Топливный насос высокого давления дизельного двигателя

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:

1. V-типа — установлены под 75-120-градусным углом в 2-рядном исполнении;
2. 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:

1. механической / электронной;
2. 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: 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.

Мой дорогой дизель: почему ломаются ТНВД, и как их чинят

С момента окончательной прописки дизельных моторов на легковых автомобилях не только владельцы, но и мастера с небольшой опаской смотрели на это «чудо техники». Да, выигрыш на топливе и на тяге очевиден – но что будет, если мотор сломается? Особенностью всех без исключения двигателей на тяжелом топливе является прецизионность сборки самых ответственных деталей, а также величина рабочего давления – разумеется, если мы говорим о современных моторах. Глядя на нормо-часы в сервисе, касающиеся ремонта и обслуживания топливной аппаратуры, каждый невольно задастся вопросом: «Стоит ли игра свеч?». И да, и нет.

С одной стороны, вы получаете неимоверно производительный ДВС с паровозной тягой и уменьшенным расходом, с другой – необходимость повышенного внимания к качеству топлива, более частой замене топливного фильтра и довольно большим расходам в случае необходимости ремонта или замены элементов системы. Но если первая чаша весов все же перевесила, и вы стали обладателем автомобиля «на дизеле» с системой Common Rail, то стоит посмотреть, как ремонтируются элементы этой системы. Сегодня мы выясним, как выполняется ремонт ТНВД.

Кратко об устройстве

Common Rail : это словосочетание у всех на слуху, и многие даже знают, что это такое. Говоря простым языком, это не что иное, как система впрыска дизельного топлива из общей магистрали непосредственно в цилиндр двигателя под очень высоким давлением (1 600 – 1 800 бар). Некоторые скажут: но ведь дизтопливо уже давно впрыскивается непосредственно, в чем же особенность? Ответ лежит на поверхности, в самом названии: это «единая магистраль».

Раньше, до появления Common Rail, дизтопливо под давлением, создаваемым ТНВД (топливным насосом высокого давления) отправлялось сразу к форсунке, через которую впрыскивалось в цилиндр. В новой же системе насос нагнетает топливо в топливную рампу, которая сама по себе является аккумулятором – а уже от рампы топливо по трубкам подводится к форсункам.

Благодаря подобной схеме получается, что все форсунки имеют в своем распоряжение топливо под одинаковым давлением в любое время и в любом количестве – причем давление это довольно высокое. Оно необходимо для лучшего распыления и, следовательно, смешивания топлива с воздухом, а значит, для более полного сгорания. Все это – звенья цепи, ведущей к повышению эффективности работы ДВС.

Почему нельзя было обойтись без общей топливной рампы? Чтобы ответить себе на этот вопрос, попробуйте надуть до максимального размера воздушный шарик за один присест. Если вы кит, то справитесь без проблем. Если же вы человек, то придется или очень постараться, или просто сделать несколько вдохов и выдохов. Так и здесь: систему питает небольшой насос высокого давления с малыми потерями на трение, но с возможностью накачать 1600 бар в трубку, называемую топливной рампой.

Следующий элемент в схеме – форсунки. В современных моторах они могут быть электромагнитными или пьезоэлектрическими. Вторые, к слову – последнее слово техники в дизелестроении.

Для завершения схематической картины работы Common Rail добавим, что топливо от рампы подается к форсункам, но не запирается в самой рампе, а отводится через сливной канал. По сути, топливо в системе постоянно циркулирует, но как только сигнал «приходит» на электромагнитный клапан, он «открывает» форсунку, и топливо распыляется в цилиндр. Кстати, именно об устройстве и работе форсунок мы поговорим в следующей статье.

Устройство ТНВД

Конструктивно насосы могут быть роторными или, как в нашем случае, плунжерными. Так как в наше поле зрения попал плунжерный насос, и на данный момент он более распространен, то и рассматривать мы будем различные вариации этой конструкции.

Принцип работы предельно прост: подпружиненный плунжер двигается внутри стакана, набирая и выталкивая из полости над ним дизтопливо. Перемещается плунжер благодаря кулачковому валу. Зачастую конструктивно в корпус установлено три плунжера. В полости над плунжером установлены односторонние клапаны на впуск и выпуск. В общем, насос устроен почти как сердце.

Если обратиться к деталям, то можно выделить три типа ТНВД.

Первый – «голый» насос: топливо к нему подкачивается отдельным насосом, смонтированным в баке. Второй – ТНВД с регулятором давления. И, наконец, третий – на котором установлен и подкачивающий насос, и регулятор давления, который в случае необходимости сбрасывает топливо под избыточным давлением в «обратку».

