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

ТНВД на бензиновом и дизельном двигателе

Изначально насосы, обеспечивающие высокое давление, использовались исключительно для питания дизельных моторов. В бензиновых системах такая конструкция получила применение только в ДВС с непосредственным впрыском, где наиболее важны давление и точность подачи.

Насосы высокого давления имеют крайне сложную конструкцию, работают с повышенными нагрузками и требуют бережной эксплуатации. Важную роль играет качество топлива и отсутствие в нем примесей воды и абразивных частиц (например, пыли). При использовании ТНВД на бензиновом двигателе нагрузка меньше, чем на дизеле, что относительно продлевает срок его службы.

Располагается насос высокого давления в подкапотном пространстве в непосредственной близости от мотора (либо может устанавливаться на двигатель). Для его питания используется дополнительный подкачивающий топливный насос низкого давления. В зависимости от марки и категории автомобиля могут применяться различные типы ТНВД.

ТНВД разных конструкций и основные узлы

Главным рабочим механизмом насоса является плунжерная пара. Она состоит из плунжера (поршня) и втулки (гильзы). При перемещении поршня в гильзе формируется очень высокое давление, а потому для обеспечения безопасности и корректной работы пары, детали должны иметь высокую точность изготовления.

В силу этой особенности плунжерная пара в профессиональной сфере получила наименование прецизионная. Принцип работы плунжерной пары прост: поршень выполняет возвратно-поступательные движения внутри втулки и обеспечивает всасывание, сжатие и подачу топлива в надплунжерное пространство.

От механики к электронике

Системы электронного управления агрегатами автомобиля постепенно замещает механические приводы. Аппаратура ТНВД не стала исключением. Теперь насосы комплектуются блоками, контролирующими качество топливовоздушной смеси и процессы подачи солярки в камеры сгорания. Отчасти, моторы от выиграли от инновационных технологий. Электронная аппаратура точнее настраивает процессы впрыска, что повысило динамические характеристики. Но вместе с этим, оборудование стало сложным в обслуживании, а стоимость двигателей и ремонта существенно выросла.

Вдобавок к этому, мировая борьба за экологию заставляет инженеров разрабатывать моторы с низким выбросом вредных веществ в атмосферу. Такая тенденция способствовала выпуску ТНВД с двухфазным впрыском топлива. Он заключается в разделении цикловой подачи на две порции: предварительную и основную. Блок управления сам определяет, какой режим выбрать, руководствуясь данными с датчиков о таких параметрах, как:

1. Стадия свечей накала.
2. Положение дросселя.
3. Температура двигателя.
4. Температура входящего воздуха.
5. Частота вращения распредвала / коленвала.

Топливный насос высокого давления дизельного двигателя с электронным блоком управления может провести самодиагностику. Для этого он снабжён диагностической программой. Цифровые «мозги» оперативно перенастраивают подачу топлива, если какие-либо элементы системы, датчики и прочее, выйдут из строя. Но, если сгорит сам микропроцессор, то блок ТНВД перестанет контролировать процессы и мотор откажется запускаться.

Топливный насос высокого давления

Топливный насос высокого давления (ТНВД) служит для точного дозирования топлива и подачи его в определенный момент под высоким давлением к форсункам.
Автомеханики и водители нередко называют топливный насос высокого давления топливной аппаратурой.

В настоящее время многоплунжерные ТНВД с механическим приводом постепенно уступают место в системах питания дизелей более совершенным конструкциям, таким, как управляемые компьютером система насос-форсунка и распределительным насосам роторного типа, используемых в системах питания Common Rail . Тем не менее, на многих автотракторных двигателях насосы классической конструкции еще широко применяются.

Классификация ТНВД

Топливные насосы высокого давления классифицируются по следующим признакам:

по числу плунжеров:

• многоплунжерные (на каждый цилиндр приходится один плунжер);
• распределительные (один плунжер подает топливо в несколько цилиндров);

Многоплунжерные ТНВД могут быть выполнены с рядным или V-образным корпусом.

