Механизм действия плунжерной пары в топливной системе ТНВД

Топливный насос высокого давления (ТНВД) – один из ключевых элементов дизельных двигателей. Он обеспечивает впрыск горючего и напрямую влияет на эксплуатационные характеристики этого агрегата.

Основой самого ТНВД является механизм, непосредственно осуществляющий подачу: это плунжер, перемещаемый внутри системы при помощи кулачкового вала. В этой статье мы разберем, как работает плунжерная пара, наиболее распространенный вариант конструкции насоса.

Определение и история появления

Плунжер представляет собой цилиндрический поршень, длина которого существенно превышает диаметр. Фактически он состоит из двух частей.

Второй деталью является втулка, внутри которой и происходит поступательно-возвратное перемещение. В ней же имеются специальные отверстия, необходимые для подачи топлива внутрь и его транспортировки в цилиндры двигателя.

Понятие "плунжерная пара"

Комплект из плунжера и втулки называют "плунжерной парой". Их механизм настолько точно подогнан друг к другу, что при ремонте автомобиля его обычно меняют в сборе.

Когда появился плунжер

Изначально подачу топлива в мотор обеспечивал массивный компрессор. Его применение заметно сказывалось на КПД силового агрегата. Ситуация изменилась, когда Роберт Бош предложил новую концепцию работы топливного насоса.

Конструкция узла и технология изготовления

Основная задача при производстве ТНВД с плунжером – обеспечить герметичность конструкции при сохранении свободного хода "поршня" внутри втулки. Получить такое сочетание можно только за счет точного соблюдения геометрических размеров, специальной обработки поверхности обеих соприкасающихся деталей.

Рабочий зазор у большинства моделей топливного насоса не превышает 1-3 мкм. При физическом износе блок подлежит замене, сервисные центры его не восстанавливают.

Отдельно отметим, как выглядит плунжерная пара. Она представляет собой цилиндр небольшого диаметра с отверстиями для подачи топлива. Верхняя часть обычно утолщена, там располагается штуцер для подвода солярки. На каждый цилиндр двигателя устанавливают отдельная плунжерная пара, работающая синхронно с другими благодаря системе управления.

Разновидности

Выпускают несколько типов плунжерных пар. В зависимости от марки автомобиля на нем может быть установлен ТНВД с электронным управлением или без него. Первый тип работает по сигналам от бортового компьютера, второй на базе применения вакуумных, механических элементов.

Бывают конструктивные отличия:

• VE-типа, один плунжер обеспечивает подачу на все форсунки. Их еще называют пучковыми. Вариант встречается на легковых автомобилях, на коммерческом транспорте небольшого веса.
• V-образные, отличаются двухрядным расположением, ориентацией друг к другу от 75 до 120 градусов. Применяется аналогично рядным устройствам (зависит от конструкции двигателя).

Отличаться плунжерные пары могут и приводом. Выпускаются роторные (кулачковые), аксиальные (торцевые) и с внешним блоком.

• Первый вариант обычно включает одну топливную секцию и от 2 до 4 плунжерных пар.
• Второй предполагает установку на каждый отдельно взятый плунжер.
• Третий встречается редко из-за его относительной сложности в обслуживании.

Отличие от поршня

Плунжер фактически является одним из вариантов поршня. В плунжерной паре так же происходит возвратно-поступательное движение, форма основной детали цилиндрическая. Различия есть как во внешнем виде, так и в возможностях.

Отличия:

• Конструкция позволяет получить существенно большее давление, чем это возможно при работе с классическими поршнями.
• Кольца (манжеты) для уплотнения соединения расположены на гильзе, а не на движимой части как в поршневых двигателях.
• Зазор между соприкасающимися деталями практически в 10 раз меньше, чем на моторе (0,001-0,003 мм против 0,05-0,07 мм).

Чтобы обеспечить длительный срок службы плунжерные пары изготавливают из высокопрочных, износостойких марок стали. На поршни же идут алюминиевые сплавы, а для дорогих двигателей на мощные авто специальные виды керамики.

Принцип работы плунжерной пары

Теперь разберем, как работает плунжерная пара в ТНВД. В основу алгоритма заложено возвратно-поступательное движение двух основных деталей.

За счет него (алгоритма) и происходит нагнетание топлива в требуемом объеме и при заданном давлении. Во втулке сделаны отверстия, через которые внутрь и поступает воздушно-топливная смесь. При начале рабочего цикла происходит полная герметизация конструкции, чтобы избежать стравливания давления в систему подачи топлива.

