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.

Топливный насос высокого давления (ТНВД): принцип работы, виды и неисправности

Дизельный двигатель работает на тяжёлом топливе, которое в обычных условиях практически не испаряется. Поэтому для обеспечения полного сгорания в цилиндрах дизеля, горючее необходимо максимально качественно распылить форсункой прямого впрыска. Для этого создаётся перепад давления, измеряемый сотнями атмосфер, что помимо прочего ещё и необходимо из-за высокой степени сжатия такого двигателя.

Следовательно, топливная аппаратура должна быть значительно усложнена по сравнению с обычным бензиновым мотором, даже прямого впрыска. Кроме подкачивающего, ставится ещё и насос высокого давления – ТНВД.

Что из себя представляет топливный насос высокого давления

Общим для всех многочисленных разновидностей ТНВД является значительное механическое сжатие дизтоплива, попадающего между плунжером или аналогичной по назначению деталью с одной стороны и подпружиненным клапаном с другой.

Любую жидкость можно считать практически несжимаемой, солярка не исключение. Поэтому давление может достигать тысяч атмосфер, особенно на современных моторах со сверхтонким распылением и электронным дозированием.

На каких двигателях устанавливается

Помимо дизелей, такие насосы могут применяться в бензиновых с прямым впрыском. Но всё же свойства бензина не требуют настолько значительного сжатия. Компрессия там ниже, да и распылять лёгкое топливо проще.

Не применяются ТНВД в двухтактных дизелях, где горючее смешивается с воздухом в картере перед тактом продувки. Но такие моторы сейчас практически не используются на автомобилях.

Устройство и принцип работы ТНВД

Классический образ насоса высокого давления содержит в своём составе:

• Поршень в цилиндре, который в подобной технике принято называть плунжером, тем самым подразумевая очень точную подгонку с практически отсутствующим зазором и работу в жидкостной среде;
• Вал с кулачками, который при вращении давит на плунжеры снизу через толкатели, заставляя их перемещаться с большим усилием, сжимая надплунжерный объём;
• Каналы, по которым подаётся топливо к плунжерам, с клапанами, срабатывающими на обратном ходе;
• Штуцеры с металлическими трубками, подающие топливо под давлением к форсункам;
• Регулирующие рейки, клапаны, дозаторы и прочую аппаратуру.

Для обеспечения конкурентоспособных характеристик двигателей от механики в питающей аппаратуре приходится уходить, передавая регулирующие и распределяющие функции электронике.

Классификация

ТНВД можно различать по организации плунжерной системы, их приводу и способу дозирования топлива

Многоплунжерные (Рядные и V-образные)

Распространённые ранее многоплунжерные насосы схематично имели простую конструкцию, где на каждый плунжер работал свой кулачок вала, а надплунжерное пространство заканчивалось штуцером, соединённым с форсункой отдельного цилиндра двигателя. При набегании кулачка на каждый плунжер давление на форсунке резко нарастало, после чего открывался её клапан и происходил впрыск.

Регулирование количества топлива производилось поворотом плунжеров через рейку, а момент впрыска изменялся центробежной муфтой привода кулачкового вала.

На многоцилиндровых двигателях компактность конструкции обеспечивалась двухрядным расположением плунжерных пар по V-образной схеме с двумя управляющими рейками.

Распределительные

Распределительные насосы имели лишь один плунжер, приводимый в действие кулачковой вращающейся шайбой. Отсечка нужного количества топлива производится поворотом корпуса нагнетающего цилиндра.

Распределяет топливо по форсункам сам поршень, вращаясь вместе с кулачковой шайбой с приводом от двигателя. Получалась очень компактная конструкция, хорошо подходящая к легковым дизелям, но излишне нагруженная, отсюда и недолговечная.

Магистральные (Common Rail)

Наиболее совершенная система имеет в своём составе единый насос, роль которого сводится к созданию и поддержанию давления в общей для всех форсунок рампе. Все функции по своевременному открытию и дозированию подаваемого топлива возлагаются на форсунки.

Форсунка системы Common Rail представляет собой электрически управляемый клапан, который способен очень быстро открываться и полностью закрываться, находясь под значительным давлением.

Приводится клапан управляющим давлением, а открывается электрическим сигналом от блока управления. Используются как электромагнитные, так и пьезоэлектрические инжекторы, что ещё больше увеличивает быстродействие.

Стало возможным применять многократный впрыск за один рабочий такт, разделив питание цилиндра на предварительное (пилотное) и несколько основных. Всё это влияет на экономичность и чистоту выхлопа.

Само устройство насоса базируется на том же принципе сжатия топлива плунжером через систему из двух клапанов. Привод может быть, как кулачковым валом, так и шайбой. Количество плунжеров разное, причём на частичных нагрузках некоторые не задействованы.

