо впрыскивается в камеру сгорания. Когда канавка отсечной кромки совпадает с отверстием выпуска, тогда прекращается процесс впрыскивания. Давление топлива резко падает, игла закрывает распылитель. Подтекание топлива не наблюдается.

Если внутри повернуть плунжер, то изменив наклон отсечной кромки, Вы измените момент конца подачи топлива. Соответственно изменится и количество топлива. На каждом плунжере есть шестерня в зацеплении с зубчатой рейкой. Рейка механически соединена с педалью акселератора. Нажимая на педаль, Вы перемещаете рейку, которая вращает все плунжеры и меняет количество топлива. Если Вы прекратите подачу топлива, дизель будет заглушен и у всех плунжеров отсечная кромка соединится с выпускным отверстием.

Момент начала подачи топлива меняется при изменении количества оборотов коленчатого вала. Этому способствует центробежная муфта опережения впрыскивания топлива, установленная на кулачковом вале топливного насоса высокого давления. У ней внутри грузики, которые расходятся под действием центробежных сил при увеличении вращения коленчатого вала двигателя. По фазе, относительно привода они проворачивают кулачковый вал. Уменьшение количества оборотов коленчатого вала ведёт к позднему началу впрыскивания, а увеличение, соответственно, к более раннему.

Распределительный топливный насос высокого давления с компенсатором давления во впускном трубопроводе и аксиальным движением плунжера (LDA).

Одноплунжерные топливные насосы высокого давления имеют одну плунжерную пару, а специальный вращающийся распределитель подаёт топливо к форсункам разных цилиндров. Эти насосы, тоже являются распределительными. Они очень лёгкие и компактные, вот только долговечность их мала из-за большей частоты ходов плунжера.

Видео - принцип устройства и работы ТНВД

Сравнение моделей

Перед покупкой автомобиля, стоит сравнить автомобиль Рено с его конкурентами и сделать правильный выбор, взвесив все "за" и "против"

Renault Sport

Новости Formula-1, интересные факты

Видео

Как работает новый высокоэффективный двигатель Renault new Energy Tce 90 engine

Материалы: http://reno.by/stati/203-tnvd-chto-eto

2 ≫

Топливный насос (сокращенно ТНВД) предназначен для выполнения следующих функций - подачи горючей смеси под высоким давлением в топливную систему ДВС, а также регулирования его впрыска в определенные моменты. Именно поэтому топливный насос считается наиболее важным устройством для дизельных и бензиновых двигателей.

Преимущественно ТНВД применяются, конечно же, в дизельных двигателях. А в бензиновых двигателях ТНВД встречаются лишь в тех агрегатах, на которых используется система непосредственного впрыска топлива. При этом насос в бензиновом двигателе работает куда с меньшей нагрузкой, поскольку такое высокое давление, как в дизеле не требуется.

Основные конструктивные элементы топливного насоса - плунжер (поршень) и цилиндр (втулка) малого размера, которые объединяются в единую плунжерную систему (пару), изготовленную из высокопрочной стали с большой точностью.

На самом деле изготовление плунжерной пары довольно трудная задача, требующая специальных высокоточных станков. На весь Советский союз был, если не изменяет память, всего один завод, на котором изготавливались плунжерные пары.

Как делают плунжерные пары в нашей стране сегодня можно увидеть в этом видео:

Между плунжерной парой предусматривается очень маленький зазор, так называемое прецизионное сопряжение. Это отлично показано в видео, когда плунжер очень плавно, с зависанием под действием собственного веса входит в цилиндр.

Итак, как мы уже сказали ранее, топливный насос применяется не только для своевременной подачи горючей смеси в топливную систему, но и для распределения его через форсунки в цилиндры в соответствии с типом двигателя.

Форсунки – связующее звено в этой цепи, поэтому они соединены с насосом трубопроводами. С камерой сгорания форсунки соединяются нижней распылительной частью, оснащенной небольшими отверстиями для эффективного впрыска топлива с дальнейшим его воспламенением. Определить точный момент впрыска ТС в камеру сгорания позволяет угол опережения.

В зависимости от особенностей конструкции различают три основных типа ТНВД – распределительный, рядный, магистральный.

Рядный ТНВД

Этот тип топливного насоса высокого давления оснащается плунжерными парами, расположенными рядом друг с другом (потому и такое название). Их количество строго соответствует количеству рабочих цилиндров двигателя.

