Назначение, конструкция и принцип работы топливного насоса

Классификация

Для классификации ТНВД применяется несколько признаков. По принципу работы различают топливные насосы непосредственного действия и системы, предусматривающие аккумуляторный впрыск. Первая разновидность также делится на два типа – с механическим и пневматическим приводом. Она обеспечивает одновременное осуществление процессов нагнетания давления и впрыска, а потому проще и намного чаще применяется на практике.

Вторая разновидность – топливный насос с гидроаккумулятором – разделяет выполнение накачки топливно-воздушной смеси и ее впрыска в форсунки. Сначала горючее собирается в специальном хранилище, который и называется аккумулятором, после чего передается для сжигания. В результате повышается эффективность работы двигателя, но при этом заметно усложняется конструкция ТНВД. Последний аргумент стал главной причиной того, что насосы с гидроаккумулятором не относятся к числу популярных.

Второй классифицирующий признак – конструктивные особенности насоса. В соответствии с ними принято различать три типа ТНВД:

• Рядные. Наиболее простая и надежная конструкция, предусматривающая наличие нескольких ниш или секций, каждая из которых предназначена для подачи топлива в одну форсунку двигателя. При этом плунжерные пары размещаются в ряд, что и дало название агрегату. Сегодня такая разновидность ТНВД применяется исключительно на грузовых автомобилях, что объясняется надежностью и низким уровнем требований к качеству топлива. Однако, из-за больших габаритов и невысокого, по сравнению с альтернативными вариантами, КПД, установка на легковые авто прекращена в 2000 году.
• Распределительные. Данная разновидность насоса предполагает наличие одного или двух плунжеров, количество которых определяется объемом двигателя. Благодаря особенностям конструкции, этого оказывается вполне достаточно для обслуживания цилиндров, число которых варьируется в пределах от 4 до 12. В результате, достигается уменьшение массы и размеров ТНВД, что позволяет использование на двигателях легковых авто. Основной минус – сравнительная недолговечность насосов распределительного типа.
• Магистральные. ТНВД этого типа предусматривает систему подачи топлива Common Rail, которая стала в последние годы одной из наиболее востребованных. Главная особенность – накапливание топлива перед поступлением к форсункам в специальной рампе. Основное достоинство магистральных ТНВД – высокий уровень давления (свыше 180 МПа), благодаря которому достигается более эффективное сжигание горючего, обеспечивающее рост КПД при снижении расхода топлива.

Типы, устройство и принцип работы бензонасосов

В бензиновых двигателях используются так называемые насосы низкого давления, которые качают топливо под напором от 3 до 6 бар. Этого вполне достаточно даже для мощного двигателя.

Типы бензонасосов определяются типом привода – механический или электрический, а также месторасположением насоса – внутри бензобака или снаружи. Нужно сразу отметить, что львиную долю рынка сегодня занимают электрические погружные модели. Рассмотрим различные типы бензонасосов.

1. Механический (вакуумный) Это уже устаревшая конструкция, которую чаще можно встретить как вспомогательный насос на дизельных двигателях. На бензиновых автомобилях механические бензонасосы остались только в паре с карбюратором, и то уже нечасто.

Устройство механического (вакуумного) бензонасоса

Устройство представляет собой насос, основным рабочим элементом которого является мембрана. Кулачковый механизм поднимает и опускает мембрану, в результате чего в рабочей камере попеременно понижается и повышается давление. На фазе разрежения бензин поступает в рабочую камеру через входной патрубок, в это время клапан на выходном патрубке закрыт. На фазе сжатия клапан на входном патрубке перекрывается, на выходном открывается и давление выталкивает бензин в топливную магистраль.

За счет того, что привод на бензонасос идет от коленвала двигателя, его производительность напрямую зависит от частоты оборотов. Чем выше скорость, тем больше топлива нужно и тем больше его даст насос. Такая схема работы не требует дополнительной регулировки.

