Неисправности в механизмах, узлах топливных насосов и регуляторов

Неисправности в механизмах, узлах топливных насосов и регуляторов проявляется в нарушении исходных регулировок от износа деталей в возникновении посторонних шумов, перегреве подвижных сопряжений и утечке топлива.

Основной причиной неисправности насоса является износ его деталей. При этом ослабляются натяги в неподвижных посадках и увеличивается зазор в подвижных сопряжениях, нарушается правильное взаимное расположение деталей, изменяется поверхностная твёрдость деталей, накапливаются посторонние отложения в виде грязи, нагара и др.

Одна из часто встречающихся неисправностей насоса — уменьшение подачи топлива и возрастание её неравномерности. Нарушение топливоподачи вызывается износом плунжерных пар, нагнетательных клапанов, поводков плунжеров и сопряжённых с ними хомутиков рейки, зубьев рейки и зубчатого венца втулки (насосы типа УТН-5, ЯМЗ-238 НБ), изменением пропускной способности форсунок и другими факторами. При этих нарушениях снижается мощность и экономичность двигателя.

Неравномерная подача топлива в цилиндры двигателя приводит к неустойчивой работе его на малых оборотах, перебоям в работе отдельных цилиндров, значительной вибрации блока двигателя.

Другая неисправность топливного насоса проявляется в запаздывании момента впрыска и неравномерности начала впрыска у многосекционного насоса.

Запаздывание момента впрыска — следствие износа целого ряда деталей. Из простых деталей к ним относятся: плоскость регулировочного болта толкателя; ось ролика и сопрягаемые с ней корпус толкателя и ролик; шарикоподшипники и сопрягаемые с ним гнёзда корпуса насоса; кулачковый вал.

На изменение угла опережения впрыска топлива существенное влияние оказывает износы плунжерных пар и нагнетательных клапанов.

Рассмотрим основные эксплуатационные неисправности деталей и узлов насоса и регуляторов.

У кулачкового вала и сопрягаемых с ним деталей наиболее часто встречаются следующие неисправности:

• — срез шпонки шлицевой втулки привода насоса;
• — срез шпонки шлицевой шестерни привода регулятора;
• — поломка кулачкового вала;
• — поломка подшипников кулачкового вала;
• — поломка шпонки и валика кулачкового вала насоса (НД-21, НД-22).

Как правило перечисленные неисправности вызывают полный отказ насоса или значительное отклонение его функциональных характеристик.

При недостаточном моменте затяжки гайки кулачкового вала посадка шлицевой втулки привода насосов типа УТН-5,ЦТН-8,5,-10 и муфты автоматического опережения впрыска у насосов типа ЯМЗ может ослабнуть и вызвать срезание шпонки.

Другая причина среза шпонки — повышенное сопротивление проворачивания кулачкового вала насоса из-за заклинивания плунжерных парили толкателей, которое вызвано попаданием посторонних частиц и воды в насос и регулятор, также неправильной сборки и установки секций высокого давления. Привод насоса нарушается, подача топлива прекращается, а двигатель не заводится .

Если срез шпонки не определить вовремя, то при дальнейших попытках завести двигатель от трения может произойти сваривание шлицевой втулки или автоматической муфты опережения впрыска с кулачковым валом. При этом подача топлива насоса восстанавливается, но будет нарушена установка угла опережения подачи топлива. Возникает дым от выхлопных газов и в некоторых случаях определенные вспышки в цилиндрах. Последнее зависит от того, в каком положении произошло схватывание шлицевой втулки и кулачкового вала.

Обнаружить поломку шпонки можно, не разбирая данного сопряжения. Для этого у двигателя (насосы типа УТН-5, НД-21) снимают на крышке распределительных шестерён лючок, через который регулируют угол опережения подачи топлива. Повернув кулачковый вал насоса в положение начала подачи первой секцией, обращают внимание на положение слепого шлица шлицевой втулке. При целой шпонке пропущенный шлиц должен находиться в середине нижней левой четверти окружности (если смотреть со стороны привода).

