Устройство топливных насосов высокого и низкого давления

Подобно человеческому сердцу, топливный насос обеспечивает циркуляцию горючего в топливной системе. Для бензиновых моторов эту роль выполняет электрический бензонасос, а для дизелей – топливный насос высокого давления (ТНВД).

Этот агрегат выполняет две функции: он нагнетает горючее в форсунки в строго определенном количестве и определяет момент начала его впрыскивания в цилиндры. Вторая задача аналогична изменению угла опережения зажигания у бензиновых моторов. Однако с тех пор, как появились аккумуляторные системы впрыска, момент впрыска регулируется электроникой, управляющей форсунками.

Основным элементом топливного насоса высокого давления является плунжерная пара. Подробно ее устройство и принцип работы в данной статье рассматриваться не будут. Если говорить коротко, то плунжерная пара – это длинный поршень небольшого диаметра (его длина в несколько раз превышает диаметр), и рабочий цилиндр, очень точно и плотно друг к другу подогнанные, зазор составляет максимум 1-3 мкм (по этой причине, в случае выхода из строя, меняется пара целиком). В цилиндре располагается один или два впускных канала, через них внутрь поступает топливо, которое затем выталкивается поршнем (плунжером) через выпускной клапан.

Принцип работы плунжерной пары схож с работой двухтактного двигателя внутреннего сгорания. Двигаясь вниз, плунжер создает разрежение внутри цилиндра и открывает впускной канал. Топливо, повинуясь законам физики, устремляется заполнить разреженное пространство внутри цилиндра. После этого поршень начинает подниматься. Вначале он перекрывает впускной канал, затем поднимает давление внутри цилиндра, вследствие чего открывается выпускной клапан, и горючее под давлением поступает к форсунке.

Типы топливных насосов высокого давления

Существует три типа ТНВД, они имеют разное устройство, но одно предназначение:

• рядный;
• распределительный;
• магистральный.

В первом из них, топливо в каждый цилиндр нагнетает отдельная плунжерная пара, соответственно, количество пар равно количеству цилиндров. Схема распределительного топливного насоса высокого давления, в значительной мере отличается от схемы рядного. Отличие заключается в том, что горючее нагнетается ко всем цилиндрам посредством одной или нескольких плунжерных пар. Магистральный насос нагнетает топливо в аккумулятор, из которого оно в последствии распределяется по цилиндрам.

В авто с бензиновыми двигателями, с системой непосредственного впрыска, горючее качает электрический топливный насос высокого давления, однако оно (давление) там в разы меньше.

Рядный топливный насос высокого давления

Как уже было сказано, он имеет плунжерные пары по числу цилиндров. Его устройство довольно просто. Пары размещены в корпусе, внутри которого имеются подводные и отводные топливные каналы. В нижней части корпуса находится кулачковый вал с приводом от коленвала, плунжеры постоянно прижимаются к кулачкам пружинами.

Принцип работы такого топливного насоса не отличается большой сложностью. Кулачок при вращении набегает на толкатель плунжера, заставляя его и плунжер двигаться вверх, сжимая горючее, находящееся в цилиндре. После перекрытия выпускного и впускного каналов (именно в такой последовательности), давление начинает подниматься до значения, после которого открывается нагнетательный клапан, после чего дизтопливо подается к соответствующей форсунке. Данная схема напоминает работу газораспределительного механизма двигателя.

Для регулирования количества поступающего топлива, и момента его подачи, применяется либо механический способ, либо электрический (такая схема предполагает наличие управляющей электроники). В первом случае количество подаваемого горючего изменяется поворотом плунжера. Схема очень проста: на нем имеется шестерня, она находится в зацеплении с рейкой, которая, в свою очередь, связана с педалью акселератора. Верхняя поверхность плунжера имеет наклон, благодаря чему изменяется момент закрытия впускного отверстия в цилиндре, а значит, и количество горючего.

Момент подачи топлива нужно менять при изменении величины оборотов коленвала. Для этого на кулачковом валу имеется центробежная муфта, внутри которой расположены грузики. С ростом оборотов они расходятся, и кулачковый вал поворачивается относительно привода. В результате, при повышении оборотов, топливный насос обеспечивает более ранний впрыск, а с уменьшением – более поздний.

Устройство рядных ТНВД обеспечивает им весьма высокую надежность и неприхотливость. Поскольку смазывание происходит моторным маслом из смазочной системы силового агрегата, это делает их пригодными для работы на низкокачественном дизтопливе.

