Топливный насос высокого давления (ТНВД): что это такое и для чего он нужен,виды,фото

Подавляющее большинство современных автомобилей оснащаются инжекторными топливными системами. Есть модификации, в которых бензин распыляется форсункой во впускном коллекторе. Бывают и модели, в которых топливо распыляется сразу в цилиндры двигателя.

Дизельные агрегаты работают не так, как бензиновые ДВС. В них дизель подается в уже сжатую среду в цилиндре. Чтобы порция топлива беспрепятственно была распылена, нужен такой механизм, как топливный насос высокого давления.

Рассмотрим особенности такого механизма, его модификации и признаки неисправности.

Что такое ТНВД и для чего он нужен?

Механизм, который сокращенно называется тнвд,– это часть топливной системы дизельного двигателя, но встречаются также модели и для бензиновых силовых агрегатов. Единственное отличие топливного насоса дизельного двигателя – в том, что напор, который им формируется намного выше бензинового аналога. Причиной тому являются принципиальные особенности работы агрегата. В цилиндрах дизельного двигателя сначала воздух сжимается до такой степени, что происходит его нагрев до температуры воспламенения топлива.

Когда поршень достигает верхней мертвой точки, форсунка распыляет горючее, и оно воспламеняется. Форсунке нужно преодолеть огромное давление. Чтобы система работала исправно, насос должен создать больший напор, чем в цилиндрах.

Помимо упомянутой функции насос также должен подавать топливо порционно, в зависимости от режима работы силового агрегата. Этот параметр определяется с учетом вращения коленвала. В современном автомобиле данный процесс контролируется электронным блоком управления.

Конструкция плунжерной пары

Плунжерная пара состоит из плунжера 9 и гильзы 8. Гильза имеет один или два подводящих канала (при двух каналах один из них выполняет функции подводящего и перепускного), которые соединяют полость всасывания с камерой высокого давления плунжерной пары. Над плунжерной парой находится штуцер 5 с посадочным конусом 7 нагнетательного клапана. Двигающаяся в корпусе TНВД рейка 10 вращает зубчатый сектор 2, управляя тем самым регулирующей втулкой 3 плунжера. Перемещение самой рейки определяется регулятором частоты вращения коленчатого вала. Это позволяет точно дозировать величину цикловой подачи. Полный ход плунжера неизменен. Активный ход и связанная с ним величина цикловой подачи могут изменяться поворотом плунжера, который совершается при помощи регулирующей втулки.

1. Полость всасывания
2. Зубчатый сектор
3. Регулирующая втулка плунжера
4. Боковая крышка
5. Штуцер нагнетательного клапана
6. Корпус нагнета тельного клапана
7. Конус нагнетательного клапана
8. Гильза плунжера
9. Плунжер
10. Рейка ТНВД
11. Поводок плунжера
12. Возвратная пружина плунжера
13. Нижняя тарелка возвратной пружины
14. Регулировочный винт
15. Роликовый толкатель
16. Кулачковый вал ТНВД

Плунжер имеет наряду с продольной канавкой 2 еще и спиральную канавку 7. Получаемая таким образом косая кромка на поверхности плунжера называется регулирующей кромкой 6. Если величина давления впрыскивания не превышает 600 бар, то достаточно одной регулирующей кромки, для больших значений давления впрыскивания необходим плунжер с двумя регулирующими кромками, отфрезерованными с противоположных сторон плунжера. Их наличие снижает износ плунжерной пары, поскольку плунжер с одной регулирующей кромкой под давлением прижимается к одной стороне гильзы, увеличивая ее выработку.В гильзе плунжера размещены одно или два отверстия для подвода и обратного слива топлива. Плунжер притерт к гильзе так плотно, что пара герметична без дополнительных уплотнений даже при очень высоких давлениях и низких частотах вращения коленчатого вала. Из-за этого замене могут подвергаться только комплектные плунжерные пары. Величина возможной подачи топлива зависит от рабочего объема пары. Максимальное значение давления впрыскивания у форсунки может составлять, в зависимости от конструкции, 400… 1350 бар. Угловой сдвиг кулачков на кулачковом валу гарантирует точное совмещение впрыскивания с фазовым сдвигом процессов по цилиндрам двигателя в соответствии с порядком его работы.

