Как работает ТНВД дизельного двигателя?

Что такое ТНВД и его роль в работе двигателя

Топливный насос высокого давления (Injection pump в английских источниках) — узел системы питания автомобиля. Родоначальник ТНВД — Роберт Бош. Изначально устанавливался исключительно на дизельных силовых агрегатах. На легковых машинах стал использоваться с конца 30‐х годов XX века. Современные автогиганты применяют этот технически сложный блок на бензиновых моторах, имеющих распределенный впрыск топлива.

Что такое ТНВД и для чего он нужен?

ТНВД — что это такое в машине? Условно можно сравнить с сердцем человека — узел, обеспечивающий бесперебойную циркуляцию крови (топлива) по организму (топливной системе). На деле назначение блока несколько шире:

точное дозирование подаваемого топлива, где величина порции зависит от нагрузки;
нагнетание топлива в форсунки;
определение момента впрыска горючего в цилиндры.

Преимущество ТНВД перед карбюратором заключается именно в возможности подачи точно отмеренной порции топливно‐воздушной смеси в камеры внутреннего сгорания. Это решение позволяет снизить расход топлива. Насос напрямую связан с коленчатым валом: при разгоне порции увеличиваются, при падении оборотов — уменьшаются.

Так как работа дизельных агрегатов сопряжена с высокими нагрузками, то подача солярки производится под высоким давлением, обеспечивающим полное сгорание. Бензиновые моторы работают при значительно меньшей нагрузке. Поэтому использование топливного насоса целесообразно в системах с прямым впрыском горючего (не имеющих впускного коллектора).

Подводя промежуточный итог, можно сказать: что такое ТНВД в автомобиле — это способ увеличить КПД двигателя, снизить расход потребления топлива.

Устройство и принцип работы

Схематически устройство простого рядного ТНВД можно представить следующим образом:

поршень (плунжер), сопряженный с цилиндром (втулкой), которые работают как единое целое — плунжерная пара;
канавки для подачи топлива к плунжерным парам;
кулачковый вал с центробежной муфтой; вращение вала происходит посредством ремня ГРМ;
толкатели плунжера, на которые давит кулачковый вал;
возвратные пружины, обеспечивающие возврат плунжера;
клапаны нагнетательные;
штуцеры;
рейки зубчатые;

всережимный регулятор, который активируется педалью газа.

Представляя устройство узла, несложно понять его принцип работы, схожий с работой двухтактного ДВС:

вращается кулачковый вал;
кулачки вала давят на толкатели плунжера;
происходит движение плунжера по цилиндру;
повышение давления приводит к открытию нагнетательных клапанов;
топливо поступает через клапан к форсункам.

Конструкция насоса предусматривает подачу к форсункам не всей воздушно‐топливной смеси, но только строго определенной порции. Остатки отправляются в сливные клапаны. Центробежная муфта обеспечивает подачу дизельного горючего в конкретный момент. Всережимный регулятор необходим для определения количества смеси: давление на педаль газа увеличивает объем, ослабление — уменьшает.

От механики к электронике

Механические насосы постепенно вытесняются агрегатами с электронной начинкой. Устройство и принцип работы узлов отличается тем, что все происходящие в ТНВД процессы регулируются электроникой. Здесь обеспечение максимально точного количества смеси, моментальная реакция на малейшее изменение динамики. Механическим насосам такие параметры недоступны. Электроника позволила снизить циклы нестабильного сгорания топлива, уменьшить нестабильность работы дизеля на холостом ходу.

Следующий шаг — двухфазный впрыск топлива, обеспечивающий полноту сгорания. Следствие — уменьшение выброса в атмосферу токсичных продуктов и увеличение КПД двигателя. При этом система контролирует:

положение педали газа;
частоту вращения распредвала двигателя;
температуру двигателя (охлаждающей жидкости);
скорость движения;
величину подъема иглы форсунки;
давление наддува воздуха;
температуру воздуха на впуске;
работу свечей накаливания.

ТНВД с электронными блоками управления снабжены программами самодиагностики, значительно расширяющими возможности использования насосов. Так, при возникновении ряда отказов система будет работать, обеспечивая движение транспортного средства. Полный отказ происходит при выходе из строя микропроцессоров.

Виды ТНВД

В машиностроении используются следующие виды ТНВД:

рядные;
распределительные;
магистральные.

По принципу действия ТНВД делят:

непосредственного действия с механическим приводом плунжера;
с аккумуляторным впрыском.

Конструкция агрегатов различна, но неизменным является основной рабочий узел — плунжерная пара.

Рядные ТНВД используются на тяжелых и средних грузовиках, активно применяются в машиностроении. Неоспоримое преимущество — способность функционировать на топливе низкого качества. Простота конструкции — это надежность и неприхотливость в обслуживании. В рядных моделях количество плунжерных пар соответствует количеству цилиндров. Недостаток — громоздкость.

