Устройство механического топливного насоса

Содержание

Устройство ТНВД

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.

Устройство и принцип работы топливного насоса

Топливный насос предназначен для подачи топлива из бака в двигатель автомобиля. Он обеспечивает равномерную дозировку и необходимое для правильной работы мотора постоянное давление. В практике автомобилестроения применяются несколько видов насосов, отличающихся не только конструктивно, но и типом привода. О том, как устроены наиболее популярные топливные насосы, и пойдет речь далее.

Устройство и принцип работы бензонасоса и его неисправности

В любом двигателе автомобиля имеется система питания, которая обеспечивает смешивание компонентов горючей смеси и подачу их в камеры сгорания. От того, на каком топливе работает силовая установка, зависит конструкция системы питания. Но самым распространенным является агрегат, работающий на бензине.

вид бензонасоса

Для того, чтобы система питания смогла смешать компоненты смеси, она еще их должна получить из емкости, в котором находится бензин – топливный бак. И для этого в конструкцию включен насос, обеспечивающий подачу бензина. И вроде, данная составляющая не является самой главной, но без его работы двигатель попросту не заведется, поскольку в цилиндры бензин не будет поступать.

Топливный насос низкого давления: устройство и принцип работы подкачивающего насоса

Подкачивающий топливный насос низкого давления дизельного двигателя

Подкачивающий насос дизельного двигателя представляет собой топливный насос низкого давления (ТННД). Главной задачей данного устройства становится функция подачи топлива к топливному насосу высокого давления ТНВД. Как правило, подкачивающий насос установлен на «коробе» ТНВД или в непосредственной близости от насоса высокого давления.

Оба насоса соединяются при помощи топливных трубок, по которым дизтопливо подается из ТННД к ТНВД. Параллельно реализована очистка солярки, которая предполагает пропуск через специальные топливные фильтры грубой и тонкой очистки. Далее мы рассмотрим устройство, а также принцип работы подкачивающего топливного насоса более подробно.

Устройство и виды топливных систем бензиновых и дизельных двигателей

Топливная система – важнейшая часть автомобиля, которая служит для подачи топлива из бака в камеру сгорания двигателя. Она состоит из множества элементов, предназначенных для транспортировки, фильтрации, учета, подготовки и отвода топлива. В статье подробнее рассмотрим топливные системы бензиновых и дизельных двигателей, а также узнаем, что такое линия возврата топлива (“обратка”) и зачем она нужна.

ТНВД на бензиновом и дизельном двигателе

Изначально насосы, обеспечивающие высокое давление, использовались исключительно для питания дизельных моторов. В бензиновых системах такая конструкция получила применение только в ДВС с непосредственным впрыском, где наиболее важны давление и точность подачи.

Насосы высокого давления имеют крайне сложную конструкцию, работают с повышенными нагрузками и требуют бережной эксплуатации. Важную роль играет качество топлива и отсутствие в нем примесей воды и абразивных частиц (например, пыли). При использовании ТНВД на бензиновом двигателе нагрузка меньше, чем на дизеле, что относительно продлевает срок его службы.

Располагается насос высокого давления в подкапотном пространстве в непосредственной близости от мотора (либо может устанавливаться на двигатель). Для его питания используется дополнительный подкачивающий топливный насос низкого давления. В зависимости от марки и категории автомобиля могут применяться различные типы ТНВД.

Топливные насосы высокого давления и их детали

Главным рабочим механизмом насоса является плунжерная пара. Она состоит из плунжера (поршня) и втулки (гильзы). При перемещении поршня в гильзе формируется очень высокое давление, а потому для обеспечения безопасности и корректной работы пары, детали должны иметь высокую точность изготовления.

В силу этой особенности плунжерная пара в профессиональной сфере получила наименование прецизионная. Принцип работы плунжерной пары прост: поршень выполняет возвратно-поступательные движения внутри втулки и обеспечивает всасывание, сжатие и подачу топлива в надплунжерное пространство.

Состав и функции системы подачи топлива

Главная функция любой топливной системы – это подача необходимого количества топлива из бака в камеру сгорания в определенный момент времени. Функционально она разделяется на две основных системы:

  • транспортировка топлива, его фильтрация и создание давления в системе – выполняется механическими и гидравлическими устройствами;
  • расчет количества и момента впрыска топлива, а также распределение его по цилиндрам – осуществляется электронными устройствами.

