Как выглядит тнвд дизельных двигателей на судах

Обновлено: 19.04.2024

Топливная система и аппаратура морского дизель-генератора, перед демонтажем с двигателя, для проведения диагностики, стендовых испытаний и последующего ремонта: ТНВД с регулятором частоты вращения, форсунки, ТННД, топливные фильтры, трубопроводы низкого и высокого давления. Фото автора.

При этом давление подачи топлива, регулируется сопротивлением форсунки, в зависимости от способа смесеобразования, оборотности и других факторов, характеризующих конструктивные особенности двигателя.

При помощи ТНВД осуществляется, не только нагнетание, но и распределение, и подача в соответствующий момент, порций топлива по цилиндрам, с точной количественной дозировкой в зависимости от числа оборотов и нагрузки двигателя в данный момент.

ТНВД (топливный насос высокого давления. Слева на фото, встроенный регулятор частоты вращения) и ТННД (топливный насос низкого давления, на фото окрашен красным цветом). Фото автора.

Подача топлива под высоким давлением, осуществляется действием прецизионных пар плунжер-гильза, составляющих основные элементы насосов, (можно увидеть на следующем фото).

ТННД (топливный насос низкого давления), он же – подкачивающая помпа, он же – топливоподкачивающий насос.

Является непременной принадлежностью топливной аппаратуры, каждого дизельного двигателя.

Подкачивающая помпа, служит для поддержания возможно большего и устойчивого значения, коэффициента подачи топливного насоса высокого давления (ТНВД).

При отсутствии активно работающей подкачивающей помпы, коэффициент подачи топливного насоса оказывается низким и неустойчивым.
Особенно при увеличении числа оборотов, вследствие того, что при обратных ходах плунжеров, в надплунжерных камерах гильз образуются пустоты, заполняемые парами топлива.

Кроме того, подкачивающая помпа необходима для преодоления значительного гидравлического сопротивления сложных топливных фильтров, имеющихся во всякой дизельной топливной аппаратуре.

ТННД (топливный насос низкого давления) или подкачивающая помпа, установленный на ТНВД (топливный насос высокого давления). Фото автора.

Подкачивающая помпа, или ТННД:

забирает топливо из цистерны или бака через предварительный фильтр-отстойник,
прокачивает по внутренним каналам и трубопроводам низкого давления (под определённым давлением),
затем подаёт его в фильтры грубой и тонкой очистки, для удаления механических примесей и воды,
а потом уже, топливо прошедшее фильтрацию, направляется в ТНВД.

Наличие сложных топливных фильтров, в дизельной топливной аппаратуре, вызывается необходимостью:

Назначение топливных насосов — отмерить необходимую порцию топлива и подать его в цилиндр двигателя через форсунку в определенное время под нужным давлением.

Давление впрыска зависит от вида смесеобразования и системы впрыска и колеблется от 250 до 800 бар.

Существуют две системы впрыска: косвенная и непосредственная. При косвенной системе топливо насосом подается в толстостенную трубу-аккумулятор. Специальные дозирующие устройства сообщают аккумуляторную трубу с форсунками цилиндров в момент подачи топлива. При непосредственной системе впрыска для каждого цилиндра устраивают отдельный топливный насос, связанный с форсункой форсуночной трубкой.

Все топливные насосы современных дизелей — плунжерного типа и классифицируются по способу регулирования количества подаваемого в цилиндр топлива: клапанные, золотниковые, аккумуляторные. При клапанном распределении специальные клапаны, один или два, в определенное время сообщают надплунжерное пространство с перепускными каналами и отсекают подачу топлива. У золотниковых топливных насосов отсечку осуществляет сам плунжер, который сообщает в определенное время надплунжерное пространство с перепускным каналом. У клапанных и золотниковых насосов подача топлива осуществляется за счет набегания кулачной шайбы на толкатель плунжера, а заполнение надплунжерного пространства — за счет пружины, которая перемещает плунжер вниз при сбегании кулачной шайбы с толкателя.