2. Электрический Это уже более продвинутый тип бензонасоса. Он представляет собой моторчик, который приводит в действие насосный механизм. Для простоты конструкции в электробензонасоса не регулируется производительность, он всё время работает с одной и той же скоростью. Если двигатель не требует столько топлива, сколько дает насос, излишек сливается обратно в бензобак через возвратный патрубок. Чем проще – тем лучше!

Электронасосы классифицируются по внутренней конструкции, месту размещения и способу монтажа в корпусе.

2.1. Шестеренный

Схема работы шестеренчатого эксцентрикового бензонасоса

Для электронасосов используется конструкция с внутренним зацеплением шестерен. Эксцентриковый ротор вращается в рабочей камере, создавая попеременно участки с пониженным и повышенным давлением. Бензин поступает в камеру при разрежении (когда ротор максимально отходит от впускного канала), затем перемещается к выпускному каналу и выталкивается в него.

2.2. Роликовый

Схема работы роликового бензонасоса

Конструкция по своему принципу похожа на шестеренную, но вместо зубчатого колеса в круглой рабочей камере вращается круглый ротор с роликами по периметру. Поступающий бензин захватывается ротором при вращении, перемещается к выпускному каналу и выталкивается в него. Конструкция немного напоминает шиберные насосы, но вместо скользящих пластинок используются катящиеся ролики.

2.3. Центробежный

Схема работы центробежного (турбинного) бензонасоса

Нагнетание бензина происходит с помощью вращающейся крыльчатки особой формы, которая выталкивает бензин в топливную магистраль за счет центробежной силы. Такая конструкция используется чаще всего в современных электронасосах.

2.4. Вакуумный Это электробензонасос первого поколения, который по конструкции похож на механический, с той лишь разницей, что приводится в движение от электрического моторчика, а не ДВС автомобиля.

2.5. Плунжерный

Принцип действия типового плунжерного бензонасоса

Редкая конструкция с поршневой (плунжерной) системой подачи бензина. При движении плунжер попеременно открывает и закрывает впускное и выпускное отверстие, благодаря чему идет накачка бензина. Сегодня эта конструкция практически не используется для бензиновых автомобилей.

3. Выносной Выносным называют насос, который находиться не в бензобаке, а где-либо на топливной магистрали. Довольно редкая компоновка, поскольку автопроизводители предпочитают ставить насос прямо в бак и не иметь с ним проблем. У выносных насосов самая частая болезнь – перегрев. Возможно, именно это вынудило инженеров искать способы их охлаждения.

4. Погружной

Типовая схема системы питания авто с погружным бензонасосом

Пожалуй, самое удачное решение – поместить бензонасос прямо в бензобак. Так он лучше охлаждается, нет лишних патрубков, есть место для установки фильтра первичной очистки. К тому же бензин предохраняет электропроводку от короткого замыкания – он отличный изолятор.

Электронная система управления распреде­лительными топливными насосами с дози­рующим электромагнитным клапаном

При использовании таких насосов (рис. «Аксиально-поршневой распределительный топливный насос высокого давления с управлением при помощи электромагнитного клапана«) количество подаваемого топлива дозируется электромагнитным клапаном высокого давле­ния, который перекрывает камеру насосного элемента. Это дает еще большую гибкость дози­рования топлива и возможность регулирования момента начала впрыска топлива. Кроме того, за счет уменьшения нерабочих объемов повы­шается потенциал рабочего давления насоса.

Основными узлами насоса являются элек­тромагнитный клапан высокого давления, электронный блок управления и инкремент­ный датчик угла поворота для управления электромагнитным клапаном.

Закрытие электромагнитного клапана опреде­ляет начало подачи топлива, которая продолжа­ется до момента открытия клапана. Количество впрыскиваемого топлива зависит от времени, в течение которого клапан остается закрытым. Управление при помощи электромагнитного кла­пана позволяет быстро открывать и закрывать камеру насосного элемента независимо от ча­стоты вращения коленчатого вала. Такой метод обеспечивает быстрое регулирование подачи топлива независимо от частоты вращения колен­чатого вала двигателя, улучшение герметизации полостей высокого давления и в конечном итоге увеличение эффективности насоса.

