ТНВД: виды, устройство, принцип работы топливного насоса высокого давления

Устройство топливного насоса высокого давления

ТНВД – ключевой элемент системы топливоподачи в дизельном моторе. Основная функция – своевременно передавать порцию топливной смеси в камеру сгорания. Когда в качестве топлива используется солярка, то воспламенение напрямую зависит от уровня давления. Обойтись силами стандартной поршневой системы не получится, она не способна обеспечить рабочее давление в 150 и более МПа. Чтобы создать условия для воспламенения топливной смеси, в конструкции дизельных силовых агрегатов и предусмотрен ТНВД.

После того, как производители начали выпускать промышленные версии систем топливоподачи Common Rail с электронным контролем распылителей, функции топливного насоса заметно сократились и ограничились только контролем над уровнем нагнетаемого давления.

Особенности конструкции и принцип функционирования рядного ТНВД

Рядный вид является «родоначальником» насосов высокого давления, поскольку именно эти ТНВД использовались на первых дизельных установках и применение он, хоть уже и ограниченное, находит и сейчас.

Особенность его заключается в том, что для каждой форсунки предусмотрена своя топливная секция (с одной рабочей парой). Все секции размещены в ряд, отсюда и название типа ТНВД. Разновидностью его является V-образный насос, у которого секции располагаются в два ряда. Также стоит отметить, что он полностью механический, и только в последних модификациях стали использовать электромеханические регуляторы момента подачи топлива.

V-образный ТНВД

В нем плунжеры приводятся в действие от кулачкового вала, который получает вращение посредством привода от коленвала. При этом кулачки воздействуют на поршни секции не напрямую, а через роликовые толкатели. Возвратное передвижение плунжера обеспечивается пружиной.

Интересно в этом типе ТНВД организована регулировка количества топлива, подающегося на форсунки после сжатия. Для этого в гильзе проделано два отверстия – впускное и выпускное, причем первое находится ниже второго. Также на рабочей поверхности поршня сделана винтовая проточка. За счет проворота гильзы относительно плунжера и удается регулировать порции топлива.

А работает все так: при движении вверх, поршень перекрывает оба отверстия, и начинается сжатие топлива. Но при поднятии до определенного уровня, проточка на поршне соединяется со сливным отверстием, из-за чего давление падает, поскольку топливо начинает стекать по проточке, и нагнетательный клапан закрывается, прекращая его закачку в магистраль. За счет изменения расположения сливного отверстия относительно плунжера можно регулировать уровень совпадения его с проточкой.

К примеру, при работе мотора под нагрузкой необходимо обеспечить подачу большего количества топлива. Для этого втулка поворачивается так, чтобы отверстие с проточкой совпало как можно позже, тем самым порция дизтоплива, которая пройдет через нагнетательный клапан, будет увеличена.

Для проворота втулки используется рейка, которая имеет постоянное зацепление с зубчатым сектором, установленным на внешней поверхности гильзы. Причем эта рейка воздействует на все топливные секции одновременно, что обеспечивает синхронность регулирования дозировки.

Рядный ТНВД

Как уже отмечено, ТНВД помимо сжатия обеспечивает еще и соблюдение момента впрыска. Причем в рядном типе это организовано очень просто – плунжерная пара срабатывает точно на конце такта сжатия. Но здесь имеется очень важный момент – чем крупнее порция впрыскиваемого топлива, тем больше времени нужно, чтобы его подать. То есть, при работе мотора под нагрузкой, впрыск должен начаться раньше.

И это обеспечивает регулятор опережения момента впрыска. В полностью механическом насосе в его качестве выступает центробежная муфта, установленная на кулачковом валу насоса.

В конструкцию этой муфты входят подпружиненные грузики, которые за счет центробежной силы могут расходиться, преодолевая усилие пружин. Это расхождение приводит к тому, что кулачковый вал меняет угол (проворачивается) относительно своего привода. То есть, чем выше скорость вращения этого вала, тем на больший угол грузики его провернут. В результате кулачок будет раньше набегать на толкатель плунжера и момент начала впрыска изменяется.