по виду привода плунжера:

• механический;
• гидравлический;
• пневматический;

по методу дозирования топлива:

• с регулированием количества подаваемого топлива за цикл (отсечкой);
• с регулированием цикловой подачи дросселированием на впуске (изменение наполнения топливом надплунжерного объема с помощью дросселирующего устройства в канале, подводящем топливо к впускному окну; применяется в распределительных насосах).

Распределительные ТНВД подразделяются на плунжерные и роторные.

Многоплунжерные ТНВД с механическим приводом

В автомобильных дизелях получили распространение многоплунжерные насосы с механическим приводом и регулированием количества подаваемого топлива отсечкой. Рассмотрим устройство такого насоса на примере ТНВД двигателя ЯМЗ-236, который относится к рядным насосам плунжерного типа и обеспечивает давление впрыска 16 МПа (рис. 1). В нижней части корпуса 1 насоса на двух шарикоподшипниках установлен кулачковый вал 12 с зубчатым колесом 11. На кулачковом валу имеются профилированные кулачки 19 по числу цилиндров двигателя и эксцентрик для привода топливоподкачивающего насоса, который крепится к привалочной плоскости ТНВД.

В перегородке корпуса против каждого кулачка установлены роликовые толкатели 18. Оси роликов 15 своими концами входят в пазы корпуса насоса, предотвращая проворачивание толкателей. В центр толкателей ввернуты регулировочные болты 40, на которые опираются плунжеры насосных секций. Все секции устроены одинаково, они взаимозаменяемы, и их число равно числу цилиндров двигателя.

Насосная секция состоит из втулки 35 с плунжером 6, нагнетательного клапана 33 с седлом 34, пружиной 32 и упором 31, штуцера 7, поворотной втулки 16 с зубчатым венцом 4, толкателя 18 с осью и роликом 15, пружины 38 плунжера и опорных тарелок 28 и 39.

Втулка плунжера фиксируется в корпусе стопорным винтом.
Плунжер и его втулка образуют так называемую плунжерную пару. Плунжерную пару изготовляют из хромомолибденовой стали и подвергают закалке до высокой твердости. После окончания обработки подбором производят сборку плунжеров и гильз так, чтобы обеспечить в их сопряжении зазор 5…2 мкм.
С такой же точностью изготовляются нагнетательный клапан 33 и его седло 34. Поэтому эти детали называют прецизионными, и они являются невзаимозаменяемыми.

Седло нагнетательного клапан прижато к втулке плунжера резьбовым штуцером 7 через уплотнительную медную прокладку. К штуцеру крепится трубка высокого давления, соединяющая секцию насоса с форсункой. Кулачок 19, толкатель 18 и пружина 38 обеспечивают возвратно-поступательное движение плунжера 6.

Втулка 35 плунжера фиксируется в корпусе стопорным винтом 29. На втулку свободно надевается поворотная втулка 16, а в вертикальные пазы нижней части втулки входят выступы 17 плунжера. На верхнем конце поворотной втулки закреплен зубчатый венец 4, который входит в зацепление с зубчатой рейкой (общей для всех секций), которая может перемещаться вдоль корпуса ТНВД.

При перемещении рейки вдоль корпуса ТНВД втулка 16 поворачивается на втулке плунжера и, действуя на выступы 17 плунжера, поворачивает его, в результате чего изменяется количество топлива, подаваемого к форсункам. Ход рейки ограничивается стопорным винтом 37, входящим в ее продольный паз.
Задний конец рейки соединен с тягой 10 регулятора частоты вращения коленчатого вала, установленного в корпусе 9. Выступающий из насоса передний конец рейки закрыт колпаком, в который ввернут винтовой упор 2, ограничивающий подачу топлива при обкатке автомобиля. Положение упора настраивается на заводе-изготовителе и пломбируется.

Топливо к плунжерным парам подводится по каналу 36, а отводится по каналу 30, в переднем конце которого установлен под колпаком перепускной клапан 5. Если давление в каналах превышает 0,16…0,17 МПа, клапан открывается и перепускает часть топлива в бак.
Попавший в каналы насоса воздух выпускается через отверстие, закрываемое пробкой 8.

