Регулятор топливного насоса

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.

Регулятор частоты вращения состоит из:

корпуса с крышкой, смотрового люка, зубчатого колеса привода, вала регулятора с ведомым зубчатым колесом и державкой грузов (ролики грузов упираются в подвижную муфту с шарикоподшипником и пятой), рычага управления рейкой топливного насоса, который крепится на одной оси с пятой (рычаг тягой соединен одним концом с рейкой, а другим концом посредством пальца с кулисой). Скоба управления кулисой может занимать два положения: «Работа» и «Стоп». В состав регулятора также входят силовой и двуплечий рычаги управления регулятором, болты ограничения максимальной и минимальной частоты вращения коленчатого вала.При неработающем двигателе скоба управления кулисой находится в положении «Стоп». После пуска двигателя грузы под действием центробежных сил расходятся и перемещают подвижную муфту от себя. Силовой и двуплечий рычаги поворачиваются против часовой стрелки, преодолевая усилие силовой пружины, одновременно рычаг управления рейкой перемещает рейку в сторону уменьшения подачи топлива. Перемещение рычажной системы продолжается до тех пор, пока центробежные силы грузов не уравновесятся силовой пружиной регулятора.Необходимую частоту вращения коленчатого вала устанавливает водитель, нажимая на педаль подачи топлива. Установившаяся частота вращения коленчатого вала автоматически поддерживается регулятором следующим образом. При уменьшении нагрузки на двигатель частота вращения коленчатого вала возрастает, так как в цилиндры поступает то же количество топлива. Управления кулисой может занимать два положения: «Работа» и «Стоп». В состав регулятора также входят силовой и двуплечий рычаги управления регулятором, болты ограничения максимальной и минимальной частоты вращения коленчатого вала.

Как понять, что ТНВД неисправен

Производители постоянно улучшают качество насосов, проводя испытания агрегатов в сборе и отдельных элементов. Но от возникновения неполадок никто не застрахован. Протестировать ТНВД, напичканный электроникой, без специального оборудования и программного обеспечения не представляется возможным. Как же понять, что проблемы возникли именно с этим узлом? Общие признаки таковы:

• резкое увеличение расхода топлива;
• проблемы с запуском двигателя;
• выхлопные газы черного цвета;
• едкий запах и повышенная дымность выхлопа;
• регулярное соскальзывание ремня ГРМ;
• утечки топлива;
• падение мощности ДВС;
• нестабильная работа мотора на холостых обортах.

Основная причина поломок — загрязнение плунжеров насоса (некачественное топливо, смазка и т. д.). Опасна для микронных допусков плунжера и вода, которая может содержаться в горючем.

Подводя итоги, можно сказать, что при соблюдении несложных правил эксплуатации (своевременный сервис, использование качественных ГСМ), ТНВД — надежный узел, позволяющий экономно расходовать топливо.

Примером рядного топливного насоса высокого давления применяемого на легковых автомобилях является насос дизеля Мерседес 190, состоящий из нескольких одинаковых секций. В передней части этого насоса расположен вакуумный насос 14, приводимый в движение эксцентриком 2, расположенным на торце кулачкового вала.

В нижней части корпуса насоса установлен кулачковый вал, который соединяется со звездочкой привода через муфту опережения впрыска.

На кулачковом валу имеются про­филированные кулачки для каждой насосной секции и эксцентрик для приведения в движение насоса низкого давления, который крепится к привалочной плоскости насоса высокого давления.

В перегородке корпуса против каждого кулачка установлены роликовые толкатели 14. Оси роликов своими концами входят в пазы корпуса насоса, предотвращая проворачивание толкателей.

Насосные секции установлены в верхней части корпуса и крепятся винтами. Основной частью каждой насосной секции является плунжерная пара, состоящая из плунжера 8 и гильзы 7. Плунжерную пару изготовляют из хромомолибденовой стали и подвергают закалке до высокой твердости. После окон­чательной обработки подбором производят сборку плунжеров и гильз так, чтобы обеспечить в соединении зазор, равный 3…5 мкм. Этим достигается максимальная плотность сопряжения взаимодейст­вующих деталей обеспечивающих давление впрыскивания топлива до 1200 кгс/см2.

