Как работает топливная система дизельного двигателя?

Системы впрыска дизельных двигателей

Дизельный двигатель работает за счет самовоспламенения топлива, поданного под высоким давлением. Однако распылить топливо в цилиндре дизеля — нетривиальная задача, которую конструкторам приходится решать уже больше века. О том, какие сегодня используются системы впрыска дизельных двигателей, как они устроены и как работают, читайте в этой статье.

Особенности работы топливной системы дизельного двигателя

особенность дизельного двигателя заключается в том, что в нем используется принцип самовозгорания топлива под действием сжатого и нагретого в цилиндре воздуха. Для успешного возгорания необходимо произвести подачу топлива в цилиндр примерно в конце такта сжатия, а так как воздух в цилиндре сильно сжат, топливо тоже должно быть подано под высоким давлением — на практике в разных двигателях топливо впрыскивается под давлением от 100 до 2500 атмосфер.

С другой стороны, мало просто подать топливо в цилиндр — это необходимо сделать так, чтобы обеспечить наилучшие условия для самовозгорания и наиболее полного сгорания. Самый простой и эффективный способ — распылить топливо в цилиндре с помощью форсунки.

Таким образом, в дизельных двигателях используются системы впрыска топлива, и все они, независимо от типа, имеют два основных компонента: топливный насос высокого давления (ТНВД) и форсунки. А отличия систем заключаются в устройстве насоса и форсунок, их расположении и наличии дополнительных компонентов.

— Системы с рядным ТНВД; — Системы с ТНВД распределительного типа; — Системы с насос-форсунками;

— Аккумуляторные системы типа Common Rail («Общая магистраль»).

При этом все системы имеют большое число разновидностей, однако мы расскажем только о самых популярных типах.

Рядный ТНВД

Рядный ТНВД — наиболее простое решение, которое активно используется на протяжении многих десятилетий и даже сегодня пользуется высокой популярностью. По сравнению с другими системами, рядный насос громоздок и тяжел, поэтому он широко используется только на мощных автомобильных и тракторных двигателях.

Основу рядного ТНВД составляют плунжерные пары, число которых равно числу цилиндров. В общем случае, плунжерная пара представляет собой цельнометаллический цилиндр (плунжер), движущийся в гильзе. Двигаясь вверх, плунжер сжимает топливо, по достижении определенного давления открывается нагнетательный клапан, который выпускает сжатое топливо — оно направляется к форсунке, которой впрыскивается в цилиндр. Двигаясь в обратную сторону, плунжер открывает впускной канал, и пространство над ним наполняется новой порцией топлива. Для заполнения плунжерной пары топливом служит специальный подкачивающий насос.

Плунжеры приводятся в движение кулачковым валом по типу распределительного вала двигателя. Вал приводится в движение двигателем, ТНВД связан с двигателем через муфту опережения впрыска, которая позволяет настраивать работу насоса в зависимости от оборотов и тактов двигателя.

ТНВД распределительного типа по устройству в целом повторяет рядный ТНВД, однако в нем используется только одна или две плунжерных пары (одна пара может обслуживать от 2 до 6 цилиндров). Принцип работы распределительного насоса сводится к тому, что плунжер двигается не только вверх и вниз, но и одновременно вращается вокруг оси и поочередно открывает выпускные отверстия, через которые топливо под давлением подается к цилиндрам.

Более современный и эффективный тип распределительного ТНВД — роторный. В нем используется ротор с установленными плунжерами (от 2 до 4, они движутся навстречу друг другу), который вращается и распределяет топливо по цилиндрам.

Распределительный насос компактен и легок, однако он требует более тщательной настройки, поэтому сегодня для его управления широко применяются электронные регуляторы.

Название «насос-форсунка» говорит само за себя — в ней объединены форсунка и насосная секция, в основе которой лежит все та же плунжерная пара. Преимущество такого решения в том, что оно позволяет легко регулировать подачу топлива в каждый цилиндр, а при выходе из строя одного насоса остальные останутся в строю.

Насос-форсунка имеет большое преимущество, так как управлять ею можно с помощью распределительного вала двигателя, который расположен в головке цилиндров, то есть — там же, где и форсунки. Так что здесь не нужно использовать отдельную систему привода, а достаточно использовать уже имеющийся вал ГРМ.