Таким образом, одна плунжерная пара обеспечивает подачу топлива в один цилиндр.

Пары устанавливаются в насосном корпусе, в котором предусмотрены каналы входа и выхода. Запускается плунжер при помощи кулачкового вала, соединенного, в свою очередь, с коленвалом, от которого и передается вращение.

Кулачковый вал насоса, при вращении кулачками воздействует на толкатели плунжеров, заставляя их двигаться внутри втулок насоса. При этом поочередно открываются и закрываются впускные и выпускные отверстия. При движении плунжера вверх по втулке создается давление, необходимое для открывания нагнетательного клапана, через который топливо под давлением направляется по топливопроводу к определенной форсунке.

Момент подачи топлива и регулировка его количества, необходимого в конкретный момент времени может осуществляться либо с помощью механического устройства, либо с помощью электроники. Такая регулировка нужна для корректировки подачи топлива в цилиндры двигателя в зависимости от частоты вращения коленчатого вала (оборотов двигателя).

Механическое управление обеспечивается за счет использования специальной муфты центробежного типа, которая закреплена на кулачковом валу. Принцип действия такой муфты заключен в грузиках, которые находятся внутри муфты и имеют возможность перемещаться под действием центробежной силы.

Центробежная сила изменяется с ростом (или уменьшением) величины оборотов двигателя, благодаря чему грузики либо расходятся к внешним краям муфты, либо снова сближаются к оси. Это приводит к смещению кулачкового вала относительно привода из-за чего и изменяется режим работы плунжеров и, соответственно, при увеличении частоты вращения коленвала двигателя обеспечивается ранний впрыск топлива, а поздний, как вы догадались, при снижении оборотов.

Рядные топливные насосы весьма надежны. Их смазка осуществляется моторным маслом, поступающим из системы смазки двигателя. Они совершенно не привередливы к качеству топлива. На сегодняшний день применение таких насосов из-за их громоздкости ограничено грузовыми автомобилями средней и большой грузоподъемности. Примерно до 2000 года они применялись и на легковых дизельных моторах.

Распределительный ТНВД

В отличие от рядного насоса высокого давления, у распределительного ТНВД может быть либо один, либо два плунжера в зависимости от объема двигателя и, соответственно, необходимого объема топлива.

И эти один или два плунжера обслуживают все цилиндры двигателя, которых может быть и 4, и 6, и 8, и 12. Благодаря своей конструкции, в сравнении с рядными ТНВД, распределительный насос более компактен и меньше весит, и при этом способен обеспечить более равномерную подачу топлива.

К основному недостатку данного типа насосов можно отнести их относительную недолговечность. Распределительные насосы устанавливаются только в легковые автомобили.

Распределительный ТНВД может оснащаться различными типами приводов плунжера. Все эти типы привода являются кулачковыми и бывают: торцевыми, внутренними, внешними.

Наиболее эффективными считаются торцевые и внутренние приводы, которые лишены нагрузок, создаваемых давлением топлива на приводной вал, вследствие чего они служат несколько дольше, нежели насосы с внешним кулачковым приводом.

Кстати, стоит отметить, что импортные насосы фирм Bosch и Lucas, наиболее часто использующиеся в автомобилестроении оснащены именно торцевым и внутренним приводом, а внешний привод имеют насосы серии НД отечественного производства.

Торцевой кулачковый привод

В этом типе привода, используемом в насосах Bosch VE, основным элементом является распределительный плунжер, предназначенный для создания давления и распределения топлива в топливных цилиндрах. При этом плунжер-распределитель совершает вращательные и возвратно-поступательные перемещения при вращательных движениях кулачковой шайбы.

Возвратно-поступательное перемещение плунжера осуществляется одновременно с вращением кулачковой шайбы, которая, опираясь на ролики, перемещается вдоль неподвижного кольца по радиусу, то есть, как бы обегает его.

Воздействие шайбы на плунжер обеспечивает высокое давление топлива. Возврат плунжера в исходное состояние осуществляется благодаря пружинному механизму.

Распределение топлива в цилиндрах происходит за счет того, что приводной вал обеспечивает вращательные движения плунжера.

