Насос топливный низкого давления: первая ступень системы питания дизеля

Для работы топливного насоса высокого давления дизельных двигателей необходимо обеспечить подачу топлива в него под напором. Данную задачу решает топливный насос низкого давления — все об этом механизме, его типах, конструкции и принципе работы, а также о выборе и замене насосов рассказано в статье.

Что такое топливный насос низкого давления (ТННД)?

Топливный насос низкого давления (топливоподкачивающий насос, ТННД) — компонент ступени низкого давления топливной системы и системы впрыска дизельного двигателя; насос для подачи топлива из топливного бака во впускную полость топливного насоса высокого давления (ТНВД).

Данный агрегат выполняет несколько функций:

Конструкция и принцип работы ТННД тракторов МТЗ

• Создание на входе в ТНВД необходимого для его функционирования избыточного давления;
• Обеспечение поступления в ТНВД достаточного объема топлива;
• Создание во всасывающей разрежения, необходимого для забора топлива из бака и преодоления сопротивления фильтра грубой очистки (ФГО);
• Создание давления, достаточного для преодоления топливом сопротивления фильтра тонкой очистки (ФТО);
• Предотвращение выделения пузырьков легколетучих фракций из топлива при движении в топливной магистрали (что может происходить вследствие нагрева топлива во время работы двигателя и в теплое время года).

Применение ТННД на дизелях обусловлено особенностями работы ТНВД. В отличие от других типов насосов, на входе ТНВД не создается разрежение, за счет которого обеспечивался бы забор топлива из бака. Напротив, для нормальной работы насосных секций ТНВД на его входе необходимо создать некоторое избыточное давление (порядка 4-6 атмосфер) — именно эту задачу и решает ТННД.

ТННД обычно выполняется в виде отдельного компактного узла, который монтируется непосредственно на ТНВД и имеет привод от его кулачкового вала, либо устанавливается отдельно и имеет собственный привод. Вход ТННД соединен с магистралью топливной системы со стороны бака и ФГО, выход — с магистралью со стороны ФТО и входа ТНВД. В результате такого расположения топливоподкачивающий насос создает разрежение для забора топлива из бака и повышает его давление для преодоления сопротивления ФТО и подачи на ТНВД.

ТННД является одним из основных компонентов системы питания дизельного мотора, его поломка фактически выводит из строя и всю силовую установку. Так что ТННД необходимо как можно скорее ремонтировать или менять, а, чтобы сделать это правильно, следует разобраться в существующих типах этих агрегатов и их конструкции.

Классификация ТННД

Конструкция роликового топливоподкачивающего насоса



Конструкция роторно-лопастного топливоподкачиваюшего насоса



Конструкция шестеренчатого топливоподкачивающего насоса

В системах питания дизелей находят применение насосы трех основных видов:

• Шестеренчатые;
• Роторные;
• Поршневые.

При этом агрегаты могут иметь различный привод:

• Механический — от вала ТНВД, коленвала, распредвала;
• Электрический — от встроенного электромотора.

Как правило, электрический привод имеют некоторые виды роторных (роликовых) насосов, они выполнены в виде автономного узла, монтируемого рядом с двигателем, у топливного бака или в ином месте. Роторные и шестеренчатые насосы применяются на легковых авто и коммерческих грузовиках, оснащенных системой впрыска Common Rail (они могут быть как автономными, так и интегрированными в корпус ТНВД). Дизельные двигатели грузовых автомобилей с распределительной системой впрыска обычно имеют поршневой насос, интегрированный с ТНВД.

Каждый из указанных агрегатов имеет различный принцип работы и свои конструктивные особенности.

Конструкция и принцип работы роторных ТННД

Роторные насосы низкого давления бывают различных типов — роторно-лопастные, роликовые и другие. Однако они отличаются лишь способом формирования замкнутых камер для топлива.

Насосная секция роторного ТННД состоит из цилиндрического корпуса (плиты нагнетания), в стенках которой выполнены прорези переменного сечения, и вращающегося внутри корпуса ротора с прорезями, в которые на пружинах вставлены ролики или плоские лопасти. При вращении насоса ролики/лопасти, упираясь в стенки корпуса, образуют замкнутые полости, захватывают топливо со стороны всасывания и проталкивают его по прорези — за счет сокращения объема камеры давление топлива возрастает, и когда ролик/лопасть проходит выпускное отверстие, топливо выбрасывается через него в систему.

Недостаток роторных насосов — необходимость в сложном приводе от коленчатого вала, шестерен распредвала или вала ТНВД. Это повышает стоимость агрегата и снижает его надежность. Однако ТННД данного типа с электрическим приводом автономны и их характеристики не зависят от режима работы силового агрегата — это обеспечивает стабильное поступление топлива в ТНВД и повышает устойчивость работы мотора.

