27Июл

Устройство топливного насоса высокого давления: Принцип работы ТНВД и его основные особенности

27 Июл 2023 alexxlab Комментировать

Топливный насос высокого давления, муфта изменения угла начала впрыска топлива

 

Какое назначение топливного насоса высокого давления?

Топливный насос высокого давления служит для подачи строго дозированных порций дизельного топлива под высоким давлением в форсунки и через них в цилиндры двигателя в заданные моменты времени в соответствии с режимом работы двигателя.

Какого типа насосы высокого давления применяют на двигателях?

На автомобильных дизельных двигателях устанавливают секционные топливные насосы золотникового типа с постоянным ходом плунжера и регулировкой конца подачи топлива. Обычно в общем корпусе насоса монтируют по одной секции для каждого цилиндра. На V-образных двигателях насос крепят между рядами цилиндров. Приводится в действие он от шестерни распределительного вала. На одном конце вала привода топливного насоса закреплена приводная шестерня, а другой конец его соединен с центробежной муфтой опережения впрыска топлива. Так как рабочий цикл в четырехтактных двигателях совершается за два оборота коленчатого вала, то передаточное отношение приводных шестерен подобрано таким образом, чтобы кулачковый вал топливного насоса за цикл повернулся на один оборот и каждая секция подала топливо в свой цилиндр в соответствии с порядком работы двигателя.

Как устроен топливный насос высокого давления?

Топливный насос высокого давления состоит из корпуса, в котором установлены секции по количеству цилиндров двигателя. Каждая секция (рис.80, а) состоит из корпуса 13, разделенного горизонтальной перегородкой на две части: верхнюю и нижнюю. Стенки перегородки выполняют роль направляющих для толкателей 11. В верхней части закреплена гильза 4, застопоренная винтом 18. В гильзе с минимальным зазором (0,0015-0,0020 мм) смонтирован плунжер 5, имеющий винтовую канавку 19, кольцевую выточку и радиальное сверление. Гильза и плунжер изготовлены из высококачественной стали, термически обработаны и имеют индивидуальную подгонку.

Поэтому их можно заменять только в паре. На нижнем конце плунжера имеется опорная тарелка 9, на которую опирается пружина 8, стремящаяся удерживать плунжер в нижнем положении. В гильзе 4 просверлены два отверстия: верхнее 3 топливоподводящее, через которое топливо заполняет надплунжерную полость в гильзе, когда плунжер находится в нижнем положении, и нижнее 20, по которому топливо отводится из гильзы после ее заполнения. Верхнее отверстие сообщается с каналом, а к нему топливо подводится от топливоподкачивающего насоса, нижнее – с топливным баком для отвода избыточного топлива. В этом канале или в топливном штуцере установлен перепускной клапан, нагруженный пружиной, что способствует поддержанию давления в канале в пределах 0,07-0,12 МПа, необходимого для хорошего наполнения гильзы топливом. Кроме того, в канале выполнено отверстие 21 с пробкой для выпуска проникшего туда воздуха. Сверху к гильзе прилегает седло нагнетательного клапана 2, прижимаемое штуцером 22, ввернутым в корпус насоса.
Нагнетательный клапан 2 нагружен пружиной 1, стремящейся удерживать его в закрытом положении. К ниппелю 23 подсоединен топливопровод высокого давления, подводящий топливо к форсунке. В нижней части корпуса на роликовых конических подшипниках установлен кулачковый вал 14, на кулачок которого опирается ролик 12 толкателя 11. В тело толкателя ввернут регулировочный винт 10 с контргайкой. Вращением этого винта регулируют величину хода плунжера. В нижнюю часть корпуса заливают масло (такое же, что и в двигатель). Для управления подачей топлива в гильзе каждой секции установлена поворотная втулка 7 с зубчатым венцом 17. Внизу этой втулки выполнены два вертикальных паза, в которые входят поводки плунжера. Благодаря большой длине пазов поводки могут перемешаться в них на всю длину хода плунжера. В постоянном зацеплении с зубчатыми венцами всех секций находится зубчатая рейка, которая с помощью тяг соединена с центробежным регулятором и педалью газа в кабине автомобиля. Ход рейки ограничивается винтом 6.