Величина подачи топлива может быть обеспечена с помощью электронного (электромагнитный клапан) или механического (центробежная муфта) устройства. Регулировка осуществляется за счет поворота на определенный угол неподвижного (не вращающегося), регулировочного кольца.

Цикл работы насоса состоит из следующих стадий: закачка порции топлива в надплунжерное пространство, нагнетание давления за счет сжатия и распределение топлива по цилиндрам. Затем плунжер возвращается в исходное положение и цикл повторяется заново.

Внутренний кулачковый привод

Внутренний привод применяется в распределительных ТНВД роторного типа, например, в насосах Bosch VR, Lucas DPS, Lucas DPC. В таком типе насоса подача и распределение топлива осуществляется посредством двух устройств: плунжера и распределительной головки.

Распределительный вал оснащается двумя противоположно-расположенными плунжерами, которые обеспечивают процесс нагнетания топлива, чем меньше расстояние между ними, тем выше давление топлива. После нагнетания давления топливо устремляется к форсункам по каналам распредголовки через нагнетательные клапана.

Подачу топлива к плунжерам обеспечивает специальный подкачивающий насос, который может отличаться в зависимости от типа своей конструкции. Это может быть либо шестеренчатый насос, либо роторно-лопастной. Подкачивающий насос находится в корпусе насоса и приводится в действие приводным валом. Собственно, он прямо на этом валу и установлен.

Распределительный насос с внешним приводом рассматривать не будем, поскольку, скорее всего, их звезда близка к закату.

Магистральный ТНВД

Такой вид топливного насоса применяется системе подачи топлива Common Rail, в которой топливо перед тем, как поступить к форсункам сначала накапливается в топливной рампе. Магистральный насос способен обеспечить высокую подачу топлива - свыше 180 МПа.

Магистральный насос может быть одно-, двух- или трехплунжерным. Привод плунжера обеспечивается кулачковой шайбой или валом (тоже кулачковым, разумеется), которые в насосе совершают вращательные движения, проще говоря, крутятся.

При этом в определенном положении кулачков, под действием пружины плунжер перемещается вниз. В этот момент происходит расширение компрессионной камеры, за счет чего в ней снижается давление и образуется разряжение, которое заставляет открыться впускной клапан, через который топливо проходит в камеру.

Поднятие плунжера сопровождается увеличением внутрикамерного давления и закрытием клапана впуска. При достижении давления, на который настроен насос, открывается выпускной клапан, через который топливо нагнетается в рампу.

В магистральном насосе управление процессом подачи топлива реализуется дозирующим топливным клапаном (который приоткрывается или закрывается на необходимую величину) при помощи электроники.

Материалы: http://www.auto-infosite.ru/articles_toplivnyj_nasos_vysokogo_davleniya.html

3 ≫

Топливный насос высокого давления или, как часто можно встретить в специализированной литературе и сети интернет, ТНВД, — один из важных и достаточно сложных узлов, как всех дизельных двигателей, так и еще пока малой части бензиновых моторов — тех из них, в которых осуществляется прямой впуск топлива в камеру сгорания.

Из названия данного узла можно понять, что его основная задача состоит в том, чтобы подавать в движок топливо под высоким давлением (если представляете работу дизельного двигателя, то в нем топливо через форсунку подается этим давлением непосредственно в камеру сгорания, где в данный момент находиться сжатый воздух).

Виды ТНВД.

В силу этой своей задачи топливный насос высокого давления является достаточно сложным механизмом. При этом само конструкционное исполнение ТНВД делится на насколько видов:

рядного типа,
распределительного типа,
магистрального типа.

В чем их отличия?

Два первых типа по своей конструкции очень схожи.

Топливный насос высокого давления рядного типа (фото).

Топливный насос высокого давления распределительного типа (фото).

В их основе лежит плунжерная пара (цилиндр и шток), совместная работа которых, приводимаяв действие от коленчатого вала через кулачковый механизм (вал), создает необходимое давление топлива. Разница состоит лишь в том, что в топливном насосе рядного типа количество плунжеров равно количеству цилиндров двигателя, соответственно, каждый плунжер обслуживает свой цилиндр. А в ТНВД распределительного типа — нет. К примеру, на обычном 4-цилиндровом двигателе при распределительном виде топливного насоса высокого давления чаще всего можно встретить 1-плунжерный механизм, который обслуживает все цилиндры. Система работает так, что в определенный момент времени плунжер подает необходимую порцию топлива под давлением к соответствующему цилиндру.

