Топливные помпы и насосы

Плунжерная пара является основой топливного насоса высокого давления. Она состоит из втулки (цилиндра) и поршня (плунжер). При изготовлении данного элемента на первый план выходит точность исполнения, поскольку нужно учесть всю важность данного элемента. Пара изготавливается из стали высокого качества, которая обеспечивает длительный срок службы и устойчивость к износу. Между цилиндром и плунжером специально оставляют зазор, который носит название «прецизионное сопряжение», но он настолько мал, что если допустить нагрев этой пары до 100 градусов, ее может заклинить.

Конструктивно различают следующие виды топливных насосов:

топливные насосы высокого давления ТНВД

а) распределительный (роторный),

б) рядный

в) секционный

г) магистральный

топливоподкачивающие, насосы подкачки, насосы низкого давления, ТННД.

Распределительный насос характеризуется наличием нескольких плунжеров. Они обеспечивают не только нагнетание, но и распределение топливной смеси по всем цилиндрам силовой установки. Рядный насос производит нагнетание топлива посредством плунжерных пар, которые работают отдельно и расположены в ряд в одном корпусе. Секционные насосы отличаются от рядных только тем что плунжерная пара для каждого цилиндра находится в отдельном корпусе. Что касается магистральных насосов, то они производят нагнетание смеси в магистральный аккумулятор.

Топливоподкачивающий насос (ТННД) работает при небольшом давлении и производит только нагнетание смеси к механизму непосредственного впрыска, как правило к насос-форсунке.

Такой конструктивный элемент как ТНВД может использоваться и в системе прямого впрыска бензинового агрегата (инжекторный насос). Минус такого использования заключается в том, что рабочее давление насоса в бензиновом двигателе существенно меньше, чем в дизельном аналоге. В мире существует несколько ведущих компаний, которые занимаются производством топливных насосов высокого давления, это Delphi, Lucas, Zexel, Bosch, Denso

Рассмотрим некоторые элементы конструкции рядного топливного насоса высокого давления. В нем количество плунжерных пар соответствует количеству цилиндров. Они установлены непосредственно в корпусе насоса, где есть каналы для подвода и отвода топливной смеси. Плунжер осуществляет движение при помощи кулачкового вала, который заведен на коленвал двигателя. Плунжеры, посредством плунжерных пружин, постоянно находятся в прижатом положении к кулачкам.

Вращение кулачкового вала обеспечивает «набегание» кулачка на толкатель плунжера. Плунжер выполняет движение по втулке в вертикальной плоскости. За счет этого осуществляется последовательное закрытие впускного и выпускного отверстия. Давление внутри системы достигает такой отметки, что нагнетательный клапан открывается, а топливо поступает к форсунке через топливопровод.

В рядном топливном насосе высокого давления есть специальная система, осуществляющая регулирование количества топлива, которое подается в систему. Регулируется также момент его подачи. Контроль может осуществляться с помощью электроники или механическим путем. При механическом регулировании контроль количества топлива осуществляется с помощью поворота плунжера во втулке. Для выполнения этого действия предусмотрена специальная шестерня, которая находится на плунжере. Она соединена непосредственно с зубчатой рейкой, которая связана с педалью газа. В верхней части плунжера имеется наклонная поверхность. Когда плунжер выполняет поворот, отсечка и количество поступающего топлива будет изменяться.

Изменение момента начала подачи топливной смеси может потребоваться в тот момент, когда изменяется частота вращения коленвала силовой установки. Если рассматривать механическое регулирование этого процесса, то оно происходит при помощи центробежной муфты, которая установлена на кулачковом валу. Грузики, находящиеся внутри муфты, приходят в движение под действием центробежных сил (при увеличении частоты вращения) и заставляют смещаться кулачковый вал. Его смещение происходит относительно привода, изменяя угол опережения впрыска топлива на более раннее. Таким образом ранний впрыск топлива начинается при увеличении оборотов двигателя, а при уменьшении этого показателя происходит поздний впрыск.

Рядные ТНВД сконструированы таким образом, что обеспечивают максимальную надежность конструкции. Насосные установки смазываются моторным маслом, которое используется в системе смазки двигателя. Из этого следует, что они могут функционировать на топливе как среднего, так и низкого качества. Наиболее часто рассматриваемые насосы применяются в силовых агрегатах с прямым впрыском топлива и раздельными камерами сгорания. Могут применяться также в автомобилях и технике с повышенной нагрузкой и грузоподъемностью. Что касается применения в легковых дизельных автомобилях, то в этой отрасли рядные ТНВД использовались преимущественно до 2000 года.

Распределительные ТНВД отличаются от рядных аналогов наличием одного или двух плунжеров, которые обслуживают сразу все цилиндры силовой установки. Насосы этой системы характеризуются меньшими габаритными размерами и массой. Несмотря на это, они обеспечивают высокую равномерность подачи топливной смеси. Отрицательной чертой распределительных топливных насосов высокого давления можно назвать недолговечность сопряженных деталей. Именно поэтому главной сферой применения данных ТНВД стали двигатели легковых автомобилей.

