Плунжер: для чего нужен, как работает

Принцип работы плунжера

Плунжерные пары представляют собой две небольшие детали, входящие в устройство топливного насоса высокого давления дизельного двигателя. Первая деталь называется плунжером и выглядит как толстый палец с углублениями. Вторая деталь – это втулка плунжера, представляющая собой толстостенную гильзу, в которую вставляется первая деталь.

Плунжер работает как вытеснитель топлива из полости втулки. Его главная задача – создать высокое давление в системе подачи топлива на форсунки.

Такой механизм используется не только в топливных насосах дизелей. Этот узел присутствует и в газораспределительном механизме, где он работает как гидрокомпенсатор. Но во всех случаях принцип работы плунжера одинаков: поршень совершает возвратно-поступательные движения, а когда в этих двух деталях совпадают разрезы или отверстия, то в пустую полость поступает жидкость (солярка). После изменения направления хода пальца происходит вытеснение топлива и нагнетание его в магистраль.

Столь простая конструкция плунжера является главной причиной высокой производительности ТНВД и их долговечности. Несмотря на то что конструкции топливных насосов могут быть весьма разнообразными, в современных автомобилях применяются 2 основные их модификации. Главное отличие между ними – наличие кольцевой выемки в поршне.

Данная выемка работает как перепускной клапан. Она собирает утечку топлива и закачивает ее обратно в магистраль. Разумеется, плунжеры с функцией отсечки топлива стоят дороже из-за сложности устройства. Однако более высокая цена соответствует лучшему качеству, то есть благодаря этому двигатель работает более эффективно.

Широкое распространение дизельные двигатели получили сразу же после появления ТНВД с плунжерными парами. Высокая производительность в сочетании с надежностью – вот главные плюсы такого узла силового агрегата. Но, кроме этого, плунжеры обеспечивают:

• повышенный КПД, так как топливо используется более эффективно: пройдя через форсунки, оно распыляется в цилиндры микрокаплями, а потому более качественно сгорает;
• экологичность, которая обусловлена тем, что двигатель при той же мощности потребляет меньше горючего.

Основным минусом плунжерной пары является износ ее деталей. Да, они изготавливаются из материалов, которые стойки к трению и высокому давлению, но режим работы данного узла двигателя все равно приводит его к поломке (пусть даже и после увеличенного срока службы).

Плунжерная пара ТНВД

Рассмотрим функционал плунжерной пары на примере ТНВД дизеля более подробно. Предварительный насос обеспечивает засос топлива из бака и подачу его через фильтры в ТНВД. Оттуда уже – в магистраль высокого давления и далее на форсунки, с помощью которых оно распыляется в камеры сгорания.

Для краткости принято говорить, что высокое давление в топливной магистрали создает ТНВД, однако главным его функциональным узлом является именно плунжерная пара. Поршень в паре имеет прорезь, и благодаря осевому смещению она позволяет осуществлять дозировку топлива, уходящего в магистраль высокого давления. Зазор регулируется нажатием педали акселератора: отпущенная педаль соответствует минимальному зазору, чем сильнее педаль нажата, тем больше зазор.

Пара создает большой напор топлива, к тому же втулка очень большое количество раз в секунду совершает возвратно-поступательные движения, а значит, трется. Поэтому для изготовления плунжера используют твердые, износостойкие сорта стали, а стенки гильзы делают максимально толстыми, ведь им нужно держать давление в сотни атмосфер. В целом, механизм плунжерной пары получается избыточно надежным, но все равно не вечным.

Особенностью данного парного механизма является то, что палец одной плунжерной пары однозначно не подойдет для другой. Втулка и поршень в каждом конкретном случае создаются исключительно друг под друга, разъединять их нельзя, равно как и пытаться заменить по отдельности. И вот почему: чтобы солярка не подтекала, зазор между гильзой и пальцем делают таким маленьким, каким только позволяют современные технологии высокоточной металлообработки.

Алгоритм работы плунжерной пары

Объем топлива, вытесняемого в магистраль высокого давления за один рабочий ход поршня, зависит от амплитуды его движения. Посредством регулировки высоты рабочего хода поршня меняется производительность ТНВД и, как следствие, обороты дизеля. 

При нажатии на педаль акселератора палец плунжера немного проворачивается в сторону увеличенной насечки. Количество топлива, поступающего в гильзу, возрастает, производительность ТНВД увеличивается, и обороты дизеля растут.

Это самая простая и наиболее распространенная модель плунжера. Но сейчас появляются модификации, обеспечивающие подачу горючего иными способами, благодаря чему точность дозировки возрастает на порядок (зачастую производительность плунжерной пары регулируется электронным блоком управления двигателем). Но классический привод толкателей плунжера остается прежним – от коленчатого вала.