Сверху каждой плунжерной пары установлен нагнетательный клапан 6, размещенный в корпусе 5.

При вращении кулачкового вала 15 насоса выступ кулачка набегает на роликовый толкатель 14, который через регулировочный болт воздействует на плунжер 8 и перемещает его вверх. Когда выступ кулачка выходит из-под ролика толкателя, пружина 11, упирающаяся в тарелки, возвращает плунжер в первоначаль­ное положение. Рейка 9 входит в зацепление с зубчатым венцом поворотной втулки 2, надетой на гильзу.

Регулирование состава топливовоздушной смеси в дизельном двигателе происходит изменением подачи топлива при неизменном количестве воздуха, в отличие от бензиновых двигателей, где изменяется и то и другое. В рядных ТНВД изменение подачи топлива, обычно осуществляется за счет рейки, однако изменение подачи может осуществляться и за счет золотника, который перемещается по плунжеру. В рассматриваемом ТНВД при перемещении рейки 9 вдоль ее оси втулка 2 поворачивается на гильзе и, действуя на выступы плунжера, поворачивает его, в результате чего изменяется количество топлива, подаваемого к форсункам. Ход рейки ограничивается стопорным винтом, входящим в ее продольный паз. Задний конец рейки соединен с тягой регулятора частоты вращения коленчатого вала, установленного в корпусе ТНВД.

Стоимость ТНВД и комплектующих.

Новый топливный насос обойдется покупателю в 25-50 тыс. рублей зависимо от завода-изготовителя. Возьмем, к примеру, компанию MOTORPAL — ТНВД ее производства имеют цену 25-35 тыс. рублей.

Стоит также назвать примерную адекватную для нынешнего рынка стоимость главных запчастей, которые могут требовать замены:
— форсунки (1500-3000 р./шт.);
— установочная плита (3000-5000 р);
— шестерня привода ТНВД (3000-5000 р);
— вал редуктора ТНВД для Д-245 (3000-5000 р);
— топливопровод ВД (до 1000 р);
— насос подкачки топлива (1500-3000 р).

Источник
avtodisel.ru
tnvd-resurs.ru
avtomechanic.ru

ТНВД системы Common Rail

Несколько иной тип насосов высокого давления применяется в топливной системе Common Rail. На конструкции ТНВД здесь сказываются особенности работы самой системы.

Одноплунжерный ТНВД Common Rail

В этой системе впрыск контролируется и управляется ЭБУ, поэтому дозировка и момент впрыска топлива в задачу насоса не входят. У него только одна функция – нагнетать топливо в рампу (аккумулятор).

Поэтому конструкция ТНВД сильно упрощена. По сути, насос состоит только из вала, плунжерных пар (от 1 до 3) и клапанов – впускных и нагнетательных. Регуляторы здесь отсутствуют за ненадобностью.

Двухплунжерный насос высокого давления

Здесь все просто – вал вращается от привода и плунжеры постоянно нагнетают топливо в рампу. Это и все, что требуется от ТНВД.

Устройство и принцип работы

Устройство ТНВД включает в себя такие механизмы, как:

• корпус насосного отсека;
• корпус крышки подшипника топливного насоса высокого давления;
• шланг подкачки;
• плунжерная пара и толкатель плунжера;
• пружинные элементы;
• регулятор выбора режимов и фильтры грубой и тонкой очистки;
• штуцер системы слива и впрыска топливной жидкости;
• регулятор впрыска горючего;
• клапан редукционного типа;
• клапан электромагнитного типа, который необходим для перекрытия подачи топлива;
• рейка, форсунка и полумуфта.

Принцип работы ТНВД заключается в следующем:

1. От механизма коленвала при помощи механической передачи задается движение.
2. Начинается вращение вала кулачкового типа. Это вращение провоцирует смещение толкательных элементов.
3. Толкатели начинают сжимать специальные пружины.
4. Пружины провоцируют начало работы плунжера и поднимают его.
5. Плунжер загораживает клапан впускного типа и вытесняет топливную жидкость.
6. Топливо начинает распыляться при помощи форсунок.
7. Плунжер опускается и открывает впускной механизм.