Центробежная муфта

Также в конструкции используется электромеханический регулятор момента подачи топлива. В такой конструкции электроника посредством датчиков отслеживает параметры работы силовой установки и на их основе через исполнительные механизмы управляет углом начала подачи дизтоплива.

Механический регулятор момента подачи топлива

Насосы рядного типа отличаются высокой надежностью и неприхотливостью к качеству топлива. Но из-за ряда недостатков, среди которых значительные габаритные размеры и сравнительно медлительное реагирование на изменение режимов работы мотора, использование этого вида ТНВД сейчас ограничено. Он пока еще применяется на тяжелой технике, что же касается автомобильного транспорта, то его вытеснили другие типы насосов.

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.

Особенности конструкции

Вне зависимости от модели дизельного силового агрегата топливный насос располагается в подкапотном пространстве недалеко от мотора. У большинства двигателей от иностранных производителей трубопроводы систем топливоподачи между форсунками и ТНВД изготавливаются из металла, что заметно сокращает количество доступных мест для монтажа. Конструкция топливного насоса включает два основных элемента – цилиндр малого диаметра и поршень, который в сочетании с цилиндром образует плунжерную пару. Эти составляющие изготавливают только из высококачественной стали, способной переносить нагрузки под высоким давлением. Важно соблюдать максимальную точность на производстве, ведь эффективность работы плунжерной пары во многом зависит от минимального зазора между деталями. На техническим языке это называется прециозным сопряжением.

В качестве промежуточного элемента, объединяющего насос с цилиндрами, выступает форсунка. Нижняя часть располагается в камере сгорания. Точный момент воспламенения топливной смеси зависит от угла опережения и контролируется электронными системами управления автомобилем.

Распределительный тип ТНВД

Следующим этапом в развитии дизельных систем питания стало использование насосов распределительного типа.

Особенность этого вида ТНВД заключается том, что в конструкции используется только одна топливная секция, которая обеспечивает подачу на все форсунки. Примечательно, что секция только одна, но в ней может использоваться разное количество плунжерных пар – от 1 до 4.

Существует несколько типов распределительных ТНВД, отличающихся между собой по особенностям работы прецизионных пар и их приводом. В целом, все насосы этого типа делятся на:

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

Отметим, что последний тип из-за низких показателей надежности особого распространения не получил.

Торцевой тип

Насосы с этим приводом – достаточно распространенный вариант и выпускаются они многими именитыми производителями топливной аппаратуры для дизелей.

Топливный насос высокого давления

Устройство топливного насоса высокого давления с этим видом привода подразумевает наличие только одной прецизионной пары, которая одновременно выполняет и роль распределителя – направляет сжатое топливо к требуемой форсунке.

ТНВД торцевого вида

Особенность работы заключается в том, что поршень выполняет не только возвратно-поступательное перемещение, он еще при этом и вращается. Чтобы обеспечить одновременное выполнение нескольких движений, в конструкции используется специальная кулачковая шайба с закрепленными на ней роликами.

Суть работы очень проста – эта шайба за счет воздействия пружин находится поджатой к неподвижному кольцу (упирается в него роликами). В кольце проделаны выемки под ролики. При вращении ролики периодически попадают в имеющиеся выемки, что приводит к возвратно-поступательному движению самой шайбы, которая связана с плунжером, при этом она его сразу же и вращает.

Схема питания дизельного двигателя

При ходе поршня внутри втулки происходит сжатие дизтоплива, а его вращение обеспечивает открытие того или иного канала, по которому топливо под давлением движется к требуемой форсунке.

Процесс работы плунжера ТНВД

Блок высокого давления

Это была описана только работа топливной секции. Но в конструкцию этого насоса входит еще ряд дополнительных элементов:

• топливоподкачивающий насос (роторно-лопастной);
• регулятор опережения момента подачи;
• дозирующее устройство (механическое или электромагнитное);

Если рассматривать все эти дополнительные устройства, то принцип их работы – не сложен.

Подкачивающий насос располагается на валу ТНВД и представляет он собой ротор, с установленными в нем роликами. Вращается этот ротор в статоре, на внутренней поверхности которого проделаны специальные пазы.