В распределительных насосах одна или две плунжерные пары (зависит об объема двигателя) обслуживают все цилиндры. Такая схема позволяет значительно уменьшить габариты и массу узла и обеспечивает равномерную подачу топливной смеси. Применяют агрегаты этого типа на легковых автомобилях. Популярные модели — Bosch, Lucas. Распределительные ТНВД различаются по исполнению кулачкового привода: торцевой, внутренний или внешний. Последний вариант практически не производится. Недостаток распределительных насосов — недолговечность.

Магистральные ТНВД имеют отличную от предыдущих вариантов схему. Нагнетание топлива производится плунжерами (от одного до трех), приводимыми в движение кулачковой шайбой либо валом. Дозирующий клапан отвечает за регулировку подачи топлива. Открытие и закрытие клапана обеспечивается электроникой. Агрегаты этого типа используются в топливной системе Common Rail.

Как понять, что ТНВД неисправен

Производители постоянно улучшают качество насосов, проводя испытания агрегатов в сборе и отдельных элементов. Но от возникновения неполадок никто не застрахован. Протестировать ТНВД, напичканный электроникой, без специального оборудования и программного обеспечения не представляется возможным. Как же понять, что проблемы возникли именно с этим узлом? Общие признаки таковы:

резкое увеличение расхода топлива;
проблемы с запуском двигателя;
выхлопные газы черного цвета;
едкий запах и повышенная дымность выхлопа;
регулярное соскальзывание ремня ГРМ;
утечки топлива;
падение мощности ДВС;
нестабильная работа мотора на холостых обортах.

Основная причина поломок — загрязнение плунжеров насоса (некачественное топливо, смазка и т. д.). Опасна для микронных допусков плунжера и вода, которая может содержаться в горючем.

Подводя итоги, можно сказать, что при соблюдении несложных правил эксплуатации (своевременный сервис, использование качественных ГСМ), ТНВД — надежный узел, позволяющий экономно расходовать топливо.

Что такое ТНВД на дизельном мотороре, как работает, в каких разновидностях выпускается

Любой автомобильный двигатель является сложным механизмом, который складывается из ряда важных агрегатов. Если брать дизельные моторы, то в их конструкции важное место занимают топливные насосы.

Что такое ТНВД

Понять, что такое ТНВД в машине, легко. Под этой аббревиатурой подразумевается топливный насос высокого давления. Находится ТНВД в дизельном двигателе, хотя, встречается и в некоторых бензиновых моторах. Этот агрегат отвечает за подачу топливной смеси под высоким давлением. Именно в этом заключается основа функционирования любого дизеля.

Дальше нам предстоит рассмотреть принцип работы этой детали, её устройство и существующие разновидности. А также изучим причины установки ТН высокого давления на бензиновые моторы.

Как работает ТНВД дизельного мотора

Работа дизельного двигателя сложная и многоэтапная. Важную, даже основную роль играет насосный механизм высокого давления. Многим будет интересно изучить принцип работы ТНВД, чем мы сейчас и будем заниматься.

Топливная масса под давлением поступает на форсунки. Этот процесс должен происходить не произвольно, а в определённый момент. Он контролируется автоматической системой. Задачей топливной системы высокого давления является создание нужного давления. За счёт полного сгорания топлива в цилиндрах пользователь получает максимальную мощность двигателя.

Устройство и принцип работы ТНВД организованы таким образом, чтобы рабочее давление превышало отметку в 150 Мпа. Это очень высокий показатель. Для его достижения насос должен соответствовать ряду требований. Например, материал для изготовления этой детали должен быть сверхпрочным и надёжным. Производители используют особый сплав алюминия АЛ9.

В конструкции насоса присутствует плунжерная пара. Это цилиндр небольшого диаметра и стержень соответствующего размера. Для этих деталей используется особая марка стали, которая рассчитана на высокие рабочие нагрузки (25Х5МА). К этим деталям предъявляются очень высокие требования.

От частоты вращения коленвала зависит количество дизеля, отправляемого на подачу, и момент, в который это происходит. За счёт выжимания педали газа увеличивается нагрузка и мотор получает нужную порцию горючего. Если насосная система находится в исправном состоянии и работает без перебоев, то мотор будет работать слаженно и равномерно.

Устройство ТНВД дизельного двигателя может отличаться в зависимости от типа механизма. Выделяют 4 основных разновидности насосов, которые устанавливаются на дизельные агрегаты.

Виды насосов высокого давления для подачи дизельного топлива

На разных моторах, которые отличаются модификацией и поколением, могут устанавливаться различные топливные насосы. Всего выделяют четыре разновидности топливного насоса высокого давления, которые используются в дизельных двигателях.

Рядные ТНВД

Такие устройства отличаются наличием у каждого цилиндра индивидуальной плунжерной пары. Они сосредоточены в едином корпусе, при этом, топливо подаётся через отдельные каналы. Принцип работы такого агрегата выглядит следующим образом:

плунжер приводится в движение за счёт вращения кулачкового вала, который оснащён приводом, идущим от коленвала мотора;
толкатель заставляет плунжер передвигаться по втулке;
при заданном давлении выпускной клапан открывается, за счёт чего топливная смесь направляется в рабочий цилиндр;
для регулирования времени подачи топлива и его количества может использоваться механическая система или электронная.