Устройство ТНВД рядного типа.

штуцер напорной магистрали
седло клапана
пружина клапана
корпус насосной секции
нагнетательный клапан
впускное и выпускное отверстия
наклонная поверхность плунжера
плунжер
втулка
рычаг управления плунжером
возвратная плунжерная пружина
пружина толкателя
роликовый толкатель
кулачок
зубчатая рейка

Устройство ТНВД распределительного типа.

шестерня привода регулятора подачи топлива
входное отверствие топлива
выходное отверстие топлива
регулировочный винт
электромагнитный запорный клапан
распределительный блок
штуцеры нагнетательных трубопроводов
плунжер-распределитель
кулачковая шайба
ролик
лопастной топливоподкачивающий насос
фланец

Что из них лучше? — сказать сложно, так как у насосов и рядного, и распределительного типа есть свои неповторимые достоинства: рядный ТНВД за счет меньшей нагрузки на каждый плунжер имеет более длительный срок службы, зато система распределительного типа создает более равномерную подачу топлива.

Топливный насос высокого давления магистрального типа (фото).

Теперь перейдем к ТНВД магистрального типа. Данный тип топливного насоса, а точнее вся система подачи топлива еще иногда встречается под названием “Common Rail”. Главное отличие его от рассмотренных ранее видов в том, что топливо насосом под давлением здесь нагнетается не в камеру сгорания, а в топливную рампу (аккумулятор). Оттуда топливо распределяется по цилиндрам. Момент впрыска при этом контролируется электромагнитной форсункой, которая открывается по команде бортового компьютера. Сам же ТНВД применяемый в такой системе может иметь одну и более плунжерную пару и приводиться в действие от коленчатого вала.

Устройство ТНВД магистрального типа.

приводной кулачковый вал
ролик
плунжерная пружина
плунжер
штуцер напорной магистрали (к топливной рампе)
выпускной клапан
впускной клапан
электромагнитный клапан дозирования топлива
фильтр тонкой очистки топлива
перепускной клапан
штуцер обратного топливопровода
штуцер впускного топливопровода

Завершая обзорное описание видов ТНВД можно еще отметить тот факт, что оба первых типа топливных насосов по своей сути чисто механические узлы. Их работа построена на применение механических законов и может работать вовсе без применения электронных узлов. Система же с магистральным типом ТНВД относиться к более новому поколению, где во всем начинает властвовать электроника.

Ремонт и регулировка топливной аппаратуры высокого давления — достаточно сложная задача, требующая как теоретической, так практической подготовки. Совсем мало автомобилистов пытается самостоятельно лезть в ее настройки и уж тем более ремонтировать. Чаще всего дизельными топливными насосами занимаются специализированные станции ремонта и диагностики, которые обеспечены необходимым оборудованием и квалифицированными кадрами.

Единственная задача, на которую можно отважиться самостоятельно, — регулировка оборотов холостого хода (ее описание довольно часто можно встретить в инструкции по эксплуатации автомобиля) – советую прочитать статью как отрегулировать холостой ход карбюратора ВАЗ 2107. Как правило, она подразумевает под собой подтяжку троса акселератора до достижения необходимых параметров. Однако даже такая простая процедура не всегда доступна для обычных автолюбителей на двигателях с электронным управлением впрыска. Ведь здесь кроме самой механической регулировки чаще всего необходимо выполнять еще и электронную настройку системы, которую без специального оборудования не произведешь.

Ну, а в заключении хотелось бы отметить тот факт, что ТНВД — достаточно дорогая деталь двигателя, поломка которой очень часто достаточно сильно бьет по карману автовладельца.

Основными причинами, которые приводят к поломкам топливного насоса, можно назвать некачественное топливо и несоблюдение регламента проведения диагностики. Так что в качестве совета:

1. старайтесь заправляться только на проверенных автозаправочных станция;

2. как только пробег автомобиля потребует проведения обслуживания — не откладывая, загляните на станцию диагностики.

Материалы: http://autoepoch.ru/avtoazbuka/tnvd-ustrojstvo-vidy-princip-raboty-regulirovka-i-remont.html

ТНВД - что это? Устройство и принцип работы топливного насоса высокого давления

≪