Топливная система дизельного двигателя

Сегодня это уже не тот двигатель, который был десять лет назад, современный мотор на солярке ничем не уступает бензиновому по шумности, комфорту, экологическим показателям. А по некоторым, таким как экономичность, крутящий момент, мощность, динамические характеристики даже превосходит.

Делая свой выбор в пользу силовой установки на дизельном топливе, пользователь получает современное устройство, эксплуатация которого, с точки зрения простого обывателя, не будет достаточно сложной. Тем не менее, разница в обслуживании между бензиновым мотором и дизелем есть. Основное отличие между двумя установками, процесс воспламенения рабочей смеси.

Для его нормального осуществления не менее важно эту смесь правильно приготовить. Устройство и работа системы питания в дизельных двигателях намного сложней бензинового, чтобы правильно эксплуатировать агрегат необходимо понимать, как работает каждый её механизм.

Особенности и требование к дизельному топливу

Процесс воспламенения в дизельном агрегате происходит самостоятельно, свеча зажигания из него полностью исключена. Для подогрева воздуха, поступающего в цилиндр, может быть установлена свеча накаливания, сделано это с целью помочь мотору быстрей прогреться, при холодном запуске. При прогреве установки, свечи отключают.

Устройство топливной системы дизельного двигателя, в частности, требования, предъявляемые к ней, в основном зависят от специфических особенностей топлива. Дизель представляет собой смесь фракций, в основном керосина и газойля, полученных после извлечения из нефти бензина.

Солярка, в сравнении с бензином, обладает такими свойствами и требованиями:

• Большой вязкостью, в результате чего процесс воспламенения проходит медленней;
• Высокой температурой кипения, следовательно, испаряемость её ниже;
• Способность самостоятельно воспламеняться, пожалуй, самое главное свойство. Показатель оценивается цетановым числом, в современных видах топлива оно имеет значение 45-50, чем оно выше, тем лучше топливо.
• Чистота, это одно из главных условий нормальной подачи топлива в силовую установку. Она осуществляется посредством топливного насоса, создающего высокого давления (ТНВД), он сжимает солярку, повышая давление, после чего форсунка подаёт и распыляет её в виде тумана непосредственно в камере сгорания. Смешиваясь с горячим воздухом и одновременно сжимаясь до давления от 3 до 5 МПа, топливо само воспламеняется. При несоблюдении чистоты, подача топлива будет сильно усложнена, как результат, вся работа системы нарушена и остановлена. Поэтому в дизельных моторах очень важно использовать качественные фильтры очистки горючего от механических примесей, парафина, воды.
• Высокая плотность;
• Хорошая смазывающая способность, благодаря которой срок службы дизельных силовых установок намного превосходит бензиновые аналоги;
• Температура застывания. Этот показатель позволяет разбить топливную смесь на сорта: летние, зимние, арктические.

Типы систем подачи топлива в двигатель

В зависимости от конструкции автомобиля, его года выпуска и типа горючего материала, на котором он работает, топливные системы имеют свои отличия.

По типу топлива:

• бензиновые;
• дизельные.

Это интересно: Спортивная версия Suzuki Swift | Женева 2011
Конструкция этих топливных систем кардинально различается и об их особенностях читайте ниже.

Бензиновые в свою очередь разделяются на:

• карбюраторные;
• инжекторы.

В современных автомобилях карбюраторные подачи топлива почти не встречаются. В большинстве стоят именно инжекторы. Но авто, выпущенные 10 — 15 лет назад оснащались карбюраторами, поэтому принцип работы таких систем мы тоже разберём.

Топливная система карбюраторных двигателей

По конструкции карбюратор состоит из корпуса, поплавковой камеры, клапанов, жиклеров, смеси образующей камеры. В карбюраторной системе топливный насос устанавливается один — малого давления. Устанавливается он в моторном отделении, недалеко от карбюратора. Насос накачивает топливо в поплавковую камеру. Своё название эта камера получила за счёт поплавка, который регулирует её наполнение. Если в камере больше топлива, чем нужно, поплавок подымает игольчатый клапан. Игольчатый клапан закрывает подачу топлива в камеру. При недостатке топлива в камере весь процесс происходит наоборот.

Из поплавковой камеры топливо через жиклер, который представляет собой трубочку с малым отверстием, подаётся в камеру смешивания. В этой камере бензин смешивается с воздухом, который в свою очередь поступает из воздухозаборника.

Регулируется подача топлива дроссельной заслонкой, а она тросиком связана с педалью газа в авто. Из карбюратора смесь подаётся в двигатель с помощью обратной тяги от цилиндропоршневой группы. Иными словами, поршень всасывает топливную смесь.

Бывают три вида топливной смеси:

1. Обогащённая. В составе этой смеси увеличенное количество топлива и уменьшенный объём воздуха. Это приводит в свою очередь к перерасходу топлива. Такую смесь применяют при запуске двигателя автомобиля. Регулируется это с помощью так называемого «подсоса». После прогрева двигателя смесь необходимо сделать нормальной и убрать «подсос».
2. Нормальная. В составе смеси нужное количество топлива и воздуха. Это иными словами золотая середина.
3. Обеднённая. В этой смеси количество воздуха больше нужного, а топлива меньше. Это влечёт за собой уменьшение расхода и мощности. Машина будет с трудом подниматься на горки, особенно гружёная. Скорость станет значительно меньше.

Регулируется качество смеси на карбюраторе болтом. Вообще стоит сказать, что на карбюраторе есть винт холостого хода и качества смеси. Именно винтом качества смеси и регулируется её состав.

Если нет понимания, как регулировать, то лучше доверить это дело профессионалу. Эта работа очень точная и здесь нужны навыки.

Это интересно: Тюнинг ВАЗ 2101

Одна из самых частых проблем карбюраторных типов систем — это как раз самостоятельная регулировка. Бывают ситуации, что дело вовсе не в настройках, а, например, в поломанном игловом клапане. Из-за переполнения поплавковой камеры расход увеличивается, а автолюбители начинают крутить винты смеси образователя. Это не приводит ни к чему.

Особенности топливной системы инжекторного двигателя

Несхожесть инжекторного типа двигателя и карбюраторного в следующем. Топливный насос создает высокое давление и подаёт горючее на топливную рампу, а с неё через форсунки в двигатель. Регулирует подачу топлива, его количество и качество блок управления.

Делать какие-то регулировки возможно только через специальный компьютер. Кроме того, блок управления не даст сигнала на подачу топлива, если хотя бы один датчик в автомобиле вышел из строя. На панели будет выдаваться ошибка с названием. По названию ошибки можно расшифровать, какой именно датчик вышел из строя.

Схема топливной системы дизельного двигателя

В дизельном двигателе топливная система отличается от бензиновой. Воспламенение топливной смеси происходит вследствие сжатия воздуха и его нагрева. В таких системах не применяются свечи для детонации смеси. В дизельных двигателях применяются свечи, но накаливания. Они служат для подогрева топливной системы при пуске. При работе они не нужны.

В дизельной системе есть два топливных насоса. Один из них высокого давления, а другой низкого. Насос низкого давления качает топливо из бака. Насос высокого давления создаёт нужное давление в системе при впрыскивании. Роль распределителя выполняют форсунки, они дозируют количество смеси и определяют её качество. Для проверки износа форсунок есть специальный стенд.

Особенностью дизельного двигателя является отсутствие регулирования качества смеси. Особенно это сказывается зимой при низких температурах. Так же в зимнее время дизель начинает подмерзать. Для того, чтобы этого не случалось, применяют присадки.

Основные положения

Дизельная силовая установка является двигателем внутреннего сгорания, поршневого типа, процесс смесеобразования в котором происходит внутри цилиндра, а воспламенение смеси осуществляется за счет сжатия. Этим агрегат отличается от бензинового, для воспламенения смеси которого, необходимо применение внешнего источника, искровую свечу, либо тепловой элемент.

