Дизельный двигатель: устройство системы питания

Описание устройства топливной системы дизеля

Топливная система дизельного мотора состоит из следующих составных частей:

1. Топливный бак.
2. Магистральные топливопроводы.
3. Насос низкого давления.
4. Топливный фильтр грубой, а также тонкой очистки.
5. Насос ТНВД высокого давления.
6. Распыляющие форсунки-дозаторы.

Как было отмечено выше, система разделена на отдельные контуры, работающие в условиях различного давления. Контур низкого давления состоит из:

• топливного фильтра;
• сепаратора;
• специального приводного механизма;
• подогревателя;
• топливного насоса ТННД.

При прохождении топлива через каждый элемент происходят соответствующие преобразования:

1. Благодаря подогреву, холодная загустевшая солярка обретает текучесть.
2. При помощи фильтрующего элемента горючее очищается от инородных включений и прочих загрязнений.
3. Помпа обеспечивает напор топлива, необходимый для подачи во второй отсек повышенного давления.

В конструкцию второго контура входят следующие устройства:

• насос ТНВД (высокого давления);
• фильтр тонкой очистки;
• распыляющие форсунки, обеспечивающие дозированный впрыск топлива;
• система топливопроводных магистралей.

Разжиженное горючее под давлением в расчетном количестве подается в цилиндры по топливопроводным трубкам.

Основные элементы

Перечислим основные элементы описываемой структуры:

• Бак. Топливо хранится именно здесь. В наличии у бака всегда имеется насос для закачки топлива;
• Топливопровод. Благодаря ему топливо поступает в смесеобразующее устройство. Внешне представляет собой сложную структуру различных трубок и шлангов;
• Устройство смесеобразования. Необходимо для того, чтобы обеспечить подачу топлива в двигатель. В качестве такого элемента могут выступать карбюратор, моновпрыск или инжекторная система;
• Блок управления (если речь идет об инжекторе). Электронный блок отвечает за управление функционированием системы смешения. Если в работе системы имеется какой-нибудь сбой, то благодаря блоку об этом сразу же станет известно;
• Топливный насос. Осуществляет доставку топлива в топливопровод;
• Фильтры для очистки.

Cистема питания карбюраторного двигателя

Топливный насос высокого давления дизельного двигателя

Чтобы двигатель внутреннего сгорания вырабатывал высокую мощность, заявленную в технических характеристиках, необходимо обеспечить максимально полное сгорание топлива в рабочих цилиндрах. Основная задача насоса ТНВД – качественная подача дизтоплива в камеры сгорания. Данный прибор обеспечивает следующие условия поступление горючего:

• в нужный момент;
• в необходимом количестве;
• при заданном давлении (не ниже 150 Мпа).

Момент подачи порции солярки и ее объем рассчитываются, в соответствии с частотой вращения коленвала мотора. Данные параметры остаются стабильными, не зависят от условий эксплуатации и степени загруженности силового агрегата.

Устройство топливного насоса высокого давления дизельного двигателя:

1. Регулятор режимов.
2. Штуцер дренажный.
3. Клапаны.
4. Плунжерная пара с приводным механизмом.
5. Подкачивающий элемент.
6. Механизм регулировки угла опережения впрыска.

Схема устройства системы питания дизельного ДВС

Система питания дизельного двигателя состоит из следующих базовых элементов:

1. топливный бак;
2. фильтры грубой очистки дизтоплива;
3. фильтры тонкой очистки топлива;
4. топливоподкачивающий насос;
5. топливный насос высокого давления (ТНВД);
6. инжекторные форсунки;
7. трубопровод низкого давления;
8. магистраль высокого давления;
9. воздушный фильтр;

Дополнительными элементами частично становится электронасосы, выпуск отработанных газов, сажевые фильтры, глушители и т.д. Систему питания дизельных ДВС принято делит на две группы топливной аппаратуры:

• дизельная аппаратура для повода топлива (топливоподводящая);
• дизельная аппаратура для подвода воздуха (воздухоподводящая);

Топливоподводящая аппаратура может иметь различное устройство, но сегодня наиболее распространена система разделенного типа. В такой системе топливный насос высокого давления (ТНВД) и форсунки реализованы в виде отдельных устройств. Топливо подается в дизельный двигатель по магистралям высокого и низкого давления.

Дизельное топливо хранится, фильтруется и подается к ТНВД под невысоким давлением посредством магистрали низкого давления. В магистрали высокого давления ТНВД поднимает давление в системе для осуществления подачи и впрыска строго определенного количества топлива в рабочую камеру сгорания дизельного двигателя в заданный момент.

В системе питания дизеля присутствуют сразу два насоса:

• топливоподкачивающий насос;
• топливный насос высокого давления;

Топливоподкачивающий насос обеспечивает подачу топлива из топливного бака, прокачивает горючее через фильтр грубой и тонкой очистки. Давление, которое создает топливоподкачивающий насос, позволяет осуществить подачу топлива по топливопроводу низкого давления к топливному насосу высокого давления.

ТНВД реализует подачу топлива к форсункам под высоким давлением. Подача происходит в соответствии с порядком работы цилиндров дизельного мотора. Топливный насос высокого давления имеет определенное количество одинаковых секций. Каждая из таких секций ТНВД соответствует определенному цилиндру дизельного двигателя.

Существует также система питания дизельных двигателей неразделенного типа и применяется на дизельных двухтактных двигателях. В такой системе топливный насос высокого давления и форсунка объединены в одном устройстве под названием насос-форсунка.

Данные моторы работают жестко и шумно, имеют небольшой срок службы. В конструкции их системы питания отсутствуют топливопроводы магистрали высокого давления. Указанный тип ДВС не имеет большого распространения.

Вернемся к массовой конструкции дизельного мотора. Дизельные форсунки располагаются в головке блока цилиндров (ГБЦ) дизельного двигателя. Основной их задачей становится точное распыление горючего в камере сгорания двигателя. Топливоподкачивающий насос подает к ТНВД большое количество топлива. Получившиеся избытки горючего и проникающий в систему топливоподачи воздух возвращаются в топливный бак по специальным трубопроводам, которые называются дренажными.