Разберем схему работы классической плунжерной пары:

• Изначально поршень, поддерживаемый пружиной, находится в нижней части гильзы.
• Затем на него оказывает воздействие кулачок, который располагается на валу.
• От такого механического воздействия поршень перемещается вверх по втулке.
• Над поршнем образуется давление топлива, поступающего во втулку по насечке-прорези в стенке втулки.
• Под давлением топлива приводится в движение клапан, и горючее выдавливается из гильзы в магистраль высокого давления.
• Из магистрали (или коллектора) солярка поступает непосредственно на форсунки.
• Далее вал насоса проворачивается, кулачок отпускает поршень, и он перемещается в нижнее положение под воздействием пружины.

Затем цикл повторяется.

Нагнетательные клапаны в плунжерных насосах

В любом ТНВД присутствуют нагнетательные клапаны. Их задача – перекрывать часть магистрали, где горючее содержится в состоянии покоя, и отделять это топливо от той части магистрали, где оно находится под давлением. Помимо этого, клапаны поддерживают статическое давление в топливопроводе, а излишек солярки сбрасывается в топливный бак.

Существует несколько типов нагнетательных клапанов, которые применяются в плунжерных насосах. Вот их разновидности с отличительными особенностями.

Клапан, обеспечивающий постоянный объем, без ограничения обратного потока

Частью конструкции клапана является втягивающий поршень. При поднятии пальца плунжера корпус втулки перекрывает спиральную прорезь, и нагнетательный клапан закрывается, а поршень перемещается обратно по направляющей втулке.

Часть магистрали с высоким давлением оказывается отсеченной от полости над плунжером, и поэтому объем горючего в емкости с высоким давлением хоть и увеличивается, но незначительно – лишь на объем, поступивший через поршень во время втягивания топлива в полость рабочего хода.

Клапан, обеспечивающий постоянный объем, с ограничением обратного потока

Когда игла форсунки поднимается, топливо распыляется в камеру сгорания. Затем игла закрывает микрозазор в форсунке, и в ней (а также во всей магистрали) образуется гидравлическое давление обратного потока. Для всех узлов и деталей, которые испытывают на себе данную перегрузку, это означает повышенный износ. Клапан с ограничением обратного потока играет роль демпфера, который не позволяет гидроудару повредить клапаны.

В конструкцию такого клапана входят:

• корпус с резьбой (он является составной частью конструкции ТНВД);
• демпфирующая пружина, принимающая на себя обратное давление топлива на заслонку клапана;
• отсекающая пластина (она отделяет полость высокого давления от надплунжерного пространства);
• держатель пластины клапана с полостью, в которой поступательно движется нагнетательный поршень.

Эти клапаны задействуются как вспомогательные узлы, в задачу которых входит облегчение работы обратного клапана.

Клапан, обеспечивающий постоянное давление

Стандартная комплектация клапана в данном случае дополнена еще шариком и ограничительным каналом. Клапан рассчитан на то, чтобы выдерживать давление более 800 бар. Фактически конструкция данного узла содержит сразу два клапана поменьше: стабилизирующий и нагнетательный. Последний осуществляет подачу горючего, давление которого поддерживается первым. В итоге давление в магистрали не скачет между впрысками.

Для повышения эффективности работы плунжерной пары этот узел дополняется различными обеспечивающими узлами и механизмами. В их задачу входит автоматизация подачи горючего в магистраль, а также контроль за этим процессом. ТНВД способен создать давление в топливной системе, превышающее 800 бар за счет некоторых конструкционных особенностей. 

Но вот функция поддержания столь высокого давления в магистрали, а также сглаживание всех возможных эффектов (например, давления обратного потока) ложится на обеспечивающие механизмы.

Способность плунжера создавать высокое давление является незаменимым не только в дизельных двигателях, но также и в гидронасосах, да и вообще во всех гидравлических системах различной функциональности, где требуется высокий напор в сочетании с увеличенной надежностью.

Диагностика неисправности плунжерной пары

Принимая во внимание все описанные выше конструкционные особенности плунжерной пары, можно совершенно обоснованно сказать, что от их корректной работы зависит стабильность и исправность всего двигателя в целом. И какие-либо неполадки в функционировании пары, а значит, и ТНВД, недопустимы.

Разумеется, работа ТНВД на износ требует проведения регулярных диагностических и обслуживающих мероприятий. Нужное для этого оборудование, как правило, есть в наличии в каждом серьезном сервисном центре. С его помощью можно точно установить причину неисправности. И если корень проблемы в плунжерной паре, то замене подлежит весь комплект.

