Тнвд что это такое в машине дизель

ТНВД: что это такое в машине, виды, диагностика и неисправности

Каждый автомобилист обязан знать хотя бы ориентировочно обустройство автомобиля. Эти знания значительно упростят понимание работы каждого агрегата, диагностику при поломках и последующий ремонт. В дизельных автомобилях есть специфическая деталь – ТНВД. Что это такое в машине, для чего используется, каковы возможные поломки и методики ремонта, будет рассказано далее.

Что собой представляет

Как уже многие поняли, данное название – это аббревиатура. Расшифровка ТНВД достаточно простая. Она расшифровывается как топливный насос высокого давления. Главная задача данного агрегата – подать вовремя в камеру сгорания дизель под высоким давлением. Дизельное топливо имеет одну важную особенность – качественное воспламенение возможно только при достаточном давлении. Если оно будет слишком низким, то искра не сможет воспламенить смесь. Применение стандартной поршневой системы считается неэффективным. Для работы дизельного мотора понадобится создать давление от 150 мегапаскаль. Решением этой проблемы и стал специфический для дизеля агрегат ТНВД.

С появлением передовой системы впрыска Common Rail, которая осуществляет электронное управление форсунками, насос стал выполнять только одно действие – создание достаточного уровня давления. При этом Common Rail устанавливается далеко не на всех автомобилях. Топливный насос высокого давления – это важный и незаменимый компонент, обеспечивающий правильную работу двигателя. Любому водителю дизельного авто будет полезно знать принцип работы аппарата и его разновидности.

Конструкция устройства

Существует несколько видов ТНВД дизельного двигателя. Далее будет описано общее устройство ТНВД. Насос включает два ключевых компонента: плунжер (или поршень) и цилиндр малого диаметра, по которому ходит поршень. Вместе они образовывают плунжерную систему. Изготавливается она только из высококачественной стали, чтобы выдержать без деформаций высокие давления. Важную роль играет высочайшая точность, с которой производится подобная плунжерная пара.

Многим водителям уже известно, что ТНВД является одним из самых дорогих элементов в конструкции. Использование качественного сырья и необходимость для производства высокоточного оборудования делают эту деталь такой дорогостоящей. На территории бывшего СССР было меньше 3 заводов, которые способны были изготавливать топливные насосы высокого давления.

Работа насоса возможна во многом благодаря очень маленькому расстоянию между плунжерной парой. Его называют прецизионным сопряжением. Также насос осуществляет распределение топлива по форсункам. Это промежуточный элемент в цепи, который объединен непосредственно с насосом. Нижняя часть форсунки находится в камере сгорания. Она отвечает за распыление дизеля. Точное время воспламенения определяется углом опережения.

Как правило, топливный насос высокого давления располагается в подкапотном пространстве недалеко от двигателя. На иномарках трубопроводы к форсункам от насоса будут металлическими, что затруднит демонтаж детали.

Теперь вы знаете устройство ТНВД дизельного двигателя. Это общая информация, так как более специфические детали конструкции необходимо изучать на примере насоса конкретного вида.

Разновидности ТНВД

Развитие технологий привело к появлению нескольких видов ТНВД. Далее будут рассмотрены следующие типы:

Каждый тип обладает своими особенностями.

Рядный

Это крайне надежный и долговечный тип насосов. В легковых автомобилях его перестали применять где-то в 2000 годах, но на дизельных грузовиках он используется повсеместно. ТНВД подобного класса смазываются моторным маслом, что позволяет работать даже на низкокачественном дизеле. Рядные модели устанавливаются в моторах с раздельными камерами сгорания.

Как понятно из названия, все плунжерные пары установлены в один ряд. Их количество определяется числом цилиндров в моторе. К коленчатому валу подсоединяется кулачковый вал. Именно он приводит в движение каждую из плунжерных пар. Для постоянного прижатия плунжера к кулачкам имеются специальные пружины.

Принцип действия достаточно прост: при вращении кулачкового вала плунжер сдвигается. Он закрывает собой впускное и выпускное отверстия. Параллельно создается высокое давление, благодаря которому происходит открытие нагнетательного клапана. После дизель через топливопровод поступает к конкретной форсунке.

За регулировку количества топлива отвечает электроника. В старых машинах это делается механическим путем. Последний способ предполагает поворот плунжера на небольшой градус внутри цилиндра. Это достигается за счет использования шестерни, соединенной с зубчатой рейкой. Рейка соединяется с педалью акселерометра. Корректный впрыск топлива при разном нажатии педали осуществляется с помощью специальной муфты. Она имеет пару грузиков, которые расходятся под действием центробежных сил и обеспечивают раннее или позднее впрыскивание, учитывая обороты мотора.

Распределительный

Это следующее поколение, обладающее парой важных преимуществ по сравнению с рядными моделями (меньшие габариты детали, более стабильная и плавная работа). При этом распределительные ТНВД разделяются на несколько подклассов:

• плунжерные или роторные;
• с торцевыми, внутренними или внешними кулачками.

В конструкции используется пара плунжеров, которые работают на все камеры сгорания. Из-за невысокой долговечности подобные устройства устанавливаются на легковых автомобилях. Плунжеры делают столько оборотов, сколько цилиндров в моторе, за счет чего и уменьшается существенно срок эксплуатации по сравнению с рядными ТНВД.