Инжекторные дизельные форсунки бывают двух видов:

• дизельная форсунка закрытого типа;
• дизельная форсунка открытого типа;

Четырехтактные дизельные моторы преимущественно получают форсунки закрытого типа. В таких устройствах сопла форсунки, которые представляют собой отверстие, закрываются особой запорной иглой.

Получается, что внутренняя полость, расположенная внутри корпуса распылителей форсунок, сообщается с камерой сгорания только во время открытия форсунки и в момент впрыска дизельного топлива.

Ключевым элементом в конструкции форсунки выступает распылитель. Распылитель получает от одного до целой группы сопловых отверстий. Именно эти отверстия и образуют факел топлива в момент впрыска. От их количества и расположения зависит форма факела, а также пропускная способность форсунки.

Топливный насос низкого давления дизельного двигателя

Насос ТННД также входит в состав системы питания дизеля. Он устанавливается в непосредственной близости к насосу ТНВД, соединен с ним с помощью патрубков, через которые циркулирует топливо. Дизельное топливо нагнетается из бака при помощи специальной помпы. Топливный ТННД часто называют подкачивающий насос дизельного двигателя, в его состав входят две рабочие шестерни, находящиеся в постоянном зацеплении. При их вращении создается поток солярки, направленный в сторону ТНВД.

Если замечено, что производительность топливоподкачивающего механизма ТННД снизилась, его рекомендуется демонтировать для дальнейшей очистки и промывки. Более серьезный ремонт состоит в замене элементов, вышедших из строя, на новые детали, входящие в состав специальных ремонтных комплектов.

Особенности топливной системы дизельного двигателя

Двигатели внутреннего сгорания, работающие на дизельном топливе, отличаются от бензиновых аналогов принципом формирования топливовоздушных смесей. В бензиновом моторе горючая жидкость, обогащенная кислородом, нагнетается в камеру сгорания, а затем воспламеняется при помощи свечи зажигания.

Процесс образования топливной смеси в дизельном силовом агрегате:

1. Рабочие цилиндры дизельных двигателей наполняются отдельно воздухом и горючим в разное время.
2. Воздух заходит раньше, происходит его сжатие.
3. При сжатии температура кислорода резко повышается (до плюс 700 – 800°С).
4. В момент достижения максимальной температуры в камеру сгорания впрыскивается дизтопливо, находящееся под воздействием сверхвысокого давления (не меньше 5 бар).
5. Происходит мгновенное самовоспламенение.

Интересно: В конструкцию топливной системы дизеля входит, так называемая, система предпускового подогрева со специальными свечами накаливания, изготовленными в виде нагревательных элементов. Их задача состоит в обеспечении быстрого обогрева воздушного пространства в камере охлажденного мотора. При включении зажигания свечи накала прогревают воздух в топливной системе дизельного двигателя в течение нескольких мгновений. По мере стабилизации работы непрогретого дизельного двигателя, со свечей автоматически снимается электрическое питание (спустя 15 секунд).

Особенности дизельного топлива

Большинство требований к системе питания дизельного мотора выдвигается с учетом того, что дизельное топливо имеет ряд специфических особенностей. Горючее такого рода представляет собой смесь керосиновых и газойлевых соляровых фракций. Дизельное топливо получают после того, как из нефти реализуется отгон бензина.

Дизельное топливо обладает целым рядом свойств, главным из которых принято считать показатель самовоспламеняемости, который оценивается цетановым числом. Представленные в продаже виды дизельного топлива имеют цетановое число на отметке 45–50. Для современных дизельных агрегатов наилучшим топливом является горючее с большим показателем цетанового числа.

Система питания дизельного ДВС обеспечивает подачу хорошо очищенного дизельного топлива к цилиндрам, ТНВД сжимает горючее до высокого давления, а форсунка подает его в распыленном на мельчайшие частицы виде в камеру сгорания. Распыленное дизельное топливо смешивает с горячим (700–900 °С) воздухом, который нагревается до такой температуры от высокого сжатия в цилиндрах (3–5 МПа) и самовоспламеняется.

Обратите внимание, рабочая смесь в дизельном моторе не поджигается отдельным устройством, а воспламеняется самостоятельно от контакта с разогретым воздухом под давлением. Эта особенность сильно отличает дизельный ДВС от бензиновых аналогов.

Дизельное топливо имеет еще и более высокую плотность сравнительно с бензином, а также обладает лучшей смазывающей способностью. Не менее важной характеристикой выступает вязкость, температура застывания и чистота дизельного топлива. Температура застывания позволяет делить топливо на три базовых сорта горючего: летнее дизельное топливо, зимний дизель и арктическое дизельное топливо.

Как работает топливная система дизельного двигателя

Последовательность рабочих процессов системы можно описать следующим алгоритмом:

• при помощи топливного насоса низкого давления солярка закачивается в систему;
• после очищения, фильтрации она поступает в полость насоса ТНВД;
• насос высокого давления нагнетает топливо под напором на распыляющие форсунки;
• когда в камере сгорания сжатый воздух достигает максимальной температуры, порция горючего под давлением подается внутрь цилиндра в виде распыленных частиц;
• происходит воспламенение с последующим догоранием топлива.

Система питания воздухом

Задача этой конструкции очищать кислород и подавать его в баки для хранения горючего.

Как выглядит процесс?

Турбокомпрессор всасывает воздух, а затем O2 проходит контроль в системе очистки и фильтрации, дальнейшее путешествие продолжается по трубопроводу в радиатор, где воздух снижает температуру до эксплуатационной при помощи вентилятора. После охлаждающих процедур кислород попадает во впускной коллектор, а уже дальше в дизельные цилиндры. Система питания воздухом снижает температуру и способствует лучшему сгоранию смеси, а это хорошо сказывается на общих рабочих процессах и экономичности топлива.