Рядный ТНВД

Насосные системы рядного типа зарекомендовали себя с хорошей стороны. Они надёжные и выносливые. Сейчас такие устройства используются на больших автомобилях. Для легковых авто выбираются другие механизмы.

Распределительный ТНВД двигателя

Здесь присутствует лишь несколько плунжеров, которые отвечают за регулирование давления топлива. Для подачи топливной смеси используется распределительная головка и каналы. Такие механизмы полюбились автомобилистам из-за ряда важных преимуществ:

небольшие габариты и уменьшенная масса позволяют без проблем использовать их в конструкции легковых авто;
подача топлива всегда происходит равномерно.

Среди недостатков стоит выделить низкий рабочий ресурс, причиной этому служит увеличенная нагрузка на плунжерные пары.

Распределительный ТНВД

Магистральные топливные насосы

Этими механизмами оснащены практически все современные авто с дизельными моторами, на которых стоит аккумуляторная система подачи топливной массы Common Rail. Отличается такой механизм подачей топлива сразу в топливную рампу, которая выступает аккумулирующей ёмкостью.

Конструкция создана таким образом, что процессы нагнетания топлива и его впрыска разделяются. За счёт этого процессы становятся более управляемыми. Чаще всего производители устанавливают модели с 1-3 плунжерными парами, которые приводятся в действие за счёт пружин или сжатой газовой смеси. Не являются редкостью модели с гидравликой.

Самыми современными являются такие механизмы. Но для их работы необходимо использовать топливо высокого качества. В противном случае будет снижаться качество их работы и долговечность.

Подкачивающий насос дизельного двигателя

Подкачивающая насосная система выполняет сразу два процесса:

На подготовительном этапе топливо проходит очистку посредством фильтров, которые убирают твёрдые элементы из его состава.
Рабочий этап заключается в передаче очищенного топлива дальше по системе.

Подкачивающий насос

Во время работы помпы низкого давления дизель подаётся в несколько завышенном объёме. За счёт работы подкачивающего насоса давление приходит в норму в моменты воздействия на мотор высокой нагрузки.

Зачем устанавливается ТНВД на бензиновом двигателе

Раньше подобные механизмы можно было встретить только на дизельных моторах. Когда появились инжекторные бензиновые агрегаты, возникла необходимость в установке подобных деталей и на такие механизмы. В силовых агрегатах инжекторного типа горючее подаётся к форсункам под высоким давлением. Это не единственная функция ТНВД на бензиновом двигателе, хотя и основная. Эти устройства отвечают ещё за некоторые важные функции:

регулирование количества топливной массы, которая идёт на подачу;
контроль момента, когда должен осуществляться впуск горючего на каждый цилиндр.

На другие типы бензиновых моторов подобные системы не устанавливаются.

Такие системы, хоть и создаются из прочного материала с чётким соблюдением высоких требований относительно безопасности и надёжности, всё равно нуждаются в регулярном обслуживании и контроле. Только слаженная работа этого механизма будет обеспечивать бесперебойную работу авто даже после длительного простоя и в лютые морозы. Поверьте, лучше периодически проверять состояние насоса и силового агрегата в целом, чем тщетно пытаться завести автомобиль.

Топливный насос высокого давления (ТНВД)

Топливный насос высокого давления (популярная аббревиатура —ТНВД) является обязательным элементом узла подачи горючей смеси, которая направляет бензин / дизельное топливо напрямую в цилиндр. Узел бывает многоплунжерным, распределительным и магистральным, применяется на дизельных и бензиновых ДВС.

Ниже подробно рассмотрим особенности и устройство детали, поговорим о классификации, назначении, основных неисправностях и прочих моментах. Отдельно приведем описание ТНВД в автомобиле Камаз, симптомы неисправности и рекомендации по ремонту.

Что такое топливный насос высокого давления в дизеле, назначение

Являясь неизменным элементом авто, топливный насос предназначен для подачи горючего сразу к форсункам, а иногда сначала к топливной рампе. После этого солярка / бензин распрыскивается и зажигается в полости цилиндра.

Простыми словами, ТНВД необходим для создания оптимального давления, которое должно быть выше той компрессии, которая создается внутри камеры сгорания. В среднем эта величина составляет от 200 до 2000 бар, зависит от типа, конструктивных и иных особенностей.

Классификация и устройство ТНВД

Конструктивно топливный насос высокого давления бывает нескольких видов, имеющих схожий принцип действия и разную конструкцию. Рассмотрим каждый из видов подробнее.

Многоплунжерные

Особенность — наличие индивидуальных плунжеров для каждого цилиндра. Такие виды насосов бывают двух видов:

V-типа — установлены под 75-120-градусным углом в 2-рядном исполнении;
Рядные — смонтированы в однорядном исполнении и находятся друг возле друга.

В рядных насосах горючее подается к форсункам двигателя по определенному алгоритму с помощью механического привода и кулачков. Последние управляют плунжерной парой и обеспечивает ее перемещение.