Магистральный

Большинство современных дизельных иномарок оснащается системой Common Rail, (прямой впрыск топлива). Неотъемлемым компонентом является магистральный ТНВД. Он характеризуется лучшей управляемостью процесса сгорания. Добиться этого удалось за счет подачи топлива не прямо в цилиндр, а в специальную аккумулирующую емкость (топливная рампа). Этот конструктивный ход позволил разделить процесс впрыска и создания давления.

В различных автомобилях используется топливный насос высокого давления с 1, 2 или 3 плунжерными парами. Дополнительно в конструкции может присутствовать гидравлический привод. Из аккумулирующей емкости топливо попадает в цилиндр через специальные клапаны, способные регулировать дозировку.

Магистральные модели являются верхом эволюции подобных насосов, предоставляя максимальную эффективность. Работа регулируется электронным блоком управления, что с другой стороны является уязвимостью. Также к недостаткам можно отнести прихотливость насоса к дизельному топливу и высокая стоимость. Малейшие деформации в движущихся компонентах могут вывести деталь из строя.

Как это работает

Давайте рассмотрим в подробностях принцип работы ТНВД. Как уже было описано ранее, конструкция состоит из плунжера и нагнетательного клапана. В ходе вращения кулачкового вала (который получает вращательный момент от коленчатого вала через передачу) он «набегает» на муфту. Последняя смещается в направлении форсунки, создавая в топливе над плунжером все большее давление. Параллельно закрывается впускной канал. При достижении конкретного показателя давления, нагнетательный клапан приоткрывается, а топливо вытесняется в форсунку.

При движении вниз остатки топлива уходят через специальный винтовой канал в корпусе плунжера. Отверстие в плунжере становится на одном уровне в определенный момент с выпускным каналом. Затем процедура повторяется. В современных иномарках управление осуществляется посредством электронного блока управления (ЭБУ).

ЭБУ получает информацию от датчика температуры, вращения вала и других, на основе которых формируются управляющие сигналы. Электронная система также учитывает, насколько педаль газа нажата, каковы температуры топлива и охлаждающей жидкости. В памяти устройства хранятся оптимальные режимы работы. На основе заложенных алгоритмов и поступающей информации электроника управляет цикловой подачей и углом опережения впрыска.

В зависимости от специфики устройства в конструкции могут быть дополнительные элементы, контролирующие работу ТНВД.

Признаки и причины неисправности

Очень многие автомобилисты интересуются тем, как определить, что топливный насос высокого давления дизельного двигателя вышел из строя или работает с проблемами. Существует ряд признаков, на которые следует обращать внимание:

• проблемный запуск мотора;
• повышенный расход дизеля;
• заметные провалы мощности;
• появление нетипичного шума или сторонних звуков при работе двигателя;
• высокая дымность выхлопа.

Причины этих явлений могут быть самые разнообразные. Первая и самая распространенная – естественный износ. Расстояние между плунжером и цилиндром увеличивается, начинает образовываться нагар, что, естественно, приводит к перебоям в системе. Возможна неравномерная подача топлива. Происходит она из-за следующих факторов:

• истирание металла плунжеров;
• повышенный износ клапанов или зубчиков на рейке;
• уменьшение пропускной способности форсунки;
• физические повреждения втулки.

Явным признаком износа плунжерной пары является «плавание» оборотов на холостом ходу.

Диагностика и ремонт

Определить точную поломку автомобилистам в гаражных условиях практически невозможно. Для диагностики ТНВД необходимы специализированные стенды и опытные механики. Даже если вы сможете демонтировать и разобрать насос, не рекомендуем самостоятельно что-то менять, учитывая высокую стоимость этой детали. Выполняйте ремонт только в специализированных техцентрах. Бывает, что ТНВД полностью исправен, а неполадки в функционирование вносит электронный блок управления. Проблема может быть как в «мозгах» машины, так и в датчиках. Некорректные показания хотя бы с одного из них приведут к неправильному формированию управляющих сигналов.

Чтобы максимально продлить срок службы насоса, рекомендуем использовать только качественное дизтопливо. Обязательно проверяйте состояние топливного фильтра. Если он будет слишком засорен, то даже качественное топливо будет постепенно создавать нагар на стенках втулки. Не пренебрегайте диагностикой, ведь своевременное обнаружение неполадки позволит сэкономить на ремонте. Дешевле заменить некоторые компоненты в ТНВД, чем покупать полностью новую деталь.

Теперь вы знаете, что ТНВД – это важный агрегат в конструкции дизельных автомобилей. Покупая дешевое горючее, задумайтесь, стоит ли ваша экономия поломки топливного насоса.

Что такое ТНВД в дизельном двигателе автомобиля

Аббревиатура ТНВД расшифровывается как Топливный Насос Высокого Давления (в английской литературе просто Injection pump). Данный насос используется на автомобилях с дизельным двигателем. Ведь для эффективного сгорания дизельного топлива требуются определенные условия, связанные с обеспечением высокого давления.

Поэтому, каждый автомобилист должен понимать, что такое ТНВД в дизельном двигателе, назначение и принцип его работы. Ведь без этого узла не сможет нормально функционировать система впрыска любого дизельного силового агрегата.