Главный рабочий механизм ТНВД

В качестве регулятора опережения впрыска выступает неподвижное кольцо (к которому поджата шайба с роликами). Проворачивая ее вокруг оси можно менять угол проворота вала, при котором срабатывает рабочая пара. В движение это кольцо приводится исполнительными механизмами электронного блока управления ТНВД.

Дозировка топлива механическим регулятором выполняется за счет срабатывания специальной муфты. В электромагнитном типе роль дозатора выполняет специальный запорный клапан, который по сигналу от блока управления перекрывает подачу топлива в магистраль.

Роторный тип

Еще один ТНВД распределительного вида, получивший неплохое распространение, имеет так называемый роторный привод (он же – внутренний кулачковый). В этом насосе тоже имеется только одна топливная секция, в которой может использоваться 2, 3 или 4 плунжерные пары.

Пары в этом типе насоса расположены радиально. Плунжеры при этом совершая поступательное перемещение, двигаются навстречу друг другу. Надплунжерные пространства объединены в единую полость – камеру высокого давления. Втулки в плунжерных парах, как таковые – отсутствуют. Их роль выполняют отверстия в валу-распределителе насоса.

В целом, конструкция топливной секции включает кулачковую шайбу, с проделанными пазами на внутренней поверхности. Внутри этой шайбы размещен вал-распределитель с установленными в нем плунжерами. В движение поршни приводятся через специальные роликовые башмаки, ролики которых постоянно контактируют с рабочей поверхностью шайбы.

Кулачковый двухплунжерный ТНВД

Суть работы секции такова: при вращении вала, башмаки повторяют форму поверхности шайбы. Попадание на выступ поверхности приводит к вдавливанию башмаков внутрь вала, при этом они толкают плунжеры (происходит поступательное движение). Попавшее ранее в камеру высокого давления топливо сжимается и подается на распределитель, где и перенаправляется на требуемые форсунки.

Но это только принцип работы топливной секции. В конструкцию ТНВД помимо нее входят топливоподкачивающий насос (роторного типа), регуляторы дозировки и момента впрыска, электронный блок управления, который регулирует работу насоса в зависимости от режима работы силового агрегата.

Насосы распределительного типа отличаются компактными размерами и достаточно высоким создаваемым давлением. Но есть и недостатки, главным из которых является короткий срок службы плунжерных пар.

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.

Виды топливных насосов высокого давления

Производители дизельных силовых агрегатов пользуются несколькими разновидностями ТНВД:

Рядный

Этот вид конструкции пользуется популярностью за длительный срок эксплуатации и непревзойденную надежность. Смазка осуществляется моторным маслом, что позволяет заливать даже дизельное топливо не самого высокого качества. Рядные ТНВД устанавливают на моторы с раздельными камерами сгорания, комплектуют их плунжерными парами соответственно количеству цилиндров. Поршни насоса двигаются за счет кулачкового вала, которые соединяется с коленчатым валом двигателя. За перманентное прижатие плунжерной пары к кулачку отвечают пружины. ТНВД работает по следующему принципу: при вращении кулачкового вала начинает смещаться поршень, что приводит к перекрытию каналов впуска и выпуска топливной смеси. Это автоматически повышает давление к камере, открывает нагнетательный клапан, в результате чего порция топлива направляется к форсунке для распыления и воспламенения.

В современных моторах дозирование объема топливной смеси осуществляется электронным механизмом. В более старых аналогов это обеспечивалось поворотом поршня внутри цилиндра на определенный угол. За поворот отвечает шестерня, подведенная к педали акселератора и соединенная с зубчатой рейкой. При изменении усилия нажатия на педаль муфта с грузиками обеспечивает нужный угол опережения и корректирует интенсивность впрыска.

Распределительный

Конструкция обеспечивает стабильную и плавную работу. Такой топливный насос менее габаритный, чем рядный. В зависимости от принципа действия делится на две подразновидности:

• Роторный или плунжерный ТНВД.
• Насос с кулачками торцевого, наружного или внутреннего размещения.

