Типы топливных насосов
Для начала разберемся с видами топливных насосов дизельных авто, так как каждый из них имеет свои особенности и типичные неисправности ТНВД. Так, зная к какому виду относится насос можно лучше понять принцип действия и непосредственно причину поломки. Вне зависимости от вида насоса высокого давления нужно понимать, что главным узлом является так называемая плунжерная пара — поршня (плунжера) и цилиндра (втулки).
Всего существует два основных типа ТНВД:
- с непосредственным действием и механическим действием плунжера;
- с аккумуляторным впрыском.
Однако топливные насосы высокого давления еще делят на классы в соответствии с их устройством. В частности:
- Рядные. Как понятно из названия, у них рабочие секции расположены в один ряд, и топливо подается в каждый цилиндр по очереди.
- Распределительные. У таких насосов одна их секция может подать топливо в несколько разных цилиндров. Такие устройства могут быть одно- и двухплунжерными.
- Многосекционные. Другое их название — V-образные или гидравлические аккумуляторы. Они используются для высоко мощных, однако низкооборотистых, двигателей. Встречаются достаточно редко.
У топливных насосов с непосредственным впрыском нагнетание и впрыск происходит одновременно. За это отвечает механический привод плунжера. У аккумуляторных насосов топливо подается в раздельных циклах, сначала оно поступает в аккумулятор насоса, и лишь потом в форсунки. Самые современные системы управляются электроникой и имеют название Common Rail. Работают они на основании информации от многочисленных датчиков, расположенных в разных узлах автомобиля.
Еще одна система впрыска — это насос-форсунка. В данном случае они объединены в один механизм. Такая система упрощает управление давлением, а также повышает надежность, ведь при выходе одной форсунки из строя мотор продолжит работать, хоть и с меньшей мощностью.
Для бензиновых двигателей также были придуманы топливные насосы высокого давления. Они используются в моторах с непосредственным впрыском топлива. Задача насоса состоит в подаче бензина под высоким давлением в цилиндры, где происходит непосредственное смешивание топлива с воздушной массой, образуя смесь, которая и поджигается свечой зажигания.
Регулировка ТНВД
Периодически каждый ТНВД нуждается в проведении процедуры регулировки. Ее вполне можно произвести самостоятельно при наличии необходимого оборудования. Профессиональная регулировка ТНВД проводится на специальных регулировочных стендах, которыми не оборудованы частные гаражи. Сначала с ТНВД снимается муфта опережения дозированного впрыска топлива, затем сцепляют кулачковый вал с приводным устройством, которое расположено на стенде. Далее запускается сам процесс проверки и регулировки, который отражает равномерность подачи топлива, а также объема подаваемого топлива. Также определяется момент подачи топлива. Все показатели сравниваются с эталонными и фиксируются. Процесс регулировки момента подачи топлива используется специальное приспособление – моментоскоп. Для того, чтобы момент подачи отрегулировать правильно, необходимо определить место, куда будут вкручиваться регулировочные болты, вкрученные в толкатели плунжеров.
Как видно, важным для того, чтобы ТНВД не выходил из строя строго отведенное изготовителем время, является своевременное проведение процедуры регулировки, а также качество используемого топлива. Для обеспечения надлежащего качества смазочных материалов потребуется закупать рекомендованные производителем масла, а также своевременно производить замену соответствующих фильтров, которые контролируют чистоту масла. При наличии знаний по конструктивным особенностям устройства вполне можно производить все работы самостоятельно, но проведение данных работ специалистами обеспечит высокое качество производимых мероприятий, а также сжатые сроки. Также подобный подход позволит обеспечить безошибочность мероприятий, поскольку регулировка собственными силами не обеспечит необходимой точности.
Внешние проявления топливной недостаточности
Какие могут быть признаки неисправности топливного насоса? Как было сказано в начале статьи, основными причинами потери работоспособности ТНВД являются износ трущихся поверхностей и низкое качество топлива. Здесь можно уточнить, что под низким качеством солярки следует подразумевать и попадание в топливо воды.
