Топливная система дизельного автомобильного двигателя: устройство и принцип работы

У многих из нас дизельные двигатели ассоциируются в первую очередь с шумными моторами, которые не отличаются должностными мощностными показателями. Однако современные дизели благодаря использованию автоматических систем управления и измененному принципу работы существенно прибавили в показателях мощности, избавились от характерной дрожи и своего тракторного звука. Неудивительно, что с учетом отличной тяги и топливной экономичности дизельные моторы сегодня пользуются все большей популярностью. В этой статье мы поговорим с вами о том, что представляет собой топливная система дизельного двигателя и что такое ТНВД.

Устройство

Дизели используют свойство солярки воспламеняться при высоком давлении. Именно поэтому особенностью устройства топливной системы у дизелей является наличие необходимости поддерживания высокого давления в системе.

При этом такие силовые агрегаты не имеют классических свечей накаливания, которые в бензиновых моторах воспламеняют смесь в цилиндрах.

Устройство топливной системы состоит из следующих элементов:

• Фильтр грубой и тонкой очистки;
• Топливный бак;
• Подкачивающий насос;
• Топливный насос высокого давления;
• Форсунки.

В зависимости от конкретной модификации силового агрегата топливная система дизельного двигателя может иметь различные дополнительные элементы. Автовладельцу лишь необходимо знать какая компрессия должна быть в моторе его автомобиля.

Устройство системы питания у дизельного двигателя отличается простотой.

Принцип работы следующий:

1. Из бака топливо при помощи топливного насоса высокого давления и дополнительного подкачивающего насоса помпового или шестеренчатого типа заканчивается в систему, проходя первоначально через фильтр грубой очистки, в котором из топливной смеси удаляются крупные включения.
2. Непосредственно перед топливным насосом располагается уже фильтр тонкой очистки.
3. Топливо через форсунки попадает в цилиндры, где под действием высокого давления, которое возникает за счет движения поршней, воспламеняется, что и приводит в движение поршни и коленвал.

За создание в системе колоссального давления отвечает ТНВД. Для начала разберем, что такое ТНВД. Большинство модификаций таких топливных насосов высокого давления приходит в движение от вращающегося вала, который связан с распредвалом. Конструкция топливного насоса высокого давления состоит из нескольких секций, число которых соответствует количеству цилиндров.

Подобная сложная конструкция этого узла обуславливает высокую стоимость этой запчасти. Поэтому ремонт ТНВД приводит к существенным затратам автовладельца.

Непосредственно за подачу топлива в ТНВД отвечает подкачивающий насос, который забирает солярку из топливного бака. За дополнительное увеличение давления в системе отвечает специальный плунжер, который конструктивно находится за насосом высокого давления. Этот плунжер нагнетает топливо в форсунки, которые распыляют мельчайшие частички солярки внутри камеры сгорания.

Следует сказать, что использование сразу нескольких фильтрующих элементов обусловлено зависимостью долговечности и беспроблемности эксплуатации силового агрегата от качества используемого топлива. Именно поэтому вопросам качества используемой солярки необходимо уделить должное внимание.

Сегодня не редкость изготовление топлива с большим содержанием серы. Удалить из топлива такую серу с помощью фильтрующих элементов невозможно. Тогда как такая сера в солярке приводит к появлению нагара в топливной системе дизельного двигателя.

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.

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.

“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.

Турбины

Большинство модификаций современных моторов используют дополнительные турбины, которые позволяют существенно повысить мощность силового агрегата. Отдельные силовые агрегаты оснащаются двумя, тремя и даже четырьмя такими турбинами. Использование таких небольших по объему нагнетателей позволяет одновременно улучшить показатели мощности и избавляет от характерной турбоямы, которая проявляется в существенной задержке ускорения при нажатии на педаль газа.

Современные турбированные дизели по мощности даже превосходят атмосферные бензиновые силовые агрегаты. При этом, по показателям топливной экономичности, они на 20-30% лучше, нежели чем бензиновые моторы.

В то же время следует сказать, что наличие турбины может отрицательно сказаться на показателях надежности силового агрегата. Во время работы турбина может вращаться с высокой скоростью, и при этом на этот узел неизменно приходится повышенная нагрузка. Поэтому не редкость поломки, которые вызваны усталостью этого узла, а также использованием некачественного масла.

Следует сказать, что устройство турбины дизельного двигателя отличается повышенной сложностью, и в большинстве случаев устранение таких неполадок заключается в замене вышедшего из строя элемента.

Тюнинг

Чип тюнинг дизельных двигателей может выполняться как путем перепрограммирования блока управления, так и за счет изменения давления турбины.

Следует сказать, что чип тюнинг дизельного двигателя отличается простотой и имеет доступную стоимость. При этом он позволяет существенным образом увеличить показатели мощности мотора без снижения его ресурса работы.

Отметим, что для качественной работы такого чипованного силового агрегата необходимо удалить катализаторы или поставить их обманки. Следует помнить о том, что чип тюнинг дизельного двигателя должен выполнять исключительно опытный специалист, который знает, какая компрессия должна быть в моторе.

В настоящее время существуют различные программы увеличения мощности силового агрегата путем перепрограммирования его блока управления. В данном случае имеется возможность как легкого тюнинга, так и кардинальное увеличение мощности.

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://dvigatels.ru/uhod/toplivnaya-sistema-dizelnogo-dvigatelya.html
Источник Источник Источник Источник http://press.ocenin.ru/sistema-podachi-topliva-dizelnogo-dv/