На первом этапе образуется износ на плунжере, а внутри можно заметить красноватый оттенок, похожий на коррозию. Первыми признаками неисправности могут быть снижение мощности и затрудненный запуск. В таких случаях необходимо ехать на СТО для ремонта. Ниже мы обсудим эти темы более подробно.
Устройство ТНВД
Одним из основных узлов системы питания дизельной электростанции является насос, подающий топливо под высоким давлением к форсункам. Полное название ТНВД (аббревиатура — ТНВД). Помимо дизелей такой насос используется и в бензиновых агрегатах с системой впрыска, в которых бензин подается непосредственно в цилиндры.
Этот узел системы питания имеет достаточно сложную конструкцию, так как в его задачу входит не только перекачка дизельного топлива, но и подача его к форсункам в строго определенные моменты времени. В целом от его работы напрямую зависит работа силовой установки.
Основной рабочий узел
Эта пара состоит из двух частей: поршня (он же плунжер) и втулки (втулки). Поскольку в узле создается высокое давление, не допускается протечка между составными элементами. Поэтому рабочие поверхности поршня и гильзы имеют высокую степень обработки, поэтому пару нередко называют прецизионной.
Суть пары основана на возвратно-поступательном движении плунжера внутри втулки. При этом через каналы или клапаны топливо поступает в верхнюю полость плунжера и удаляется после сжатия.
Работает все так: при движении поршня вниз открывается подающий канал или клапан (в зависимости от устройства ТНВД) и топливо нагнетается в полость. Поднимаясь вверх, подача прекращается (закрывается канал или клапан) и плунжер начинает сжимать дизельное топливо. При достижении определенного значения давления открывается выпускной клапан и дизельное топливо (уже в сжатом состоянии) поступает в магистраль, ведущую к форсункам.
В целом работа самой плунжерной пары очень проста, но есть много нюансов и особенностей, в том числе и конструктивных, влияющих на работу данного узла. Поэтому принцип работы ТНВД нужно рассматривать отдельно для каждого из этих типов.
Необходимый объем впрыскиваемой смеси определяется регулятором всех режимов. Когда давление на рычаг дроссельной заслонки увеличивается, поток топлива увеличивается, а когда давление сбрасывается, он уменьшается.
Классификация и устройство ТНВД
Топливные насосы высокого давления классифицируются по ряду критериев. В первую очередь они делятся по типу привода плунжера: механические, пневматические и гидравлические системы. Они, в свою очередь, группируются на механизмы прямого действия и аккумуляторы.
В первом случае процессы прокачки и нагнетания рабочей жидкости происходят одновременно под действием поршней с механическим приводом. В конструкциях с аккумуляторным впрыском рабочие плунжеры приводятся в движение двигателем через приводной вал.
Системы с механическим приводом редко используются в современном автомобилестроении, так как не обеспечивают необходимого уровня экологической безопасности.
В зависимости от количества поршней ТНВД делятся на распределительные и многопоршневые.
Многоплунжерные ТНВД и особенности их конструкции
В многопоршневых насосах каждый цилиндр имеет свой поршень. Таким образом, каждая пара поршней подает топливо в свой цилиндр. Конструктивно многопоршневые насосы бывают двух типов:
- В ряд — пары плунжеров расположены рядом друг с другом в ряд.
- V-образные — пары плунжеров расположены в два ряда и ориентированы друг относительно друга под углом от 75 до 120 градусов.
Принцип работы рядного ТНВД дизельного двигателя заключается в том, что топливо движется по отдельным магистралям и в определенном порядке направляется к форсункам двигателя. В классическом варианте эти конструкции имеют механический привод кулачкового типа, соединенный с коленчатым валом двигателя.
Каждый кулачок приводит в движение соответствующий плунжер, заставляя его двигаться внутри втулки. При движении поршня вниз происходит всасывание топлива. По мере его повышения давление нарастает, и клапан нагнетательной линии открывается.
В современных системах момент впрыска топлива рассчитывается электронным блоком управления автомобиля, который получает сигналы от многочисленных датчиков. Это позволяет учитывать такие факторы, как положение педали акселератора и скорость вращения коленчатого вала двигателя.