Ниже перечисляются внешние симптомы неблагополучной работы топливного насоса:
- Затруднен пуск двигателя — скорее всего, наступил износ плунжерной пары (или пар), и насос не развивает нужного давления. Проверяется простым способом. Нужно положить на ТНВД тряпку, полить ее холодной водой и выждать несколько минут. После чего повторить попытку. Если двигатель заведется, значит, причина действительно в износе. При охлаждении происходит уменьшение зазоров в сопряжении и повышается вязкость топлива, в результате чего насос обеспечивает необходимое давление.
- Потеря мощности. Из-за увеличившихся зазоров снижается давление впрыска, ухудшается работа всережимного регулятора оборотов.
- Перегрев двигателя. Причинами могут быть неправильная работа автомата опережения впрыска. В этом случае нельзя откладывать ремонт ТНВД «на потом».
- Растущий «аппетит» силового агрегата. Вызывается утечками топлива, износом плунжерных сопряжений, неправильным углом опережения впрыска.
- Жесткая работа мотора, которая может быть следствием чересчур раннего момента впрыска и неравномерностью подачи солярки в разные цилиндры. Правда последнее на распределительных ТНВД практически невозможно, так что, скорее всего, дело в форсунках.
- Черный выхлоп из выпускной трубы. Причина может быть в слишком позднем угле впрыска горючего.
Принцип работы ТНВД
Несмотря на обилие различных видов насосов, все ТНВД работают по сходному принципу и обеспечивает подачу порций дизельного топлива в цилиндры двигателя автомобиля под высоким давлением в строго отведенные моменты времени. Размер подаваемых порций топлива определяется нагрузкой цилиндров к коленчатому валу. Основу любого вида ТНВД составляет плунжерная пара, состоящая из непосредственно плунжера (поршня) и втулки (цилиндра).
Выделяется 2 основных разновидности ТНВД по принципу действия:
- ТНВД непосредственного действия с механическим приводом плунжера;
- ТНВД с аккумуляторным впрыском.
По устройству также различаются несколько видов ТНВД:
- рядные — секции насоса расположены в ряд и подают топливо в определенный цилиндр мотора;
- распределительные — одна секция насоса может подавать топливо в несколько разных цилиндров;
- многосекционные (V-образные) — для высокоскоростных дизельных двигателей.
В свою очередь распределительные ТНВД могут быть одноплунжерными и двухплунжерными.
Все ТНВД непосредственного впрыска работают по одному принципу:
- механический привод плунжера;
- одновременно протекающие процессы нагнетания и впрыска;
- давление для впрыска топлива создается движением плунжера.
ТНВД с аккумуляторным впрыском обеспечивают подачу топлива в раздельных циклах: сначала топливо нагнетается в аккумулятор насоса, затем поступает в топливные форсунки. Насосы с электронным управлением форсунками получили название системы Common rail.
Вкратце принцип работы топливного насоса высокого давления выглядит таким образом.
- Топливо из бака поступает в ТНВД благодаря подкачивающему насосу. Давление топлива на входе в насосную секцию ТНВД поддерживается редукционным клапаном.
- Движение плунжера, подающего топливо в цилиндры мотора, обеспечивается кулачковым валом, в свою очередь имеющим привод от коленчатого вала автомобиля.
- Вращение кулачкового вала заставляет двигаться плунжер, который поднимается вверх по втулке. При этом последовательно открываются выпускное и впускное отверстие.
- Создаваемое движением плунжера давление открывает нагнетательный клапан, после чего топливо поступает к топливной форсунке цилиндра дизельного двигателя.
- Избытки топлива через сливной, винтовой, радиальный и осевой каналы сливаются из плунжера в бак посредством дренажного штуцера.
Устройство и принцип работы
Устройство ТНВД включает в себя такие механизмы, как:
- корпус насосного отсека;
- корпус крышки подшипника топливного насоса высокого давления;
- шланг подкачки;
- плунжерная пара и толкатель плунжера;
- пружинные элементы;
- регулятор выбора режимов и фильтры грубой и тонкой очистки;
- штуцер системы слива и впрыска топливной жидкости;
- регулятор впрыска горючего;
- клапан редукционного типа;
- клапан электромагнитного типа, который необходим для перекрытия подачи топлива;
- рейка, форсунка и полумуфта.