Сбоку к корпусу насоса высокого давления крепится топливоподкачивающий насос 15 с устройством 16 для ручной подкачки топлива.

Рис.80. Секция топливного насоса высокого давления: а – общее устройство; б – начало впрыска; в – конец впрыска; г – наполнение; д – продолжительность впрыска; е – остановка двигателя.

Как работает топливный насос высокого давления?

Все секции топливного насоса высокого давления работают одинаково, поэтому достаточно рассмотреть работу только одной из них. При вращении кулачкового вала 14 кулачок воздействует на ролик 12 толкателя 11 и поднимает его. Усилие через регулировочный винт 10 передается на толкатель 5 и он поднимается вверх, сжимая пружину 8. Когда верхняя часть плунжера перекроет топливоподводящее отверстие 3, а затем и топливоотводящее отверстие 20, в надплунжерной полости окажется порция топлива (рис.80, б). Так как топливо не сжимается, то при дальнейшем перемещении плунжера вверх давление в гильзе резко повышается и когда оно достигнет 1,2-1,8 МПа, открывается нагнетательный клапан 2, преодолевая сопротивление пружины 1, и топливо по трубопроводу высокого давления поступает к форсунке.

Так как плунжер поднимается, то давление в гильзе и трубопроводе нарастает и когда оно достигнет 16,5 МПа, игла форсунки поднимется и пропустит топливо в камеру сгорания цилиндра двигателя, то есть осуществится впрыск топлива. Он будет продолжаться до тех пор, пока кромка винтовой канавки 19 не подойдет к топливоотводящему отверстию 20 (рис.80, в). Теперь топливо из надплунжерной полости по радиальному сверлению 24 в плунжере и кольцевой канавке будет отводиться в топливоотводящее отверстие 20. Давление над плунжером резко уменьшится, нагнетательный клапан 2 под давлением пружины 1 закроется, что способствует резкой отсечке топлива, впрыскиваемого форсункой в цилиндр. Это предотвращает зависание топлива на распылителе форсунки и ее подгорание.

Резкому прекращению впрыска топлива также способствует форма нагнетательного клапана. На нем выполняется специальный разгрузочный поясок П, который при посадке клапана в свое гнездо способствует увеличению объема над ним, что приводит к резкому снижению давления в трубке между клапаном и. форсункой. Поясок клапана и седло в этом случае работают, как поршневая пара.

При дальнейшем вращении кулачкового вала кулачок перестает воздействовать на толкатель, и он опускается. Пружина 8 опускает плунжер в крайнее нижнее положение, и топливо опять заполнит надплунжерную полость (рис.80, г).

Как изменяется количество топлива, впрыскиваемого в цилиндр?

Количество топлива, подаваемого секцией топливного насоса высокого давления к форсунке, изменяют поворотом плунжера в гильзе с помощью зубчатой рейки, находящейся в зацеплении с зубчатым венцом 17. Рейка при перемещении поворачивает зубчатые венцы, а следовательно, и плунжеры. В зависимости от угла поворота плунжера изменяется расстояние, проходимое плунжером от момента перекрытия топливоподводящего отверстия 3 до момента открытия отсечной кромкой винтовой канавки 19 топливоотводящего отверстия 20. В результате изменяется продолжительность впрыска и, следовательно, количество топлива, подаваемого в цилиндр (рис. 80, д). При вдвигании рейки в корпус насоса подача топлива увеличивается, при выдвигании – уменьшается.

Как остановить двигатель?