В ранних моделях автомобилей можно найти механическое управление режимами работы ТНВД онлайн. Для этого на распределительный вал устанавливается специальная муфта с малыми подвижными нагрузками. Под действием центробежных сил заряды перемещаются сначала к внешним краям, а затем обратно к оси. Это, в свою очередь, вызывает смещение распределительного вала относительно привода. Следовательно, чем выше обороты двигателя, тем раньше происходит впрыск.
V-образные насосы работают по следующему принципу: специальный механизм поворота плунжеров соединен с направляющими, воздействующими на втулки. Этот дизайн, по сравнению с онлайн, компактный. Это повышает жесткость, укорачивает распределительный вал и обеспечивает более высокое давление впрыска.
Как работают распределительные ТНВД?
Распределительные насосы имеют один или два плунжера (для более мощных автомобилей), которые подают топливо сразу в несколько цилиндров. Количество цилиндров в таких двигателях может быть от 4 до 12. Устанавливаются такие механизмы в основном на автомобили, так как они относительно быстро изнашиваются. Именно такой тип ТНВД можно встретить на бензиновых двигателях.
Среди преимуществ распределительных насосов высокого давления можно отметить не только большую компактность по сравнению с многопоршневыми насосами, но и большую точность подачи топлива. Главный недостаток – быстрый износ плунжеров.
Какой уровень давления обеспечивают ТНВД?
Поскольку основной задачей ТНВД является точная дозировка и своевременная подача топлива, его производительность во многом зависит от режимов работы, необходимых для конкретного автомобиля. Следует понимать, что каждый насос имеет определенный диапазон рабочего давления, а не конкретное значение. Так, например, рядные ТНВД для дизельных двигателей в зависимости от модели могут создавать максимальное давление до 55-135 МПа. При этом в отдельной модели минимальный показатель на холостом ходу может быть 15 МПа, а максимальный при полной нагрузке – 130 МПа.
Основные насосы системы Common Rail достигают максимальной производительности до 135-200 МПа, причем каждое последующее поколение увеличивает не только верхний, но и нижний порог диапазона. Например, ожидается, что ранние системы Bosch CP1 будут работать в диапазоне от 17 до 135 МПа, тогда как системы CP4 четвертого поколения способны работать в диапазоне от 23 до 200 МПа.
Для бензиновых двигателей с непосредственным впрыском топлива (системы GDI) достаточно обеспечить давление в пределах 3-11 МПа.
Существует несколько типов распределительных ТНВД, которые отличаются друг от друга точностью работы крутящих моментов и их приводом. В целом все насосы этого типа делятся на:
Классификация и устройство ТНВД
Конструктивно топливный насос высокого давления может быть различных типов, со схожим принципом работы и различной конструкцией. Рассмотрим каждый вид более подробно.
Многоплунжерные
Особенность – наличие индивидуальных плунжеров для каждого цилиндра. Эти типы насосов бывают двух типов:
- Тип V: Устанавливается под углом от 75 до 120 градусов в 2-рядной компоновке;
- Рядные – монтируются в однорядную компоновку и располагаются рядом.
В рядных насосах топливо подается к форсункам двигателя по определенному алгоритму с помощью механического привода и кулачков. Последние управляют парой плунжеров и обеспечивают их перемещение.
Когда поршень движется вниз, всасывается топливо, а когда он движется вверх, создается давление, после чего подается топливо. Время открытия рассчитывается с помощью ЭБУ, который получает команды от различных датчиков, контролирующих положение педали акселератора и частоту вращения коленчатого вала.
В ТНВД V-образной формы привод плунжера совмещен с направляющими, воздействующими на элемент втулки. За счет этого устройство занимает меньше места, имеет повышенную жесткость, более короткий распредвал и более высокое давление подачи топлива.
Распределительные
В таких ТНВД предусмотрены один или два плунжера, которые обеспечивают подачу топлива непосредственно в камеру сгорания. Количество цилиндров 4-12. В легковых автомобилях популярны насосы высокого давления синхронного типа, поскольку в грузовых они подвержены более быстрому износу. Этот тип насоса чаще всего встречается на бензиновых двигателях.
Привод плунжера выполнен в виде торцевого поворотного кулачкового механизма с внешним приводом. Последний вариант наиболее популярен, потому что для него требуется всего пара плунжеров. Системы с внешним приводом практически не используются из-за низкой надежности.