Для чего нужен Топливный Насос Высокого Давления

Основное назначение ТНВД — обеспечить подачу дизельного топлива в камеру сгорания двигателя под определенным давлением в требуемый момент. Но, стоит сказать, что с внедрением системы впрыска Common Rail с электронно-управляемыми форсунками, главной функцией насоса стало исключительно создание высокого давления топлива, при котором происходит наиболее полное его сгорание. Именно благодаря этому обеспечивается высокая мощность двигателя, работающего на обычной солярке.

Учитывая то, что современные модификации ТНВД должны обеспечивать подачу топлива при давлении 150 МПа и более, применение стандартной поршневой схемы неэффективно. На практике решить проблему удалось, применяя традиционную для компрессоров плунжерную пару (стальной высокопрочный стержень и цилиндр небольшого диаметра). Оба этих элемента изготовлены с высокой точностью, что позволило отказаться от традиционных для поршневых групп колец.

Время и объем подачи топлива в камеру сгорания определяется исходя из частоты вращения коленчатого вала силового агрегата. Поэтому, даже при изменении нагрузки (нажатие на педаль акселератора), двигатель получает необходимую для стабильной работы порцию солярки.

Топливный насос высокого давления, это один из основных узлов, обеспечивающих работоспособность двигателя. Поэтому его техобслуживанию и диагностике неисправностей стоит уделять особое внимание.

Видео о ТНВД

Читайте также: Чем отличается дизельный двигатель от бензинового и что выбрать.

Какие бывают ТНВД и чем они отличаются

На дизельных двигателях различных модификаций и разного поколения используют существенно отличающиеся модели топливных насосов высокого давления. Условно все модификации можно разделить на следующие группы.

Рядные топливные насосы высокого давления

Рядный Топливный насос высокого давления от Bosch

Основная особенность устройства заключается в наличии отдельной плунжерной пары на каждый цилиндр. Все они размещаются в едином корпусе ТНВД, а подача топлива обеспечивается по специальным каналам. Функционирует агрегат следующим образом:

• Движение плунжера обеспечивается вращением кулачкового вала, имеющим привод непосредственно от коленвала двигателя.
• Под воздействием толкателя плунжер начинает передвигаться по втулке, при достижении заданного давления открывается выпускной клапан и топливо поступает в рабочий цилиндр двигателя.
• Регулировка момента подачи и требуемого объема горючего может осуществляться механическим способом либо при помощи систем электронного управления.

ТНВД такого типа отличаются высокой надежностью. На текущий момент рядные устройства применяются на среднем и тяжелом автотранспорте, на легковых автомобилях с начала столетия подобные ТНВД не устанавливаются.

Читайте также: Что такое ГБЦ и как она устроена.

ТНВД распределительного типа

Топливный насос высокого давления распределительного типа

В этих устройствах производители отказались от выделенной на каждый рабочий цилиндр плунжерной пары. Конструкция содержит всего один или два плунжера, обеспечивающих повышение давления горючей смеси. К форсункам топлива подается через распределительную головку по специальным каналам.

Среди преимуществ такого типа ТНВД можно выделить:

• Уменьшенные габаритные размеры и масса оборудования. Благодаря этому основной сферой применения агрегата стали именно легковые автомобили.
• Равномерная подача топлива по цилиндрам независимо от режима работы двигателя. Обеспечить это удалось благодаря автоматической системе регулировки (механическая или электронная).

Следует признать, уменьшение количества плунжерных пар привело к увеличению нагрузки на них. Поэтому рабочий ресурс агрегата уступает другим модификациям ТНВД.

Читайте также: Что такое ДМРВ и какие функции оно выполняет.

Магистральные ТНВД

Магистральный Топливный насос высокого давления

Практически на всех современных дизельных автомобилях используется аккумуляторная система впрыска топлива Common Rail, одним из основных узлов которой и стал магистральный насос высокого давления.

Его основное отличие заключается в том, что горючее подается не непосредственно в цилиндры, а в аккумулирующую емкость (топливную рампу). Конструкция позволила разделить процессы повышения давления (нагнетания) топлива и его впрыска, что обеспечило более лучшую управляемость этими процессами.

На практике применяют насосы с 1-3 плунжерными парами, приводимыми в действие пружинами или под воздействием сжатых газов. Существуют модификации и с гидравлическим приводом. Распределение топлива по цилиндрам из рампы осуществляется при помощи открытия соответствующих дозирующих клапанов.

Эффективность работы магистрального ТНВД в комплексе с топливной рампой обеспечивается системой электронного управления и высоким создаваемым давлением (более 1500 бар). На текущий момент подобная система впрыска считается наиболее совершенной. Но стоит учитывать то, что магистральные ТНВД достаточно чувствительны к качеству используемого топлива.

Что такое ТНВД и его роль в работе двигателя

Топливный насос высокого давления (Injection pump в английских источниках) — узел системы питания автомобиля. Родоначальник ТНВД – Роберт Бош. Изначально устанавливался исключительно на дизельных силовых агрегатах. На легковых машинах стал использоваться с конца 30-х годов XX века. Современные автогиганты применяют этот технически сложный блок на бензиновых моторах, имеющих распределенный впрыск топлива.

Что такое ТНВД и для чего он нужен?

ТНВД — что это такое в машине? Условно можно сравнить с сердцем человека — узел, обеспечивающий бесперебойную циркуляцию крови (топлива) по организму (топливной системе). На деле назначение блока несколько шире:

• точное дозирование подаваемого топлива, где величина порции зависит от нагрузки;
• нагнетание топлива в форсунки;
• определение момента впрыска горючего в цилиндры.

