Топливный насос высокого давления

Сегодняшнее поколение водителей в своем большинстве ничего не слышали о тракторе ДТ-54, выпущенном на советских заводах количеством под миллион экземпляров. Вопрос на засыпку: что общего между ним, грузовым автомобилем КАМАЗ и японским джипом NISSAN SAFARI? Трактор, грузовик и легковой внедорожник.

Даже двигатели разнотипные: два первых транспортных средства оснащении дизелем, а Ниссан работает на бензине. Оказывается, что касается всех названных двигателей, на двигатель установлен топливный насос высокого давления (ТНВД).

Первым советским автомобильным двигателем с ТНВД был дизель «Коджу» (Коба Джугашвили), разработанный для ярославского грузовика Я-5. Работы по проектированию начались в 1931 году в одной из «шараг», организованных в те времена для некоторых представителей технической интеллигенции.

Здесь под руководством начальника КБ Н. Р. Бриллинга и был создан дизельный двигатель, окончательно доведенный к 1935 году и получивший название «НАТИ-Коджу». На нем был установлен рядный ТНВД, изготовленный на Самарском карбюраторном заводе. В силу ряда причин Я-5 не пошел в серию. Однако все наработки в дальнейшем были использованы на последующих двигателях.

Функции ТНВД

Рассматриваемое устройство используется в двигателях внутреннего сгорания (ДВС), оснащенных впрыском топлива. В основном это дизели, но, с появлением инжектора, установка ТНВД стала применяться и на бензиновых моторах. Служит он для того, чтобы подать на форсунки горючее с высоким давлением.

Причем, задача, которую выполняет этот прибор, не сводится только к одной функции. Горючее должно подаваться в определенном количестве и в нужный для каждого цилиндра момент времени.

Необходимо уточнить место ТНВД в системе питания. Высоконапорный насос служит для увеличения давления и располагается в середине топливной системы ДВС (между баком и подающими форсунками).

Горючее к нему подается электрическим насосом, расположенным снаружи или внутри топливного бака. Его давления хватает, чтобы транспортировать топливо к первичной (низконапорной) полости ТНВД. А в камеру сгорания солярка впрыскивается форсунками.

Разновидности насоса

Как известно, существует несколько видов топливного впрыска:

• Моновпрыск — когда вместо карбюратора на всасывающий коллектор устанавливается одна общая форсунка. Сегодня практически не применяется.
• Распределенный (многоточечный). Перед каждым цилиндром установлена своя форсунка, причем горючее подается не в цилиндр, а во впускной коллектор (непосредственно перед клапаном). Момент впрыска задается обычно электроникой. Ей же регулируется и объем подачи горючего.
• Прямой или непосредственный впрыск. Горючее впрыскивается сразу в цилиндр двигателя (топливно-воздушная смесь образуется в процессе такта всасывания).

Для каждого вида впрыска применяются и соответствующие разновидности топливного насоса высокого давления. Известны 3 вида этих устройств:

1. Рядный прибор — представляет собой несколько секций одинаковых насосов, каждый из которых питает свою форсунку. По своему устройству единичные секции абсолютно одинаковы. Эти приборы устанавливались ранее на дизельных двигателях и работали по жесткой программе от газораспределительного механизма (ГРМ) двигателя.
2. Распределительный одноплунжерный насос — работает также синхронно с вращением коленчатого вала. На 4-тактном двигателе рабочий процесс происходит за 2 оборота коленвала. Насосный вал в это время совершит 1 оборот, а рабочий плунжер подаст очередную порцию топлива на каждую форсунку. Распределительные насосы чаще всего используются в моторах легковых автомобилей.
3. Магистральный ТНВД. Этот прибор работает независимо по отношению к коленчатому валу. Его задача заключается лишь в создании необходимого давления в топливной магистрали, которую называют еще топливной рампой. Последняя является своего рода гидравлическим аккумулятором. Открыванием форсунок управляет электронный блок управления (ЭБУ) при помощи электромагнитного клапана. Топливный насос высокого давления такого типа применяется в системах впрыска Common Rail.