Из-за этого же возникает поломка шпонки шестерни привода регулятора, что приводит к отказу регулятора. Если при этом рычаг находится в положении максимальных оборотов коленчатого вала, а нагрузка на двигатель не значительна, то двигатель пойдёт в разнос. Повышение частоты вращения коленчатого вала можно предотвратить, перемещая рычаг регулятора или скобу кулисы в положение подача выключена. Поломка кулачкового вала наиболее часто бывает у насосов ЯМЗ-240Б. Поломка происходит в наиболее нагруженных местах автоматической муфты опережения впрыска топлива, значительно реже — в средней части.

Поломка подшипников кулачкового вала наиболее часто происходит из-за повышенной загрязненности масла. В картере насоса высокого давления скапливаются металлические стружки, опилки частицы кремнезёма и окиси алюминия, а так же воды. При отсутствии масла в картере возрастает интенсивность износа подшипников, толкателей и других деталей.

При значительном износе подшипников нарушается чередование подачи и впрыска топлива по отдельным секциям. Угол опережения впрыска топлива по всем секциям запаздывает. Снижается мощность двигателя, возникает дымность выхлопа. Двигатель на малой частоте коленчатого вала работает неустойчиво (рычит). Из сапуна и сливной трубки насоса может пойти дым, при этом в местах расположения подшипников наблюдается сильный нагрев корпуса насоса.

Износ и разрушение подшипников наблюдают следующим способом:

• — снимают подкачивающий насос низкого давления;
• — через окно в корпусе вставляют под кулачковый валнебольшой жесткий пруток;
• — покачивая вал вверх вниз, оценивают техническое состояние подшипников. Заметного перемещения вала не должно быть.

У насосов типа НД подкачивающая помпа приводится в движение отдельным эксцентриковым валом, который стоит соосно с кулачковым валом и соединен с ним через шпонку и коническую шестерню. Так как давление топлива подаваемого в головку распределительных насосов может достигать 0,35 Мпа, то встречаются случаи срезания шпонки привода эксцентричного вала, а так же его поломки.

У толкателя помимо износов рабочей поверхности, встречаются следующие неисправности:

• — заклинивание роликов, втулок, осей;
• — срыв резьбы регулировочного болта;
• — отворачивание гайки и регулировочного болта.

Заклинивание роликов, втулок, осей толкателя происходит, как правило при отсутствии смазки и загрязнённости масла. Большие нагрузки на эти детали и трение вызывают их нагрев и схватывание. Ролики перестают вращаться, а на их поверхности образуются лыски. Кулачки вала насоса при этом интенсивно изнашиваются.

Обнаружить заклинивание роликов можно при разборке топливного насоса, косвенным признаком этой неисправности является местный нагрев корпуса насоса. Лыски на ролике могут возникнуть при проворачивании толкателя относительно корпуса. Образование лысок на роликах приводит к запаздыванию угла опережения впрыска топлива у неисправной секции. Если между осью, роликом и втулкой толкателя происходит частичное схватывание, то с проворачиванием на поверхности ролика образуется несколько лысок. При каждом новом ходе толкателя ролик поворачивается, а угол опережения впрыска топлива изменяется. Двигатель начинает работать не устойчиво, наблюдается его повышенная вибрация.

Появление лысок можно по высоте выступания толкателя относительно корпуса насоса.

Иногда происходит заклинивание (заедание) толкателя в направляющем отверстии корпуса насоса, часто заканчивающееся поломкой деталей. Заклинивание толкателя в верхнем положении приводит к отказу секции, т. е. к прекращению подачи топлива.

Срыв резьбы регулировочного болта толкателя, его отворачивание приводит к тому, что высота толкателя в сборе изменяется.

Вворачивание болта вызывает запаздывание угла опережения впрыска топлива. При ослаблении гайки болта толкателя может произойти его самопроизвольное выворачивание. При достижении критической высоты толкателя происходя удары плунжера о корпус нагнетательного клапана. Если не устранить эту неисправность, возможно появление других неисправностей и поломок. В частности может произойти поломка подшипника кулачкового вала, привода плунжера и т. д. Состояние затяжки регулировочного болта, его положение относительно толкателя можно проверить осмотром, пробуя провернуть его рожковым ключом, а так же проворачивания кулачкового вала насоса.

Одна из причин неисправности насоса — заклинивание плунжерных пар.

Зависание плунжера относительно втулки вызывает заклинивание рейки. Двигатель не заводится. При частичном схватывании наблюдается неустойчивая частота вращения коленчатого вала.

Встречаются случаи отказов плунжеров насоса 240Б за счёт увеличения размера штифта или хвостовика стопорного винта или больших усилий его затяжки.

Наиболее частой причиной заедания и нарушение подвижности плунжерных пар является попадание в зазор прецизионных деталей воды. При этом на трущихся поверхностях нарушается смазывающая топливная плёнка, плунжер начинает работать без смазки. От трения происходит задир прецизионных поверхностей, их нагрев и заклинивание. Присутствие в топливе воды вызывает коррозию плунжера и гильзы.

По этим же причинам происходит заклинивание дозатора в плунжерной паре распределительных насосов типа НД. При заклинивании плунжера в насосах типа НД происходит поломка промежуточной шестерни, валика, регулятора, шпоночных соединений.

Обнаружить зависание плунжера можно при частичной разборке насоса. Для этого снимают крышку насоса и наблюдая за положением плунжеров проворачивают несколько раз кулачковый вал. Труднее определить частичное зависание плунжерных пар. У насосов типа ТН нарушение подвижности плунжера можно обнаружить, отворачивая по очереди хомутики поводков. Проворачивая кулачковый вал насоса, контролируют лёгкость поворота плунжера относительно гильзы. Частичное заклинивание плунжера во втулке выражается в виде перебоев подачи топлива отдельными секциями и не устойчивой работе регулятора.

Основной неисправностью пружин возврата плунжеров является их поломка, которая приводит к частичному, и если поломка произошла в нескольких местах, к полному отказу секции насоса.

У нагнетательного клапана заклинивание встречается довольно редко. Потеря подвижности клапанов, так же как и плунжерных пар, происходит от попадания в зазор крупных механических частиц; деформации корпуса клапана от повышенных монтажных усилий, температуры топлива, динамических нагрузок, возникающих при работе клапана, коррозии его деталей, перекосе клапана относительно гнезда.

Заедание клапана в гнезде при верхнем его положении приводит к отказу топливной секции, а при заклинивании клапана в нижнем положении слышны гидравлические удары. Иногда в зазор между запорным конусом и гнездом корпуса попадают крупные механические частицы. Поломка хвостовика клапана вызывает прекращение подачи топлива.

Причинами отказа нагнетательного клапана так же могут быть так же снижение жесткости, поломка пружины клапана, отсутствие в штуцере ограничителя хода клапана. Отказ клапана при его перекосе, попадание в него грязи, зависание в верхнем положении можно легко обнаружить, не разбирая топливный насос высокого давления.

Для проверки герметичности клапана:

• — отворачивают от неисправной секции трубку высокого давления,
• — рейку насоса передвигают в положение выключенной подачи,
• — ручным подкачивающим насосом создают избыточное давление топлива.

Утечка топлива через отверстие нажимного штуцера свидетельствует о неисправности нагнетательного клапана.

У нажимного штуцера бывают срывы резьбы, в основном под трубки высокого давления, а также износ в виде смятия и углубления посадочного места под наконечник трубки высокого давления.

При значительном углублении посадочного места надежность уплотнения и нажимного штуцера не обеспечивается, через это соединение подтекает топливо, наблюдается частичный или полный отказ этой секции.

Дефектные штуцера заменяют или восстанавливают за счет незначительного укорачивания уплотнительной поверхности на токарном или шлифовальном станке.

При смятии посадочного места уменьшается проходное сечение отверстия, увеличивается сопротивление движению и в результате снижается цикловая подача. Для устранения этого дефекта просверливают отверстие нажимного штуцера.

Неисправности рейки топливного насоса и сопряжённых с ней деталей бывают следующие: заклинивание, само отворачивание хомутиков поводков плунжеров, стяжных винтов зубчатых венцов, отсоединение рейки от деталей регулятора.

Наиболее опасная неисправность насоса высокого давления возникает из-за нарушения подвижности рейки.

При заклинивании рейки в положении максимальной подачи, если усилия регулятора не хватает на её перемещение, происходит аварийное увеличение оборотов коленчатого вала, двигатель идёт в разнос. Если прихватывание произошло в положении выключенной подачи, то двигатель не удаётся запустить.

Встречаются случаи частичного заедания рейки на определённых режимах работы или повышенного сопротивления её движению. В этих случаях рейка движется резко в виде скачка, соответственным образом меняется подача топлива. Двигатель работает неустойчиво «рычит». Заклинивание рейки происходит от высокой загрязнённости картерного масла (в насосах УТН-5, ЯМЗ). Абразивные частицы, попадая в зазор между рейкой и зубчатым венцом, вызывают нарушение её подвижности.

Другой причиной заедания рейки является попадание воды, особенно в зимнее время. При работе двигателя вода вместе с воздухом попадает в насос и осаждается в виде росы на его стенках, рейке, венцах во время стоянки. При низких температурах происходит замораживание воды, рейка оказывается смёрзшаяся вместе с зубчатыми венцами. Двигатель не пускается или идёт в разнос. Наиболее часто встречается эта неисправность у многоцилиндровых двигателей ЯМЗ-238НБ, ЯМЗ-240Б.

Попадание влаги в насос может происходить при отогревании двигателя в зимнее время горячей водой. Наличие воды вызывает коррозию зубьев рейки и венцов, которая приводит к повышенному сопротивлению, перемещению рейки и в неблагоприятных случаях к заклиниванию.

Заедание рейки у насосов типа ТН может возникнуть за счёт закусывания в хомутиках поводков плунжеров в их крайних положениях. Чтобы устранить этот дефект, надо ограничить перемещение рейки. Для этого на рейку насоса типа ТН между хомутиком и корпусом ставят разрезное кольцо, которое после установки отгибают в нормальное положение. Обычно установки одной-двух старых уплотнительных шайб достаточно для того чтобы устранить заедание рейки.

При попадании грязи в сопряжение рейка-венец для устранения закусывания достаточно промыть насос.

У насосов типа УТН-5 и ЯМЗ возможно заклинивание сопряжения поворотной гильзы-втулки плунжера, в результате которого так же происходит отказ рейки и насоса в целом.

Косвенными причинами потери подвижности рейки является так же заклинивание плунжерных пар, дозатора, его привода (у насосов типа НД), неисправности регулятора, 15% отказа насоса НД приходится на заедание и поломку привода дозатора. неисправность насос регулятор Для того что бы обнаружить схватывание рейки, тяги отсоединяют от рычага регулятора и скобы останова. Затем, действуя рычагами управления насоса, передвигают рейку в крайнее положение. Перемещение рейки определяют по характерным щелчкам в крайних её положениях. Желательно при этом несколько раз провернуть кулачковый вал. Заеданий и повышенного сопротивления движению деталей не должно быть.

Движение рейки насосов можно увидеть непосредственно, если отвернуть корпус ограничителя ЯМЗ или пробку. У других марок насосов для этого надо снять крышку. Для устранения заедания рейки необходимо найти место прихватывания. Определить заедающую секцию можно, подкачиваю зубчатый венец относительно рейки. В исправном сопряжении должен ощущаться небольшой зазор.

При замораживании насос снимают с двигателя, вносят в тёплое помещение, снимают крышки. После оттаивания и восстановления подвижности рейки сливают масло и промывают насос дизельным топливом. Залив свежее масло в картер насос устанавливают на двигатель. В более сложных случаях требуется последовательная разборка насоса.

Самоотворачивание хомутиков, стяжных винтов, зубчатых венцов приводит к отказу секции, выражающемуся в нерегулярной подаче топлива. Цикловая подача в отказавшей секции меняется произвольно, цилиндр работает неустойчиво. При выключении подачи топлива двигатель может продолжать работать на одном из цилиндров. Отворачивание винтов происходит из-за их недостаточной затяжки.

Определить отворачивание стяжных винтов можно, сняв крышки насоса. В исключительных случаях можно восстановить регулировку приблизительно. Для этого фиксируют положение плунжера относительно гильзы идентично с другими, исправно работающими парами. При наличии на зубчатом венце и поворотной втулке совпадающих рисок устранение неисправности упрощается. Точную регулировку можно производить только на топливном стенде.

Отсоединение рейки насоса от регулятора может привести к аварийным ситуациям. В случае значительных износов кулачка тяги и отверстия рейки (в насосе типа НД) возможно разъединение этих сопряжённых деталей, тогда работающий двигатель резко увеличивает частоту вращения коленчатого вала, что так же приводит к разносу двигателя. Отсоединение рейки у насосов УТН-5 и ЯМЗ возникает при выпадении и поломки шплинтов. Обнаружить эту неисправность можно таким же образом как и заедание рейки.

Один из уязвимых узлов топливной аппаратуры типа ТН8,5+10 — регулятор. Наличие в кинематической цепи регулятора большого количества подвижных сопряжений, имеющих малые опорные поверхности и воспринимающих значительные давления переменной величины, приводит к быстрому износу деталей и следовательно к увеличению зазоров в их сопряжениях. Односторонние и увеличенные зазоры во всех сопряжениях способствуют возникновению осевого люфта (мёртвый ход рейки), достигающего 3…5 мм.

Вследствие неравномерных износов деталей, например направляющих пазов подвижной муфты и штифтов вилки регулятора, рейки и её направляющих, втулок и других, сопряжённые детали иногда заедают. При этом если двигатель работает при большой подаче топлива и внезапно нагрузка снимается, коленчатый вал развивает большую частоту вращения, что может привести к поломке двигателя.

Повышенный шум, нехарактерные стуки возникают при поломке деталей регулятора. В случаи значительного увеличения в подвижных и ослабление натягов в неподвижных сопряжениях в регуляторе увеличивается вибрация и перемещение движущихся деталей, происходит перегрев трущихся поверхностей, который вызывает ещё большее изнашивание. Внешне эти неисправности выражаются появлением дыма из регулятора и насоса. Колебание рейки приводит к неустойчивой работе двигателя как на постоянных оборотах, так и при изменении нагрузки. Перегреву деталей способствует сильно загрязнённое масло или его отсутствие.

" Вождение" рейки и повышенный шум, как следствие неустойчивой работы дизеля, возможны в случае неправильной регулировке регулятора, например при излишне вывернутом винте кулисы (насос ЯМЗ), малом диапазоне между оборотами начала и конца действия регулятора.

В регуляторах возможны поломки и деформации следующих деталей:

• — зубьев шестерён привода и валика регулятора;
• — зубьев конической шестерни привода подкачивающего насоса и регулятора (насосы НД);
• — зубьев промежуточной шестерни (насосы НД);
• — валика регулятора, шпонки, зубьев (насосы НД);
• — привода дозатора;
• — подшипников валиков (упорный и др.);
• — спиральных и цилиндрических пружин.

Поломка зубьев шестерён вызывает повышенный шум, стук, биение, вибрацию рейки насоса. В большинстве случаев дальнейшая эксплуатация невозможна.

При поломке привода регулятора у рядных насосов нарушается поддерживаемая регулятором взаимная связь: подача и частота вращения. Если не уменьшить максимальную подачу номинального или пускового режима вручную, произойдёт аварийное повышение оборотов двигателя.

Попадание в насос воды, крупных абразивных частиц, вызывает заклинивание прецизионных пар и как следствие, поломку деталей регулятора.

Поломка зубьев конических и промежуточных шестерён в регуляторе насоса НД, а так же деформация валика регулятора, срез шпонок, поломка привода дозатора приводит к прекращению подачи топлива секцией высокого давления. Двигатель глохнет и не запускается. Выход из строя подшипников валика регулятора (насос типа ТН) вызывает биение рейки, при этом происходит нарушение основных характеристик регулятора. При снижении жесткости пружины снижается чистота вращения начала действия регулятора на выключение подачи, а так же изменяется коэффициент корректирования подачи.

К серьёзным нарушениям работы регулятора приводит износ лапок грузов и выжимного подшипника. При этих неисправностях увеличиваются зазоры в кинематической цепи регулятора, возрастает «мёртвый ход» рейки. Грузы разворачиваются на больший угол, центробежная сила их возрастает, в результате чего быстрее происходит выключение подачи топлива.

Степень неравномерности регулятора для номинального режима можно определить по формуле:

(Пм. Хх — Пп)*2.

Q= * 100%.

(Пм. Хх + Пп) где: Qстепень неравномерности регулятора; Пм ххмаксимальная частота вращения коленчатого вала на холостом ходу; Пп — номинальная частота вращения коленчатого вала;

У нового насоса степень неравномерности регулятора на номинальном режиме не должна превышать 10%. В процессе работы степень неравномерности регулятора увеличивается за счёт повышения частоты вращения холостого хода при одновременном снижении номинальных оборотов двигателя.

Изменение подачи топлива осуществляется при повышенных усилиях в регуляторе. Увеличенные зазоры и сила трения в сопряжениях приводит к тому, что регулятор не успевает реагировать на изменение нагрузки и частоты вращения коленчатого вала, в результате чего двигатель работает неустойчиво, а диапазон изменения частоты вращения коленчатого вала увеличивается. Работая на холостом ходу двигатель «рычит» .

Другая часто встречающаяся неисправность ТНВД — не герметичность уплотнений, выражается в подтекание топлива и масла.

При прохождении топлива через передний сальник масло в двигателе разжижается. Подтекание топлива может вызвать переполнение картера насоса и регулятора и как следствие разнос двигателя.

Переполнение картера насоса высокого давления может происходить по следующим причинам:

• — повышенный износ подкачивающего насоса;
• — разрушение уплотнительного кольца или не соответствующие его размеры (насос НД);
• — предельный износ плунжерных пар;
• — дефект посадочного места плунжерной пары;
• — трещина в корпусе.

Чтобы определить причину подтекания топлива, необходимо найти место утечки. Для этого надо снять боковую крышку и создать подкачивающим насосом в головке насоса избыточное давление топлива.

У насосов типа ТН и УТН-5 чаще всего подтекание топлива наблюдается в посадочных местах плунжерных пар, что вызывается отсутствием медного уплотнительного кольца или попаданием посторонних частиц между гильзой и посадочным гнездом, а так же рисками и заусенцами на посадочном месте.

У насосов распределительного типа переполнение топливом картера происходит через привод дозатора, а уплотнение плунжерной пары — при нарушении герметичности их посадки. Кроме попадания топлива в насос, возможна его утечка наружу в местах между секциями высокого давления и корпусом (насоса НД) по резьбе нажимного штуцера. Причиной утечки топлива у насоса НД является малая затяжка шпилек, недостаточная толщина резинового уплотнительного кольца.

Можно заменить как верхнее, так и нижнее резиновые уплотнительные кольца на резиновом насосе не нарушая его регулировок. Для этого снимают привод дозатора, отворачивают четыре гайки стяжных шпилек и осторожно выпрессовывают гильзу секции. Плунжер и приводные шестерни остаются на месте. Заменив уплотнительные кольца, осторожно запрессовывают гильзу в корпус. При этом обращают особое внимание на то, что бы плунжер, гильза и дозатор заняли правильное рабочее положение. Затем ставят на насос привод дозатора, проверяют лёгкость его движения и затягивают гайки стяжных шпилек.

Негерметичность уплотнений может быть причиной подсоса воздуха в систему. Чаще местами подсоса воздуха являются штуцера топливо подводящей трубки низкого давления, идущей к подкачивающему насосу со стороны всасывания, перепускной клапан, лопнувший перепускной трубопровод. В этих случаях происходят отказы некоторых насосных элементов, перебои подачи топлива отдельными секциями. При заводе двигателя наблюдаются пропуски вспышек, не все его цилиндры работают.

При потере герметичности перепускного клапана в головке насоса снижается давление в П-образном канале, и как следствие уменьшается давление наполнение надплунжерной камеры. Эта не исправность насоса проявляется в снижении мощности, трудной заводке, перебоях в работе двигателя.

Нарушение нормальной работы перепускного клапана происходит при попадании в него грязи, поломке пружины.