Наиболее частые неисправности топливной системы дизельного двигателя

Среди самых распространенных поломок в системе питания дизелей чаще всего встречаются следующие:

1. Затруднения при запуске мотора.
2. Снижение мощностных показателей.
3. Увеличение расхода топлива.
4. Возникновение дыма различных оттенков, выходящего из выхлопной трубы.
5. Повышенная жесткость работы.
6. Невозможность разогнаться (при провалах в разгоне рекомендуется увеличить ход педали акселератора).
7. Неустойчивость оборотов на холостом ходу (плавают).
8. Двигатель часто глохнет.

Трудный запуск

Чтобы облегчить зимний запуск дизельных двигателей, производители выпускают специальное топливо под названием «арктическое». Однако, причиной трудного включения не всегда является застывшая солярка. При невозможности запустить дизель на холодную, необходимо проверить:

• качество работы нагнетающих деталей насоса высокого давления;
• степень износа форсунок;
• регулировки угла опережения топлива;
• предпусковые свечи накала;
• регулятор давления;
• нарушение герметичности топливопроводов.

Снижение мощности

Мощность дизельного мотора снижается при возникновении неисправностей, засорении топливных фильтров, отверстий распыляющих форсунок. При выходе из строя фильтрующих элементов количество солярки, направляемой в топливный насос, резко снижается, что негативно сказывается на мощностных показателях мотора.

Увеличение потребления дизтоплива

Неверно выставленный угол опережения впрыска является основной причиной большого расхода горючего. На количество потребляемого топлива также оказывает влияние неправильная работа топливного насоса ТНВД. Необходимо отрегулировать уровень давления смеси в момент впрыска. Понижение компрессии в рабочих цилиндрах также может стать причиной повышенного расхода дизельного топлива.

Выхлоп черного цвета

При появлении темного дыма из системы выхлопа рекомендуется проверить качество смесеобразования. Нарушения могут быть вызваны запоздалым впрыском топлива, которое не успевает полностью сгорать и оседает на стенках цилиндров в виде нагара. Слои нагара часто образуются также на клапанах, которые неплотно закрываются.

Форсунки

Большинство современных моделей дизелей используют специальные форсунки высокого давления, которые позволяют максимально качественно распрыскивать топливную смесь внутри цилиндра. Следует сказать, что чем мельче частички топливной смеси, тем устойчивее работа силового агрегата.

Современные форсунки изготавливаются с многочисленными отверстиями, поэтому распыление топливной смеси происходит во всех направлениях равномерно. Такие форсунки в процессе эксплуатации автомобиля могут выходить из строя, что приводит к необходимости их замены.

Для чего нужна топливная система?

В системах с общими рельсами топливо подается на двигатель под давлением с электронным управлением. Это обеспечивает уровень гибкости, который может быть использован для ведущих классов управления выбросами, потребления энергии и топлива. Топливо в электронном управляемом двигателе хранится при переменном давлении в цилиндре или «рельсе», соединенном с топливными инжекторами двигателя через отдельные трубы, что делает его «общей шиной» для всех форсунок. Давление контролируется топливным насосом, но это топливные форсунки, работающие параллельно с топливным насосом, которые контролируют время впрыска топлива и количество впрыскиваемого топлива.

Причиной выхода из строя форсунок может также стать некачественная солярка, тогда как стоимость таких запчастей может находиться на достаточно высоком уровне.

Подача топлива в камеру сгорания выполняется форсунками под колоссальным давлением. В том числе и за счет такого высокого давления создаваемого форсунками происходит воспламенение топливной смеси.

Требования к дизельной топливной смеси

В отличие от ранее механические системы полагаются на топливный насос для давления, времени и количества. Непрямая система впрыска в старых двигателях вводила топливо в камеру предварительного сгорания, которая затем подавала основную камеру сгорания.
Это позволяет в любое время допускать множественные инъекции при любом давлении, обеспечивая гибкость, которая может быть использована для повышения мощности, расхода топлива и контроля выбросов. Опыт, накопленный за последние 10 лет, гарантирует, что мы предоставим компетентный и способный продукт на переднем крае решений для первичных двигателей.

“Именно в высоком давлении в системе и состоит основное отличие дизельного силового агрегата от бензинового мотора. Если в бензиновых силовых агрегатах воспламенение бензина происходит за счет искры от свечей зажигания, то в дизелях смесь воспламеняется самостоятельно за счет высокого давления.

Очистка топливной системы дизельного двигателя

При использовании дизтоплива несоответствующего качества с повышенным содержанием элементов серы, рабочие детали топливной системы покрываются вредными отложениями и теряют работоспособность. В частности, отверстия форсунок забиваются наростами, затвердевшими под воздействием высоких температур. Под воздействием перечисленных факторов происходит: снижение пропускной способности распылителей, изменяется направление факела распыла и пр. Перед автовладельцем возникает закономерная проблема, как прокачать топливную систему дизельного двигателя.

Лучше всего доверить мероприятия по очищению системы профессионалам. При наличии специального оборудования форсунки демонтируются и проверяются на диагностических стендах. Однако, такой метод отличается высокой трудоемкостью с серьезными материальными затратами.

Опытные водители производят промывку топливной системы дизельного двигателя своими руками в условиях гаража. При этом они используют упрощенную методику – добавление специальной жидкости в топливный бак. Данную процедуру рекомендуется проводить через каждые 3 – 5 000 километров.

Наибольшей популярностью среди автовладельцев пользуются очистительные препараты для дизельных форсунок:

1. Лавр.
2. Liqui moly.
3. Хай-Гир.

Выбирая лучший очиститель для топливной системы своего автомобиля, необходимо изучить особенности каждого препарата, ознакомиться с отзывами потребителей. Благодаря своевременному обслуживанию дизельного двигателя, существенно увеличивается эксплуатационный срок, а также улучшаются технические характеристики вашего транспортного средства.

