Что такое плунжер?

Плунжерная пара ТНВД

Одним из основных и самых сложных узлов дизельного двигателя является топливный насос высокого давления (ТНВД), агрегат, с помощью которого топливо подается таким образом, чтобы образовывать горючую взвесь, смешанную с воздухом. В свою очередь, самым важным элементом ТНВД является плунжерная пара, с помощью осуществляется подача и распределение топлива.

Плунжерная пара состоит из двух элементов: втулки и самого плунжера (удлиненного поршня, имеющего цилиндрическую форму). При работе ТНВД плунжер движется внутри втулки. Производимые им возвратно-поступательные движения обеспечивают нагнетание, а затем всасывание топлива. Плунжерная пара ТНВД имеет специальные отверстия на втулке — через них осуществляется подача топлива для нагнетания. Сам плунжер выполняет функцию золотника, с помощью которого регулируется количество подаваемого топлива.

Таким образом, плунжерная пара служит для того, чтобы отмерить точное количество топлива для подачи в цилиндр двигателя. Кроме того, с помощью плунжерной пары ТНВД обеспечивает подачу топлива под нужным давлением в определенный момент. Для того, чтобы обеспечивать качественное решение этих задач при эксплуатации дизельных двигателей, плунжерные пары должны соответствовать ряду требований.

Основное из них — необходимость исключить вероятность протечки топлива. Для этого зазор между плунжером и втулкой делается предельно малым — в пределах от 1 до 3 мкм. Чтобы обеспечить именно такой зазор, каждый плунжер подбирается к втулке индивидуально, после чего выполняется подгонка деталей друг друга.

Кроме того, поверхность втулки и плунжера закаляется до очень высокой твердости так, чтобы обеспечить долговечность такой детали. В итоге втулка и плунжер представляют собой прецизионную пару деталей, которая способна обеспечивать высокое давление впрыска топлива одновременно с подвижностью плунжера во втулке.

Требования к эксплуатации плунжерных пар ТНВД.

Плунжерная пара является тем элементом, который требует особого внимания при эксплуатации дизельного двигателя и, в частности, его топливной системы. Важнейшим требованием со стороны плунжерной пары ТНВД является использование только качественного топлива

Важно исключить вероятность попадания примесей воды, а также микроскопических частиц пыли, могущих содержаться в топливе

Так, при попадании воды в зазор между плунжером и втулкой происходит нарушение целостности защитной смазывающей пленки. В результате плунжерная пара начинает работать без смазки, с увеличенным трением, что может привести к нагреву, заклиниванию, деформации деталей. Кроме того, вода может стать причиной коррозии втулки и плунжера. В этом случае потребуется либо дорогостоящий ремонт, либо замена таких деталей.

При попадании пыли, содержащейся в горючем, плунжерная пара ТНВД также может выйти из строя — в результате заклинивания

Именно поэтому важно пользоваться только качественным топливом, а также своевременно проводить диагностику всех элементов топливной системы дизельного двигателя

В каких случаях плунжерная пара ТНВД требует ремонта или замены?

Существует несколько признаков того, что плунжерная пара вышла из строя. Так, ее неисправность может служить причиной отказа запуска дизельного двигателя. В случае, если после пуска двигатель работает нестабильно, с перебоями, также есть вероятность того, что проблема заключается в плунжерной паре. Неравномерная работа двигателя, его неспособность развить требуемую мощность, наличие постороннего звука при эксплуатации двигателя либо превышение пиковой частоты вращения — во всех этих случаях может потребоваться замена плунжерной пары ТНВД.

Для того, чтобы точно узнать причину неисправности двигателя, необходимо провести диагностику плунжерных пар. С этой целью используется специальное диагностическое оборудование, которое позволяет проверить работоспособность детали, а также выяснить степень ее износа.

В случае необходимости выполняется либо замена, либо ремонт плунжерной пары. Стоит отметить, что восстановление такого элемента требует профессионального использования специального оборудования, которое может привести геометрические размеры втулки и плунжера в исходное состояние.