Где стоит обратный клапан

Обратный клапан пропускает топливо только в одном направлении – из топливного бака в двигатель. При выключении мотора он блокирует слив неиспользованного топлива обратно в топливный бак. Не стоит путать обратный клапан с редукционным клапаном, который регулирует давление топлива при подаче на форсунки, в случае неисправности РК топливо подавалось бы без давления, что делает невозможным дальнейшее его продвижение в двигатель.

Обратный клапан расположен на топливной рампе между баком для топлива и форсунками. Такое расположение позволяет выполнять, кроме основных функций, регулировку давления на входе ТНВД. На моделях КамАЗ, предназначенных для работы в арктических условиях, ОК располагается перед системой подогрева.

Принцип работы

При пуске дизеля рычаг управления устанавливают в положение наибольшей подачи топлива до упора в винт, ввернутый в наружный прилив корпуса регулятора.

• При этом рычаг натягивает одновременно пружину регулятора и пружину обогатителя. Пружина регулятора прижимает основной рычаг к головке винта номинала, а пружина обогатителя подает промежуточный рычаг с тягой и рейку насоса вправо, обеспечивает необходимое для пуска дизеля увеличение цикловой подачи топлива.
• При увеличении частоты вращения вала насоса, после пуска дизеля, центробежная сила разводит грузы. Лапки грузов нажимают на подшипник и муфту регулятора и перемещают их влево. Поворачивается промежуточный рычаг, и через тягу передвигает рейку в сторону уменьшения подачи топлива.
• На наибольшей частоте вращения холостого хода рычаг управления упирается в винт. При этом центробежная сила грузов уравновешивается усилием пружины регулятора, а рейка насоса устанавливается в промежуточное положение, при котором подача топлива соответствует заданной наибольшей частоте вращения коленчатого вала дизеля.
• Шток корректора утоплен, пружина корректора сжата, основной и промежуточный рычаги регулятора прижаты один к другому и работают как один рычаг.
• При номинальной нагрузке дизеля частота вращения валов дизеля и насоса снижается. Центробежная сила грузов уменьшается, и рычаги под действием пружины регулятора перемещаются вправо, двигая рейку в сторону увеличения подачи топлива. При номинальной частоте вращения коленчатого вала дизеля основной рычаг вплотную подходит к головке винта номинала.
• Усилие грузов уравновешивается усилием пружины регулятора топливного насоса, и рычаг касается головки болта номинала, упираясь в нее при мгновенном увеличении нагрузки и отрываясь при уменьшении нагрузки. Подача топлива изменяется соответственно колебаниям рычага.
• При перегрузке дизеля, когда под влиянием внешней нагрузки частота вращения его вала и вала насоса снижается, центробежная сила грузов регулятора уменьшается, и пружина поворачивает основной рычаг вправо до упора в головку винта.
• Шток корректора, упирается в рычаг, перемещает промежуточный рычаг и соединенную с ним рейку топливного насоса в сторону увеличения подачи топлива, что обеспечивает увеличение крутящего момента дизеля и преодоление перегрузки. Степень корректирования подачи топлива при временной перегрузке зависит от того, насколько выступает шток из корпуса корректора и каково усилие затяжки пружины корректора.

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.

Помповые отделы

Помповый отдел дозирует и подаёт солярку на форсунки. Каждая единица включает остов, плунжерную пару, втулку поворота, упругие элементы плунжера, вентиль нагнетания и толкатель.

Остов оснащен фланцем, обеспечивающим крепление секции к помпе посредством шпилек. Шпилечные отверстия овальной формы, возможна регулировка равномерности подачи солярки каждому отсеку в отдельности (поворот по часовой стрелке — уменьшает поступление, и наоборот). Плунжерная пара принимает прямое участие в отсечке и транспортировке солярки, состоит из втулки и плунжера. Детали прецизионные, материал изготовления сталь с добавлением хрома и молибдена с после чего проводят закалку и охлаждением азотом. Плунжер выступает в роли поршня, имеет сверление по оси и радиальные канавки, изменяющие поступление солярки. Прецизионная пара клапан нагнетания и седло выполнены из стали, после элементы закалили и охладили. Замена комплектующих деталей возможна только в сборе.

Вал кулачковый ТНВД КамАЗ: