что означает тнвд на дизеле
Что такое ТНВД в дизельном двигателе автомобиля
Аббревиатура ТНВД расшифровывается как Топливный Насос Высокого Давления (в английской литературе просто Injection pump). Данный насос используется на автомобилях с дизельным двигателем. Ведь для эффективного сгорания дизельного топлива требуются определенные условия, связанные с обеспечением высокого давления.
Поэтому, каждый автомобилист должен понимать, что такое ТНВД в дизельном двигателе, назначение и принцип его работы. Ведь без этого узла не сможет нормально функционировать система впрыска любого дизельного силового агрегата.
Для чего нужен Топливный Насос Высокого Давления
Основное назначение ТНВД — обеспечить подачу дизельного топлива в камеру сгорания двигателя под определенным давлением в требуемый момент. Но, стоит сказать, что с внедрением системы впрыска Common Rail с электронно-управляемыми форсунками, главной функцией насоса стало исключительно создание высокого давления топлива, при котором происходит наиболее полное его сгорание. Именно благодаря этому обеспечивается высокая мощность двигателя, работающего на обычной солярке.
Учитывая то, что современные модификации ТНВД должны обеспечивать подачу топлива при давлении 150 МПа и более, применение стандартной поршневой схемы неэффективно. На практике решить проблему удалось, применяя традиционную для компрессоров плунжерную пару (стальной высокопрочный стержень и цилиндр небольшого диаметра). Оба этих элемента изготовлены с высокой точностью, что позволило отказаться от традиционных для поршневых групп колец.
Время и объем подачи топлива в камеру сгорания определяется исходя из частоты вращения коленчатого вала силового агрегата. Поэтому, даже при изменении нагрузки (нажатие на педаль акселератора), двигатель получает необходимую для стабильной работы порцию солярки.
Топливный насос высокого давления, это один из основных узлов, обеспечивающих работоспособность двигателя. Поэтому его техобслуживанию и диагностике неисправностей стоит уделять особое внимание.
Типы дизельных топливных насосов
Дизельный ТНВД (топливный насос высокого давления) — один из ключевых элементов системы питания дизельного двигателя. Он создает давление топлива, необходимое для последующего равномерного и дозированного впрыска в цилиндры. Конструкция ТНВД постоянно развивается, однако сам принцип нагнетания топлива плунжером остается неизменным с момента появления дизельных двигателей.
Еще один интересный момент: если бензиновые карбюраторы уже давно не являются конкурентами непосредственному впрыску в большинстве сфер применения, то на дизельных двигателях ТНВД, даже довольно старого типа, они вполне успешно трудятся наравне с более современными. Рассмотрим разные типы ТНВД поближе.
Исторически первой конструкцией является насос рядного типа. Плунжеры, нагнетающие топливо в цилиндры, установлены в нем в ряд и приводятся в движение общим валом с кулачками. Число плунжеров соответствует числу цилиндров двигателя. Иными словами, каждый плунжер нагнетает топливо в «свой» цилиндр. Такой насос не может создать давление выше определенного, а также довольно сложен в настройке и имеет большие размеры. Тем не менее он обладает рядом преимуществ, главными из которых являются «всеядность» и надежность. В силу того, что рядный ТНВД смазывается маслом из двигателя, он может перегонять через себя «солярку» любого качества. Надежный и неприхотливый к топливу, однако, не хвастающийся высокой производительностью агрегат — этот тип насоса прочно обосновался на дизелях для тяжелой техники и строительных машин.
В попытках облегчить конструкцию ТНВД, сделать его более компактным и простым в производстве производители пришли к насосу распределительного типа. В нем один плунжер работает на все цилиндры, попеременно нагнетая нужное количество топлива в каждый. Распределительный ТНВД стал первым дизельным насосом, получившим электронную систему управления для обеспечения точного и своевременного впрыска топлива. Распределительные ТНВД отличаются небольшой массой и высокой скоростью работы, поэтому именно с этим типом насосов связаны первые успешные шаги дизеля в сегменте легковых авто. Однако распределительный насос в силу конструкции не способен обеспечить давление впрыска более 1000 бар. Кроме того, давление, нагнетаемое этим насосом, напрямую зависит от оборотов двигателя, что создает проблемы на низких оборотах.
Именно поэтому распределительные ТНВД постепенно уступили свое место более производительным топливным системам common rail с общей топливной магистралью, играющей роль аккумулятора давления. ТНВД для систем common rail получил название магистрального. Насосы такого типа отличаются предельной простотой конструкции и высокой производительностью. Обратной стороной медали является сильная зависимость магистральных ТНВД от качества топлива (которым смазываются подвижные части насоса, работающие с высокой нагрузкой) и необходимость более тщательной его фильтрации. Магистральные ТНВД обеспечивают давление в рампе в 1800 бар (и даже больше).
Несмотря на кардинальные различия в конструкции, все три типа ТНВД до сих пор находятся в производстве: каждый занимает свою нишу. Компания DENSO производит как рядные ТНВД традиционной конструкции для тяжелой техники, так и максимально продвинутые магистральные ТНВД для современных дизелей легковых автомобилей. Распределительные ТНВД DENSO с электронным управлением также имеют свою сферу применения для двигателей малого объема с высокими рабочими оборотами. В DENSO постоянно улучшают все типы производимых ТНВД для достижения оптимальных рабочих характеристик и максимальной надежности.
ЛИКБЕЗ. Устройство и принцип работы электронного ТНВД.
Недавно набрёл на неплохую статью, в которой популярно и понятно описаны принципы работы электронного ТНВД. Материал содержит цветные иллюстрации на примере многим знакомого «Бошевского» ТНВД. Может оказаться интересным и полезным многим обладателям дизельных машин и просто интересующимся, так как знание принципов работы любого механизма необходима особенно тем автовладельцам кто самостоятельно осуществляет ремонты и диагностику неисправностей и сбоев работы разнообразных узлов.
———
Радиально-поршневой распределительный ТНВД представляет собой насос впрыска с электронным регулированием, имеющий собственный блок управления. Насос создаёт давление впрыска 1500 бар. Высокое давление впрыска позволяет достичь мелкодисперсного распыления топлива. Это приводит к более полному сгоранию топливно-воздушной смеси и меньшему
содержанию вредных веществ в ОГ
Подача топлива
Основные задачи радиально-поршневого распределительного ТНВД:
-забор топлива из топливного бака
-сжатие топлива до 1500 бар
-распределение топлива по цилиндрам
Движение топлива
Всасывание
Радиально-поршневой распределительный ТНВД расположен там, где раньше был установлен пластинчатый насос, всасывает топливо из топливного бака и создаёт давление в ТНВД.
За счёт давления, созданного в ТНВД, при открытом электромагнитном клапане топливо подаётся в камеру сжатия.
Сжатие
Топливо сжимается двумя плунжерами, которые приводятся от кулачковой обоймы через ролики. Привод осуществляется приводным валом.
За счёт вращательного движения приводного вала ролики нажимают на кулачки обоймы и перемещают плунжеры вовнутрь. Это приводит к сжатию топлива между плунжерами.
Распределение
Если электромагнитный клапан закрыт, топливо распределяется по отдельным цилиндрам с помощью вала распределителя и распределительной головки через обратный дроссель нагнетательного клапана и форсунку впрыска.
В распределительной головке имеются отверстия, соответствующие отдельным цилиндрам. Вал распределителя проворачивается приводным валом и соединяет камеру сжатия попеременно с каждым отверстием в распределительной головке
Радиально-поршневой распределительный ТНВД имеет собственный блок управления. Задачей блока является управление и контроль исполнительных элементов насоса впрыска. Для этого в блоке управления сохранены характеристики, точно соответствующие характеристикам насоса впрыска. Блок управления и насос впрыска образуют единый блок и прочно соединены друг с другом
Что чем управляет?