При движении поршня вниз топливо втягивается, а вверх — формируется давление, и после подается горючее. Время открытия рассчитывается с помощью ЭБУ, получающего команды от нескольких датчиков, контролирующих позицию педали акселератора и частоту работы коленвала.

В V-образных ТНВД узел перемещения плунжеров объединен с рейками, которые действуют на втулочный элемент. Благодаря этому, устройство занимает меньше места, имеет большую жесткость, укороченный вал кулачков и повышенное давление подачи топлива.

Распределительные

В таких ТНВД предусмотрен один-два плунжера, обеспечивающие подачу горючего прямо в камеру сгорания. Число цилиндров — 4-12. Распределительный тип насосов высокого давления популярен в легковых машинах, ведь на грузовых автомобилях они подлежат более быстрому износу. Такой вид насосов чаще всего встречается на бензиновых моторах.

Плунжерный привод имеет вид кулачкового механизма роторного, внешне приводного и торцевого типа. Последний вариант наиболее популярный, ведь требует наличия только одной плунжерной пары. Внешне приводные системы почти не используются из-за низкой надежности.

В роторных приводах предусмотрена лишь одна секция подачи топлива и две-четыре плунжерные пары. Здесь нет самостоятельных втулок, ведь они имеют вид отверстий в распределительном вале ТНВД. Что касается особенностей работы, они очень похожи на торцевой вариант.

Магистральные ТНВД системы Common Rail

По названию понятно, что такой вид насосов используется в системе CommonRail, подразумевающей сбор горючего в топливной рампе до отправки к форсункам. В системе предусмотрено до трех плунжерных элементов, обеспечивающих высокое давление. Плунжерный механизм перемещается с помощью вращающегося вала и пружины. В определенный момент кулачок воздействует на пружинку, а так на поршень, что приводит к увеличению объем над плунжером.

Указанные выше действия приводят к разрежению камеры, открытию клапана и подаче горючего.

С ростом давления происходит закрытие клапана и перемещение клапана в обратном направлении с параллельным сжатием горючего. Как только достигается нужный уровень, происходит открытие специального клапана и подача горючего.

Дозировка топлива в ТНВД

При изучении ТНВД двигателя необходимо учитывать особенности узла с позиции подачи горючей смеси. По принципу дозированияони бывают:

с отсечкой на завершающей стадии;
обеспечивающие дросселирование на подаче;
смешанные.

На дизельных моторах, как правило, применяется первый тип дозирования с отсечкой и использованием перепускного клапана. Последний работает после повышения давления выше определенного уровня с отправкой определенной части горючего в основной бак.

В ТНВД распределительного типа применяется второй вариант с дросселированием. Здесь некоторый объем смеси из основного контура направляется во всасывающую емкость. Количество горючего контролируется муфтой или ЭМ-клапаном, перемещающим фиксированное кольцо, находящееся в определенном положении.
Регулировка подачи горючего бывает:

механической / электронной;
пружинной (с закрытием дозатора).

В новых авто для снижения расхода топлива используется ЭБУ, контролирующий настройки насоса и выдающий ошибки в случае сбоев в работе.

В его функции входит расчет дозировки для каждого клапана. После ремонта ТНВД данные аннулируются, что может потребовать новую настройку. Регулировка должна выполняться с помощью специальных стендов и с привлечением специалистов.

Уровень давления и коэффициент сжатия

Эффективность работы топливного насоса зависит от правильной дозировки, корректности расчета времени при подаче горючего в камеру сгорания и создания нужного давления. Здесь выделяются следующие параметры для разных ТНВД:

Рядные — 55-135 МПа, в редких случаях от 15 МПа.
Магистральные — до 135-200 МПа. Давление увеличивалось с развитием технологии и появлением новых поколений. Например, системы 1-го поколения работали с давлением 17-135 МПа, а последнего (4-го) — 23-200 МПа.
На бензиновых моторах — 3-11 МПа.

Важным моментом в работе дизельного мотора является и степень сжатия.

При расчете коэффициента учитывается отношение между объемом цилиндра (максимальным параметром) и размером камеры при нахождении поршня в самом вверху. В среднем степень сжатия находится между 18:1 и 22:1. Эти показатели учитываются в комплексе с давлением ТНВД и другими параметрами силового агрегата.

ТНВД в Камазе

Грузовой автомобиль Камаз занимает лидирующие позиции на российском рынке и сильно отстает от конкурентов в других странах мира. В основном в линейку машин входят грузовики с дизельным и турбированным мотором. Функционально назначение ТНВД в Камазе не отличается от других грузовых машин. В его задачи входит подача топлива к форсункам, создание нужного давления и дозировка, определение времени подачи и очистка горючей смеси.

В зависимости от модификации ТНВД Камаза могут отличаться. Почти во всех автомобилях этого производителя используются 2-рядные насосы V-образного типа. Конструктивно они имеют 8-секционное исполнение по четыре в каждом ряду. Такие устройства работают на механическом принципе и в комплексе с коленвалом.