Для остановки дизельного двигателя необходимо прекратить подачу топлива в цилиндры. Для этого выдвигают рейку в крайнее положение, при котором плунжеры в гильзах устанавливаются так, что их горизонтальная кольцевая канавка 25 сообщается с топливоотводящим отверстием 20 (рис.80, е). В этом случае при перемещении плунжера вверх все топливо перетекает из надплунжерной полости по радиальному каналу к топливоотводящему отверстию, и впрыск топлива в цилиндр не произойдет, двигатель остановится.

Какая существует зависимость между частотой вращения коленчатого вала и впрыском топлива в цилиндры двигателя?

С увеличением частоты вращения коленчатого вала должен изменяться (опережаться) и момент впрыска топлива в цилиндр, так как оно должно быть подано к приходу поршня в ВМТ при такте сжатия. Только в этом случае впрыснутое топливо успеет испариться, смешаться с воздухом и самовоспламениться, чтобы расширение газов начиналось в момент, когда поршень поменяет направление движения и начнет двигаться к НМТ.

Угол опережения впрыска топлива изменяется автоматически с помощью центробежной муфты, устанавливаемой на переднем конце кулачкового вала топливного насоса высокого давления. При повороте кулачкового вала по направлению его вращения угол опережения впрыска увеличивается, против – уменьшается.

Как устроена и работает муфта изменения угла начала впрыска топлива?

Автоматическая муфта изменения угла начала подачи топлива состоит (рис.81, а) из корпуса 7, навернутого на ведомую полумуфту 1, установленную на кулачковом валу топливного насоса высокого давления. На полумуфте закреплены оси 2, а на них грузы 4. На грузах выполнены выемки с криволинейными поверхностями, в которые упираются пальцы 5 ведущей полумуфты 6. Между муфтами в сжатом состоянии смонтированы пружины 3, раздвигающие полумуфты. На тыльной стороне ведущей полумуфты имеются два шипа, на которые установлена резиновая обойма 8. В пазы этой обоймы входят два шипа фланца 9, который двумя болтами соединен с ведущим фланцем 11.

Регулировочные пазы 10 позволяют смещать фланец 9 относительно ведущего фланца 11. Этот фланец стяжным хомутом жестко крепится на приводном валу 12 (рис.81, в). Резиновая обойма в приводе предохраняет вал топливного насоса от высоких динамических нагрузок, возникающих при резком изменении частоты вращения коленчатого вала.

Рис.81. Автоматическая муфта изменения угла начала подачи топлива.

Работает муфта так (рис.81, б). При увеличении частоты вращения коленчатого вала двигателя грузы под действием центробежной силы, преодолевай сопротивление пружин, расходятся по направлению стрелок (положение II) и, поворачиваясь вокруг осей, давят на пальцы ведущей полумуфты своими криволинейными поверхностями. Расстояние между осями грузов и пальцами ведущей полумуфты уменьшается, и ведомая полумуфта поворачивается относительно ведущей на заданный угол α, поворачивая при этом кулачковый вал топливного насоса высокого давления на тот же угол по направлению вращения вала, что и приводит к более ранней подаче топлива в цилиндры двигателя.

Чем больше частота вращения коленчатого вала двигателя, тем больше центробежные силы и тем на больший угол повернется кулачковый вал. С уменьшением частоты вращения коленчатого вала двигателя, центробежная сила грузов снижается и они под действием пружин возвращаются в исходное положение, поворачивая ведомую полумуфту в сторону уменьшения опережения впрыска топлива (положение I).

Чем объясняется задержка впрыска топлива?

Между моментом начала подачи топлива насосом, определяемым открытием нагнетательного клапана, и моментом впрыска топлива форсункой имеется небольшая разница во времени, что объясняется деформацией топливопровода высокого давления и некоторой сжимаемостью топлива.

В чем особенность устройства топливного насоса двигателя автомобиля KaмAЗ-5320?

