ТНВД КАМАЗ: насос работает, как часы
Автомобили КАМАЗ оснащаются современными дизельными двигателями, в которых используются системы питания топливом отечественного и зарубежного производства, в том числе и аппаратура Common Rail от Bosch. Об устройстве и принципах работы топливной системы камских грузовиков, а также об ее особенностях, эксплуатации и обслуживании читайте в этой статье.
Общий взгляд на топливную систему КАМАЗ «Евро-2» и выше
Система питания топливом, работающая в дизельных силовых агрегатах грузовиков Камского автозавода, выполняет несколько основных функций:
• Безопасное хранение достаточного запаса топлива;
• Фильтрация топлива от различных механических загрязнений, а также очистка от воды;
• Подача и распыл топлива в цилиндрах (камерах сгорания) в установленные моменты времени.
Таким образом, топливная аппаратура является одной из основных систем двигателя, которая в принципе делает возможной его работу, а также обеспечивает достижение определенных характеристик — оборотов коленчатого вала, мощности, равномерности работы и других.
Топливная аппаратура (или система питания топливом) силовых агрегатов КАМАЗ «Евро-2» и «Евро-3» состоит из компонентов, часть из которых установлена непосредственно на двигателе, а часть — на раме и других частях транспортного средства. На машине расположены топливный бак, топливопроводы низкого давления, фильтр предварительной (грубой) очистки (он выполнен заодно с ручным насосом) и фильтр тонкой очистки. Непосредственно на моторе находятся топливный насос высокого давления (ТНВД), совмещенный с топливопрокачивающим насосом, магистрали высокого давления, форсунки и свечи электрофакельного устройства (ЭФУ, данная система обеспечивает пуск холодного мотора при температуре воздуха ниже -25°C).
Кроме того, топливная система работает в тесном взаимодействии с узлами другим систем: с всережимным регулятором оборотов двигателя, с системой очистки и подачи воздуха, деталями ГРМ, системой смазки и другими.
Сегодня на автомобилях КАМАЗ используется два типа топливной аппаратуры:
• Система с рядным ТНВД производства компании Bosch;
• Система с V-образным ТНВД производства ОАО «ЯЗДА» (Ярославский завод дизельной аппаратуры).
Принцип действия топливных систем обоих типов строится на одинаковых принципах и сводится к следующему. Топливо через расположенную на дне бака заборную трубку под действием пониженного давления, созданного топливопрокачивающим насосом, поступает в фильтр предварительной очистки и ручной топливоподкачивающий насос. Далее топливо подается на фильтр тонкой очистки и в ТНВД. На выходе из ТНВД топливо имеет высокое давление, с которым оно по магистралям подается на форсунки. Топливные форсунки производят распыление топлива в цилиндрах непосредственно перед прохождением поршней ВМТ. На входе в ТНВД установлен электромагнитный клапан, с помощью которого производится отбор топлива для работы электрофакельного устройства. Также от ТНВД и форсунок отходят возвратные магистрали, направляющие избытки топлива в бак.
Управление ТНВД осуществляется механическим (некоторые модели насосов Bosch) или электронным (некоторые насосы Bosch и все насосы ЯЗДА) блоком. Работой ТНВД управляет всережимный регулятор оборотов двигателя, который, в свою очередь, управляется с помощью электронного педального модуля. Таким образом, инженеры КАМАЗ ушли от традиционного механического акселератора, отдав предпочтение более современной и надежной электронике.
Отдельно нужно остановиться на устройстве и принципах работы некоторых компонентов топливной системы автомобилей КАМАЗ.
Фильтр предварительной очистки, совмещенный с топливоподкачивающим насосом. Оба этих компонента объединены в один узел, установленный на выходе топливного бака. Фильтр состоит из корпуса, внутри которого устанавливается сменный фильтрующий элемент, а в верхней части устанавливается ручной насос, входные и выходные патрубки и другие детали. Фильтр предварительной очистки задерживает частицы механических загрязнений размером от 30 мкм и более, а также очищает топливо от воды. Ручной насос необходим для прокачки топлива после длительной стоянки автомобиля, а также для удаления воздуха после замены фильтрующего элемента.
