У попередньому циклі статей про влаштування паливної системи бензинового двигуна не один раз зачіпалася тема паливного насоса високого тиску для дизельного мотора і бензинових двигунів з прямим (безпосереднім) уприскуванням палива.
Дана стаття являє собою окремий матеріал, який описує конструкцію дизельного паливного насоса високого тиску, його призначення, потенційні несправності, схему і принципи роботи на прикладі влаштування такої системи паливоподачі для даного типу ДВЗ. Отже, давайте перейдемо відразу до справи.
Паливний насос високого тиску скорочено називають ТНВД. Даний пристрій є одним з найбільш складних у конструкції дизельного двигуна. Основним завданням такого насоса стає подача дизельного палива під високим тиском.
Насоси забезпечують подачу палива в циліндри дизельного мотора під певним тиском, а також строго в певний момент. Порції подаваного палива отмерены дуже точно і відповідають ступеню навантаження на двигун. Насоси ТНВД розрізняють за способом уприскування. Бувають насоси безпосередньої дії , а також насоси з акумуляторним уприскуванням.
Паливні насоси безпосередньої дії мають механічний привід плунжера. Процеси подачі і впорскування палива протікають в один час. У кожен окремий циліндр дизельного ДВЗ певна секція ТНВД подає потрібну дозу пального. Тиск, яке необхідно для ефективного розпилювання, створюється рухом плунжера паливного насоса.
ТНВД з акумуляторним уприскуванням відрізняється тим, що на привід робочого плунжера впливають сили тиску стислих газів в циліндрі самого ДВС або воздейсвие виявляється за допомогою пружин. Зустрічаються паливні насоси з гідравлічним акумулятором, які знайшли застосування в потужних малооборотистых дизельних ДВЗ.
Варто відзначити, що системи з гідроакумулятором характеризуються окремими процесами нагнітання і уприскування. Пальне під високим тиском нагнітається паливним насосом в акумулятор, а вже потім надходить до паливних форсунок. Такий підхід забезпечує ефективне розпилювання і оптимальне сумішоутворення, яке підходить для всього діапазону навантажень на дизельний агрегат. До недоліків цієї системи можна віднести складність конструкції, що і стало причиною непопулярності такого насоса.
Сучасні дизельні установки використовують технологію, яка базується на управлінні електромагнітними клапанами форсунок від електронного блоку управління з мікропроцесором. Зазначена технологія отримала назву «Common Rail».
ТНВД є дорогим пристроєм, який дуже вимогливі до якості палива і мастильних матеріалів. Якщо автомобіль експлуатується на пальне низької якості, таке паливо обов’язково містить тверді частинки, пил, молекули води і т. д. Все це веде до виходу з ладу плунжерних пар, які встановлені в насосі з мінімальним допуском, измеряющимся в мікронах.
Низькоякісне паливо з легкістю виводить з ладу форсунки, які відповідають за процес розпилення і уприскування палива.
Поширені ознаки несправностей у роботі ТНВД і форсунок являють собою такі відхилення від норми:
Сучасні двигуни з ТНВД оснащені електронною системою паливного уприскування. ЕБУ дозує подачу палива в циліндри, розподіляє цей процес у часі, визначає потрібну кількість дизпалива. Якщо власник помічає найменші перебої в роботі двигуна, то це є невідкладним приводом для негайного звернення в сервіс. Силову установку і паливну систему ретельно досліджують за допомогою професійного діагностичного обладнання. Під час діагностики фахівці визначають численні показники, серед яких першочерговими є:
Жорсткість екологічних норм і вимог щодо викидів шкідливих речовин в атмосферу призвело до того, що механічні паливні насоси високого тиску для дизельних автомобілів стали витіснятися системами з електронним регулюванням. Механічний насос просто не зміг забезпечити дозування палива з необхідною високою точністю, а також не був в змозі максимально швидко реагувати на динамічно мінливі режими роботи двигуна.
Всесвітньо відомі виробники Bosch, Nippon Denso та інші запропонували системи електронного управління подачею палива. Зазначені розробки грунтувалися на паливному насосі VЕ. Такі системи дозволяли домогтися підвищення точності дозування палива в кожен циліндр окремо.
Впровадження електронних систем забезпечувало зменшення між циклами нестабільності процесу згоряння паливно-повітряної суміші, а також зниження нерівномірностей у процесі роботи дизельного двигуна на холостому ходу.
Деякі системи мали в своїй конструкції клапан швидкого дії, що дозволило розділити процес вприскування палива на дві фази. Двофазний впорскування привів до кінцевого зменшення жорсткості самого процесу згоряння суміші.