Привод насоса осуществляется зубчатой передачей от коленчатого вала двигателя через муфту опережения впрыска топлива.
Муфта состоит из ведущей 23 и ведомой 26 полумуфт. На ведомой полумуфте закреплены две оси 27 с установленными на них центробежными грузиками 25, в вырезах которых установлены пружины 22. Пружины опираются с одной стороны на оси 27, а с другой – на опорные пальцы 21 ведущей полумуфты 23. Механизм муфты в сборе закрыт крышкой 24, которая навернута на резьбу ведомой полумуфты.

Устройство и работа насосной секции ТНВД

На рис. 2 показана работа насосной секции ТНВД.
Основными деталями топливной секции являются плунжер и его втулка. Втулка имеет два окна: верхнее впускное 6 и нижнее перепускное 11. Впускное окно находится в полости впускного канала ТНВД, а перепускное – в полости выпускного канала.
На плунжере выполнена винтовая канавка, верхний край (отсечная кромка 5) которой острый. Сверху в плунжере выполнено осевое сверление, переходящее в радиальную и винтовую канавку.

Каждая секция ТНВД работает следующим образом.
Когда плунжер находится в нижнем положении (рис. 2,а), топливо поступает в полость А из впускного окна под давлением, которое создает топливоподкачивающий насос. При набегании кулачка 1 на ролик толкателя 2 плунжер начинает двигаться вверх, при этом часть топлива выходит обратно во впускное окно (рис. 2, б).Когда плунжер перекроет впускное окно (рис. 2, в), топливо в полости А окажется запертым, что приведет к резкому нарастанию давления – это момент начала нагнетания. Дальнейшее движение плунжера приводит к открытию нагнетательного клапана 9, и топливо поступает к форсунке – это момент начала подачи. По времени моменты начала нагнетания и начала подачи почти совпадают.

При дальнейшем движении плунжера отсечная кромка 5 откроет перепускное окно (рис. 2,г), в котором давление составляет 0,1…0,12 МПа. Топливо из полости А из-за перепада давления по углублению в плунжере и отсечной канавке начнет перетекать в перепускное окно 11. Давление в полости А резко упадет. Нагнетательный клапан 9 опустится на седло. Подача топлива прекратится, что будет соответствовать концу подачи (отсечке топлива).
Плунжер будет продолжать двигаться дальше, но подачи топлива не будет, оно перетечет в выпускное окно.

Ход плунжера, соответствующий расстоянию от начала перекрытия впускного окна до начала открытия перепускного окна, называется активным или рабочим. Его значение для разных насосов при полной подаче – 0,8…2 мм.

Таким образом, подача топлива при высоком давлении осуществляется вследствие малого зазора в плунжерной паре и высокой скорости движения (в момент начала подачи она превышает 1,6 м/с).

Регулирование количества подаваемого топлива осуществляется поворотом плунжера вокруг своей оси, при этом начало подачи происходит в одно и то же время (перекрытие верхней кромкой плунжера выпускного окна). Однако, отсечная кромка подходит к перепускному окну по-разному (в зависимости от степени поворота плунжера), а потому конец подачи топлива может произойти раньше или позже. Соответственно топлива будет подано меньше или больше.

Если удлинить плунжер, то момент перекрытия впускного окна произойдет раньше, подача начнется раньше, и наоборот. При регулировке начала подачи изменяют не длину плунжера, а длину толкателя, вращая его регулировочный болт 40 (см. рис. 1).

Нагнетательный клапан разобщает надплунжерное пространство топливной секции от внутренних полостей нагнетательного топливопровода и разгружает его от высокого давления в период между впрысками топлива.
В результате обеспечивается более резкое окончание подачи и предотвращается или сводится к минимуму подвпрыск топлива.
Разгружается топливопровод высокого давления с помощью разгрузочного пояска 7 (рис. 2) нагнетательного клапана при его перемещении вниз, когда этот поясок исполняет роль поршенька, отсасывающего топливо из нагнетательного трубопровода.

Особенности устройства ТНВД двигателя КамАЗ-740

На двигателях КамАЗ-740 устанавливается V-образные топливные насосы высокого давления с углом развала между секциями 75˚ (рис. 3).