Признаки неисправности ТНВД

Всякая проблема с ТНВД ведёт к нарушению оптимального горения в цилиндрах. Отсюда и внешние проявления, подобные таковым в любом двигателе внутреннего сгорания:

• снижение мощностных и динамических показателей;
• дымность выхлопа;
• неуверенный запуск холодного или нагретого двигателя;
• увеличенный расход дизельного топлива;
• жёсткая работа и стуки в двигателе.

Практически все неисправности могут быть связаны с насосом или форсунками, поэтому проверка должна носить комплексный характер.

Внутренние поломки насоса высокого давления и их причины

ТНВД очень чувствительны к качеству топлива, особенно к наличию в его составе твёрдых включений, серы и воды. Несмотря на тщательную многоступенчатую фильтрацию полностью избежать повышенного износа не всегда удаётся.

Снижение давления становится следствием износа плунжерных пар. Топливо плохо распыляется, двигатель дымит и работает жёстко. Возможны отклонения по отдельным цилиндрам, что приводит к росту вибронагруженности.

Износ и подклинивание регулирующего механизма может стать причиной отклонений в настройке момента впрыска, что для дизеля равносильно изменению опережения зажигания бензиновых моторов.

Диагностика и ремонт ТНВД

Проверка топливной аппаратуры дизеля требует специализированного оборудования, своими силами можно лишь грубо убедиться в элементарной работоспособности, например, ослабляя штуцеры питания форсунок на старых механических насосах.

Современный ТНВД, да ещё с электрическим приводом, без диагностической аппаратуры не проверить. Надо располагать манометром для очень высокого давления, порядка двух тысяч атмосфер, сканером, опрашивающим датчики и сверяющим показатели с номинальными, форсуночным стендом.

Главное – знать взаимодействие всех узлов системы подачи топлива. Иначе отклонение в работе какого-нибудь клапана может стать причиной выбраковки дорогостоящего насоса.

На стенде насос выводится в калибровочный режим с прокачкой жидкости, строго нормированной по параметрам и очищенной. От качества топлива тоже многое зависит.

Замеряется давление и параметры расхода, их соответствие табличным во всех тестовых режимах. Только после этого выдвигаются версии и производится ремонт или замена.

Ремонт топливного насоса высокого давления дизельного двигателя

ТНВД в системе питания дизеля. Нарушения в работе прибора, их внешние проявления. Как можно отремонтировать насос своими силами, последовательность действий. Советы для прибегающих к помощи специализированных сервисов.

У любого дизельного двигателя рано или поздно может потребоваться ремонт топливного насоса высокого давления. Как человеческое сердце с годами начинает «барахлить», так и этот аппарат подвержен возрастным изменениям. Наряду с естественным износом деталей, сказывается и заправка некачественным топливом. Дизельные агрегаты в этом плане более чувствительны, чем бензиновые моторы.

Предлагаемая статья поможет владельцам дизельных авто при возникновении проблем с топливным насосом. В ней также приводятся советы: как отремонтировать этот узел своими руками.

Устройство прибора

Топливный насос высокого давления (ТНВД) представляет собой самостоятельный узел системы питания двигателей внутреннего сгорания (ДВС), в первую очередь — дизельных. Хотя это устройство применяется и на бензиновых моторах с инжекторным впрыском, впервые оно было использовано именно на дизеле.

Главная функция его состоит в создании разницы давлений между напорной магистралью и камерой сжатия, чтобы обеспечить надежный впрыск горючего в полость цилиндра. Но этого мало.

Насос задает также последовательность подачи топлива к рабочим форсункам, то есть выполняет распределительную функцию. Помимо этого, он регулирует объем подачи в зависимости от режима движения (частоты вращения коленвала) и от некоторых других факторов: температура двигателя, включение и выключение кондиционера.

Наконец, подобно тому, как в карбюраторных моторах регулируется угол опережения зажигания, на дизельном двигателе ТНВД автоматически корректирует опережение момента впрыска.

Существуют насосы трех основных типов: рядные, с распределенным впрыском и магистральные. Устройство их рассматривается в отдельной статье. Здесь же стоит упомянуть лишь, что рядные насосы использовались до недавнего времени на грузовых дизельных автомобилях, тракторах и специализированной дорожно-транспортной технике.

Распределительные аппараты устанавливают на все легковые дизельные авто и на некоторые грузовые. Магистральные применяются в современных топливных системах Common Rail. Такие насосы лишены функции распределения топлива, эту задачу выполняет электронный блок управления двигателем (ЭБУ), который согласно программе командует рабочими форсунками.

