И ремонт автомобильного транспорта

Тема 1.2 «Устройство и основы теории двигателя»

Урок № 1.2.63. Тема: «Топливные насосы высокого давления (ТНВД)»

Топливный насос высокого давления (ТНВД) является одним из наиболее сложных узлов системы топливоподачи дизельных двигателей.

Назначение ТНВД зависит от типа системы питания дизеля. В двигателях с системой подачи топлива непосредственного действия ТНВД служит для подачи в цилиндры дизеля под определенным давлением и в определенный момент цикла, точно отмеренных порций топлива, соответствующих данной нагрузке приложенной к коленчатому валу.

В системах питания непосредственного действия применяются рядные, V-образные (многосекционные) и распределительные топливные насос высокого давления. Рядные и V-образные ТНВД отечественного производства устанавливаются на дизелях грузовых автомобилей, распределительные – на тракторных дизелях.

Начиная с 1927 года, когда был начат серийный выпуск многоплунжерного рядного ТНВД, фирма Bosch является мировым лидером по производству систем питания для различных двигателей. Поэтому рассмотрим типы ТНВД различных топливных систем фирмы Bosch, применяющихся для дизельных двигателей автомобилей:

Легковые автомобили, автобусы и грузовые автомобили до 3-го класса	Автобусы и грузовые автомобили свыше 3-го класса	Экологические стандарты, регулирующие содержание вредных веществ в выхлопных газах
М, MW	MW, Р	Евро-1. Евро-2 – заменён стандартом Евро-3 в 1999 году.
М, MW, Р, ZWM, CW – многоплунжерные рядные ТНВД, обозначенные по мере увеличения размеров
VE	VE	Евро-3 (насосы без электронного управления); Евро-4 (насосы, управляемые ЭБУ). С 01.01.13 г все производимые и ввозимые на территорию России автомобили должны соответствовать классу Евро-4
ТНВД распределительного типа с аксиальным плунжером
VR	VR44
Роторные ТНВД распределительного типа
UI	UI	Евро-5 (в России стандарт введен с 1 января 2014 года). Евро-6 (В Европе вступил в силу с 2015 года).
Система с насос-форсунками
CR	CR
Система Common Rail

Все рядные многоплунжерные ТНВД имеют отдельную плунжерную пару (рис. 1) для каждого ци­линдра. Этот термин включает в себя втулку 1 (рис. 2) и плунжер 2, который при активном ходе, то есть для подачи топлива, перемещается под воз­действием кулачкового вала 7 (рис. 2) ТНВД с приво­дом от коленчатого вала двигателя, а возвра­щается под действием возвратной пружины 4.

Их изготавливают с высокой точностью из высококачественной легированной стали. Для обеспечения минимального зазора в сопряжении при изготовлении их притирают друг к другу. Каждая плунжерная пара нагнетает топливо в свой цилиндр, а количество плунжерных пар соответствует числу цилиндров. Секции плунжерных пар расположены, как правило, в ряд, отсюда и название — рядные ТНВД.

Рис. 1. Плунжерная пара: 1 – втулка; 2 – плунжер.

Для изменения величины подачи на плунжере выполнена отсечная кромка спи­ральной формы.

На каждом плунжере есть шестерня (или иное устройство) в зацеплении с зубчатой рейкой 8 (рис. 2). Рейка механически соединена с педалью акселератора (подачи топлива). При нажатии на педаль рейка перемещается, при этом плунжеры поворачиваются, изменяя взаимное положение отсечной кромки и пе­репускного (отсечного отверстия), в резуль­тате чего изменяется активный ход плунжера и, соответственно, цикловая подача.

Рис. 2. Рядный ТНВД: 1 – штуцер высокого давления с нагне-тательным клапаном; 2 – втулка плунжера; 3 – плунжер; 4 – пружина плунжера; 5 – роликовый толкатель; 6 – подшипник; 7 – кулачковый вал; 8 – рейка.

Втулка имеет два окна: верхнее — впускное В и нижнее — пере­пускное Б. На плунжере выполнена канавка специального профи­ля, верхний край которой острый — отсечная кромка А. Сверху в плунжере сделано сверление, соединяющееся с этой канавкой.

На выходе из плун­жерной пары установлен нагнетательный клапан 5 (рис. 3), конструкция которого определяется тре­буемыми харак-теристиками топливной сис­темы.   Рис. 3. Устройство и работа секции ТНОВД: I – впуск топлива (наполнение); II – начало движения плунжера вверх; III – момент начала нагнетания; IV – момент отсечки подачи; А – отсечная кромка; Б – перепускное окно; В – впускное окно; Г – надплунжерное пространство; Д – разгрузочный поясок; Е – запорная часть клапана; 1 – кулачок; 2 – толкатель; 3 – плунжер; 4 – втулка плунжера; 5 – нагнетательный клапан; 6 – пружина клапана.