Система питания бензинового двигателя карбюраторного типа

В карбюраторном двигателе система подачи топлива работает следующим образом.

Топливный насос (бензонасос) подает топливо из бака в поплавковую камеру карбюратора. Топливный насос, обычно мембранный, расположен непосредственно на двигателе. Привод насоса осуществляется при помощи штока-толкателя эксцентриком на распределительном валу.

Очистка топлива от загрязнений совершается в несколько этапов. Самая грубая очистка происходит сеточкой на заборнике в топливном баке. Затем топливо фильтруется сеточкой на входе в бензонасос. Также сетчатый фильтр-отстойник установлен на входном патрубке карбюратора.

В карбюраторе очищенный воздух из воздушного фильтра и бензин из бака смешиваются и подаются во впускной трубопровод двигателя.

Карбюратор устроен таким образом, чтобы обеспечить оптимальное соотношение воздуха и бензина в смеси. Это соотношение (по массе) составляет приблизительно 15 к 1. Топливовоздушная смесь с таким соотношением воздуха к бензину называется нормальной.

Нормальная смесь необходима для работы двигателя в установившемся режиме. На других режимах двигателю могут потребоваться топливовоздушные смеси с иным соотношением компонентов.

Обедненная смесь (15-16,5 частей воздуха к одной части бензина) имеет меньшую скорость сгорания по сравнению с обогащенной, но зато происходит полное сгорание топлива. Обедненная смесь применяется при средних нагрузках и обеспечивает высокую экономичность, а также минимальный выброс вредных веществ.

Бедная смесь (более 16,5 частей воздуха к одной части бензина) горит очень медленно. На бедной смеси могут возникать перебои в работе двигателя.

Обогащенная смесь (13-15 частей воздуха к одной части бензина) обладает наибольшей скоростью сгорания и используется при резком увеличении нагрузки.

Богатая смесь (менее 13 частей воздуха к одной части бензина) горит медленно. Богатая смесь необходима при пуске холодного двигателя и последующей работе на холостом ходу.

Для создания смеси, отличной от нормальной, карбюратор снабжен специальными устройствами — экономайзер, ускорительный насос (обогащенная смесь), воздушная заслонка (богатая смесь).

В карбюраторах разных систем эти устройства реализованы по-разному, поэтому здесь мы не будем рассматривать их более подробно. Суть просто в том, что система питания бензинового двигателя карбюраторного типа

содержит такие конструктивные элементы.

Для изменения количества топливовоздушной смеси и, следовательно, частоты вращения коленчатого вала двигателя служит дроссельная заслонка. Именно ею управляет водитель, нажимая или отпуская педаль газа.

Устройство топливной системы дизельного двигателя

Дизельные двигатели изначально имели ярко выраженное «тракторное происхождение», и до сих пор поэтому ассоциируются у многих с шумностью, «львиным рычанием», повышенными показателями вибрации и детонации. Но это явно устаревшее представление. Современные дизели, благодаря применению новых автоматических систем управления и подкорректированным принципам работы топливной системы, в значительной степени избавились от пресловутых дрожи и звука. Сохранив при этом свои лучшие качества – мощную тягу и экономичность. Как эволюционировала, вместе с дизельным мотором, его топливная система, и что она из себя представляет на данный момент, рассмотрим в этой статье.

О конструктивных особенностях дизелей, в сравнении с бензомоторами

И дизель, и бензиновый мотор являются двигателями внутреннего сгорания. В глобальном смысле, по своей конструкции дизель не отличается от бензомотора: и там, и здесь – цилиндры, поршни и шатуны в них. Однако в дизелях степень сжатия гораздо выше (19-24 единицы, а у бензинового – 9-11). Потому и все детали, и клапаны в значительной степени усилены (чтобы противостоять намного более высоким нагрузкам). Потому и вес, и габариты дизельного мотора гораздо более внушительны, чем бензинового.

Главное же различие состоит в способах формирования топливно/воздушной смеси, её воспламенения и сгорания. В бензиновых моторах смесь топлива с воздухом формируется во впускной системе, а воспламеняется она от искры свечи зажигания. В дизельных же моторах горючее и воздух подаются в рабочие полости цилиндров по отдельности. Сначала воздух. Он накаляется до семи-восьми сотен градусов и сжимается. Когда затем в камеру сгорания под большим давлением впрыскивается топливо, то оно самовоспламеняется, практически мгновенно.

Таким образом, искры никакой не требуется. А свечи накаливания, которые установлены в цилиндрической головке представляют собой нагревательные элементы, типа паяльника, и предназначены они для быстрого обогрева воздуха в камере сгорания, покуда мотор ещё не прогрелся. Это называется системой предпускового подогрева.

Когда включается зажигание, свечи накаливания за несколько мгновений разогреваются до 800-900 градусов, прогревая воздух и обеспечивая процесс самовоспламенения. Сигналы о работе данной системы подаёт водителю контрольная лампа. Электропитание снимается со свечей в автоматическом режиме, спустя 15-20 секунд после запуска непрогретого двигателя, когда его устойчивая и стабильная работа уже вполне обеспечена. Решающая же роль в обеспечении подобных показателей работы мотора принадлежит его топливной системе, об устройстве которой и пойдёт речь.

Принцип и общая схема работы топливной системы

Последовательность работы топливной системы дизельного двигателя следующая. Солярка закачивается из топливного бака при помощи топливоподкачивающего насоса (шестерёнчатого, либо помпового типа), а после фильтрации она подаётся топливным насосом высокого давления (ТНВД) на форсунки. Топливо после закачки из бака проходит сначала через фильтр грубой очистки, избавляясь от крупных включений. Далее, уже непосредственно перед топливным насосом высокого давления – сквозь фильтр тонкой очистки. В связке с ТНВД работают форсунки, через которые солярка в распылённом состоянии и впрыскивается в цилиндры.

Схему топливной системы дизельного двигателя двигателя можно не условно, а вполне чётко разделить на два отсека: высокого давления и низкого. На участке низкого давления осуществляется предварительная подготовка, фильтрация топливной смеси, перед его отправкой в отдел высокого давления. Отсек высокого давления, в свою очередь, дорабатывает смесь до конца и переводит её в рабочую камеру.

Основная функция топливной системы, описание её работы

Предназначение топливной системы дизельного двигателя состоит в том, чтобы подавать в цилиндры чётко отмеренный объём дизтоплива, в конкретный момент времени и под определённым давлением. Поэтому, из-за необходимости обеспечения постоянно высокого давления, а также за счёт высоких требований к точности работы, топливная система дизельного двигателя будет посложнее в конструкции, чем у бензинового, и достаточно дорого стоит.

Теперь попробуем представить себе бесперебойную работу топливной системы в поэтапном режиме, а для этого разберём по порядку отдельные её составные части. Итак, топливный бак служит для размещения солярки и обеспечения бесперебойной её подачи в систему. Эту функцию выполняют трубопроводы. Вначале топливоподкачивающий насос высасывает из бака горючее и через фильтры подаёт его в распределительную магистраль низкого давления. При этом в системе поддерживается стабильное давление в три атмосферы. Топливо дважды проходит фильтрацию, проходя через фильтры грубой и тонкой очистки.

В задачу топливных фильтров входит контроль за чистотой горючего и избавлением его от возможных посторонних примесей – от частичек грязи, воды, песчинок. Прошли те времена, когда дизели были весьма непритязательными к качеству топлива. Современные дизельные моторы требуют очень чистой солярки для сохранения достойных показателей своей работы. Чистота горючего сейчас – одно из основных и непременных условий эффективной работы двигателя. Топливо подаётся только в том случае, если в системе нет воздуха.

После фильтрации солярка попадает в магистраль высокого давления. Эта часть топливной системы обеспечивает подачу и впрыскивание необходимого количества топлива в цилиндры двигателя в определённые моменты. Топливный насос высокого давления, в соответствии с порядком работы цилиндров, по топливопроводам высокого давления подаёт солярку к форсункам.

Форсунки, размещённые в головках цилиндров, впрыскивают и распыляют горючее в камеры сгорания двигателя. Так как топливоподкачиваюший насос постоянно подаёт топливному насосу высокого давления топлива «с запасом», то есть несколько больше, чем нужно, то его избыток, а с ним – и попавший в систему воздух, по специальным дренажным трубопроводам, отводится обратно в бак.

Для обеспечения синхронного впрыска горючего устроена специальная топливная рамка, к которой и подсоединяются форсунки. Они своими головками находятся во впускной трубе и распыляют топливо, сразу же в момент его подачи.

Да, нажимая на педаль, водитель или механизатор уже не увеличивает этим непосредственную подачу топлива, как это было в карбюраторных движках прошлых лет. А только изменяет тем самым программы работы регуляторов, которые уже сами варьируют объём единовременной подачи горючего, по строго определённым зависимостям от числа оборотов, давления наддува, от положения рычага регулятора и т.п.

Главные составные части топливной системы дизельного двигателя

Итак, помимо топливного бака и магистральных топливопроводов, с которыми всё более или менее ясно, основными составными частями топливной системы дизельного мотора являются: топливоподкачивающий насос, фильтры грубой и тонкой очистки горючего, топливный насос высокого давления (ТНВД) и форсунки.

Топливоподкачивающий насос

Устройство подкачивающего насоса дизельного топлива довольно несложное. Оно представляет собою две находящиеся в постоянном зацеплении шестерни. Когда происходит процесс вращения, зубья этих шестерней выполняют функцию лопастей, создавая и поддерживая ток горючего по направлению к ТНВД. Главным же действующим элементом подкачивающего насоса, который и непосредственно нагнетает топливо, является поршень. Как уже было отмечено, производительность топливоподкачивающего насоса устроена превышающей производительность насоса высокого давления, поэтому и оборудованы специальные топливопроводы для слива излишков обратно в топливный бак.

Топливный насос высокого давления

ТНВД предназначается для подачи топлива к форсункам под давлением, в соответствии со строго определенной программой, в зависимости от заданных режимов работы двигателя и от управляющих действий водителя. По своей сути, современный всережимный ТНВД совмещает в себе функции сложной системы автоматического управления работой двигателя и, в то же время, главного исполнительного механизма, реагирующего на команды шофера.

Далее: по всей длине насоса, во внутренней его полости, расположен вращающийся вал, снабжённый специальными кулачками. Этот вал ТНВД получает энергию вращения от распределительного вала двигателя. Его кулачки при движении воздействуют на толкатели, которые, в свою очередь, и стимулируют нагнетающую работу поршня-плунжера. При своём продвижении вверх этот плунжер создаёт высокое давление топлива внутри цилиндра. Сила этого давления и выталкивает горючее, которое направляется по топливной магистрали к форсункам.

Внутри корпуса, или гильзы, топливного насоса высокого давления расположен плунжер, иначе – специальный поршень, обладающий диаметром, значительно меньшим, чем его длина. Это называется плунжерной парой. Её детали притёрты друг к другу таким образом, что зазор не превышает 4-х мкм.

Поскольку работа дизеля в разных режимах и на разных оборотах требует, соответственно, и разного количества горючего, устройство плунжера было немного изменено: по его поверхности «пустили» специальную спиральную выточку, позволяющую менять величину активного хода при помощи механизма поворота плунжеров.

Это сделано было для того, чтобы плунжер мог не только нагнетать топливо под давлением по направлению к форсункам, но и регулировать количество, объём этой подачи. Для этого служит подвижная часть плунжера, которая, в зависимости от изменения параметров, может открывать или закрывать канавки внутри него. Данная подвижная часть соединена с педалью «газа» в кабине механизатора.

В зависимости от того, каков угол поворота плунжера, устанавливается и соответствующая степень открытия каналов прохождения топлива, и его непосредственное количество, подаваемое на форсунки.