Датчики отправляют на блок управления двигателя информацию о режиме работы двигателя и о положении педали акселератора. Блок управления двигателя анализирует эту информацию и рассчитывает момент начала впрыска и необходимое количество подаваемого топлива. Полученные значения блок управления двигателя отправляет на блок управления топливного насоса. Блок управления топливного насоса рассчитывает команды управления для электромагнитного клапана регулирования количества подаваемого топлива и клапана управления опережением впрыска. При этом учитываются сигналы, поступающие в насос впрыска от блока управления двигателя и датчика угла поворота. Для контроля управления двигателя блок управления топливного насоса отправляет на блок управления двигателя обратное сообщение о режиме работы насоса впрыска. Передача сигналов между блоком управления двигателя и блоком управления топливного насоса осуществляется по шине CAN. Преимуществом шины CAN является то, что обмен всей информацией между блоком управления топливного насоса и блоком управления двигателя может осуществляться по двум проводам. Блок управления двигателя выполняет и другие задачи, например, управление исполнительными элементами системы рециркуляции ОГ и регулирование давления наддува.
Регулирование количества подаваемого топлива
На приведённом ниже обзоре системы показаны датчики, на основании сигналов которых определяется количество подаваемого топлива Сигнал, поступающий от блока управления двигателя, преобразуется блоком управления топливного насоса в сигнал для электромагнитного клапана регулирования количества подаваемого топлива. Задачей регулирования количества подаваемого топлива является точная адаптация количества топлива к различным режимам работы двигателя.
Принцип действия:
Процесс наполнения Если электромагнитный клапан регулирования количества подаваемого топлива открыт, топливо из внутреннего пространства насоса подаётся в камеру сжатия.
Впрыск
Блок управления топливного насоса подаёт сигнал управления на электромагнитный клапан регулирования количества подаваемого топлива, клапан перекрывает подачу топлива. Все время, пока электромагнитный клапан закрыт, топливо сжимается и подаётся на форсунки впрыска. При достижении заданного блоком управления двигателя количества топлива электромагнитный клапан открывает подачу топлива из внутреннего пространства насоса. Давление падает; впрыск завершён.
При полной нагрузке двигателя объём топлива на каждый цикл впрыска составляет ок. 50 мм3.
Это равно объёму одной капли воды.
На оборотах холостого хода на каждый цикл впрыска требуется ок. 5 мм3 топлива.
Это соответствует размеру булавочной головки диаметром 2 мм.
Дополнительной задачей электромагнитного клапана регулирования количества подаваемого топлива является остановка двигателя. При выключении зажигания электромагнитный клапан открывается, сжатие топлива не происходит.
Регулирование момента впрыска
На приведённом ниже обзоре системе представлены датчики, на основании сигналов которых определяется момент начала впрыска. Сигнал, поступающий от блока управления двигателя, преобразуется блоком управления топливного насоса в сигнал для клапана управления опережением впрыска. Задачей регулирования момента впрыска является адаптация момента впрыска к частоте вращения двигателя.
Принцип действия:
При увеличении частоты вращения впрыск должен происходить раньше. Опережение впрыска осуществляется регулятором впрыска. За счёт силы действия пружины управляющий поршень прижимается к поршню регулятора впрыска. В кольцевую полость управляющего поршня через отверстие из внутреннего пространства ТНВД поступает топливо под давлением. Клапан управления опережением впрыска определяет давление топлива в кольцевой полости управляющего поршня.
При увеличении частоты вращения клапан управления опережением впрыска увеличивает давление топлива в кольцевой полости. За счёт этого управляющий поршень отжимается от поршня регулятора впрыска, преодолевая силу действия пружины, и открывает канал. Топливо поступает в полость за поршнем регулятора впрыска.
За счёт давления топлива поршень регулятора впрыска перемещается вправо. Поршень регулятора впрыска соединён с кулачковой обоймой так, что горизонтальное движение регулятора впрыска проворачивает кулачковую обойму в направлении опережения впрыска.
Разновидности, устройство и принцип работы ТНВД
Основной задачей топливного насоса высокого давления (ТНВД) является подача топлива к форсункам двигателя. В современном автомобилестроении он устанавливается для питания как бензиновых, так и дизельных моторов. Особенностью работы такого насоса является способность выполнять максимально точную дозировку горючего и подавать его в строго определенный момент времени.