Ещё один процесс, протекающий в двигателе, с отличаем от его собрата, является процесс смесеобразования. В бензиновом агрегате смесеобразование протекает за пределами цилиндра, в специальном устройстве, смешивающем бензин и воздух, затем перемещается в трубопровод и завершается в цилиндре, во время процессов впуска и сжатия.

Максимальная схожесть с дизельным мотором по смесеобразованию присуща агрегатам с инжектором, в которых подача топлива происходит путем непосредственного впрыска в цилиндр. Однако процесс и результат смешивания в этих установках все равно существенно разнится.

Принцип работы дизельного мотора

Общий принцип работы дизельного агрегата, выполняющего четыре такта в процессе эксплуатации можно описать так:

• Процесс наполнения цилиндра чистым воздухом при движении поршня в положение нижней мертвой точки, воздух проходит через впускной клапан;
• Сжатие воздуха до его максимального нагрева, поршень движется в положение верхней мертвой точки, впускной и выпускной клапана закрыты;
• Впрыск горючего в цилиндр, его смесь с воздухом и самовоспламенение, при этом вырабатывается большое количество теплоты, увеличивается давление;
• Процесс совершения полезной работы за счет движения поршня вниз, стимулирует этот процесс действие давления газов;
• Движение поршня в положение верхней мертвой точки, выброс отработанных газов через выпускной клапан.

Нормальная работа топливной системы, условия

Что бы топливная система дизельного двигателя, включающая в себя аппаратуру и механизмы, работала стабильно, необходимо выполнение определённых требований:

• В камере сгорания должна быть обеспечена высокая температура и давление;
• Топливо и воздух, смешиваясь, должны создавать определённую пропорцию;
• Вращение коленчатого вала с определённой частотой должно соответствовать углу опережения впрыска топлива;
• Параметры воздушного заряда должны соответствовать наиболее оптимальному состоянию. Это требование очень важно, поскольку при попадании топлива в неподготовленную среду работа установки будет сильно осложнена. Параметры, оказывающие сильное влияние на процесс следующие: компрессия, температура головки поршня, количество и пропорция воздуха в камере сгорания.

Что касается степени сжатия, её параметры существенно отличаются от параметров бензинового мотора. В бензиновых силовых установках она имеет значение на уровне 10, тогда как в дизельных агрегатах может быть 20 и выше. Это обусловлено тем, большая степень сжатия позволяет создать большую температуру камеры сгорания, что значительно облегчает воспламенение топливовоздушной смеси и запуск силовой установки.

Назначение топливной системы

Основное назначение системы питания дизельного двигателя, это транспортировка топлива к механизмам дозирования и распыления. Весь процесс происходит в условиях повышенного давления.

Особенностью работы системы является тот факт, что количество топлива должно подаваться строго в определённой норме, необходимой для успешной работы мотора. При увеличении либо уменьшении её возможны сбои и поломки.

Для этих целей на ТНВД устанавливается специальный прибор, всережимный регулятор.

Количество топлива и продолжительность его впрыска определяется положением цилиндра прибора, а начало и завершение процесса, зависит от прохождения определённых отверстий плунжером, которые имеются в цилиндре. Сам же уровень впрыска определяется давлением, при котором начинает открываться форсунка.

Топливная система дизелей

Подача топлива в двухтактных дизелях. Топливная система дизеля может быть разделена на систему подачи топлива и систему впрыскивания топлива. Система подачи топлива включает в себя систему подготовки топлива до состояния, пригодного для впрыскивания в цилиндры дизеля. Малооборотные двухтактные дизели обычно приспособлены для длительной непрерывной работы на тяжелом топливе. Предусмотрена также подача дизельного топлива для работы на маневрах.

В системе подготовки (рис. 2.11) топливо, находящееся в танках двойного дна, подается в отстойный танк и подогревается. После сепарации в центробежных сепараторах топливо подается насосом в расходную цистерну. Из этой цистерны топливо пропускается через подогреватель и вискозиметр (регулятор вязкости топлива). Последний регулирует температуру подогрева топлива, благодаря чему поддерживается вязкость топлива в заданных пределах, необходимых для обеспечения полного сгорания топлива в цилиндрах дизеля. Затем топливо проходит через фильтр тонкой очистки, прежде чем оно будет подано в систему впрыскивания. С помощью регулировочного клапана поддерживается постоянное давление в топливном трубопроводе. Этот клапан должен быть открытым при прогреве системы циркулирующим подогретым топливом. В буферной или уравнительной цистерне собирается рециркулирующее в системе топливо.

Рис. 2.11. Схема подачи и подготовки топлива для дизелей на судне: 1 — подогреватель топлива; 2 — цистерна для отстоя тяжелого топлива; 3 — цистерна дизельного топлива, 4 — расходная цистерна тяжелого топлива; 5 — трехходовой клапан; 6 — буферная цистерна; 7 — дизель; 8 — клапан для регулирования давления топлива; 9 — фильтр тонкой очистки; 10— регулятор вязкости топлива; 11 — вспомогательные насосы; 12 — цистерна дизельного топлива в двойном дне; 13 — цистерна тяжелого топлива в двойном дне; 14 — топливоперекачивающие насосы; 15 — центробежный сепаратор топлива

Система включает в себя различные предохранительные приборы, такие как сигнальное устройство нижнего уровня топлива в цистерне и выпускные клапаны с дистанционным управлением на случай пожара.

Система подачи дизельного топлива обычно имеет перекачивающий насос для подачи дизельного топлива из танков двойного дна. Затем топливо очищают и хранят в отстойной цистерне. Дизельное топливо поступает в систему по трубопроводу с трехходовым клапаном, который позволяет подавать одновременно только один сорт топлива в систему (легкое или тяжелое). Легкое топливо нужно меньше подогревать по сравнению с тяжелым. Поэтому переход с одного сорта топлива на другой должен осуществляться постепенно, чтобы дать стабилизироваться температуре топлива в системе.

Впрыскивание топлива. Система впрыскивания топлива служит для подачи в цилиндры дизеля требуемого количества топлива в нужный момент, чтобы обеспечить наивыгоднейшие условия для процесса сгорания. Для этого прежде всего должно быть подано в цилиндр строго определенное количество топлива, должны быть использованы средства регулировки подачи и распыливания топлива. Впрыскивание топлива управляется кулачками на распределительном валу. Распределительный вал вращается с частотой вращения вала для двухтактных дизелей. Для четырехтактных дизелей частота вращения распределительного вала в 2 раза меньше частоты вращения вала дизеля.

Применяются две основные системы впрыскивания в комбинации с механическим и гидравлическим приводами. Наибольшее распространение получила система впрыскивания с помощью индивидуальных насосов, в других случаях применяется аккумуляторная система впрыскивания.

Система впрыскивания с помощью индивидуальных насосов.

В этой системе впрыскивание топлива для каждого цилиндра дизеля имеет свой топливовпрыскивающий насос, который работает 1 раз за цикл и приводится от кулачка на кулачковом (распределительном) вале. Плунжерная пара насоса отрегулирована на требуемую подачу топлива в цилиндр. Окна в цилиндре насоса и пазы в плунжере или перепускные регулировочные клапаны служат для регулирования подачи топлива (более подробно это изложено ниже). Каждый топливовпрыскивающий насос подает топливо в форсунку одного цилиндра. Игольчатый клапан форсунки поднимается, когда давление нагнетаемого топлива превышает давление закрытия иглы, при этом происходит распыливание топлива в цилиндре.