Преимущество ТНВД перед карбюратором заключается именно в возможности подачи точно отмеренной порции топливно-воздушной смеси в камеры внутреннего сгорания. Это решение позволяет снизить расход топлива. Насос напрямую связан с коленчатым валом: при разгоне порции увеличиваются, при падении оборотов — уменьшаются.

Так как работа дизельных агрегатов сопряжена с высокими нагрузками, то подача солярки производится под высоким давлением, обеспечивающим полное сгорание. Бензиновые моторы работают при значительно меньшей нагрузке. Поэтому использование топливного насоса целесообразно в системах с прямым впрыском горючего (не имеющих впускного коллектора).

Подводя промежуточный итог, можно сказать: что такое ТНВД в автомобиле — это способ увеличить КПД двигателя, снизить расход потребления топлива.

Устройство и принцип работы

Схематически устройство простого рядного ТНВД можно представить следующим образом:

• поршень (плунжер), сопряженный с цилиндром (втулкой), которые работают как единое целое — плунжерная пара;
• канавки для подачи топлива к плунжерным парам;
• кулачковый вал с центробежной муфтой; вращение вала происходит посредством ремня ГРМ;
• толкатели плунжера, на которые давит кулачковый вал;
• возвратные пружины, обеспечивающие возврат плунжера;
• клапаны нагнетательные;
• штуцеры;
• рейки зубчатые;

всережимный регулятор, который активируется педалью газа.

Представляя устройство узла, несложно понять его принцип работы, схожий с работой двухтактного ДВС:

• вращается кулачковый вал;
• кулачки вала давят на толкатели плунжера;
• происходит движение плунжера по цилиндру;
• повышение давления приводит к открытию нагнетательных клапанов;
• топливо поступает через клапан к форсункам.

Конструкция насоса предусматривает подачу к форсункам не всей воздушно-топливной смеси, но только строго определенной порции. Остатки отправляются в сливные клапаны. Центробежная муфта обеспечивает подачу дизельного горючего в конкретный момент. Всережимный регулятор необходим для определения количества смеси: давление на педаль газа увеличивает объем, ослабление — уменьшает.

От механики к электронике

Механические насосы постепенно вытесняются агрегатами с электронной начинкой. Устройство и принцип работы узлов отличается тем, что все происходящие в ТНВД процессы регулируются электроникой. Здесь обеспечение максимально точного количества смеси, моментальная реакция на малейшее изменение динамики. Механическим насосам такие параметры недоступны. Электроника позволила снизить циклы нестабильного сгорания топлива, уменьшить нестабильность работы дизеля на холостом ходу.

Следующий шаг — двухфазный впрыск топлива, обеспечивающий полноту сгорания. Следствие — уменьшение выброса в атмосферу токсичных продуктов и увеличение КПД двигателя. При этом система контролирует:

• положение педали газа;
• частоту вращения распредвала двигателя;
• температуру двигателя (охлаждающей жидкости);
• скорость движения;
• величину подъема иглы форсунки;
• давление наддува воздуха;
• температуру воздуха на впуске;
• работу свечей накаливания.

ТНВД с электронными блоками управления снабжены программами самодиагностики, значительно расширяющими возможности использования насосов. Так, при возникновении ряда отказов система будет работать, обеспечивая движение транспортного средства. Полный отказ происходит при выходе из строя микропроцессоров.

Виды ТНВД

В машиностроении используются следующие виды ТНВД:

По принципу действия ТНВД делят:

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

Конструкция агрегатов различна, но неизменным является основной рабочий узел — плунжерная пара.

Рядные ТНВД используются на тяжелых и средних грузовиках, активно применяются в машиностроении. Неоспоримое преимущество — способность функционировать на топливе низкого качества. Простота конструкции — это надежность и неприхотливость в обслуживании. В рядных моделях количество плунжерных пар соответствует количеству цилиндров. Недостаток — громоздкость.

В распределительных насосах одна или две плунжерные пары (зависит об объема двигателя) обслуживают все цилиндры. Такая схема позволяет значительно уменьшить габариты и массу узла и обеспечивает равномерную подачу топливной смеси. Применяют агрегаты этого типа на легковых автомобилях. Популярные модели – Bosch, Lucas. Распределительные ТНВД различаются по исполнению кулачкового привода: торцевой, внутренний или внешний. Последний вариант практически не производится. Недостаток распределительных насосов — недолговечность.

Магистральные ТНВД имеют отличную от предыдущих вариантов схему. Нагнетание топлива производится плунжерами (от одного до трех), приводимыми в движение кулачковой шайбой либо валом. Дозирующий клапан отвечает за регулировку подачи топлива. Открытие и закрытие клапана обеспечивается электроникой. Агрегаты этого типа используются в топливной системе Common Rail.

Как понять, что ТНВД неисправен

Производители постоянно улучшают качество насосов, проводя испытания агрегатов в сборе и отдельных элементов. Но от возникновения неполадок никто не застрахован. Протестировать ТНВД, напичканный электроникой, без специального оборудования и программного обеспечения не представляется возможным. Как же понять, что проблемы возникли именно с этим узлом? Общие признаки таковы:

• резкое увеличение расхода топлива;
• проблемы с запуском двигателя;
• выхлопные газы черного цвета;
• едкий запах и повышенная дымность выхлопа;
• регулярное соскальзывание ремня ГРМ;
• утечки топлива;
• падение мощности ДВС;
• нестабильная работа мотора на холостых обортах.

Основная причина поломок — загрязнение плунжеров насоса (некачественное топливо, смазка и т. д.). Опасна для микронных допусков плунжера и вода, которая может содержаться в горючем.

Подводя итоги, можно сказать, что при соблюдении несложных правил эксплуатации (своевременный сервис, использование качественных ГСМ), ТНВД — надежный узел, позволяющий экономно расходовать топливо.

Мой дорогой дизель: почему ломаются ТНВД, и как их чинят

С момента окончательной прописки дизельных моторов на легковых автомобилях не только владельцы, но и мастера с небольшой опаской смотрели на это «чудо техники». Да, выигрыш на топливе и на тяге очевиден – но что будет, если мотор сломается? Особенностью всех без исключения двигателей на тяжелом топливе является прецизионность сборки самых ответственных деталей, а также величина рабочего давления – разумеется, если мы говорим о современных моторах. Глядя на нормо-часы в сервисе, касающиеся ремонта и обслуживания топливной аппаратуры, каждый невольно задастся вопросом: «Стоит ли игра свеч?». И да, и нет.

С одной стороны, вы получаете неимоверно производительный ДВС с паровозной тягой и уменьшенным расходом, с другой – необходимость повышенного внимания к качеству топлива, более частой замене топливного фильтра и довольно большим расходам в случае необходимости ремонта или замены элементов системы. Но если первая чаша весов все же перевесила, и вы стали обладателем автомобиля «на дизеле» с системой Common Rail, то стоит посмотреть, как ремонтируются элементы этой системы. Сегодня мы выясним, как выполняется ремонт ТНВД.

Кратко об устройстве

Common Rail : это словосочетание у всех на слуху, и многие даже знают, что это такое. Говоря простым языком, это не что иное, как система впрыска дизельного топлива из общей магистрали непосредственно в цилиндр двигателя под очень высоким давлением (1 600 – 1 800 бар). Некоторые скажут: но ведь дизтопливо уже давно впрыскивается непосредственно, в чем же особенность? Ответ лежит на поверхности, в самом названии: это «единая магистраль».

Раньше, до появления Common Rail, дизтопливо под давлением, создаваемым ТНВД (топливным насосом высокого давления) отправлялось сразу к форсунке, через которую впрыскивалось в цилиндр. В новой же системе насос нагнетает топливо в топливную рампу, которая сама по себе является аккумулятором – а уже от рампы топливо по трубкам подводится к форсункам.

Благодаря подобной схеме получается, что все форсунки имеют в своем распоряжение топливо под одинаковым давлением в любое время и в любом количестве – причем давление это довольно высокое. Оно необходимо для лучшего распыления и, следовательно, смешивания топлива с воздухом, а значит, для более полного сгорания. Все это – звенья цепи, ведущей к повышению эффективности работы ДВС.

Почему нельзя было обойтись без общей топливной рампы? Чтобы ответить себе на этот вопрос, попробуйте надуть до максимального размера воздушный шарик за один присест. Если вы кит, то справитесь без проблем. Если же вы человек, то придется или очень постараться, или просто сделать несколько вдохов и выдохов. Так и здесь: систему питает небольшой насос высокого давления с малыми потерями на трение, но с возможностью накачать 1600 бар в трубку, называемую топливной рампой.

Следующий элемент в схеме – форсунки. В современных моторах они могут быть электромагнитными или пьезоэлектрическими. Вторые, к слову – последнее слово техники в дизелестроении.

Для завершения схематической картины работы Common Rail добавим, что топливо от рампы подается к форсункам, но не запирается в самой рампе, а отводится через сливной канал. По сути, топливо в системе постоянно циркулирует, но как только сигнал «приходит» на электромагнитный клапан, он «открывает» форсунку, и топливо распыляется в цилиндр. Кстати, именно об устройстве и работе форсунок мы поговорим в следующей статье.

Устройство ТНВД

Конструктивно насосы могут быть роторными или, как в нашем случае, плунжерными. Так как в наше поле зрения попал плунжерный насос, и на данный момент он более распространен, то и рассматривать мы будем различные вариации этой конструкции.

Принцип работы предельно прост: подпружиненный плунжер двигается внутри стакана, набирая и выталкивая из полости над ним дизтопливо. Перемещается плунжер благодаря кулачковому валу. Зачастую конструктивно в корпус установлено три плунжера. В полости над плунжером установлены односторонние клапаны на впуск и выпуск. В общем, насос устроен почти как сердце.

Если обратиться к деталям, то можно выделить три типа ТНВД.

Топливный насос высокого давления

Самым сложным и дорогим устройством системы питания дизеля является топливный насос высокого давления (ТНВД). При создании первых стационарных двигателей Рудольф Дизель выяснил, что для надежного самовоспламенения топлива оно должно подаваться в цилиндр под высоким давлением. В его конструкциях для этого использовался мощный и громоздкий компрессор. В 20-е годы. Роберт Бош разработал компактный и надежный ТНВД. Первый серийный ТНВД для грузового автомобиля был выпущен фирмой Bosch еще в 1927 году, а в 1936 был налажен выпуск ТНВД для легковых автомобилей.
ТНВД не только создает давление топлива, но и распределяет его по форсункам соответствующих цилиндров в соответствии с порядком работы двигателя. Форсунки соединяются с ТНВД трубопроводами высокого давления. Форсунки входят своей нижней частью — распылителями — в камеры сгорания. Распылители имеют очень маленькие отверстия, необходимые для того, чтобы топливо поступало в камеру сгорания в мелко распыленном виде и легко воспламенялось.
Момент времени впрыска топлива определяется углом опережения впрыска. Форсунки и ТНВД – устройства прецизионной точности. Штифты форсунок и плунжеры ТНВД смазываются дизельным топливом, которое поступает в процессе работы.

Регулирование подачи топлива в ТНВД с рядным расположением плунжерных пар:
1 — из топливного канала;
2 — к форсунке;
3 — втулка;
4 — плунжер;
5 — нижняя регулирующая спиральная выемка;
6 — вертикальная канавка

Первые ТНВД были похожи на миниатюрные рядные двигатели. Кулачковый вал, приводившийся в действие от коленчатого вала двигателя, с числом выступов, соответствующих числу цилиндров, воздействовал на серию плунжерных пар (поршневых насосов высокого давления). С 1960 г. дизели легковых автомобилей используют ТНВД роторного типа. Роторный ТНВД представляет собой устройство с вращающимся кулачковым валом, имеющим один выступ, который воздействует на плунжерные пары, расположенные радиально, число которых также соответствует числу цилиндров двигателя. Такие насосы называются распределительными. Они отличаются от рядных компактностью и меньшей себестоимостью в производстве. Механические устройства (а в последнее время электронные), встроенные в насос, регулируют момент впрыска, поворачивая вперед или назад кулачковый вал, и подачу топлива, с помощью отсечных клапанов, сбрасывающих давление, когда впрыснуто достаточное количество топлива. Следует отметить, что начало впрыскивания должно быть точно установлено по времени, в пределах ±1° поворота коленчатого вала, с целью поддержания оптимального расхода топлива и токсичности отработавших газов.

Плунжерная пара представляет собой поршень (плунжер) и цилиндр (втулка) небольшого размера. Плунжер и втулку изготавливают из высококачественной стали с высокой точностью и в процессе изготовления индивидуально притирают друг к другу, чтобы обеспечить минимальный зазор в сопряжении. Во втулке на разном уровне просверлены два отверстия. Через одно отверстие (впускное) топливо поступает, а через другое (выпускное) отводится. В многоплунжерном насосе число плунжерных пар равно числу цилиндров двигателя и каждая пара снабжает топливом определенный цилиндр.

Схема работы плунжерной пары:
I — впуск топлива (наполнение);
II — начало движения плунжера вверх;
III — момент начала нагнетания;
IV — момент отсечки подачи;
А — отсечная кромка;
Б — перепускное окно;
В — впускное окно;
Г — надплунжерное пространство;
Д — разгрузочный поясок;
Е — запорная часть клапана;
1 — кулачок;
2 — толкатель;
3 — плунжер;
4 — втулка плунжера;
5 — нагнетательный клапан;
6 — пружина клапана

Плунжерные пары установлены в корпусе ТНВД, в котором имеются каналы для подвода и отвода топлива. Каждый плунжер на боковой поверхности имеет специальную спиральную канавку — отсечную кромку. В нижней части корпуса ТНВД на подшипниках качения установлен кулачковый вал, который приводится от коленчатого вала двигателя. Все плунжеры с помощью пружин прижимаются к соответствующим кулачкам. При вращении кулачкового вала кулачки в определенной последовательности перемещают плунжеры внутри втулок. При движении плунжера вверх он сначала закрывает выпускное отверстие во втулке, а затем впускное.

Конструкция многодырчатой форсунки:
1 — корпус распылителя;
2 — игла;
3 — гайка;
4 — установочные штифты;
5 — проставка;
6 — штанга;
7 — корпус форсунки;
8 — уплотнительное кольцо;
9 — штуцер;
10 — фильтр;
11 — уплотняющая втулка;
12 — регулировочные прокладки;
13 — упорная прокладка;
14 — пружина

Под давлением топлива открывается нагнетательный клапан, находящийся сверху гильзы, и топливо поступает через трубопроводы высокого давления к соответствующим форсункам.
Внутри форсунки расположена игла, которая сверху поджимается пружиной и закрывает топливу проход к отверстиям распылителя. Под действием давления топлива игла приподнимается, сжимая пружину, и топливо начинает впрыскиваться через распылитель в камеру сгорания. Процесс впрыскивания прекращается в момент, когда канавка отсечной кромки плунжера совпадет с выпускным отверстием в гильзе. В этот момент происходит резкое падение давления топлива и игла форсунки закрывает распылитель, не допуская подтекания топлива.
Если поворачивать плунжер внутри гильзы, то из-за наклона отсечной кромки будет изменяться момент окончания подачи топлива, а следовательно, и количество этого топлива. Для поворота плунжеров на каждом из них закреплена шестерня, находящаяся в зацеплении с зубчатой рейкой. Рейка связана механическим приводом с педалью акселератора. Поэтому нажатие педали вызывает перемещение рейки, которая одновременно поворачивает все плунжеры и изменяет количество топлива, поступающего в цилиндры двигателя. Для того чтобы заглушить дизель, необходимо прекратить подачу топлива. В этом случае все плунжеры поворачиваются в положение, при котором отсечная кромка постоянно соединяется с выпускным отверстием. При изменении частоты вращения коленчатого вала необходимо изменять момент начала подачи топлива в цилиндры. С этой целью на кулачковом вале ТНВД установлена центробежная муфта опережения впрыскивания топлива. Внутри муфты имеются грузики, которые при увеличении оборотов коленчатого вала расходятся под действием центробежных сил и проворачивают кулачковый вал по фазе относительно привода. Увеличение частоты вращения коленчатого вала двигателя приводит к более раннему началу впрыскивания, а уменьшение — к более позднему.