Насос снабжен собственным блоком управ­ления для точной установки момента начала подачи топлива и его дозирования. В памяти ЭБУ хранится программа работы конкретного насоса и информация о данных его калибровки.

Электронный блок управления работой двига­теля определяет начало впрыска топлива и его подачу на основе рабочих характеристик двига­теля и отправляет эту информацию по каналу связи в блок управления насоса. С использова­нием такой системы можно управлять как момен­том начала впрыска, так и началом нагнетания.

Блок управления насоса также получает сигнал о количестве впрыскиваемого топлива через шину данных. Этот сигнал затем об­рабатывается в блок управления двигателя в соответствии с сигналами, поступающими от педали подачи топлива, и другими параме­трами, определяющими потребное количество топлива. В блок управления насоса сигналы о количестве впрыскиваемого топлива и ско­ростном режиме работы насоса на момент на­чала подачи топлива принимаются в качестве входных переменных для диаграммы рабочих характеристик насоса, на основании которых соответствующий период срабатывания сохра­няется в виде угла поворота кулачковой шайбы.

И наконец, момент срабатывания электро­магнитного клапана высокого давления и про­должительность его закрытия определяются по данным угла поворота датчика, интегриро­ванного в топливный насос распределитель­ного типа (VE). Этот датчик используется для регулирования по углу поворота/времени. Дат­чик состоит из магниторезистивного сенсора и кольцевого элемента, обладающего маг­нитным сопротивлением и имеющего метки, расставленные через 3°, для каждого цилин­дра двигателя. Датчик с высокой точностью определяет угол поворота приводного вала, при котором электромагнитный клапан от­крывается и закрывается. Это позволяет блок управления насоса преобразовывать данные по моменту начала подачи топлива в данные по соответствующему этому моменту углу по­ворота кулачкового вала и наоборот.

Мягкое протекание процесса подачи топлива в начале впрыскивания, которое зависит от кон­структивных особенностей насоса распредели­тельного типа, еще больше реализуется при использовании форсунки с двумя пружинами. При работе прогретого двигателя с турбонадду­вом такое протекание топливоподачи позволяет снизить уровень шума работающего двигателя.

Предварительный впрыск

Обеспечивает дальнейшее снижение шума от сгорания топлива без ухудшения работо­способности всей системы, которая должна обеспечивать максимальную эффективную мощность при минимально возможном экс­плуатационном расходе топлива. Для получе­ния предварительного впрыска дополнитель­ных конструктивных изменений не требуется. В течение нескольких миллисекунд ЭБУ за­ставляет срабатывать электромагнитный кла­пан дважды. Электромагнитный клапан с высокой точностью и быстродействием регу­лирует количество впрыскиваемого топлива. Типичные значения количества впрыскивае­мого топлива составляют 1,5 мм3.

Виды насосов высокого давления для подачи дизельного топлива

На разных моторах, которые отличаются модификацией и поколением, могут устанавливаться различные топливные насосы. Всего выделяют четыре разновидности топливного насоса высокого давления, которые используются в дизельных двигателях.

Рядные ТНВД

Такие устройства отличаются наличием у каждого цилиндра индивидуальной плунжерной пары. Они сосредоточены в едином корпусе, при этом, топливо подаётся через отдельные каналы. Принцип работы такого агрегата выглядит следующим образом:

• плунжер приводится в движение за счёт вращения кулачкового вала, который оснащён приводом, идущим от коленвала мотора;
• толкатель заставляет плунжер передвигаться по втулке;
• при заданном давлении выпускной клапан открывается, за счёт чего топливная смесь направляется в рабочий цилиндр;
• для регулирования времени подачи топлива и его количества может использоваться механическая система или электронная.

Рядный ТНВД

Насосные системы рядного типа зарекомендовали себя с хорошей стороны. Они надёжные и выносливые. Сейчас такие устройства используются на больших автомобилях. Для легковых авто выбираются другие механизмы.