В поворотных приводах предусмотрена только одна секция подачи топлива и от двух до четырех пар плунжеров. Отдельных втулок здесь нет, потому что они выглядят как отверстия в распредвале ТНВД. Что касается характеристик работы, то они очень похожи на окончательный вариант.
Магистральные ТНВД системы Common Rail
Как следует из названия, этот тип насоса используется в системе CommonRail, которая состоит из сбора топлива в топливной рампе перед подачей его к форсункам. В системе предусмотрено до трех плунжерных элементов, обеспечивающих высокое давление. Плунжерный механизм приводится в движение вращающимся валом и пружиной. В определенный момент кулачок воздействует на пружину и, следовательно, на поршень, что вызывает увеличение объема над поршнем.
Вышеперечисленные действия приводят к разрежению камеры, открытию клапана и подаче топлива.
При увеличении давления клапан закрывается и клапан перемещается в противоположном направлении с параллельным сжатием топлива. Как только достигается нужный уровень, открывается специальный клапан и подается топливо.
Дозировка топлива в ТНВД
При исследовании топливного насоса высокого давления двигателя необходимо учитывать характеристики узла с позиции подачи горючей смеси. По принципу дозирования они бывают:
- с разрезом на завершающем этапе;
- обеспечить дросселирование подачи;
- смешанный.
В дизелях, как правило, применяется первый тип дозирования с отсечкой и применением перепускного клапана. Последний срабатывает после повышения давления выше определенного уровня, отправляя определенную часть топлива в основной бак.
В ТНВД распределительного типа используется второй вариант с дросселированием. Здесь определенный объем смеси из основного контура направляется в приемную емкость. Количество топлива регулируется муфтой или электромагнитным клапаном, который перемещает неподвижное кольцо в определенное положение.
Настройка подачи топлива:
В новых автомобилях для снижения расхода топлива используется ЭБУ, который управляет настройками насоса и выдает ошибки в случае неисправности.
Среди его функций — расчет дозировки каждого клапана. После ремонта ТНВД данные будут аннулированы, что может потребовать новой настройки. Регулировку необходимо проводить с помощью специальных стендов и с привлечением специалистов.
При расчете коэффициента учитывается соотношение между объемом цилиндра (максимальный параметр) и размером камеры при нахождении поршня вверху. В среднем степень сжатия составляет от 18:1 до 22:1. Эти показатели учитываются вместе с давлением ТНВД и другими параметрами силового агрегата.
Виды ТНВД
В машиностроении применяются следующие типы ТНВД:
По принципу работы топливные насосы высокого давления делятся:
- прямого действия с механическим приводом плунжера;
- с впрыском батареи.
Конструкция агрегатов разная, но основной рабочий узел – плунжерная пара – не изменился.
Рядные ТНВД используются в средних и тяжелых грузовиках, активно используются в машиностроении. Неоспоримым преимуществом является возможность работы на некачественном топливе. Простота конструкции – это безопасность и простота в обслуживании. На рядных моделях количество пар поршней соответствует количеству цилиндров. Минус — объем.
В распределительных насосах одна или две пары поршней (в зависимости от размера двигателя) обслуживают все цилиндры. Такая схема позволяет значительно уменьшить габариты и массу агрегата и обеспечивает равномерную подачу топливной смеси. Используемые агрегаты этого типа в автомобилях. Популярные модели Bosch, Lucas. Распределительные ТНВД различаются по конструкции кулачкового привода: торцевой, внутренний или внешний. Последний вариант практически не производится. Недостатком распределительных насосов является недолговечность.
Основные топливные насосы высокого давления имеют другую компоновку, чем предыдущие варианты. Впрыск топлива осуществляется плунжерами (от одного до трех), приводимыми в движение кулачком или валом. Дозирующий клапан отвечает за регулирование подачи топлива. Открытие и закрытие клапана обеспечивает электроника. Агрегаты этого типа используются в топливной системе Common Rail.
Как понять, что ТНВД неисправен
Производители постоянно улучшают качество насосов, тестируя комплектные узлы и отдельные элементы. Но никто не застрахован от появления проблем. Невозможно проверить топливный насос высокого давления, заполненный электронными компонентами, без специального оборудования и программного обеспечения. Как понять, что проблемы возникли именно с этим узлом? Общие признаки таковы:
- резкое увеличение расхода топлива;
- проблемы с запуском двигателя;
- черные выхлопные газы;
- резкий запах и повышенная дымность выхлопа;
- регулярное проскальзывание ремня ГРМ;
- утечки топлива;
- падение мощности ДВС;
- нестабильная работа двигателя на холостом ходу.