Принцип работы ТНВД заключается в следующем:
- От механизма коленвала при помощи механической передачи задается движение.
- Начинается вращение вала кулачкового типа. Это вращение провоцирует смещение толкательных элементов.
- Толкатели начинают сжимать специальные пружины.
- Пружины провоцируют начало работы плунжера и поднимают его.
- Плунжер загораживает клапан впускного типа и вытесняет топливную жидкость.
- Топливо начинает распыляться при помощи форсунок.
- Плунжер опускается и открывает впускной механизм.
Помповые отделы
Помповый отдел дозирует и подаёт солярку на форсунки. Каждая единица включает остов, плунжерную пару, втулку поворота, упругие элементы плунжера, вентиль нагнетания и толкатель.
Остов оснащен фланцем, обеспечивающим крепление секции к помпе посредством шпилек. Шпилечные отверстия овальной формы, возможна регулировка равномерности подачи солярки каждому отсеку в отдельности (поворот по часовой стрелке – уменьшает поступление, и наоборот). Плунжерная пара принимает прямое участие в отсечке и транспортировке солярки, состоит из втулки и плунжера. Детали прецизионные, материал изготовления сталь с добавлением хрома и молибдена с после чего проводят закалку и охлаждением азотом. Плунжер выступает в роли поршня, имеет сверление по оси и радиальные канавки, изменяющие поступление солярки. Прецизионная пара клапан нагнетания и седло выполнены из стали, после элементы закалили и охладили. Замена комплектующих деталей возможна только в сборе.
Вал кулачковый ТНВД КамАЗ:
Признаки неисправности ТНВД
ТНВД — дорогостоящий и довольно «капризный» узел дизельного двигателя, крайне требовательный к качеству топлива и смазывающих материалов. Основная причина выхода из строя ТНВД — загрязнение плунжеров насоса, которые установлены во втулки с минимальными допусками, измеряющимися в микронах. Загрязнение плунжерной пары твердыми частицами, содержащейся в некачественном дизельном топливе, может приводить к выходу ТНВД из строя. Не менее опасна и вода, которая может содержаться в топливе. Влага размывает защитную масляную пленку деталей узла, что чревато заклиниванием деталей ТНВД. Также неисправность ТНВД может заключаться в физическом износе деталей и повреждение корпуса насоса.
Неисправность ТНВД обычно приводит к неравномерности подачи топлива в форсунки двигателя и к снижению его поступающего объема. Чтобы понять то, что ТНВД не работает в штатном режиме, не обязательно ждать его поломки. Признаками проблем с ТНВД и с топливной системой в целом являются:
- повышенный расход топлива;
- нестабильная работа двигателя на малых оборотах;
- затруднения с запуском двигателя;
- перегрев мотора;
- утечка горючего;
- падение мощности и отдачи дизельного двигателя;
- увеличенная дымность выхлопа;
- появление посторонних шумов в процессе работы двигателя.
Признаки неисправности ТНВД
Несмотря на то, что насосы высокого давления принадлежат к различным типам, признаки их частичного выхода из строя типичные и во многом общие для всех. Так, к симптомам неисправности ТНВД относится:
- повышенный расход топлива во всех режимах работы двигателя;
- нестабильная работа движка, особенно на малых его оборотах;
- затрудненный запуск двигателя, чаще именно в холодное время года;
- падение мощности двигателя и динамических характеристик машины в целом;
- увеличение дымности выхлопа мотора;
- утечка топлива из насоса высокого давления;
- появление в охлаждающей жидкости двигателя масляной эмульсии;
- повышение шумности работы движка.