Устройство и принцип работы шестеренчатого ТННД

Конструктивно этот насос очень прост, он повторяет устройство обычных шестеренчатых масляных насосов. Основу ТННД составляет корпус, внутри которого расположены две зацепленные друг с другом шестерни. Каждая шестерня вращается в своей половине корпуса так, что ее зубцы прижаты к стенкам и образуют ряд герметичных камер. При вращении шестерен эти камеры захватывают топливо и перемещают его в сторону выпуска, за счет постоянного поступления топлива в сторону нагнетания его давление повышается до необходимой величины.

Для шестеренчатых насосов присущи те же преимущества и недостатки, что и для роторных. Однако эти ТНВД более просты по конструкции, а поэтому они дешевле в производстве и обслуживании, что и обусловило их широкое распространение.

Конструкция и принцип работы поршневого ТННД

Поршневые топливные насосы низкого давления бывают двух типов:

• Однократного действия — за один рабочий цикл выполняется одно накачивание топлива;
• Двукратного действия — за один рабочий цикл выполняется два накачивания топлива.

Конструкция и принцип работы поршневого ТННД однократного действия

Наиболее просто устроен насос однократного действия. Его основу составляет литой корпус, в котором находятся впускная и нагнетательная полости, а также центральная полость под поршень. Поршень соединен со штоком, который через цилиндрический толкатель или ролик опирается на эксцентрик кулачкового вала ТНВД, а обратной стороной упирается в пружину. Непосредственно в поршне или на всасывающей секции насоса выполнен впускной клапан, а выпускной расположен в нагнетательной секции.

Работа поршневого насоса однократного действия сводится к следующему. Пружиной шток прижимается к вращающемуся эксцентрику, поэтому при вращении вала шток набегает и сбегает с эксцентрика, а поршень совершает возвратно-поступательные движения. При движении поршня в сторону нагнетательной секции его клапан открывается и полость над ним заполняется. При движении поршня вверх клапан закрывается и полость герметизируется — за счет этого давления топлива повышается. При достижении необходимого давления срабатывает выпускной клапан и топливо поступает к фильтру тонкой очистки и ТНВД. Далее процесс повторяется.

Насосы однократного действия нагнетают топливо только при движении поршня в одну сторону, поэтому они создают пульсирующий поток. Этот недостаток устранен в насосах двукратного действия.

Конструкция и принцип работы поршневого ТННД двукратного действия

Конструктивно ТННД двукратного действия похож на предыдущий, однако в нем выполнены две пары впускных и выпускных клапанов, а поршень является герметичным и делит полость на две камеры. Работает агрегат просто. При движении поршня объемы полостей над и под ним изменяются: одна увеличивается, а другая уменьшается. В полости с уменьшающимся объемом давление растет и в определенный момент топливо, преодолев усилие пружины выпускного клапана, поступает в магистраль к ТНВД. В полости с увеличивающимся объемом, напротив, давление падает, за счет чего в нее поступает топливо из бака. При движении поршня в обратную сторону полости меняются ролями и в них происходят описанные выше процессы.

Насосы двукратного действия нагнетают топливо при движении поршня в обе стороны, поэтому они создают более равномерный поток топлива.

В насосах также предусмотрены механизмы изменения подачи топлива вслед за изменением скорости вращения коленвала. Это достигается регулировкой усилия пружины и введением в насос перепускного канала (иногда с дополнительным клапаном). Настройка этих компонентов выполняется так, чтобы при снижении оборотов мотора амплитуда движения поршня уменьшалась (например, за счет подачи топлива под поршень в насосах однократного действия или за счет упругости пружины) — это уменьшает подачу топлива, при росте оборотов подача восстанавливается.

Также в этих механизмах встраивается насос ручной подкачки, посредством которого осуществляется заполнение системы после длительного простоя или ремонта. Такой насос имеет простейший ручной привод с помощью рукоятки, которая в транспортном положении зафиксирована на корпусе агрегата резьбой.

Вопросы выбора и замены ТННД

ТНВД КАМАЗ с ТННД

Топливоподкачивающий насос постоянно работает с высокими нагрузками, вследствие чего его детали — поршень, клапаны и их седла, уплотнительные компоненты — подвергаются интенсивному износу и становятся причинами поломок. В большинстве случаев для устранения неисправностей и восстановления работы ТННД требуется заменить отдельные детали, которые продаются в ремкомплектах.

В случае серьезных поломок — при возникновении трещин в корпусе, изломов и разрушения деталей, их деформации и т.д. — насос меняется в сборе. На замену следует выбирать ту модель топливоподкачивающего насоса, которая рекомендована производителем транспортного средства и по характеристикам совместима с ТНВД. Все работы по замене и настройке насоса необходимо выполнять в соответствии с инструкцией по ремонту и ТО данного конкретного транспортного средства. При правильном выборе агрегата вся система питания дизеля будет работать надежно и эффективно на всех режимах.