В состав топливной системы входят следующие элементы:

  • Бак – герметичная емкость для хранения топлива.
  • Трубопроводы (прямой и обратный) – трубки и гибкие шланги, по которым осуществляется транспортировка топлива. – выполняют очистку от механических загрязнений.
  • Регулятор давления – необходим для обеспечения заданного уровня давления.
  • Насос – как правило, погружной, приводимый в движение электродвигателем.
  • ТНВД – для систем непосредственного впрыска (дизельных двигателей). .

Подкачивающий насос дизельного двигателя для ТНВД

Топливподкачивающий насос дизель

Итак, топливный насос низкого давления (ТННД) нужен для того, чтобы под небольшим давлением пропустить дизельное топливо через фильтры и затем подать горючее в ТНВД. При этом выделяют два режима работы устройства. Первый режим является так называемым подготовительным, тогда как второй режим рабочий.

Стоит отметить, что насос низкого давления перекачивает немного больше топлива, чем необходимо двигателю для ровной работы. Такая подкачка «с запасом» позволяет поддерживать оптимальное давление в системе питания, избегая повышения нагрузок.

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.

схема работы плунжерной пары тнвд

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 работы топливных насосов

Модуль топливного насоса погружного типа

Чтобы определить, где находится электрический топливный насос в системе, необходимо учесть его конструктивные особенности. Так например, роторные и шестеренчатые устанавливаются непосредственно в системе топливопровода, а центробежный насос всегда находится в бензобаке. По месту расположения топливные насосы разделяют на:

  • Выносные – монтируются на кузове автомобиля.
  • Погружные – устанавливаются в топливном баке таким образом, чтобы он был погружен в топливо. Такие конструкции наиболее популярны в современных авто. За счет погружения механизма в рабочую жидкость обеспечивается его охлаждение, а также исключается вероятность «сухого хода». Модуль погружного бензонасоса состоит из датчика уровня топлива, фильтра грубой очистки топлива, самого электрического бензонасоса и регулятора давления.

В автомобилях с бензиновым двигателем топливный насос создает высокое давление в диапазоне 0,3-0,4 МПа. В системах непосредственного впрыска топлива может обеспечиваться давление до 0,7 МПа.

Включение электрического насоса происходит при помощи реле, получающего сигнал от блока управления двигателя. Питание проходит через предохранитель в цепи бензонасоса, приводя последний в работу одновременно с включением системы зажигания или сразу после открытия двери водителя. Само реле может располагаться возле блока управления двигателя или в составе блока предохранителей.

Виды питания бензиновых двигателей

В зависимости от типа бензинового двигателя, различают топливные системы:

  • карбюраторные;
  • инжекторные.

Они имеют отличия в конструкции и рабочих параметрах.

Карбюраторные

Работа карбюраторной системы осуществляется по следующему принципу:

  1. Насос всасывает топливо из бака. При этом он обеспечивает невысокое давление, достаточное лишь для подачи топлива.
  2. Двигаясь по трубопроводу, топливо проходит фильтрацию.
  3. В специальной камере (карбюраторе) горючее смешивается с воздухом.
  4. Готовая смесь подается напрямую в цилиндры двигателя, где она сгорает.

Инжекторные

Топливная система инжекторного двигателя отличается тем, что имеет систему впрыска, принудительно нагнетающую топливо в камеру сгорания. Какое давление в топливной системе инжекторного двигателя создает насос зависит от типа впрыска:

  • С индивидуальными форсунками для каждого цилиндра (распределенный впрыск). Создаваемое насосом давление в топливной рампе составляет от 2,5 бар до 4 бар.
  • С одной форсункой (моновпрыск), подающей топливо для всех цилиндров двигателя. Простая схема, которая в современном автомобилестроении практически не используется из-за низкой экономичности.
  • Непосредственный впрыск. Форсунки установлены в головке блока цилиндров, что позволяет выполнять прямой впрыск топлива в цилиндры. В этом случае рабочее давление составит около 155 бар.

Схема работы топливной системы инжекторного бензинового двигателя:

  1. Насос через фильтры подает бензин в топливную рампу.
  2. Регулятор на рампе обеспечивает заданный уровень давления топлива.
  3. Форсунки, установленные на рампе, впрыскивают топливо в цилиндры.
  4. В момент подачи бензина в цилиндры подается и воздух, образуется топливовоздушная смесь.