Принцип работы и устройство плунжерной пары ТНВД

Плунжерная пара ТНВД включает в себя плунжер и втулку. Плунжер производит возвратно-поступательное движение внутри втулки. Плунжер нагнетает топливо под влиянием особого кулачка, также под влиянием возвратной пружины ход всасывания.

Топливный насос высокого давления дизельного двигателя нужен для подачи в цилиндры дизеля под определенным давлением. ТНВД по способу впрыска бывают с аккумуляторным впрыском и непосредственного действия.

Плунжерная пара ТНВД способствует одновременному процессу нагнетания и впрыска. В каждый цилиндр топливного насоса подается необходимая порция дизеля. Плунжерная пара  создает нужное давление распыливания. В топливном насосе с аккумуляторным впрыском привод рабочего плунжера работает за счет давления сжатых газов в цилиндре, также с помощью пружин.

Для более мощных дизелей устанавливают специальные аккумуляторные насосы с гидравлическими аккумуляторами. В таких системах нагнетание и впрыск происходит раздельно.

В начале , топливо нагнетается насосом в аккумулятор , затем идет к форсункам. Таким образом, получается качественное распыливание и смесеобразование в широком диапазоне нагрузок дизеля. Однако конструкция достаточно сложная, поэтому не получила широкого распространения.

ТНВД могут быть многосекционными, рядными и распределительными. Друг за другом насосные секции располагаются в рядном, где топливо идет в определенный цилиндр, в распределительных насосная секция подает топливо сразу в несколько цилиндров двигателя.

Основные особенности и виды плунжерных агрегатов

По исполнению, специфике работы и строению насос плунжерного типа похож на поршневой агрегат. Наличие специального поршня, в виде плунжера, является главной отличительной чертой плунжерных от поршневых. Из-за создания высокого давления в системе насосы плунжерного типа не применяются в быту.

Свое главное применение установки повышенного давления нашли в химической и нефтеперерабатывающей отраслях. Использование таких устройств позволяет смешивать с высокой точностью компоненты растворов в необходимых для процесса пропорциях, что очень удобно в производственных процессах. Конструктивным особенностям этих насосов присущи различия, и поэтому плунжерные устройства подразделяются на:

• объемные;
• необъемные.

Из-за определенной специфики работы плунжерный насосный агрегат изготавливают износостойким, герметичным, прочным и обеспечивающим непрерывную и надежную работу плунжером.

Эти агрегаты относятся к высокопроизводительным устройствам, обладающим высоким КПД, который составляет до 90%. По свойствам конструктивных особенностей плунжерные устройства классифицируются на виды:

• вертикальные;
• горизонтальные;
• ручной;
• автоматический;
• многоплунжерный;
• многоцилиндровый;
• с герметизированными цилиндрами.

Плунжерный насос HAWK 610003

Плунжерные насосы обладают рядом преимуществ над аналогами, которые четко выделяются:

• досконально проработана система смазки и имеет хороший доступ для потребителя;
• благодаря конструктивному исполнению, есть возможность изменения параметров и характеристик под заказчика;
• обладают понятным и простым управлением аппарата, а так же простой в установке;
• существует возможность выполнять увеличение либо уменьшение рабочего давления в гидравлической системе путем изменения количества групп поршней.

Основные сферы применения

1. В химической промышленности для изготовления химических веществ, которые не вступают в химическую реакцию с металлом.
2. В химической промышленности для бурения скважин и транспортировки и последующей переработки нефтепродуктов.
3. В энергетики для изготовления электроприводов для парогенераторов.
4. Для оборудования с гидравлическим приводом в машиностроении.
5. В коммунальных хозяйствам для выполнения ремонтных работ, связанных с гидравлическими коммуникациями.
6. В аппаратах, выполняющих обратный осмос, предназначенных для пищевой промышленности.
7. Плунжерный насос высокого давления для воды применяется для автомоек.

