Топливные системы дизельных двигателей

Рядные ТНВД появились в первой половине прошлого века (первый в мире насос такого типа Bosch разработала в 1927 году), пережили Вторую мировую войну, их до сих пор еще можно встретить на машинах, которые продолжают колесить по нашим дорогам. Конечно, в силу размеров и массы такие ТНВД нашли применение прежде всего на коммерческой технике. Но можно вспомнить и старые добрые дизельные Mercedes W123, которые оснащались моторами серии ОМ615/ОМ616/ОМ617 с рядным ТНВД Bosch M/МV.

Название указывает на принцип размещения насосных секций с плунжерами: они располагаются одна за другой в ряд, каждая обслуживает свой цилиндр. Большой и тяжелый насос, где привод осуществляется от кулачкового вала, а регулировкой впрыскиваемого топлива и распределением его по цилиндрам заведует механика, по современным меркам не может похвастать ни быстродействием, ни точностью регулирования, а о соблюдении последних экологических требований и речи не идет, поэтому рядные ТНВД закономерно уступили свое место более технологичным системам.

Тем не менее техника эта чрезвычайно надежная и долговечная. Главным образом это связано с тем, что смазка деталей, в том числе наиболее нагруженных, обеспечивается маслом, а качество топлива очень мало влияет на состояние насоса.

Следующее поколение насосов высокого давления появилось в 1960-х. Они также использовали механический впрыск, однако их конструкция существенно отличалась от рядных ТНВД. Здесь всего один плунжер. Cовершая поступательные движения, он накачивает топливо, а при вращении распределяет его по цилиндрам. Отсюда и название данного типа ТНВД - распределительный.

За счет отказа от множества насосных секций распределительный насос гораздо компактнее и легче рядного, а его привод забирает от двигателя меньше выходной мощности. Эти качества позволили снизить размеры и массу всего силового агрегата, что способствовало массовому использованию дизельных моторов в легковых автомобилях. В качестве примера можно привести ТНВД Bosch VE и дизельные версии VW Golf начиная с 1974 года.

Несмотря на то что смазка распределительных ТНВД обеспечивается топливом и у них нет отдельного масляного картера, как на рядных насосах, особых проблем они не доставляют, показывая себя достаточно надежными и долговечными, если их не "убивают" неправильной эксплуатацией.

Характерной проблемой является высокая чувствительность к завоздушиванию системы. Если по какой-то причине топливо поступает в насос вместе с воздухом, выходит из строя устройство регулировки опережения впрыска. Причем если "пытка" длится достаточно долго, вся начинка перемалывается. Вскрываешь затем такой насос и видишь внутри "фарш" из железа… Между тем качественный ремонт с соблюдением всех технологий и применением оригинальных деталей очень дорог и может приближаться к стоимости самого подержанного автомобиля.

Дальнейшим развитием конструкции распределительных ТНВД стало использование электронного управления. В отличие от чисто механического насоса, где регулирование и подачу топлива обеспечивают вакуумные и механические элементы, здесь используется электронная плата управления. Она считывает данные с имеющихся датчиков и за счет исполнительных механизмов (электроприводов) более оперативно и точно регулирует процесс подачи топлива, что позволяет обеспечить лучшую топливную экономичность и соответствие более жестким экологическим требованиям. В качестве примера можно привести насосы Bosch VP и знаменитые моторы концерна Volkswagen AG с непосредственным впрыском 1.9 TDI и 2.5 TDI эпохи 1990-х.

Вопреки стереотипам электроника таких насосов на самом деле одна из самых надежных частей системы. Проблема же кроется в исполнительных механизмах, при помощи которых регулируется работа насоса. Со временем они изнашиваются, появляются люфты и подклинивания, что приводит к некорректной работе системы, перегреву и выходу из строя транзисторов.

Умельцы разбирают блок, выпаивают старые транзисторы, впаивают новые - и какое-то время машина ездит, а потом транзистор опять сгорает, потому что механическая проблема не решена. Требуется разобрать насос, поменять изношенные детали. Проблема же заключается в том, что после сборки насос необходимо полностью обкатать и перенастроить таблицу значений, которая зашита в управляющий блок. Механика изменилась, поэтому таблица тоже должна быть другой. Чтобы ее прописать, насос необходимо установить на стенд, снять параметры и заново "прошить" блок. Если насос ремонтировать по технологии, то делать это нужно именно так: ремонтировать механическую часть, обкатывать насос, записывать индивидуальную таблицу. Все это стоит денег, но это единственная возможность получить насос практически в новом состоянии.

Отдельной ветвью развития топливных систем стали насос-форсунки. Данная система объединяет в одном узле ТНВД и форсунку (устанавливается индивидуально на каждый цилиндр). Поршни насоса приводятся в движение распредвалом двигателя и создают впрыск топлива под высоким (свыше 2000 бар) давлением.

Насос-форсунки нашли применение прежде всего в коммерческой технике, но в свое время концерн Volkswagen AG активно внедрял данную технологию и в легковых дизельных моторах. Отказ немцев от насос-форсунок в пользу Common Rail произошел всего несколько лет назад.

Насос-форсунки управляются электронным образом и в сравнении с механическими системами обеспечивают достаточно точное дозирование впрыска. В плане надежности они мало чем отличаются от распределительных ТНВД. Но поскольку смазка трущихся деталей обеспечивается топливом, качество последнего принципиально для обеспечения надежности и ресурса системы.

Особенностью является возможность относительно простой замены отказавшей насос-форсунки на другую: данная операция не требует серьезных знаний и специнструмента, что позволяет осуществлять ее вдали от квалифицированного сервиса. И это серьезное преимущество для коммерческого транспорта, который работает в сложных условиях, где не всегда есть возможность быстро получить квалифицированную техническую помощь.

Обратная сторона медали заключается в том, что полной технологии ремонта насос-форсунок Bosch не предоставляет, а есть лишь возможность замены отдельных частей (например, распылителей). Причина такого подхода проста: полный комплект запчастей и инструментов для полноценного ремонта насос-форсунки имел бы неподъемную для сервисных станций стоимость и не окупился бы в отдельно взятом сервисе. Поэтому восстановление насос-форсунок возможно только в заводских условиях.

Common Rail - это система, которая завоевала весь мир. Почему? Она не имеет конкурентов в части топливной экономичности и экологической безопасности, позволяя вписываться даже в жесткие рамки Евро-6. К тому же это чрезвычайно "гибкая" система, которая может применяться на автомобильных, паровозных, судовых двигателях.

Чисто механически насос Common Rail гораздо проще, чем любой рядный или распределительный ТНВД. Он не имеет распределительных функций и только накачивает топливо в общую рампу. За своевременную и точную подачу топлива в цилиндры отвечают форсунки, работающие по команде блока управления. Создаваемое в системе высокое давление и конструкция инжекторов (их подвижные части очень маленькие и легкие) позволяют обеспечить высокую скорость работы. Так, основному впрыску предшествует один-два предвпрыска (они снижают жесткость работы двигателя), а заканчивает цикл один послевпрыск (дожигание газов позволяет снизить токсичность выхлопа).

Так что в определенном смысле конструкция топливной системы упрощена. С другой стороны, Common Rail чрезвычайно сложен: чтобы поддерживать нужное давление в системе и не допускать его превышения, обеспечивать точное дозирование при подаче топлива в цилиндры, применяются многочисленные датчики, системы аварийного сброса давления, исполнительные механизмы, ну а электронно-управляемые форсунки и вовсе произведение искусства...

Common Rail отличается высокой надежностью. Главный враг - загрязнения, которые забивают мельчайшие каналы и приводят к сбою в работе управляющих систем и форсунок, способны вывести из строя нагруженные элементы топливного насоса. Поэтому требования к качеству топлива, его чистоте, высоки.

С технологической точки зрения диагностика топливной системы Common Rail достаточна проста: подключившись к электронному блоку, можно получить данные о параметрах работы двигателя, увидеть имеющиеся ошибки и т.д. Однако требования к знаниям диагноста выше: он должен понимать все процессы, знать не только механику и гидравлику, но и электронику.

Ремонт же агрегатов Common Rail весьма сложен и требует точного соблюдения предписанных технологий. Неквалифицированный ремонт не приводит к желаемому результату, провоцирует дополнительные проблемы, вплоть до выхода из строя двигателя.

Особенно высокие требования предъявляются к соблюдению технологии ремонта инжекторов Common Rail. Причина кроется в том, что зазоры между движущимися частями инжектора и зазоры, от которых зависят его рабочие характеристики, составляют единицы микрон (один микрон - тысячная часть миллиметра). Для сравнения: толщина человеческого волоса составляет десятки микрон, поэтому попадание волоска или пылинки внутрь инжектора может кардинально повлиять на его работоспособность.

Поэтому помимо использования специальной высокоточной измерительной аппаратуры при ремонте инжекторов CR высочайшие требования предъявляются к чистоте воздуха в помещении. Сборка инжекторов осуществляется в специальных "чистых помещениях", продуваемых воздухом через фильтры тонкой очистки.

Вывод однозначен: альтернативы Common Rail на данный момент не предвидится. Система продолжает совершенствоваться, перспективы в этом направлении очень широки. Но не будем забывать, что путь развития всех систем носит циклический характер. Сначала система усложняется для удовлетворения возрастающих требований, а затем происходит качественный технический или технологический скачок, позволяющий реализовать все достигнутое ранее более простым и экономичным способом.