Обратите внимание, что перечисленные выше симптомы могут быть признаками поломки и других частей двигателя автомобиля, например, системы охлаждения. Поэтому состояние насоса высокого давления необходимо диагностировать отдельно
Опытные автолюбители выделяют еще один признак неисправности плунжера насоса высокого давления. Заключается он в том, что «на горячую» двигатель может заглохнуть при работе на холостых оборотах. И при этом его практически невозможно будет запустить до того момента, пока сам насос не остынет. «На холодную» же мотор заводится без проблем.
Ремонт плунжерного механизма
Далее следует перейти к разборке и ревизии плунжерного нагнетателя. Отсоединяют от корпуса распределительную головку насоса, после чего кладут его шкивом вниз, чтобы не высыпались внутренности. Перед тем как вынуть кулачки, приводную шестеренку и муфту центробежного регулятора, нужно проверить, не заедают ли эти детали при движении, а затем, аккуратно поддерживая их пальцами, извлечь из корпуса.
Ролики, шайбы, оси кулачковой муфты целесообразно пометить маркером, потому что все сопряженные поверхности уже притерлись друг к другу, и будет лучше, если они так и останутся после сборки. После разборки нужно внимательно осмотреть детали на предмет обнаружения сколов или выработки. Сильно изношенные элементы следует заменить новыми.
Степень износа плунжерной пары оценить можно только приблизительно. Работоспособность прецизионного сопряжения проверяется после сборки насоса путем измерения его рабочего давления. Наконец, нужно продуть сжатым воздухом все фильтрующие элементы (сетки), после чего можно собирать насос в обратной последовательности.
Разборка и устранение утечек
Ниже описывается последовательность действий при самостоятельном ремонте ТНВД. На работающем двигателе отсоединяют тягу, соединяющую педаль газа с рычагом, регулирующим подачу топлива. После чего вручную покачивают рычаг в радиальном направлении, стараясь растянуть возвратную пружину.
Если через кольцевую щель не наблюдается просачивания солярки, значит, уплотнение не изношено. В противном случае требуется восстановительный ремонт сопряжения.
Пока насос еще не снят с двигателя, убеждаются в исправности электромагнитного клапана отключения подачи топлива. Если двигатель пускается и глушится при повороте ключа — клапан исправен. Как поступать в ситуации, когда этот компонент отказывает во время движения, будет рассказано несколько ниже.
Теперь же остается переходить к разборке насоса. Перед тем как отсоединять от агрегата топливные магистрали и электроподводку, необходимо протереть его корпус и соединения смоченной в солярке ветошью, после чего вытереть насухо, чтобы исключить попадание грязи в топливную систему. Снятый насос еще раз промыть, после чего снять крышку и слить с него топливо.
В первую очередь нужно разобрать привод регулировки подачи горючего и произвести ревизию уплотнений, а также оценить степень износа сопряженных деталей. Уплотнительные кольца обязательно меняют. Для этой цели необходимо купить ремкомплект для ремонтируемого прибора.
Что касается изношенных деталей, есть два способа отреставрировать их: восстановить изношенную ось с помощью хромирования, или выточить и поставить в корпус ремонтную бронзовую втулку. Корпус перед этим придется расточить.
Возможные причины нарушений работоспособности ТНВД
- Сбои регулируемых параметров. Некорректное значение величины опережения впрыска, давления, дозирования, порядка работы.
- Возникновение коррозионных процессов внутри насосного узла. Основной предпосылкой данного явления является выход из строя фильтрующего элемента тонкой очистки топлива, имеющего задачу задерживать микроскопические механические, абразивные частицы и водные примеси. Наличие данных явлений пагубно отражается на деталях насосного агрегата. При отсутствии нужного реагирования механизм может преждевременно произойти потеря работоспособности.
- Механические повреждения корпуса.
Основные неисправности насосов высокого давления
Устройство любого топливного насоса высокого давления представляет собой сложную конструкцию, значит и потенциальных неисправностей у этого механизма достаточно много. Главной причиной возможных неполадок является плохое качество топлива, что относится как к дизельным системам, так и к бензиновым. Наибольшему износу подвержены плунжеры, и если при осмотре насоса будут установлены потертости на их поверхности, то это первый сигнал о некорректной работе.
Симптоматика поломки ТНВД во многом сходна с неисправностью мотора и системы охлаждения, а потому для более точной диагностики всегда необходимо обращаться в сервисный центр, где будет выполнена проверка на стенде. В бытовых условиях определить возможные нарушения работы насоса можно по следующим проявлениям:
- увеличение расхода топлива;
- нестабильная работа мотора в режиме низких оборотов;
- сложности с запуском;
- повышение температуры узла и перегрев двигателя;
- протечки топлива;
- снижение уровня мощности;
- дым на выхлопе;
- шумы и посторонние звуки в двигателе.
Топливный насос высокого давления можно назвать уникальным агрегатом, который пока не имеет достойных альтернативных решений. Эволюция этого устройства за последние десятилетия затрагивает исключительно совершенствование отдельных деталей и повышение точности их изготовления без внесения кардинальных изменений в общий принцип работы.
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.
Сборка и регулировка оборотов
Когда агрегат будет собран, нужно залить его соляркой, проворачивая вручную приводной валик, после чего можно устанавливать на место и подсоединять топливопроводы, шланги и электропроводку системы управления.
После того как мотор будет заведен, следует убедиться в правильности работы автомата опережения впрыска горючего, в зависимости от давления в полости низконапорного лопастного насоса. На этом блоке имеется свой регулятор холостых оборотов. При необходимости регулируют этот параметр, завинчивая или вывинчивая регулировочный винт.
Перед выполнением этой процедуры рекомендуется запомнить положение винта, сосчитав количество выступающих из контргайки витков резьбы, чтобы, в крайнем случае, вернуться к исходной настройке. В мануале на двигатель указывается требуемое количество оборотов на холостом ходу двигателя. Обычно они понижаются с 1100 оборотов после запуска до 750 — после прогрева дизеля с механической коробкой, и до 850 — на двигателе с автоматом.
Остов
Остов помпы Bosch содержит детали, необходимые для функционирования механизма: помповые отделы, вал с кулачками, регулятор импульса вращения. Материал изготовления, сплав алюминия, из которого отлиты каналы впуска и отсечки, а так же пустоты для монтажа отделов помпы, подшипникового вала, приводящих шестерён регулятора, штуцеров подводящих и отводящих топливо. С фланга торец содержит заглушку регулятора с помпой пониженного напора. Заглушка имеет штуцер, через который ТНВД смазывается под напором.
Сверху на пустоту остова ставится крышка, к которой приделываются механизмы, управляющие количеством оборотов регулятора и пластины топливных разделов. В передней части остова установлен патрубок с клапаном в виде шарика. Изделие поддерживает напор солярки в пределах 0,06 до 0,08 МПа. Низ остова содержит пустоту, в которую устанавливается вал с кулачками.
Топливная помпа КамАЗ высокого давления:
Муфта, изменяющая подачу солярки
Устройство ТНВД Бош КамАЗ Евро 2 и др. предусматривают введение солярки за 18° до достижения поршнем верхней точки на такте сжатия. Делается это для смешивания воздуха и заряда солярки, что бы получить максимум мощности.
Рост частоты оборотов уменьшает время на подготовку сгорания. Дабы процедура не началась после верхней точки, и не снизила полезную работу, солярку вводят досрочно, с увеличением угла. Делают это муфтой, изменяющей подачу солярки, поворачивая вал с кулачками в сторону обращения по отношению к приводу. Муфта улучшает запуск мотора и экономит солярку.
На КамАЗ установка автомат применяет диапазон регулировки от 18° до 28°. Расположено изделие на конусном конце вала ТНВД, крепление обеспечивается гайкой и шайбой.
Муфта ТНВД Бош состоит:
- Остов;
- Главной половинной муфты;
- Второстепенной половиной муфты;
- Прокладки;
- Стаканные упоры упругих элементов;
- Упорные шайбы;
- Регулирующие прокладки.
ТНВД КамАЗ — это механизм, предназначенный для подачи топливной жидкости в цилиндрические механизмы двигателя.
Подготовительные и проверочные операции
Маркировка ТНВД
Номенклатура топливных насосов VE определяется типом дизелей, на которые они устанавливаются, а основные данные насоса отражены на табличке фирмы, показанной для одного насоса в качестве примера на рисунке.
Марка насоса VE 4/9 F2250R12 расшифровывается следующим образом:
- V — насос распределительного типа;
- Е — обозначает семейство ТНВД;
- 4 — число цилиндров двигателя;
- 9 — диаметр плунжера насоса, мм;
- F — обозначает тип регулятора — центробежный;
- 2250 — номинальная частота вращения вала насоса, мин-1;
- L — насос левого вращения (R — правого вращения);
- 12 — индекс исполнения (для данного дизеля).
Дополнительные цифровые обозначения на табличке являются индексами фирмы, например, 0 460 494 001 расшифровывается так: 0 — индекс производства, 460 — класс изделия, 4 — обозначает насос типа VE, 9 — индекс диаметра плунжера. 4 — число цилиндров дизеля, 001 — порядковый номер, который может изменяться в производстве.
В топливных насосах VE японского производства в обозначении добавляется аббревиатура «NP», например, VE 4/8 F 2500 LNP 347.
Кроме того, на табличке может быть указана фирма (ZEXEL), и это же название отлито вместе с корпусом насоса.
Индекс исполнителя в обозначении насоса может быть уточнен в зависимости от комплектации, так для дизеля VW «AAZ» имеем:
- Bosch VE 4/9 F2300 R 432 — автомобиль без кондиционера;
- Bosch VE 4/9 F2300 R 432-4 — с кондиционером.
Общие методы проверки
Несмотря на широкую номенклатуру насосов VE и некоторые конструктивные отличия существуют общие методы проверки и регулировки рассматриваемых ТНВД. Ниже излагаются некоторые приемы простейших проверок топливной аппаратуры при нарушении работы дизеля.
Если имеют место пропуск вспышек в отдельных цилиндрах дизеля, неравномерная работа и связанная с этой неисправностью потеря мощности, то для определения цилиндра, работающего с перебоями, может быть применен метод последовательного их отключения на режиме минимальной частоты вращения холостого хода. Для этого следует отвернуть на полоборота гайку крепления трубки высокого давления к форсунке и на слух или с помощью тахометра определить наличие или отсутствие изменений в работе двигателя. В случае отсутствия изменений в работе данный цилиндр является причиной неравномерной работы и, следовательно, требуется произвести более детальную проверку (форсунки, компрессии и т.д.).
Полезным в определении причин нарушений работы дизеля является анализ дымности ОГ.
Неровная работа и потеря мощности могут быть связаны с засорением всасывающих топливопроводов грязью или с подсосом воздуха. Наличие пузырьков последнего на впуске может быть определено путем установки прозрачной трубки на всасывающей линии.
Если дизель не развивает максимальной частоты вращения и имеются признаки нарушения подачи топлива, следует установить манометр на штуцер фильтра тонкой очистки топлива и проверить величину низкого давления, которое должно соответствовать спецификации фирмы. Следует также проверить состояние топливного фильтра и наличие избыточного количества воды в сепараторе фильтра.
Необходимо проверить привод ТНВД. чтобы убедиться в правильности установки фазы опережения впрыскивания, особенно если двигатель подвергался ремонту.
Одной из первых проверок должна быть оценка правильности соединений рычага управления регулятором с педалью акселератора. Для этого должно быть проведено соответствие максимальной частоты вращения холостого хода и начала действия регулятора с отсоединенным приводом от педали, т.е. при непосредственном воздействии на рычаг управления, и с подсоединенным. В случае несоответствия отрегулировать привод.
Важным параметром работы топливной системы является температура топлива во внутренней полости корпуса ТНВД, оптимальная величина которой должна быть в пределах 45 — 50°С. Увеличение температуры выше 50°С приводит к снижению мощности дизеля, в большей степени для двигателя с турбонаддувом.