В корпусе 1 насоса установлен механизм поворота плунжеров, соединенный с правой и левой рейками. Рейки действуют на поворотные втулки плунжеров, расположенных в два ряда. Каждая насосная секция в отличие от насосов марки «ЯМЗ» имеет собственный корпус 13, а на толкателе вместо регулировочного винта установлена регулировочная пята 5 определенной толщины. Принцип действия насосной секции данного ТНВД такой же, как и на дизелях марки «ЯМЗ».

К передней крышке ТНВД прикреплен топливоподкачивающий насос с приводом от эксцентрика кулачкового вала через штангу.

V-образная форма топливного насоса высокого давления позволила получить более компактную конструкцию насоса с укороченным кулачковым валом, в результате чего стало возможным увеличить его жесткость и повысить давление впрыска до 18 МПа.

Прецизионные детали насосов смазываются дизельным топливом, остальные детали включены параллельно в смазочную систему двигателя.

Насосы низкого давления (топливоподкачивающие)

Выше рассматривались ситуации, когда топливо уже находится в ТНВД. Но к нему оно еще должно поступить, причем пройдя несколько этапов очистки. И это выполняет топливный насос низкого давления (топливоподкачивающий).

Они бывают как внешними, так и внутренними, механическими или электрическими.

В топливных системах с рядными ТНВД обычно используются внешние механические подкачивающие насосы поршневого типа. Привод его осуществлялся от эксцентрика вала насоса высокого давления.

Механический топливоподкачивающий насос

Конструктивно он очень прост. Внутри его корпуса имеется поршень со штоком, контактирующим с эксцентриком и двумя клапанами – впускным и выпускным.

При движении поршня вниз, топливо за счет разрежения через впускной клапан закачивалось в надпоршневое пространство. Движение же его вверх сопровождается закрытием впускного клапана и открытием выпускного, через который поршень выдавливает дизтопливо далее – к фильтру тонкой очистки.

Принцип работы ТННД

Поскольку его производительность больше, чем требуется для работы мотора, конструктивно предусмотрен сброс излишков обратно в бак.

В ТНВД распределительного типа уже используется внутренний механический подкачивающий насос роторного типа.

Нередко вместо механических узлов используются электрические, которые могут устанавливаться на корпусе ТНВД, в магистралях низкого давления или же непосредственно в баке. Они зачастую используются и в системе безопасности, которая при аварии подает сигнал на его отключение для прекращения подачи топлива в магистрали.

Электрический топливный насос

Классификация и устройство ТНВД

Топливные насосы высокого давления классифицируются по ряду признаков. Прежде всего их разделяют по типу привода плунжеров: механические, пневматические и гидравлические системы. Их, в свою очередь, группируют как механизмы непосредственного действия и аккумуляторные.

В первом случае процессы нагнетания и впрыска рабочей жидкости происходят одновременно под действием плунжеров с механическим приводом. В конструкциях с аккумуляторным впрыском рабочие плунжеры приводятся в действие за счет двигателя посредством приводного вала.

Системы с механическим приводом в современном автомобилестроении применяются редко, поскольку они не обеспечивают необходимого уровня экологической безопасности.

По числу плунжеров топливные насосы высокого давления разделяются на многоплунжерные и распределительные.

Рядный ТНВД

В многоплунжерных насосах для каждого цилиндра предусмотрен свой плунжер. Таким образом, каждая плунжерная пара обеспечивает подачу топлива в свой цилиндр. Конструктивно многоплунжерные насосы бывают двух типов:

• Рядные – плунжерные пары расположены рядом с друг другом в один ряд.
• V-образные – плунжерные пары расположены в два ряда и ориентированы друг к другу под углом от 75 до 120 градусов.

Принцип работы рядного ТНВД для дизельного двигателя заключается в том, что топливо движется по отдельным магистралям и направляется к форсункам мотора в заданном порядке. В классическом исполнении такие конструкции имеют механический привод кулачкового типа, соединенного с коленвалом двигателя.

Каждый кулачок приводит в движение соответствующий плунжер, заставляя его перемещаться внутри гильзы. Когда поршень перемещается вниз, происходит всасывание топлива. При движении вверх создается давление и открывается клапан нагнетательной магистрали.