Топливопрокачивающий насос. Данный насос необходим для прокачки топлива через фильтры и для его подачи на ТНВД. Насос имеет традиционную поршневую конструкцию, он выполнен заодно с ТНВД, оба насоса имеют единый привод от коленвала двигателя.
Фильтр тонкой очистки топлива. Фильтр находится между топливопрокачивающим насосом и ТНВД, причем он располагается в самой высокой точке топливной системы, что обеспечивает наиболее простое удаление воздуха (для этого предназначен специальный клапан, который также является и предохранительным). Очистка топлива производится с помощью сменных фильтрующих элементов.
Топливные форсунки. Предназначены для распыления топлива в цилиндрах, благодаря чему образуется горючая топливно-воздушная смесь с определенной концентрацией топлива и воздуха. На сегодняшний день в двигателях КАМАЗ устанавливаются форсунки классической конструкции (механические, подъем иглы производится за счет давления топлива) с шестью распыляющими отверстиями производства ЯЗДА и АЗПИ (Алтайский завод прецизионных изделий). Всего в систему входит восемь форсунок — по одной на каждый цилиндр.
Топливопроводы. Магистрали низкого и высокого давления производятся из стальных трубок различного сечения. Магистрали низкого давления имеют внешний диаметр 10 мм при толщине стенок 1 мм, они рассчитаны на давление топлива от 4 до 20 атмосфер. Магистрали высокого давления изготавливаются из трубок внешним диаметром 7 мм и внутренним диаметром всего 2 мм, они рассчитаны на давление топлива до 300 и более атмосфер.
Также в состав системы подачи топлива входит несколько электромагнитных клапанов, тройник для сбора излишков топлива от форсунок и другие детали. А об основном узле топливной системы — ТНВД и его приводе — нужно рассказать более подробно.
Топливный насос высокого давления — сердце топливной системы
Как уже было сказано, в современных двигателях КАМАЗ используются V-образные ТНВД ЯЗДА и рядные ТНВД Bosch, однако они имеют один принцип работы.
Основу ТНВД независимо от его типа составляет нагнетательная секция, в которой находится плунжер с гильзой и нагнетательный клапан. Всего таких секций в насосе восемь — по одной на каждый цилиндр. В V-образном ТНВД секции расположены в два ряда по четыре штуки, в рядном — соответственно, в один ряд, поэтому первый тип насосов имеет меньшую длину при значительной ширине, а второй — большую длину при малой ширине.
Под нагнетательными секциями расположен кулачковый вал, обеспечивающий привод плунжеров и подачу топлива к форсункам в строго определенные моменты времени. Всего в насосе 8 секций, то есть — по одной секции на каждый цилиндр. И V-образные, и рядные насосы имеют один кулачковый вал, который также служит для привода топливопрокачивающего насоса и регулятора оборотов.
Как работает ТНВД? Все не так уж и сложно. Основу нагнетательной секции составляет плунжерная пара, состоящая из гильзы и движущегося в ней плунжера. В гильзе находятся отверстия впускного и выпускного каналов, а в самом плунжере — спиральная канавка, обеспечивающая слив излишков топлива. При опускании плунжера полость над ним заполняется топливом, которое поступает за счет топливопрокачивающего насоса. При поднятии плунжера некоторый объем топлива выдавливается через выпускной канал, но ровно до того момента, пока верхняя кромка плунжера не закроет отверстия каналов в гильзе. Далее происходит значительное (до 300 и более атмосфер) сжатие топлива, и при достижении определенного давления производится автоматическое открытие нагнетательного клапана, через который топливо поступает в форсунку. При дальнейшем движении плунжера вверх спиральная канавка открывает выпускной канал, и излишки топлива поступают в сливную магистраль — происходит отсечка. В начале слива топлива нагнетательный клапан закрывается, а при движении плунжера вниз полость над ним снова заполняется топливом.