Нагнетательный клапан не только обес­печивает быстрое и точное прекращение процесса впрыска и предотвращение под­впрыска, но и обеспечивает протекание се­мейства характеристик топливоподачи ТНВД.

Когда плунжер находится в нижнем положении I (рис. 3), топливо поступает в полость Г из впускного окна под давлением 0,12...0,15 МПа, которое создает подкачивающий насос. При на­бегании кулачка 1 на ролик толкателя 2 плунжер начинает дви­гаться вверх (II, рис. 3), при этом часть топлива выходит обратно во впускное окно В.

Когда плунжер перекроет впускное окно (III, рис. 3), топливо в полости Г окажется запертым, что приведет к резкому нараста­нию давления — это момент начала нагнетания. Хорошая плун­жерная пара обеспечивает давление 50...70 МПа. Дальнейшее дви­жение плунжера приводит к открытию нагнетательного клапана 5, и топливо идет к форсунке — это момент начала подачи. По време­ни моменты начала нагнетания и начала подачи почти совпадают, поэтому далее будем применять термин «момент начала подачи».

При дальнейшем движении плунжера отсечная кромка А откро­ет перепускное окно (IV, рис. 3), в котором давление составляет 0,11...0,12 МПа. Топливо из полости Г под действием перепада дав­ления (Dр = 50 — 0,11 = 49,89 МПа) по сверлению в плунжере и от­сечной канавке начнет перетекать в перепускное окно Б. Давление в полости Г резко падает. Нагнетательный клапан 5 садится в гнез­до. Подача топлива прекращается — это момент конца подачи топ­лива (отсечка подачи). Плунжер продолжает двигаться дальше, но подачи топлива нет, оно перетекает в перепускное 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.

ТНВД укомплектован различными дополнительными устройствами. В соответствии с их функциями появляются дополнительные возможности для адаптации двигателя к различным условиям эксплуатации, позволяющие увеличить его приспособляемость и приемистость, снизить расход топлива и эмиссию токсичных компонентов, понизить шумность и улучшить холодный пуск.

Основными дополнительными устройствами ТНВД являются муфта опережения впрыска топлива и всережимный регулятор.

Муфта опережения впрыска — служит для изменения угла опережения впрыска в зависимости от оборотов.

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

По принципу действия муфта опережения впрыска и всережимный регулятор является механизмами, использующими центробежную силу.

В отличие от рядных ТНВД, имеющих на каждый цилиндр плунжер, в распределительных ТНВД (рис. 4) имеется всего лишь один аксиальный плунжер на все цилиндры двигателя.

Рис. 4. Общее устройство ТНВД распределительного типа с аксиальным плунжером.

Основными достоинствами распределительных ТНВД являются: незначительная масса; компактная конструкция; одинаковое давление впрыска и количество подаваемого топлива для всех цилиндров.

В роторных ТНВД топливо в корпус насоса подается лопастным топливным насосом низкого давления. Насос высокого давления с кулачковой обоймой (кольцом) и двумя или четырьмя радиально расположенными плунжерами обеспечивает формирование высокого давления и распределение топлива по фор­сункам, количество которого измеряется электромагнитным клапаном высокого дав­ления.

Рис. 5. Принцип действия роторного ТНВД

Автоматическое устройство опережения впрыска регу­лирует начало подачи, поворачивая кулач­ковую обойму в нужном направлении.

Как и в ТНВД с аксиальным плунжером и с электро­магнитным управлением дозирующего кла­пана, все сигналы с обратной и без обрат­ной связи обрабатываются в двух ЭБУ, при этом быстродействие также контролируется соответствующими электронными устрой­ствами.

В аккумуляторной системе подачи топлива Common Rail, в которой топливо перед тем, как поступить к форсункам сначала накапливается в топливной рампе, применяется ТНВД магистрального типа. Магистральный насос способен обеспечить высокую подачу топлива — свыше 180 МПа.

Магистральный ТНВД (рис. 6) может быть одно-, двух- или трехплунжерным. Привод плунжера обеспечивается кулачковой шайбой или кулачковым валом, которые в насосе совершают вращательные движения.

Рис. 6. Поперечный разрез ТНВД магистрального типа.

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