Если представить работу бензинового двигателя как бурный и шумный карнавал, то работа дизельного — это слаженная и мощная работа кузнечного пресса. А главным «дирижером» этого пресса является небольшой, но невероятно важный узел — Топливный Насос Высокого Давления, или просто ТНВД.
Что такое ТНВД?
ТНВД (Топливный Насос Высокого Давления) — это механическое или электронно-управляемое устройство в системе питания дизельных двигателей, главная задача которого — подать топливо в цилиндры в строго определенный момент и под очень высоким давлением.
Можно провести простую аналогию: если бензиновый двигатель «питается» воздушно-топливной смесью, которую поджигает искра, то дизель работает на воздухе, который сначала сильно сжимается и от этого раскаляется, а затем в него впрыскивается топливо. Именно ТНВД и отвечает за этот ювелирно точный и мощный впрыск.
Зачем он нужен? И почему такое высокое давление?
Ответ кроется в самом принципе работы дизельного двигателя. Воспламенение топлива происходит не от искры, а от контакта с воздухом, раскаленным от сильного сжатия в цилиндре. Чтобы это воспламенение было эффективным, нужно выполнить два условия:
1. Подать топливо в нужный момент. Момент впрыска должен быть идеально синхронизирован с положением поршня. Слишком ранний или поздний впрыск приводит к потере мощности, повышенному шуму («жесткая» работа) и большому количеству выхлопных газов.
2. Распылить топливо до состояния «тумана». Высокое давление (в современных двигателях оно может достигать 2000 атмосфер и более) необходимо для того, чтобы топливо, проходя через крошечные отверстия в форсунках, превратилось в мельчайшие капли. Чем мельче капли, тем больше их суммарная площадь поверхности, и тем лучше и полнее они смешиваются с горячим воздухом, обеспечивая быстрое и эффективное сгорание.
Проще говоря, без ТНВД не было бы того самого КПД, крутящего момента и экономичности, за которые мы ценим дизельные двигатели.
Принцип работы: Как он это делает?
Хотя существует несколько типов ТНВД (рядные, распределительные, магистральные), их базовый принцип работы схож. Рассмотрим его на примере классического рядного ТНВД.
Основной действующий дуэт: плунжерная пара.
Это сердце любого ТНВД. Она состоит из:
· Плунжера — поршенька с идеально отполированной поверхностью.
· Втулки — гильзы, в которой он движется с микроскопическим зазором.
Зазор между плунжером и втулкой настолько мал, что через него не просачивается даже топливо под огромным давлением. Эта пара изготавливается с высочайшей точностью и является прецизионным элементом.
4 такта работы одной плунжерной секции:
1. Впуск. Плунжер движется вниз. Открывается впускное отверстие в гильзе, и топливо из подкачивающего насоса заполняет пространство над плунжером.
2. Сжатие. Плунжер начинает движение вверх. Первое время топливо просто выталкивается обратно через то же впускное отверстие. Это продолжается до тех пор, пока плунжер не перекроет его своей верхней кромкой.
3. Нагнетание. Как только отверстие перекрыто, топливу деваться некуда. Дальнейшее движение плунжера вверх начинает резко повышать давление в надплунжерном пространстве. Когда давление достигает необходимого уровня, оно преодолевает усилие пружины нагнетательного клапана, и топливо по топливопроводу высокого давления устремляется к форсунке.
4. Сброс давления и дозировка. На плунжере есть специальная спиральная канавка (или другой механизм). Когда она доходит до уровня впускного отверстия, давление над плунжером мгновенно падает, так как топливо получает выход. Нагнетательный клапан закрывается, и впрыск прекращается.
Ключевой момент! Угол поворота плунжера (с помощью рейки или электроники) меняет момент, когда спиральная канавка откроет выпускное отверстие. Так регулируется количество подаваемого топлива. Повернули плунжер — впрыск закончился раньше, и топлива подано меньше. Повернули в другую сторону — впрыск был дольше, и топлива подано больше. Это и есть управление мощностью двигателя.
Синхронизация с двигателем обеспечивается за счет того, что ТНВД приводится от коленчатого вала через шестерни или ремень, строго сохраняя синхронность работы.
Эволюция: От механики к электронике
В старых двигателях ТНВД был чисто механическим и управлялся тягами и центробежными регуляторами. В современных системах (например, Common Rail или насос-форсунки) роль ТНВД изменилась. Чаще всего это магистральный насос, который нагнетает топливо в общую рампу («аккумулятор»), а момент и количество впрыска управляются электронными клапанами форсунок по команде от компьютера (ЭБУ). Это позволило добиться еще большей точности, экономичности и экологичности.
Заключение
ТНВД — это не просто насос, а сложный механизм, отвечающий за сердцебиение дизеля. Именно его точная и надежная работа позволяет нам сегодня наслаждаться мощью дизельных внедорожников, экономичностью малолитражек и исполинской силой тягачей и кораблей.
Подписывайтесь, это лучшая награда для меня писать, для вас!