Топливный насос высокого давления (ТНВД)

Главные причины неисправностей

ТНВД является дорогостоящим устройством, которое очень требовательно к качеству топлива и смазочных материалов. Если автомобиль эксплуатируется на горючем низкого качества, такое топливо обязательно содержит твердые частицы, пыль, молекулы воды и т.д. Все это ведет к выходу из строя плунжерных пар, которые установлены в насосе с минимальным допуском, измеряющимся в микронах.

Низкокачественное топливо с легкостью выводит из строя форсунки, которые отвечают за процесс распыления и впрыска топлива.

Распространенные признаки неисправностей в работе ТНВД и форсунок представляют собой следующие отклонения от нормы:

• расход топлива заметно увеличен;
• отмечается повышенная дымность выхлопа;
• в процессе работы присутствуют посторонние звуки и шум;
• мощность и отдача от ДВС заметно падают;
• наблюдается затрудненный пуск;

Современные моторы с ТНВД  оснащены электронной системой топливного впрыска. ЭБУ дозирует подачу топлива в цилиндры, распределяет этот  процесс по времени, определяет нужное количество дизтоплива. Если владелец замечает малейшие перебои в работе двигателя, то это является безотлагательным поводом для немедленного обращения в сервис. Силовую установку и топливную систему  тщательно исследуют при помощи профессионального диагностического оборудования. Во время диагностики специалисты определяют многочисленные показатели, среди которых первостепенными являются:

• степень равномерности подачи топлива;
• давление и его стабильность;
• частота вращения вала;

Электронная система управления распреде­лительными топливными насосами с дози­рующим электромагнитным клапаном

При использовании таких насосов (рис. «Аксиально-поршневой распределительный топливный насос высокого давления с управлением при помощи электромагнитного клапана«) количество подаваемого топлива дозируется электромагнитным клапаном высокого давле­ния, который перекрывает камеру насосного элемента. Это дает еще большую гибкость дози­рования топлива и возможность регулирования момента начала впрыска топлива. Кроме того, за счет уменьшения нерабочих объемов повы­шается потенциал рабочего давления насоса.

Основными узлами насоса являются элек­тромагнитный клапан высокого давления, электронный блок управления и инкремент­ный датчик угла поворота для управления электромагнитным клапаном.

Закрытие электромагнитного клапана опреде­ляет начало подачи топлива, которая продолжа­ется до момента открытия клапана. Количество впрыскиваемого топлива зависит от времени, в течение которого клапан остается закрытым. Управление при помощи электромагнитного кла­пана позволяет быстро открывать и закрывать камеру насосного элемента независимо от ча­стоты вращения коленчатого вала. Такой метод обеспечивает быстрое регулирование подачи топлива независимо от частоты вращения колен­чатого вала двигателя, улучшение герметизации полостей высокого давления и в конечном итоге увеличение эффективности насоса.

Насос снабжен собственным блоком управ­ления для точной установки момента начала подачи топлива и его дозирования. В памяти ЭБУ хранится программа работы конкретного насоса и информация о данных его калибровки.

Электронный блок управления работой двига­теля определяет начало впрыска топлива и его подачу на основе рабочих характеристик двига­теля и отправляет эту информацию по каналу связи в блок управления насоса. С использова­нием такой системы можно управлять как момен­том начала впрыска, так и началом нагнетания.

Блок управления насоса также получает сигнал о количестве впрыскиваемого топлива через шину данных. Этот сигнал затем об­рабатывается в блок управления двигателя в соответствии с сигналами, поступающими от педали подачи топлива, и другими параме­трами, определяющими потребное количество топлива. В блок управления насоса сигналы о количестве впрыскиваемого топлива и ско­ростном режиме работы насоса на момент на­чала подачи топлива принимаются в качестве входных переменных для диаграммы рабочих характеристик насоса, на основании которых соответствующий период срабатывания сохра­няется в виде угла поворота кулачковой шайбы.

И наконец, момент срабатывания электро­магнитного клапана высокого давления и про­должительность его закрытия определяются по данным угла поворота датчика, интегриро­ванного в топливный насос распределитель­ного типа (VE). Этот датчик используется для регулирования по углу поворота/времени. Дат­чик состоит из магниторезистивного сенсора и кольцевого элемента, обладающего маг­нитным сопротивлением и имеющего метки, расставленные через 3°, для каждого цилин­дра двигателя. Датчик с высокой точностью определяет угол поворота приводного вала, при котором электромагнитный клапан от­крывается и закрывается. Это позволяет блок управления насоса преобразовывать данные по моменту начала подачи топлива в данные по соответствующему этому моменту углу по­ворота кулачкового вала и наоборот.