У аккумуляторных топливных насосов надплунжерное пространство заполняется топливом под воздействием кулачной шайбы. При этом пружина сжимается и в ней аккумулируется энергия, в момент впрыска пружина заставляет плунжер резко переместиться вверх. Регулировка количества подаваемого топлива осуществляется за счет изменения хода плунжера. Топливные насосы аккумуляторного типа не нашли широкого применения в дизелях.

Если в начале хода плунжера топливо через открытый клапан у клапанных насосов или через специальный канал у золотниковых насосов идет на перепуск, то считают, что регулировка количества подаваемого топлива осуществляется в начале подачи (или началом подачи). Если топливо в начале подачи идет к форсунке, а в конце подачи — на перепуск, то такие насосы регулируют концом подачи. Очень часто насосы первого типа называют насосами с переменным началом, а насосы второго типа — с переменным концом подачи. В настоящее время как в клапанных, так и в золотниковых насосах регулируются и начало и конец подачи, т. е. топливо перепускается как в начале движения плунжера, так и в конце. Несмотря на явное усложнение конструкции, такие насосы получили наибольшее распространение, так как топливо подается к форсунке только при высоких скоростях движения плунжера, т. е. при максимальных давлениях, этим достигается качественный распыл топлива и хорошее смесеобразование.

Топливный насос двигателей ДР 30/50-3. Насос имеет стальной кованый корпус 11, в котором нажимной гайкой 12 крепится плунжерная втулка 14; пружина 13 для осуществления всасывающего хода опирается на нажимную гайку 12 и тарелку 16. В стальной части смонтированы также нагнетательный клапан 10; всасывающий клапан 8, который выполняет одновременно роль отсечного клапана, закрыт заглушкой 9. Стальной корпус крепится к чугунной станине 18, которую, в свою очередь, устанавливают и крепят на специаль- ной полке дизеля над распределительным валом топливных насосов. В станине 18 насоса смонтированы толкатель 2 и система воздействия на отсечной (всасывающий) клапан 8.

Принцип действия насоса. Заполнение надплун-жерного пространства топливом происходит при сбегании кулачной шайбы с ролика 1 толкателя 2 и движении плунжера 15 вниз за счет пружины 13. Всасывающий клапан 8 при этом находится в открытом состоянии автоматически — за счет разности давления в надплунжер-ном пространстве и всасывающей магистрали. В конце всасывающего движения плунжера, т. е. перед началом нагнетания, всасывающий клапан 8 — через фигурный рычаг 17, эксцентрическую шейку 3 и промежуточный толкатель (4, 5, 6, 7) — поддерживается в открытом состоянии. Таким образом, при набегании кулачной шайбы на ролик 1 толкателя 2 и движении плунжера вверх топливо будет перепускаться через открытый всасывающий клапан 8 во всасывающую магистраль. Перепуск будет продолжаться до тех пор, пока левое плечо фигурного рычага 17, опускаясь вниз, не даст возможность всасывающему клапану 8 перекрыть всасывающую магистраль. В этот момент произойдет отсечка перепуска и топливо, оставшееся в надплунжерном пространстве, пойдет к форсунке. Изменение количества подаваемого топлива осуществляется поворотом рычага 19 и изменением положения эксцентрической шейки 3 валика 20 в пространстве. Очевидно, если шейку перемещать вверх, то зазор между клапаном и его седлом увеличится и на перепуск пойдет больше топлива.

Поскольку топливо перепускается во всасывающую магистраль в начале хода плунжера вверх, то насос имеет переменное начало и постоянный конец подачи. При опускании левого плеча фигурного рычага вниз зазор между клапаном и его седлом уменьшится и количество топлива, подаваемого к форсунке, увеличится.

Определенную подачу топливного насоса можно отрегулировать, изменив длину нижнего толкателя 4 за счет болта 6 и контргайки 5.

Все топливные насосы двигателя связаны между собой через рычаг 19 общей планкой (рейкой), которая, в свою очередь, связана одним концом с постом управления, другим—с регулятором двигателя.

По такому же принципу работают топливные насосы двигателей 8ДР 43/61, а также насосы многих моделей двигателей фирмы «Зульцер».