В современных системах момент подачи топлива рассчитывается электронным блоком управления автомобиля, который получает сигналы от многочисленных датчиков. Это позволяет учесть такие факторы, как положение педали газа и частоту вращения коленчатого вала двигателя.

В ранних моделях автомобилей можно встретить механическое управление режимами работы рядного ТНВД. Для этого на кулачковом валу устанавливается специальная муфта с небольшими подвижными грузами. Под действием центробежных сил грузы смещаются вначале к внешним краям, а затем вновь к оси. Это, в свою очередь, провоцирует смещение кулачкового вала по отношению к приводу. Таким образом, чем больше частота вращения двигателя, тем раньше происходит впрыск.

Насосы V-образной формы работают по следующему принципу: специальный механизм поворота плунжеров соединен с рейками, воздействующими на втулки. Такая конструкция в сравнении с рядной отличается компактностью. Это позволяет повысить жесткость, укоротить кулачковый вал и добиться более высокого давления впрыска.

Как работают распределительные ТНВД?

В распределительных насосах один или два (у более мощных автомобилей) плунжера, которые подают топливо сразу в несколько цилиндров. Количество цилиндров в таких моторах может быть от 4 до 12. Подобные механизмы устанавливаются преимущественно на легковых автомобилях, поскольку относительно быстро изнашиваются. Именно этот тип ТНВД можно встретить в бензиновых двигателях.

Среди преимуществ распределительных насосов высокого давления можно назвать не только большую компактность в сравнении с многоплунжерными, но и большую точность подачи горючего. Главный недостаток – быстрый износ плунжеров.

Привод плунжера распределительного ТНВД представляет собой кулачковый механизм, который бывает трех видов:

Распределительный ТНВД

• роторные;
• торцевые (аксиальные);
• с внешним приводом.

Наиболее часто встречаются торцевые приводы распределительных ТНВД. Такая конструкция предполагает только одну плунжерную пару. Она выполняет функцию распределителя, осуществляя подачу топлива к заданной форсунке мотора. Поршень при этом одновременно и перемещается вдоль втулки, и вращается вокруг своей оси.

Для этого в конструкции предусмотрена кулачковая шайба с роликами, которая прижимается роликами к неподвижному кольцу с пазами. В процессе вращения ролики входят в пазы кольца и приводят в движение шайбу. Последняя, в свою очередь, воздействует на плунжер, провоцируя его вращение. Движение поршня вдоль гильзы выполняет сжатие рабочей жидкости, тогда как вращение обеспечивает открытие и закрытие топливных каналов, соединенных с форсунками.

Системы с внешним приводом практически не применяются, поскольку не отличаются надежностью работы.

Привод роторного типа также называют внутренним кулачковым. Он имеет всего одну топливную секцию и от 2 до 4 плунжерных пар, расположенных радиально. В основе конструкции кулачковая шайба с пазами, внутри которой находится распредвал с плунжерами. Они приводятся в движение роликовыми башмаками, контактирующими с шайбой.

Особенностью этой конструкции является то, что  втулки как самостоятельные элементы отсутствуют. Они представляют собой отверстия в распредвале насоса. Плунжеры движутся навстречу друг к другу, увеличивая и уменьшая общее надплунжерное пространство.

Принцип работы роторного привода схож с торцевым: вращение вала обеспечивает перемещение башмаков по поверхности шайбы, и они вдавливаются в пазы, толкая поршни и сжимая топливо. Затем под давлением топливо подается на распределитель и далее к форсункам.

Магистральные ТНВД системы Common Rail

Магистральный ТНВД

Топливные насосы высокого давления магистрального типа применяются в системах Common Rail. Последняя предполагает аккумуляцию топлива в рампе перед его подачей к форсункам. Конструктивно этот тип насосов может иметь до 3 плунжеров, что позволяет достигать высоких уровней давления.

Движение плунжеров обеспечивается за счет воздействия кулачковой шайбы (вала), совершающей вращательные движения, а также специальной пружины. В заданный момент времени под действием кулачка пружина перемещает поршень вниз, что приводит к расширению надплунжерного пространства.

При этом воздух в камере разряжается, провоцируя раскрытие обратного клапана всасывающей магистрали и подачу топлива в камеру. Когда давление в камере увеличивается, клапан закрывается и поршень начинает обратное движение, сжимая топливо. При достижении нужного уровня давления открывается клапан нагнетательного канала и топливо поступает в рампу.

Способы дозирования топлива в ТНВД

Помимо основных классификаций, автомобильные насосы высокого давления разделяют по принципу дозирования топлива. Существуют три типа регулирования цикловой подачи:

• с отсечкой в конце подачи топлива;
• с дросселированием на впуске;
• комбинированный.

Для дизельных систем клапанного типа основным способом регулирования цикловой подачи является перепуск топлива при нагнетательном движении поршня. При этом изменяется геометрический активный ход плунжера. В такой системе в начале нагнетательной магистрали устанавливается перепускной клапан, который срабатывает при превышении заданного уровня давления и отправляет часть топлива обратно в бак.

В распределительных насосах преимущественно выполняется дросселирование на впуске, при котором часть рабочей жидкости из контура высокого давления перенаправляется во всасывающую полость. В системах с торцевым приводом количество подаваемого топлива регулируется центробежной муфтой или электромагнитным клапаном, которые перемещают неподвижное регулировочное кольцо в заданное положение.

Исходя из типа привода аккумуляторные системы ТНВД могут использовать несколько способов регулировки цикловой подачи:

• механическое, или электронное регулирование времени срабатывания дозирующего устройства (иглы распылителя, клапана);
• пружинное запирание дозатора.

В современных магистральных системах количество топлива регулируется электронным блоком управления, раскрывающим дозирующий клапан на строго рассчитанную величину.

Какие бывают неполадки

Топливный насос высокого давления, обладая электронным блоком, функцией изменения угла опережения впрыска, это – дорогое по цене оборудование, которое имеет свои запросы к моторному маслу со смазочными материалами. При автомобильной эксплуатации на масле пониженного качества, в моторе образуются камни, присутствует вода и частицы пыли. Плохое топливо сможет поломать плунжерные пары, поставленные в насосе, которые измеряются в микронах. Понадобится комплексный ремонт у специалистов.
Отремонтированный аппарат Низкое по качеству масло легко ломает механизмы форсунок, которые ответственны за распыление с подачей масла. К популярным видам рабочих неисправностей ТНВД с форсунками относится следующий фактор:

• увеличение топливного расхода;
• повышение выхлопной дымности;
• присутствие постороннего звука, рабочего шума;
• заметное снижение мощностного диапазона ДВС;
• осложненный запуск.

В современных моторных установках работает усовершенствованная впрысковая система. Сетевой блок управления выполняет дозированную подачу топлива в ряд поршней. Он занимается распределением временного процесса, определением нужного количества дизеля. При получении информации о трудностях работы двигателя или блока управления, следует немедленно обратиться в сервисный центр. Мощная установка в такой момент тщательно исследуется через профессионалов.  Диагностическое оборудование выявляет причину проблемы. При осмотре специалисты проверяют степень дизельной подачи с давлением, частотой вращения.
ЭБУ в топливном насосе

Принцип действия плунжерной пары

(последовательность фаз)
Вращение кулачкового вала ТНВД преобразуется непосредственно в возвратно-поступательное движение роликового толкателя, приводящего в действие плунжер Движение плунжера в направлении к его ВМТ называется ходом нагнетания.
Возвратная пружина возвращает плунжер к его НМТ. Пружина рассчитана так, что даже при максимальных частотах
вращения кулачкового вала ТНВД ролик не отходит от кулачка; отскок и вместе с ним удар ролика по кулачку при длительной эксплуатации привели бы к разрушению поверхностей кулачка или ролика. Плунжерная пара работает по принципу перетока топлива с управлением регулирующей кромкой 5. Этот принцип используется в рядных ТНВД серии РЕ и индивидуальных ТНВД серии PF. В НМТ плунжера подводящий канал 2 гильзы 3 и канал 6 слива топлива открыты. Благодаря им топливо может перетекать под давлением подкачки из полости впуска в камеру 1 высокого давления. При движении вверх плунжер закрывает отверстие подводящего канала своим верхним торцом. Этот ход плунжера называется предварительным. При дальнейшем движении плунжера вверх давление
растет, что приводит к открытию нагнетательного клапана над плунжерной парой. При применении нагнетательного клапана постоянного объема плунжер дополнительно совершает втягивающий ход. После открытия нагнетательного клапана топливо во время активного хода через магистраль высокого давления направляется к форсунке, которая впрыскивает точно дозируемое количество топлива в камеру сгорания двигателя. Когда регулирующая кромка плунжера открывает перепускной канал, активный ход плунжера завершается. С этого момента топливо в форсунку не нагнетается, поскольку во время остаточного хода оно через продольную и спиральную канавки из камеры высокого давления направляется в перепускной канал. Давление в плунжерной паре при этом падает. По достижении ВМТ плунжер меняет направление своего движения на противоположное. Топливо при этом через спиральную и продольную канавки поступает обратно из перепускного канала в камеру высокого давления. Это происходит до тех пор, пока регулирующая
кромка вновь не перекроет перепускной канал. При продолжении обратного хода плунжера над ним возникает область низкого давления. С освобождением подводящего канала верхним торцом плунжера топливо вновь поступает в камеру высокого давления. Цикл начинается снова.

Последовательность работы плунжерной пары

1. Камера высокого давления
2. Подводящий канал
3. Гильза плунжера
4. Плунжер
5. Регулирующая кромка
6. Перепускной капал А полный ход плунжера

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:

1. Топливо несоответствующего качества.
2. Износ рабочих элементов устройства.
3. 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.

Какой уровень давления обеспечивают ТНВД?

Поскольку основной задачей ТНВД является точное дозирование и своевременная подача топлива, его рабочие характеристики во многом зависят от требуемых для конкретного автомобиля режимов работы. Следует понимать, что каждый насос имеет некоторый диапазон рабочего давления, а не одну конкретную величину. Так, например, рядные ТНВД для дизельных моторов, в зависимости от модели, могут создавать максимальное давление до 55-135 МПа. При этом в отдельной модели минимальный показатель на холостом ходу может быть 15 МПа, а максимум при полной нагрузке – 130 МПа.

Магистральные насосы системы Common Rail достигают максимальных показателей до 135-200 МПа и каждое последующее поколение увеличивает не только верхний, но и нижний порог диапазона. Для примера, самые первые системы Bosch CP1 предполагают работу в диапазоне от 17 до 135 МПа, тогда как системы четвертого CP4 поколения способны развивать от 23 до 200 МПа.

Для бензиновых двигателей с непосредственным впрыском топлива (системы GDI) достаточно обеспечить давление в диапазоне 3-11 МПа.

Разновидности

В конструкции современных дизельных двигателей используются топливные насосы высокого давления (ТНВД) нескольких типов.

Рядный

Этот тип конструкции характеризуется надежностью и длительными сроками эксплуатации. Смазка насосов данного класса производится моторным маслом, что обеспечивает их совместимость с дизелем низкого качества. Рядные конструкции устанавливаются на силовые агрегаты с раздельными камерами сгорания и комплектуются плунжерными парами в соответствии с числом цилиндров. Поршни насоса приводятся в движение кулачковым валом, который соединен с коленвалом двигателя. Перманентное прижатие плунжера к кулачку обеспечивается с помощью пружин. Система имеет следующий принцип действия: вращение кулачкового вала смещает поршень, который перекрывает каналы впуска и выпуска. Одновременно с этим в камере повышается давление, открывающее нагнетательный клапан и порция горючего отправляется к конкретной форсунке.

За дозирование объема топлива в новых моделях отвечает электроника, а в старых двигателях это свойство обеспечивалось поворотом поршня на некоторое количество градусов внутри цилиндра. Механизмом, отвечавшим за данную операцию, служила шестерня, соединенная с зубчатой рейкой и подведенная к педали газа. Корректировка впрыска при изменении нажатия на акселератор производилась через муфту с грузиками, расходящимися под влиянием центробежной силы и обеспечивавшими необходимый угол опережения, в зависимости от оборотов мотора.