Конструктивно топливный насос Камаза состоит из следующих компонентов:

Корпус, закрывающий и защищающий остальные узлы.
Базовый элемент (плунжерная пара), установленная в своих секциях.
Пружины — помогают двигать поршень в цилиндре и передавать энергию кулачка к плунжерным толкателям.
Штуцеры: предназначены для слива / подачи горючего.
Толкатели плунжерного механизма.
ЭМ-клапан для закрытия процесса подачи.
Датчики, устройства управления / контроля топливного насоса.

Эффективность работы этого элемента Камаза гарантирована работой электроники, обеспечивающей своевременность подачи и оптимальное давление ТНВД. Параллельно снижается потреблением топлива, обеспечивается его 100-процентное сжигание и, соответственно, высокий КПД.

Топливный насос Камаза работает по следующему принципу:

Передача энергии от коленвала к кулачку.
Вращение кулачкового вала и запуск толкателей.
Смещение плунжера с помощью пружин и своего движения.
Закрытие поршнем клапана впуска и создание давления.
Работа форсуночного клапана и подача горючего.
Зажигание топлива.
Удаление лишнего горючего и возврат плунжера в первоначальную позицию.
Открытие клапана впуска и старт нового цикла.

Как видно, принцип работы ТНВД Камаза классический, что упрощает обслуживание и позволяет с легкостью ремонтировать узел в случае выявления поломки.

Использование насосов высокого давления в бензиновых двигателях

У многих автовладельцев сложился стереотип, что ТНВД используется только на дизельных моторах. Это не так, ведь высокое давление может потребоваться и на бензиновых ДВС с прямым впрыском.

К примеру, топливный насос ставится на двигателях с GDI-системами, когда горючее подается непосредственно в цилиндры. Такие моторы требуют заправки качественным бензином с высоким октановым числом.

Применение горючего с присадками не рекомендуется, ведь это может привести к ошибкам в работе ТНВД и снижению его эффективности. Конструктивно механизм на GDI-двигателях состоит из следующих элементов:

клапан, регулирующий низкое давление;
устройство-регулятор вращения;
штуцер и дроссель для вывода горючего;
распредголовка;
насос низкого давления;
внутренняя полость;
ЭМ-клапан остановки горючего;
автомат опережения впрыска бензина.

Ошибка многих владельцев бензиновых авто с ТНВД — экономия на топливе, из-за чего дорогостоящий механизм быстро выходит из строя.

На первом этапе формируются потертости плунжеров, а внутри можно заметить красноватый оттенок, имеющий схожесть с коррозией. Первыми признаками сбоев в работе может стать снижение мощности и трудности с пуском. В таких случаях необходимо ехать на СТО для ремонта. Подробнее на этих вопросах остановимся ниже.

Основные неисправности, их причины, ремонт ТНВД

Топливный насос — сложный узел, который в процессе эксплуатации может выходить из строя. Как уже отмечалось, причиной проблем может быть плохое топливо, а первыми под «удар» попадают плунжеры. При этом симптомы поломки очень похожи на признаки, характерные для двигателя.
Неисправность ТНВД проявляет себя следующими признаками:

увеличение расхода;
течь горючего;
перегрев двигателя;
нестабильность работы ДВС на небольших оборотах;
падение мощности;
появление дыма в выхлопной системе;
подозрительные шумы и т. д.

К основным причинам неисправности стоит отнести:

Небольшой зазор в плунжерных парах.
Плохая солярка.
Попадание воды в дизельное топливо, что приводит к снижению ресурса узла и необходимости замены ТНВД.
Загрязнение топливного фильтра и, соответственно, попадание грязи в топливный насос.
Износ подшипников из-за дефекта или естественного старения.
Брак устройства: трещины, нарушение целостности подшипников, заедание втулки плунжера.
Проблемы с герметичностью и уплотнением ТНВД.
Коррозия плунжеров из-за высокого содержания воды в топливе.
Ошибки в работе клапана ТНВД.
Повреждение пружины, обеспечивающей возврат плунжера.

При появлении подозрений на неисправность необходимо проверить наличие влаги в плунжерных парах, измерить в них давление и проверить датчики, подающие команды к ЭБУ. Кроме того, важно осмотреть систему на факт утечек горючего и замерзание насоса. Наиболее эффективной является проверка в условиях СТО, где для выполнения работы применяется специальный стенд.

В случае замены нужно купить ТНВД и следовать инструкции производителя. Для продления срока службы механизма рекомендуется:

ежегодная промывка топливной системы;
своевременная замена фильтра, очищающего горючее;
применение зимнего дизеля в холодное время года;
покупка качественной солярки;
поддержание высокого уровня топлива в баке;
прогрев двигателя зимой перед поездкой;
использование специальных присадок при низком качестве дизельного горючего.

Указанные выше меры позволяют продлить срок службы ТНВД и обеспечить его нормальную работу.

