Принцип работы рядного ТНВД для дизельного двигателя заключается в том, что топливо движется по отдельным магистралям и направляется к форсункам мотора в заданном порядке. В классическом исполнении такие конструкции имеют механический привод кулачкового типа, соединенного с коленвалом двигателя.
Устройство ТНВД
Одним из основных составляющих системы питания дизельной силовой установки является насос, обеспечивающий подачу топлива под высоким давлением на форсунки. Полное название – топливный насос высокого давления (аббревиатура – ТНВД). Помимо дизельных моторов такой насос применяется и в бензиновых агрегатах с инжекторной системой, у которой подача бензина осуществляется непосредственно в цилиндры.
Этот узел системы питания имеет достаточно сложную конструкцию, поскольку в его задачу входит не только нагнетание дизтоплива, но еще и подача его на форсунки в строго определенные моменты. В общем, от его работы напрямую зависит функционирование силовой установки.
Основной рабочий узел
Состоит эта пара из двух частей – поршня (он же плунжер) и гильзы (втулки). Поскольку в узле создается высокое давление, то утечки между составными элементами не допускаются. Поэтому рабочие поверхности поршня и гильзы имеют высокую степень обработки, поэтому не редко пару называют прецизионной.
Суть работы пары построена на возвратно-поступательном перемещении плунжера внутри втулки. При этом посредством каналов или клапанов обеспечивается попадание топлива в надплунжерную полость и отвод его после сжатия.
Работает все так: при перемещении поршня вниз открывается канал или клапан подачи (зависит от устройства ТНВД), и топливо закачивается в полость. При передвижении вверх подача прекращается (канал или клапан закрывается) и плунжер начинает сжимать дизтопливо. При достижении определенного значения давления открывается нагнетательный клапан и дизтопливо (уже находящееся в сжатом состоянии) выходит в магистраль, ведущую к форсункам.
В общем, работа самой плунжерной пары очень проста, но существует множество нюансов и особенностей, в том числе и конструктивных, которые влияют на функционирование этого узла. Поэтому принцип работы ТНВД следует рассматривать отдельно по каждому из указанных видов.
Из-за того, что в этих моделях каждая плунжерная пара обслуживает впрыском «свой» цилиндр, насосное оборудование получается очень тяжелым и громоздким. Это исключает его монтаж на небольших машинах.
Распределительный ТНВД двигателя
Распределительный насос состоит из одного или двух плунжеров, которые способны обеспечить необходимую силу давления топлива. Устройство ТНВД дизельного двигателя определяется конструкцией модели авто, где установлен конкретный нагнетающий механизм. В данных механизмах конструкторы не выделяют для каждого топливного цилиндра свою плунжерную пару. Движение солярки к распыляющим отверстиям форсунок производится по топливным каналам.
Читайте также: Как устроен и для чего служит кривошипно-шатунный механизм? 7 основных неисправностей, которые могут возникнуть в его работе
Основные преимущества топливных насосов ТНВД распределительного типа:
- Сравнительно небольшие размеры и вес ТНВД. Благодаря этому, производители современных легковых транспортных средств чаще всего устанавливают на выпускаемых моделях топливные насосы именно распределительного типа.
- Равномерное распределение горючего по всем цилиндрам, вне зависимости от того, в каком режиме функционирует ДВС, благодаря настройкам электронной системы управления.
Среди немногочисленных недостатков данной конструкции можно отметить короткий эксплуатационный срок оборудования. Это объясняется тем, что плунжерная пара теперь работает одна в условиях повышенных нагрузок.
Устройство подкачивающего насоса
Подкачивающий или топливный насос низкого давления (ТННД) в дизельных силовых агрегатах имеет простую конструкцию. Он состоит из двух шестеренок, которые постоянно находятся в сцеплении друг с другом. В процессе вращения зубья этих шестерен создают поток горючего по топливной системе к насосу высокого давления. Главный элемент конструкции в насосе помпового типа – поршень, который нагнетает топливо. Для подачи дизеля необходимо два режима работы поршня. Это рабочий ход и вспомогательный.
У топливного насоса с аккумуляторным впрыском привод рабочего плунжера осуществляется за счет сил давления сжатых газов в цилиндре двигателя или с помощью специальных пружин. На мощных тихоходных дизелях применяют аккумуляторные топливные насосы с гидравлическими аккумуляторами.
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.
Состоит эта пара из двух частей – поршня (он же плунжер) и гильзы (втулки). Поскольку в узле создается высокое давление, то утечки между составными элементами не допускаются. Поэтому рабочие поверхности поршня и гильзы имеют высокую степень обработки, поэтому не редко пару называют прецизионной.
Основные неисправности насосов высокого давления
Устройство любого топливного насоса высокого давления представляет собой сложную конструкцию, значит и потенциальных неисправностей у этого механизма достаточно много. Главной причиной возможных неполадок является плохое качество топлива, что относится как к дизельным системам, так и к бензиновым. Наибольшему износу подвержены плунжеры, и если при осмотре насоса будут установлены потертости на их поверхности, то это первый сигнал о некорректной работе.
Симптоматика поломки ТНВД во многом сходна с неисправностью мотора и системы охлаждения, а потому для более точной диагностики всегда необходимо обращаться в сервисный центр, где будет выполнена проверка на стенде. В бытовых условиях определить возможные нарушения работы насоса можно по следующим проявлениям:
- увеличение расхода топлива;
- нестабильная работа мотора в режиме низких оборотов;
- сложности с запуском;
- повышение температуры узла и перегрев двигателя;
- протечки топлива;
- снижение уровня мощности;
- дым на выхлопе;
- шумы и посторонние звуки в двигателе.
Топливный насос высокого давления можно назвать уникальным агрегатом, который пока не имеет достойных альтернативных решений. Эволюция этого устройства за последние десятилетия затрагивает исключительно совершенствование отдельных деталей и повышение точности их изготовления без внесения кардинальных изменений в общий принцип работы.
Принцип работы роторного привода схож с торцевым: вращение вала обеспечивает перемещение башмаков по поверхности шайбы, и они вдавливаются в пазы, толкая поршни и сжимая топливо. Затем под давлением топливо подается на распределитель и далее к форсункам.
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:
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.