Мягкое протекание процесса подачи топлива в начале впрыскивания, которое зависит от кон­структивных особенностей насоса распредели­тельного типа, еще больше реализуется при использовании форсунки с двумя пружинами. При работе прогретого двигателя с турбонадду­вом такое протекание топливоподачи позволяет снизить уровень шума работающего двигателя.

Предварительный впрыск

Обеспечивает дальнейшее снижение шума от сгорания топлива без ухудшения работо­способности всей системы, которая должна обеспечивать максимальную эффективную мощность при минимально возможном экс­плуатационном расходе топлива. Для получе­ния предварительного впрыска дополнитель­ных конструктивных изменений не требуется. В течение нескольких миллисекунд ЭБУ за­ставляет срабатывать электромагнитный кла­пан дважды. Электромагнитный клапан с высокой точностью и быстродействием регу­лирует количество впрыскиваемого топлива. Типичные значения количества впрыскивае­мого топлива составляют 1,5 мм3.

Виды ТНВД

Машиностроительные компании, такие как: Honda Motor Company, Daimler AG, General Motors, Cummins Inc., Scania AB, Hyundai Motor и другие, используют в производстве 3 вида ТНВД:

1. Рядный.
2. Распределительный.
3. Магистральный.

Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки, поэтому применяется в моторах различной техники: от легковых машин, автобусов и грузовиков, до экскаваторов и океанских судов. Однако, любой из перечисленных представителей имеет в конструкции постоянный модуль – плунжерную пару.

Рядный

Традиционно устанавливается на мощные двигатели: грузовиков, спецтехники и кораблей. Неприхотлив, прост и понятен в обслуживание. В отличие от более современных аналогов, не так капризен к качеству дизтоплива. Главный признак рядного ТНВД – количество плунжерных колодцев соответствует числу цилиндров (форсунок). На легковых машинах «рядники» почти не встречаются из-за негабаритных параметров.

Распределительный

Компактный насос ТНВД для легковушек, включая микроавтобусы и внедорожники. В его конструкции может быть от 1-й до 4-х плунжерных пар, способных эффективно обслужить все цилиндры. Классифицируется распределительный ТНВД на 2 подвида по исполнению кулачкового привода:

1. Торцевой,
2. Роторный.

Оба имеют общий недостаток – недолговечность. Средний ресурс 100 – 150 тыс. км. Основные поставщики распределительных ТНВД на авторынок: Bosch, Lucas, Delphi, Mefin, Rotor Diesel, Stanadyne, Perkins, Zexel, Fiat.

Магистральный

Представитель семейства ТНВД для топливной системы Common Rail (common рейка). Внешне похож на роторный аналог и оснащён 1 – 3 плунжерами. Отличается от других насосов функцией подачи топлива в цилиндры: накачивает солярку в рейку, где горюче аккумулируется и равномерно раздаётся по форсункам. Излишки солярки возвращаются из рейки и форсунок в бак. Наибольшее распространение получили насосы производителей: BOSCH, DELPHI, DENSO и SIEMENS.

Управление системой

В отличии от традиционной топливной системы, которая является полностью механической, коммон рейл представляет собой механическую систему с электронным управлением впрыска. Контроль и команды на подачу топлива в цилиндры осуществляется электронной системой управления двигателем, где учитываются и корректируются все переменные параметры впрыска в соответствии с режимами работы дизеля на основе считываемых параметров через соответствующие датчики. То есть сами команды на выполнение впрыска форсунками, а также регулировка подачи количества топлива осуществляется при действии программного электронного блока в место механического всережимного регулятора в составе традиционного ТНВД.

Датчики

Стандартно управление двигателем осуществляется через передачу параметров следующими датчиками: положение коленчатого вала и распредвала, давление топлива в рампе, поток воздуха, температура воздуха и топлива, датчик положения педали газа, датчик системы подогрева топлива.

Типы управления

В зависимости от мощности двигателя его конструкции и стоимости автомобиля топливные common rail имеют три типа управления:

1. Управление давлением осуществляется с помощью встроенного, электронно-управляемого, дозирующего клапана в контуре низкого давления, который регулирует количество топлива подаваемого в область сжатия ТНВД.
2. Дозирующее устройство размещено в контуре высокого давления, где регулировка производительности ТНВД осуществляется перепусканием части топлива в сливную магистраль низкого давления.
3. Третий тип объединяет в себе оба способа регулирования, где электронная система управления самостоятельно выбирает режим дозирования, ориентируясь на режим работы двигателя.