Распределительный ТНВД с аксиальным движением плунжера и компенсатором давления во впускном трубопроводе (LDA)

В одноплунжерных ТНВД используется только одна плунжерная пара, а подача порций топлива к форсункам различных цилиндров дизеля осуществляется с помощью специального вращающегося распределителя. Такие насосы называются также распределительными. Распределительные ТНВД более компактны, их масса меньше, но плунжеру приходится работать с большей частотой ходов и долговечность таких насосов ниже.

ТНВД (Топливный насос высокого давления)

ТНВД представляет собой один из ключевых узлов двигателя транспортного средства. Его важность показывает сравнение с сердечной мышцей в организме человека, задачей которой выступает обеспечение циркуляции крови по телу. Назначение ТНВД аналогично, с той лишь разницей, что он отвечает за перемещение горючего по топливной системе.

Определение

ТНВД или топливный насос высокого давления – это сложный с конструктивной и технологической точек зрения узел системы подачи топлива в дизельном или бензиновом двигателе. Английское название устройства – injection pump. Основными функциями ТНВД выступают такие:

• подача горючего к форсункам с одновременным нагнетанием давления;
• дозирование топлива в зависимости от выбранного водителем режима эксплуатации;
• определение оптимальной периодичности впрыска топлива в цилиндры двигателя.

Ключевым отличием топливного насоса высокого давления от выполняющего в целом аналогичные функции карбюратора выступает впрыск четко дозированного количества горючего в камеры внутреннего сгорания двигателя. Это достигается установлением непосредственной связи с коленчатым валом, что позволяет при разгоне автомобиля увеличивать порцию подаваемой топливно-воздушной смеси, а при уменьшении оборотов – снижать объем впрыскиваемого горючего. Как следствие – уменьшается расход топлива и обеспечивается более высокий КПД работы двигателя, что и выступает главным достоинством ТНВД.

История разработки и совершенствования

Разработчиком ТНВД считается Роберт Бош. Активное использование рассматриваемой разновидности топливного насоса на легковых автомобилях началось во второй половине 30-х годов прошлого века.

Изначально топливный насос высокого давления предназначался исключительно для дизельных двигателей. Однако, в настоящее время ТНВД применяется и для бензиновых агрегатов, оборудованных инжекторной системой, обеспечивающей впрыскивание топлива непрямую в цилиндры.

Постоянный рост требований в части охраны труда и соблюдения экологических стандартов объясняет еще одно важное направление улучшения ТНВД. В современных условиях произошло вытеснение механических топливных насосов устройствами, оснащенными электронной регулировкой подачи горючего. Второй вариант системы впрыска топлива намного экономичнее и сводит к минимуму количество вредных выбросов в атмосферу.

Устройство

Различают несколько видов топливных насосов высокого давления. Несмотря на существенные конструктивные различия, основным рабочим узлом ТНВД является так называемая плунжерная пара. Основной ее задачей является нагнетание давления в топливной системе.

Устройство плунжерной пары включает две детали – поршень или плунжер, давший название рабочему узлу, и втулка или гильза. Принцип работы устройства основан на возвратно-поступательном движении, которое плунжер осуществляет внутри втулки. При этом каналы и клапаны, расположенные внутри ТНВД обеспечивают подачу горючего в полость, размещенную над плунжером, а также его отвод после сжатия и нагнетания давления.

Узел может эффективно работать только при обеспечении высокого уровня герметичности. Для этого рабочие поверхности и поршня, и втулки тщательно обрабатываются, что дало еще одно название плунжерной пары – прецизионная, то есть высокоточная. Еще одно обязательное требование к поршню и втулке – изготовление из крайне прочных марок стали, способной выдержать серьезные нагрузки.

Наличие других конструктивных элементов, деталей и узлов топливного насоса высокого давления зависит от конкретной разновидности устройства. Конструкция наиболее простого и широко распространенного рядного ТНВД предусматривает присутствие следующих деталей:

• плунжерная пара, подробно описанная выше;
• специальные канавки, назначение которых – подача горючего к плунжерной паре;
• кулачковый вал, оснащенный центробежной муфтой, который вращается при помощи ремня ГРМ;
• толкатели плунжера, передающие энергию, поступающую от кулачкового вала;
• пружины, предназначенные для возврата плунжера в исходное положение;
• нагнетательные клапаны, обеспечивающие движение топлива в нужном для эксплуатации двигателя направлении;
• зубчатые рейки, штуцеры и так называемый всережимный регулятор, активируемый педалью газа.

Некоторые особенности других разновидностей ТНВД описываются ниже. Но независимо от различий в конструкции, принцип работы любых топливных насосов высокого давления примерно одинаков.