Основные неисправности и ресурс топливных насосов

На ресурс любого топливного насоса влияет качество топлива. В среднем, срок службы составляет до 200 тысяч километров, но первые сбои в работе могут возникать уже после 100 тысяч километров пробега.

Загрязненный и новый фильтр для топливного насоса

Наиболее частой проблемой является загрязнение системы. Оно приводит к повреждению и заклиниванию рабочих частей механизма. С целью предотвращения подобных неисправностей устанавливается фильтр очистки (сеточка) бензонасоса. Для погружных конструкций, помимо качества, принципиальным является и количество оставшегося топлива в баке. Если его мало, моторчик перегревается и не получает достаточного охлаждения.

Довольно часто на погружных насосах располагается датчик уровня топлива. Он работает по следующему принципу: поплавок датчика бензонасоса всегда плавает на поверхности жидкости в баке. В зависимости от его положения датчик посылает сигналы и оповещает водителя о необходимости пополнить бак.

Специалисты рекомендуют не допускать снижения уровня топлива в баке менее 5-10 литров.

Одной из распространенных причин отказа запуска мотора является перегорание предохранителя бензонасоса. В этом случае он потребует замены. Месторасположение самого предохранителя зависит от марки авто. Это может быть как подкапотное пространство, так и салон автомобиля.

Диагностировать неисправность топливного насоса при осмотре автомобиля довольно сложно. Однако, явными признаками являются наличие ошибок датчика уровня топлива или датчика давления в топливной рампе. Ошибки можно прочесть автомобильным сканером, к примеру, универсальным мультимарочным устройством Rokodil ScanX Pro.

фото 50

Помимо чтения и сброса ошибок с помощью данного устройства можно просматривать показаниях всех датчиков в режиме реального времени, считывать параметры работы двигателя, проверять состояние аккумуляторной батареи и выполнять ряд других полезных для диагностики процедур.

Схема, устройство и принцип работы для дизельного двигателя

фото 2

Системы подачи дизельного топлива имеют свои особенности. Различают три типа конструкций:

  • Сommon rail (или аккумуляторная);
  • С насос-форсунками;
  • Разделенные.

Common rail

Наиболее популярная топливная система для дизелей – аккумуляторная (или common rail). Она соответствует более высоким экологическим стандартам. Это обеспечивается благодаря независимости процессов впрыскивания дизеля от режимов работы двигателя.

Конструктивно система питания дизеля common rail имеет два основных контура:

  1. Участок низкого давления – состоит из топливного бака, насоса низкого давления, трубопроводов и фильтра.
  2. Участок высокого давления – состоит из топливного насоса высокого давления (ТНВД), трубопровода, рампы (аккумулятора) и форсунок.

Принцип работы топливной системы дизеля представляет собой следующую последовательность:

  1. Насос низкого давления нагнетает дизель из топливного бака в трубопровод.
  2. Проходя по трубопроводу через фильтры грубой и тонкой очистки дизель подается в насос высокого давления.
  3. ТНВД подает топливо в форсунки, с помощью которых происходит впрыск в цилиндры.
  4. Одновременно с впрыском топлива происходит подача воздуха.

Разделенная и насос-форсунка

фото 3

Разделенная топливная система состоит из топливного бака, трубопроводов, ТНВД и форсунок. При этом насос и форсунки соединены длинными трубопроводами, рассчитанными на высокое давление. Разделенная схема активно применяется в отечественном автомобилестроении, поскольку отличается низкой стоимостью и простотой конструкции.

В свою очередь, насос-форсунка – устройство, одновременно создающее нужный уровень давления и производящие впрыск топлива. Она располагается в головке блока цилиндров и приводится в действие кулачковым механизмом. Прямая и обратная магистрали при этом реализованы как каналы, находящиеся непосредственно в головке блока.

Рабочее давление при такой схеме составляет до 2 200 бар.

Этот способ имеет важный недостаток – он характеризуется зависимостью давления от режима работы двигателя.

Какой уровень давления обеспечивают ТНВД?