Существуют также небольшие отличия и в конструкции плунжеров. Для наглядности мы разбирали и ремонтировали ТНВД с плунжером, перемещающимся в стакане, который можно извлечь из корпуса и заменить в сборе. Однако есть и конструкции, в которых сам корпус исполняет роль стакана. В принципе, о механике здесь больше ничего и не скажешь – она простейшая.

Что может поломаться?

Первый и чуть ли не единственный враг всех деталей топливной аппаратуры дизельного двигателя – вода. Не исключение здесь и ТНВД с прецизионной подгонкой пары плунжер-стакан и клапанами. Помните статью про дизельный фильтр-отстойник с краном для слива воды? Так вот если не следить за водой в отстойнике, то в один момент ваш автомобиль потеряет тягу «на низах», а может и во всем диапазоне оборотов – как повезет. Впрочем, справедливости ради нужно сказать, что зачастую качество нашего дизтоплива оставляет желать лучшего, потому даже если каждый день сливать воду из отстойника, но при этом заправляться на подозрительных станциях – результат будет такой же.

Еще один момент, который нужно выделить в самом начале: ни в коем случае нельзя давать работать ТНВД «на сухую» – иными словами, надо исключить пуск двигателя без прокачки топливной системы. ТНВД смазывается топливом, а работа без смазки «приговорит» его в считанные минуты.

Любая поломка ТНВД так или иначе связана с коррозией или попаданием посторонних частиц на рабочие поверхности. Именно она может стать причиной подклинившего плунжера или односторонних клапанов. К поломкам также можно отнести износ втулок вала в передней крышке корпуса ТНВД. Не редкость – износ сальника вала. Но втулки и сальник – просто мелочи по сравнению с коррозией.

Конечно, в предыдущем абзаце упомянуты не все возможные поломки. Могут, например, порваться и уплотнительные кольца крышек корпуса или фланца (в зависимости от конструкции) – но это обычно случается только в процессе разборки. Выйти из строя может регулятор давления – как его электрическая, так и механическая часть. Этим список потенциальных неисправностей, пожалуй, можно завершить.

Зато по топливоподкачивающему насосу вопросов обычно не возникает, так как там ломаться попросту нечему. Он являет собой обычный шестеренный насос внешнего зацепления – такой же, как масляный насос на Жигулях.

Начало

В любом уважающем себя и клиента сервисе перед тем, как лезть в «железо», выполняют компьютерную диагностику двигателя и его систем. Благодаря ей можно локализовать поломку – вернее, приблизительно понять, кто именно стал виновником неправильной работы двигателя. Окончательно убедившись, что это ТНВД, его направляют в ремонтный цех.

Здесь первым делом насос устанавливают на специальный диагностический стенд и подключают к нему все необходимые трубки. Выбрав в меню по номеру детали искомый набор букв и цифр, запускают процесс диагностики. Самое удобное здесь то, что работа стенда построена на системе подсказок. Выполняя заданную программу диагностики, мастер видит результаты испытания в реальном времени и на их основании делает выводы.

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.

ТНВД: как работает, как ломается, как восстанавливают

13 сентября 2019 Категория: Полезная информация.

Топливный насос высокого давления (ТНВД) — самый сложноустроенный и дорогостоящий элемент топливной системы дизельных двигателей.

Назначение этого узла — подавать топливо под большим давлением в форсунки (или топливную рампу, затем в форсунки), откуда оно затем будет впрыскиваться в цилиндры. Поэтому при возникающих неисправностях с ТНВД владельцу грозят серьёзные проблемы со стабильной работой мотора или тот просто откажется заводиться.

Принцип работы ТНВД

Основная задача ТНВД — нагнетать под давлением порядка 500-1400 бар (зависит от конструкции и типа насоса) топливо и подавать его к форсункам, которые открываются в нужный момент и быстро выпускают (распыляют) топливо в цилиндр.

Поддержание высокого давления в системе — другое важнейшее назначение ТНВД, ведь без этого форсунка не сработает и опоздает с распылением горючего до мельчайших частиц, а ведь мгновенное смешивание распыляемого ДТ и воздуха является условием образования однородной топливовоздушной смеси. Другими словами — гарантирует стабильную и культурную работу дизельного двигателя.

Изначально ТНВД выполнял практически все функции по подаче топлива в цилиндры: создавал давление, нагнетал топливо и распределял его по форсункам. Так действовали насосы рядного и распределительного типа.

Затем появилась система впрыска Common Rail и магистральные ТНВД. В таких современных системах впрыска дизельных ДВС насос высокого давления не распределяет топливо по форсункам, а нагнетает его в топливную магистраль (рампу): металлическую трубку, запаянную с обеих сторон, своеобразный резервуар для хранения горючего. От рампы топливо по трубкам (одна форсунка — один топливопровод к рампе) подводится к электромагнитным / пьезоэлектрическим форсункам.