Основной причиной поломок является загрязнение поршней насоса (топливо, некачественная смазка и т.п.). Опасно из-за микронных допусков плунжера и воды, которая может содержаться в топливе.
Подводя итог, можно сказать, что при соблюдении простых правил эксплуатации (своевременное обслуживание, использование качественных ГСМ) ТНВД является надежным агрегатом, позволяющим экономить топливо.
Другой причиной поломок является естественный износ плунжерной пары, что приводит к увеличению микронных зазоров, попаданию в них нагара и выходу из строя системы.
Разновидности и применение ТНВД
В зависимости от конструктивных особенностей различают несколько типов топливных насосов:
- Онлайн. Секции насоса расположены в ряд и каждая из пар плунжеров подает топливо к определенным форсункам двигателя.
- Многосекционные (V-образные). Плунжеры расположены в 2 ряда, которые образуют угол 75-120° по отношению друг к другу. Он работает так же, как встроенный насос.
- Распределение. Доступны одноплунжерные и двухплунжерные версии. Одна или две насосные секции подают топливо во все цилиндры двигателя.
- Багажник. Имеют систему впрыска Common Rail. Его преимущество в том, что до того, как топливо попадет в форсунки, оно скапливается в специальном резервуаре (рампе). Это позволяет максимально увеличить давление перед заправкой (выше 180 МПа) и тем самым увеличить эффективность сгорания топлива.
Рядные устанавливают на средних и тяжелых грузовых авто. Плюсы их использования:
Поскольку в этих моделях каждая пара поршней обслуживает свой цилиндр за счет впрыска, насосное оборудование очень тяжелое и громоздкое. Это исключает его установку на небольшие машины.
В распределителях имеется 1 или 2 парных плунжера (количество зависит от типа двигателя), которые подают топливную смесь во все цилиндры. Благодаря этому устройству габариты и вес насоса становятся значительно меньше. Распределительные устройства устанавливаются в бензиновых и дизельных легковых автомобилях для обеспечения равномерной подачи топлива во все цилиндры. Недостатком является то, что они более чувствительны к возможным примесям в топливе и менее долговечны.
Как определить неисправность ТНВД
Насосный агрегат отличается высокой надежностью. А вот посторонние примеси в топливе или частицы воды, скопившиеся на стенках топливного бака, при попадании в механизм узла могут стать причиной выхода из строя. Самостоятельно диагностировать проблему невозможно – признаки неисправности узла во многом схожи с теми, что возникают при неправильной работе двигателя и системы охлаждения.
Определить причину поможет компьютерная диагностика на стенде. Поводы для посещения СТО:
- повышенный расход топлива;
- дымный выхлоп с резким запахом;
- холостой ход «плавает;
- сложно завести машину с первого раза;
- снижение тяги при нажатии на акселератор;
- утечки топлива;
- странный шум при работающем двигателе.
Наиболее распространенной причиной выхода насоса из строя является наличие в топливе сомнительных присадок и парафиновых примесей. Они оседают на движущихся частях агрегата и ухудшают смазывающие свойства топлива. Это приводит к тому, что во время движения элементы сильно трутся друг о друга и перегреваются. Это приводит к короблению деталей и быстрому выходу из строя узла.
Вторая распространенная причина – попадание влаги в насосный механизм. Частицы воды, осевшие на металле, вызовут коррозию. Постепенно поршень и клапана начинают подклинивать, топливо перестает поступать в необходимых дозах. Это значительно ускорит износ сальника и сальника. Работа ТНВД будет постепенно ухудшаться, и в результате агрегат выйдет из строя.
Но этих поломок можно избежать, если заправляться качественным топливом и не держать бак пустым (тогда на стенках не будет скапливаться конденсат).
Намного реже встречаются менее серьезные поломки топливного насоса:
- износ сальников распределительных валов;
- отказ топливного регулятора;
- повреждение уплотнительных колец;
- износ плунжера.