Трехплунжерные насосы

Наука и промышленность развиваются и исходя из практики, научных исследований, анализа конструкционных особенностей насосов и т.д., были спроектированы и внедрены в производство малогабаритные унифицированные трехплунжерные насосы.

Трехплунжерный насос — это насос четвертого поколения типа НПГ. От предыдущих поколений эти устройства отличаются диаметром главного элемента (плунжера), гидравлической коробкой и свойствами клапанных узлов системы. Такие системы для повышенного давления обычно имеют базовую комплектацию:

• датчики давления, сигнализации и манометры давления;
• предохранительный клапан;
• запорную или стопорную арматуру;
• фильтр для очистки воды;
• шестерный масляный насос>;
• систему для охлаждения жидкости;
• предохранительный клапан.

Преимущества

Аксиально — плунжерный насос высокого давления имеет много плюсов. К ним относят:

1. Ритмичную работу механизма, которую обеспечивают напорные и нагнетательные клапаны с обеих сторон специальной камеры;
2. Простоту, вследствие чего сделать плунжерный насос высокого давления своими руками и осуществить его монтаж не сложно;
3. Мощность;
4. Долгосрочную эксплуатацию;
5. Модульную конструкцию, благодаря которой при необходимости можно заказать изготовление плунжерного насоса с индивидуальными характеристиками, например, для автомойки;
6. Соответствие международным стандартам;
7. Широкий спектр продуктов перекачивания, с разными показателями температуры и консистенции.
8. Компактность аксиально плунжерных агрегатов позволяет экономить рабочую поверхность;
9. Возможность регулировать частоту вращения, это держит ситуацию под контролем;
10. Возможность изменения рабочего объема аппарата;
11. Высокая производительность.

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.

Принцип работы плунжерного насоса

Конструкция плунжерного насоса проста и состоит из клапанов и системы трубопроводов. Пружина помогает производить работу плунжерного клапана, создавая систематическое нагнетание. При работе с высоким давлением есть вероятность пропусков. Во избежание таких нюансов плунжерный насос высокого давления для воды имеет полную герметичность узлов агрегата.

Во время такого движения приводится в движение плунжер (он же поршень) роликовым толкателем. По своему конструкционному устройству плунжер совершает движение в правую сторону, что обуславливает понижение рабочего давления, которое постепенно становится меньше, чем жидкостное давление в трубе всасывания.

Внутреннее устройство плунжерного насоса-дозатора

Открывается всасывающий клапан из-за разности давления, после чего происходит заполнение жидкостью рабочей камеры. При следующем обороте вала, происходит движение плунжера влево и давление в камере становится больше, чем в трубопроводе нагнетания. В связи с этим нагнетательный клапан открывается и происходит выдавливание жидкости из камеры в напорный трубопровод. Весь этот цикл повторяется постоянно за все время работы агрегата.

Например, у насоса дизельного двигателя, создающего повышающий эффект, отсутствуют нагнетательные клапана. Эту важную роль для перекачки и создания давления выполняют форсуночные клапаны.

В аксиально-радиальных насосах эти функции выполняют вращающиеся блоки в рабочих камерах. Аксиально-радиальные установки устроены так, что перекачивание жидкости происходит при вращении этих блоков. Отсутствие клапанов повышает стоимость таких установок, но это позволяет увеличить их надежность и применять в авиации.

Виды и причины неисправностей ТНВД

Эксплуатация дизельных автомобилей показывает, что их работа зависит от различных параметров. В числе этих показателей – износ составляющих топливного насоса. Необходимо знать признаки, указывающие на проблемы в ТНВД.

Основные симптомы неполадок с топливным насосом, указывающие на необходимость ремонта:

• топливная система дала течь;
• двигатель стал потреблять больше топлива;
• ремень ГРМ соскочил с шестерни привода топливного насоса;
• двигатель стал запускаться с трудом;
• мотор начал перегреваться;
• появились необычные шумы при работе мотора;
• двигатель стал больше дымить при обычных условиях работы.

