Топливный насос низкого давления: первая ступень системы питания дизеля

ТННД (топливный насос низкого давления)

Для обеспечения работы топливного насоса высокого давления у дизельных двигателей необходимо пропускать топливо под давлением. Эта задача решается за счет использования топливного насоса низкого давления. В данной статье рассмотрены механизм, типы, конструкция и принцип работы этого насоса, а также рассказывается о выборе и замене насосов.

Определение топливного насоса низкого давления

Топливный насос низкого давления (ТННД), также известный как топливоподкачивающий насос, является одним из компонентов ступени низкого давления топливной системы и системы впрыска дизельного двигателя. Он предназначен для подачи топлива из топливного бака во впускную полость топливного насоса высокого давления (ТНВД).

Функции ТННД

Топливный насос низкого давления выполняет несколько функций:

• Создание избыточного давления на входе в ТНВД для его нормальной работы;
• Обеспечение достаточного объема топлива для ТНВД;
• Создание разрежения на всасывающей стороне для забора топлива из бака и преодоления сопротивления фильтра грубой очистки (ФГО);
• Создание достаточного давления для преодоления сопротивления фильтра тонкой очистки (ФТО);
• Предотвращение выделения легколетучих фракций из топлива при движении в топливной магистрали.

Использование ТННД на дизельных двигателях обусловлено спецификой работы ТНВД. В отличие от других типов насосов, на входе в ТНВД не создается разрежение для забора топлива из бака. Напротив, для нормальной работы насосных секций ТНВД требуется некоторое избыточное давление (примерно 4-6 атмосфер) на его входе. ТННД решает эту задачу.

ТННД обычно выполняется в виде компактного отдельного узла, который устанавливается непосредственно на ТНВД и приводится в движение его кулачковым валом. Он может также быть установлен отдельно и иметь собственный привод. Вход ТННД соединен с топливной магистралью со стороны бака и ФГО, а выход - со стороны ФТО и входа ТНВД. Благодаря такому расположению топливоподкачивающий насос создает разрежение для забора топлива из бака и повышает его давление для преодоления сопротивления ФТО и подачи на ТНВД.

ТННД является ключевым компонентом системы питания дизельного двигателя, и его поломка приводит к отказу всей силовой установки. Поэтому необходимо как можно быстрее проводить ремонт или замену ТННД. Для правильного выполнения этих процедур следует ознакомиться с различными типами и конструкцией этих агрегатов.

• Шестеренчатые;
• Роторные;
• Поршневые.

Каждый из этих агрегатов может иметь различный привод: механический (от вала ТНВД, коленвала, распредвала) или электрический (от встроенного электромотора). Обычно электрический привод имеют роторные насосы, которые представляют собой автономные узлы, устанавливаемые рядом с двигателем, у топливного бака или в другом месте. Роторные и шестеренчатые насосы применяются в легковых автомобилях и коммерческих грузовиках с системой впрыска Common Rail. Они могут быть как автономными, так и интегрированными в корпус ТНВД. Дизельные двигатели грузовых автомобилей с распределительной системой впрыска обычно оснащены поршневым насосом, интегрированным с ТНВД.

Каждый из этих агрегатов работает по своему принципу и имеет свои конструктивные особенности.

Структура и функциональность роторных ТННД

Типы роторных насосов низкого давления включают роторно-лопастные и роликовые насосы, но отличаются они только в способе формирования замкнутых камер для топлива. Насосная секция роторного ТННД состоит из цилиндрического корпуса, известного как плита нагнетания, в стенках которой имеются прорези переменного сечения. Внутри корпуса находится вращающийся ротор с прорезями, в которые вставлены ролики или плоские лопасти на пружинах. При вращении насоса, ролики или лопасти, сталкиваясь с внутренними стенками корпуса, создают замкнутые полости, захватывают топливо со стороны всасывания и перекачивают его через прорези.