Ключевой элемент конструкции – плунжерная пара, обслуживающая сразу все камеры сгорания. Поршни совершают количество оборотов, пропорциональное количеству цилиндров в дизельном моторе. Это объясняет высокий уровень нагрузки на комплектующие и ускоренный износ некоторых деталей.

Магистральный

Используется в дизельных силовых агрегатах с системой Common Rail и пользуется популярностью за максимально эффективную управляемость процессами воспламенения. Надлежащий контроль за рабочим циклом обеспечивается подачей топлива не в камеру сгорания напрямую, а в специальную рамку, выступающую в роли предварительного аккумулятора. За счет такого технологического решения удалось разделить процесс впрыска топливной смеси и формирование избыточного рабочего давления. Производительность насоса такого типа регулируется электронными системами управления двигателем.

Принцип работы топливного насоса

Работа ТНВД основывается на поршне и нагнетательном клапане. После того, как кулачковый вал получает необходимый импульс от коленчатого, он набегает на муфту и увеличивает давление в порции топлива, расположенной над поршнем. Одновременно с этим перекрывается впускная магистраль. После того, как уровень давления в системе достигает требуемого, открывается нагнетательный клапан и впускает топливную смесь в форсунку. При обратном цикле и движении поршня вниз остатки горючего удаляются через винтовой канал. Полость в поршне в определенный момент цикла располагается на одном уровне с выпускным трактом, после чего процесс повторяется.

Управление режимами работы топливного насоса осуществляется за счет электронных блоков. Высокоточное оборудование в режиме реального времени получает информацию с датчиков температуры, контроллеров вращения вала, что является основанием для формирования командных сигналов. В память ЭБУ заложено несколько оптимальных алгоритмов работы, с которыми и сравнивается полученная с датчиков информация. На ее основе электронный блок устанавливает лучший цикл подачи топливной смеси и угол опережения. В некоторых моделях двигателя в конструкцию ТНВД включаются узлы, которые дополняют электронную систему управления.

ТНВД системы Common Rail

Несколько иной тип насосов высокого давления применяется в топливной системе Common Rail. На конструкции ТНВД здесь сказываются особенности работы самой системы.

Одноплунжерный ТНВД Common Rail

В этой системе впрыск контролируется и управляется ЭБУ, поэтому дозировка и момент впрыска топлива в задачу насоса не входят. У него только одна функция – нагнетать топливо в рампу (аккумулятор).

Поэтому конструкция ТНВД сильно упрощена. По сути, насос состоит только из вала, плунжерных пар (от 1 до 3) и клапанов – впускных и нагнетательных. Регуляторы здесь отсутствуют за ненадобностью.

Двухплунжерный насос высокого давления

Здесь все просто – вал вращается от привода и плунжеры постоянно нагнетают топливо в рампу. Это и все, что требуется от ТНВД.

Признаки и причины неисправностей топливного насоса

Как говорилось ранее, ТНВД – один из самых сложных и дорогостоящих узлов дизельного мотора. В большинстве случаев причиной неисправностей является использование низкокачественного топлива и масла. При попадании инородных частиц, пыли и грязи, продуктов сгорания в форсунки или плунжерную пару последние очень быстро выходят из строя. Об этом свидетельствуют следующие признаки:

• Затрудненный запуск двигателя.
• Увеличенный расход топлива без видимых причин.
• Провалы в мощности силового агрегата.
• Дымность.
• Посторонние звуки и шумы при запуске мотора.

Еще одна причина поломок – естественный износ плунжерной пары, который приводит к увеличению микронных зазоров, попаданию в них нагара и сбоям в системе.

Как показывает практика, причинами перебоев в подаче горючего в камеры сгорания, могут стать:

• Критический износ зубцов клапанов или рейки.
• Механические дефекты и повреждения втулки.
• Истирания поршня.
• Уменьшение пропускной способности распылителей топлива.

Основной рабочий узел

Состоит эта пара из двух частей – поршня (он же плунжер) и гильзы (втулки). Поскольку в узле создается высокое давление, то утечки между составными элементами не допускаются. Поэтому рабочие поверхности поршня и гильзы имеют высокую степень обработки, поэтому не редко пару называют прецизионной.