Отримана точність в процесі керування системою впорскування забезпечила зниження викидів токсичних речовин завдяки більш повного згоряння паливно-повітряної суміші, а зростаюча ефективність такого згоряння підвищила ККД двигуна і збільшила підсумкову потужність силової установки.
Електронні системи отримали паливні насоси розподільного типу. Такі насоси обладнані керованими пристроями, які здійснюють регулювання положення дозатора. Додатково є клапан для випередження впорскування пального.
ЕБУ отримує відповідні сигнали від різних датчиків. Враховується положення педалі газу, частота обертання вала двигуна, температура охолоджуючої рідини і температура самого палива. Електронний блок керування одержує дані про підйомі голки форсунок, швидкості руху транспортного засобу, тиску наддуву повітря і його температури на впуску.
ЕБУ обробляє отриману інформацію від датчиків, а потім посилає сигнал на ТНВД. Це забезпечує подачу необхідної і оптимальної кількості палива до форсунок. Додатково забезпечується найкращий кут випередження впорскування з урахуванням конкретних умов роботи двигуна. Будь-яка додаткова навантаження відразу відзначається ЕБУ, на ТНВД приходить сигнал і відбувається збільшення паливоподачі для компенсації підвищених навантажень.
Електронний блок управління здійснює контроль за роботою свічок розжарювання. ЕБУ стежить за періодом розжарювання, режимом роботи свічок розжарювання і періодом після розжарювання. Все це відбувається з урахуванням залежності від температури.
Нижче наведена схема електронного регулювання одноплунжерного насоса VE від Bosch для дизельного мотора:
Ключовим елементом у цій системі виступає пристрій для переміщення дозуючої муфти ПНВТ (10). Управляє процесами подачі палива блок управління (6). Інформація надходить до блоку від датчиків:
В пам’яті блоку управління зберігаються задані оптимальні характеристики. Ґрунтуючись на інформації від датчиків, ЕБУ посилає сигнали на механізми управління цикловою подачею і кутом випередження впорскування. Так відбувається регулювання величини циклової подачі палива в різних режимах роботи силового агрегату, а також у момент холодного запуску двигуна.
Виконавчі пристрої мають потенціометр, який посилає зворотний сигнал в ЕБУ, завдяки чому визначається точне положення дозуючої муфти. Регулювання кута випередження впорскування палива відбувається за аналогічним принципом.
ЕБУ відповідає за створення сигналів, які забезпечують регулювання численних процесів. Блок управління стабілізує частоту обертання в режимі холостого ходу, регулює рециркуляцію відпрацьованих газів з визначенням показників за сигналами датчика масового витрати повітря. Блок зіставляє сигнали в реальному часі від датчиків з тими значеннями, які в ньому запрограмовані у вигляді оптимальних. Далі відбувається передача вихідного сигналу від ЕБУ на сервомеханизм, який забезпечує необхідне положення дозуючої муфти. При цьому досягається висока точність регулювання.
Дана система має програму самодіагностики. Це дозволяє здійснювати відпрацювання аварійних режимів для забезпечення руху транспортного засобу навіть при наявності ряду певних несправностей. Повна відмова відбувається тільки при поломці мікропроцесора ЕБУ.
Найбільш поширеним рішенням регулювання циклової подачі для одноплунжерного насоса високого тиску розподільного типу є використання електромагніту (6). Такий магніт має поворотний сердечник, кінець якого з’єднується за допомогою ексцентрика з дозуючою муфтою (5). Електричний струм проходить в обмотці електромагніта, при цьому кут повороту сердечника може бути від 0 до 60°. Так відбувається переміщення дозуючої муфти (5). Дана муфта в результаті регулює циклову подачу ТНВД.
Автомат випередження впорскування управляється електромагнітним клапаном (2). Даний клапан забезпечує регулювання тиску палива, яке діє на поршень автомата. Для клапана характерна робота в імпульсному режимі за принципом «відкриття — закриття». Це дозволяє модулювати тиск, що залежить від частоти обертання валу ДВЗ. В момент відкриття клапана тиск падає, а це тягне за собою зменшення кута випередження упорскування. Закритий клапан забезпечує збільшення тиску, яке переміщує поршень автомата в бік, коли кут випередження впорскування буде збільшено.
Дані імпульси ЕМК визначаються ЕБУ і залежать від режиму роботи і температурних показників двигуна. Момент початку уприскування визначається за допомогою того, що одна з форсунок обладнана індукційним датчиком підйому голки.