Common Rail — самая современная система впрыска топлива, которая может обеспечить наилучшие характеристики работы двигателя. Эта система стала использоваться с конца 1990-х годов компанией Bosch, и к сегодняшнему дню ею оснащается практически три четверти всех сходящих с конвейеров дизельных двигателей.

Отличительная черта Common Rail — наличие так называемого аккумулятора, в котором топливо находится под постоянным высоким давлением и из него подается к форсункам. Аккумулятор — это общая топливная магистраль (это отражено в названии Common Rail, что переводится с английского, как «общая магистраль») или топливная рампа, в которую топливо нагнетается с помощью ТНВД.

Наличие аккумулятора позволяет значительно улучшить впрыск топлива через форсунки (так как они работают под постоянным давлением и только открываются в необходимые моменты, причем за один такт может производиться до 9 впрыскиваний), а также упростить ТНВД и другие детали системы впрыска.

Права на технологию Common Rail принадлежат компании Bosch.

Еще в этом разделе

Источник: http://www.autoopt.ru/articles/products/3590558/

Система подачи топлива в дизельных двигателях: разновидности и отличия

Как известно, принцип работы дизельного двигателя несколько отличается от бензиновых аналогов. Главным отличием можно считать воспламенение топливно-воздушной смеси, которое происходит не от внешнего источника (искры зажигания), а от сильного сжатия и нагрева.

Другими словами, в дизельном двигателе происходит самовоспламенение топлива. При этом горючее должно подаваться под крайне высоким давлением, так как необходимо максимально эффективно распылить горючее в цилиндрах дизельного мотора. В этой статье мы поговорим о том, какие системы впрыска дизельных двигателей сегодня активно используются, а также рассмотрим их устройство и принцип работы.

Как работает топливная система дизельного двигателя

Как уже было сказано выше, в дизельном двигателе происходит самовоспламенение рабочей смеси топлива и воздуха. При этом сначала в цилиндр подается только воздух, затем этот воздух сильно сжимается и нагревается от сжатия. Чтобы произошло возгорание, дизтопливо (солярку) нужно подать ближе к концу такта сжатия.

С учетом того, что воздух сильно сжимается, горючее также необходимо впрыснуть под высоким давлением и эффективно распылить. В различных дизельных ДВС давление впрыска может  отличаться, начиная, в среднем, с отметки в 100 атмосфер и заканчивая впечатляющим показателем более 2 тыс. атмосфер.

Для наиболее эффективной подачи топлива и обеспечения оптимальных условий для самовоспламенения заряда с последующим полноценным сгоранием смеси топливный впрыск реализован через дизельную форсунку.

Другими словами, на многих дизелях давление создает ТНВД (топливный насос высокого давления), а подача дизтоплива в цилиндры происходит через  форсунки. Что касается отличий, в разных системах топливоподачи насос может иметь ту или иную конструкцию, также по своему устройству отличаются и сами дизельные форсунки.

Еще системы питания могут отличаться по расположению тех или иных составных элементов, имеют разные схемы управления и т.д. Давайте рассмотрим системы впрыска дизельных двигателей более подробно.

Системы питания дизельных двигателей: обзор

Если разделить системы питания дизельных моторов, которые получили наибольшее распространение, можно выделить следующие решения:

• Система питания, в основе которой лежит ТНВД рядного типа (рядный ТНВД);
• Система топливоподачи, которая имеет ТНВД распределительного типа;
• Решения с насос-форсунками;
• Топливный впрыск Common Rail (аккумулятор высокого давления в общей магистрали).

Указанные системы также имеют большое количество подвидов, при этом в каждом случае тот или иной тип является основным.

• Итак, начнем с самой простой схемы, которая предполагает наличие рядного топливного насоса. Рядный ТНВД представляет собой давно известное и проверенное решение, которое используется на дизелях не один десяток лет. Такой насос активно используется на спецтехнике, грузовиках, автобусах и т.д. Если сравнивать его с другими системами, насос достаточно большой по своим габаритам и весу.

В двух словах, в основе рядного ТНВД лежат плунжерные пары. Их количество равняется количеству цилиндров двигателя. Плунжерная пара представляет собой цилиндр, который движется в «стакане» (гильзе). При движении вверх происходит сжатие топлива. Затем, когда давление достигает необходимого показателя, происходит открытие специального клапана.