Плунжерная пара

Суть работы пары построена на возвратно-поступательном перемещении плунжера внутри втулки. При этом посредством каналов или клапанов обеспечивается попадание топлива в надплунжерную полость и отвод его после сжатия.

Работа плунжерной пары

Работает все так: при перемещении поршня вниз открывается канал или клапан подачи (зависит от устройства ТНВД), и топливо закачивается в полость. При передвижении вверх подача прекращается (канал или клапан закрывается) и плунжер начинает сжимать дизтопливо. При достижении определенного значения давления открывается нагнетательный клапан и дизтопливо (уже находящееся в сжатом состоянии) выходит в магистраль, ведущую к форсункам.

В общем, работа самой плунжерной пары очень проста, но существует множество нюансов и особенностей, в том числе и конструктивных, которые влияют на функционирование этого узла. Поэтому принцип работы ТНВД следует рассматривать отдельно по каждому из указанных видов.

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.

Многоплунжерные ТНВД и особенности их конструкции

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.

Особенности диагностики и ремонта ТНВД

В силу сложности конструкции топливного насоса диагностика может выполняться только на специализированных стендах. Процедура достаточно сложная и требует внимательного отношения к процессу со стороны механиков. Даже технически ее невозможно выполнить в условиях гаражного сервиса – только на специализированных СТО по обслуживанию дизельных моторов. При появлении перебоев в работе топливной системы рекомендуем сразу обратиться в наш сервисный центр и записаться на диагностику. Своевременно проведенная процедура позволяет выявить стабильность давления, равномерность подачи топливной смеси, остаточный ресурс деталей и их степень износа, иные факторы, влияющие на работу ТНВД. Благодаря системному подходу вы сможете сэкономить на приобретении комплектующих.

Часто причиной неисправностей является не износ элементов топливного насоса, а проблемы с электронным блоком или датчиками, которые передают некорректную информацию. Генерация неверных управляющих сигналов приводит к сбоям в подаче топлива. Определить точную причину и выполнить качественный ремонт сможет только специалист, а попытки заменить детали самостоятельно могут привести к глобальным неисправностям двигателя в целом.

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.

Топливный насос высокого давления: устройство и назначение

Топливный насос высокого давления в инжекторном двигателе выполняет функцию по поддержанию высокого давления для обеспечения полноценного впрыска топлива в камеры сгорания цилиндров.

Если же не знаете и двигатель машины для вас это очень сложное устройство, состоящее из тысяч различных деталей и узлов, которые трудятся в унисон, останьтесь и  получите удовольствие от новой информации.

Топливный насос высокого давления можно встретить и у дизелей, и у бензиновых агрегатов.

Устройство насоса сложное, но крайне важное для функционирования силового агрегата, поэтому мы постараемся поговорить о реальных разновидностях этого узла, встречающиеся под капотами наших авто.

Наверное, заядлые дизелисты с ревностью скажут, что топливный насос высокого давления – это прерогатива исключительно двигателей на солярке. Так и есть, вернее, было до изобретения бензиновых моторов с непосредственным впрыском, где также необходимо создавать высокое давление для инжекции горючего.

Но стоит отметить, что бензиновым двигателям нужно гораздо меньшее давление, развиваемые насосами двух типов моторов, и отличаются они примерно в 10 раз.

Топливный насос высокого давления

Какой бы ни была разновидность ТНВД, главным элементом его схемы в любом случае остаётся плунжерная пара.

Что же это за штуковина? Проще говоря, она представляет собой поршень (плунжер), вставленный в цилиндр (втулку). Но не думайте, что это такая уж простая деталь. На самом деле плунжерная пара крайне прецизионное устройство, изготовить которое можно только на высокоточном оборудовании.

Только представьте себе, расстояние между поршнем и втулкой должно составлять микроны! Кстати, это одна из причин, по которой дизельные моторы выходят из строя – некачественное топливо, имеющее в составе микрочастицы грязи, пагубно влияют на работоспособность плунжеров, царапая и загрязняя их.

Такие разные и одинаковые ТНВД

Переходим к разновидностям ТНВД. Так как инженерная мысль находится в постоянном поиске и попытках сделать мир лучше, появляются всё новые и новые технические решения.