Виконавчі механізми, які впливають на елементи керування паливоподачею в ТНВД розподільного типу, є пропорційними електромагнітними, лінійними, моментными або кроковими електродвигунами, які виступають в ролі приводу для дозатора палива в зазначених насосах.
Електромагнітний виконавчий механізм розподільного типу складається з датчика ходу дозатора, самого виконуючого пристрою, дозатора, клапана зміни кута початку впорскування, який обладнаний електромагнітним приводом. Форсунка має в своєму корпусі вбудований котушку збудження (2). ЕБУ подає туди певну опорне напруга. Це зроблено для підтримки струму в електросистемі постійним і незалежно від температурних коливань.
Форсунка, обладнана датчиком підйому голки, складається з:
Зазначений струм в результаті забезпечує створення навколо котушки магнітного поля. В момент підйому голки форсунки сердечник (3) здійснює зміна магнітного поля. Це викликає зміна напруги і сигналу. Коли голка знаходиться в процесі підйому, тоді імпульс досягає свого піку і визначається ЕБУ, який керує кутом випередження впорскування.
Отриманий імпульс електронний блок управління порівнює з даними в своїй пам’яті, які відповідають різним режимам і умовам роботи дизельного агрегату. Потім ЕБУ здійснює посилку зворотного сигналу на електромагнітний клапан. Зазначений клапан з’єднаний з робочою камерою автомата випередження впорскування. Тиск, що впливає на поршень автомата, починає змінюватися. Результатом стає переміщення поршня під дією пружини. Так змінюється кут випередження впорскування.
Максимальним показником тиску, яке досягається за допомогою електронного управління подачею палива на основі паливного насоса VЕ, є показник до 150 кгс/см2. Варто відзначити, що дана схема є складною і застарілою, напруги в кулачковом приводі не мають подальшої перспективи розвитку. Наступним етапом розвитку ТНВД є схеми нового покоління.
Ця схема успішно застосовується на останніх моделях дизельних автомобілів від провідних світових концернів. До таких можна віднести BMW, Opel, Audi, Ford, і т. д. Насоси такого типу дозволяють отримати показник тиску уприскування на позначці 1000 кгс/см2.
Система безпосереднього уприскування з паливним насосом VP-44, представлена на малюнку, включає в себе:
Дана система має характерну особливість, яка полягає в об’єднаному блоці керування ПНВТ та інших систем. Блок керування конструктивно має дві частини, кінцеві каскади і живлення електромагнітів, розташованих на корпусі паливного насоса.
Система включає в себе контур низького тиску. Топливоподкачивающий насос в ТНВД VP-44 являє собою шиберний насос. Спостерігається залежність тиску, який створюється насосом для підкачки палива на стороні нагнітання палива від тієї частоти, з якою відбувається обертання колеса насоса. Зазначене тиск при збільшенні частоти обертання має непропорційну показник.
Регулює тиск клапан знаходиться поблизу від паливопідкачуючі насоса. Він з’єднаний з відвідним пазом через спеціальний отвір для пропуску потоку. Клапан відповідає за зміну тиску нагнітання паливопідкачуючі насоса в залежності від необхідної витрати пального. Паливо, яке нагнітає топливоподкачивающий насос, надходить до ПНВТ і його насосної секції, таким шляхом потрапляючи в пристрій випередження впорскування.
Якщо тиск палива перевищить задану величину, тоді за допомогою торцевої кромки поршня (3) відкриваються отвори. Зазначені отвори розташовані радіально. Через них потік пального зливається по каналах насоса до спеціального подводящему пазу. У тих випадках, коли тиск знаходиться на низькому рівні, тоді радіальні отвори закриті, так як на них впливає сила пружини. Натяг пружини визначає величину тиску.
Охолодження паливопідкачуючі насоса, а також видалення повітря здійснюється шляхом проходження палива через клапан дроселювання перепуску (4), який пригвинчений до корпусу насоса.
За допомогою цього клапана здійснюється відведення палива за перепускного каналу (5). Клапан має навантажений пружиною кулька у своєму корпусі. Дана конструкція дозволяє паливу витікати тільки тоді, коли буде досягнута певна тиску в самому каналі.
Дросель (6) має малий діаметр. Такий дросель пов’язаний з лінією відведення, яка розташована в корпусі клапана і проходить паралельно основним каналом для відводу пального. Зазначений дросель відповідає за автоматичне видалення повітря з паливопідкачуючі насоса. Пристрій контуру низького тиску ТНВД розраховане на те, що через клапан дроселювання перепуску в паливний бак завжди повертається те чи інше кількість палива.