Если хоть один из этих признаков имеет место, нужно оперативно отдать авто на диагностику и ремонт в профессиональную СТО. Там проверят работу насоса и установят процент износа каждого элемента. В случае необходимости произведут ремонт ТНВД, после чего его характеристики вернутся к заводским.

Топливные насосы высокого давления чаще всего проявляют следующие неполадки:

• Сбои в работе, вызванные загрязнением. В ТНВД неизбежно попадают пыль и грязь из окружающей среды, а также нагар с поршней и внутренней части цилиндров. Загрязнения забивают клапаны и каналы, затрудняя ход плунжера. В итоге возрастает нагрузка на металл, из которого изготовлены части насоса. Усталость металла приводит к значительному снижению жесткости и прочности конструкции. Проблемы с загрязнением устраняются в ходе профилактики и ремонта.
• Неравномерность подачи и распределения горючего. Такая неисправность возникает, если поводки плунжеров, зубья втулки, рейки, плунжера и нагнетательные клапаны существенно изношены. Также проблемы с нагнетанием топлива появляются в случае загрязнения или разрушения форсунок.
• Выработка ресурса плунжерной пары. С течением временем плунжерная пара изнашивается и появляются «плавающие» обороты при работе двигателя на холостых оборотах. Также увеличивается расход горючего. Так как при этом снижается компрессия, то герметичность всей системы тоже нарушается. В особо запущенных случаях повреждается поверхность плунжера, тянущая за собой нестабильную работу двигателя и перегрев подшипников.
• Брак изготовления. Некоторым автовладельцам приходится решать проблему повредившегося алюминиевого корпуса ТНВД. При этом на поверхности появляются явно видимые трещины. Эти повреждения могут распространяться вплоть до подшипников. Производственным браком также считается заклинивание втулки плунжера. Все эти неисправности решаются только полной заменой топливного насоса.
• Износ и поломки подшипников. В результате этих неполадок ТНВД ухудшает рабочие параметры вследствие увеличения силы трения в движущихся частях.
• Заклинивание поршня. Встречается ситуация, когда плунжер насоса заклинивает во втулке. Последствиями могут быть поломка шестерни, зубчатой рейки, вала с кулачками, регулятора или шпоночных соединений. Часто поршень заклинивает из-за попадания воды.
• Износ движущихся частей из-за уменьшения количества смазки.
• Ржавчина в паре плунжер-втулка из-за высокого содержания влаги в горючем.
• Перегрев насоса несмотря на исправность охлаждения. Основные причины явления – недолив антифриза или забивание каналов охлаждающей жидкости.
• Изнашивание сальников и прокладок. Следствием являются масляные подтеки, нестабильность работы мотора на холостых и высокая дымность выхлопных газов.

Самый опасный признак неисправности ТНВД – масляная эмульсия в системе охлаждения. Это прямое свидетельство разрушения деталей. В данном случае нужно в процессе ремонта заменить все поврежденные комплектующие.

Описанные выше неполадки могут быть вызваны различными причинами:

• Механический износ деталей. Каждый компонент ТНВД имеет свой ресурс эксплуатации и со временем изнашивается. Ускорить этот процесс может низкокачественное горючее.
• Попадание инородных веществ. Вода, пыль и грязь могут спровоцировать полный отказ ТНВД и других элементов системы питания мотора.
• Загрязнение фильтра топлива. При забитом фильтре существенно падает пропускная способность. Как следствие, ТНВД не в состоянии сжать топливо-воздушную смесь до нужного давления.
• Нарушение герметичности системы подачи топлива. В случае наличия подсосов воздуха насос также не сможет развить нужное давление, что негативно сказывается на его ресурсе работы.

