Что такое ТНВД
ТНВД — это одна из важнейших деталей двигателя. Без него топливо попросту не попадало бы в мотор. В материале расскажем о ТНВД подробнее, изучим виды и их устройство, а также поговорим о главных проблемах детали и как их распознать.
История создания ТНВД
23 февраля 1893 года немецкий инженер Рудольф Дизель получает патент на «новый рациональный тепловой двигатель», в котором топливо воспламеняется от сжатого и нагревшегося в цилиндре воздуха. Изначально в качестве топлива Дизель планировал применять каменноугольную пыль — в Германии не было нефти, но были большие месторождения угля. Однако с угольной пылью ничего не получилось, и первые двигатели Дизеля работали на растительных маслах или легких нефтепродуктах.
В Российской Империи нефть была, и через полтора года после Дизеля российский инженер Путиловского завода Густав Тринклер построил свой двигатель, работающий на нефти и керосине. А русский инженер–механик Вадим Павлович Аршаулов изобрел и внедрил топливный насос высокого давления оригинальной конструкции с приводом от сжимаемого в цилиндре воздуха. Этот совместный двигатель был проще и надежнее конструкции Дизеля и получил в Европе название «русский дизель». Так появился первый в мире топливный насос высокого давления, который сейчас имеет более распространенную аббревиатуру — ТНВД.
В двадцатые годы XX века немецкий инженер Роберт Бош усовершенствовал ТНВД. Его конструкция применяется в двигателестроении и по сей день.
Что такое ТНВД и для чего он нужен
ТНВД — это топливный насос высокого давления, благодаря которому топливо попадает в мотор.
В чем же функционал ТНВД?
Дизельный двигатель работает по принципу самовоспламенения распыленного топлива, которое впрыскивается в разогретый в цилиндре воздух. Так, должны выполняться два условия:
- Чтобы воздух нагрелся, надо его сильно сжать. Следовательно, давление в цилиндре в этот момент очень высокое и должно быть еще выше.
- Чтобы топливо воспламенилось, нужно его хорошо распылить. Значит, давление впрыска должно быть достаточным для превращения довольно густого дизтоплива в «облачко» мельчайших капель.
В последние годы получили распространение бензиновые двигатели с непосредственным впрыском бензина в цилиндр. Он позволяет получить большую мощность при снижении расхода топлива, а самое главное — снизить токсичность выбросов. Значит, и там не обойтись без ТНВД.
Изначально перед классическим насосом ставились три основных задачи:
- обеспечение высокого давления впрыскиваемого в цилиндр топлива
- впрыскивание топлива в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя
- обеспечение повышения или снижения мощности двигателя путем дозирования количества топлива.
Проще говоря, он должен в определенный момент времени подать определенное количество топлива под необходимым давлением. Кроме этого, в насосах устанавливались регуляторы и ограничители оборотов, и классические ТНВД полностью отвечали за режимы работы дизельного двигателя.
От механики к электронике ТНВД
Сейчас инженерная мысль не стоит на месте. Чтобы повысить КПД двигателя и укладываться в нормы экологичности выбросов, инженерам пришлось часть функций ТНВД передать электронике.
В современных высокооборотных дизелях за распределение впрыска и дозирование топлива отвечают компьютерные блоки и электронноуправляемые форсунки. Оборотами тоже управляет электроника. ТНВД только создает в системе высокое давление, правда, и оно уже повышено со 150 до 2 500 бар, то есть практически на порядок.
При этом классический ТНВД позиций не сдает и широко применяется в тракторной, дорожной технике, маломерных судах, переносных генераторах. То есть там, где не требуется резкая смена оборотов и нагрузки.
Устройство и принцип работы разных ТНВД
Давайте рассмотрим виды ТНВД и особенности их функционала.
Рядный ТНВД
Из чего состоит рядный ТНВД:
- Распределительный кулачковый вал (приводится во вращение от двигателя).
- Плунжерные пары (состоят из поршня и цилиндра, с минимальным зазором между ними).
- Зубчатая рейка (через шестерни на поршнях плунжеров может одновременно вращать их).
- Нагнетательный клапан (открывается при достижении номинального давления и резко отсекает подачу топлива).
- Трубопроводы высокого давления (по числу цилиндров, они связывают плунжерные пары и форсунки).
Основным элементом является плунжер — длинный поршень, двигающийся в цилиндре и имеющий винтовой канал на поверхности. При этом цилиндр подобран с поршнем, где зазор составляет 0,6-1,6 мкм. В средней части там есть два отверстия. Верхнее — для подачи топлива, нижнее — для слива. Верх цилиндра закрыт клапаном.
Далее происходит следующее:
- Когда поршень движется вниз, в цилиндр из магистрали поступает порция топлива.
- При движении вверх под давлением открывается нагнетательный клапан, и топливо поступает к форсунке до тех пор, пока винтовая канавка не соединит надплунжерное пространство со сливной магистралью.
- Тогда давление резко падает, и нагнетательный клапан закрывается.
Регулируется количество топлива поворотом плунжера. Поскольку канавка винтовая, при разных углах поворота плунжера «отмеряется» разное количество топлива. Поворачивает плунжер рейка через шестерню, закрепленную в нижней части плунжера. Рейка через систему тяг и рычагов связана с педалью акселератора.
Это краткое описание принципа работы плунжерного насоса высокого давления. В классических ТНВД число плунжеров соответствует числу цилиндров. По расположению они бывают рядные и Y-образные.
Распределительный ТНВД
Распределительный ТНВД работает по такому же принципу, что и классический:
- плунжерная пара
- нагнетание топлива в трубопровод форсунки.
Однако здесь плунжерная пара всего одна (как правило, на четыре цилиндра).
При работе плунжер не только производит возвратно-поступательные движения, нагнетая топливо, но и вращается, открывая и закрывая выпускные отверстия трубопроводов высокого давления. Такая траектория движения обеспечивается кулачковой шайбой, выступы на которой и толкают плунжер. За один оборот плунжер совершает 4 возвратно-поступательных движения, и впрыскивает топливо в четыре цилиндра.
Работает такой вид ТНВД следующим образом:
- В плунжере имеется внутренний канал для забора жидкости, а в цилиндре — выпускные канавки по количеству форсунок. Двигаясь вниз, он забирает топливо из магистрали низкого давления.
- В момент обратного движения топливо закачивается через выпускную канавку в одну из трубок высокого давления.
- Потом происходит поворот на 90º, и следующая порция топлива подается к следующей форсунке.
На нижней части плунжера надето сливное кольцо, запирающее сливные отверстия. Когда нажимается педаль, сливное кольцо приближается к сливным отверстиям или удаляется от них. Так водитель регулирует количество поданного в форсунку топлива.
ТНВД распределительного типа меньше и легче классического, подача топлива производится равномернее, поэтому их чаще ставят на двигатели легковых автомобилей.
Из минусов можно отметить меньший ресурс, поскольку здесь отмечается большая нагруженность основных узлов.
Магистральный ТНВД аккумуляторной системы (Common Rail)
В первых двух ТНВД процесс нагнетания и впрыска разделен. Здесь же ТНВД нагнетает топливо под высоким давлением в напорную магистраль (гидравлический аккумулятор), из которой проведены трубопроводы к форсункам, управляемым электроникой. Электронный блок управления (ЭБУ) открывает и закрывает форсунки в необходимый момент, и определяет, насколько сильно они должны открыться в зависимости от нагрузки.
Такая система называется Common Rail (общая магистраль) и обеспечивает наиболее оптимальный режим работы.
Топливный насос высокого давления в системе Common Rail конструктивно выполнен проще, чем классический. У него одна функция — создать высокое давление в магистрали, правда и давление в такой системе доходит до 2 500 бар.
Магистральные насосы Common Rail малолитражных двигателей имеют одну плунжерную пару, у многоцилиндровых двигателей ТНВД обычно состоят из трех плунжерных пар, расположенных звездообразно вокруг кулачкового вала. Плунжеры намного проще, без винтовых канавок и отверстий. Впускной и выпускной клапаны, естественно, присутствуют.
Как понять, что ТНВД неисправен
О неисправности ТНВД могут говорить следующие симптомы:
- затруднен запуск двигателя
- повышенная вибрация силового агрегата, особенно заметная на малых оборотах
- повышение дымности выхлопных газов
- ощутимое падение мощности и динамики
- увеличение расхода горючего.
Если во время эксплуатации дизельной машины водитель замечает данные особенности, скорее всего, ТНВД двигателя требует тщательного осмотра и диагностики топливной аппаратуры с ее последующим ремонтом.
К основным и критическим неисправностям ТНВД можно отнести:
- естественный износ плунжерной пары или нагнетательного клапана — большой пробег автомобиля
- коррозию и аварийный износ плунжерной пары — на это влияют неисправный фильтр и заправки некачественным топливом, а также попадание воды в топливную систему
- поломка трубки высокого давления — из-за повышенной вибрации двигателя.
После внешнего осмотра можно самому устранить подтекание топлива или заменить уплотнительные кольца на топливных трубках. Однако разбирать ТНВД, не имея специальной аппаратуры и соответствующих знаний, категорически не рекомендуется.
Если классический механический ТНВД при наличии определенных знаний еще можно перебрать самостоятельно, то современная топливная аппаратура с электронным управлением требует квалифицированного подхода и сложной диагностической техники. Ремонт и настройку дизельной топливной системы лучше всего производить в специализированных сервисах.
Итого
ТНВД — самое сложное и дорогостоящее устройство в топливной системе дизельного автомобиля. Для долгой и надежной работы дизельного двигателя не стоит экономить на качественных топливных фильтрах, при этом заправляться нужно только на проверенных АЗС.
При выборе автомобиля стоит учитывать, какого типа ТНВД установлен на двигателе и соответствует ли он задачам, которые предстоит выполнять.
Плюсы и минусы видов ТНВД:
Рядный многоплунжерный
+ надежность и простота, возможность самостоятельного ремонта
– меньший КПД и больше габариты.
Распределительный
+ компактность, более равномерная подача топлива
– меньшая надежность и ресурс.
Магистральный Common Rail
+ меньшая шумность, большая экономичность
– большая требовательность к качеству топлива, сложность настройки электронных компонентов.