а — гильза с одним подводящим каналом b — гильза с двумя подводящими каналами

1. Подводящий канал
2. Продольная канавка
3. Гильза плунжера
4. Плунжер
5. Перепускном канал
6. Регулирующая кромка
7. Спиральная канавка
8. Кольцевая канавка для смазки

ПЛУНЖЕРНАЯ ПАРА С ПРИВОДОМ

а — НМТ плунжера б — ВМТ плунжера

1. Кулачок
2. Ролик
3. Роликовый толкатель
4. Нижняя тарелка возвратной пружины
5. Возвратная пружина плунжера
6. Верхняя тарелка возвратной пружины
7. Регулирующая втулка плунжера
8. Плунжер
9. гильза плунжера

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.

Конструкция насоса высокого давления

Существует большое разнообразие модификаций тнвд бензинового двигателя, а также дизельного аналога. Однако в большинстве случаев основными элементами механического насоса являются:

• На входе перед насосом установлен фильтр;
• Плунжерный поршень, размещенный в цилиндре – т.наз. плунжерная пара;
• Корпус, в котором сделаны углубления – по ним подается топливо в плунжерную пару;
• Вал с кулачком и центробежной муфтой. Данный элемент соединен со шкивом газораспределительного механизма при помощи ременной передачи;
• Толкатели привода плунжерной пары;
• Пружины, которые возвращают обратно плунжерный поршень;
• Клапаны нагнетателя;
• Регулятор режимов – связан с педалью газа;
• Клапан обратки тнвд (через него в обратку подается лишнее топливо);
• Насос низкого давления (подкачивает в насос топливо).

Как уже было сказано, на смену механических насосов постепенно приходят электронные модификации по причине их экономичности и эффективности. Сам механизм сложно ремонтировать и регулировать. Электронные насосы оснащаются собственным блоком управления, а также несколькими электронными клапанами и датчиками.

Большинство электронных тнвд имеют собственную систему диагностики, благодаря чему устройство адаптируется под возникшие неисправности и ошибки. Это позволяет устройству исправно работать даже при выходе из строя одного из датчиков. Полностью такой насос перестает работать только в случае поломки микропроцессора.

Принцип работы

ТНВД работает по принципу двухтактного двигателя. Благодаря вращению вала с кулачками приводится в движение плунжерный поршень. В подплунжерное пространство поступает солярка, которая дальше идет в магистраль.

Подробнее о принципе работы плунжерной пары рассказывается в видео:

Плунжерная пара для УТН

В полости создается давление, благодаря чему открывается нагнетательный клапан. По топливопроводу дизтопливо поступает к форсунке и происходит его распыление. Насос к форсунке подает только часть топлива. Через сливной клапан остаток возвращается в топливный бак. Чтобы при открытии нагнетателя из системы топливо не возвращалось обратно, в ней устанавливается обратный клапан.

Момент впрыска определяется центробежной муфтой. Регулятор режима (или всережимный регулятор) определяет количество подаваемой порции. Этот элемент связан с педалью газа. Когда водитель ее нажимает, регулятор увеличивает объем порции, а когда отпускает – количество уменьшается.

В электронных моделях все процессы контролируются блоком управления. Электроника распределяет момент подачи топлива, его количество из учета динамики автомобиля. В таких топливных системах меньше деталей, что повышает стабильность и надежность механизма.

Электронные тнвд способны разделить порцию на две части, благодаря чему обеспечивает более эффективное сгорание и плавный ход поршневой группы. Как следствие – меньше токсичности выхлопа и повышение отдачи мотора. Для обеспечения двухфазного впрыска блок управления насосом фиксирует:

• Нажатие педали акселератора;
• Обороты распределительного вала ГРМ;
• Температуру в системе охлаждения мотора;
• Скорость самого автомобиля;
• Давление, создаваемое турбокомпрессором;
• Работу форсунок;
• Срабатывание свечей накала.

Топливные насосы с дросселированием на всасывании

Топливные насосы с дросселированием на всасывании имеют дросселирующую иглу 8 у всасывающего окна (рис. в). Игла связана с винтом, находящимся под воздействием регулятора дизеля. При помощи рычага 10 можно изменять дросселирующее сечение, а следовательно и наполнение полости насоса. Работа этого насоса происходит следующим образом. При движении плунжера вниз в надплунжерном пространстве возникает разрежение, которое заполняется парами топлива. После открытия плунжерам всасывающего отверстия это пространство заполняется топливом. Чем больше частота вращения вала, тем сильнее разрежение над плунжером, тем больше сопротивление дроссселирующего сечения проходящему топливу, тем меньше интервал времени, в течение которого остается открытым всасывающее окно, тем меньшее количество топлива поступит в полость насоса.