Вот характерные «симптомы» таких неисправностей:

• затруднительный запуск мотора;
• резкие (буквально, мгновенные), необъяснимые потери мощности ДВС;
• нестабильная работа на холостом ходу, снижение оборотов до критического уровня;
• необоснованно высокий расход топлива;
• необъяснимые посторонние шума во время работы двигателя.

Наиболее распространенная причина повышенного износа и последующего выхода из строя плунжерной пары – некачественное горючее. Нужно помнить, что идентификация проблемы, осуществленная вовремя, замена обеих деталей поврежденного плунжерного узла способна продлить жизнь всему дизельному агрегату. 

Здесь важно обратиться к услугам действительно грамотных специалистов, имеющих значительный опыт осуществления таких операций. И пусть работа таких специалистов стоит недешево, но и потенциальные потери от возможности столь привлекательной экономии будут на порядок выше.

Читайте также!

«Забитый катализатор: симптомы, причины и способы решения» Подробнее

Как уже отмечалось, плунжерные пары не ремонтируются, а сразу заменяются. Но можно принять кое-какие меры, чтобы продлить срок их службы.

Дизельный двигатель работает на солярке, которая не так чиста, как различные бензины. К примеру, в составе дизельного топлива содержится огромное количество микроскопических суспензиальных частиц (которые отделяются двумя фильтрами дизельного двигателя). 

В числе прочих это и вездесущий абразив, и его тем больше, чем менее качественным является горючее. При использовании такого топлива зазор между пальцем (плунжером) и втулкой (гильзой) будет со временем увеличиваться, то есть плунжерная пара начнет терять свою эффективность и плавно выходить из строя.

Как следствие, самая главная мера, предупреждающая повреждение плунжерной пары, это заливка в бак исключительно качественного топлива от заслуживающих доверия поставщиков. Кроме того, нельзя допускать появления воды в топливной системе, а также вовремя менять фильтры.

Капли воды в зазоре пары разрушают жирную пленку солярки, в итоге в зазор между втулкой и пальцем просачиваются микропузырьки воздуха, и механизм уже не будет выдавать нужный уровень давления. А кроме того, уход жирной пленки увеличит трение движущихся частей устройства между собой, что также ускорит их износ.

В своевременной замене нуждаются также и топливные фильтры. Если фильтрующий элемент получит повреждения (разорвется, например), то в ТНВД, а значит, и в плунжерный механизм, начнут попадать все посторонние примеси, находящиеся в топливе во взвешенном состоянии. В данном случае плунжерная пара не просто потеряет эффективность – ее заклинит, равно как выйдет из строя и сам насос.

Мнения автовладельцев о плунжерной паре 

Ненужная самодеятельность

«Никаких паст ГОИ, специальных смазок с повышенным числом чего-то там и прочих "танцев с бубнами"! Если пользоваться бабушкиными методами, то плунжер убьет не стандартный износ, а некомпетентное вмешательство. Самое разумное – это обратиться к грамотному спецу, а самому отойти в сторону. В этом деле крайне важна компетентность. Плунжер топливного насоса не нужно спасать – его нужно своевременно менять».

Глаза страшатся – руки делают

«Чтобы выполнить ремонт своими руками, нужно все делать аккуратно и не спеша. Подготавливаем инструмент, размещаем запчасти под рукой. Важно соблюдать чистоту и даже стерильность. Резинки, прокладки и сальники меняем. Подкачивающий насос ремонтировать тоже не стоит – он недорогой, а потому тоже ставим новый. Самое длительное – это все разобрать (часа 4 на это уйдет, не меньше), но это только в первый раз, а потом дело пойдет веселее. Ну и главное – не бояться!»

Мелочей не бывает

«Было время, машина, будучи не прогретой, заводилась с "полпинка", но стоило ей только постоять минут 20 "на горячую", так не желала заводиться ни в какую. После замены плунжерной пары стала схватываться резвее. Долго искали причину. В итоге оказалось, что грязью забился перепускной подпружиненный металлический шарик клапана на обратке (составная часть ТНВД). К сожалению, ничего промыть там не удалось, и мы просто поставили новый».

Самое трудное при диагностике топливной системы – получить четкое подтверждение того, что неисправность кроется именно в топливном плунжере, а потому наиболее разумная мера – это обратиться за помощью к компетентным специалистам. Да, их услуги, как правило, дороги, но ведь капитальный ремонт дизельного двигателя многократно дороже!