В системе Common Rail, таким образом, топливо подаётся ко всем форсункам одновременно, из общей магистрали под давлением порядка 1 600 – 1 800 бар.

Конструкция топливной рампы CR такова, что топливо, которое ТНВД в неё нагнетает, не запирается в рампе: излишки отводятся через сливной канал. Так обеспечивается циркуляция ДТ в системе, но как только электрический клапан форсунки открывается, топливо распыляется в цилиндр. И по-прежнему высокое давление играет важную роль в мгновенном приготовлении топливовоздушной смеси и последующем полном её сгорании.

Плунжерная пара — главный узел в конструкции ТНВД

Наиболее распространённый вид ТНВД для систем Common Rail — плунжерный. Основный рабочий элемент такого ТНВД — плунжерная пара: поршень (плунжер) и цилиндр (втулка, стакан).

Подпружиненый плунжер двигается благодаря кулачковому валу внутри втулки, набирая и выталкивая из полости над ним топливо. Высокое давление в системе обеспечивает прецезионное сопряжение: минимальный, точно выверенный зазор в 1-3 мм между плунжером и стаканом.

Часто в один корпус ТНВД устанавливают три плунжера. В полости над плунжером размещаются односторонние клапаны — на впуск и на выпуск топлива. Можно провести аналогию плунжерной пары ТНВД с сердцем, которое перекачивает кровь по организму похожим образом.

Важно. Плунжер во время работы смазывается топливом, которое через него проходит.

Конструкция разных видов плунжерных пар отличается. Встречаются ТНВД с плунжерными парами, где плунжер извлекается из корпуса и меняется в сборе.

Основные виды ТНВД

Существует три типа ТНВД.

Рядные и распределительные относятся к ТНВД предыдущих поколений автомобилей, имеют относительно простую конструкцию, не отличаются повышенной чувствительностью к качеству топлива. Среди недостатков — сравнительно шумная работа и высокие потери на трение, особенно у рядных ТНВД.

В системах впрыска Common Rail используются магистральные насосы. Они способны создавать высокое давление и обеспечивать наиболее эффективный впрыск, но весьма привередливы к качеству топлива и дороги в обслуживании и ремонте.

Рассмотрим особенности разных видов ТНВД подробнее.

Рядные ТНВД применялись на легковых автомобилях, выпущенных до 2000 года. Это неприхотливые выносливые насосы, которые смазываются моторным маслом. Количество плунжеров равно количеству цилиндров, топливо подаётся по принципу каждой камере сгорания — свой плунжер. К недостаткам относятся большие потери на внутреннее трение и недостаточно высокое давление для эффективного распыления топлива.

Распределительные ТНВД устанавливаются на дизельные двигатели с количеством цилиндров от трёх до шести. В отличие от рядных насосов, в конструкции распределительных есть только один или два плунжера, и они обеспечивают одинаковое давление при подаче топлива для всех цилиндров. Это более лёгкие компактные насосы. Работают экономичнее, культурнее и мощнее, чем рядные ТНВД. Недостаток — выше требовательность к качеству топлива.

Магистральный насос — самый современный тип ТНВД для систем впрыска Common Rail. Такой насос содержит до трёх плунжеров, а в современных типах — часто только один. Существуют магистральные насосы и роторного типа. Магистральные ТНВД созданы с высокой точностью. Они ещё легче, компактнее, имеют минимальные потери на трение, создают высокое давление и. Но плунжеры таких ТНВД смазываются топливом, поэтому насосы крайне привередливы к качеству ДТ.

Признаки неисправности ТНВД

Владельца должны насторожить такие признаки неисправностей в работе дизельного двигателя, как:

• неуверенный запуск;
• падение мощности;
• увеличение расхода топлива;
• дымный выхлоп.

В этих случаях очень рекомендуется провести комплексную компьютерную диагностику двигателя и проконтролировать параметры наддува, подачи топлива, давления в топливной системе. А также параметры работы датчиков (в частности, расходомера, датчиков положения распредвала / коленвала), системы EGR и вихревых заслонок впускного коллектора.

Такое пристальное изучение всех параметров работы мотора связано с тем, что дизельная топливная аппаратура — это не только форсунки и ТНВД, но и ряд вспомогательных и контролирующих систем.

Бывает, проблема, которую ищут в неполадках с ТНВД, кроется в другом. Например, имеет место:

• поломка подкачивающего насоса;
• грязный топливозаборник в баке;
• выход из строя насоса, перекачивающего топливо из одной части бака в другую;
• изношенный регулятор низкого давления;
• форсунка, льющая топливо в «обратку».