Рядный ТНВД

Конструктивно он состоит из отдельных нагнетающих секций, выполненных в виде плунжерных пар (поршень-втулка). Сопряженные детали изготавливают из высокопрочной износостойкой хромованадиевой стали, азотированной и закаленной до высокой твердости. После шлифовки внутреннюю поверхность втулок подвергают двукратному хонингованию: сначала крупной абразивной пастой, затем — мелкой. Плунжер доводят с помощью суперфинишной обработки.

При сборке ТНВД используется селективный метод подбора плунжерных пар. Детали сортируют по группам с отклонением между собой до 2-х микрон, поэтому детали разных узлов — невзаимозаменяемые.

Нагнетание топлива плунжером происходит за счет отсечки некоторого объема горючего и последующего сжатия в напорной магистрали. Поршень перемещается роликовым толкателем от кулачкового вала насоса, получающего вращение от коленвала. За два оборота коленвала каждый плунжер совершит один рабочий ход.

Количество горючего регулируется с помощью приводной зубчатой рейки, которая имеет механический привод от педали газа, либо перемещается шаговым двигателем от сигнала ЭБУ. Для этой цели плунжерная поверхность снабжена винтовой канавкой. Рейка с помощью зубчатой передачи поворачивает в корпусе направляющие гильзы, вследствие чего изменяется угловое расположение винтовой канавки, а, следовательно, и объем топливной порции.

Начало впрыска регулируется автоматически по частоте вращения двигателя. Этой цели служит центробежный регулятор момента впрыска. Он располагается в приводной муфте (черный маховик слева на первом фото). Внутри этот узел состоит из 2-х полумуфт, упруго разделенных между собой тангенциально расположенными пружинами и грузами. При увеличении оборотов за счет центробежной силы грузов пружины сжимаются, и кулачковый вал поворачивается на некоторый угол относительно приводной муфты, тем самым создавая опережение впрыска.

Несмотря на возраст конструкции, рядные насосы до сих пор используются на дизельных двигателях грузовых автомобилей. Это вызвано их высокой надежностью и неприхотливостью в отношении качества топлива. В качестве примера показан ТНВД 8-цилиндрового двигателя автомобиля КАМАЗ. Для сокращения осевых габаритов он выполнен V-образным, хотя все равно является рядным.

ТНВД распределительного типа

Этот прибор по сравнению с рядным обладает двумя преимуществами: он меньше его по размерам и более равномерно работает. Если рядные насосы устроены все одинаково, этого нельзя сказать в отношении распределительных аппаратов.

Во-первых, они разделяются по типу рабочего органа: плунжерного типа, или роторного. Во-вторых, — по типу привода: с торцевыми, внешними, или внутренними кулачками. Торцевой или внутренний привод работает в более благоприятных условиях, в связи с тем, что внутренние силы уравновешены, чего не скажешь о внешнем приводе.

Несмотря на указанные выше достоинства, распределительные аппараты менее долговечны. Это объясняется спецификой их работы. В то время как в рядных механизмах каждый плунжер в течение одного рабочего цикла совершает одно возвратно-поступательное движение, в распределительных устройствах рабочий плунжер за это время сделает столько ходов, сколько в двигателе цилиндров. Поэтому износ будет намного быстрее.

Рассмотрим кратко устройство и принцип работы одноплунжерного торцевого распределительного прибора. Слева можно заметить ведущий вал, приводящий во вращение 3 механизма: ротор шиберного насоса подкачки, ведущий приводной кулачок и шестерню механизма регулирования подачи.

Соосно и синхронно с приводным валом вращается подвижный торцевой кулачок, жестко соединенный с рабочим плунжером. Оба кулачка (ведущий и рабочий) снабжены выступами по количеству цилиндров двигателя. Рабочий поджимается пружиной к ведущему кулачку. Когда выступы наезжают друг на друга, рабочий кулачок перемещает плунжер в направлении выходных штуцеров (на фото справа).

При этом плунжер отсекает дозу горючего из низконапорной полости, сжимает запертый объем и выталкивает его в один из выходных каналов, расположенных радиально в распределительном блоке. Поскольку плунжер вращается, будучи жестко связанным с коленчатым валом (но в 2 раза медленнее), при каждом последующем ходе нагнетающее отверстие плунжера совпадает с очередным выходом.

Лопастной насос всасывает горючее из топливного бака и подает его в камеру низкого давления. Распределительные насосы, подобно рядным, имеют механизм регулировки количества подаваемого топлива. Он может быть автоматическим (центробежным), или от ЭБУ. На фото показан как раз такой насос. Прямоугольная коробка, расположенная сверху, есть не что иное, как электронный блок управления количеством подаваемого топлива.

Область применения распределительных насосов — легковые автомобили, хотя встречаются и на грузовиках.

Магистральный ТНВД

Само название говорит об особенностях работы устройства. Этот насос обслуживает не отдельные форсунки, как рядный или распределенный, а одну общую магистраль, которая служит своего рода аккумулятором. В связи с тем, что конструкция освобождена от распределительной функции, она имеет более простое строение в сравнении с двумя предыдущими.

В качестве рабочих органов аппарат содержит от одного до трех нагнетающих плунжеров. Посредством кулачкового вала они поочередно совершают поступательные движения: по ходу нагнетания от кулачкового механизма, в обратную сторону — посредством пружины.

При этом горючее из низконапорной полости отсекается и подается к напорному штуцеру. Количественный состав смеси регулируется электромагнитным дозирующим клапаном, управляемым электроникой.

На рисунке показана схема топливного насоса магистрального типа. Чаще всего такие устройства применяются в системах Common Rail.

Бывает ли ТНВД на бензиновом двигателе?

Почему бы и не быть ТНВД у бензинового двигателя? Пуркуа па? — как говорят французы. В частности, ТНВД устанавливают на бензиновых моторах GDI — оснащенных системой прямого впрыска. Известно, что прямой впрыск используется в дизельных системах.

Так вот — работа система GDI является симбиозом дизельного и бензинового рабочего процесса. Бензин впрыскивается аналогично дизельному двигателю, а воспламенение топливно-воздушной смеси осуществляется не от калильной свечи, а от свечи зажигания, как в карбюраторном. В этом случае используются насосы распределительного типа.

Ремонт насосов высокого давления

Насос насосу рознь. Бензонасос вазовской «копейки» можно было отремонтировать в течение 15-ти минут. Отвернул 3 крепежных винта, и весь механизм — буквально на ладони. Засорившиеся клапаны легко продуваются, а если прохудилась диафрагма — достаточно купить копеечный ремкомплект и поставить его вместо неисправной детали.

Ремонт же топливных насосов высокого давления на коленке не сделаешь. Во-первых, даже причину неисправности определить не так легко, невзирая на встроенную в современных ЭБУ самодиагностику.

Один и тот же внешний симптом может вызываться неисправностью различных компонентов топливной системы, и даже других систем (например, состоянием газораспределительной системы или кривошипно-шатунной группы).

Поэтому ремонт ТНВД лучше выполнять на специализированных СТО с использованием современного диагностического и ремонтного оборудования.

В связи с широким распространением систем впрыска топливные насосы высокого давления являются одним из наиболее важных компонентов современного ДВС. Тенденция их развития заключается в переходе от секционных устройств к распределительным и магистральным. Последние особенно широко применяются в связи с появлением системы непосредственного впрыска Common Rail.

Топливный насос высокого давления

Топливный насос высокого давления — один из основных механизмов в системе подачи топлива в дизельных двигателях. Именно этот узел является главным отличием дизельных двигателей от своих бензиновых собратьев. Однако из-за своей сложности и чувствительности к качеству топлива топливный насос высокого давления (сокращенно ТНВД) нередко выходит из строя, что может грозить ремонтом или заменой узла.

Принцип работы ТНВД

Несмотря на обилие различных видов насосов, все ТНВД работают по сходному принципу и обеспечивает подачу порций дизельного топлива в цилиндры двигателя автомобиля под высоким давлением в строго отведенные моменты времени. Размер подаваемых порций топлива определяется нагрузкой цилиндров к коленчатому валу. Основу любого вида ТНВД составляет плунжерная пара, состоящая из непосредственно плунжера (поршня) и втулки (цилиндра).

Выделяется 2 основных разновидности ТНВД по принципу действия:

• ТНВД непосредственного действия с механическим приводом плунжера;
• ТНВД с аккумуляторным впрыском.

По устройству также различаются несколько видов ТНВД:

• рядные — секции насоса расположены в ряд и подают топливо в определенный цилиндр мотора;
• распределительные — одна секция насоса может подавать топливо в несколько разных цилиндров;
• многосекционные (V-образные) — для высокоскоростных дизельных двигателей.

В свою очередь распределительные ТНВД могут быть одноплунжерными и двухплунжерными.

Все ТНВД непосредственного впрыска работают по одному принципу:

• механический привод плунжера;
• одновременно протекающие процессы нагнетания и впрыска;
• давление для впрыска топлива создается движением плунжера.

ТНВД с аккумуляторным впрыском обеспечивают подачу топлива в раздельных циклах: сначала топливо нагнетается в аккумулятор насоса, затем поступает в топливные форсунки. Насосы с электронным управлением форсунками получили название системы Common rail.

Вкратце принцип работы топливного насоса высокого давления выглядит таким образом.

1. Топливо из бака поступает в ТНВД благодаря подкачивающему насосу. Давление топлива на входе в насосную секцию ТНВД поддерживается редукционным клапаном.
2. Движение плунжера, подающего топливо в цилиндры мотора, обеспечивается кулачковым валом, в свою очередь имеющим привод от коленчатого вала автомобиля.
3. Вращение кулачкового вала заставляет двигаться плунжер, который поднимается вверх по втулке. При этом последовательно открываются выпускное и впускное отверстие.
4. Создаваемое движением плунжера давление открывает нагнетательный клапан, после чего топливо поступает к топливной форсунке цилиндра дизельного двигателя.
5. Избытки топлива через сливной, винтовой, радиальный и осевой каналы сливаются из плунжера в бак посредством дренажного штуцера.

Признаки неисправности ТНВД

ТНВД — дорогостоящий и довольно «капризный» узел дизельного двигателя, крайне требовательный к качеству топлива и смазывающих материалов. Основная причина выхода из строя ТНВД — загрязнение плунжеров насоса, которые установлены во втулки с минимальными допусками, измеряющимися в микронах. Загрязнение плунжерной пары твердыми частицами, содержащейся в некачественном дизельном топливе, может приводить к выходу ТНВД из строя. Не менее опасна и вода, которая может содержаться в топливе. Влага размывает защитную масляную пленку деталей узла, что чревато заклиниванием деталей ТНВД. Также неисправность ТНВД может заключаться в физическом износе деталей и повреждение корпуса насоса.

Неисправность ТНВД обычно приводит к неравномерности подачи топлива в форсунки двигателя и к снижению его поступающего объема. Чтобы понять то, что ТНВД не работает в штатном режиме, не обязательно ждать его поломки. Признаками проблем с ТНВД и с топливной системой в целом являются:

• повышенный расход топлива;
• нестабильная работа двигателя на малых оборотах;
• затруднения с запуском двигателя;
• перегрев мотора;
• утечка горючего;
• падение мощности и отдачи дизельного двигателя;
• увеличенная дымность выхлопа;
• появление посторонних шумов в процессе работы двигателя.

Проверка ТНВД

Симптомы неисправности насоса сходны с поломками деталей двигателя, а также могут иметь схожесть с неисправностью охлаждающей системы автомобиля. Поэтому для диагностирования поломки непосредственно ТНВД необходимо проверить и убедиться в исправности деталей насоса.

В идеале диагностика ТНВД и поиск неисправностей может проводиться только на стенде — устройстве, позволяющем имитировать работу ТНВД в рабочих диапазонах. Однако так как стоимость стенда сравнима с ценой автомобиля, а для диагностики необходимо демонтировать ТНВД с автомобиля, то такие операции проводятся только в автосервисах.

В «боевых» условиях проверить ТНВД достаточно сложно, но, все-таки возможно. Однако нужно понимать, что в домашних условиях получится диагностировать только некоторые неисправности ТНВД, а полную картину даст только проверка на стенде.

1. Проверить плунжерные пары на наличие в них воды можно сняв ремень ГРМ и осторожно покрутив шкивом. Если шкив проворачивается с переменным усилием (из-за вращения кулачкового вала), то вода во втулках ТНВД отсутствует. Если шкив не проворачивается, то в системе ТНВД находится вода, что при запуске двигателя приведет к заклиниванию.
2. Давление в плунжерной паре можно проверить с помощью тестера ТАД-01А, КИ-4802 или любого другого подобного инструмента. Такой прибор можно изготовить даже самостоятельно, для этого потребуется мощный манометр. Тестер вкручивается в ТНВД на место топливной трубки или в центральное отверстие головки насоса. Показатели измерения должны составлять не менее 300 кг/см 2 . В обратном случае плунжерная пара изношена и нуждается в замене или восстановлении.
3. В дизельных автомобилях с электронным управлением ТНВД поломка может заключаться в обрыве датчика оборотов, расположенного на корпусе насоса. В таком случае топливо не поступает из ТНВД в форсунки цилиндров мотора. Для проверки датчика необходимо с помощью мультиметра измерить сопротивление на разъеме датчика, расположенного на крышке ТНВД. В случае отсутствия сопротивления произошел разрыв.
4. Если неисправность ТНВД заключается в утечке топлива, то, как правило, виноваты уплотнительные кольца узла. Чтобы проверить ТНВД на утечку необходимо при работающем двигателе покачать ось рычага ТНВД. Если при этом наблюдается утечка топлива, то резиновый уплотнитель в месте утечки нужно заменить. Если утечки возникают не на оси, а в других местах узла, например, в местах посадки плунжерных пар, то для диагностики придется разбирать ТНВД.

Все эти способы помогают проверить ТНВД на наличие поломок. Однако неисправностей насоса гораздо больше, поэтому в большинстве случаев приходится демонтировать ТНВД и разбирать узел в поисках механических и иных повреждений в деталях узла.

Снятие ТНВД с двигателя

Снятие ТНВД может понадобиться не только для поиска и ремонта неисправных деталей, но и для проверки форсунок и регулировки газораспределительного механизма. Снятие ТНВД — довольно трудоемкая задача, с которой справится далеко не каждый автовладелец. Как минимум для проведения такой операции необходимо иметь немалый опыт в самостоятельном ремонте автомобиля.

Снятие ТНВД проводится в несколько этапов. В зависимости от вида насоса могут иметься различия в последовательности и некоторых деталях процесса. Для снятия ТНВД кроме стандартных ключей понадобятся специальные приспособления — шестерни для проворачивания коленчатого вала, фиксаторы, стапели, съемники приводных шестерен, шлицевые ключи и специальные приспособления для демонтажа. Поэтому при снятии насоса желательно использовать набор инструментов для ремонта ТНВД.

1. Для начала следует слить всю охлаждающую жидкость в автомобиле.
2. Далее отсоединяется минусовая клемма аккумулятора.
3. Снимается вентилятор и кожух вентилятора, усложняющие доступ к корпусу ТНВД.
4. Затем снимается крышка головки блока цилиндров.
5. Далее снимается кожух ремня ГРМ.
6. Затем демонтируется впускной коллектор.
7. Далее первый цилиндр двигателя необходимо установить в положение верхней мертвой точки (максимальное расстояние между цилиндром и коленвалом). Для блокировки цилиндра в таком положении используется приспособление 11 2 300.
8. Затем необходимо демонтировать ремень ГРМ со шкивов распределительного вала и вала ТНВД.
9. Далее необходимо отсоединить топливный трубопровод и сливной провод от насоса. Также отсоединяется шланг для слива масла.
10. Далее требуется отсоединить распределительные трубопроводы от форсунок цилиндров с помощью приспособления 13 5 020.
11. Далее отсоединяются детали электропроводки.
12. Затем нужно снять крепеж ТНВД. Для снятия центральной гайки ТНВД сначала демонтируется колпачковая гайка, а затем откручивается центральная гайка рожковым ключом на 18.
13. Далее выворачиваются болты на корпусе ТНВД.
14. Для отсоединения ТНВД от звездочки используется выталкивающий винт и приспособление 13 5 120, которое предварительно вкручивается на место центральной гайки. При снятии ТНВД приспособление должно оставаться на центральном шкиве до момента установки насоса обратно во избежание падения звездочки.

После того, как ТНВД отделен от центрального шкива и звездочки, его можно осторожно вынуть. Дальнейший разбор для поиска неисправных деталей также производиться с помощью специализированного набора для ремонта ТНВД.