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.
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.
Классификация и устройство ТНВД
Топливные насосы высокого давления классифицируются по ряду признаков. Прежде всего их разделяют по типу привода плунжеров: механические, пневматические и гидравлические системы. Их, в свою очередь, группируют как механизмы непосредственного действия и аккумуляторные.
В первом случае процессы нагнетания и впрыска рабочей жидкости происходят одновременно под действием плунжеров с механическим приводом. В конструкциях с аккумуляторным впрыском рабочие плунжеры приводятся в действие за счет двигателя посредством приводного вала.
Системы с механическим приводом в современном автомобилестроении применяются редко, поскольку они не обеспечивают необходимого уровня экологической безопасности.
По числу плунжеров топливные насосы высокого давления разделяются на многоплунжерные и распределительные.
Многоплунжерные ТНВД и особенности их конструкции
В многоплунжерных насосах для каждого цилиндра предусмотрен свой плунжер. Таким образом, каждая плунжерная пара обеспечивает подачу топлива в свой цилиндр. Конструктивно многоплунжерные насосы бывают двух типов:
Принцип работы рядного ТНВД для дизельного двигателя заключается в том, что топливо движется по отдельным магистралям и направляется к форсункам мотора в заданном порядке. В классическом исполнении такие конструкции имеют механический привод кулачкового типа, соединенного с коленвалом двигателя.
Каждый кулачок приводит в движение соответствующий плунжер, заставляя его перемещаться внутри гильзы. Когда поршень перемещается вниз, происходит всасывание топлива. При движении вверх создается давление и открывается клапан нагнетательной магистрали.
В современных системах момент подачи топлива рассчитывается электронным блоком управления автомобиля, который получает сигналы от многочисленных датчиков. Это позволяет учесть такие факторы, как положение педали газа и частоту вращения коленчатого вала двигателя.
В ранних моделях автомобилей можно встретить механическое управление режимами работы рядного ТНВД. Для этого на кулачковом валу устанавливается специальная муфта с небольшими подвижными грузами. Под действием центробежных сил грузы смещаются вначале к внешним краям, а затем вновь к оси. Это, в свою очередь, провоцирует смещение кулачкового вала по отношению к приводу. Таким образом, чем больше частота вращения двигателя, тем раньше происходит впрыск.
Насосы V-образной формы работают по следующему принципу: специальный механизм поворота плунжеров соединен с рейками, воздействующими на втулки. Такая конструкция в сравнении с рядной отличается компактностью. Это позволяет повысить жесткость, укоротить кулачковый вал и добиться более высокого давления впрыска.
Как работают распределительные ТНВД?
В распределительных насосах один или два (у более мощных автомобилей) плунжера, которые подают топливо сразу в несколько цилиндров. Количество цилиндров в таких моторах может быть от 4 до 12. Подобные механизмы устанавливаются преимущественно на легковых автомобилях, поскольку относительно быстро изнашиваются. Именно этот тип ТНВД можно встретить в бензиновых двигателях.
Среди преимуществ распределительных насосов высокого давления можно назвать не только большую компактность в сравнении с многоплунжерными, но и большую точность подачи горючего. Главный недостаток – быстрый износ плунжеров.
Привод плунжера распределительного ТНВД представляет собой кулачковый механизм, который бывает трех видов:
Наиболее часто встречаются торцевые приводы распределительных ТНВД. Такая конструкция предполагает только одну плунжерную пару. Она выполняет функцию распределителя, осуществляя подачу топлива к заданной форсунке мотора. Поршень при этом одновременно и перемещается вдоль втулки, и вращается вокруг своей оси.
Для этого в конструкции предусмотрена кулачковая шайба с роликами, которая прижимается роликами к неподвижному кольцу с пазами. В процессе вращения ролики входят в пазы кольца и приводят в движение шайбу. Последняя, в свою очередь, воздействует на плунжер, провоцируя его вращение. Движение поршня вдоль гильзы выполняет сжатие рабочей жидкости, тогда как вращение обеспечивает открытие и закрытие топливных каналов, соединенных с форсунками.