При сокращении объема камеры давление топлива возрастает, и когда ролик или лопасть проходит выпускное отверстие, топливо выбрасывается в систему. Недостатком роторных насосов является необходимость в сложном приводе от коленчатого вала, шестерен распредвала или вала ТНВД, что повышает стоимость и снижает надежность агрегата. Что касается роторных ТННД с электрическим приводом, они автономны и их характеристики не зависят от режима работы силового агрегата, что обеспечивает стабильное поступление топлива и повышает устойчивость работы двигателя.

Устройство и принцип работы шестеренчатого ТННД

Шестеренчатый ТННД представляет собой простое по конструкции устройство и по сути является аналогом обычных шестеренчатых масляных насосов. Он состоит из корпуса, внутри которого расположены две зацепленные друг с другом шестерни. Каждая шестерня вращается в своей половине корпуса таким образом, что зубцы прижимаются к стенкам и образуют герметичные камеры. При вращении шестерен камеры принимают топливо и перекачивают его в направлении выпуска, что приводит к повышению давления до необходимого уровня. Шестеренчатые насосы имеют те же преимущества и недостатки, что и роторные. Однако они более просты в конструкции, что делает их более доступными по цене и обслуживанию, что в свою очередь обусловило их широкое распространение.

Строение и принцип операции поршневого насоса низкого давления

Существует два типа поршневых топливных насосов низкого давления:

• Однократный насос выполняет одно накачивание топлива за один рабочий цикл;
• Двукратный насос выполняет два накачивания топлива за один рабочий цикл.

Насос с однократным действием является наиболее простым по конструкции. Он содержит литой корпус, внутри которого находятся впускная и нагнетательная полости, а также центральная полость с поршнем. Поршень связан со штоком, который опирается на эксцентрик кулачкового вала ТНВД через цилиндрический толкатель или ролик с одной стороны и пружину с другой. Внутри поршня или на всасывающей секции насоса находится впускной клапан, а в нагнетательной секции - выпускной.

Работа насоса с однократным действием заключается в следующем. Шток пружины прижимается к вращающемуся эксцентрику, поэтому при вращении вала шток накладывается и снимается с эксцентрика, а поршень делает возвратно-поступательные движения. При движении поршня в направлении нагнетательной секции его клапан открывается, и полость над ним заполняется топливом. При движении поршня вверх клапан закрывается и полость герметизируется, что приводит к повышению давления топлива. При достижении необходимого давления открывается выпускной клапан, и топливо поступает к фильтру для тонкой очистки и ТНВД. Этот процесс повторяется.

Насосы с однократным действием нагнетают топливо только в одном направлении, поэтому они создают пульсирующий поток. Этот недостаток устранен в насосах с двукратным действием.

ТННД с двукратным действием конструктивно схож с предыдущим, однако в нем содержится две пары впускных и выпускных клапанов, а поршень является герметичным и делит полость на две камеры. Работа этого агрегата очень проста. При движении поршня объемы полостей над и под ним меняются: одна увеличивается, а другая уменьшается. В полости с уменьшающимся объемом давление растет, и когда преодолевается сила пружины выпускного клапана, топливо поступает в магистраль к ТНВД. В полости с увеличивающимся объемом, наоборот, давление падает, и топливо подается из бака. При движении поршня в обратную сторону полости меняются местами, и происходят описанные выше процессы.

Насосы с двукратным действием нагнетают топливо при движении поршня в обоих направлениях, что создает равномерный поток топлива.

В насосах также предусмотрены механизмы для регулирования подачи топлива в зависимости от скорости вращения коленвала. Это достигается регулировкой усилия пружины и установкой перепускного канала (иногда с дополнительным клапаном). Компоненты насоса настраиваются таким образом, чтобы при уменьшении оборотов двигателя амплитуда движения поршня уменьшалась (например, с помощью подачи топлива под поршень в насосах с однократным действием или с использованием упругости пружины), что приводит к снижению подачи топлива, а при увеличении оборотов подача восстанавливается.

Эти механизмы также включают ручной насос для заполнения системы после длительной стоянки или ремонта. Такой насос имеет простой механизм с ручным приводом через рукоятку, которая фиксируется на корпусе агрегата резьбой в транспортном положении.

Вопросы выбора и замены 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.