Внутренние поломки ТНВД и их причины

Из-за чего топливный насос высокого давления действительно может выйти из строя раньше времени — так это из-за некачественного топлива. Точнее из-за примесей в составе и попадания воды.

Примеси в составе топлива — смолы, парафины, механические взвеси, сомнительные присадки — ухудшают смазывающие свойства ДТ, что вызывает отложение на подвижных частях насоса.

Вода в случае попадания на подвижные элементы ТНВД (вместе с конденсатом с пустых стенок топливного бака или в составе некачественного ДТ), вызовет коррозию деталей. Плунжер и односторонние клапаны начнут подклинивать, нормальная циркуляция топлива нарушится, износ втулок и сальников ускорится в разы. В результате медленно, но верно, ТНВД выйдет из строя.

Если в топливной системе образовалась воздушная пробка, плунжер будет какое-то время работать без смазывания топливом, «на сухую». Механические детали от трения будут истираться друг об друга, а повышенная температура способна быстро деформировать элемент. Работа ТНВД без смазки способна убить узел в считанные минуты.

К другим, не столько фатальным, поломкам ТНВД относят:

• износ втулок вала в передней крышке корпуса;
• износ сальника вала;
• повреждение уплотнительных колец крышек корпуса / фланца;
• выход из строя регулятора давления (механической или электрической его части).

Как диагностируют и ремонтируют ТНВД

Решение сэкономить на своевременном обращении к специалистам по ремонту и обслуживанию дизельной топливной системы, «поездить пока так», обратиться к знакомым гаражникам — всё это в случае поломки ТНВД выйдет боком и сильно ударит по бюджету.

Топливный насос, точнее, его плунжерная пара — действительно дорогостоящий элемент, и не всегда его можно восстановить. Что уж говорить о самостоятельной переборке системы. Тем более что конструкция отдельных ТНВД просто неразборная.

Важно. Мастера, работающие с дизельной топливной аппаратурой, говорят, что на самом деле среди систем Common Rail «больных» ТНВД мало, чаще проблема кроется в клапане ZME, регуляторе (DRV, PCV. ) высокого давления и других сопутствующих элементах. Даже если формально насос в своей работе выходит за параметры диагностического стенда, но работает нормально — нужно дважды подумать, прежде чем вскрывать его и ремонтировать.

Ремонту ТНВД обязательно должна предшествовать компьютерная диагностика, а также стендовая проверка работы форсунок. Если подтверждается, что в неполадках с работой двигателя виноват насос высокого давления, его снимают и отправляют на диагностический стенд, чтобы проверить работу узла в разных режимах «работы двигателя».

Обычно на этом этапе становится понятно, в чём проблема, каков масштаб бедствия и какие варианты исправления ситуации можно предложить владельцу.

Например, если ТНВД «приговорила» коррозия, можно попробовать его разработать (до очередного подклинивания плунжера), но лучше заменить в сборе, купив новую плунжерную пару.

Замена клапанов на новые тоже не представляет труда в случае такой необходимости. Меняют и уплотнительные кольца, и ремкомплекты.

Важно понимать, что возможность ремонта и замены отдельных элементов связана с особенностями конструкции ТНВД. В современных насосах не предусмотрены процедуры шлифовки или расточки деталей, максимум — можно заменить плунжерную пару. А в самых современных насосах системы CR и это невозможно: случись что, придётся менять весь корпус ТНВД. То есть чем моложе автомобиль, тем выше вероятность в случае поломки заменить весь узел целиком.

После проведённого ремонта и замены изношенных деталей мастер отправляет ТНВД на диагностический стенд снова. Если параметры работы выйдут за предел нормативных, насос снова разбирают, ремонтируют, проверяют.

Полностью исправный ТНВД герметично запаковывают, чтобы исключить попадание воды, и возвращают владельцу. Осталось только установить на двигатель.

Итого

Когда кого-то отговаривают от владения дизельным автомобилем, в основном аргументы «почему не стоит» сводятся как раз к дорогостоящей дизельной аппаратуре. Если речь о подержанном авто с большими пробегами, выход из строя ТНВД повлечёт за собой расходы, к которым готов не всякий автовладелец.

Чтобы не столкнуться с подобной ситуацией, не рискуйте с «паленым» топливом, не используйте присадки и добавки для чего бы то ни было, которые добавляются в бак, особенно если на автомобиле Common Rail. Держите бак по возможности полным, а при первых же признаках неисправностей в подаче топлива обращайтесь к квалифицированным специалистам.

Все эти простые меры позволят поддержать работоспособность ТНВД на нормальном уровне годами.

О том, как устроены дизельные топливные форсунки, почему они ломаются и как их ремонтируют, узнаете из этой статьи.

ТНВД найдёте в нашем каталоге