Внешние проявления топливной недостаточности

Какие могут быть признаки неисправности топливного насоса? Как было сказано в начале статьи, основными причинами потери работоспособности ТНВД являются износ трущихся поверхностей и низкое качество топлива. Здесь можно уточнить, что под низким качеством солярки следует подразумевать и попадание в топливо воды. Ниже перечисляются внешние симптомы неблагополучной работы топливного насоса:

• Затруднен пуск двигателя — скорее всего, наступил износ плунжерной пары (или пар), и насос не развивает нужного давления. Проверяется простым способом. Нужно положить на ТНВД тряпку, полить ее холодной водой и выждать несколько минут. После чего повторить попытку. Если двигатель заведется, значит, причина действительно в износе. При охлаждении происходит уменьшение зазоров в сопряжении и повышается вязкость топлива, в результате чего насос обеспечивает необходимое давление.
• Потеря мощности. Из-за увеличившихся зазоров снижается давление впрыска, ухудшается работа всережимного регулятора оборотов.
• Перегрев двигателя. Причинами могут быть неправильная работа автомата опережения впрыска. В этом случае нельзя откладывать ремонт ТНВД «на потом».
• Растущий «аппетит» силового агрегата. Вызывается утечками топлива, износом плунжерных сопряжений, неправильным углом опережения впрыска.
• Жесткая работа мотора, которая может быть следствием чересчур раннего момента впрыска и неравномерностью подачи солярки в разные цилиндры. Правда последнее на распределительных ТНВД практически невозможно, так что, скорее всего, дело в форсунках.
• Черный выхлоп из выпускной трубы. Причина может быть в слишком позднем угле впрыска горючего.

Если есть уверенность в своих силах

При наличии перечисленных выше признаков необходимо подумать о ремонте топливного нагнетателя. Ниже рассматривается, как устранить некоторые неисправности аксиального ТНВД распределительного типа своими руками.

Следует оговориться, что прежде чем браться за эту работу, следует изучить устройство ремонтируемого агрегата, выяснить — какие могут понадобиться инструменты, потому что в некоторых случаях не обойтись без специальной оснастки, съемника, например.

Также следует приготовить фотоаппарат, чтобы фиксировать каждый этап разборки. В противном случае можно забыть — где находились те или иные детали. Для разборки необходимо приготовить подходящий стол и покрыть его чистой тканью или хотя бы листом белой бумаги. На полу не должно быть мусора, иначе случайно упавшую деталь можно и не найти.

Итак, что может самостоятельно сделать автолюбитель, не имеющий специальной квалификации?

1. устранить утечку топлива из корпуса насоса;
2. проверить исправность электромагнитного клапана;
3. проверить плунжерный механизм подачи горючего;
4. проверить автоматический регулятор частоты вращения;
5. очистить фильтрующие сетки;
6. проверить давление, развиваемое прибором;
7. отрегулировать автомат опережения впрыска.

Разборка и устранение утечек

Ниже описывается последовательность действий при самостоятельном ремонте ТНВД. На работающем двигателе отсоединяют тягу, соединяющую педаль газа с рычагом, регулирующим подачу топлива. После чего вручную покачивают рычаг в радиальном направлении, стараясь растянуть возвратную пружину.

Если через кольцевую щель не наблюдается просачивания солярки, значит, уплотнение не изношено. В противном случае требуется восстановительный ремонт сопряжения.

Пока насос еще не снят с двигателя, убеждаются в исправности электромагнитного клапана отключения подачи топлива. Если двигатель пускается и глушится при повороте ключа — клапан исправен. Как поступать в ситуации, когда этот компонент отказывает во время движения, будет рассказано несколько ниже.

Теперь же остается переходить к разборке насоса. Перед тем как отсоединять от агрегата топливные магистрали и электроподводку, необходимо протереть его корпус и соединения смоченной в солярке ветошью, после чего вытереть насухо, чтобы исключить попадание грязи в топливную систему. Снятый насос еще раз промыть, после чего снять крышку и слить с него топливо.

В первую очередь нужно разобрать привод регулировки подачи горючего и произвести ревизию уплотнений, а также оценить степень износа сопряженных деталей. Уплотнительные кольца обязательно меняют. Для этой цели необходимо купить ремкомплект для ремонтируемого прибора.

Что касается изношенных деталей, есть два способа отреставрировать их: восстановить изношенную ось с помощью хромирования, или выточить и поставить в корпус ремонтную бронзовую втулку. Корпус перед этим придется расточить.

Ремонт плунжерного механизма

Далее следует перейти к разборке и ревизии плунжерного нагнетателя. Отсоединяют от корпуса распределительную головку насоса, после чего кладут его шкивом вниз, чтобы не высыпались внутренности. Перед тем как вынуть кулачки, приводную шестеренку и муфту центробежного регулятора, нужно проверить, не заедают ли эти детали при движении, а затем, аккуратно поддерживая их пальцами, извлечь из корпуса.