Топливный насос клапанного типа (рис. 51, б) с регулированием по началу и концу подачи двигателей ДКРН 70/120 (МАН). К стальному корпусу 8 крепится плунжерная втулка 6 (гайкой 7). В корпус также вмонтированы: всасывающий клапан 9 вместе с корпусом, нагнетательные клапаны 10 и 11 в общем корпусе, отсечной клапан 19 в корпусе 20 и демпферное устройство, состоящее из поршня 18, нагруженного пружиной 17. Система воздействия на отсечной клапан, состоящая из фигурного рычага 29, двухрожкового рычага 23, стержня 26 и толкателя 2 облицованного бронзовой втулкой 4, размещена в нижнем чугунном корпусе. Нагнетательный трубопровод 14 подключен к насосу ниппельным соединением.

Принцип действия насоса. При сбегании кулачной шайбы с ролика 1 толкателя 2 пружина 3 перемещает плунжер 5 вниз. В результате этого всасывающий клапан 9 открывается и топливо поступает в надплунжерное пространство. Перед началом поступательного хода плунжера вверх левое плечо фигурного рычага 29 находится в нижнем крайнем положении, а правое плечо — через упорный винт 25, двухрожковый рычаг 23 и промежуточный стержень 26 — поддерживает отсечной клапан 19 в открытом положении. Таким образом в начале нагнетания топливо по перепускным каналам А и Б пойдет во всасывающую систему (магистраль). Подача топлива к форсунке начинается в момент появления зазора между упорным винтом 25 и нижним рожком рычага 23, т. е. в момент посадки отсечного клапана 19 в гнездо под действием пружины 16 (упругость которой регулируется болтом 15 с контргайкой). Отсечка в конце подачи произойдет, когда левое плечо фигурного рычага 29, перемещаясь вверх, через упорный сухарь 28 и промежуточный толкатель 26 откроет отсечной клапан 19 и топливо снова пойдет на перепуск. Количество подаваемого топлива изменяют поворотом валиков 27 и 24, связанных между собой зубчатыми секторами; верхний валик системой рычагов, тяг и валиков связан с постом управления и регулятором. Шейки, на которых качаются рычаги 23 и 29, выполнены эксцентрично относительно осей валиков, поэтому при повороте рычаги опускаются вниз или перемещаются вверх. При перемещении рычагов вниз зазор между отсечным клапаном 19 и его седлом уменьшается, а между промежуточным толкателем и упорным сухарем 28 увеличивается. В результате происходит ранняя посадка клапана в гнездо и позднее его открытие, и тогда больше топлива поступает в цилиндр. Для уменьшения подачи топлива рычаг перемещают вверх, и зазор между клапаном и седлом увеличивается, а зазор между упорным сухарем и промежуточным толкателем уменьшается, в результате чего клапан по времени больше открыт и к форсунке поступает малая доза топлива. Такой способ регулирования дает возможность использовать на малой частоте вращения наибольшие скорости движения плунжера и автоматически изменять угол опережения подачи топлива в цилиндр в зависимости от частоты вращения коленчатого вала дизеля.

Индивидуальную регулировку насосов производят изменением длины промежуточного толкателя 26 при помощи гайки 22 и контргайки 21, а также упорным винтом 25. Мгновенное отключение насоса осуществляют индивидуальным открытием всасывающего клапана — через штифт 12 и кнопку 13.

К недостаткам насоса следует отнести сложность конструкции и регулирования, поэтому фирма МАН и ее лицензиаты на последних моделях дизелей ряда ДКРН 70/120 устанавливают золотниковые топливные насосы.

Топливные насосы золотникового типа в настоящее время получили наибольшее применение в судовых дизелях. От других насосов их отличает прежде всего простота конструкции, возможность регулирования начала и конца подачи, длительная работа без индивидуального регулирования, так как у них отсутствует отсечной клапан со сложной системой привода.