Таким образом, система защищается от негативного перегрева топлива и снижает потребляемую мощность на работу ТНВД на режиме холостого хода, и увеличивает подачу при увеличении нагрузок на двигатель.

Принцип работы системы

ЭБУ получает соответствующие сигналы от различных датчиков. Учитывается положение педали газа, частота вращения вала двигателя, температура охлаждающей жидкости и температура самого топлива. Электронный блок управления получает данные о подъеме иглы форсунок, скорости движения транспортного средства, давлении наддува воздуха и его температуре на впуске.

ЭБУ обрабатывает полученную от датчиков информацию, а затем посылает сигнал на ТНВД. Это обеспечивает подачу необходимого и оптимального количества топлива к форсункам. Дополнительно обеспечивается наилучший угол опережения впрыска с учетом конкретных условий работы двигателя. Любая дополнительная нагрузка сразу отмечается ЭБУ, на ТНВД приходит сигнал и происходит увеличение топливоподачи для компенсации возросших нагрузок.

Электронный блок управления осуществляет контроль за работой свечей накаливания. ЭБУ следит за периодом накаливания, режимом работы свечей накаливания и периодом после накаливания. Все это происходит с учетом зависимости от температуры.

Ниже приведена схема электронного регулирования одноплунжерного насоса VE от Bosch для дизельного мотора:

1. датчик начала впрыска;
2. датчик частоты вращения коленвала и ВМТ;
3. воздухорасходомер;
4. датчик температуры ОЖ;
5. датчик положения педали газа;
6. блок управления;
7. устройство ускорителя пуска и прогрева ДВС;
8. устройство для управления клапаном рециркуляции отработанных газов;
9. устройство для управления углом опережения топливного впрыска;
10. устройство для управления приводом дозирующей муфты;
11. датчик хода дозатора;
12. датчик температуры топлива;
13. топливный насос высокого давления;

Ключевым элементом в данной системе выступает устройство для перемещения дозирующей муфты ТНВД (10). Управляет процессами подачи топлива блок управления (6). Информация поступает в блок от датчиков:

• датчик начала впрыска , который установлен в одной из форсунок (1);
• датчик ВМТ и частоты вращения коленвала (2);
• воздухорасходомер (3);
• датчик температуры охлаждающей жидкости (4);
• датчик положения педали акселератора (5);

В памяти блока управления хранятся заданные оптимальные характеристики. Основываясь на информации от датчиков, ЭБУ посылает сигналы на механизмы управления цикловой подачей и углом опережения впрыска. Так происходит регулировка величины цикловой подачи топлива в различных режимах работы силового агрегата, а также в момент холодного запуска двигателя.

Исполнительные устройства имеют потенциометр, который посылает обратный сигнал в ЭБУ, благодаря чему определяется точное положение дозирующей муфты. Регулировка угла опережения впрыскивания топлива происходит по аналогичному принципу.

ЭБУ отвечает за создание сигналов, которые обеспечивают регулировку многочисленных процессов. Блок управления стабилизирует частоту вращения в режиме холостого хода, регулирует рециркуляцию отработанных газов с определением показателей по сигналам датчика массового расхода воздуха. Блок сопоставляет сигналы в реальном времени от датчиков с теми значениями, которые в нем запрограммированы в виде оптимальных. Далее происходит передача выходного сигнала от ЭБУ на сервомеханизм, который обеспечивает необходимое положение дозирующей муфты. При этом достигается высокая точность регулирования.

Данная система имеет программу самодиагностики. Это позволяет осуществлять отработку аварийных режимов для обеспечения движения транспортного средства даже при наличии ряда определенных неисправностей. Полный отказ происходит только при поломке микропроцессора ЭБУ.

Наиболее распространенным решением регулировки цикловой подачи для одноплунжерного насоса высокого давления распределительного типа является использование электромагнита (6). Такой магнит имеет поворотный сердечник, конец которого соединяется посредством эксцентрика с дозирующей муфтой (5). Электрический ток проходит в обмотке электромагнита, при этом угол поворота сердечника может быть от 0 до 60°. Так происходит перемещение дозирующей муфты (5). Данная муфта в итоге регулирует цикловую подачу ТНВД.

Устройство ТНВД

Какова роль ТНВД в автомобиле? Сравнивая с человеческим телом, можно сказать, что это сердце. Как сердце обеспечивает постоянный ток крови в организме, так и топливный насос непрерывно снабжает топливом мотор. Однако разобравшись глубже, можно прийти к выводу, что ТНВД выполняет более широкий спектр функций:

• точная дозировка горючего в зависимости от нагрузки мотора;
• подача топливной смеси под давлением в форсунки;
• впрыск топлива в цилиндры в строго определенный момент.

ТНВД имеет преимущество перед обычным карбюратором именно потому, что есть возможность точной дозировки впрыскиваемой смеси горючего. Благодаря чему достигается определенная экономия топлива. Насос жестко соединен с коленвалом, поэтому при увеличении оборотов двигателя повышается количество топливной смеси в одной порции, впрыскиваемой в камеры сгорания. При снижении оборотов количество горючей смеси также снижается.

Дизельные моторы испытывают высокие нагрузки при работе. Поэтому солярка нагнетается в цилиндры под большим давлением, и только такие условия обеспечивают ее полное сгорание. Бензиновый двигатель таких нагрузок не испытывает. Поэтому ТНВД применяются только в силовых агрегатах, где происходит прямой впрыск топлива в камеру сгорания, без впускного коллектора.

Отсюда можно сделать вывод, что применение топливного насоса помогает повысить эффективность работы мотора, при этом еще и сократив потребление горючего.

Упрощенно самый простой ТНВД рядного типа состоит из следующих элементов:

• плунжерная пара, состоящая из поршня (плунжера) и цилиндра (втулки);
• топливопроводящие канавки для снабжения плунжерных пар;
• вал с кулачками и центробежной муфтой; привод вала осуществляется от ГРМ-ремня;
• плунжерные толкатели, приводимые в движение кулачковым валом;
• возвратные пружины, благодаря которым плунжер возвращается в исходное положение;
• клапаны нагнетательные;
• штуцеры;
• рейки зубчатые;
• всережимный регулятор, приводимый в действие нажатием на педаль газа.

• Если представить эти все детали единой картинкой, можно заметить аналогию принципов работы ТНВД и двухтактного мотора:

• кулачковый вал вращается;
• кулачки надавливают на толкатели плунжера;
• плунжер движется в цилиндре;
• в процессе повышения давления открываются клапаны нагнетания;
• форсунки снабжаются топливом через клапаны.

Насос устроен таким образом, что не весь объем топливо-воздушной смеси попадает к форсункам. Превышающий требуемую порцию остаток сбрасывается через сливные клапаны. За подачу солярки в нужный момент отвечает центробежная муфта. Регулирование количества топливной смеси осуществляется всережимным регулятором в зависимости от позиции педали газа.

Прогресс не стоит на месте. На смену механическим насосам пришли ТНВД с электронным управлением. Это значит, что процессорная техника управляет всеми происходящими в насосе процессами. В результате обеспечивается подача очень точного количества горючей смеси и быстрая реакция на управляющее воздействие. Механические агрегаты не могут обеспечить такие параметры работы. Благодаря применению электроники удалось уменьшить циклы нестабильного сгорания и повысить качество работы двигателя на холостых оборотах.

Далее внедрили впрыск горючего за две фазы, что позволило использовать топливо полностью. В итоге снизилась токсичность выхлопных газов, а двигатель стал работать с большим КПД. Система отслеживает следующие параметры:

• нажатие педали акселератора;
• частоту вращения распределительного вала двигателя;
• температуру охлаждающей жидкости в двигателе;
• скорость движения;
• величину подъема иглы форсунки;
• давление наддува воздуха;
• температуру воздуха на впуске;
• работу свечей накаливания.

Благодаря наличию опции самодиагностики ТНВД с электронным управлением обладают расширенным функционалом. К примеру, возникновение некоторых неполадок не приводит к полной остановке насоса и автомобиль сохраняет возможность передвижения. Лишь отказ микропроцессора полностью обездвиживает транспортное средство.

Электрический

На современных автомобилях используют электрический топливный насос низкого давления дизельного двигателя и бензинового инжекторного мотора. Использование механического прибора стало просто невозможным. Он, ввиду меньшей мощности, не мог справиться с поставленными задачами. Он не создает необходимое давление внутри топливной системы.

Смотреть галерею

В более простом виде устройство представляет собой сам насосный элемент и электрический двигатель, заключенные в один корпус. Там же находится и фильтр для очистки топлива, топливозаборник и датчик расхода горючего. Схема и принцип работы похожи на алгоритм работы механического агрегата. Отличие лишь в том, что для прокачивания жидкости используется электродвигатель. В бензиновых моторах ТННД располагается непосредственно внутри топливного бака. Большинство автовладельцев уверены, что это не совсем безопасно. На самом деле никакой опасности в этом нет. В случае с бензином горючее в насосе склонно к перегреву из-за тепла, которое выделяет двигатель. На электрических аналогах такая проблема полностью отсутствует. Топливо без перерывов двигается по патрубкам системы и не дает насосу перегреваться до критической точки. В дизельных моторах электрический ТННД часто объединен с ТНВД. Это можно объяснить необходимостью подачи горючего постоянно. Так обеспечивается стабильная работа двигателя на различных оборотах.

2 Модельный ряд

Различные компании и корпорации выпускают модели рядных, магистральных и распределительных насосов ТНВД для любых сфер применения. Грузовые и легковые автомобили, трактора, погрузчики и экскаваторы, комбайны и многая другая техника используют все преимущества дизельных насосов ТНВД.

2.1 Модель#1-ТНВД Bosch и Lucas

Это одни из самых надежных производителей напорной техники ТНВД. Модельный ряд установок ТНВД компании Бош достаточно обширен. Модели ТНВД представлены на рынке линейкой рядной и распределительной техники с маркировками: A, M, ММС , P, MW, H, VP29, VP30, VP44. В модельный ряд включены также насосы-форсунки PDE и индивидуальные насосы PLD, VE, Lucas DPS, DPCN.

Особое внимание стоит уделить модели ESR. Это – последняя разработка компании Lucas, которая фактически является роторной моделью ТНВД для высокоскоростных двигателей с системой непосредственного впрыска

Так же внимание производителей внедорожников с системой непосредственного впрыска привлекла модель DP200.

Насос ТНВД и его комплектующие

ТНВД с аккумуляторной топливной системой воплощена в моделях Common Rail.

Это системы магистального типа, на которые в последнее время наблюдается достаточно высокий спрос. Delphi DFP 1.x, DFP 3.x и Bosch CP1, CP2, CP3.2, CP3.4. Они применяются для автомобилей марок Вольво FH-12, FM-12, Мерседес Actros, Атего, Скания 114, 124, R, P, T, Рено Магнум, Премиум DXI, DCI, Ивеко Крузор 8, 10, 13, DAF CF, LF, MACK.

2.2 Модель#2-ТНВД Delphi

Компания Delphi выпускает серию ТНВД EPIC для автомобилей марок Мерседес, Рено Кенго 1.9, Фиат Добло 1.9, Форд Транзит 2.5. А также серию DP200, 210, 310 для автомобилей и погрузчиков JCB, Перкинс, Катерпиллар и John Deere.

Основной проблемой этих насосов стала металлическая стружка, которая образуется в процессе эксплуатации техники от трения механических деталей друг об друга. Поэтому, в них чаще всего приходится заменять плунжеры. Вал в этих моделях ремонту не подлежит. Он только заменяется на новый.

Дозировочный блок тоже подлежит полной замене, потому что выходит из строя по причине износа деталей в процессе наполнения бака некачественным топливом с примесями бензина, воды или твердых частиц.

2.3 Модель#3-DENSO

Эта компания специализируется на производстве моделей ТНВД V3, V4, V5 для автомобилей Тойота, Мицубиси, Опель. А их аккумуляторная система Common Rail маркируется как HP0, HP2, HP3, HP4 и успешно применяется в автомобилях Тойота, Мицубиси, Ниссан, Форд Транзит, Пежо Боксер и Ситроен.

Насос ТНВД DENSO

Славится своим распределительными ТНВД VRZ для Мицубиси Паждеро 3-Canter, Мазды, Коматсу и других автомобилей. В этих моделях ТНВД без труда можно восстановить плунжерные пары. Кроме того, распределительная техника Zexel используется для японских машин, а от моделей Бош их отличает только номера деталей. В остальном строение абсолютно идентично.

Неисправности ТНВД

Независимости от вида установленного ТНВД или надежности самого дизельного двигателя рано или позже – устройство начинает барахлить.

ТНВД Bosh

Несмотря на то что принцип работы у различных видов ТНВД в каждом случае иной, признаки неисправности устройство имеет практически аналогичные:

• Увеличивается расход топлива.
• Подача топлива к форсунке от ТНВД нарушена.
• Ремень ГРМ соскальзывает с шестерни ТНВД.
• Протекает топливо из насоса.
• Двигатель плохо заводится.
• Автомобиль сильно дымит при движении.

Главное, прежде чем приступить к ремонту топливного насоса следует исключить другие виды неисправностей. Вышеперечисленные признаки лишь намек и на самом деле могут говорить о чем угодно, вплоть от неисправности самих форсунок. Именно поэтому первым делом следует провести полную диагностику дизельного двигателя. Желательно сделать это с применением современной электроники – тогда результат будет гарантированно точен, вам не придется тратиться на ненужный ремонт, а неполадки двигателя будут устранены на 100%.