Эти неисправности менее серьезны и относительно легко устраняются при своевременном ремонте насосной системы высокого давления.
Причиной неисправности ТНВД не всегда является выход из строя агрегата. Топливная система автомобиля представляет собой очень сложный механизм, содержащий ряд дополнительных устройств. Вышеперечисленные проблемы в работе машины иногда провоцируются другими поломками:
- не работает подкачивающий насос;
- закупорка топливозаборника;
- износ регулятора низкого давления;
- форсунка не работает должным образом и топливо попадает в обратку».
Ремонт ТНВД и дополнительных элементов системы необходимо производить немедленно, как только появятся первые ухудшения в работе двигателя. Игнорировать проблему нельзя — если вы продолжите ездить на неисправной машине, ущерб будет только увеличиваться. В лучшем случае придется менять полностью неисправную помпу, а в худшем – придется дополнительно потратиться на капитальный ремонт двигателя.
В конструкции также используется электромеханический регулятор момента подачи топлива. В такой конструкции электроника контролирует параметры работы силовой установки с помощью датчиков и на их основе управляет начальным углом подачи дизельного топлива через исполнительные механизмы.
Типы топливных насосов
В зависимости от конструктивных особенностей выделяют три основных типа ТНВД: распределительные, рядные, основные.
Этот тип топливного насоса высокого давления оснащен парами плунжеров, расположенных рядом (отсюда и название). Их количество строго соответствует количеству рабочих цилиндров двигателя.
Таким образом, пара поршней подает топливо в цилиндр.
Пары установлены в корпусе насоса, который имеет входной и выходной каналы. Плунжер приводится в действие распределительным валом, соединенным, в свою очередь, с коленчатым валом, от которого передается вращение.
Распределительный вал насоса при вращении кулачками воздействует на толкатели плунжеров, заставляя их двигаться внутри втулок насоса. При этом входное и выходное отверстия открываются и закрываются попеременно. При движении плунжера вверх по втулке создается необходимое давление для открытия нагнетательного клапана, через который топливо под давлением направляется по топливопроводу к определенной форсунке.
Синхронизация подачи топлива и регулировка его необходимого количества в определенное время может осуществляться механическим устройством или электроникой. Такая регулировка необходима для регулировки подачи топлива в цилиндры двигателя в зависимости от частоты вращения коленчатого вала (частоты вращения двигателя).
Механическое управление обеспечивается за счет использования специальной муфты центробежного типа, которая крепится на распределительном валу. Принцип работы такой муфты заключается в грузах, которые находятся внутри муфты и имеют возможность перемещаться под действием центробежной силы.
Центробежная сила изменяется с увеличением (или уменьшением) скорости двигателя, поэтому грузы расходятся к внешним краям муфты или снова приближаются к валу. Это приводит к смещению распределительного вала относительно трансмиссии, за счет чего изменяется режим работы плунжеров, и соответственно, с увеличением оборотов двигателя обеспечивается ранний впрыск топлива и, как Вы догадались, поздний замедление.
Рядные топливные насосы очень надежны. Они смазываются моторным маслом из системы смазки двигателя. Они абсолютно не привередливы к качеству топлива. На сегодняшний день использование этого типа насосов из-за его громоздкости ограничено средними и тяжелыми грузовиками. Примерно до 2000 года они также использовались в легковых дизельных двигателях.
Распределительный ТНВД
В отличие от рядного насоса высокого давления, топливный насос высокого давления может иметь один или два плунжера, в зависимости от размера двигателя и, следовательно, требуемого количества топлива.
И эти один или два поршня обслуживают все цилиндры двигателя, которых может быть 4, 6, 8 и 12 с равномерной подачей топлива.
Основным недостатком этого типа насосов является их относительная недолговечность. Распределительные насосы устанавливаются только на легковые автомобили.
Распределительный ТНВД может комплектоваться различными типами плунжерных приводов. Все эти виды срабатывания являются кулачковыми и бывают: замыкающими, внутренними, внешними.
Наиболее эффективными являются передний и внутренний приводы, в которых отсутствуют нагрузки, создаваемые давлением топлива на приводной вал, поэтому они служат несколько дольше, чем насосы с внешним кулачковым приводом.