Аккумуляторная система впрыскивания. Эта система имеет один многоплунжерный насос высокого давления (рис. 2.12). Топливо нагнетается в коллектор, в котором поддерживается высокое давление. Из этого обще, о коллектора топливо подается к форсункам всех цилиндров. Между коллектором и форсункой (форсунками) каждого цилиндра имеется клапан, который регулирует момент и продолжительность подачи топлива. Перепускные клапаны связаны с коллектором для сброса (понижения) чрезмерного давления и с аккумулятором. Последний сглаживает импульсы давления топлива, образующиеся в коллекторе при подаче из него топлива в цилиндры. Форсунки в этой системе часто называют топливными клапанами.

Рис. 2.12. Система впрыскивания топлива с общим аккумулятором: 1— перепускной клапан; 2— патрубок подвода топлива; 3 — коллектор; 4 — топливный насос; 5 — блок высокого давления; 6 — топливопровод высокого давления; 7 — форсунка; 8 — цилиндр; 9— клапанная коробка; 10— распределительный (кулачковый) вал; 11 — клапан управляющий подачей; 12 — аккумулятор (накопитель топлива)

Топливный насос высокого давления. Насос работает от кулачка, который перемещает плунжер (вверх-вниз). Время впрыскивания может быть изменено посредством повышения или понижения положения плунжера насоса относительно кулачка. Насос имеет постоянный ход плунжера, и подаваемое количество топлива регулируется путем поворота плунжера насоса, который имеет специальный винтовой паз.

Топливо поступает в насос через окна (отверстия) (рис. 2.13). Как только плунжер начнет двигаться вниз, топливо поступает в цилиндр насоса; при движении плунжера вверх окна закрываются, топливо сжимается и подается в форсунку под высоким давлением. Когда кромка винтового выреза открывает переливное окно, давление топлива падает и его подача к форсунке прекращается. Невозвратный клапан на нагнетательной линии насоса закрывается и тем самым не позволяет топливу возвратиться из форсунки. Топливо снова подводится к насосу при нисходящем ходе плунжера, и процесс повторяется.

Рис. 2.13. Продольный разрез топливного насоса высокого давления: 1 — зубчатая втулка; 2 — винтообразная крышка; 3 — окно; 4 — невозвратный клапан; 5 — патрубок подвода топлива; 6 — перепускное окно; 7 —рейка; 8 — плунжер; 9 — кулачковый ролик; 10 — кулачок

Плунжер можно вращать во втулке посредством зубчатой рейки и сектора, связанного с ним. Тем самым будет сдвигаться винтообразная кромка вверх или вниз, соответственно уменьшая или увеличивая количество топлива, нагнетаемого в цилиндр. Рейка соединена с регулятором частоты вращения или с системой управления двигателем.

Такие насосы с незначительными конструктивными отклонениями используются для многих дизелей.

Регулирующий клапан. В аккумуляторной системе впрыскивания клапан, регулирующий подачу топлива, работает под воздействием кулачка и двуплечего рычага (балансира) (рис. 2.14).

Рис. 2.14. Клапан, управляющий подачей топлива в аккумуляторных системах: 1 — невозвратный клапан; 2 — регулирующий клапан; 3 — скользящий шток; 4 — рычаг (балансир); 5 — кулачок; I — подвод топлива; II — к топливному клапану

Когда клапан поднимается, топливо поступает под высоким давлением в форсунку. Регулирующий клапан работает от балансира, который жестко скреплен со скользящим штоком и передвигается в соответствии с настройкой балансира, обеспечивающей подачу в цилиндр требуемого количества топлива.

Форсунка. Типичная форсунка показана на рис. 2.15. Она состоит из двух основных частей: распылителя (сопла) и соплодержателя или корпуса. Топливо с высоким давлением входит в форсунку и движется вниз по каналу в корпусе форсунки, затем по каналу в распылителе и наконец поступает в камеру, расположенную вокруг игольчатого клапана. Он удерживается в закрытом состоянии на седле, имеющем уклон 45°, посредством промежуточного стержня и пружины в корпусе форсунки. Усилие пружины, а следовательно, усилие открытия иглы форсунки можно устанавливать (регулировать) посредством нажимной муфты (гайки), которая воздействуем на пружину. Игла и направляющая, входящие в комплект распылителя форсунки, представляют собой прецизионные детали, тщательно попарно подогнанные для обеспечения требуемой плотности и минимального пропуска топлива. Корпус форсунки и распылитель взаимно притираются и соединяются посредством специальной накидной гайки.

Рис. 2.15. Форсунка: 1 — уплотняющая прокладка пружины; 2 — регулятор натяга пружины; 3 —пружина; 4 — стержень; 5 — ограничитель хода иглы; 6 — сопло; 7 — топливный трубопровод высокого давления; 8 — защитный трубопровод; 9 — соединительное устройство (штуцер)

Игольчатый клапан открывается, когда усилие, возникающее от воздействия давления топлива на коническую поверхность, превысит силу сжатия пружины. Тогда топливо будет поступать в нижнюю камеру и проходить через ряд мелких отверстий сопла. Эти небольшие отверстия калиброваны (имеют определенный диаметр) и предназначены для распыливания или превращения в мельчайшие капельки всего поступившего за цикл топлива, которое в результате этого затем будет легко сгорать в цилиндре дизеля. Как только топливный насос или регулирующий клапан отсекают подачу топлива, давление падает, и игольчатый клапан быстро закроется под действием сжимающего действия пружины.

Топливные клапаны в форсунках должны иметь сообщение со специальным устройством для удаления скапливающегося воздуха. Воздух должен быть удален из всех форсунок перед запуском дизели после длительной стоянки или ремонта.

Форсунки крупных малооборотных и среднеоборотных дизелей, работающих на тяжелом топливе, имеют внутренние каналы, по которым циркулирует охлаждающая вода.

Система питания, устройство

Система питания дизельного двигателя характерна сложным строением, она включает в себя целый комплекс различных устройств. Для обеспечения правильного функционирования, топливо надо не просто подать к форсункам, а сделать это, выдержав определённое высокое давление. Это условие необходимо, поскольку только так производится точная регулировка топливной порции впрыска в цилиндр.

Система питания топливом выполняет следующие функции:

• Порционное дозирование топлива в зависимости от нагрузки и режима работы силовой установки;
• Подачу горючего в рабочую камеру с учётом заданного временного промежутка и определённой интенсивностью;
• Максимально эффективное распределение топливного тумана таким образом, что бы он равномерно обволакивал весь объём рабочей камеры;
• Максимальная очистка горючего перед подачей к механизмам и форсункам.

Работа системы питания

Изначально цилиндры дизеля заполняются воздухом. Поршень в цилиндре идет вверх, сжимая воздух, и при этом повышается температура сжатого воздуха. Причем повышается до такой температуры, которой достаточно для того, чтобы произошло воспламенение дизельного топлива, вернее смеси дизельного топлива и воздуха.

Как только температура доходит до максимальной, а это происходит в конце такта движения поршня, происходит впрыск дизтоплива посредством форсунки. Топливо не просто поступает струей, а распыляется в мелкодисперсное облако. И дальше под воздействием температуры сжатого воздуха происходит объемный взрыв воздушно-топливной смеси. Давление под воздействием взрыва критически вырастает, и именно это давление начинает двигать поршень, который идет вниз, и при этом совершается работа в физическом понимании этого термина.

Подкачивающий насос забирает топливо из топливного бака и направляет его в топливный насос высокого давления (ТНВД). В нем есть несколько секций. Число секций соответствует числу цилиндров в двигателе. Каждая из секций ТНВД работает на один цилиндр дизельного двигателя.

Топливный насос высокого давления (ТНВД) устроен следующим образом. Внутри насоса, по всей его длине в нижней части расположен вращающийся вал, который имеет кулачки. Вал ТНВД получает вращение от распределительного вала двигателя.

Кулачки оказывают воздействие на толкатели, которые, в свою очередь, заставляют работать плунжеры. Плунжер – это, по сути, поршень, который двигается вверх-вниз. Идя вверх, плунжер создает давление топлива внутри цилиндра. И именно это давление выталкивает топливо через топливную магистраль к форсунке.