Важность топливного насоса, обеспечивающего подачу солярки или бензина под нужным давлением, трудно переоценить. Неисправности этого узла сразу влияют на динамические характеристики, потребление топлива и безопасность эксплуатации. Вот почему автовладелец должен знать особенности этого узла, принцип работы и вовремя распознавать поломки.

Принцип работы ТНВД

ТНВД (Топливный насос высокого давления)

ТНВД представляет собой один из ключевых узлов двигателя транспортного средства. Его важность показывает сравнение с сердечной мышцей в организме человека, задачей которой выступает обеспечение циркуляции крови по телу. Назначение ТНВД аналогично, с той лишь разницей, что он отвечает за перемещение горючего по топливной системе.

Определение

ТНВД или топливный насос высокого давления – это сложный с конструктивной и технологической точек зрения узел системы подачи топлива в дизельном или бензиновом двигателе. Английское название устройства — injection pump. Основными функциями ТНВД выступают такие:

подача горючего к форсункам с одновременным нагнетанием давления;
дозирование топлива в зависимости от выбранного водителем режима эксплуатации;
определение оптимальной периодичности впрыска топлива в цилиндры двигателя.

Ключевым отличием топливного насоса высокого давления от выполняющего в целом аналогичные функции карбюратора выступает впрыск четко дозированного количества горючего в камеры внутреннего сгорания двигателя. Это достигается установлением непосредственной связи с коленчатым валом, что позволяет при разгоне автомобиля увеличивать порцию подаваемой топливно-воздушной смеси, а при уменьшении оборотов – снижать объем впрыскиваемого горючего. Как следствие – уменьшается расход топлива и обеспечивается более высокий КПД работы двигателя, что и выступает главным достоинством ТНВД.

История разработки и совершенствования

Разработчиком ТНВД считается Роберт Бош. Активное использование рассматриваемой разновидности топливного насоса на легковых автомобилях началось во второй половине 30-х годов прошлого века.

Изначально топливный насос высокого давления предназначался исключительно для дизельных двигателей. Однако, в настоящее время ТНВД применяется и для бензиновых агрегатов, оборудованных инжекторной системой, обеспечивающей впрыскивание топлива непрямую в цилиндры.

Постоянный рост требований в части охраны труда и соблюдения экологических стандартов объясняет еще одно важное направление улучшения ТНВД. В современных условиях произошло вытеснение механических топливных насосов устройствами, оснащенными электронной регулировкой подачи горючего. Второй вариант системы впрыска топлива намного экономичнее и сводит к минимуму количество вредных выбросов в атмосферу.

Устройство

Различают несколько видов топливных насосов высокого давления. Несмотря на существенные конструктивные различия, основным рабочим узлом ТНВД является так называемая плунжерная пара. Основной ее задачей является нагнетание давления в топливной системе.

Устройство плунжерной пары включает две детали – поршень или плунжер, давший название рабочему узлу, и втулка или гильза. Принцип работы устройства основан на возвратно-поступательном движении, которое плунжер осуществляет внутри втулки. При этом каналы и клапаны, расположенные внутри ТНВД обеспечивают подачу горючего в полость, размещенную над плунжером, а также его отвод после сжатия и нагнетания давления.

Узел может эффективно работать только при обеспечении высокого уровня герметичности. Для этого рабочие поверхности и поршня, и втулки тщательно обрабатываются, что дало еще одно название плунжерной пары – прецизионная, то есть высокоточная. Еще одно обязательное требование к поршню и втулке – изготовление из крайне прочных марок стали, способной выдержать серьезные нагрузки.

Наличие других конструктивных элементов, деталей и узлов топливного насоса высокого давления зависит от конкретной разновидности устройства. Конструкция наиболее простого и широко распространенного рядного ТНВД предусматривает присутствие следующих деталей:

плунжерная пара, подробно описанная выше;
специальные канавки, назначение которых – подача горючего к плунжерной паре;
кулачковый вал, оснащенный центробежной муфтой, который вращается при помощи ремня ГРМ;
толкатели плунжера, передающие энергию, поступающую от кулачкового вала;
пружины, предназначенные для возврата плунжера в исходное положение;
нагнетательные клапаны, обеспечивающие движение топлива в нужном для эксплуатации двигателя направлении;
зубчатые рейки, штуцеры и так называемый всережимный регулятор, активируемый педалью газа.

Некоторые особенности других разновидностей ТНВД описываются ниже. Но независимо от различий в конструкции, принцип работы любых топливных насосов высокого давления примерно одинаков.

Принцип работы

Схема работы рассматриваемой модели топливного насоса напоминает эксплуатацию двухтактного двигателя внутреннего сгорания. Она включает в себя несколько последовательно реализуемых этапов:

Вращение кулачкового вала с оказанием давления на толкатели плунжера.
Перемещение поршня по втулке.
Увеличение давления топлива, в результате которого открываются нагнетательные клапаны.
Поступление горючего к форсункам через открытые клапаны.

