В конструкцию дизельного двигателя входит сложнейшее устройство – топливный насос (Injection pump), поставляющий топливную жидкость под высоким давлением. В отличие от ДВС, работающих на бензине, дизельный мотор функционирует по иному принципу. Коленчатый вал вращается за счет самовозгорания дизельного топлива в цилиндрах. Топливо под сверхвысоким давлением впрыскивается в камеры через мельчайшие отверстия специальных распыляющих форсунок. ТНВД дизельного двигателя обеспечивает поступление дизтоплива под большим напором.
Как работает ТНВД дизельного двигателя
Благодаря использованию фирменной впрыскивающего оборудования Common Rail, солярка под давлением поступает в заданный момент на распыляющие устройства – форсунки. Управление процессом осуществляется автоматикой. Основная работа ТНВД дизельного двигателя сводится исключительно к созданию сверхвысокого давления дизтоплива. Полное сгорание топлива в рабочих цилиндрах двигателя обеспечивает получение максимальной мощности дизеля, который работает на солярке.
Основное требование к ТНВД – подача дизтоплива под силой давления, равной не меньше 150 мегапаскалей (Мпа). Материалом изготовления корпусной детали насоса является высококачественный алюминиевый сплав АЛ9. В топливном насосе используется, так называемая, плунжерная пара – комплект деталей, состоящий из небольшого цилиндрика малого диаметра и соответствующего стерженька. Материал изготовления этих элементов – сталь повышенной прочности марки 25Х5МА. С целью обеспечения максимальной эффективности дизельного двигателя, при изготовлении данных деталей соблюдается требование по сверхвысокой точности.
Объем подаваемого топлива и время его поступления в камеру сгорания задаются частотой вращения коленвала. Когда водитель нажимает на газ, увеличивая нагрузку, в двигатель подается расчетная порция солярки, достаточная для бесперебойного функционирования мотора. От исправности топливного насоса высокого давления зависит эффективность силового агрегата, а значит, в обязанность автовладельца входит своевременное техобслуживание и регулярный анализ состояния и возможных отказов всех его элементов, включая ТНВД.
Виды насосов высокого давления
В зависимости от возраста и особенностей конструкций дизельных моторов, в них используются насосы ТНВД различных модификаций, которые, соответственно, тоже разделены на отдельные категории.
Виды ТНВД дизельного двигателя:
- Топливные насосы рядного типа.
- Распределительного.
- Магистральные насосы.
Интересно: Американская компания Cummins известна среди автомобилестроителей, как производитель высококачественных дизельных моторов для мощных и крупных транспортных средств (автобусы, внедорожники), а также для военной техники (тягачи, броневики, самоходные суда и пр.). Насосы высокого давления Камминз также входят в ассортимент выпускаемой продукции концерна.
Рядные ТНВД
Такие конструкции были разработаны конструкторами компании Bosch. Особенность механизма рядного типа – использование индивидуального набора плунжерной пары для каждого цилиндра. Солярка движется по специальным патрубкам топливных магистралей и направляется в строгой очередности к отдельным распыляющим форсункам.
Что происходит в цилиндрах при работе дизельного мотора:
- вращение от двигателя передается через привод на специальный кулачковый вал;
- детали плунжерной пары приходят в движение под воздействием кулачков;
- толкатель заставляет плунжер перемещаться по цилиндру, сжимая воздух, который сильно нагревается при уменьшении объема;
- когда давление сжатого воздуха превысит заданное значение, срабатывает впускное клапанное устройство;
- через открывшееся отверстие распыленное топливо подается в камеру сгорания цилиндра;
- в горячем сжатом кислороде впрыснутое мелкодисперсное топливо самовозгорается (смесь взрывается и постепенного сгорает в цилиндре);
- плунжер по инерции занимает прежнее положение.
Время точной подачи свежей порции топлива в каждый цилиндр ДВС, а также расчетный объем поставляемой солярки регулируются вручную или под управляющим воздействием со стороны электронных приборов. Чаще всего насосами рядного типа оборудуются транспортные средства повышенной тяжести. С 2000 года данные механизмы не ставятся на дизелях в современных легковых автомобилях.
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.
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.
Магистральные топливные насосы
Большинство современных дизелей оснащены аккумуляторным впрыскивающим устройством Common Rail, в которое включен магистральный насос ТНВД. Перед входом в полости цилиндров, солярка здесь аккумулируется в специальном резервуаре под названием топливная рампа. Для улучшения управляемости процессами повышения напора и качества впрыска, эти операции выполняются последовательно.
Конструкция ТНВД магистрального типа включает в себя различное количество плунжерных пар (от 1 до 3). Плунжер начинает движение под воздействием специальных пружинных деталей, сжатого кислорода или через гидравлический привод. Согласно алгоритму работы узлов и деталей насоса, дозирующие клапаны цилиндров срабатывают и производится впрыск дисперсной топливной смеси в нужную камеру сгорания в точное время.