Кстати, стоит отметить, что импортные насосы фирм Bosch и Lucas, наиболее часто используемые в автомобилестроении, оснащены торцевым и внутренним приводом, а насосы серии НД отечественного производства имеют привод внешний.
Блок лицевой камеры
В этом типе привода, используемом в насосах Bosch VE, основным элементом является распределительный плунжер, предназначенный для создания давления и распределения топлива по топливным цилиндрам. При этом поршень распределителя совершает вращательные и возвратно-поступательные движения во время вращательных движений кулачка.
Возвратно-поступательное движение плунжера осуществляется одновременно с вращением кулачка, который, опираясь на ролики, перемещается по неподвижному кольцу по радиусу, т е как бы огибает его.
Воздействие шайбы на плунжер обеспечивает высокое давление топлива. Возврат плунжера в исходное состояние осуществляется благодаря пружинному механизму.
Распределение топлива по цилиндрам происходит за счет того, что приводной вал обеспечивает вращательное движение плунжера.
Количество подачи топлива может обеспечиваться электронным (электромагнитный клапан) или механическим (центробежная муфта) устройством. Регулировка осуществляется поворотом неподвижного (невращающегося) регулировочного кольца на определенный угол.
Рабочий цикл насоса состоит из следующих этапов: нагнетание части топлива в пространство над плунжером, нагнетание за счет сжатия и распределение топлива между цилиндрами. Затем поршень возвращается в исходное положение, и цикл повторяется снова.
Внутренний кулачковый блок
Внутренний привод используется в роторных ТНВД, например, в насосах Bosch VR, Lucas DPS, Lucas DPC. В насосах данного типа подача и раздача топлива осуществляется через два устройства: плунжерное и распределительную головку.
Распределительный вал снабжен двумя противоположно расположенными плунжерами, которые обеспечивают процесс впрыска топлива, чем меньше расстояние между ними, тем выше давление топлива. После наддува топливо устремляется к форсункам по каналам головки распределителя через клапаны подачи.
Подачу топлива к плунжерам обеспечивает специальный подкачивающий насос, который может различаться в зависимости от типа его конструкции. Это может быть шестеренчатый насос или пластинчато-роторный насос. Бустерный насос расположен в корпусе насоса и приводится в движение приводным валом. Собственно, он и установлен прямо на этой оси.
Рабочий цикл насоса состоит из следующих этапов: нагнетание части топлива в пространство над плунжером, нагнетание за счет сжатия и распределение топлива между цилиндрами. Затем поршень возвращается в исходное положение, и цикл повторяется снова.
Признаки и причины неисправностей топливного насоса
Как было сказано выше, ТНВД является одним из самых сложных и дорогих узлов дизельного двигателя. В большинстве случаев причиной неисправности является использование некачественного топлива и масла. При попадании в форсунки или в плунжерную пару посторонних частиц, пыли и грязи, продуктов сгорания последние очень быстро выходят из строя. Об этом свидетельствуют следующие признаки:
- Затрудненный запуск двигателя.
- Повышенный расход топлива без видимых причин.
- Неисправности в мощности силового агрегата.
- Дым.
- Странные звуки и шумы при запуске двигателя.
Другой причиной поломок является естественный износ плунжерной пары, что приводит к увеличению микронных зазоров, попаданию в них нагара и выходу из строя системы.
Как показывает практика, причинами перебоев подачи топлива в камеры сгорания могут быть:
- Критический износ зубьев клапана или рейки.
- Механические дефекты и повреждения ступицы.
- Износ поршня.
- Снижают производительность топливных форсунок.
Подробнее о неисправности можно прочитать в статье.
Особенности диагностики и ремонта ТНВД
Остаточный ресурс деталей и степень их износа и другие факторы, влияющие на работу ТНВД. Благодаря системному подходу можно сэкономить на покупке комплектующих.
Часто причиной неисправности является не износ элементов топливного насоса, а проблемы с электронным блоком или датчиками, передающими неверную информацию. Выработка неверных управляющих сигналов приводит к отказу топлива. Только специалист может определить точную причину и провести качественный ремонт, а попытки замены деталей в одиночку могут привести к глобальным отказам двигателя в целом.
Высокоточное диагностическое оборудование, ремонтная поддержка, оригинальные запчасти от производителя, квалифицированный персонал – все это позволяет выполнять комплексный ремонт за 1 рабочий день!