Топливо, которое приходит в топливный насос высокого давления, находится под низким давлением и его явно не хватает, чтобы заставить топливо не только двигаться к форсунке, но и распыляться. Плунжер в нижней своей фазе подхватывает топливо и двигает его вверх секции (цилиндра). При этом давление значительно вырастает. Причем этого давления уже хватает для того, чтобы произошло качественное распыление дизтоплива внутри цилиндра. Давление топлива внутри секции топливного насоса может достигать показателя 2000 Атм.

Плунжер не только нагнетает топливо, но и регулирует количество подаваемого топлива на форсунку. Для этого у плунжера есть подвижная часть, которая может открывать или закрывать канавки внутри него. И эта подвижная часть соединена с педалью газа в кабине водителя. От угла поворота плунжера зависит степень открытия каналов прохождения топлива и зависит количество топлива, которое будет подаваться на форсунку. Поворот плунжера происходит за счет рейки, которая соединена с рычагом, который, в свою очередь, соединяется с педалью газа в кабине автомобиля.

В верхней части секции ТНВД находится клапан, который открывается под определенным давлением и закрывается, если давления недостаточно. Т.е. если плунжер находится в нижней точке, клапан закрыт и топливо из магистрали, которая идет к форсунке, не может обратно вернуться в ТНВД.

В секции создается давление, которого хватает для того, чтобы был произведен впрыск топлива в цилиндр. Топливо поступает к форсунке по магистрали. И уже форсунка, которая является управляемой, в нужный момент распыляет топливо внутри цилиндра.

Форсунки могут быть с механическим управлением или с электромагнитным управлением.

В обычной механической форсунке открытие отверстия распыления зависит от давления, которое возникло в топливной магистрали. Отверстие форсунки перекрыто иглой, которая соединена с неким подобием поршня, расположенным вверху форсунки. Пока давления нет, игла перекрывает выход топлива через отверстие распылителя. Как только топливо поступает под давлением, поршень идет вверх и тянет иглу. Происходит открытие отверстия, за которым следует распыление.

Свеча накаливания, которая находится в каждом цилиндре, не предназначена для того, чтобы непосредственно воспламенять топливную смесь. Свеча накаливания предварительно разогревает воздух в специальной камере перед тем, как этот воздух попадает в цилиндр.

Если разобраться, свеча накаливания всего лишь облегчает запуск двигателя, поскольку воздух, перед тем как попадать в цилиндр, уже нагрет до определенной температуры. В принципе в достаточно теплую погоду, или когда двигатель горячий, запуск дизеля может произойти и без предварительного подогрева воздуха. Но в холодную погоду, такое невозможно.

Более современная система питания дизельного двигателя предполагает наличие ТНВД, в котором нет секций по количеству цилиндров, зато есть общая магистраль для всех форсунок. Т.е. насос так и создает высокое давление, но оно общее для всех форсунок. И каждый цилиндр имеет индивидуальный впрыск топлива.

Форсунки, которые используются при такой системе, управляются не по механическому принципу, а посредством электрических импульсов, которые на них поступают от блока управления. По сути, в каждой форсунке стоит электромагнитный клапан, который открывает или закрывает распыление топлива.

Электронный блок управления двигателем получает информацию с нескольких датчиков и, переварив информацию, подает сигнал на электромагнитный элемент управления форсунки.

Такая работа системы питания дизельного двигателя наиболее современна и наиболее экономична. Так как никакая механика не сравнится с электроникой.

Схема системы питания

Схема системы питания дизельного двигателя включает в себя основные компоненты, в число которых входят:

• Бак для топлива;
• Фильтры очистки топлива (грубой и тонкой);
• Насос топливный, подкачивающий;
• Насос топливный, создающий высокое давление (ТНВД);
• Форсунки;
• Трубопровод для перекачки топлива под низким давлением;
• Трубопровод высокого давления;
• Фильтр воздушный

Схема топливной системы имеет вспомогательные компоненты, к которым можно отнести электрические насосы, детали выпуска отработанных газов, фильтры очистки от сажи, глушители и т.п. Общее устройство системы питания предполагает деление топливной аппаратуры на две группы:

• Аппаратура, подводящая топливо;
• Аппаратура, подводящая воздух.

Топливная аппаратура дизельных двигателей может иметь различное устройство, система разделённого типа, на сегодняшний день является наиболее распространенной. Для этой системы характерно разделение ТНВД и форсунок на отдельно функционирующие устройства. Топливо проходит путь по путепроводам высокого и низкого давления. Проверка шлангов подачи топлива является обязательным условием эксплуатации силовой установки.

Хранение, фильтрация и подача к ТНВД происходит при невысоком давлении. После чего, топливный насос поднимает давление в системе для правильного дозирования и подачи порции топлива в камеру сгорания в нужный момент.

Систему питания дизельного мотора обслуживает два насоса:

• Насос, создающий высокое давление;
• Насос, подкачки топлива.

Насос подкачки топлива осуществляет подачу солярки из бака к фильтрам грубой и тонкой очистки и дальше к насосу, создающему высокое давление. Этот путь жидкость проходит с относительно невысоким показателем давления.

Проходя ТНВД, давление топлива нагнетается до высокого уровня. Порядок работы цилиндров определяет подачу рабочей смеси. Насос, создающий высокое давление имеет несколько секций, каждая из которых отвечает за определённый цилиндр двигателя.

Устройство системы питания дизельного двигателя, осуществляющего два такта, может иметь неразделённый тип. Для таких систем применяется специальное устройство, насос-форсунка. Это своего рода объединение топливного насоса, создающего высокое давление и форсунки в один прибор.

Такие моторы имеют небольшое распространение, поскольку срок службы изделия намного меньше, работа происходит жестко, с большим шумом. Конструкция не предусматривает наличие магистрали высокого давления.

Конструктивный принцип работы системы питания дизельного двигателя, получившего наибольшее распространение, предусматривает расположение форсунок в головке блока цилиндров. Основная задача такого расположения, точное распыление топлива в камере сгорания. К ТНВД, поступает большой объём солярки, её излишки отводятся обратно в бензобак по дренажным трубам.

Форсунки могут быть двух типов:

• Закрытого типа;
• Открытого типа.

Более широкое применение имеют форсунки закрытого типа. В устройстве таких форсунок есть специальная запорная игла, которая закрывает отверстие подачи топлива. Поэтому, полость форсунки соединяется с камерой сгорания только при открытии отверстия и впрыске жидкости.

Общее устройство системы питания дизелей

Во время работы двигателя топливо из топливного бака 12 засасывается топливоподкачивающим насосом 10 через фильтр грубой очистки 11, где отделяются крупные механические примеси. Далее оно нагнетается подкачивающим насосом через фильтр 9 тонкой очистки в топливный насос 7 высокого давления. Последний подает топливо через топливопровод 6 под большим давлением к форсункам 4, которые впрыскивают его в распыленном состоянии в камеру сгорания. В топливный насос подается избыточное количество топлива. Излишки топлива отводятся из топливного насоса по топливопроводу 15 во впускную часть подкачивающего насоса через перепускной клапан.

На схеме подкачивающий насос вынесен для упрощения понимания, на дизелях подкачивающий насос является узлом ТНВД

Воздух, поступающий в цилиндры двигателя, проходит вначале предварительную очистку в воздушном фильтре 1, а затем нагнетается под давлением турбокомпрессором 2. Отработавшие газы выходят из цилиндров через выпускной трубопровод 5 и глушитель 3.

Устройство узлов питания дизелей

3.2.4.1. Топливный бак Топливный бак состоит из двух штампованных сварных половин из листовой стали. Внутри бака вварены перегородки 7, придающие ему необходимую жесткость. В нижней части перегородок имеются вырезы для прохождения топлива в отсеки. В верхнюю часть бака вварена горловина для заливки топлива.

