Насос ТНВД: устройство, принцип работы, поломки (+видео)

Что такое ТНВД?

Топливный насос высокого давления сокращенно называется ТНВД. Это одна из самых сложных частей дизельного двигателя. Его основная функция — перекачка дизельного топлива под высоким давлением.

Насосы обеспечивают определенное давление и точную подачу топлива в цилиндры дизельного двигателя в точно определенное время. Подача топлива точно дозируется и адаптируется к нагрузке двигателя. Насосы для впрыска могут различаться в зависимости от процесса впрыска. Существуют насосы прямого впрыска, а также насосы с аккумуляторным впрыском.

Прямой топливный насос имеет механический привод поршня. Процессы впрыска и инъекции происходят одновременно. Определенный узел впрыска топлива подает определенную дозу топлива в каждый цилиндр дизельного двигателя. Давление, необходимое для эффективного распыления, создается за счет движения поршня топливного насоса.

Аккумуляторный инжекторный насос отличается тем, что рабочий поршень приводится в движение силами газов, сжатых в цилиндре самого двигателя внутреннего сгорания, или давление оказывается пружинами. В некоторых случаях в мощных тихоходных дизельных двигателях используются топливные насосы с гидроаккумулятором.

Стоит отметить, что для систем с гидроаккумуляторами характерны раздельные процессы впрыска и нагнетания. Топливо под высоким давлением впрыскивается топливным насосом в аккумулятор и затем поступает к топливным форсункам. Это обеспечивает эффективное распыление и оптимальную смесь, подходящую для всего диапазона нагрузки дизельного двигателя. Недостатком является сложная конструкция, что способствовало его непопулярности.

В современных дизельных агрегатах используется технология, основанная на электромагнитном управлении клапанами форсунок от электронного блока управления с микропроцессором. Эта технология называется «Common Rail».

ТНВД на бензиновом и дизельном двигателе

Первоначально насосы высокого давления использовались только для привода дизельных двигателей. Для бензиновых двигателей только в двигателях с прямым впрыском давление и точность имеют большое значение.

Насосы высокого давления очень сложны, имеют высокую нагрузку и требуют осторожного обращения. Важно, чтобы топливо было хорошего качества, не содержало воды и абразивных частиц (например, пыли). В случае бензинового двигателя насос впрыска подвергается меньшей нагрузке, чем в случае дизельного двигателя, что относительно увеличивает срок его службы.

Насос высокого давления расположен под капотом рядом с двигателем (или может быть установлен на двигателе). Он питается от вспомогательного топливного насоса низкого давления. В зависимости от марки и категории автомобиля могут использоваться различные типы насосов впрыска топлива.

различные конфигурации и основные компоненты

Поршневая пара является основным рабочим механизмом насоса. Он состоит из плунжера (поршня) и гильзы (вкладыша). Когда поршень движется в гильзе, создается очень высокое давление, поэтому детали должны быть изготовлены с большой точностью, чтобы гарантировать безопасное и правильное функционирование пара.

Из-за этой особенности плунжерную пару экспертно называют прецизионной плунжерной парой. Принцип работы плунжерной пары прост: плунжер возвратно-поступательно перемещается внутри гильзы и обеспечивает всасывание топлива, его сжатие и подачу в пространство над плунжером.

Устройство ТНВД

Насосы могут быть выполнены в виде роторных или, как в нашем случае, плунжерных насосов. Поскольку мы уже познакомились с плунжерным насосом, который сейчас более распространен, мы рассмотрим различные вариации этой конструкции.

Принцип работы прост: подпружиненный поршень движется внутри золотника, втягивая и выпуская топливо из расположенной над ним камеры. Поршень перемещается с помощью распределительного вала. В корпусе часто устанавливаются три плунжера. Полость над крышкой имеет односторонние клапаны на входе и выходе. В целом, насос устроен почти как сердце.

При детальном рассмотрении можно выделить три типа ТНВД.

Первый — «голый» насос: топливо перекачивается отдельным насосом, установленным в баке.

Второй — это ТНВД с регулятором давления.

И, наконец, третий имеет и топливный насос, и регулятор давления, который сбрасывает топливо под положительным давлением в «обратку» в случае отказа.

Есть также небольшие различия в конструкции плунжера. В демонстрационных целях мы разобрали и отремонтировали ТНВД с поршнем, перемещающимся в чашке, которую можно извлечь из корпуса и заменить при сборке. Однако существуют также конструкции, в которых сам корпус выступает в качестве чаши. В принципе, мало что еще можно сказать о механике — она очень проста.

Классификация и устройство ТНВД

Топливные насосы высокого давления классифицируются по нескольким признакам. Прежде всего, они делятся по типу привода поршня: механические, пневматические и гидравлические системы. Они сгруппированы как механизмы прямого действия и механизмы накопления.

В первом случае процессы впрыска и заливки осуществляются одновременно с помощью механических приводов. При аккумуляторном впрыске поршни приводятся в движение двигателем через приводной вал.

Системы с механическим приводом редко используются в современных конструкциях автомобилей, поскольку они не обеспечивают необходимую степень экологичности.

По количеству плунжеров топливные насосы высокого давления делятся на многопоршневые и коллекторные.

Рядные топливные насосы высокого давления

Рядный топливный насос высокого давления Bosch

Главной особенностью этого устройства является наличие отдельной пары поршней для каждого цилиндра. Они размещены в едином корпусе ТНВД, а подача топлива осуществляется по специальным каналам. Устройство функционирует следующим образом:

• Движение поршня обеспечивается вращением распределительного вала, который непосредственно приводится в движение коленчатым валом двигателя.
• Когда поршень эжектора приводится в действие, гриб перемещается по гильзе, при достижении необходимого давления открывается выпускной клапан, и топливо поступает в рабочий цилиндр двигателя.
• Управление моментом подачи и необходимым объемом топлива может осуществляться механически или с помощью электронных систем управления.

Эти типы ТНВД характеризуются высокой надежностью. В настоящее время рядные агрегаты используются в автомобилях средней и большой грузоподъемности, легковые автомобили не оснащаются такими ТНВД с начала века.

Рядные устанавливают на средних и тяжелых грузовых авто. Плюсы их использования:

• неприхотливость к качеству топлива;
• надежность;
• простота обслуживания.

Из-за того, что в этих моделях каждая пара поршней обслуживает «свой» цилиндр, насосное оборудование очень тяжелое и громоздкое. Это исключает его установку на небольших машинах.

Распределитель имеет 1 или 2 пары плунжеров (количество зависит от типа двигателя), которые подают топливную смесь во все цилиндры. Такое расположение значительно уменьшает размер и вес насоса. Распределители устанавливаются на автомобили с бензиновыми и дизельными двигателями для обеспечения равномерной подачи топлива во все цилиндры.

Недостатком является то, что они более чувствительны к возможным загрязнениям в топливе и менее долговечны.

Многоплунжерные ТНВД и особенности их конструкции

Последовательный ТНВД

В многопоршневых насосах на каждый цилиндр приходится по одному поршню. Это означает, что каждая пара поршней отвечает за питание каждого цилиндра. Существует два типа многопоршневых насосов:

• Рядные — пары поршней расположены бок о бок в один ряд.
• V-образное расположение — пары поршней расположены в два ряда и ориентированы под углом от 75 до 120 градусов друг к другу.

Принцип работы рядного дизельного насоса впрыска заключается в том, что топливо проходит по отдельным линиям и направляется к форсункам двигателя в заранее определенном порядке. Классические рядные конструкции имеют механический привод через кулачковое соединение с коленчатым валом двигателя.

Каждый кулачок приводит в действие соответствующий поршень, заставляя его двигаться внутри вкладыша. При движении поршня вниз происходит всасывание топлива. По мере продвижения вверх создается давление, и сливной клапан открывается.

В современных системах топливная синхронизация рассчитывается ЭБУ автомобиля, который получает сигналы от многочисленных датчиков. Он учитывает такие факторы, как положение педали акселератора и частота вращения коленчатого вала двигателя.

В ранних моделях можно найти механическое управление конфигурацией последовательного ТНВД. Для этого на распределительный вал устанавливается специальная муфта с небольшими скользящими массами. Центробежные силы заставляют массы двигаться сначала к внешним краям, а затем обратно к оси. Это, в свою очередь, вызывает перемещение распределительного вала относительно привода. Таким образом, чем выше обороты двигателя, тем раньше происходит впрыск.

V-образные насосы работают по следующему принципу: специальный механизм вращения плунжера соединен с направляющими, которые воздействуют на втулки. Конструкция более компактна по сравнению с рядной конструкцией. Это позволяет повысить жесткость, укоротить распределительный вал и увеличить давление впрыска.

Как работают распределительные ТНВД?

Распределительные насосы состоят из одного или двух поршней (в случае мощных автомобилей), которые одновременно впрыскивают топливо в несколько цилиндров. Количество цилиндров в таких двигателях может варьироваться от 4 до 12. Такие механизмы в основном устанавливаются в легковых автомобилях, так как они относительно быстро изнашиваются. Этот конкретный тип топливоподкачивающего насоса можно найти в бензиновых двигателях.

Преимущества распределительных насосов высокого давления включают не только большую компактность по сравнению с многопоршневыми насосами, но и более высокую точность подачи топлива. Основным недостатком является быстрый износ поршней.

Привод поршня распределителя ТНВД осуществляется кулачковым механизмом, который может быть трех типов:

топливный поршень распределителя

• вращающийся;
• механический (осевой);
• с внешним управлением.

Наиболее распространены насосы впрыска топлива с торцевым распределителем. В этой конструкции используется только одна пара поршней. Он действует как распределитель, подавая топливо к определенной форсунке двигателя. Поршень движется вдоль ступицы и одновременно вращается вокруг своей оси.

Для этого устанавливается кулачковая накладка с роликами, которая прижимается роликами к неподвижному кольцу с канавками. При вращении ролики входят в пазы кольца и приводят в движение шайбу. Шайба, в свою очередь, воздействует на поршень, заставляя его вращаться. Движение поршня по гильзе сжимает жидкость, а вращение обеспечивает открытие и закрытие топливных портов, соединенных с форсунками.

Системы с внешним приводом используются редко, поскольку они не обеспечивают надежной работы.

Поворотный привод также называют внутренним кулачковым приводом. Он имеет только одну топливную секцию и от 2 до 4 пар поршней, расположенных радиально. В основе конструкции лежит рифленая кулачковая накладка, внутри которой находится распределительный вал с поршнями. Они приводятся в движение роликовыми башмаками, соприкасающимися с колодкой.

Особенностью этой конструкции является отсутствие втулок как независимых компонентов. Они представляют собой отверстия в распределительном валу насоса. Стебли перемещаются относительно друг друга, увеличивая и уменьшая общее пространство над стеблем.

Принцип работы роторного привода аналогичен принципу работы торцевого привода: вращение вала перемещает штоки по поверхности обоймы, и они вдавливаются в пазы, толкая поршни и сжимая топливо. Под давлением топливо подается в коллектор и далее к форсункам.

Магистральные ТНВД системы Common Rail

Магистральный ТНВД

Насосы главного тормозного цилиндра используются в системе Common Rail. Эта система предназначена для хранения топлива в рейке до того, как оно попадет в форсунки. Этот тип насосов имеет до 3 поршней, что позволяет достичь высоких уровней давления.

Движение поршня обеспечивается вращающимся кулачковым диском (валом) и специальной пружиной. В определенный момент времени кулачок приводит в действие пружину, которая перемещает поршень вниз, вызывая расширение пространства над поршнем.

Это разгружает воздух в камере, заставляя обратный клапан впуска открыться, и топливо поступает в камеру. Когда давление в камере увеличивается, клапан закрывается, и поршень начинает двигаться назад, сжимая топливо. При достижении заданного уровня давления открывается клапан нагнетательной линии, и топливо поступает в топливную рейку.

Способы дозирования топлива в ТНВД

Помимо основных классификаций, автомобильные насосы высокого давления также классифицируются в зависимости от дозирования топлива. Существует три типа циклического контроля доставки:

• С отсечкой конца подачи топлива;
• Дросселирование на входе;
• Комбинированный.

В дизельных двигателях с клапанным механизмом основным методом циклического регулирования является перепуск топлива во время нагнетательного движения поршня. Это изменяет геометрический активный ход привода. В этой системе в начале нагнетательной линии устанавливается перепускной клапан, который срабатывает при превышении заданного уровня давления и направляет часть топлива обратно в бак.

В объемных насосах обычно имеется дроссель на входе, который отводит часть дизельного топлива из контура высокого давления на сторону всасывания. В системах с торцевым приводом количество подаваемого топлива регулируется центробежной муфтой или электромагнитным клапаном, который перемещает неподвижное регулирующее кольцо в заданное положение.

В зависимости от типа привода, в аккумуляторных системах впрыска топлива можно использовать несколько методов управления циклической подачей

• механическое или электронное управление моментом срабатывания дозирующего устройства (игла распылителя, клапан);
• пружинная блокировка дозирующего устройства.

В современных основных системах количество топлива регулируется электронным блоком управления, который открывает дозирующий клапан на четко определенное значение.

Главные причины неисправностей

Топливная форсунка — это дорогостоящее устройство, которое очень тщательно следит за качеством топлива и смазочных материалов. Если автомобиль работает на некачественном топливе, в нем обязательно будут присутствовать твердые частицы, пыль, частицы воды и т.д. Все это приводит к выходу из строя плунжерных пар, которые устанавливаются в насос с минимальным допуском, измеряемым в микронах.

Некачественное топливо легко выводит из строя форсунки, которые отвечают за процесс распыления и впрыска.

Общими симптомами неисправности топливных насосов и форсунок являются:

• Расход топлива заметно увеличивается;
• заметно увеличивается расход топлива; — наблюдается чрезмерное количество выхлопных газов;
• Во время работы присутствуют ненормальные звуки и шумы;
• Мощность и эффективность двигателя заметно снижаются;
• Трудности при запуске;

Современные двигатели с впрыском топлива оснащены электронной системой впрыска топлива. ЭБУ дозирует топливо в цилиндры, распределяет этот процесс во времени и определяет необходимое количество дизельного топлива. Если владелец замечает малейшие отклонения в работе двигателя, это повод для немедленного обращения в сервисную службу. Привод и топливная система тщательно проверяются с помощью профессионального диагностического оборудования. Во время диагностики специалисты определяют ряд показателей, наиболее важными из которых являются следующие

• степень равномерности поставок топлива
• давление и его стабильность
• скорость вращения вала;

Как определить неисправность ТНВД

Насосный агрегат отличается высокой надежностью. Но примеси в топливе или частицы воды, скапливаясь на стенках топливного бака, попадая в механизм узла, могут стать причиной поломки. Самодиагностика невозможна — симптомы разрыва узла очень похожи на симптомы отказа двигателя и системы охлаждения.

Определить причину поможет компьютерная диагностика на стенде. Поводы для посещения СТО:

• Повышенный расход топлива;
• Выхлопной газ с резким запахом;
• Холостой ход — «плавающий»;
• трудно завести автомобиль с первой попытки;
• потеря сцепления с дорогой при ускорении;
• утечки топлива;
• шумы двигателя.

Наиболее распространенной причиной отказа насоса является наличие в топливе сомнительных присадок и парафиновых примесей. Они оседают на движущихся деталях машин и ухудшают смазывающие свойства топлива. Это приводит к трению деталей друг о друга и перегреву во время движения. Это приводит к деформации компонентов и быстрому выходу машины из строя.

Другой распространенной причиной является попадание влаги в механизм насоса. Молекулы воды, оседающие на металле, вызывают коррозию. Постепенно поршень и клапаны начинают заедать, топливо перестает поступать в необходимых дозах. Это значительно ускорит износ сальника и втулки. Производительность ТНВД будет постепенно ухудшаться, и в конечном итоге устройство выйдет из строя.

Но таких поломок можно избежать, если заправлять бак качественным топливом и не держать его пустым (чтобы конденсат не скапливался на стенках).

Намного реже встречаются менее серьезные поломки топливного насоса:

• износ уплотнений распределительного вала;
• неисправность топливного регулятора;
• поврежденные уплотнительные кольца;
• износ барана.

Эти неисправности менее серьезны и относительно легко устранимы, если вовремя отремонтировать систему насоса высокого давления.

Для тех, у кого проблемы с насосом гидроусилителя руля, мы уже рассказывали о ремонте насоса гидроусилителя руля.

Причиной неисправности ТНВД не всегда является выход из строя устройства. Топливная система автомобиля — это очень сложный механизм, содержащий ряд дополнительных устройств. Вышеупомянутые проблемы в работе машины иногда могут быть спровоцированы другими неисправностями:

• Повысительный насос не работает;
• Засорилась система впуска топлива;
• Изношен регулятор низкого давления;
• Форсунка работает неправильно, и топливо попадает в «обратный поток».

Ремонт топливоподкачивающего насоса и дополнительных компонентов системы следует проводить, как только будет замечено первое ухудшение работы двигателя. Проблему нельзя игнорировать: если вы продолжаете ездить на неисправном автомобиле, повреждения будут усугубляться. В лучшем случае вам придется полностью заменить неисправный насос, а в худшем — потратить дополнительные средства на капитальный ремонт двигателя.

Зачем устанавливается ТНВД на бензиновом двигателе

Первоначально топливные насосы высокого давления устанавливались только на дизельные автомобили. Однако с появлением двигателей с бензиновым впрыском необходимость установки насосов впрыска стала очевидной. Двигатели с бензиновым впрыском используют высокое давление бензина для подачи бензина к форсункам. Инжекторные насосы для бензиновых двигателей также используются для дозирования впрыскиваемого топлива, причем впрыск топлива должен происходить в точный момент для каждого топливного цилиндра.

Конструкция насоса впрыска бензинового двигателя принципиально не отличается от аналогичных механизмов, разработанных для дизельных двигателей. Все они работают по одному и тому же принципу поршневых пар.

Причины поломок насоса ТНВД дизельного двигателя

Это оборудование характеризуется высокой сложностью. Считается, что в случае выхода из строя топливного насоса самостоятельно отремонтировать оборудование в условиях мастерской очень сложно, даже невозможно.

Основной причиной выхода из строя топливного насоса впрыска является использование некачественных топливных жидкостей. Плохое топливо обязательно содержит посторонние частицы. Когда поверхности деталей плунжерной пары подвергаются воздействию таких элементов, прецизионные детали, изготовленные с минимальными допусками, приходят в негодность. Кроме того, топливо ненадлежащего качества быстро выводит из строя форсунки.

Основными симптомами неадекватной системы впрыска топлива являются:

• Повышенный расход дизельного топлива;
• Образование дыма в выхлопной трубе;
• Ненормальный шум и ненормальные звуки во время работы двигателя;
• Значительная потеря производительности трансмиссии;
• Трудности при запуске двигателя.

При наличии признаков, приведенных в данном списке, рекомендуется обратиться в специализированную службу. Топливный насос высокого давления можно диагностировать только на специальном испытательном стенде. В конструкции современных насосов нет регулировочных элементов, с помощью которых можно было бы скорректировать устройство. Помочь могло только вмешательство профессионалов.

Причины выхода из строя насоса впрыска топлива:

1. Топливо ненадлежащего качества.
2. Износ рабочих компонентов устройства.
3. Неисправность электронного управления.

Ремонт топливной аппаратуры производится только в специализированной мастерской. Только высококвалифицированные специалисты знают, как правильно разобрать, восстановить и затем снова собрать очень сложный агрегат:

• детали поршня-цилиндра;
• поршни;
• рабочие цилиндры;
• корпусные детали;
• кусты;
• поршни; поршни; главные цилиндры; втулки; штоки и т.д.

Перечисленные компоненты образуют тщательно подобранные пары, которые невозможно разобрать.

Дозировка топлива ТНВД

Задача ТНВД — точно дозировать топливо и подавать его к форсункам под высоким давлением в определенный момент времени. Существует три типа методов дозирования:

1. С отсечкой в конце подачи топлива.
2. С заслонкой потока на входе.
3. Комбинация.

Первый тип дозирования часто встречается на «рядных» двигателях и двигателях V-twin. Второй, — на распределительных и магистральных ТНВД. Третий, на всех типах насосов, регулируется центробежной муфтой и электромагнитным клапаном.

Диагностика и ремонт

Определить точную поломку практически невозможно для автомобилистов, находящихся в гараже. Для диагностики ТНВД необходимы специализированные стенды и опытные механики. Даже если вы можете разобрать насос и разобрать его, мы не рекомендуем заменять что-либо самостоятельно из-за высокой стоимости детали. Ремонт должен выполняться только в специализированных мастерских. Может случиться так, что насос впрыска топлива полностью исправен, но электронный блок управления неисправен. Проблема может заключаться как в «мозге» машины, так и в датчиках. Неправильные показания хотя бы одного из них приведут к неправильной генерации управляющих сигналов.

Чтобы максимально продлить срок службы насоса, мы рекомендуем использовать только дизельное топливо хорошего качества. Всегда проверяйте состояние топливного фильтра. Если он слишком засорен, то даже топливо хорошего качества будет постепенно накапливать нагар на стенках гильзы. Не пренебрегайте диагностикой, так как своевременное обнаружение неисправности позволит сэкономить на ремонте. Замена некоторых компонентов топливоподкачивающего насоса обойдется дешевле, чем покупка абсолютно новой детали.

Теперь вы знаете, что ТНВД является важным компонентом в конструкции дизельных автомобилей. Покупая дешевое топливо, подумайте, стоит ли ваша экономия затрат на сломанный топливный насос.