Скоростные характеристики этого насоса имеют гиперболический вид. При малых скоростных режимах топливо успевает заполнять надплунжерное пространство насоса, поэтому подача насоса увеличивается, а при большой частоте вращения вала уменьшение времени-сечения впускного окна и увеличение гидравлического сопротивления дросселирующего сечения обусловливают сокращение подачи.

Этот способ регулирования цикловой подачи используют главным образом для дизелей небольшой мощности и в насосах распределительного типа.

Насос отличается простотой конструкции плунжера и регулирующего устройства, имеет удовлетворительную скоростную характеристику подачи. К недостаткам насоса следует отнести:

• трудность регулирования равномерности подачи в многоцилиндровых дизелях, когда иглу устанавливают в каждой секции насоса;
• небольшие давления начала подачи и отсутствие четкой отсечки в конце подачи;
• уменьшение давления подачи при снижении нагрузки дизеля;
• значительное падение цикловой подачи при повышенных скоростных режимах;
• трудность регулирования фаз подачи при различных режимах работы дизеля.

Виды ТНВД

Топливные системы бывают трех типов:

• Моновпрыск. Это самая первая модификация. Представителем изначально был карбюратор. В его полости подготавливалась топливно-воздушная смесь и подавалась во впускной коллектор. Чуть позже такие системы вместо карбюратора получили одну форсунку, которая производит впрыск топлива во впускной коллектор, где происходит смешивание его с воздухом;
• Многоточечный впрыск. Это уже разновидность инжекторной системы. Для каждого цилиндра на впускном коллекторе устанавливается индивидуальная форсунка. Впрыск производится тоже во впускной коллектор, только максимально близко к впускному клапану;
• Непосредственный впрыск. Как следует из названия системы, топливо распыляется непосредственно в цилиндры в момент, когда воздух в них уже сжат поршнем.

Всего существует три вида подобных механизмов, которые могут использоваться в данных типах топливных систем:

• Рядный;
• Распределительный;
• Магистральный.

Рядный ТНВД

Рядный тнвд состоит из нескольких насосов, заключенных в один корпус. Каждый из них обслуживает отдельную форсунку. Данная модификация использовалась в старых дизельных моторах. Работа всего механизма жестко зависит от привода ГРМ.

Рядная модификация используется уже достаточно длительный период. Даже некоторые современные автомобили (грузовики) оснащены такими насосами. Причина – их высокая надежность и неприхотливость к качеству дизеля.

Работает рядная система следующим образом. Плунжерная пара приводится в движение благодаря повороту коленвала. Один оборот кулачкового вала насоса соответствует двум оборотам коленчатого вала мотора.

Плунжерный механизм через клапан отсечки топлива тнвд отделяет часть горючего от общей магистрали и сжимает ее в напорной части системы. Объем порции регулируется зубчатой планкой, связанной с педалью газа. В машинах с ЭБУ она регулируется сервоприводом, реагирующим на сигналы от блока управления.

Момент впрыска определяется частотой вращения коленвала. В механизме установлены две полумуфты, которые разделены пружинами. Когда обороты мотора повышаются, пружины сжимаются, благодаря чему вал насоса немного проворачивается, что приводит к изменению угла опережения впрыска.

ТНВД распределительного типа

В отличие от предыдущей модификации данная модель имеет меньшие размеры. Также он отличается стабильностью работы. Существует несколько модификаций распределительных насосов. Бывают плунжерные и роторные виды. Также они различаются между собой типами привода – внутреннее, торцевое или внешнее расположение кулачков.

Привод с внешним расположением кулачков не отличается стабильность и надежностью. Поэтому если есть возможность, то лучше остановиться на двух других типах.

Такие насосы быстрее изнашиваются, так как один плунжерный механизм в них обслуживает все форсунки группы. В этом отношении у рядных аналогов есть преимущества. Благодаря небольшим размерам распределительные тнвд устанавливаются в топливных системах легковых автомобилей и небольших грузовиков.

Магистральный ТНВД

В отличие от двух предыдущих модификаций магистральный насос создает напор в единой магистрали – так называемая топливная рейка. Она служит аккумулятором, в котором поддерживается постоянное давление топлива.

Благодаря меньшему количеству распределительных механизмов данная модификация зарекомендовала себя, как самая надежная. Ремонт тнвд магистрального типа не отличается особой сложностью. Объем порции регулирует электромагнитный дозирующий клапан. Такие насосы стоят в системах топливной рейки Common Rail.