Контуром високого тиску прийнято вважати сам ТНВД, а також пристрій розподілу і регулювання величини і моменту початку подачі. Для цього використовується тільки один елемент, який називається електромагнітний клапан високого тиску.
Дані системи відповідають за створення високого тиску насосної секції ТНВД з радіальним рухом плунжерів. Зазначена секція створює такий тиск, що потрібно для вприскування палива під тиском близько 1000 кгс/см2. В дію її призводить приводний вал, а конструкція складається з:
На малюнку нижче наведений приклад розташування плунжерів:
Система працює таким чином, що крутний момент від приводного вала передається через сполучну шайбу і шліцьове з’єднання. Такий момент йде на вал-розподільник. Направляючі пази (3) виконують таку функцію, щоб через башмаки (4) і знаходяться в них ролики (2) задіяти в роботу нагнітають плунжери (5) так, щоб це відповідало тому внутрішньому профілю, який має кулачкова шайба (1). Число циліндрів в дизельному ДВС дорівнює кількості кулачків на шайбі.
Нагнітають плунжери в корпусі валу-розподільника розташовані радіально. З цієї причини така система отримала назву ТНВД. Плунжери здійснюють спільне видавлювання надійшов палива на висхідному профілі кулачка. Далі паливо потрапляє в головну камеру високого тиску (7). У ТНВД може бути два, три і більше нагнітають плунжера, що залежить від планованих навантажень на мотор і кількості циліндрів (а, b, c).
В основі даного пристрою лежать:
На етапі наповнення на низхідному профілі кулачків плунжери (1), які рухаються радіально, переміщуються назовні і рухаються до поверхні кулачкової шайби. Замикаюча голка (4) в цей момент перебуває у вільному стані і відкриває впускний паливний канал. Паливо проходить через камеру низького тиску (12), кільцевий канал (9) і голку. Далі пальне прямує від паливопідкачуючі насоса каналом (8) валу-розподільника і потрапляє в камеру високого тиску. Всі надлишки палива назад витікають через канал зворотного зливу (5).
Нагнітання здійснюється за допомогою плунжерів (1) та голки (4), яка закрита. Плунжери починають переміщатися на висхідному профілі кулачків до осі вала-розподільника. Так відбувається підвищення тиску в камері високого тиску.
Паливо, будучи вже під високим тиском, спрямовується по каналу камери високого тиску (8). Воно проходить розподільну канавку (13), яка в даній фазі з’єднує вал-розподільник (2) з випускним каналом (14), штуцер (16) з нагнітальним клапаном (15) і магістраль високого тиску з форсункою. Останнім етапом стає надходження дизпалива в камеру згоряння силової установки.
Електромагнітний клапан (клапан встановлення моменту початку впорскування) складається з таких елементів:
За циклову подачу і дозування палива відповідає зазначений електромагнітний клапан. Зазначений клапан високого тиску вбудований в контур високого тиску ТНВД. На самому початку впорскування на котушку електромагніта (5) подається напруга сигналу блоку управління. Якір (4) здійснює переміщення голки (3) шляхом притискання останньої до сідла (1).
Коли голка щільно притиснутий до сідла, тоді паливо не надходить. Тиск палива в контурі з цієї причини швидко зростає. Це дозволяє відкрити відповідну форсунку. Коли потрібну кількість палива виявилося в камері згоряння двигуна, тоді напруга на котушці електромагніта (5) пропадає. Відбувається відкриття електромагнітного клапана високого тиску, що тягне за собою зниження тиску в контурі. Зниження тиску викликає закриття паливної форсунки і припинення уприскування.
Вся та точність, з якою здійснюється даний процес, безпосередньо залежить від електромагнітного клапана. Якщо спробувати пояснити ще детальніше, то від моменту закінчення роботи клапана. Цей момент виключно визначається відсутністю або наявністю напруги на котушці електромагнітного клапана.
Надлишки нагнітається паливо, яке продовжує нагнітатися до моменту проходження роликом плунжера верхньої точки профілю кулачка, здійснюють рух по особливому каналу. Закінченням шляхи для пального стає простір за акумулюючої мембраною. У контурі низького тиску мають місце стрибки від високого тиску, які демпфує акумулююча мембрана. Додатковим є те, що цей простір зберігає (акумулює) накопичене паливо для наповнення перед наступним уприскуванням.
Зупинка двигуна здійснюється за допомогою електромагнітного клапана. Справа в тому, що клапан повністю блокує нагнітання палива під високим тиском. Таке рішення повністю виключає необхідність у додатковому зупиночному клапані, який застосовується в розподільних ТНВД, де здійснюється управління регулюючої кромкою.