Запчасти высокого качества для вашего авто!

Широкий ассортимент запчастей по доступным ценам!

Перейти в каталог

Штатная схема работы плунжерной пары:

• Начало цикла предполагает, что плунжер под воздействием прижимной пружины находится в нижней части втулки (гильзы).
• Кулачковый вал перемещает цилиндр в верхнюю часть и одновременно повышает давление внутри механизма (над вытеснителем).
• Рост уровня нажимания приводит к открытию клапана, переносу очередной порции топлива через форсунки в камеру сгорания.
• Под воздействием пружины после прекращения давящего усилия кулачкового механизма плунжер возвращается на место.

Применение и назначение плунжерной пары

Направления, где актуальны механизмы с плунжером, объединяет одно требование к их устройству и техническим характеристикам – необходимость в высоком давлении рабочих сред.

Конструкция эффективна при работе и с жидкостями, и с газами, и с аэрозолями разной степени насыщенности составляющими компонентами.

Основной сферой применения плунжерной пары является ТНВД в дизельных двигателях:

• Подача топлива к форсункам одновременно с увеличением давления.
• Дозирование его количества исходя из выбранного режима эксплуатации.
• Регулирование режима впрыска в камеры сжигания двигателя.

Эффективность работы агрегата во много зависит от сигналов, подаваемых электроникой машины (бортовым блоком управления, ЭБУ). Механические системы являются менее гибкими в сравнении с цифровыми.

Преимущества и недостатки плунжерной пары

Считается, что актуальность дизельных двигателей резко возросла именно после появления такого блока как ТНВД с плунжерной парой.

Основные преимущества ТНВД с плунжерной парой:

• Высокая надежность узла. Блок подачи солярки в двигатель является одним из наиболее активно используемых и подверженных износу. Поэтому можно считать, что ресурс движка во много зависит именно от плунжера.
• Относительно большая эффективность. Модуль обладает высоким КПД. Он одновременно выполняет несколько задач: обеспечивает высокое давление подачи топлива, дозирует его объем, регулирует режим впрыска в камеру сжигания.
• Экономичность. Внутрь двигателя попадает строго отмеренный объем дизтоплива, который сгорает полностью. Это при обычных условиях эксплуатации благоприятно сказывается на количестве вредных выбросов в атмосферу.

Из-за микроскопических зазоров даже мельчайшие частицы влияют на работоспособность узла, на его долговечность. Отчасти этот минус компенсируют применением высокопрочных сплавов, которые хорошо выдерживают подобные нагрузки.

Признаки неисправности и причины

Одна из распространенных дефектов насоса ТНВД – заклинивание цилиндра в гильзе. Происходит поломка из-за попадания механических частиц, поступающих внутрь конструкции с дизельным топливом.

Типовые проблемы с плунжером:

• Трудности с запуском двигателя – причиной становится затрудненная подача топлива, из-за чего его объем недостаточен для нормальной работы агрегата.
• Снижение мощности, приемистости автомобиля – нередко владельцы машин жалуются на плавающие обороты, "провалы" в них при резком нажатии педали газа.
• Посторонние шумы при работе двигателя – проявляются даже без нагрузки, на "холостом ходу" или при медленном движении. Причины те же, нестабильная подача топлива.

Можно отнести к типовым проблемам ТНВД повышенный расход солярки. Такие признаки часто появляются, если при эксплуатации произошло частичное разрушение гильзы, отверстия на ней стали больше диаметром.

Заключение

Внедрение ТНВД с плунжерными парами стало революционным шагом в развитии дизельных двигателей. Они получили существенно меньшие габариты, высокий КПД, износостойкость даже в случае использования некачественного горючего.

F.A.Q.

Q: Какие задачи выполняет плунжерная пара в автомобиле?

A: Она является конструктивной частью топливного насоса ТНВД и создает в нем требуемое давление, дозирует подачу горючего в камеры сгорания двигателя.

Q: Что влияет на работоспособность плунжера?

A: Срок службы блока зависит от материала, из которого он изготовлен, от качества топлива, залитого в систему, от степени фильтрации перед подачей в двигатель.

Q: Можно ли отремонтировать ТНВД с плунжерной парой?

A: Блок меняют в сборе, т.к. при износе цилиндра и/или гильзы нарушается герметичность. Исправить проблему можно только в заводских условиях, поэтому рациональнее просто ставить новый.