Распределительный

Эта конструкция характеризуется более плавной и стабильной работой, а также меньшими габаритами в сравнении с предыдущим вариантом. Топливные насосы высокого давления распределительного типа включают в себя следующие модификации:

• Роторные или плунжерные
• С кулачками внутреннего, торцевого или наружного размещения

Данный вариант конструкции оснащается парой плунжеров, которые обслуживают все камеры сгорания. При этом поршни совершают количество оборотов, равное числу цилиндров в конкретном двигателе, что обуславливает перманентно высокий уровень нагрузки на детали и их ускоренный износ, относительно аналогов рядного типа.

Магистральный

Этот тип конструкции характеризуется наилучшей управляемостью процессов воспламенения среди существующих аналогов и используется в двигателях с системой Common Rail. Максимальный контроль за горением смеси обеспечивается, благодаря подаче дизеля не напрямую в камеру сгорания, а в рампу (магистраль), выполняющую функцию предварительного аккумулятора. Такое технологическое решение дало возможность разделить процессы впрыска смеси и формирования необходимого давления. Работа насоса контролируется электронными системами управления.

ТНВД данного типа имеют наибольшую эффективность и считаются вершиной эволюции в своем классе. В различных моделях двигателей применяются насосы с различным количеством (от 1 до 3) плунжерных пар. Помимо этого, система может оснащаться гидравлическим приводом, подающим горючее через специальные клапаны. Такое конструктивное решение позволяет наиболее точно отрегулировать дозировку.

История разработки и совершенствования

Впервые данное устройство было разработано в 1930-х годах Робертом Бошем. В легковых автомобилях тнвд начали активно использовать во второй половине того же десятилетия.

Так как первые бензиновые моторы оснащались карбюраторами, то в таком механизме нуждались только дизельные агрегаты. В наши дни бензиновые моторы с системой непосредственного впрыска также имеют насос подобного типа (карбюратор уже встречается крайне редко – только в машинах старого поколения).

Хотя принцип работы насоса практически не изменился, сам механизм претерпевал многократные модернизации и улучшения. Причиной тому – повышение норм экологичности и производительности ДВС. Вначале использовался механический тнвд, однако он был не экономичным, что приводило к объемным выбросам вредных веществ. Современные электронные насосы показывают отличную экономичность, что позволяет транспорту вписываться в рамки экологических норм и удовлетворяют водителей скромного достатка.

Возможные неисправности и методы их устранения

Некорректная работа ТНВД дизельного двигателя может выражаться в следующих признаках:

• Отклонение  показателя расходования горючего от нормы;
• Появление отработавших газов черного цвета;
• Повышенный уровень шума при работе силовой установки;
• Потеря мощности;
• Плохой запуск силовой установки.

Основной причиной возникновения неисправностей является плохое качество солярки. В рабочей смеси плохого качества присутствуют мелкие абразивные частицы. Они негативно влияют на нагнетательные элементы и распылители двигателя внутреннего сгорания.

Некорректная работа ТНВД может быть вызвана неправильной регулировкой узла. Для выявления неисправностей потребуется провести диагностику. Самостоятельно диагностировать неисправности невозможно. Для этого необходимо специализированное оборудование и технические знания. После правильной настройки ТНВД двигатель будет отвечать всем необходимым требованиям.

Для устранения неисправностей необходимо заменить изношенные части. Замену комплектующих осуществляют  квалифицированные специалисты. Устройство устанавливают на предусмотренный для этого стенд. После чего осуществляют диагностику и выполняют все необходимые регулировки.

Неполадки могут возникнуть в результате сбоя в электронной системе управления. Для устранения потребуется прошить электронный блок управления. При прошивке программируется процессор электронного блока управления. Для этого используется специализированное программное обеспечение.

ВАЖНО: Прошивку электронного блока управления следует доверить высококвалифицированным специалистом. Неправильно проведенная процедура может привести к выходу устройства из строя и необходимости его полной замены.