Принцип действия топливного насоса (рис. 52, а). Плунжерная втулка 2 топливного насоса запрессована в общий корпус (для небольших насосов). Топливоподкачивающий насос подает топливо в приемную полость вокруг плунжерной втулки. Когда плунжер 1 находится в н. м. т. топливо заполняет надплунжерное пространство насоса через отверстия 3 и 4. При движении плунжера вверх до перекрытия впускных отверстий 3 и 4, топливо перетекает в приемную полость. После перекрытия отверстий плунжером начинается подача топлива к форсунке. Момент отсечки наступает тогда, когда винтовая кромка 5 на плунжере соединяет надплунжерное пространство с отверстием 3. С этого момента, несмотря на поступательное движение плунжера вверх, топливо будет перетекать в приемную полость насоса. Уменьшение количества подаваемого топлива ocуществляют поворотом плунжера против часовой стрелки, при этом надплунжерное пространство раньше соединится с приемной полостью насоса. Для выключения насоса плунжер поворачивают настолько, чтобы фрезерованный паз 6 оказался против перепускного канала 3— и надплунжерное пространство соединяется с приемной полостью насоса во время всего хода плунжера вверх.

У топливных насосов с нижним расположением винтовой кромки регулируется конец подачи. Если верхнюю кромку плунжера сделать винтовой, а нижнюю — прямой, то начало подачи будет переменным,а конец постоянным, и, наконец, если обе кромки выполнить винтовыми, то и начало и конец подачи будут переменными (рис. 52, б).

Конструкция топливного насоса золотникового типа мощного судового дизеля 8ДКРН 74/160-2 (БМЗ) изображена на рис. 53. На кронштейне 1, который крепится к остову дизеля, установлен чугунный корпус 4. На корпус 4 установлена промежуточная втулка 9. К ней через фланец 22 и стойку 11 крепится стальной кованый корпус 19. В корпусе 19 запрессована плунжерная втулка 17, в которой находится плунжер 15. Поступательное движение плунжера вверх осуществляется от кулачной шайбы 2 через промежуточный ролик 3, ролик 5 толкателя и толкатель 6. Возвратный ход плунжера, находящегося длительное время в верхнем положении, происходит при сбегании промежуточного ролика 3 с кулачной шайбы 2 под действием пружин 7 и 8. Топливо подается к насосу высокого давления от топливоподкачивающего насоса по трубе 16. При движении плунжера 15 вниз топливо через всасывающий клапан 18 попадает в надплунжерное пространство (необходимость установки всасывающего клапана вызвана незначительным временем, отведенным на заполнение надплунжерного пространства из-за специального профиля кулачной шайбы). При движении плунжера вверх всасывающий клапан 18 закрывается и топливо но трубе 27 подается к двум форсункам цилиндра.

Для отсечки топлива на плунжере выфрезеровано два паза, заканчивающихся винтовыми кромками, которые в определенный момент соединяют нагнетательную полость с приемной.

Для предотвращения резких колебаний давления при перепуске топлива в приемную полость насоса предусмотрено демпферное устройство 21.

Наличие двух отсечных кромок и двух перепускных отверстий снимает с плунжера боковые нагрузки, что предотвращает односторонний износ плунжера и втулки, характерный для насоса с одним отсечным каналом.

Изменение количества топлива, подаваемого за один впрыск, осуществляется поворотом плунжера 15 — через крестовину плунжера 12, поворотную втулку 13 и цапфу 14.

Цапфы всех насосов связаны между собой и с постом управления двигателя системой тяг и рычагов. При повороте плунжера 15 отсечные кромки раньше или позднее соединяют надплунжерное пространство с приемной полостью насоса и при этом изменяется полезный ход плунжера. Регулирование количества подаваемого топлива осуществляется по концу подачи.

Так как производительность топливоподкачивающего насоса выше максимального расхода топлива топливными насосами высокого давления, то часть топлива по трубе 20, снабженной невозвратным клапаном, отводится к расходным цистернам. При такой схеме обеспечивается постоянная циркуляция топлива через насосы, что предотвращает образование газовых пробок.

Изменение угла опережения подачи топлива в цилиндр осуществляется поворотом эксцентрика 23, который перемещает посредством рычага 24 ролик 3 и изменяет время начала поступательного хода плунжера и, следовательно, время начала подачи. Нужно заметить, что при таком способе регулировки угла опережения подачи топлива изменяется в сторону ухудшения время начала подачи топлива при работе двигателя на задний ход, так как для переднего и заднего хода используется одна кулачная шайба и реверс двигателя осуществляется за счет углового поворота распределительного вала в сторону требуемого вращения коленчатого вала. Для периодического контроля давления впрыска нагнетательную полость можно сообщить через клапан 25 с манометром 26. Выключение насоса осуществляют тягой 10.