Форсунки

Другой важнейший элемент топливной системы дизельного двигателя – это форсунки, на каждом из его цилиндров. Они, совместно с ТНВД, обеспечивают подачу строго дозированного количества топлива в камеры сгорания. Регулировки давления открытия форсунки формируют рабочее давление в топливной системе, а типы распылителей определяют форму факела топлива, которая имеет важное значение для активизации процессов самовоспламенения и сгорания. В современных дизельных моторах обычно применяются форсунки двух типов: со шрифтовым, или с многодырчатым распределителем.

Форсункам на двигателе приходится работать в очень тяжёлых условиях: игла распылителя совершает возвратно/поступательные движения с частотою в половину меньшей, чем обороты двигателя, и при этом распылитель всё время непосредственно контактирует с камерой сгорания. Поэтому распылитель форсунки изготавливается из специальных, высоко-жаропрочных сплавов, делается с особой точностью и является прецизионным элементом.

Распределитель форсунок выполняет функцию равномерного поступления топлива в камеры сгорания и наиболее эффективное его воспламенение. Чем более мелко распыляется топливная смесь, тем устойчивее, в целом, получается работа силового агрегата. Не менее важный фактор – это равномерность распыления горючего, во всех возможных направлениях. Современные форсунки производятся с многочисленными мельчайшими отверстиями, как раз для того, чтобы распыление топливной смеси происходило во всех направлениях, и в равномерном режиме.

Кроме того, работа форсунок поддерживает следующие процессы, с которыми напрямую связана эффективная работа двигателя:

• Обеспечение высокого давления и температуры в камерах сгорания;
• Смешивание солярки с воздухом в оптимальном объёме;
• Соответствие угла опережения впрыска частоте вращения коленчатого вала мотора.

Форсунки бывают с механическим, либо с электромагнитным управлением. В обычных форсунках открытие отверстия распылителя связано с тем давлением, которое имеется на тот момент в топливной магистрали. Отверстие форсунки перекрывается иглой, соединённой со специальным поршнем вверху форсунки. Пока давления нет, игла перекрывает выход топлива через отверстие распылителя. Когда происходит поступление топлива под давлением, поршень перемещается вверх и тянет за собою иглу. Отверстие раскрывается, и распыление начинается.

На эти электромагнитные элементы форсунок поступают сигналы от электронного бока управления (ЭБУ), который, в соответствии с информацией от целого ряда датчиков, подаёт ту или иную команду на установку нужной степени распыления.

Несколько слов о системе «КоммонРэйл»

Говоря о топливной системе современных дизельных двигателей, нельзя не упомянуть такую её модификацию, как «Аккумуляторная топливная система CommonRail» («Общая рамка», или «Общая магистраль» в переводе с английского). Она проявляет очень хорошие показатели экономичности и эффективности, и вполне заслуженно завоёвывает всё большую популярность. В первую очередь – на дизельных двигателях коммерческого автотранспорта, разумеется.

В ней также используется ТНВД, подающий горючее в напорную магистраль, которая играет роль аккумулятора давления. Электронный блок управления регулирует производительность насоса, для поддержания необходимого давления в магистрали по мере расхода топлива.

В «КоммонРэйл» управляемые электроникой электрогидравлические форсунки с электромагнитным или пьезоэлектрическим приводом управляющих клапанов впрыскивают выверенные дозы дизельного топлива под высоким давлением в рабочие полости цилиндров.

Компьютерная система управления подачей горючего позволяет впрыскивать его в камеры сгорания цилиндров максимально точно дозированными дозами. Сначала впрыскивается микроскопическая, всего лишь в районе миллиграмма, порция, которая своим сгоранием накаляет температуру в камере, а за ней следует основной «заряд». Как результат – дизельные двигатели, оснащённые системой «КоммонРэйл», показывают лучшую экономичность (до 20 процентов). Доля новых дизельных двигателей, оснащённых системой «CommonRail», год от года неуклонно растёт.

Заключение

В целом, именно усовершенствованиям, которым подверглась топливная система дизельных двигателей в наше время, значительно укрепили позиции дизельных двигателей на рынке и в экономике. Дизели стали более экономичными и менее шумными, чем были прежде, а потому завоёвывают всё больше сегментов своего непосредственного применения на рынке.

Автомобильный справочник

для настоящих любителей техники

Система подачи топлива дизельного двигателя

Система подачи топлива дизельного двигателя заклю­чается в фильтрации, накоплении и подаче топлива в систему впрыска под давлением, соответствующим любым рабочим условиям. В некоторых случаях осуществляется охлаж­дение топлива, возвращаемого в топливный бак.

Система подачи топлива (ступень низкого давления)

Система подачи топлива включает сле­дующие основные компоненты (см. рис. «Топливная система автомобиля с системой впрыска топлива с общей топливной магистралью» ): топливный бак, фильтр грубой очистки (не для системы насос-форсунок легковых авто­мобилей), предварительный насос (опция, на легковых автомобилях может устанавливаться в топливном баке), топливный фильтр, насос подачи топлива (низкого давления), клапан регулирования давления (перепускной кла­пан), охладитель топлива (опция) и топливо­проводы низкого давления.

Отдельные компоненты могут быть объе­динены в функциональные узлы (например, насос подачи топлива с ограничителем дав­ления). В осевых и радиально-поршневых распределительных насосах и, частично, в системе общей топливной магистрали, насос подачи топлива встроен в насос высокого давления.

Системы подачи топлива значительно раз­личаются в зависимости от используемой си­стемы впрыска топлива, см. рис. «Топливная система автомобиля с системой впрыска топлива с насос-форсунками для легковых автомобилей» ) и «Топливная система автомобиля с системой впрыска топлива с радиально — поршневым топливным насосом высокого давления» (си­стемы с общей топливной магистралью, с насос-форсунками и с радиально-поршневым ТНВД, соответственно).