Важной особенностью ТНВД выступает попадание в форсунки не всей топливно-воздушной смеси, а только четко определенной дозы. Оставшееся топливо через специальные сливные клапаны возвращается в систему. Наличие центробежной муфты обеспечивает поступление горючего в нужный момент, а присутствие в конструкции всережимного регулятора обеспечивает точное определение необходимого объема смеси. В результате одновременной работы всех узлов топливного насоса высокого давления удается добиться продуктивной работы двигателя при минимально возможном расходе топлива.

Дальнейшего увеличения КПД двигателей, оснащенных ТНВД, позволяет добиться использование электронных систем управления работой топливного насоса. Современные высокоточные датчики контролируют все ключевые параметры системы, к числу которых относятся:

изменение положения педали газа;
количество оборотов распределительного вала;
уровень температуры охлаждающей жидкости;
скорость транспортного средства;
уровень давления в системе наддува воздуха;
изменение положения иглы форсунки и т.д.

Дополнительный плюс ТНВД с электронным блоком контроля и управления – наличие эффективных программ самодиагностики системы. Они позволяют быстро выявлять возникшие проблемы и обеспечивают работу двигателя даже в случае отказа отдельных узлов или деталей.

Классификация

Для классификации ТНВД применяется несколько признаков. По принципу работы различают топливные насосы непосредственного действия и системы, предусматривающие аккумуляторный впрыск. Первая разновидность также делится на два типа – с механическим и пневматическим приводом. Она обеспечивает одновременное осуществление процессов нагнетания давления и впрыска, а потому проще и намного чаще применяется на практике.

Вторая разновидность – топливный насос с гидроаккумулятором – разделяет выполнение накачки топливно-воздушной смеси и ее впрыска в форсунки. Сначала горючее собирается в специальном хранилище, который и называется аккумулятором, после чего передается для сжигания. В результате повышается эффективность работы двигателя, но при этом заметно усложняется конструкция ТНВД. Последний аргумент стал главной причиной того, что насосы с гидроаккумулятором не относятся к числу популярных.

Второй классифицирующий признак – конструктивные особенности насоса. В соответствии с ними принято различать три типа ТНВД:

Рядные. Наиболее простая и надежная конструкция, предусматривающая наличие нескольких ниш или секций, каждая из которых предназначена для подачи топлива в одну форсунку двигателя. При этом плунжерные пары размещаются в ряд, что и дало название агрегату. Сегодня такая разновидность ТНВД применяется исключительно на грузовых автомобилях, что объясняется надежностью и низким уровнем требований к качеству топлива. Однако, из-за больших габаритов и невысокого, по сравнению с альтернативными вариантами, КПД, установка на легковые авто прекращена в 2000 году.
Распределительные. Данная разновидность насоса предполагает наличие одного или двух плунжеров, количество которых определяется объемом двигателя. Благодаря особенностям конструкции, этого оказывается вполне достаточно для обслуживания цилиндров, число которых варьируется в пределах от 4 до 12. В результате, достигается уменьшение массы и размеров ТНВД, что позволяет использование на двигателях легковых авто. Основной минус – сравнительная недолговечность насосов распределительного типа.
Магистральные. ТНВД этого типа предусматривает систему подачи топлива Common Rail, которая стала в последние годы одной из наиболее востребованных. Главная особенность – накапливание топлива перед поступлением к форсункам в специальной рампе. Основное достоинство магистральных ТНВД – высокий уровень давления (свыше 180 МПа), благодаря которому достигается более эффективное сжигание горючего, обеспечивающее рост КПД при снижении расхода топлива.

Частые неисправности

Несмотря на достаточно серьезные конструктивные различия между разновидностями топливных насосов высокого давления, их эксплуатация сопровождается необходимостью выполнение ряда обязательных требований. Первое и главное из них – использование топлива, соответствующего характеристикам конкретной модели насоса.

Второе необходимое условие – своевременное и регулярное техническое обслуживание агрегата. Третье требование – применение в процессе эксплуатации качественных смазочных материалов.

Невыполнение любого из перечисленных условий приводит к необходимости дорогостоящего и весьма трудоемкого ремонта, что связано со сложностью конструкции ТНВД и, как следствие, большим объемом работ по снятию плунжерной пары или других пришедших в негодность деталей. Наиболее частыми неисправностями топливного насоса высокого давления являются:

увеличение количества образуемого в ходе выхлопа дыма;
повышенный расход топлива;
снижение мощности двигателя;
возникновение посторонних шумов;
трудности с запуском двигателя;
скачки такого важного показателя, как количество оборотов.

Несмотря на внушительный перечень возможных неисправностей, необходимо отметить, что качественно изготовленный ТНВД при грамотной эксплуатации является надежным и долговечным устройством. Следование приведенным выше рекомендациям и правильное использование топливного насоса гарантирует экономичную и эффективную работу двигателя в течение всего нормативного срока службы.