Ролики, шайбы, оси кулачковой муфты целесообразно пометить маркером, потому что все сопряженные поверхности уже притерлись друг к другу, и будет лучше, если они так и останутся после сборки. После разборки нужно внимательно осмотреть детали на предмет обнаружения сколов или выработки. Сильно изношенные элементы следует заменить новыми.

Степень износа плунжерной пары оценить можно только приблизительно. Работоспособность прецизионного сопряжения проверяется после сборки насоса путем измерения его рабочего давления. Наконец, нужно продуть сжатым воздухом все фильтрующие элементы (сетки), после чего можно собирать насос в обратной последовательности.

Сборка и регулировка оборотов

Когда агрегат будет собран, нужно залить его соляркой, проворачивая вручную приводной валик, после чего можно устанавливать на место и подсоединять топливопроводы, шланги и электропроводку системы управления.

После того как мотор будет заведен, следует убедиться в правильности работы автомата опережения впрыска горючего, в зависимости от давления в полости низконапорного лопастного насоса. На этом блоке имеется свой регулятор холостых оборотов. При необходимости регулируют этот параметр, завинчивая или вывинчивая регулировочный винт.

Перед выполнением этой процедуры рекомендуется запомнить положение винта, сосчитав количество выступающих из контргайки витков резьбы, чтобы, в крайнем случае, вернуться к исходной настройке. В мануале на двигатель указывается требуемое количество оборотов на холостом ходу двигателя. Обычно они понижаются с 1100 оборотов после запуска до 750 — после прогрева дизеля с механической коробкой, и до 850 — на двигателе с автоматом.

Проверка давления

В заключение проверяют давление в напорной магистрали, что является косвенной проверкой состояния плунжерной пары. Для этой цели понадобится манометр, рассчитанный на давление до 350 бар, соединительный шланг для подключения к насосу и переходник, включающий в себя стравливающий клапан.

В качестве измерительного прибора подойдет манометр ТАД-01А или более старый — КИ-4802. Если переходника в продаже не найдется, придется изготовить его самостоятельно.

Конечно, необходимо принимать во внимание размеры присоединительной резьбы, и куда планируется вворачивать соединительный шланг. Для измерения прибор подключают к центральному отверстию распределительного блока или к одному из напорных штуцеров.

После присоединения манометра к ТНВД проворачивают вал насоса с помощью стартера и фиксируют показание стрелочного индикатора. Если прибор показывает больше 250 атмосфер — это нормально (при работающем двигателе давление будет выше).

Аварийный ремонт электромагнитного клапана

Как было обещано выше, несколько слов о том, что делать, если откажет в пути электромагнитный клапан отключения топлива. В этом случае двигатель внезапно остановится. Правда, причин этому может быть несколько. Чтобы отбросить версию неисправности электроклапана, его необходимо исключить из работы, поскольку в нормальном режиме он всегда открыт.

Для этого нужно снять питающий провод, изолировать его от массы, после чего вывернуть клапан, удалить из него наконечник с пружиной и поставить устройство обратно. Если двигатель все равно не заведется, причина, очевидно, — в чем-то другом. Если же мотор запустится, нужно искать неисправность в клапане.

Чтобы делать это не в дороге, нужно сначала добраться до дома. Правда глушить двигатель потом придется грубо, но просто: поставить машину на ручник, включить повышенную передачу и отпустить педаль сцепления.

А затем уже приступать к ремонту. Сначала следует проверить, — не сгорела ли обмотка электромагнита. Для этого соединяют клапан с плюсом аккумулятора с помощью отрезка исправного провода, после чего пытаются завести двигатель. Если он заводится, значит, сгорела обмотка. В противном случае ищут место утечки напряжения с подводящего провода.

Обращение к специалистам

Тем же, кто не имеет желания или возможности делать ремонт ТНВД самостоятельно, следует обратиться на специализированную станцию ремонта топливной аппаратуры. Хотя существуют и дилерские центры, выполняющие обслуживание и ремонт автомобилей определенной марки, топливной аппаратурой они, как правило, не занимаются, поскольку для этого требуется дорогостоящее диагностическое оборудование.

Основным стендом для диагностики и регулировки ТНВД является Bosch EPS-815. На нем проверяются различные параметры, заданные для данного насоса производителем. Например: пусковая подача горючего, объемная подача на различных режимах, давление на выходе и некоторые другие.

При выборе сервиса следует учитывать его надежность. Для этого нужно предварительно приехать на собеседование, где поинтересоваться мнением обслуживаемых клиентов. В таких случаях обращают внимание на историю выбранного сервиса. Как правило, недобросовестные фирмы существуют в сфере услуг не более одного года.

Слабым звеном ТНВД дизельных двигателей является чувствительность их к попаданию в топливную систему воды. Особенно подвержены этому легковые иномарки, для которых вода является главным врагом. Для уменьшения этой опасности зимой нужно поддерживать максимально возможный уровень топлива в баке, чтобы свести к минимуму образование конденсата.