В современном автомобилестроении топливный насос высокого давления представлен в трех основных типах:

• рядные;
• распределительные;
• магистральные.

Давайте попробуем разобраться, зачем их столько навыдумывали.

Рядный

Итак, рядный топливный насос высокого давления. В принципе, название этого типа насосов говорит само за себя. В них плунжерные пары расположены в один ряд, причём их количество равно количеству цилиндров мотора.

В одном корпусе с плунжерами расположен кулачковый вал, который и приводит их в действие, а сам вал имеет привод от коленвала двигателя. Такая вот система.

Важно

Управление подачей дизтоплива к форсункам может происходить как механически, так и при помощи электронных блоков управления.

Считается, что рядные ТНВД очень надёжны и неприхотливы к качеству горючего. Тем не менее, из-за своих внушительных габаритов они перестали использоваться на легковых авто с начала 2000-х годов.

Распределительный

Следующий топливный насос высокого давления, о которых мы вспомнили – распределительный.

Главным его отличием от предыдущей разновидности является наличие всего лишь одного или двух плунжеров. Чтобы обеспечить питание для всех цилиндров и никого не обидеть, плунжер вращается, попеременно подавая горючее в магистраль каждого.

Грубо говоря, его работу можно сравнить с револьвером, в котором бы по кругу вращался не барабан, а ствол.

Регулировка подачи солярки может быть и механической и электронной при помощи клапана, работающего под руководством блока управления двигателя.

Сам плунжер в распределительных ТНВД может иметь несколько вариантов привода:

• торцевой кулачковый;
• внутренний кулачковый;
• внешний кулачковый.

Первые два варианта из списка считаются наиболее оптимальными, так как меньше изнашивают механизмы насоса, хотя, в целом, данный топливный насос высокого давления нельзя назвать долговечным.

Магистральный

Ну и наконец, третий тип насосов – магистральный. В его составе может быть до трёх плунжеров, привод которых обеспечивается кулачковым валом или кулачковой шайбой, движущихся внутри ТНВД.

В отличие от своих собратьев, этот насос может развить очень высокое давление, а его главная задача заключается в нагнетании горючего в топливную рампу (аккумулятор), которое потом при помощи форсунок распределяется по цилиндрам.

Контролирует подачу горючего электронный клапан дозировки, находящийся в ведении блока управления мотором. Нужный объём топлива рассчитывается на основе информации, поступающей от многочисленных датчиков, разбросанных по силовому агрегату.

Кстати, о системе подачи топлива дизелей, в которой используются магистральные ТНВД, мы уже говорили в предыдущих статьях – это Common Rail, наиболее любимая технология у автопроизводителей.

ТНВД бензинового двигателя

Некоторые автовладельцы задаются вопросом, зачем ТНВД на бензиновом двигателе? Устройства создающее высокое давление используются не только на дизельных силовых агрегатах. Бензиновые моторы с прямым впрыском топлива оборудованы ТНВД.

При распределенном впрыске топлива бензин поступает во впускной коллектор. При непосредственном впрыске бензин под давлением поступает в камеру сгорания. Форсунки для подачи бензина установлены в головке блока цилиндров.

В отличие от дизельного силового агрегата бензиновые моторы оснащаются топливным насосом, нагнетающим более низкое давление. Это снижает нагрузку на нагнетающие элементы и увеличивает срок службы узла без дополнительного ремонта.

Устройство ТНВД бензинового двигателя позволяет подавать рабочую смесь в необходимый цилиндр. Такая конструкция снижает расход бензина и повышает показатели мощности силового агрегата. Недостатком конструкции является требовательность к качеству бензина.

Устройство оборудовано клапаном с электронным управлением. Он необходим для  принудительного перекрывания подачи топлива. Управление дозирующей системой и электроклапаном перекрывания подачи топлива осуществляется электроникой.

ТНВД бензинового двигателя – распределительного типа. Бензин под давлением подается к распределительной головке. Она используется для подачи бензина в определенный рабочий цилиндр. Такая конструкция позволяет использовать один  нагнетательный элемент для снабжения горючим всех рабочих цилиндров.

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.