Диагностика неисправностей

Не пытайтесь самостоятельно установить причину нарушений в работе двигателя и не проводите ремонт, если не имеете опыта в данной сфере. Когда появились признаки неисправностей, провести простейшую диагностику не составит труда. Если вы выявите хотя бы некоторые признаки, пройдите диагностику на автосервисе с целью выявления точной причины. Самые частые варианты:

Обороты не держатся на одном уровне, а постоянно плавают. Особенно хорошо это видно на холостом ходу, когда машина стоит на нейтральной передаче. Перепады могут быть как значительным, так и малозаметными. Дизельный мотор, если в нем все исправно, уверенно держит обороты на нужной отметке.
Двигатель очень плохо запускается на горячую. Если холодный мотор запускается без проблем, а нагретый нужно запускать несколько раз, в первую очередь проверьте плунжер. Есть простой народный способ проверки – накройте ТНВД мокрой тканью, смоченной в холодной воде, меняйте ее через несколько минут, чтобы остудить агрегат. Если после этого машина завелась, то проблема скорее всего именно в плунжерной паре.
Силовой агрегат начинает «троить». Это сопровождается явным нарушением в работе мотора, появляются вибрации. Если открыть капот, вы увидите, как двигатель буквально «колотит» из-за нарушения нормального ритма работы. Проблема чаще всего в нарушении нормальной подачи топлива, причем это может быть как недостаточное количество солярки, так и ее избыток.
При разгоне или трогании с места появляются рывки. Это спровоцировано нарушением подачи топлива. Проблема бывает как едва заметной, так и ярко выраженной, нередко она усугубляется с течением времени.
Посторонние шумы в двигателе. В этом случае откройте капот и послушайте, откуда исходят стуки

Особое внимание уделите ТНВД: при нарушении работы плунжерной пары в нем появляется характерное цоканье или более громкие звуки, все зависит от типа плунжера и степени его износа.

Важно! 

Говорить о том, что проблема в плунжерной паре, можно только тогда, когда исправны форсунки (не переливают топливо в цилиндры) и работают все датчики.

Неисправность может проявиться и иначе, выше перечислены лишь типичные причины и признаки, которые проявляются чаще всего. Исходить стоит и из пробега автомобиля – чем он больше, тем выше вероятность износа плунжера, для «свежих» машин подобные проблемы нехарактерны.

Разобраться в принципе работы и устройстве плунжерной пары несложно. Узел достаточно прост, но при этом имеет огромное значение в нормальной работе дизельного двигателя. Любые нарушения и износ проявляются сразу, поэтому устранять неисправности стоит как можно быстрее.

Устройство ТНВД

Одним из основных составляющих системы питания дизельной силовой установки является насос, обеспечивающий подачу топлива под высоким давлением на форсунки. Полное название – топливный насос высокого давления (аббревиатура – ТНВД). Помимо дизельных моторов такой насос применяется и в бензиновых агрегатах с инжекторной системой, у которой подача бензина осуществляется непосредственно в цилиндры.

Этот узел системы питания имеет достаточно сложную конструкцию, поскольку в его задачу входит не только нагнетание дизтоплива, но еще и подача его на форсунки в строго определенные моменты. В общем, от его работы напрямую зависит функционирование силовой установки.

Тнвд системы common rail

Несколько иной тип насосов высокого давления применяется в топливной системе Common Rail. На конструкции ТНВД здесь сказываются особенности работы самой системы.

Одноплунжерный ТНВД Common Rail

В этой системе впрыск контролируется и управляется ЭБУ, поэтому дозировка и момент впрыска топлива в задачу насоса не входят. У него только одна функция – нагнетать топливо в рампу (аккумулятор).

Поэтому конструкция ТНВД сильно упрощена. По сути, насос состоит только из вала, плунжерных пар (от 1 до 3) и клапанов – впускных и нагнетательных. Регуляторы здесь отсутствуют за ненадобностью.

Двухплунжерный насос высокого давления

Здесь все просто – вал вращается от привода и плунжеры постоянно нагнетают топливо в рампу. Это и все, что требуется от ТНВД.