Распределительный ТНВД двигателя

Здесь присутствует лишь несколько плунжеров, которые отвечают за регулирование давления топлива. Для подачи топливной смеси используется распределительная головка и каналы. Такие механизмы полюбились автомобилистам из-за ряда важных преимуществ:

• небольшие габариты и уменьшенная масса позволяют без проблем использовать их в конструкции легковых авто;
• подача топлива всегда происходит равномерно.

Среди недостатков стоит выделить низкий рабочий ресурс, причиной этому служит увеличенная нагрузка на плунжерные пары.

Распределительный ТНВД

Магистральные топливные насосы

Этими механизмами оснащены практически все современные авто с дизельными моторами, на которых стоит аккумуляторная система подачи топливной массы Common Rail. Отличается такой механизм подачей топлива сразу в топливную рампу, которая выступает аккумулирующей ёмкостью.

Конструкция создана таким образом, что процессы нагнетания топлива и его впрыска разделяются. За счёт этого процессы становятся более управляемыми. Чаще всего производители устанавливают модели с 1-3 плунжерными парами, которые приводятся в действие за счёт пружин или сжатой газовой смеси. Не являются редкостью модели с гидравликой.

Самыми современными являются такие механизмы. Но для их работы необходимо использовать топливо высокого качества. В противном случае будет снижаться качество их работы и долговечность.

Подкачивающий насос дизельного двигателя

Подкачивающая насосная система выполняет сразу два процесса:

1. На подготовительном этапе топливо проходит очистку посредством фильтров, которые убирают твёрдые элементы из его состава.
2. Рабочий этап заключается в передаче очищенного топлива дальше по системе.

Подкачивающий насос

Во время работы помпы низкого давления дизель подаётся в несколько завышенном объёме. За счёт работы подкачивающего насоса давление приходит в норму в моменты воздействия на мотор высокой нагрузки.

Порядок очистки фильтров

Промывка фильтров тонкой и грубой очистки топлива

§ 261. При разборке войлочных фильтров тонкой очистки топлива необходимо слить топливо из фильтра через пробки в нижней части каждой секции, снять колпаки, фильтрующие элементы и пружину, а затем отвернуть гайки и снять войлочные пластинки. Войлочные пластины топливных фильтров очищать центробежным способом на типовом станке в такой последовательности:

а) снять металлической щеткой грязь с поверхности пластин;

б) погрузить пластины в ванну с осветительным керосином и выдержать 15-20 мин;

в) промыть шелковый чехол;

г) надеть пакет пластин на трубчатую оправку;

д) включить электродвигатель 2-3 раза с продолжительностью работы не менее 1 мин для полного удаления грязи с поверхности пластин. После очистки пластины должны иметь чистую поверхность светлого цвета. Одновременно с промывкой фильтрующих секций промыть колпаки фильтра осветительным керосином, дать керосину стечь и обдуть сжатым воздухом, а корпус очистить от грязи и протереть. После промывки фильтр собрать.

§ 262. Промывка фильтра грубой очистки:

а) слить топливо через пробку в нижней части каждой секции;

б) снять колпаки секций и осторожно, чтобы не повредить, вынуть наружные и внутренние фильтрующие стаканы;

в) тщательно промыть наружные и внутренние стаканы секций в осветительном керосине в двух ваннах и протереть волосяной щеткой, дать керосину стечь и продуть каждый стакан снаружи сжатым воздухом.

Одновременно с промывкой фильтрующих секций необходимо промыть колпаки осветительным керосином и дать керосину стечь.

Сразу же после промывки фильтр собрать.

Промывка центробежного фильтра

§ 263. Промывка центробежного фильтра:

а) разобрать фильтр и вынуть ротор;

б) снять крышку на роторе, прокладки и коробочку; во избежание нарушения балансировки запрещается вывертывать или нарушать установку трубок на роторе;

в) тщательно очистить стенки ротора от грязи при помощи скребка;

г) промыть все детали в чистом осветительном керосине и собрать фильтр. При сборке обязательно совместить метки на крышке и корпусе ротора, так как в противном случае будет нарушена балансировка ротора и фильтр выйдет из строя. При замене деталей ротор следует динамически отбалансировать. Дисбаланс допускается не более 5 Г см.