Системы с внешним приводом практически не применяются, поскольку не отличаются надежностью работы.
Привод роторного типа также называют внутренним кулачковым. Он имеет всего одну топливную секцию и от 2 до 4 плунжерных пар, расположенных радиально. В основе конструкции кулачковая шайба с пазами, внутри которой находится распредвал с плунжерами. Они приводятся в движение роликовыми башмаками, контактирующими с шайбой.
Особенностью этой конструкции является то, что втулки как самостоятельные элементы отсутствуют. Они представляют собой отверстия в распредвале насоса. Плунжеры движутся навстречу друг к другу, увеличивая и уменьшая общее надплунжерное пространство.
Принцип работы роторного привода схож с торцевым: вращение вала обеспечивает перемещение башмаков по поверхности шайбы, и они вдавливаются в пазы, толкая поршни и сжимая топливо. Затем под давлением топливо подается на распределитель и далее к форсункам.
Магистральные ТНВД системы Common Rail
Топливные насосы высокого давления магистрального типа применяются в системах Common Rail. Последняя предполагает аккумуляцию топлива в рампе перед его подачей к форсункам. Конструктивно этот тип насосов может иметь до 3 плунжеров, что позволяет достигать высоких уровней давления.
Движение плунжеров обеспечивается за счет воздействия кулачковой шайбы (вала), совершающей вращательные движения, а также специальной пружины. В заданный момент времени под действием кулачка пружина перемещает поршень вниз, что приводит к расширению надплунжерного пространства.
При этом воздух в камере разряжается, провоцируя раскрытие обратного клапана всасывающей магистрали и подачу топлива в камеру. Когда давление в камере увеличивается, клапан закрывается и поршень начинает обратное движение, сжимая топливо. При достижении нужного уровня давления открывается клапан нагнетательного канала и топливо поступает в рампу.
Способы дозирования топлива в ТНВД
Помимо основных классификаций, автомобильные насосы высокого давления разделяют по принципу дозирования топлива. Существуют три типа регулирования цикловой подачи:
Для дизельных систем клапанного типа основным способом регулирования цикловой подачи является перепуск топлива при нагнетательном движении поршня. При этом изменяется геометрический активный ход плунжера. В такой системе в начале нагнетательной магистрали устанавливается перепускной клапан, который срабатывает при превышении заданного уровня давления и отправляет часть топлива обратно в бак.
В распределительных насосах преимущественно выполняется дросселирование на впуске, при котором часть рабочей жидкости из контура высокого давления перенаправляется во всасывающую полость. В системах с торцевым приводом количество подаваемого топлива регулируется центробежной муфтой или электромагнитным клапаном, которые перемещают неподвижное регулировочное кольцо в заданное положение.
Исходя из типа привода аккумуляторные системы ТНВД могут использовать несколько способов регулировки цикловой подачи:
В современных магистральных системах количество топлива регулируется электронным блоком управления, раскрывающим дозирующий клапан на строго рассчитанную величину.
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.
Основные неисправности насосов высокого давления
Устройство любого топливного насоса высокого давления представляет собой сложную конструкцию, значит и потенциальных неисправностей у этого механизма достаточно много. Главной причиной возможных неполадок является плохое качество топлива, что относится как к дизельным системам, так и к бензиновым. Наибольшему износу подвержены плунжеры, и если при осмотре насоса будут установлены потертости на их поверхности, то это первый сигнал о некорректной работе.
Симптоматика поломки ТНВД во многом сходна с неисправностью мотора и системы охлаждения, а потому для более точной диагностики всегда необходимо обращаться в сервисный центр, где будет выполнена проверка на стенде. В бытовых условиях определить возможные нарушения работы насоса можно по следующим проявлениям:
Топливный насос высокого давления можно назвать уникальным агрегатом, который пока не имеет достойных альтернативных решений. Эволюция этого устройства за последние десятилетия затрагивает исключительно совершенствование отдельных деталей и повышение точности их изготовления без внесения кардинальных изменений в общий принцип работы.