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.

Бывает ли ТНВД на бензиновом двигателе?

Хотя основное применение ТНВД – в дизелях, многие современные бензиновые моторы также работают благодаря подаче топлива под высоким давлением. Данные механизмы применяются в ДВС с непосредственным впрыском.

Бензиновые моторы GDI требуют установки таких насосов. По сути, данная система является гибридной версией, сочетающей в себе конструкцию бензинового ДВС с принципом работы дизельного агрегата. Единственное отличие – воспламенение не происходит за счет температуры сжатого воздуха, а благодаря свечам зажигания. В таких моторах используется рядная модификация.

Регулирование цикловой подачи

Величину цикловой подачи топлива можно регулировать изменением активного хода кромки. Для этого рейка 5 через регулирующую втулку плунжера поворачивает сам плунжер 3 таким образом, что регулирующая кромка 4 может изменять момент конца нагнетания и вместе с тем величину цикловой подачи (регулирование по концу впрыскивания). В крайнем положении, соответствующем нулевой подаче (а), продольная канавка находится непосредственно перед перепускным каналом. Вследствие этого давление в камере высокого давления плунжерной пары во время всего хода плунжера равняется давлению в полости всасывания и нагнетания топлива не происходит. В это положение плунжер приводится, если двигатель должен быть остановлен. При средней подаче (Ь) плунжер устанавливается в промежуточное положение (по регулирующей кромке). Полная подача (с) становится возможной только при установке максимального активного хода плунжера. Передача движения от рейки на плунжер может производиться либо через зубчатую рейку на зубчатый сектор , закрепленный на регулирующей втулке плунжера либо через рейку с направляющими шлицами на штифт или сферическую головку на регулирующей втулке плунжера .

а — нулевая подача b — средняя подача с — полная подача

1. Гильза плунжера
2. Подводящий канал
3. Плунжер
4. Регулирующая кромка плунжера
5. Рейка ТНВД

Основные неисправности

Хотя ТНВД отличаются своей конструкцией, есть несколько важных правил, которые должен соблюдать автовладелец, чтобы насос прослужил отведенный ему срок:

1. Большинство насосов прихотливы к качеству топлива, поэтому необходимо соблюдать требования, установленные производителем для конкретного насоса;
2. Из-за сложности конструкции и нагрузок, которые оказываются на механизмы, насосы высокого давления нуждаются в регулярном обслуживании;
3. Все вращающиеся и трущиеся детали должны быть хорошо смазанными, поэтому крайне важно соблюдать рекомендации производителя по выбору смазочных материалов.

Если не соблюдать эти правила, устройство быстрее придет в негодность, из-за чего нужна будет его замена или дорогостоящий ремонт.

О неисправности тнвд свидетельствуют такие факторы (при исправных других системах, неисправности в которых могут иметь сходные проявления):

• Черный дым в выхлопе и, как следствие, более токсичные выбросы в окружающую среду;
• Увеличение расхода топлива (за счет утечек топлива);
• Падение мощности ДВС;
• В процессе работы двигателя слышны шумы от насоса;
• Затрудненный запуск мотора;
• Ремень ГРМ часто соскальзывает;
• Нестабильные обороты двигателя.

Самая распространенная неисправность в таких элементах топливной системы – выход из строя плунжерной пары. Чаще всего это происходит из-за некачественного топлива – на поверхностях скапливается налет, затрудняющий движение деталей. Также причиной выхода из строя механизма является вода, которая часто конденсируется в топливном баке. По этой причине не рекомендуется оставлять авто с пустым баком на ночь.

Ремонт насосов высокого давления

Если отремонтировать обычный бензонасос не составляет труда – достаточно купить ремкомплект и заменить износившиеся детали, то ремонт и настройка тнвд – очень сложная процедура. Даже определить, в чем причина неисправности, без дополнительной аппаратуры невозможно. Нередко самодиагностика современных блоков управления не помогает.

Часто бывает, что симптомы поломки топливного насоса идентичны неисправностям в газораспределительном механизме или в системе выхлопа. По этим причинам не рекомендуется самостоятельный ремонт тнвд. Для этого лучше обратиться за помощью в специализированный сервисный центр.

Дополнительно смотрите видео по устранению дефектов и ремонте тнвд:

часть 1 Ремонт тнвд ve 1.6 дизель разборка дефектовка