Промывка воздухоочистителей дизеля

§ 264. Промывка воздухоочистителей:

а) слить масло из бункеров фильтров через сливные краны перед промывкой;

б) промыть вращающиеся фильтрующие элементы в осветительном керосине, протирая их при промывке волосяной щеткой;

в) промыть в двух ваннах фильтрующие элементы для лучшей очистки от осадков и грязи;

г) очистить бункера фильтров от осадков и грязи, промыть их осветительным керосином.

Очистка и промывка фильтров вентиляторов охлаждения тяговых двигателей, фильтрующих элементов воздухоочистителей дизеля и фильтра вентилятора охлаждения главного генератора

§ 265. Очистку выполнять в такой последовательности:

а) вынуть из корпуса фильтрующие элементы (кассеты);

б) выварить кассеты в специальном растворе подогревом до 90- 95° С в течение 15-20 мин, затем их прополоскать в ванне с чистой водой.

В состав раствора для выварки кассет должны входить следующие компоненты: кальцинированная сода 1%, мыло 1%, жидкое стекло 1%. Разрешается также для этой цели применять раствор: 3-4% петролатума или 2-3%-ный раствор моечной пасты;

в) продуть кассеты сжатым воздухом;

г) просушить кассеты в сушильном шкафу с температурой 90- 100° С в течение 12-15 мин;

д) погрузить кассеты в ванну со смесью для промасливания, подогретую до 40-50°С, и выдержать 2-3 мин. Смесь для промасливания кассет должна состоять из дизельного масла с кулисной смазкой (9:1 по весу) или 82% дизельного масла, 8% керосина и 10% технического вазелина;

е) положить кассеты на угольники ванны в горизонтальное положение и выдержать до прекращения обильного стекания смеси с сеток (в течение 30-60 мин);

ж) просушить кассеты после промасливания в сушильном шкафу в течение 2-3 мин;

з) проверить надежность крепления воздушных фильтров.

Очистка и промывка воздушного фильтра и сапуна компрессора

§ 266. Снять и очистить воздушные фильтры и сапун; фильтрующие элементы и войлочные чехлы промыть в дизельном топливе, керосине или бензине, просушить, а перед сборкой слегка смочить компрессорным или дизельным маслом; проверить состояние обратного клапана сапуна.

Виды бензонасосов, их особенности

Разбирать устройство бензонасоса карбюраторного двигателя не будем, поскольку такая система питания уже не используется, да и конструктивно он очень прост, и ничего особого в нем нет. А вот электрический бензонасос инжектора следует рассмотреть подробнее.

Стоит отметить, что на разных машинах используются разные виды топливных насосов, отличающиеся по конструкции. Но в любом случае узел делится на две составляющие – механическую, которая и обеспечивает закачку топлива, и электрическую, приводящую в действие первую часть.

На инжекторных автомобилях могут использоваться насосы:

Вакуумные;
Роликовые;
Шестеренчатые;
Центробежные;

Насосы роторного типа

И разница между ними, в основном, сводится к механической части. И только устройство топливного насоса вакуумного типа полностью отличается.

Вакуумный

В основу работы вакуумного насоса положен обычный бензонасос карбюраторного мотора. Единственная лишь разница в приводе, но сама механическая часть практически идентична.

Имеется мембрана, разделяющая рабочий модуль на две камеры. В одной из этих камер располагается два клапана – впускной (связан каналом с баком) и выпускной (ведущий к топливной магистрали, подающей топливо далее в систему).

Эта мембрана при поступательном движении создает разрежение в камере с клапанами, что приводит к открытию впускного элемента и закачке в нее бензина. При обратном движении впускной клапан перекрывается, но открывается выпускной и топливо просто выталкивается в магистраль. В общем все просто.

Что касается электрической части, то работает она по принципу втягивающего реле. То есть, имеется сердечник, и обмотка. При подаче напряжения на обмотку, возникающее в ней магнитное поле втягивает сердечник, связанный с мембраной (происходит ее поступательное движение). Как только напряжение пропадает, возвратная пружина возвращает мембрану в исходное положение (возвратное движение). Подача импульсов на электрическую часть управляется электронным блоком управления инжектором.