Поскольку основной задачей ТНВД является точное дозирование и своевременная подача топлива, его рабочие характеристики во многом зависят от требуемых для конкретного автомобиля режимов работы. Следует понимать, что каждый насос имеет некоторый диапазон рабочего давления, а не одну конкретную величину. Так, например, рядные ТНВД для дизельных моторов, в зависимости от модели, могут создавать максимальное давление до 55-135 МПа. При этом в отдельной модели минимальный показатель на холостом ходу может быть 15 МПа, а максимум при полной нагрузке – 130 МПа.

Магистральные насосы системы Common Rail достигают максимальных показателей до 135-200 МПа и каждое последующее поколение увеличивает не только верхний, но и нижний порог диапазона. Для примера, самые первые системы Bosch CP1 предполагают работу в диапазоне от 17 до 135 МПа, тогда как системы четвертого CP4 поколения способны развивать от 23 до 200 МПа.

Для бензиновых двигателей с непосредственным впрыском топлива (системы GDI) достаточно обеспечить давление в диапазоне 3-11 МПа.

Топливный насос электрический

Топливный электронасос используется в бензиновых ДВС, оснащенных системой распределенного впрыска топлива.

Кроме этого данный тип насосов может также применяться как на дизелях, так и на бензиновых двигателях с системой прямого впрыска топлива. В этом случае электрический ТН встраивается в контур низкого давления для того чтобы обеспечить подачу топлива к ТНВД.

Электрический ТН способен создавать рабочее давление в диапазоне 0,3 – 0,7 МПа. Топливный электронасос может устанавливаться как в топливопроводе, так и непосредственно в топливном баке.

Чаще всего насос устанавливается внутрь бака, что обеспечивает более быстрое охлаждение насоса, за счет его погруженности в топливо.

Конструкция электрического топливного насоса

Преимущества установки подкачивающего насоса на дизель

Подкачивающий насос на ТНВД

Если вернуться к основной теме, подкачивающий насос на дизель во многих случаях является электрическим. Такой насос становится важным элементом в системе питания, так как позволяет не только быстро и эффективно подать дизтопливо к ТНВД, но и пропустить солярку через фильтры.

Данная необходимость может быть продиктована разными причинами, начиная с незначительного завоздушивания системы питания после стоянки и заканчивая стремлением облегчить пуск дизельного двигателя. Насос можно поставить как в топливный бак, так и интегрировать на определенных участках топливных магистралей подачи дизтоплива уже после бака.

Что такое ТНВД устройствоРекомендуем также прочитать статью о том, что такое ТНВД (топливный насос высокого давления). Из этой статьи вы узнаете о назначении, принципах действия, а также особенностях конструкции насосов данного типа.

Как правило, после установки владельцы отмечают, что дизель легче заводится (нужно сделать меньшее количество оборотов стартером). Также отмечается более стабильная работа ДВС на разных режимах (переходные режимы, ХХ, работа под нагрузкой). В некоторых случаях возможен и прирост мощности, так как горючее стабильно подается к ТНВД даже на высоких оборотах.

Промывка топливной системы дизель

Когда необходимо промывать систему питания дизельного двигателя: основные признаки. Как промыть топливную систему на дизеле, промывка своими руками.

Топливный насос высокого давления (ТНВД)

Конструкция дизельного топливного насоса высокого давления, потенциальные неисправности, схема и принцип работы на примере устройства системы топливоподачи.

Дизельный ДВС Фольксваген TDI

Устройство и схема работы системы питания дизельного двигателя. Особенности топлива и его подачи , основные компоненты системы питания, турбодизельный ДВС.

Какие системы топливного впрыска устанавливаются на дизельные ДВС. Схема с механическим ТНВД, насос-форсунки, Common Rail. Устройство, плюсы и минусы.

Ремонт форсунок дизельных двигателей

Особенности работы и причины неисправностей дизельных форсунок. Как самостоятельно выполнить снятие, дефектовку, разборку и ремонт форсунок дизельного ДВС.

Система питания дизельного двигателя common rail

Виды дизельных форсунок в разных системах подачи топлива под высоким давлением. Принцип работы, способы управления форсунками, конструктивные особенности.