Конструкция насосов такого типа очень разнообразна. В первую очередь это касается привода плунжера. Выделяют такие основные типы: внутренний кулачковый привод, внешний кулачковый привод и торцевой кулачковый привод.

Зачастую предпочтение отдают плунжерам с внутренним и торцевым кулачковым приводом. Это обусловлено тем, что они характеризуются высокой долговечностью в связи с отсутствием давления топлива на узлы приводного вала.

Перейдем к рассмотрению распределительного ТНВД. В конструкции с торцевым приводом плунжера главным конструктивным элементом считается плунжер-распределитель. На него возложено нагнетание и распределение топлива по цилиндрам. Он может совершать вращательные движения и движения в разных плоскостях.

Кулачковая шайба обеспечивает возвратно-поступательное движение плунжера. Данная шайба выполняет нажатие на плунжер, обеспечивая тем самым необходимое давление топлива. Встроенная пружина возвращает его в начальное положение. Приводной вал обеспечивает вращение плунжера. Во время этого процесса топливо автоматически распределяется по цилиндрам.

Величина подачи топлива регулируется автоматически посредством электронного или механического устройства. Конструкция механического регулятора несколько напоминает конструкцию рядного топливного насоса. Он также состоит из центробежной муфты, в которой находятся грузы. Воздействие на дозатор происходит через систему рычагов. В свою очередь, дозатор изменяет количество топлива, которое подается в систему. Электронный клапан это не что иное, как клапан электромагнитного типа.

Регулирование величины опережения впрыска топлива в насосе данного типа выполняется посредством поворота неподвижного кольца на заданный угол. Рабочий процесс в распределительном насосе происходит в три этапа: впуск топлива, нагнетание и распределение по цилиндрам.

Конструкция распределительного насоса роторного типа отличается тем, что нагнетание топлива и распределение его по цилиндрам происходит при помощи специального плунжера и распределительной головки. Топливо нагнетается в систему двумя противолежащими плунжерами, которые установлены на распредвалу. Они совершают возвратно-поступательное движение путем «обегания» профиля кулачковой обоймы.

В случае встречного движения плунжеров, давление топлива в системе растет. После этого, топливная смесь по каналам распределительной головки и клапанам подтекает к форсункам нужных цилиндров.

Приток топлива к плунжеру обеспечивается за счет создаваемого подкачивающим насосом давления. В насосах распределительного типа топливоподкачивающий насос расположен на приводном валу в корпусе общего насоса. Что касается конструктивного исполнения, то такой насос может представлять шестеренный насос с внутренним или внешним зацеплением или роторно-лопастной насос.

Для смазки распределительного насоса не требуется дополнительного масла. Он смазывается дизельным топливом, которое находится в корпусе основного насоса.

Последним насосом этой серии является магистральный ТНВД. Он зачастую используется в аккумуляторной системе впрыска Common Rail. Там данная система используется в качестве нагнетателя топлива в рампу. ТНВД такого типа позволяют получить более высокое давление – порядка 180 МПа и больше. В составе магистральных насосов может быть от одного до трех плунжеров. Их привод обеспечивается кулачковой шайбой или кулачковым валом.

Устройство магистрального ТНВД также имеет некоторые особенности. Вращаясь, кулачковый вал оттягивает пружину, которая, в свою очередь, двигает плунжер вниз. Объем компрессионной камеры увеличивается, что ведет к уменьшению давления внутри ее. Таким образом, открывается впускной клапан, а топливо поступает в камеру.

Когда плунжер движется вверх, давление в системе увеличивается, тем самым закрывая впускной клапан. Когда давление находится на определенном уровне, то выпускной клапан открывается, топливо втекает в рампу.

Клапан дозирования топлива выполняет подачу топлива в зависимости от нужд силовой установки. В нормальном положении клапан находится в открытом состоянии. Сигнал, поступающий из электронного блока, закрывает клапан на заданную величину. За счет этого и осуществляется контроль над количеством топлива, поступающим в компрессионную камеру.

Топливоподкачивающий насос низкого давления (ТННД) как правило приводится в движение от мотора посредством муфты через длинный или короткий шток (эту особенность автовладельцы грузовиков Вольво и Скания часто используют при уточнении модели насоса подкачки). Как и его собратья высокого давления, ТННД тоже имеет свой ресурс и нередко требует замены. При покупке предпочтение как правило отдается оригинальным производителям, несмотря на более низкую цену аналогов.

Покупка насоса высокого давления зачастую является серьезным ударом по бюджету автовладельца, поэтому альтернативой покупке все чаще становится возможность отремонтировать ТНВД. С развитием сервисов по ремонту топливной аппаратуры более доступными стали современное оборудование, тестовые планы и запчасти, что значительно увеличило качество и снизило сроки и стоимость ремонта топливных насосов, форсунок и прочего оборудования и компонентов подачи топлива.