Плунжер движется в гильзе благодаря соединенному с ним толкателю, который цилиндрической пружиной прижимается к своему кулачку вала. Также плунжер совершает не только колебательные движения, но и поворачивается на определенный угол вокруг своей продольной оси — благодаря этому обеспечивается установка угла опережения впрыска топлива и момента отсечки. Поворот плунжеров осуществляется специальной рейкой ТНВД, поэтому рейкой можно регулировать работу дизельного мотора.
На сегодняшний день двигатели КАМАЗ комплектуются несколькими моделями ТНВД Bosch (P7100, PE8 и другими) и большим количеством моделей ТНВД ЯЗДА (33-02, 33-10, 334, 337-20, 337-23, 337-40, 337-42 и другими). При этом использование на двигателе ТНВД иной модели, чем рекомендовано производителем, не допускается, так как это полностью нарушает работу силового агрегата.
Устройство привода ТНВД в силовых агрегатах КАМАЗ
Работа ТНВД, как и работа ГРМ и других систем, обеспечивается самим двигателем. Передача крутящего момента от коленвала на ТНВД осуществляется через несколько шестерен, расположенных в картере агрегатов. Верхняя шестерня непосредственно связана с валом привода ТНВД, который состоит из нескольких деталей:
• Ведущая полумуфта;
• Собственно вал привода;
• Ведомая (расположенная со стороны насоса) полумуфта с фланцем;
• Пакеты компенсационных пластин;
• Болты крепления.
Устроен вал следующим образом. Со стороны картера агрегатов на подшипнике закреплен короткий вал, на котором монтируется ведущая полумуфта. Полумуфта соединяется с валом привода через компенсационные пластины, собранные в пакет — данные пластины необходимы для компенсации несоосности деталей вала привода. Со стороны ТНВД вал также соединен с ведомой полумуфтой через компенсационные пластины.
Монтаж вала привода ТНВД производится по специальным меткам, предусмотренным на торце насоса, а также на ведомой полумуфте. Только правильная установка вала гарантирует согласованную работу ТНВД с коленвалом двигателя, если же вал сместится даже на незначительный угол в ту или иную сторону, то работа мотора будет нарушена из-за изменения угла опережения впрыска топлива.
Вал КАМАЗ является важным узлом в топливной системе двигателя, поэтому за ним, как и за насосом, необходимо следить и при появлении первых признаков неисправности производить ремонт или замену. Обычно вал продается в сборе, что значительно облегчает его замену и ремонт топливной системы в целом.
Обслуживание топливной системы КАМАЗ
Для нормальной работы топливной аппаратуры необходимо проводить ее регулярное ТО, которое в общих чертах сводится к следующему:
• Ежедневное удаление отстоя, скопившегося в фильтре грубой очистки топлива;
• Каждые 20 000 км пробега — установка новых фильтров тонкой очистки топлива;
• Периодическая проверка момента затяжки и, при необходимости — подтяжка болта крепления ведущей полумуфты вала привода ТНВД к валу шестерни в картере агрегатов;
• Проверка и устранение утечек в магистралях и во всех деталях топливной системы;
• Регулярная промывка форсунок на специальном стенде;
• Регулярное ТО топливного насоса высокого давления.
Важно отметить, что обслуживание ТНВД, особенно насосов Bosch, должно производиться только в специализированных сервисных центрах. Дело в том, что для обслуживания и регулировок ТНВД необходимо применение специальных стендов и приборов (в частности, моментоскопа для определения угла опережения впрыска). Кроме того, разборка и сборка ТНВД сама по себе довольно сложна и в случае ошибки можно легко вывести весь этот агргерат из строя.
Регулярное и грамотное обслуживание топливной системы — одно из условий надежной и бесперебойной работы двигателя, а значит, и эффективной эксплуатации грузовика.