Принцип работы

Схема работы рассматриваемой модели топливного насоса напоминает эксплуатацию двухтактного двигателя внутреннего сгорания. Она включает в себя несколько последовательно реализуемых этапов:

1. Вращение кулачкового вала с оказанием давления на толкатели плунжера.
2. Перемещение поршня по втулке.
3. Увеличение давления топлива, в результате которого открываются нагнетательные клапаны.
4. Поступление горючего к форсункам через открытые клапаны.

Важной особенностью ТНВД выступает попадание в форсунки не всей топливно-воздушной смеси, а только четко определенной дозы. Оставшееся топливо через специальные сливные клапаны возвращается в систему. Наличие центробежной муфты обеспечивает поступление горючего в нужный момент, а присутствие в конструкции всережимного регулятора обеспечивает точное определение необходимого объема смеси. В результате одновременной работы всех узлов топливного насоса высокого давления удается добиться продуктивной работы двигателя при минимально возможном расходе топлива.

Дальнейшего увеличения КПД двигателей, оснащенных ТНВД, позволяет добиться использование электронных систем управления работой топливного насоса. Современные высокоточные датчики контролируют все ключевые параметры системы, к числу которых относятся:

• изменение положения педали газа;
• количество оборотов распределительного вала;
• уровень температуры охлаждающей жидкости;
• скорость транспортного средства;
• уровень давления в системе наддува воздуха;
• изменение положения иглы форсунки и т.д.

Дополнительный плюс ТНВД с электронным блоком контроля и управления – наличие эффективных программ самодиагностики системы. Они позволяют быстро выявлять возникшие проблемы и обеспечивают работу двигателя даже в случае отказа отдельных узлов или деталей.

Классификация

Для классификации ТНВД применяется несколько признаков. По принципу работы различают топливные насосы непосредственного действия и системы, предусматривающие аккумуляторный впрыск. Первая разновидность также делится на два типа – с механическим и пневматическим приводом. Она обеспечивает одновременное осуществление процессов нагнетания давления и впрыска, а потому проще и намного чаще применяется на практике.

Вторая разновидность – топливный насос с гидроаккумулятором – разделяет выполнение накачки топливно-воздушной смеси и ее впрыска в форсунки. Сначала горючее собирается в специальном хранилище, который и называется аккумулятором, после чего передается для сжигания. В результате повышается эффективность работы двигателя, но при этом заметно усложняется конструкция ТНВД. Последний аргумент стал главной причиной того, что насосы с гидроаккумулятором не относятся к числу популярных.

Второй классифицирующий признак – конструктивные особенности насоса. В соответствии с ними принято различать три типа ТНВД:

1. Рядные. Наиболее простая и надежная конструкция, предусматривающая наличие нескольких ниш или секций, каждая из которых предназначена для подачи топлива в одну форсунку двигателя. При этом плунжерные пары размещаются в ряд, что и дало название агрегату. Сегодня такая разновидность ТНВД применяется исключительно на грузовых автомобилях, что объясняется надежностью и низким уровнем требований к качеству топлива. Однако, из-за больших габаритов и невысокого, по сравнению с альтернативными вариантами, КПД, установка на легковые авто прекращена в 2000 году.
2. Распределительные. Данная разновидность насоса предполагает наличие одного или двух плунжеров, количество которых определяется объемом двигателя. Благодаря особенностям конструкции, этого оказывается вполне достаточно для обслуживания цилиндров, число которых варьируется в пределах от 4 до 12. В результате, достигается уменьшение массы и размеров ТНВД, что позволяет использование на двигателях легковых авто. Основной минус – сравнительная недолговечность насосов распределительного типа.
3. Магистральные. ТНВД этого типа предусматривает систему подачи топлива Common Rail, которая стала в последние годы одной из наиболее востребованных. Главная особенность – накапливание топлива перед поступлением к форсункам в специальной рампе. Основное достоинство магистральных ТНВД – высокий уровень давления (свыше 180 МПа), благодаря которому достигается более эффективное сжигание горючего, обеспечивающее рост КПД при снижении расхода топлива.

Частые неисправности

Несмотря на достаточно серьезные конструктивные различия между разновидностями топливных насосов высокого давления, их эксплуатация сопровождается необходимостью выполнение ряда обязательных требований. Первое и главное из них – использование топлива, соответствующего характеристикам конкретной модели насоса.

Второе необходимое условие – своевременное и регулярное техническое обслуживание агрегата. Третье требование – применение в процессе эксплуатации качественных смазочных материалов.

Невыполнение любого из перечисленных условий приводит к необходимости дорогостоящего и весьма трудоемкого ремонта, что связано со сложностью конструкции ТНВД и, как следствие, большим объемом работ по снятию плунжерной пары или других пришедших в негодность деталей. Наиболее частыми неисправностями топливного насоса высокого давления являются:

• увеличение количества образуемого в ходе выхлопа дыма;
• повышенный расход топлива;
• снижение мощности двигателя;
• возникновение посторонних шумов;
• трудности с запуском двигателя;
• скачки такого важного показателя, как количество оборотов.

Несмотря на внушительный перечень возможных неисправностей, необходимо отметить, что качественно изготовленный ТНВД при грамотной эксплуатации является надежным и долговечным устройством. Следование приведенным выше рекомендациям и правильное использование топливного насоса гарантирует экономичную и эффективную работу двигателя в течение всего нормативного срока службы.