Особенностью устройства топливного насоса высокого давления автомобиля КамАЗ-5320 является то, что его секции в корпусе установлены под углом 75°, что позволило сократить длину вала, повысить его прочность и давление впрыска топлива в цилиндры каждой секцией до 18-18,5 МПа.

***
Проверьте свои знания и ответьте на контрольные вопросы по теме «Система питания дизельного двигателя»

муфта, топливный насос, топливный насос высокого давления муфта изменения угла начала впрыска топлива, топливо

Смотрите также:

Топливный насос высокого давления – тонкости ремонта + Видео » АвтоНоватор

Ключевым конструктивным узлом системы впрыска двигателя, работающего на дизельном топливе, является топливный насос высокого давления (ТНВД).

Основные элементы и схема топливного насоса высокого давления

ТНВД выполняет задачу по подаче в определенный момент и под определенным давлением в цилиндры дизеля четко отмеренных объемов автомобильного топлива.

Другими словами, данное устройство несет ответственность за правильную циркуляцию по топливной системе горючего.

По варианту подачи топлива насосы высокого давления дизельных двигателей подразделяют на агрегаты с аккумуляторным впрыском и непосредственного действия. Во втором случае процессы впрыска и нагнетания протекают в один и тот же момент, а необходимое давление распыления горючего обеспечивается движением плунжера.

Главный элемент ТНВД – плунжерная пара. Она представляет собой небольшой по диаметру длинный поршень (как правило, диаметр устройства в несколько раз меньше его длины), который максимально плотно подогнан к рабочему цилиндру. Зазор между ними (он носит название прецизионного сопряжения) никогда не превышает 1–3 мкм. В рабочем цилиндре размещаются впускные клапаны (два или один), через которые подается горючее. Затем оно через выпускной клапан выталкивается наружу плунжером.

Конструкционно насосы делят на три вида:

  • распределительный: в нем устанавливают 1 либо 2 плунжера, осуществляющие нагнетание топлива и их распределение по имеющимся цилиндрам;
  • рядный: располагает отдельной плунжерной парой;
  • магистральный: они отвечают за нагнетание в аккумулятор топлива.

Регулировка и ремонт топливного насоса высокого давления – особенности процесса

Необходимость ремонта ТНВД может быть вызвана несколькими причинами. Наиболее частыми из них принято считать следующие:

  • Износ насоса. Определить его несложно по таким явлениям, как громкая и неравномерная работа двигателя, усложненному его запуску в горячем состоянии, потере мощности.
  • Применение дизельного топлива низкого качества. Горючее применяется для движущихся узлов ТНВД в качестве смазки. Если оно включает в себя те или иные примеси (частички грязи, капли бензина либо воды), его смазывающие возможности снижаются, что и становится причиной выхода из строя насоса.
  • Некорректная работа электронных устройств, установленных на транспортном средстве.

При ремонте ТНВД чаще всего требуется менять изношенные детали, а сделать это можно лишь разобрав устройство.  В принципе, выполнить ремонтные работы самому не так уж и сложно, если вооружиться знаниями об устройстве топливного насоса, а также набором специального инструмента (тиски, газовый ключ, пинцет, комплект шестигранников и головок, штангенциркуль, отвертка). Но специалисты всегда рекомендуют доверять их мастерам СТО и автосервисов.

Как выполняется регулировка ТНВД?

Периодическая регулировка насосов высокого давления – это обязательная процедура, без которой невозможна нормальная и надежная работа всего дизельного двигателя. Проводится она на специальных стендах (например, на СДТА–1). С устройства демонтируют муфту опережения впрыска (она работает в автоматическом режиме), сцепляют кулачковый вал с приводом стенда.

После этого проводят необходимые проверки, в ходе которых выполняется регулировка равномерности и величины подачи горючего, а также начала подачи. Для этих целей применяется специальный механизм для привода шторки. Последняя вводится между мерительными цилиндрами и эталонными форсунками в тот момент, когда подача выключается, что не дает возможности топливу попасть в цилиндры.

  • Автор: Марина