Даний нагнітальний клапан (15) з дроселюванням зворотного потоку після завершення упорскування й порції палива перешкоджає наступного відкриття розпилювача форсунки. Це повністю виключає таке явище, як додатковий впорскування, який є результатом хвиль тиску або їх похідних. Зазначене додаткове подвпрыскивание підвищує токсичність відпрацьованих газів і є вкрай небажаним негативним явищем.
Коли починається подача палива, тоді конус клапана (3) відкриває клапан. В цей самий момент паливо вже нагнітається через штуцер, проникає в магістраль високого тиску і направляється до форсунки. Закінчення нагнітання пального викликає різкий спад тиску. З цієї причини поворотна пружина з силою притискає конус клапана до сідла клапана. При закритті форсунки виникають зворотні хвилі тиску. Ці хвилі успішно погашаються дроселем нагнітального клапана. Всі ці дії запобігають небажаному подвпрыскивание палива в робочу камеру згорання дизельного двигуна.
Оптимальний процес протікання згоряння і кращі характеристики потужності щодо дизельного ДВЗ можливі тільки тоді, коли момент початку згоряння суміші відбувається у визначеному положенні колінчастого або поршня в циліндрі дизельного двигуна.
Пристрій випередження впорскування виконує одну дуже важливу задачу, яка полягає в тому, щоб збільшувати кут початку подачі палива в той момент, коли має місце підвищення частоти обертання колінвала. Цей пристрій конструктивно включає в себе:
Пристрій забезпечує той самий оптимальний момент початку впорскування, який ідеально підходить режиму роботи двигуна і навантаження на нього. Відбувається компенсація тимчасового зсуву, який визначається скороченням періоду уприскування і запалення при збільшенні частоти обертання.
Цей пристрій оснащується гідравлічним приводом і вбудовується в нижню частину корпусу ТНВД таким чином, щоб розташовуватися впоперек поздовжньої осі насоса.
Кулачкова шайба (1) здійснює вхід кульової цапфой (2) поперечний отвір плунжера (3) таким чином, що поступальний рух плунжера трансформується в поворот кулачкової шайби. Плунжер у центрі має регулювальний клапан (5). Даний клапан здійснює відкриття та перекриття керуючого отвори в плунжере. По осі плунжера (3) знаходиться керуючий поршень (12), який навантажений пружиною (10). Поршень відповідає за положення регулювального клапана.
Електромагнітний клапан встановлення моменту початку впорскування (15) знаходиться поперек осі плунжера. Електронний блок, що управляє ТНВД, здійснює вплив на плунжер пристрою випередження упорскування за допомогою цього клапана. Керуючий блок подає в безперервному режимі імпульси струму. Такі імпульси характеризуються постійною частотою і змінної шпаруватістю. Клапан змінює тиск, який чинить вплив на керуючий поршень у конструкції пристрою.
Даний матеріал націлений на максимально доступне і зрозуміле ознайомлення користувачів нашого ресурсу зі складним пристроєм паливного насоса високого тиску та огляд його основних елементів. Пристрій і загальний принцип роботи ТНВД дозволяють говорити про безвідмовної експлуатації тільки за умови заправки дизельного агрегату якісним паливом і моторним маслом.
Як Ви вже зрозуміли, низькосортна солярка є основним ворогом складної і дорогої дизельної паливної апаратури, ремонт якої часто коштує не дуже дешево.
Якщо ж експлуатувати дизель дбайливо, строго дотримуватися і навіть скорочувати міжсервісні інтервали заміни мастильного матеріалу, враховувати інші важливі вимоги та рекомендації, тоді ТНВД неодмінно відповість своєму дбайливому власнику винятковою надійністю, економічністю і завидною довговічністю.
Швейная машинка – незаменимый помощник для многих домохозяек. Ее наличие среди бытовых принадлежностей дает возможность…
Бензовоз — специальная техника, которая предназначается для транспортировки продуктов нефтепереработки и горюче-смазочных материалов. Она представляет…
Якщо ви маєте тверді наміри опанувати акустичну гітару, варто одразу купувати якісну продукцію в надійному…
Маски для лица одни из самых популярных средств среди ухода за лицом. Ведь, они становятся…
"Ключ до серця жінки-це несподіваний подарунок у невідповідний момент", - каже Форрестер у фільмі "у…
Современные заколки не только могут выполнять свои непосредственные обязательства, но и сделать образ девушки индивидуальным…