ТНВД: как устроены и почему ломаются

ТНВД: как устроены и почему ломаются

Топливный насос высокого давления – обязательный и сложный компонент дизельного двигателя. Изначально ТНВД брал на себя практически все функции по подаче топлива в камеры сгорания: создавал необходимое давление и распределял топливо по форсункам. Эти задачи выполняли и выполняют насосы рядного и распределительного типа. Рядные ТНВД применялись на моторах легковых автомобилей, созданных до 2000 года. Насосы такого типа неприхотливы и выносливы, смазываются моторным маслом, но громоздки (количество плунжеров в них равняется количеству цилиндров двигателя), имеют большие потери на внутреннее трение и не способны создать достаточно высокого давления для эффективного распыления топлива.

Распределительные ТНВД устанавливаются на дизельные двигатели с количеством цилиндров от 3 до 6. В отличие от рядных ТНВД, в конструкции распределительных ТНВД присутствует лишь один или два плунжера, обеспечивающих топливом все цилиндры двигателя. Такой насос легче, компактнее, обеспечивает одинаковое давление и количество топлива для всех цилиндров двигателя. Моторы с распределительным ТНВД экономичнее, тише и мощнее. Однако они более требовательны к качеству топлива.

Самый современный вариант ТНВД – это магистральный насос. Он избавлен от функции распределения топлива по форсункам. Вместо этого, он накачивает дизтопливо в общую топливную магистраль (рампу, Common Rail), представляющую собой металлическую трубку, запаянную с обеих сторон. Каждая из форсунок двигателя соединена с рампой отдельным топливопроводом.

Магистральный насос имеет в своей конструкции до трех плунжеров (в самых современных типах – один плунжер), способных нагнетать в рампу топливо под давлением до 180 МПа. Также существуют магистральные насосы роторного типа. ТНВД системы Common Rail еще легче и компактнее, имеют минимальные потери на внутреннее трение, создают высокое давление топлива, необходимое для его быстрого и максимального распыления. Такие ТНВД созданы с очень высокой точностью, их плунжеры смазываются топливом, а потому очень требовательны к качеству и чистоте топлива.

В поисках неполадки

Часто такие симптомы как плохой и неуверенный запуск мотора, падение мощности и увеличение расхода топлива относят именно к системе Common Rail. Такой «быстрый диагноз» ставят неопытные или нечестные диагносты. На самом деле правильно проводить комплексную компьютерную диагностику двигателя, контролируя параметры наддува, подачи топлива, характеристики давления в топливной системе, параметры расходомера, характеристики системы рециркуляции выхлопных газов (EGR) и заслонок системы изменения турбулентности во впускном коллекторе. Также часто к такой проблеме как невозможность запуска двигателя (при том, что стартер «крутит»), на первый взгляд вызванной топливной системой, приводят вышедший из строя датчик положения распредвала или коленвала, а также перескок ремня или цепи ГРМ (такое запросто случается при попытках завести мотор с «толкача» или со «шнурка»). В любом случае, мастер-диагност при поиске проблемы с дизельным двигателем должен не только уметь подключить диагностический сканер, но также просто обязан уметь пользоваться осциллографом, вакууметром и знать, к чему их подключать для проверки параметров всех систем двигателя.

Причины неполадок с ТНВД

Дизельная аппаратура это не только насос и форсунки, но и ряд вспомогательных и регулирующих систем. Довольно часто проблемы с Common Rail возникают из-за недостаточной производительности подкачивающей системы, которая должна подавать к ТНВД топливо под давлением в несколько бар. Дизельный двигатель может не заводиться или неуверенно работать из-за поломки подкачивающего насоса, загрязнения топливозаборника или неполадок регулятора низкого давления.

Кроме того, большинство проблем дизельной аппаратуры типа Common Rail связано с неисправностью регулирующего клапана (клапана потока (SCV)), который размещен на корпусе ТНВД. Если причина поломки или неполадки действительно кроется в клапане, его можно заменить на новый или перебрать, заменив изношенные детали. Чаще всего из-за износа приходится менять шток клапана с сердечником.

Внутренние поломки ТНВД Common Rail связаны с некачественным топливом, а именно с содержащимися в нем примесями и водой. Из-за этих факторов происходит подклинивание плунжера и клапанов, обеспечивающих циркуляцию топлива. Кроме того может ускориться износ втулок и сальников приводного вала ТНВД. В самом тяжелом случае может начаться внутренняя коррозия деталей насоса.

Также нередки случаи потери герметичности корпуса ТНВД: уплотнительные кольца крышек корпуса или фланца начнут пропускать топливо. Кстати, корпуса самых современных ТНВД Common Rail сделаны практически неразборными: они обходятся без крышек и стаканов, в которых работают плунжеры. Это повышает прочность корпуса, избавляет от проблемы с потерей герметичности, в таком ТНВД даже меньше деталей. Но если плунжер «завис», придется менять и дорогостоящий корпус насоса.

В любом случае ремонту ТНВД обязательно должна предшествовать компьютерная и инструментальная диагностика. Если по итогам диагностики в поломке виноват насос, его снимают с двигателя и диагностируют на специальном стенде, предназначенном для ремонта и настройки элементов дизельного впрыска. Стоимость ремонта ТНВД составляет минимум 100 бел. рублей.