Магистральные топливные насосы ТНВД, в комплекте с аккумулирующей рампой, являются наиболее совершенными и пользуются повышенной популярностью среди современных автопроизводителей. Благодаря управлению при помощи электронных элементов, магистральные насосы обеспечивают напор топлива, силой, превышающей 1500 бар.
Важно: При использовании насосов ТНВД магистрального вида рекомендуется применять дизтопливо самого лучшего качества, т. к. рабочие элементы данного устройства быстро приходят в негодность при работе с несоответствующей соляркой.
Подкачивающий насос дизельного двигателя
Кроме топливного насоса, обеспечивающего высокое давление (ТНВД), в конструкцию дизеля также входит насос, поставляющий солярку под низким давлением (ТННД). Задача данного приспособления – забор дизтоплива из топливного бака и последующая транспортировка по патрубкам к ТНВД. Подкачивающая помпа расположена на корпусе насоса ТНВД или в непосредственной близости к нему. Обе помпы соединены между собой посредством специальных трубок.
ТННД обеспечивает движение горючего под сравнительно низким напором. Перед подачей солярки в полость насоса ТНВД, она проходит через специальные фильтры. Работа подкачивающего насоса проходит в два этапа:
- Подготовительный.
- Рабочий.
На подготовительном этапе дизтопливо очищается от инородных твердых частиц при помощи фильтрующих устройств. В рабочем режиме – очищенное горючее подается на ТНВД.
Интересно: При работе помпы низкого давления через нее перекачивается дизтопливо в завышенном объеме. Количество солярки немного превышает нужный объем, достаточный для равномерной работы дизеля. Такое подкачивание с запасом помогает стабилизировать давление в системе питания при повышении нагрузок на силовой агрегет.
Зачем устанавливается ТНВД на бензиновом двигателе
Изначально топливные насосы высокого давления устанавливались только на дизельных транспортных средствах. Однако, с появлением инжекторных двигателей, работающих на бензине, возникла необходимость в установке насосов ТНВД. В инжекторных моторах бензин под высоким давлением подводится к распыляющим форсункам. В задачу ТНВД бензинового двигателя также входит дозировка количества подаваемого топлива, впуск горючего при этом должен осуществляться в строго назначенный момент для отдельно взятого топливного цилиндра.
Устройство ТНВД бензинового двигателя принципиально не отличается от подобных механизмов, предназначенных для дизелей. Все они работают, используя принцип действия плунжерных пар.
Причины поломок насоса ТНВД дизельного двигателя
Данное оборудование отличается высокой сложностью исполнения. Считается, что при поломке топливного насоса высокого давления, отремонтировать устройство в условиях гаража самостоятельно очень трудно, почти невозможно.
Главная причина отказа ТНВД – использование топливных жидкостей низкого качества. Плохая солярка обязательно содержит инородные твердые включения. При воздействии на поверхности деталей плунжерных пар такие элементы приводят в негодность, точные элементы, изготовленные с соблюдением минимальных допусков. Также горючее несоответствующего качества быстро разрушает форсунки.
Основные симптомы неисправности ТНВД:
- повышение расхода дизельного топлива;
- появление дыма в выхлопной трубе;
- возникновение постороннего шума и непривычных звуков в работающем моторе;
- существенное снижение мощности силового агрегата;
- затруднения при запуске двигателя.
При возникновении признаков, приведенных в данном перечне, рекомендуется обратиться в специализированный сервисный центр. Диагностика топливных насосов повышенного давления производится только на специальных стендах. В конструкции современных насосов нет элементов регулировки, при помощи которых можно было бы исправить прибор. Здесь поможет только вмешательство профессионалов.
Причины отказов топливных насосов ТНВД:
- Топливо несоответствующего качества.
- Износ рабочих элементов устройства.
- Сбои в работе электронного управления.
Топливная аппаратура ремонтируется только в специализированной мастерской. Только высококвалифицированные мастера знают и умеют правильно разбирать, восстанавливать, а затем вновь собирать устройства повышенной сложности:
- элементы устройства плунжер-цилиндр;
- поршни;
- рабочие цилиндры;
- корпусные детали;
- втулки;
- штоки и пр.
В представленном списке перечислены элементы, входящие в состав тщательно подогнанных пар, которые не подлежат разукомплектованию.
Основные пункты технического обслуживания топливных насосов ТНВД
При техобслуживании сложного оборудования дизелей проводятся следующие мероприятия:
- Проверка работоспособности топливоподкачивающей помпы низкого давления.
- Осмотр перепускного клапана.
- Регулировка цикличности в секциях ТНВД.
- Удаление кислорода из топливных магистралей.
- Визуальный осмотр впускных патрубков на предмет их герметичности, целостности.
- Проверка и регулировка усилий затяжки крепежных элементов корпусных деталей.
Интересно: При обнаружении дефектов на рабочих элементах плунжерной пары в виде пятен коррозии, на торцах втулки, которые приводят к нарушению герметичности, узел восстанавливается при помощи сложных технологических приемов под названием перекомплектовка. При этом опытные мастера осуществляют точную притирку сопрягаемых деталей, входящих в пару, доводя уровень шероховатости поверхностей до 0,1 мкм.