В верхнюю часть основного бака вмонтированы поплавковый датчик 1 электрического указателя уровня топлива и расходный кран 3 с фильтром 4. Бак оборудован крышкой, подобной радиаторной, с двумя клапанами и прокладкой, обеспечивающей его герметичность.

3.2.4.2. Воздушный фильтр При использовании воздушных фильтров уменьшается износ деталей цилиндро-поршневой группы в несколько раз, т.к. фильтры отчищают воздух от пыли, в которой содержатся твердые частицы.

Рис. 3.26. Воздушный фильтр сухого типа: 1 – воздухозаборник, 2 – распорная пружина, 3 – фильтрующий элемент, 4 – уплотнитель, 5 – крышка, 6 – винт, 7 – защелка, 8 – корпус, 9 – патрубок отсоса пыли, 10 – воздухопровод, 11 – кронштейн, 12 – шплинт дренажного отверстия, 13 – соединительный патрубок, 14 – хомут, 15 – установочная метка

Воздух проходит через бумажные фильтрующие элементы и очищенным поступает в выходной патрубок и далее в турбокомпрессор . Засоренность воздушного фильтра определяется индикатором, который соединен трубкой с выходным патрубком воздушного фильтра.

3.2.4.3. Турбокомпрессор (турбонаддув) Мощность дизеля можно повысить, подавая в цилиндры воздух предварительно сжатый в компрессоре (наддувом). Если в цилиндры подано больше воздуха, то можно подать больше топливо, которое полностью сгорит и выделит больше энергии.

Турбокомпрессор используют для нагнетания воздуха под давлением в цилиндры двигателя. Он состоит из корпуса 3 (рис. 3.27) и колес 1 и 4 соответственно центробежного компрессора и газовой турбины, которые жестко закреплены на общем валу 2. Отработавшие газы по выпускному трубопроводу 5 попадают в камеру газовой турбины и направляются на лопатки рабочего колеса 4 турбины, заставляя его вращаться вместе с валом 2.

Далее отработавшие газы выбрасываются в атмосферу через выпускную трубу. Закрепленное на валу колесо 1 компрессора, вращаясь, засасывает воздух из атмосферы через воздухоочиститель и под избыточным давлением 0,05 – 0.06 МПа нагнетает его по впускному трубопроводу 10 в цилиндры двигателя, увеличивая наполнение их воздухом.

Колеса турбины и компрессора вращаются с большой скоростью (частота вращения примерно 36000 об/мин).

3.2.4.4. Глушитель Глушитель 3 необходим для снижения шума при выпуске отработавших газов и гашения искр. Внутри корпуса расположена труба, соединенная с корпусом перегородками, которые образуют 3 резонансные камеры. Эффект глушения шума достигается за счет движения потока газов через резонансные камеры.

3.2.4.5. Фильтр грубой очистки топлива Очищает топливо от крупных механических примесей. Фильтр имеет сетчатый фильтрующий элемент 7 (рис. 3.28), состоящий из отражателя и латунной сетки с ячейками размером 0,09 мм.

Фильтрующий элемент смонтирован на резьбовой втулке, которая ввернута в корпус 2 и прижимает к нему распределитель 4 потока топлива, имеющий 8 равномерно расположенных по окружности отверстий.

Во время работы двигателя топливо подводится в фильтр через трубку 1 и отверстия распределителя 4. Затем оно стекает вниз через кольцевую щель между отражателем и стенкой стакана. Часть топлива по инерции попадает под успокоитель 8, где оседают крупные механические примеси и вода, находящаяся в топливе. Через центральное отверстие успокоителя топливо поднимается вверх к сетке фильтрующего элемента. Пройдя через сетчатый элемент, оно очищается от мелких механических примесей и поступает через центральное отверстие корпуса к отводящей трубке 3.

3.2.4.6. Фильтр тонкой очистки топлива Очищает топливо от мельчайших механических частиц и воды.

Фильтрующий элемент включает в себя две секции: наружную и внутреннюю (рис. 3.29). Внутренняя секция считается как бы предохранительной: при разрыве шторы наружной секции механические примеси будут задерживаться во внутренней секции. Каждая секция фильтрующего элемента – цилиндрический картонный каркас, заключенный в жестяные крышки. Каркас имеет отверстие для прохода топлива. Внутри него размещены фильтрующие шторы, изготовленные из специальной бумаги и свернутые в многогранную винтовую гармошку.

Для штор наружной секции применяют бумагу с порами больших размеров, чем для внутренней. Поток топлива под давлением подкачивающего насоса входит через отверстие А в корпус фильтра, а затем проходит последовательно через отверстие каркаса и фильтрующих штор. Очищенное от мельчайших примесей топливо через отверстие Б направляется по топливопроводу низкого давления в топливный насос высокого давления.

В нижней части корпуса предусмотрено отверстие, закрытое пробкой 13, для слива из фильтра загрязненного топлива и попавшей с топливом воды. На крышке корпуса установлен продувочный вентиль 12, который служит для выпуска воздуха, попавшего в топливную систему двигателя.

3.2.4.7. Насос низкого давления (топливоподкачивающий насос дизеля) На топливном насосе высокого давления устанавливают подкачивающий насос низкого давления, который обеспечивает необходимую подачу топлива в его подводящий канал.

Рис. 3.30. Насос низкого давления: 1 – корпус, 2 – нагнетательный клапан, 3,7 – штуцеры отвода и подвода топлива, 4 – нажимная пружина, 5 – цилиндр насоса ручной подкачки, 6 – впускной клапан, 8,13 – поршни, 9 – толкатель, 10 – эксцентрик (кулачок) вала ТНВД, 11 – рукоятка ручной подкачки, 12 – головка цилиндра, 14 – шток

Топливо перекачивается насосом за 2 хода поршня. При вращении вала топливного насоса эксцентрик 10 (рис. 3.30) отходит от толкателя 9 и поршень 8 перемещается под действием пружины 4 вниз. Топливо, находящееся под поршнем, вытесняется в нагнетательный топливопровод через штуцер 3 и проходит через фильтр тонкой очистки в топливный насос. В надпоршневом пространстве в это время действует разряжение, вследствие чего, топливо поступает в насос через открывшийся впускной клапан 6 из топливного бака.

При дальнейшем вращении вала эксцентрик набегает на толкатель, и поршень перемещается вверх, сжимая пружину 4. Под действием давления поршня и топлива впускной клапан 6 закрывается, а нагнетательный клапан 2 открывается, и топливо из надпоршневого пространства перетекает под поршень. После этого вспомогательного хода поршня процесс повторяется.

На корпусе подкачивающего насоса над впускным клапаном установлен насос ручной подкачки топлива. Он служит для заполнения системы топливом и удаления из него воздуха перед пуском двигателя. При перемещении рукоятки 11 с поршнем 13 вверх под действием разряжения, образующегося в цилиндре 5, открывается впускной клапан 6 и топливо заполняет пространство под поршнем. При движении рукоятки с поршнем вниз под давлением топлива впускной клапан закрывается, а нагнетательный клапан 2 открывается, и топливо поступает по нагнетательному трубопроводу к топливному насосу.

3.2.4.8. Насос высокого давления (ТНВД) ТНВД предназначен для точного дозирования топлива в соответствии с режимом работы двигателя и обеспечения его подачи в определенные моменты рабочего цикла к форсункам в соответствии с порядком работы цилиндров.

Устройства, входящие в состав ТНВД, можно разделить на следующие группы:

• Устройства топливоподачи
• Устройства регулирования
• Дополнительные регулирующие устройства

По конструкции ТНВД выполняют рядными или V – образными, это зависит от компоновки двигателя. ТНВД состоит из одинаковых секций, их количество соответствует количеству цилиндров двигателя.

Рис. 3.31. ТНВД двигателя КамАЗ 740 (продольный разрез): 1 – задняя крышка регулятора, 2,3 – ведущая и промежуточная шестерни регулятора частоты вращения, 4 – ведомая шестерня с державкой грузов, 5 – ось груза, 6 – груз, 7 – муфта груза, 8 – палец рычага, 9 – корректор, 10 – рычаг пружины регулятора, 11 – рейка, 12 – втулка рейки, 13 – редукционный клапан, 14 – пробка рейки, 15 – муфта опережения впрыска топлива, 16 – кулачковый вал

Насос плунжерного типа, с V – образным расположением секций, установлен в развале блока цилиндров. Он состоит из корпуса, кулачкового вала, восьми секций, регулятора частоты вращения коленчатого вала двигателя и муфты опережения впрыска топлива.

Устройства топливоподачи.
В корпусе насоса выполнены впускной и отсечной топливные каналы (рис. 3.34), в нижней части корпуса установлен кулачковый вал. Количество кулачков вала соответствует числу секций насоса, а их взаимное расположение – порядку чередования подач секциями. При вращении кулачкового вала усилие передается на роликовый толкатель и через пяту толкателя – на плунжер секции.
Рис. 3.34. Расположение топливных каналов в корпусе ТНВД

Каждая секция (рис. 3.33) состоит из корпуса 9, втулки плунжера 5, нагнетательного клапана 7, прижатого через уплотнительную прокладку к втулке плунжера штуцера 8, и поворотной втулки 12. Плунжер совершает возвратно-поступательные движения под действием кулачка вала и пружины 4. Поворот плунжера 5 относительно втулки 6 для изменения количества подаваемого топлива осуществляется рейкой 11 топливного насоса через поворотную втулку 12.

Рис. 3.35. Секция ТНВД

Топливо под действием топливоподкачивающего насоса поступает в полость А (рис. 3.33) и далее через входное отверстие во втулке плунжера 6 в надплунжерное пространство. При движении плунжера вверх и перекрытии входного отверстия втулки его верхней кромкой топливо подвергается сжатию вследствие чего, открывается нагнетательный клапан 7 и топливо поступает в топливопровод высокого давления к форсунке через отверстие в штуцере 8. Дальнейшее движение плунжера вверх приводит к росту давления в топливопроводе, и по достижению величины 18 000 + 500 кПа происходит впрыск топлива форсункой в камеру сгорания. Минимальный зазор между втулкой и плунжером составляет порядка 1 микрометра.

В момент открытия выходного отверстия во втулке отсечной винтовой кромкой 10 плунжера давление над плунжером резко уменьшается, и нагнетательный клапан 7 закрывается, что приводит к резкому падению давления в топливопроводе. Вследствие этого игла распылителя форсунки совершает быструю посадку в седло и резкую отсечку подачи топлива в цилиндр.

При движении плунжера 5 (рис. 3.33) вниз под действием пружины 4 полость над ним заполняется топливом и процесс повторяется.

Рис. 3.36. Схема работы плунжерной пары

Изменение количества топлива, подаваемого секцией за один цикл, происходит в результате поворота плунжера зубчатой рейкой (рис. 3.37).

При различных углах поворота плунжера, благодаря винтовой кромке, смещаются моменты открытия выпускного отверстия. При этом, чем позднее открывается выпускное отверстие, тем большее количество топлива может быть подано к форсункам.

Устройства регулирования.

К ним относятся муфта опережения впрыскивания топлива и регуляторы частоты вращения коленчатого вала.

Муфта опережения впрыска топлива

(муфта ОВТ) автоматически изменяет начало впрыска топлива в цилиндры в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя. Применение муфты обеспечивает полноту сгорания за счет увеличения угла опережения впрыска, оптимальное для рабочего процесса начало подачи топлива во всем диапазоне скоростного режима, вследствие чего достигается экономичность при различных скоростных режимах работы двигателя.
Муфта опережения вступает в работу при резком увеличении числа оборотов, по назначению аналогична ускорительному насосу карбюратора.
Привод муфты ОВТ: ведомая полумуфта 2 (рис. 3.38) привода муфты ОВТ приводится в действие карданным валом в цепочке привода кулачкового вала ТНВД от коленчатого вала двигателя.

Рис. 3.38. Привод автоматической муфты опережения впрыска топлива 1 — автоматическая муфта опережения впрыска, 2 – ведомая полумуфта привода, 3 – передний фланец ведомой полумуфты привода, 4 – болт, 5 – задний фланец ведущей полумуфты привода, А, Б, В – метки на корпусе ТНВД, на муфте опережения впрыска и на заднем фланце ведущей полумуфты привода соответственно

Для правильной установки топливного насоса и его привода, а также для проведения регулировок и проверок на заднем фланце соединительной полумуфты, муфте ОВТ и корпусе насоса имеются метки А,Б,В.

Устройство муфты ОВТ

. Автоматическая муфта опережения впрыска (рис. 3.39) устанавливается на носке кулачкового вала насоса высокого давления на шпонке. Она состоит из двух полумуфт: ведущей и ведомой. На ведомую полумуфту навернут корпус, объединяющий детали муфты. Полумуфты распираются пружинами, которые воздействуют на них через пальцы. Пальцы установлены в ведомой полумуфте и на них свободно надеты грузы. В профильные вырезы грузов под действием пружин упираются пальцы, закрепленные в ведущей полумуфте. Таким образом, полумуфты оказываются связанными между собой.

Рис. 3.39. Автоматическая муфта изменения угла опережения впрыска:

а – конструкция, б – детали, 1 – ведомая полумуфта, 2 – ось груза, 3 – уплотнительное кольцо, 4 – пружина, 5 – ведущая полумуфта, 6 – винт, 7 – втулка ведущей полумуфты, 8,12 – самоподвижные сальник, 9 – гайка крепления муфты, 10 – ступица ведомой полумуфты, 11 – шип, 13 – корпус, 14 – палец ведущей полумуфты, 15 – груз, 16 – пружинная шайба, 17 – шпонка, 18 – кулачковый вал топливного насоса, 19 – проставка, А – криволинейная поверхность груза

При малой частоте вращения коленчатого вала грузы находятся в сведенном состоянии и ведомая полумуфта занимает определенное положение относительно ведущей. Как только частота вращения коленчатого вала начинает превышать 1000 об/мин, возникающие центробежные силы грузов становятся больше усилия предварительного сжатия пружин.

Вследствие этого грузы начинают расходиться, сжимая пружины и поворачивая ведомую полумуфту относительно ведущей по направлению вращения. Это приводит к более раннему впрыску топлива, т. е. к увеличению угла опережения впрыска.

С понижением частоты вращения вала двигателя уменьшается центробежная сила грузов муфты, и они сходятся под действием пружин. При этом происходит поворот ведомой полумуфты, а вместе с ней и кулачкового вала насоса в направлении, противоположном направлению вращения вала насоса. Угол опережения впрыска топлива уменьшается.

Всережимный регулятор частоты вращения коленчатого вала

двигателя установлен на насосе высокого давления и приводится в действие от кулачкового вала. Его работа основана, как и в автоматической муфте, на использовании центробежных сил и протекает следующим образом. Например, при заданном положении педали управления подачи топлива и возникновении дополнительного сопротивления движению (на подъеме) частота вращения коленчатого вала двигателя будет уменьшаться, и скорость автомобиля падать. Чтобы ее поддержать на заданном уровне, необходимо повысить крутящий момент двигателя. Это может быть достигнуто увеличением количества топлива, впрыскиваемого в цилиндры двигателя. Всережимный регулятор воспринимает снижение частоты вращения коленчатого вала и автоматически увеличивает подачу топлива насосом высокого давления, благодаря чему скорость автомобиля восстанавливается до заданного значения.

Рис. 3.40. Всережимный регулятор частоты вращения коленчатого вала: 1 – кулачковый вал, 2 – кулиса, 3 – ось пяты, 4 – упорный подшипник, 5 – муфта, 6,7 – шестерни, 8- крестовина грузов, 9 – грузы, 10 – рычаг рейки, 11 – пружина, 12,22 – рычаги, 13 – тяга, 14 – рейка, 15 – болт ограничения максимального скоростного режима, 16 – рычаг управления, 17 – винт регулировки минимальных оборотов холостого хода, 18 – двуплечный рычаг, 19 – винт двуплечного рычага, 20 – винт буферной пружины, 21 – винт регулировки подачи топлива, 23 – корректор, 24 – рычаг выключения подачи, 25 – регулировочный винт

Аналогичным образом всережимный регулятор изменяет подачу топлива при уменьшении нагрузки на двигатель. Только в этом случае управляющее воздействие регулятора сводится к уменьшению количества впрыскиваемого топлива. В результате при снижении нагрузки на двигатель происходит уменьшение скорости движения и доведение ее до заданного уровня.

Таким образом, всережимный регулятор изменяет подачу топлива при изменении нагрузки двигателя и обеспечивает любой установленный скоростной режим от 500 до 2100 об/мин коленчатого вала.

Регулятор приводится в действие от кулачкового вала 1 (рис. 3.40) ТНВД через шестерни 6 и 7. Шестерня 7 установлена на оси муфты 5. На крестовине 8 установлены грузы 9. Муфта 5 через упорный подшипник 4 пятой действует через ось 3 на рычаг рейки 10.

При вращении валика крестовины 8 грузы 9 расходятся под действием центробежных сил и отжимают муфту 5, которая через упорный подшипник 4 и ось 3 пяты поворачивает рычаг 22. На одном валу с рычагом 22 расположен рычаг 18, связанный через пружину 11 с рычагом 12. На ось 3 пяты надет рычаг 10 рейки, один конец которого соединен с кулисой 2, а другой, при помощи тяги 13 — с рейкой 14 топливного насоса.

Если нагрузка на двигатель уменьшается, а подача топлива в цилиндр неизменна, то, естественно, частота вращения коленчатого вала должна увеличиться. При этом грузы 9 регулятора разойдутся и через систему рычагов переместят рейку 14 в сторону уменьшения подачи топлива. Это будет продолжаться до тех пор, пока центробежные силы грузов не уравновесятся силой пружины 11.

Если нагрузка на двигатель увеличится при неизменной подаче топлива, то частота вращения коленчатого вала уменьшается, грузы регулятора под действием пружины 11 сходятся и через систему рычагов воздействуют на рейку насоса, обеспечивая увеличение подачи топлива. Необходимый скоростной режим работы двигателя устанавливается рычагом 16, связанным при помощи тяг с педалью управления топливным насосом в кабине водителя.

При нажатии на педаль рычаг 16 поворачивается на некоторый угол влево, натяжение пружины 11 увеличивается и рейка под действием пружины перемещается в сторону увеличения подачи топлива. Частота вращения коленчатого вала при этом увеличивается до тех пор, пока центробежная сила грузов не уравновесит силу натяжения пружины.

Форсунка

Форсунки обеспечивают впрыск мелкораспыленного топлива под определенным давлением в камеры сгорания и четкую отсечку подачи в конце впрыскивания. Давление впрыска топлива находится в пределах 16-20 МПа.

На дизелях применяют форсунки нескольких типов: открытые и закрытые, с распылителем, имеющим одно, два или несколько распыляющих отверстий (сопел). Сопла располагаются под определенными углами, обеспечивающими тонкое распыление топлива.

называются форсунки с распыляющими отверстиями, закрытыми при помощи иглы. Эти отверстия открываются только в момент впрыскивания топлива в камеры сгорания. В настоящее время большинство дизелей имеет распылители форсунок с гидравлически управляемой иглой. Диаметр распыляющих отверстий 0,34 мм.

Рис. 3.41. Форсунка: 1 – корпус, 2 – фильтр форсунки, 3 – уплотнительное кольцо, 4 – тарелка, 5 – пружина, 6 – проставка, 7 – корпус распылителя форсунки, 8 – гайка распылителя, 9 – игла, 10 – регулировочный винт, 11 – контргайка регулировочного винта

Форсунка состоит из корпуса 1 (рис. 3.41) с фильтрующим элементом 2 и пружины 5. Сверху пружина упирается в опорную тарелку 4, а снизу, через вкладыш, действует на иглу 9. Пружина находится в предварительно сжатом состоянии. Давление пружины регулируется винтом 10. Регулировочный винт удерживается от самопроизвольного вращения контргайкой 11. Регулировочный винт имеет дренажный канал для слива, просочившегося из корпуса распылителя 7 топлива, которое сливается обратно в топливный бак. Распылитель 7 имеет два распыляющих отверстия (сопла), которые закрываются иглой 9. Корпус распылителя вместе с иглой и проставкой 6 крепятся к корпусу форсунки накидной гайкой 8. Проставка и корпус иглы фиксируются в одном положении специальными штифтами. Форсунка устанавливается в гнезде головки цилиндра и закрепляется скобой.

Корпус распылителя 7 и игла 9 изготавливаются из легированной стали, тщательно обрабатываются и имеют большую твердость рабочих поверхностей, что необходимо для работы в условиях повышенных температур и давления.

Корпус и иглу при ремонте меняют комплектно.

Топливо к форсунке подается из ТНВД через канал внутрь корпуса распылителя, давление внутри которого возрастает. Это давление передается на заплечики иглы. Когда давление достигает величины 19 МПа, игла, преодолевая сопротивление пружины 5, поднимается, открывая распыляющие отверстия, через которые топливо впрыскивается в камеру сгорания цилиндра в мелкораспыленном виде.

Устройство и работа форсунок различных дизелей принципиально одинаковы при возможных конструктивных различиях.

Common Rail

После значительного ужесточения экологических норм для дизельных силовых установок, система питания моторов, работающих на солярке, подверглась изменениям.

Схема подачи топлива, когда смесь воздуха и горючего поступает в рабочую камеру при атмосферном давлении, стала называться Common Rail. Как результат, за счет такого принципа можно снизить расход и увеличить мощность установки. Кроме того, схема получила широкое применение, благодаря снижению шума и увеличению крутящего момента мотора. На сегодня, каждый второй автомобиль оснащен данной системой.

Однако, как и у каждого механизма, есть и недостатки. Например, для этой системы требуется качественное топливо, небольшое загрязнение способно привести к полной остановке агрегата, поскольку работа форсунок будет заблокирована.

Системы впрыска дизельных двигателей

Концептуально двигатели внутреннего сгорания – бензиновые и дизельные практически идентичны, но существует между ними ряд отличительных особенностей. Одной из основных является разное протекание процессов горения в цилиндрах. У дизеля топливо загорается от воздействия высоких температур и давления. Но для этого необходимо, чтобы дизтопливо подавалось непосредственно в камеры сгорания не только в строго определенный момент, но еще и под высоким давлением. И это обеспечивают системы впрыска дизельных двигателей.

Постоянное ужесточение экологических норм, попытки получить больший выход мощности при меньших затратах топлива обеспечивают появление все новых конструктивных решений в топливной системе дизеля.

Принцип работы у всех существующих видов впрыска дизеля идентичен. Основными элементами питания являются топливный насос высокого давления (ТНВД) и форсунка. В задачу первой составляющей входит нагнетание дизтоплива, благодаря чему давление в системе значительно повышается. Форсунка же обеспечивает подачу топлива (в сжатом состоянии) в камеры сгорания, при этом распыляя его для обеспечения лучшего смесеобразования.

Стоит отметить, что давление топлива напрямую влияет на качество сгорания смеси. Чем оно выше, тем дизтопливо лучше сгорает, обеспечивая больший выход мощности и меньшее содержание загрязняющих веществ в отработанных газах. И для получения более высоких показателей давления использовали самые разные конструктивные решения, что и привело к появлению разных видов систем питания дизеля. Причем все изменения касались исключительно указанных двух элементов – ТНВД и форсунок. Остальные же составляющие – бак, топливопроводы, фильтрующие элементы, по сути, идентичны во всех имеющихся видах.

Типы дизельных систем питания

Дизельные силовые установки могут быть оснащены системой впрыска:

• с рядным насосом высокого давления;
• с насосами распределительного типа;
• с насос-форсунками;
• аккумуляторного типа (Common Rail).

Далее рассмотрим лишь некоторые особенности, которыми обладают указанные системы впрыска дизельных двигателей, а также их положительные и отрицательные качества.

С рядным насосом

Система питания с рядным ТНВД можно считать «родителем» всех остальных, поскольку она является первой, используемой на дизельных моторах. Но сейчас она уже считается устаревшей и практически не используется.

Рядный ТНВД на 8 форсунок

Изначально эта система была полностью механической, но после в ее конструкции начали использоваться электромеханические элементы (касается регуляторов изменения цикловой подачи дизтоплива).

Основная особенность этой системы заключена в насосе. В нем плунжерные пары (прецизионные элементы, создающие давление) обслуживали каждый свою форсунку (количество их соответствовало количеству форсунок). Причем эти пары размещались в ряд, отсюда и название.

К достоинствам системы с рядным насосом можно отнести:

• Надежность конструкции. Насос имел систему смазки, что обеспечивало узлу большой ресурс;
• Невысокая чувствительность к чистоте топлива;
• Сравнительная простота и высокая ремонтопригодность;
• Большой ресурс насоса;
• Возможность работы мотора при отказе одной секции или форсунки.

Но недостатки у такой системы более существенны, что и привело к постепенному отказу от нее и отданию предпочтения более современным. Негативными сторонами такого впрыска считаются:

• Невысокие быстродействие и точность дозировки топлива. Механическая конструкция просто не способна это обеспечить;
• Сравнительно невысокое создаваемое давление;
• В задачу ТНВД входит не только создание давления топлива, но еще и регулировка цикловой подачи и момент впрыска;
• Создаваемое давление напрямую зависит от оборотов коленчатого вала;
• Большие габариты и масса насоса.

Эти недостатки, и в первую очередь – невысокое создаваемое давление, привело к отказу от этой системы, поскольку она просто перестала вписываться в стандарты по экологичности.

С насосом распределенного типа

ТНВД распределенного впрыска стала следующим этапом в развитии систем питания дизельных агрегатов.

Изначально такая система была тоже механической и отличалась от описанной выше лишь конструкцией насоса. Но со временем в ее устройство добавили систему электронного управления, которая улучшила процесс регулировки впрыска, что позитивно сказалось на показателях экономичности мотора. Определенный период такая система вписывалась в стандарты экологичности.

Особенность этого типа впрыска сводилась к тому, что конструкторы отказались от использования многосекционной конструкции насоса. В ТНВД начала использоваться всего одна плунжерная пара, обслуживающая все имеющиеся форсунки, количество которых варьируется от 2 до 6. Для обеспечения подачи топлива на все форсунки, плунжер совершает не только поступательные движения, но еще и вращательные, которые и обеспечивают распределение дизтоплива.

ТНВД с насосом распределенного типа

Позже эта система добавилась новым типом насоса – роторным, у которого устанавливаются несколько плунжеров, но распределенная подача осталась. Это позволило увеличить создаваемое насосом давление.

К положительным качествам таких систем относились:

• Малые габаритные размеры и масса насоса;
• Лучшие показатели по топливной экономичности;
• Использование электронного управления повысило показатели системы.

К недостаткам же системы с насосом распределенного типа относятся:

• Небольшой ресурс плунжерной пары;
• Смазка составных элементов осуществляется топливом;
• Многофункциональность насоса (помимо создания давления он еще управляется подачей и моментом впрыска);
• При отказе насоса система прекращала работать;
• Чувствительность к завоздушиванию;
• Зависимость давления от оборотов двигателя.

Широкое распространение такой тип впрыска получил на легковых авто и небольшом коммерческом транспорте.

Насос-форсунки

Насос-форсунки можно считать отдельной веткой в дизельных системах питания, поскольку в конструкции ТНВД как таковой не используется.

Особенность этой системы заключена в том, что форсунка и плунжерная пара объединены в единую конструкцию. Привод секции этого топливного узла осуществляется от распределительного вала.

Примечательно, что такая система может быть как полностью механической (управление впрыском осуществляется рейкой и регуляторами), так и электронной (используются электромагнитные клапаны).

Некой разновидностью этого типа впрыска является использование индивидуальных насосов. То есть для каждой форсунки предусматривается своя секция, приводимая в действие от распределительного вала. Секция может располагаться непосредственно в ГБЦ или быть вынесенной в отдельный корпус. В такой конструкции используются обычные гидравлические форсунки (то есть, система механическая). В отличие от впрыска с ТНВД, магистрали высокого давления – очень короткие, что позволило значительно увеличить давление. Но такая конструкция особого распространения не получила.

К положительным качествам насос-форсунок питания можно отнести:

• Значительные показатели создаваемого давления (самые высокие среди всех используемых типов впрыска);
• Небольшая металлоемкость конструкции;
• Точность дозировки и реализации многократного впрыска (в форсунках с электромагнитными клапанами);
• Возможность работы двигателя при отказе одной из форсунок;
• Замена поврежденного элемента не сложная.

Но имеются в таком типе впрыска и недостатки, среди которых:

• Неремонтопригодность насос-форсунок (при поломке требуется их замена);
• Высокая чувствительность к качеству топлива;
• Создаваемое давление зависит от оборотов двигателя.

Насос-форсунки получили широкое распространение на коммерческом и грузовом транспорте, а также эту технологию использовали некоторые производители легковых авто. Сейчас она не очень часто используется из-за высокой стоимости обслуживания.

Common Rail

Аккумуляторная система (Common Rail) пока является самой совершенной в плане экономичности. Также она полностью вписывается в последние стандарты экологичности. К дополнительным «плюсам» можно отнести ее применяемость на любых дизельных двигателях, начиная от легковых авто и заканчивая морскими судами.

Система впрыска Common Rail

Особенность ее заключена в том, что многофункциональность ТНВД не требуется, и в его задачу входит только нагнетание давления, причем не для каждой форсунки отдельно, а общую магистраль (топливную рампу), а уже от нее дизтопливо подается на форсунки.

При этом топливные трубопроводы, между насосом, рампой и форсунками имеют сравнительно небольшую длину, что позволило повысить создаваемое давление.

Управление работой в этой системе осуществляется электронным блоком, что значительно увеличило точность дозировки и скорость работы системы.

Положительные качества Common Rail:

• Высокая точность дозировки и использование многорежимного впрыска;
• Надежность ТНВД;
• Нет зависимости значения давления от оборотов мотора.

Негативные же качества у этой системы такие:

• Чувствительность к качеству топлива;
• Сложная конструкция форсунок;
• Отказ системы при малейших потерях давления из-за разгерметизации;
• Сложность конструкции из-за наличия ряда дополнительных элементов.

Несмотря на эти недостатки автопроизводители все больше отдают предпочтение Common Rail перед другими видами систем впрыска.

Источник http://avtokart.ru/dvigateli/shema-pitaniya-dizelnogo-dvigatelya.html
Источник Источник http://autoleek.ru/sistemy-dvigatelja/sistema-vpryska/sistemy-vpryska-dizelnyh-dvigatelej.html