Линия возврата топлива (“обратка”)

фото 4

Как правило, топливный насос имеет постоянную производительность, то есть закачивает топливо из бака в рампу под постоянным давлением. Двигатель же работает на разных режимах, потребляя разное количество топлива, в зависимости от его нагрузки. Таким образом, возникает необходимость контролировать давление и количество топлива в топливной рампе.

Этим занимается регулятор давления топлива, который сливает излишки топлива обратно в бак через линию возврата топлива, так называемую “обратку”. В настоящий момент существует два вида топливных систем, отличающихся наличием или отсутствием линии возврата топлива (обратной магистрали).

  1. Система подачи топлива с линией возврата. Топливо, которое не было впрыснуто форсункой, является избыточным и оно возвращается обратно в бак через регулятор, который расположен на топливной рампе, и линию возврата. Таким образом в топливном коллекторе поддерживается постоянное давление.
  2. Топливная система без линии возврата. Регулятор давления топлива в таких системах обычно устанавливается в модуле погружного топливного насоса. Избыточное топливо, подаваемое насосом, возвращается обратно в бак через короткую линию возврата. При этом в топливную рампу подается только то количество топлива, которое впрыскивается форсунками. Данная система имеет следующие преимущества – меньшая стоимость и меньший подогрев топлива в баке.

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.

тнвд в разрезе

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.

схема работы двухплунжерного тнвд

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.

Виды электрических ТН

Существует три основных вида топливных электронасосов – шестеренный, центробежный и роликовый.

Шестеренный насос

В шестеренном насосе топливо подается при помощи ротора (внутренней шестерни, подвижной), который располагается эксцентрично относительно статора (внешней шестерни, неподвижной). При вращении ротора боковые части его зубьев образуют небольшие камеры, которые меняют свой размер в зависимости от того, в каком месте проходят статор.

На входе камеры имеют максимальный размер и засасывают за счет разряжения в себя топливо. По мере вращения относительно статора камера уменьшается в размерах, за счет чего обеспечивается подача и нагнетание топлива на выходе из насоса.

Роликовый насос

Аналогичный принцип используется в роликовом насосе, в котором подача топлива осуществляется также благодаря эксцентричному расположению вращающегося ротора с подвижными роликами и неподвижного статора. Ролики перемещаются в специальных углублениях в роторе. Пространство, возникающее между ротором и роликом, полностью заполняется топливом в момент, когда ролик под действием центробежной силы максимально стремится вырваться из ротора.

Продолжая вращаться, ротор перемещает ролики относительно статора, форма которого меняется, заставляя ролики прижиматься к центру оси вращения ротора и сжимая тем самым топливо. На выходе создается дополнительное условие, при котором открывается отверстие выпуска, и топливо под высоким давлением удаляется из насоса.

Центробежный насос

В центробежном насосе подача топлива обеспечивается при помощи крыльчатки, которая оснащается специальными лопатками по всему периметру. Вращение крыльчатки происходит внутри полости, оснащенной двумя каналами – всасывающим и нагнетательным. Вращательные движения лопаток обеспечивают вихревой поток топлива, за счет чего достигается повышение давления.

Если шестеренный и роликовый насосы в силу особенностей конструкции монтируются непосредственно в топливопровод, то центробежный насос размещается в топливном баке. В современных топливных системах предпочтение отдается центробежному насосу, который значительно менее шумный, обеспечивает более ровный (без пульсаций) поток подаваемого топлива, хотя при этом и имеет ограничения по производительности и создаваемому давлению.

Управление работой электрического ТН обеспечивается благодаря блоку управления ДВС. Топливный насос начинает свою работу параллельно с включением зажигания, однако существуют автомобили, в которых насос активируется при открытии водительской двери (еще до того, как будет вставлен ключ зажигания или нажата кнопка пуска).

Электрический насос способен поддерживать довольно узкий, но достаточный для нормальной работы двигателя, диапазон рабочего давления, которое регулируется за счет изменения напряжения и при помощи предохранительного клапана, ограничивающего максимально допустимое давление в системе.

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.

топливоподкачивающий насос

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.

Пример работы тннд

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

Электрический топливный насос

Принципиальных изменений в конструкции ТНВД давно уже не было, автопроизводители используют проверенные временем механизмы лишь дорабатывая отдельные детали и системы управления.

Оцените статью
Рейтинг автора
4,8
Материал подготовил
Максим Коновалов
Наш эксперт
Написано статей
127
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий