Что такое плунжерная пара в автомобиле?

Нередко механики, говоря о ремонте топливной системы дизельного двигателя, упоминают такой термин, как плунжерная пара. Рассмотрим подробней, что это за механизм, особенность его работы, зачем он нужен, и как определяется неисправность плунжера.

Что такое плунжер?

Плунжерные пары, как следует из названия механизма, это две небольшие детали, которые входят в устройство тнвд (топливный насос высокого давления). Первая называется плунжер и представлена в виде толстого пальца с углублениями. Вторая – это втулка плунжера и она имеет вид гильзы с толстыми стенками, в которую вставляется первая деталь.

Сам плунжер или поршень выполняет функцию вытеснителя топлива из полости втулки. Данный элемент используется, чтобы создать высокое давление в магистрали системы подачи топлива.

Стоит отметить, что данный механизм используется не исключительно в насосах дизельных двигателей. Например, подобный элемент используется в газораспределительном механизме в качестве гидрокомпенсаторов. Однако принцип работы устройств идентичен – возвратно-поступательные действия перемещают поршень во втулке, а через совпадение разрезов и отверстий в этих двух деталях в полость поступает жидкость и нагнетается в основную магистраль.

Принцип работы и разновидности

Классическая плунжерная пара работает по следующей схеме:

• Подпружиненный поршень находится в нижней части гильзы;
• На поршень нажимает кулачок, расположенный на валу;
• При механическом воздействии поршень перемещается во втулке вверх;
• В пространстве над поршнем создается давление топлива, которое поступает во втулку по специальной прорези в ее стенке;
• Давление топлива приводит в движение клапан, благодаря чему вещество перемещается из гильзы в резервуар (это может быть топливная рампа или отдельная камера в топливном насосе);
• Из резервуара топливо поступает в форсунки;
• Вал в насосе проворачивается, кулачок перестает давить на поршень, что перемещает его в нижнюю позицию за счет пружины.

Такая простая конструкция плунжера объясняет, почему топливные насосы высокого давления, работающие по данному принципу, отличаются высокой производительностью и долговечностью.

Сегодня в автомобилях используется две модификации плунжерных пар (хотя конструкция топливных насосов имеет большее разнообразие). Они отличаются друг от друга наличием кольцеобразной выемкой в поршне.

В таких плунжерах она играет роль перепускного клапана, который собирает утечку топлива и возвращает его обратно в топливную магистраль. Плунжеры с отсечкой топлива стоят дороже за счет сложности конструкции. Зато эта стоимость компенсируется более эффективной работой мотора.

Основные достоинства и недостатки

Популярность дизельные моторы стали приобретать с момента внедрения в их конструкцию топливных насосов высокого давления, оснащенных плунжерной парой. Впечатляющие технические характеристики, высокая производительность механизма и высокая надежность – это ключевые достоинства механизма, оснащенного плунжерной парой.

Помимо этих плюсов у плунжера есть следующие достоинства:

• С помощью плунжерной пары можно не только обеспечить подачу топлива под высоким давлением и его дозировку, а также определять подходящий режим впрыска топлива.
• Максимальная экономичность при высоком КПД.
• Высокий показатель экологичности за счет сжигания меньшей порции топлива и качественного его распыления в цилиндры.

У любого механизма есть минусы, и у плунжерной пары это износ. Хотя эта простая конструкция очень надежна и работает длительное время, нельзя исключить воздействие силы трения и воздействия высокого давления на элементы механизма. Производители топливных насосов с плунжерной парой используют высокопрочные материалы, но даже в таком случае не избежать износа, пусть даже после увеличенного срока службы.

Плунжерная пара ТНВД

Более подробно о функциях плунжерной пары обсудим на примере тнвд дизельного мотора. Как исходит из названия, насос перекачивает дизтопливо из основного бака в магистраль высокого давления (например, в топливную рейку), откуда под сильным напором оно распыляется в цилиндры двигателя.

Основным элементом, создающим такой напор, является как раз плунжерная пара. Далее топливо распределяется по цилиндрам в соответствии с конструкцией топливной системы. О разновидностях насосов рассказывается в другой статье.

Во время работы насоса толкатели и возвратные пружины привода перемещают поршень внутри втулки плунжера вверх/вниз, благодаря чему он совершает возвратно-поступательные движения. Так конструкция всасывает солярку по шлангам из топливного бака и нагнетает ее в закрытый резервуар, благодаря чему в нем создается давление. Чтобы этот параметр чрезмерно не увеличивался, в устройстве насоса имеется ряд клапанов, предназначенных для удержания или сброса излишнего напора в системе.

Сам поршень имеет неравномерную прорезь, что позволяет ему при небольшом осевом смещении дозировать топливо, поступающее в резервуар. Этот процесс зависит от положения педали газа в автомобиле – минимальный зазор при отпущенном акселераторе, а максимальный – при полностью нажатой педали.

Так как пара создает большой напор, чтобы она не вышла из строя, ее изготавливают из прочной стали, а стенки достаточно толстые, чтобы выдержать давление в несколько сотен атмосфер. Это делает механизм надежным даже при высоких нагрузках.

Еще одна особенность плунжерной пары заключается в том, что обе детали создаются только друг под друга. То есть, невозможно взять втулку от одного механизма и поршень от другого и совместить их. Чтобы пара не пропускала солярку, зазор в ней создается настолько минимальный, насколько возможно. По этой причине никогда не производится замена одной детали – всегда меняется пара (их параметры подгоняются на высокоточном заводском оборудовании).

Вот небольшое видео о том, как восстанавливается плунжерная пара:

Процесс восстановления плунжерной пары Zexel-KOMATSU

Последовательность работы плунжерной пары

Количество нагнетаемого топлива за один цикл работы поршня зависит от высоты его рабочего хода. Так регулируется работа насоса для обеспечения холостого хода. Но как только водитель нажимает на педаль газа, плунжер немного проворачивается. Насечка в той части увеличена, поэтому и количество топлива будет подаваться в большем объеме.

Так работает самая распространенная модификация плунжера. Однако на сегодняшний день существует много моделей, которые обеспечивают дозировку немного другими способами (нередко регулируется электроникой машины). Сами толкатели плунжера приводятся в движение от вращения коленчатого вала.

Когда поршень опускается, через входное отверстие втулки топливо перемещается в освободившуюся полость надпоршневого пространства благодаря разряжению, которое в нем образовалось. Как только поршень поднимается, отверстие гильзы перекрывается корпусом плунжера, а топливо давит на клапан, открывая его. Далее горючее поступает в резервуар с высоким давлением. При начале движения вниз клапан перекрывается, и в полости плунжерной пары образуется разрежение воздуха (или вакуум). Цикл повторяется.

Нагнетательные клапаны

Каждый топливный насос высокого давления оснащается нагнетательными клапанами, цель которых – перекрыть ту часть магистрали, в которой топливо находится в состоянии покоя от той, где солярка уже находится под давлением. Также клапаны нужны для поддержания статического давления в системе (пока мотор заведен, насос продолжает накачивать солярку в резервуар) – они сбрасывают излишек обратно в топливный бак.

Существует несколько типов нагнетательных клапанов, которые применяются в плунжерных насосах. Вот их отличительные особенности.

Клапан постоянного объема без ограничения обратного потока

В конструкцию такого клапана входит втягивающий поршень (часть конструкции клапана). При поднятии плунжера спиральная прорезь перекрывается корпусом втулки, нагнетательный клапан закрывается. Поршень перемещается в направляющую втулки штока.

В этот момент происходит отсечение той части магистрали, в которой образовано высокое давление от надплунжерной полости. Благодаря этому объем топлива в емкости с высоким давлением увеличивается незначительно – только на то количество, которое поступило через втягивающий поршень в полость рабочего хода плунжера.

Клапан постоянного объема с ограничением обратного потока

Когда происходит распыление топлива через форсунку, после закрытия иглы в магистрали создается давление обратного потока. Этот эффект может привести к износу некоторых элементов самого клапана. По этой причине в некоторых моделях насосов используется клапан с ограничением обратного потока. Он выполняет функцию демпфера, не позволяющему обратному давлению оказывать воздействие на клапана.

В устройство такого нагнетательного клапана входят следующие элементы:

• Корпус клапана с резьбой (он вкручивается в конструкцию насоса);
• Пружина, которая служит демпфирующим элементом, предотвращающим негативное воздействие на саму заслонку клапана;
• Пластина – отсекает полость с высоким давлением от полости надплунжерного пространства;
• Держатель, в который упирается пластина клапана (имеет полую структуру – в полость входит нагнетательный поршень).

Нередко такие клапаны используются в качестве дополнительного механизма, облегчающего работу обратного клапана.

Клапан постоянного давления

Помимо основных элементов клапана в устройство данного механизма входит еще шарик и ограничительный канал. Такие клапаны способны обеспечить нагнетание топлива с давлением свыше 800 бар.

В его конструкцию входят два мини клапана – нагнетательный и стабилизирующий. Первый элемент подает топливо, а второй поддерживает образованное давление. Эта функция позволяет ему поддерживать статику давления между фазами впрыска.

Модификация клапана зависит от того, какими параметрами обладает двигатель в автомобиле. Некоторые клапаны срабатывают не от механики, а от сигнала, который поступает от электронного блока управления.

Область применения и функциональное назначение

В основном плунжерная пара используется в топливных насосах высокого давления дизельных силовых агрегатов, но также встречаются модификации бензиновых ДВС, которые требуют высокого давления бензина (например, в моторах с непосредственным впрыском топлива), что обеспечивается тоже плунжерной парой.

В таком случае плунжерная пара выполняет следующие функции:

1. Обеспечивает подачу топлива под высоким давлением, независимо от типа топливной системы;
2. В некоторых топливных системах данный механизм автоматически дозирует нужное количество топлива для работы форсунок;
3. За счет особенности конструкции поршня и втулки обеспечивает изменение режима подачи топлива к форсункам.

Чтобы плунжерная пара могла выполнить все эти задачи, она используется с разными дополнительными механизмами, обеспечивающими автоматизацию и контроль подачи топлива. Ключевой узел топливного насоса высокого давления создает требуемое давление (за счет особенности конструкции этот механизм позволяет обеспечить столь высокий напор, с чем не справится ни один насос таких размеров), а за распределение и поддержание требуемого напора в контуре отвечают другие элементы системы.

Так как плунжерная пара даже небольших размеров способна создать невероятное давление, подобные узлы используются не только в дизельных моторах. Например, такой узел может находиться в насосах, гидромашинах и других механизмах, создающих высокое давление и требующих высокую надежность узла.

Особенности эксплуатации плунжерных пар топливного насоса

Особенных действий по обслуживанию плунжерной пары топливного насоса нет. Однако автовладелец может кое-то предпринять, чтобы механизм работал максимально долго.

Во-первых, стоит учесть, что дизельный двигатель работает на особенном топливе, в составе которого может содержаться большое количество микроскопических частиц. Если использовать некачественную солярку, то зазор между плунжером и втулкой может увеличиться из-за содержания в дизельном топливе абразивных частиц, воды и других примесей.

По этой причине единственное обслуживание, которое может выполнить владелец автомобиля, это следить за качеством топлива, не допускать образование конденсата в магистрали и вовремя менять фильтр.

На первый взгляд наличие капель воды в дизтопливе не кажется столь критичным, но из-за этого топливная пленка в зазоре плунжерной пары разрушится, и механизм не сможет создавать соответствующий напор. Также солярка смазывает поверхности деталей, предотвращая трение на сухую, и защищая устройство от перегрева.

Если не менять вовремя топливный фильтр, его элемент может разорваться. Из-за этого через насос будет прокачиваться грязное топливо, в котором могут присутствовать мелкие частицы. В таком случае есть большая вероятность выхода насоса из строя, так как плунжерная пара просто заклинит.

Как самому определить неисправность плунжерных пар

От исправной работы плунжерной пары зависит стабильность силового агрегата машины. Так как этот механизм является основным элементом тнвд, его неисправность приведет либо к нестабильной работе насоса, либо вообще к выходу его из строя.

Чтобы проверить эффективность насоса, потребуется его диагностика. Большинство ремонтных мастерских имеют для этого специальное оборудование. Оно позволяет определить, в чем конкретно неисправность – даже определит состояние плунжерной пары. По результатам диагностики специалисты предложат и соответствующий ремонт. Если плунжер вышел из строя, то замене подлежит весь комплект.

Признаки неисправности

О том, что с плунжерной парой возникли проблемы, свидетельствуют «симптомы», характерные для поломки топливного насоса. Среди них:

• Затрудненный пуск агрегата;
• Нестабильные обороты холостого хода двс;
• Троение двигателя;
• Резкая потеря мощности ДВС;
• Во время работы мотора отчетливо слышны посторонние шумы;
• Увеличенная «прожорливость» мотора.

В дополнительном обзоре рассматривается разница проверки плунжера на холодный и на горячий двигатель:

Дизель заводится холодным. И не заводится горячим. плунжерная пара дизеля.

Чтобы убедиться в неисправности именно плунжера, не следует экономить на диагностике. Только специалисты при помощи специализированного оборудования способны точно определить неисправность. Благодаря этому стоимость ремонта будет оправданной – не придется менять детали, которые еще долго проработают.

Видео на тему

В данном видео рассказывается, как восстановить плунжерную пару:

Плунжерная пара VRZ 149701-0520 Rotor Head Mitsubishi 4M41recovered plunger pair

Вопросы и ответы:

Что делает плунжерная пара? Плунжерная пара используется в топливных насосах высокого давления. Это устройство обеспечит самое высокое давление для эффективной подачи топлива в цилиндры.

Что такое плунжерные пары? Это основной элемент ТНВД, которые широко применяются в дизельных моторах. Он отличается впечатляющей простотой конструкции, долговечностью и надежностью.

Что входит в Плунжерную пару? Пара состоит из поршня, расположенного в толстостенной втулке (цилиндре). Между ними имеется минимальный зазор, обеспечивающий свободный ход поршня.