Устанавливаются рядные ТНВД на средние и тяжелые грузовики. На легковые автомобили их полностью перестали устанавливать в 2000 году.

Распределительный топливный насос высокого давления

В отличие от топливного насоса рядного, распределительный имеет только одну или две плунжерных пары, которые снабжают топливом все цилиндры. Основные преимущества подобных топливных насосов – меньшая масса и размеры, а также более равномерная подача топлива. Главный минус один – их срок службы намного меньше из-за большой нагруженности, поэтому их применяют только на легковых автомобилях.

Существует три типа распределительных ТНВД:

Устройство первых двух типов насосов обеспечивает им больший срок эксплуатации, по сравнению с последним, ведь силовых нагрузок на узлы приводного вала, от давления топлива, в них нет.

Схема работы распределительного топливного насоса первого типа выглядит следующим образом. Основной элемент – плунжер-распределитель, который, помимо поступательно-возвратного движения, вращается вокруг своей оси, и тем самым нагнетает и распределяет горючее между цилиндрами. В действие он приводится кулачковой шайбой, обегающей по роликам неподвижное кольцо.

Количество поступающего топлива регулируется как механическим путем, при помощи вышеописанной центробежной муфты, так и посредством электромагнитного клапана, на который подается электрический сигнал. Опережение впрыска топлива определяется поворотом неподвижного кольца на определенный угол.

Роторная схема предполагает несколько иное устройство распределительного топливного насоса. Условия работы такого насоса несколько отличается от того, как работает ТНВД с торцевым кулачковым приводом. Горючее нагнетается и распределяется, соответственно, двумя противолежащими плунжерами и распределительной головкой. Вращением головки обеспечивается перенаправление топлива к соответствующим цилиндрам.

Магистральный ТНВД

Магистральный топливный насос гонит горючее в топливную рампу и обеспечивает более высокое давление, по сравнению с рядным и распределительным насосами. Схема его работы несколько иная. Топливо может нагнетаться одним, двумя или тремя плунжерами, приводимыми в действие кулачковой шайбой или валом.

Подача горючего регулируется электронным дозирующим клапаном. Нормальное состояние клапана – открытое, когда поступает электрический сигнал, он частично закрывается и тем самым регулирует количество топлива, попадающего в цилиндры.

Что такое ТННД

Топливный насос низкого давления, необходим для снабжения горючим топливного насоса высокого давления. Он, как правило, установлен или на корпусе ТНВД или отдельно, и закачивает топливо из бензобака, через фильтры грубой, а после и тонкой очистки, непосредственно в насос высокого давления.

Принцип его работы следующий. В действие он приводится эксцентриком, расположенном на кулачковом валу ТНВД. Толкатель, прижатый к штоку, заставляет двигаться шток с поршнем. В корпусе насоса имеются входной и выходной каналы, которые перекрываются клапанами.

Схема работы ТННД следующая. Рабочий цикл топливного насоса низкого давления состоит из двух тактов. Во время первого, подготовительного, поршень перемещается вниз и в цилиндр всасывается топливо из бака, нагнетательный клапан при этом закрыт. При движении поршня вверх входной канал перекрывается всасывающим клапаном, и под нарастающим давлением открывается выпускной клапан, через который горючее поступает в фильтр тонкой очистки и далее в ТНВД.

Поскольку топливный насос низкого давления имеет производительность большую, чем требуется для работы мотору, поэтому часть горючего выталкивается в полость под поршнем. В результате поршень, теряет контакт с толкателем и зависает. По мере выработки топлива поршень вновь опускается, и насос возобновляет работу.

Вместо механического, на автомобиле может быть установлен электрический ТННД. Довольно часто он встречается на машинах, которые оснащаются насосами фирмы Bosch (Opel, Audi, Peugeot и др.). Устанавливается электрический насос только на легковые автомобили и небольшие микроавтобусы. Помимо основной функции, он служит для прекращения подачи горючего в случае аварии.

Работать электрический ТННД начинает одновременно со стартером и продолжает нагнетать горючее с постоянной скоростью, пока мотор не будет заглушен. Лишнее топливо, через перепускной клапан сливается обратно в бак. Размещается электрический насос либо внутри топливного бака, либо за его пределами, между баком и фильтром тонкой очистки.