Назначением насоса подачи топлива в сту­пени низкого давления (предварительного насоса) является снабжение компонентов высокого давления достаточным количе­ством топлива при любых условиях работы, с низким уровнем шума, под требуемым дав­лением и на протяжении всего срока службы автомобиля. В зависимости от области при­менения, используются насосы различных типов.

Электрические топливные насосы

Электрические топливные насосы (см. рис. «Одноступенчатый электрический топливный насос» ) различных типов применяются для двигате­лей с искровым зажиганием. Для дизельных двигателей обычно применяются роторные роликовые насосы.

• В качестве дополнительного насоса для распределительного топливного насоса (только в случае длинных топливопроводов или большой разницы по высоте между топливным баком и топливным насосом);
• В системах впрыска топлива с насос- форсунками (для легковых автомобилей);

• В системах впрыска топлива с общей то­пливной магистралью (для легковых авто­мобилей).

Шестеренчатый насос

Шестеренчатый насос устанавливается прямо на двигателе или, в случае общей топливной магистрали, встраивается в топливный насос высокого давления. Он приводится во враще­ние механически, посредством муфты, зубча­той передачи или зубчатого ремня.

Основными компонентами насоса являются два входящих в зацепление друг с другом зуб­чатых колеса, вращающихся в противополож­ных направлениях (см. рис. «Шестеренчатый топливный насос» ), которые подают топливо во впадины между зубьями со стороны всасывания в сторону нагнетания. Линия кон­такта зубчатых колес обеспечивает уплотнение между сторонами всасывания и нагнетания, что предотвращает обратный поток топлива.

Производительность насоса приблизи­тельно пропорциональна частоте вращения коленчатого вала. Поэтому подача топлива регулируется при помощи ограничителей на стороне всасывания или перепускного кла­пана на стороне нагнетания.

• В системах с одноцилиндровыми насосами высокого давления на коммерческих ав­томобилях (системы с насос-форсунками или отдельным топливным насосом высо­кого давления);
• Частично, в системах с общей топливной магистралью (для коммерческих, легковых и внедорожных автомобилей).

Лопастной насос подачи топлива

Лопастной насос подачи топлива (см. рис. «Лопастной насос» ) устанавливается на приводном вале в распре­делительном топливном насосе высокого давления. На приводном вале на сегментной шпонке установлено рабочее колесо. Эксцен­триковое кольцо, установленное в корпусе, окружает рабочее колесо.

Под действием центробежных сил, созда­ваемых во время вращения, четыре лопасти рабочего колеса прижимаются к эксцентрико­вому кольцу. Топливо, находящееся между об­ратной стороной лопастей и рабочим колесом, способствует выдвижению лопастей наружу.

Топливо проходит через впускной канал и серпообразную полость в пространство, об­разуемое рабочим колесом, лопастью и экс­центриковым кольцом. Силы вращательного движения вытесняют топливо, находящееся между лопастями, в верхнюю серпообразную полость и далее в выпускной канал.

Пример использования: в качестве насоса предварительной подачи топлива, встраиваемого в распределительный насос высокого давления.

Роторный насос с запорными лопастями

В роторном насосе с запорными лопастями (см. рис. «Роторный насос с запорными лопастями» ), две лопасти прижимаются пружинами к ротору. По мере поворота ротора объем на стороне всасывания увеличивается, и топливо засасывается в две камеры. На стороне нагнетания объем уменьшается, и топливо вытесняется из камер. Роторный насос с запорными лопастями осуществляет подачу топлива с очень низкой скоростью.

Пример использования: на легковых ав­томобилях, совместно с системами впрыска топлива с использованием насос-форсунок.

Сдвоенный топливный насос

Сдвоенный топливный насос (см. рис. «Сдвоенный топливный насос» ) пред­ставляет собой узел, состоящий из насоса подачи топлива и вакуумного насоса для уси­лителя тормозов. Он встраивается в головку блока цилиндров и приводится во вращение от распределительного вала двигателя.

Сам топливный насос представляет собой роторный насос с запорными лопастями или шестеренчатый насос, и даже при низких скоро­стях вращения (вовремя проворота двигателя стартером) подает топливо в количестве, доста­точном для надежного пуска двигателя. Подача топлива пропорциональна скорости вращения.

Насос содержит ряд клапанов и дроссе­лирующих каналов. Максимальное количе­ство подаваемого топлива ограничивается дросселирующим каналом на стороне вса­сывания. Максимальное давление в ступени высокого давления ограничивается клапаном сброса давления. Пузырьки паров топлива уничтожаются в дросселирующем канале линии возврата топлива. В случае попадания в топливную систему воздуха (например, при полном опорожнении топливного бака) клапан регулирования низкого давления остается закрытым. Воздух вытесняется из топливной системы через перепускной канал давлением топлива.

Пример использования: на легковых авто­мобилях, совместно с системами впрыска топлива с использованием насос-форсунок.

Клапан регулирования низкого давления

Клапан регулирования низкого давления (см. рис. «Клапан регулирования давления» ), также называемый перепускным ограничителем, устанавливается в линии возврата топлива. Он обеспечивает требуемое рабочее давление в ступени низкого давления в си­стеме впрыска топлива с насос-форсунками при любых рабочих условиях и равномерное наполнение насос-форсунок топливом.

Плунжер аккумулятора клапана открыва­ется при давлении 300-350 кПа (3-3,5 бар). Небольшие колебания давления в объеме ак­кумулятора компенсируются пружиной. При давлении 4-4,5 бар открывается уплотнение, что вызывает заметное увеличение расхода. Для установки значения давления откры­тия служат два регулировочных винта.

Охладитель дизельного топлива

Высокое давление в форсунках в системах впрыска топлива с насос-форсунками для лег­ковых автомобилей и в некоторых системах с общей топливной магистралью вызывает столь интенсивный нагрев топлива, что перед его возвратом в топливный бак требуется охлаж­дение. Топливо, возвращаемое из форсунок в топливный бак, проходит через охладитель (теплообменник) и отдает тепло охлаждающей жидкости, циркулирующей в контуре охлажде­ния топлива.

Этот контур отделен от системы охлаждения двигателя, поскольку при нормаль­ной рабочей температуре двигателя темпера­тура жидкости в системе охлаждения двигателя слишком высока для охлаждения топлива. Кон­тур охлаждения топлива соединяется с систе­мой охлаждения двигателя у расширительного бачка. Бачок обеспечивает заполнение контура охлаждения топлива охлаждающей жидкостью и компенсирует любые изменения, вызванные колебаниями температуры (см. рис. «Контур охлаждения топлива» ).

Система фильтрации дизельного топлива

Так же как для двигателей с искровым зажи­ганием, для дизельных двигателей необхо­димо обеспечить защиту топливной системы от загрязнения. Загрязнения могут проник­нуть в топливную систему во время заправки автомобиля или попасть в топливный бак через систему вентиляции топливного бака. Функция топливного фильтра заключается в фильтрации твердых частиц с целью защиты от повреждения системы впрыска топлива.

По сравнению с системами впрыска то­плива двигателей с искровым зажиганием системы впрыска топлива дизельных двига­телей, в связи с очень высокими давлениями впрыска, требуют повышенной защиты от износа и более высокой степени фильтрации топлива. Кроме того, степень загрязнения ди­зельного топлива, как правило, значительно выше, чем у бензина.

Конструкция системы фильтрации дизельного двигателя

Топливные фильтры дизелей выполняются бы­стросменными (см. рис. «Фильтр дизельного топлива» ). В качестве сменных элементов широко применяются быстросменные фильтры с болтовым креплением, проходные фильтры и неметаллические фильтрующие элементы, устанавливаемые в корпусах из алю­миния, пластмассы или листовой стали (в со­ответствии с повышенными требованиями к предотвращению тяжелых последствий при стол­кновениях). Предпочтение отдается спиральным, V-образным фильтрующим элементам. Фильтры дизельного топлива устанавливаются в контуре низкого давления: в системах всасывания перед насосом подачи топлива, а в системах нагнета­ния — после электрического топливного насоса. В настоящее время имеет место тенденция к уста­новке фильтра в системах нагнетания.

Конструктивные требования

В течение нескольких последних лет требова­ния к тонкости фильтрации стали более стро­гими в связи с появлением систем с общей топливной магистралью с более высокими давлениями впрыска и новейших систем впрыска топлива с насос-форсунками для легковых и коммерческих автомобилей. В за­висимости от условий эксплуатации (степени загрязнения топлива, продолжительности пе­риодов простоя двигателя и т.д.) для новых систем требуется степень фильтрации 85 и 98,6 % (частиц размером 3-5 мкм, см. стан­дарт ISO/TR 13353: 1994). Топливные филь­тры, устанавливаемые на автомобили по­следних поколений, в связи с увеличенными интервалами замены, должны быть способны накапливать большие объемы частиц и эффективно задерживать частицы сверхмалого размера. Этого можно достигнуть, только ис­пользуя специальные фильтрующие среды, например, состоящие из большого количе­ства слоев синтетического микроволокна. Например, это могут быть многослойные синтетические микроволокна, гарантирую­щие максимальную степень удерживания частиц путем отделения их от топлива внутри отдельных слоев фильтрующего материала.

В настоящее время типичные интервалы за­мены фильтрующих элементов составляют от 60 000 до 90 000 км пробега. В регионах с пло­хим качеством дизельного топлива, таких как Восточная Европа, Китай, Индия и США, эти интервалы значительно короче. При использо­вании биодизельного топлива рекомендуется сократить интервалы замены в два раза.

Отделение воды

Другой важной функцией топливного фильтра для дизельного двигателя является удаление из топлива разного рода эмульсий и воды с целью предотвращения коррозии. Эффектив­ное отделение не менее 93 % воды при номи­нальном расходе (испытания в соответствии с ISO 4020) особенно важно для распредели­тельных топливных насосов высокого давле­ния и систем с общей топливной магистралью. Отделение воды осуществляется посредством коалесценции на фильтрующем материале (образования капель воды вследствие раз­личных поверхностных натяжений воды и то­плива). Вода скапливается в камере в нижней части корпуса фильтра (см. рис. «Фильтр дизельного топлива» ). В некото­рых случаях для контроля уровня воды исполь­зуются датчики проводимости. Вода сливается вручную через сливную пробку или электро­магнитный клапан, управляемый кнопкой.

На автомобилях, предназначенных для эксплуатации в особо тяжелых условиях, на стороне всасывания устанавливается дополнительный фильтр грубой очистки с водоот­делителем. Тонкость фильтрации фильтра соответствует тонкости фильтрации филь­тра тонкой очистки. Такие фильтры грубой очистки в основном устанавливаются на ком­мерческих автомобилях, предназначенных для эксплуатации в странах, где имеет место низкое качество дизельного топлива.

Дополнительные функции

Топливные фильтры последнего поколения об­ладают дополнительными функциями, такими как подогрев топлива для предотвращения закупоривания парафином в условиях низких температур. Подогрев топлива может осущест­вляться электрическим нагревателем или горя­чим топливом, возвращаемым из двигателя. В первом случае в фильтре устанавливаются на­греватели типа РТС (с положительным темпе­ратурным коэффициентом). Во втором случае требуется установка клапана с биметалличе­ским элементом или воскового термоэлемента, открывающегося при низких температурах и по­зволяющего топливу возвращаться к фильтру.

К дополнительным функциям также от­носятся индикация необходимости замены посредством измерения перепада давления и удаления из системы воздуха.

Источник Источник http://mazda22.ru/rejtingi-i-obzory/sistema-pitaniya-dvs.html
Источник http://tractorreview.ru/dvigateli/ustroystvo/ustroystvo-toplivnoy-sistemyi-dizelnogo-dvigatelya.html
Источник Источник Источник Источник http://press.ocenin.ru/sistema-podachi-topliva-dizelnogo-dv/