Роликовый

Что касается остальных видов, то у них электрическая часть, в принципе, идентична и представляет собой обычный электродвигатель постоянного тока, работающий от сети 12 В. А вот механические части – разные.

Роликовый топливный насос

В роликовом типе насоса рабочими элементами являются ротор с проделанными пазами, в которые установлены ролики. Эта конструкция помещена в корпус с внутренней полостью сложной формы, имеющая камеры (впускную и выпускную, сделанные в виде проточек и соединенные с подающей и выпускной магистралями). Суть работы сводится к тому, что ролики просто перегоняют бензин с одной камеры во вторую.

Шестеренчатый

В шестеренчатом типе используется две шестеренки, установленные одна в другую. Внутренняя шестерня – меньше по размеру, и движется по траектории эксцентрика. Благодаря этому между шестернями имеется камера, в которой и осуществляется захват топлива из подающего канала и перекачка его в выпускной канал.

Шестеренчатый насос

Центробежный тип

Роликовый и шестеренчатый типы электробензонасосов – менее распространены, чем центробежные, они же – турбинные.

Центробежный насос

Устройство топливного насоса такого типа включает в себя крыльчатку с большим количеством лопастей. При вращении эта турбина создает завихрения бензина, что обеспечивает его всасывание в насос и дальнейшее выталкивание в магистраль.

Мы рассмотрели устройство топливных насосов немного упрощенно. Ведь в их конструкции имеются дополнительно впускные и редукционные клапаны, в задачу которых входит подача топлива только в одном направлении. То есть, бензин, попавший в насос, вернуться в бак уже сможет только по обратной магистрали, пройдя через все составные элементы системы питания. Также в задачу одного из клапанов входит запирание и прекращение закачки при определенных условиях.

Турбинный насос

Что касается насосов высокого давления, используемых в дизельных моторах, то там принцип действия кардинально отличается, и подробно о таких узлах системы питания узнать можно здесь.

Бензонасос — элемент топливной системы автомобиля который осуществляет подачу топлива к системе дозирования (карбюратор/форсунка). Необходимость такой детали в топливной системе возникает через техническое расположение двигателя и бензобака относительно друг-друга. В автомобилях устанавливаются один из двух типов бензонасосов: механический, электрический.

Механические применяются в карбюраторных машинах (подача топлива под низким давлением).

Электрические — в автомобилях инжекторного типа (подача топлива происходит под высоким давлением).

Устройство и ремонт ТНВД ЯМЗ 238

Топливная система, подающая горючую смесь под высоким давлением и регулирующая впрыск в определённые моменты, производится исключительно на специализированном и высокоточном оборудовании. Основные конструктивные элементы топливного насоса представлены:

• корпусом;
• крышками;
• всережимным регулятором;
• муфтой опережения впрыска;
• подкачивающим насосом;
• кулачковым валом;
• толкателями;
• плунжерами с наличием поводков или зубчатых втулок;
• гильзами плунжеров;
• возвратными пружинами плунжеров;
• нагнетательными клапанами;
• штуцерами;
• рейками.

Рабочая пара «плунжер – цилиндр» («поршень – втулка»), объединённая в единую систему с прецизионным сопряжением, изготавливается из исключительно высокопрочной и долговечной стали.

Принцип работы ТНВД ЯМЗ 238 достаточно прост. Топливо перекачивается через штуцер, а сама деталь соединена с трубкой ПД. Движение пружины и кулачкового вала вызывает перемещение поршня вверх-вниз. Число секций соответствует количеству цилиндров двигателя, а транспорт на основе такого насоса отличается хорошей проходимостью и тяговыми характеристиками. Ремонт и регулировка ТНВД ЯМЗ 238 выполняются на специальном оборудовании, позволяющем выявить причины поломки и степень износа деталей. Средняя стоимость такой услуги варьирует от 7 до 17 тысяч рублей, в зависимости от степени сложности поломки.