Система смазки насосов высокого давления — индивидуальная.

Отсутствие нагнетательного клапана в насосе обеспечивает отсечку топлива при высоком давлении, что обусловливает быструю посадку иглы форсунки и отсутствие дополнительного вспрыска и подтекания топлива.

В своем блоге буду описывать основы технологии судоремонта, методы дефектоскопии, восстановления и упрочнения деталей, виды и методы ремонта судов и механизмов.Будет приведена технологическая документация на ремонт и изготовление деталей.

Топливный насос высокого давления (ТНВД) предназначен для подачи определённой дозы топлива через форсунку в цилиндр дизеля.
В процессе работы плунжерные пары, клапаны, пружины и привод ТНВД подвергаются нормальному физическому изнашиванию. В результате нарушается равномерная подача топлива по цилиндрам, снижается производительность насоса и давление подаваемого топлива, изменяется первоначально установленный угол опережения.
При осмотре ТНВД проверить и отрегулировать его в следующей последовательности:
- герметичность (плотность);
- проверка величины зазора между роликом привода ТНВД и рабочей частью кулачка;
- проверка нулевой подачи топлива ТНВД;
- момент начала и конца подачи топлива;
- равномерность подачи топлива по цилиндрам.
К основным дефектам ТНВД относят: заклинивание, риски, прихватывание и зависание, изнашивание плунжерной пары, натиры на плунжере, коррозию рабочих поверхностей плунжерных пар, появление раковин на поверхностях плунжера около отсечных кромок, трещины в корпусе насоса, неплотность клапанов.
Проверку и регулировку топливного насоса проводят как на остановленном, так и на работающем дизеле. Регулировку его осуществляют в зависимости от типа насоса по началу (НП) или концу (КП) подачи топлива. Основные параметры ТНВД дизелей приведены в таблице:
Основные параметры дизелей и ТНВД

Проверку герметичности (плотности) ТНВД проводят опрессов-кой его топливом при снятых форсуночных трубках.
Насос прокачивают вручную до полного удаления из него воздуха. Затем на него устанавливают манометр и создают в насосе рабочее давление топлива 20-40 МПа, которое поддерживают постоянным нажатием на рычаг ручной подачи топлива. Если ТНВД сохраняет указанное давление в течение 15-20 с новыми плунжерными парами и 5-7 с находящимися в эксплуатации, то герметичность считается удовлетворительной. При неудовлетворительной герметичности насоса в целом проверяют плотность сопрягаемых поверхностей плунжерных пар, нагнетательных клапанов и их гнёзд, посадки втулки в корпус насоса.
Проверив герметичность насоса, определяют пластинами щупа величину зазора между роликом привода ТНВД и рабочей частью кулачка.
Рис. 6.37. Проверка зазора (S) между роликом и рабочей частью кулачка пластиной щупа:

1 — распределительный вал;2 — кулачок; 3 — ролик; 4 — ось ролика толкателя; 5 — толкатель плунжера; 6 — корпус дизеля; 7 — контргайка регулировочного болта; 8 — регулировочный болт; 9 — фланец корпуса топливного насоса; 10 — контрольная риска на корпусе насоса, соответствующая началу подачи топлива; 11 — контрольная риска на направляющей гильзе плунжера; 12 — корпус топливного насоса.
Для этого коленчатый вал вращают до момента, когда рабочая часть кулачка (топливной шайбы) будет направлена вверх, рычагом поднимают толкатель плунжера до упора и измеряют зазор. Величина зазора, согласно инструкции по эксплуатации дизеля, обычно равна 0,15-0,5 мм. Зазор регулируют при помощи регулировочного винта, заворачивая или выворачивая его из толкателя. После установки зазора регулировочный винт обязательно стопорят контргайкой и снова проверяют зазор, величина которого может измениться от затягивания контргайки.
Отсутствие зазора приводит к повреждению профиля рабочей части кулачка, ролика и ТНВД.
После проверки и установки зазоров между роликом толкателя ТНВД и кулачком проверяют нулевую подачу топлива ТНВД.
Нулевой подачей топлива ТНВД называют такое положение плунжерной пары, при котором насос не должен подавать топливо в форсунку.
Цель проверки и регулирования топливного насоса на нулевую подачу — получить одновременное выключение всех насосов при остановке дизеля. Для этого рукоятку пуска дизеля устанавливают в положение «стоп», поворачивают коленчатый вал и, устанавливая поочерёдно топливные кулачки рабочей частью вниз, отсоединяют нагнетательный трубопровод оттопливного насоса. ТНВД прокачивают топливом, используя рычаг ручной прокачки. При правильной регулировке нулевой подачи топливо не должно вытекать из насоса.
Регулировка нулевой подачи топлива зависит от конструкции насоса. Например, у дизелей с топливными насосами золотникового типа, у которых регулирование по концу подачи топлива, установка нулевого положения производится разворотом плунжера путём перемещения сухарика насоса на топливной рейке в корму или в нос. При таком повороте плунжера перепускной клапан в нулевом положении совпадает с впускным отверстием втулки плунжера, и происходит перепуск топлива в приёмный трубопровод.
Проверку момента начала и конца подачи топлива (угла опережения) у ТНВД с золотниковым распределением и в других топливных насосах с регулировкой конца подачи выполняют при помощи стеклянной капиллярной трубки диаметром 1,0-1,5 мм, установленной при помощи накидной гайки на насос.
Топливную рейку устанавливают на полную подачу топлива. Затем, вращая коленчатый вал, фиксируют момент страгивания мениска топлива в трубке, что соответствует началу подачи топлива в цилиндр. От этого момента до положения поршня в ВМТ данного цилиндра по маховику определяют дугу в градусах. Таким образом,определяют за сколько градусов до ВМТ происходит подача топлива в цилиндр, или угол опережения подачи топлива.
Угол опережения подачи топлива регулируют поворотом топливного кулачка на распределительном валу. Подрегулировку производят путём изменения длины регулировочного винта ТНВД золотникового типа.
Регулировку ТНВД на равномерность подачи топлива по цилиндрам выполняют после того, как будет проверена герметичность насоса и отрегулированы моменты начала (конца) подачи.
Проверку равномерности подачи топлива по цилиндрам выполняют в следующем порядке. Форсунки устанавливают распылителями вниз и к ним подставляют мерные стаканы вместимостью 100-200 см3 (пустые стаканы взвешивают). Затем производят 10-15 полных подач топлива насосом при помощи рычага ручной прокачки и определяют массу подачи топлива насосом за один ход. Процент неравномерности подачи топлива определяют по формуле:

где А и Б — наибольшее и наименьшее количество топлива, поданное одним из насосов. Неравномерность подачи топлива не должна превышать 6%.

Одним из основных составляющих системы питания дизельной силовой установки является насос, обеспечивающий подачу топлива под высоким давлением на форсунки. Полное название – топливный насос высокого давления (аббревиатура – ТНВД). Помимо дизельных моторов такой насос применяется и в бензиновых агрегатах с инжекторной системой, у которой подача бензина осуществляется непосредственно в цилиндры.

Этот узел системы питания имеет достаточно сложную конструкцию, поскольку в его задачу входит не только нагнетание дизтоплива, но еще и подача его на форсунки в строго определенные моменты. В общем, от его работы напрямую зависит функционирование силовой установки.

Виды ТНВД

Существует несколько типов дизельных топливных систем, имеющих разные конструктивные особенности. Это в свою очередь влияет на устройство ТНВД. Так, на дизелях могут использоваться насосы:

рядные;
распределительные;
магистральные.

Несмотря на отличия в конструкции, во всех используется один и тот же основной рабочий узел – плунжерная пара. Именно она обеспечивает нагнетание давления.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Концептуально двигатели внутреннего сгорания – бензиновые и дизельные практически идентичны, но существует между ними ряд отличительных особенностей. Одной из основных является разное протекание процессов горения в цилиндрах. У дизеля топливо загорается от воздействия высоких температур и давления. Но для этого необходимо, чтобы дизтопливо подавалось непосредственно в камеры сгорания не только в строго определенный момент, но еще и под высоким давлением. И это обеспечивают системы впрыска дизельных двигателей.

Постоянное ужесточение экологических норм, попытки получить больший выход мощности при меньших затратах топлива обеспечивают появление все новых конструктивных решений в топливной системе дизеля.

Принцип работы у всех существующих видов впрыска дизеля идентичен. Основными элементами питания являются топливный насос высокого давления (ТНВД) и форсунка. В задачу первой составляющей входит нагнетание дизтоплива, благодаря чему давление в системе значительно повышается. Форсунка же обеспечивает подачу топлива (в сжатом состоянии) в камеры сгорания, при этом распыляя его для обеспечения лучшего смесеобразования.

Стоит отметить, что давление топлива напрямую влияет на качество сгорания смеси. Чем оно выше, тем дизтопливо лучше сгорает, обеспечивая больший выход мощности и меньшее содержание загрязняющих веществ в отработанных газах. И для получения более высоких показателей давления использовали самые разные конструктивные решения, что и привело к появлению разных видов систем питания дизеля. Причем все изменения касались исключительно указанных двух элементов – ТНВД и форсунок. Остальные же составляющие – бак, топливопроводы, фильтрующие элементы, по сути, идентичны во всех имеющихся видах.

Типы дизельных систем питания

Дизельные силовые установки могут быть оснащены системой впрыска:

с рядным насосом высокого давления;
с насосами распределительного типа;
с насос-форсунками;
аккумуляторного типа (Common Rail).

Далее рассмотрим лишь некоторые особенности, которыми обладают указанные системы впрыска дизельных двигателей, а также их положительные и отрицательные качества.

С рядным насосом

Система питания с рядным ТНВД можно считать «родителем» всех остальных, поскольку она является первой, используемой на дизельных моторах. Но сейчас она уже считается устаревшей и практически не используется.

Рядный ТНВД на 8 форсунок

Изначально эта система была полностью механической, но после в ее конструкции начали использоваться электромеханические элементы (касается регуляторов изменения цикловой подачи дизтоплива).

Основная особенность этой системы заключена в насосе. В нем плунжерные пары (прецизионные элементы, создающие давление) обслуживали каждый свою форсунку (количество их соответствовало количеству форсунок). Причем эти пары размещались в ряд, отсюда и название.

К достоинствам системы с рядным насосом можно отнести:

Надежность конструкции. Насос имел систему смазки, что обеспечивало узлу большой ресурс;
Невысокая чувствительность к чистоте топлива;
Сравнительная простота и высокая ремонтопригодность;
Большой ресурс насоса;
Возможность работы мотора при отказе одной секции или форсунки.

Но недостатки у такой системы более существенны, что и привело к постепенному отказу от нее и отданию предпочтения более современным. Негативными сторонами такого впрыска считаются:

Невысокие быстродействие и точность дозировки топлива. Механическая конструкция просто не способна это обеспечить;
Сравнительно невысокое создаваемое давление;
В задачу ТНВД входит не только создание давления топлива, но еще и регулировка цикловой подачи и момент впрыска;
Создаваемое давление напрямую зависит от оборотов коленчатого вала;
Большие габариты и масса насоса.

Эти недостатки, и в первую очередь – невысокое создаваемое давление, привело к отказу от этой системы, поскольку она просто перестала вписываться в стандарты по экологичности.

С насосом распределенного типа

ТНВД распределенного впрыска стала следующим этапом в развитии систем питания дизельных агрегатов.

Изначально такая система была тоже механической и отличалась от описанной выше лишь конструкцией насоса. Но со временем в ее устройство добавили систему электронного управления, которая улучшила процесс регулировки впрыска, что позитивно сказалось на показателях экономичности мотора. Определенный период такая система вписывалась в стандарты экологичности.

Особенность этого типа впрыска сводилась к тому, что конструкторы отказались от использования многосекционной конструкции насоса. В ТНВД начала использоваться всего одна плунжерная пара, обслуживающая все имеющиеся форсунки, количество которых варьируется от 2 до 6. Для обеспечения подачи топлива на все форсунки, плунжер совершает не только поступательные движения, но еще и вращательные, которые и обеспечивают распределение дизтоплива.

ТНВД с насосом распределенного типа

Позже эта система добавилась новым типом насоса – роторным, у которого устанавливаются несколько плунжеров, но распределенная подача осталась. Это позволило увеличить создаваемое насосом давление.

К положительным качествам таких систем относились:

Малые габаритные размеры и масса насоса;
Лучшие показатели по топливной экономичности;
Использование электронного управления повысило показатели системы.

К недостаткам же системы с насосом распределенного типа относятся:

Небольшой ресурс плунжерной пары;
Смазка составных элементов осуществляется топливом;
Многофункциональность насоса (помимо создания давления он еще управляется подачей и моментом впрыска);
При отказе насоса система прекращала работать;
Чувствительность к завоздушиванию;
Зависимость давления от оборотов двигателя.

Широкое распространение такой тип впрыска получил на легковых авто и небольшом коммерческом транспорте.

Насос-форсунки

Насос-форсунки можно считать отдельной веткой в дизельных системах питания, поскольку в конструкции ТНВД как таковой не используется.

Особенность этой системы заключена в том, что форсунка и плунжерная пара объединены в единую конструкцию. Привод секции этого топливного узла осуществляется от распределительного вала.

Примечательно, что такая система может быть как полностью механической (управление впрыском осуществляется рейкой и регуляторами), так и электронной (используются электромагнитные клапаны).

Некой разновидностью этого типа впрыска является использование индивидуальных насосов. То есть для каждой форсунки предусматривается своя секция, приводимая в действие от распределительного вала. Секция может располагаться непосредственно в ГБЦ или быть вынесенной в отдельный корпус. В такой конструкции используются обычные гидравлические форсунки (то есть, система механическая). В отличие от впрыска с ТНВД, магистрали высокого давления – очень короткие, что позволило значительно увеличить давление. Но такая конструкция особого распространения не получила.

К положительным качествам насос-форсунок питания можно отнести:

Значительные показатели создаваемого давления (самые высокие среди всех используемых типов впрыска);
Небольшая металлоемкость конструкции;
Точность дозировки и реализации многократного впрыска (в форсунках с электромагнитными клапанами);
Возможность работы двигателя при отказе одной из форсунок;
Замена поврежденного элемента не сложная.

Но имеются в таком типе впрыска и недостатки, среди которых:

Неремонтопригодность насос-форсунок (при поломке требуется их замена);
Высокая чувствительность к качеству топлива;
Создаваемое давление зависит от оборотов двигателя.

Насос-форсунки получили широкое распространение на коммерческом и грузовом транспорте, а также эту технологию использовали некоторые производители легковых авто. Сейчас она не очень часто используется из-за высокой стоимости обслуживания.

Common Rail

Аккумуляторная система (Common Rail) пока является самой совершенной в плане экономичности. Также она полностью вписывается в последние стандарты экологичности. К дополнительным «плюсам» можно отнести ее применяемость на любых дизельных двигателях, начиная от легковых авто и заканчивая морскими судами.

Система впрыска Common Rail

Особенность ее заключена в том, что многофункциональность ТНВД не требуется, и в его задачу входит только нагнетание давления, причем не для каждой форсунки отдельно, а общую магистраль (топливную рампу), а уже от нее дизтопливо подается на форсунки.

При этом топливные трубопроводы, между насосом, рампой и форсунками имеют сравнительно небольшую длину, что позволило повысить создаваемое давление.

Управление работой в этой системе осуществляется электронным блоком, что значительно увеличило точность дозировки и скорость работы системы.

Положительные качества Common Rail:

Высокая точность дозировки и использование многорежимного впрыска;
Надежность ТНВД;
Нет зависимости значения давления от оборотов мотора.

Негативные же качества у этой системы такие:

Чувствительность к качеству топлива;
Сложная конструкция форсунок;
Отказ системы при малейших потерях давления из-за разгерметизации;
Сложность конструкции из-за наличия ряда дополнительных элементов.

Несмотря на эти недостатки автопроизводители все больше отдают предпочтение Common Rail перед другими видами систем впрыска.

Автор статьи

Куприянов Денис Юрьевич

Юрист частного права

Страница автора

Читайте также: