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.