В результате предварительно сжатое топливо поступает на форсунку, после чего происходит впрыск. После того, как плунжер начнет двигаться обратно вниз, открывается канал для впуска топлива. Через канал горючее заполняет пространство над плунжером, далее цикл повторяется. Чтобы солярка попадала в плунжерные пары, дополнительно в системе имеется отдельный подкачивающий насос.

Сами плунжеры работают благодаря тому, что в устройстве насоса имеется кулачковый вал. Этот вал работает подобно распредвалу в ГРМ, где кулачки «толкают» клапана. Сам вал насоса приводится от двигателя, так как ТНВД соединен с мотором при помощи муфты опережения впрыска. Указанная муфта позволяет корректировать работу и подстраивать ТНВД в процессе эксплуатации двигателя.

• Система питания с распределительным насосом не сильно отличается от схемы с рядным ТНВД. Распределительный ТНВД похож на рядный по конструкции, при этом в нем уменьшено количество плунжерных пар.

Другими словами, если в рядном насосе пары необходимы на каждый цилиндр, то в распределительном достаточно 1 или 2 плунжерных пар. Дело в том, что одной пары в этом случае достаточно для подачи горючего в 2, 3 или даже 6 цилиндров.

Это стало возможным благодаря тому, что плунжер получил возможность не только двигаться вверх (сжатие) и вниз (впуск), но также вращаться вокруг оси. Такое вращение позволило реализовать поочередное открытие выпускных отверстий, через которые дизтопливо под высоким давлением подается на форсунки.

Дальнейшее развитие этой схемы привело к появлению более современного роторного ТНВД. В таком насосе применен ротор, в котором установлены плунжеры. Указанные плунжеры движутся навстречу по отношению друг к другу, а ротор осуществляет вращение. Так происходит сжатие и распределение солярки по цилиндрам мотора.

Главным плюсом распределительного насоса и его разновидностей является сниженный вес и компактность. При  этом настраивать данное устройство сложнее. По этой причине дополнительно используются схемы электронного управления и регулировки.

• Система питания типа «насос-форсунка» представляет собой схему, где изначально отсутствует отдельный ТНВД. Если точнее, форсунка и насосная секция были объединены в одном корпусе. В основе лежит уже знакомая плунжерная пара.

Решение имеет ряд преимуществ по сравнению с системами, в которых использован ТНВД. Прежде всего, можно легко отрегулировать подачу топлива в  отдельные цилиндры. Также в случае выхода одной форсунки из строя, остальные будут работать.

Также использование насос-форсунок позволяет избавиться от  отдельного привода ТНВД. Плунжеры в насос-форсунке приводятся в действие от распредвала ГРМ, который установлен в ГБЦ.  Такие особенности позволили дизельным моторам с насос-форсунками получить широкое распространение не только  на грузовиках, но и на крупных легковых автомобилях (например, дизельные внедорожники).

• Система Сommon Rail является одной из самых современных решений в области топливного впрыска. Также данная схема питания позволяет добиться максимальной экономичности одновременно с высоким КПД дизельного двигателя. Параллельно снижается и токсичность отработавших газов.

Система была разработана немецкой фирмой Bosch в 90-х годах. С учетом очевидных преимуществ за короткое время подавляющее большинство дизельных ДВС на легковых и грузовых авто стали оснащать исключительно Сommon Rail.

Общая схема устройства основана на так называемом аккумуляторе высокого давления. Если просто, горючее находится под постоянным давлением, после чего подается к форсункам. Что касается аккумулятора давления, данный аккумулятор фактически является топливной магистралью, куда горючее нагнетается при помощи отдельного ТНВД.

Система Сommon Rail частично напоминает бензиновый инжекторный двигатель, который имеет топливную рампу с форсунками. Бензин в рампу (топливную рейку) нагнетается под небольшим давлением бензонасосом из бака. В дизеле давление намного выше, горючее нагнетает ТНВД.

Благодаря тому, что давление в аккумуляторе постоянное, стало возможным реализовать быстрый и «многослойный»  впрыск топлива через форсунки. Современные системы в двигателях Common Rail позволяют форсункам сделать до 9 дозированных впрысков.

В результате дизельный двигатель с такой системой питания экономичный, производительный, работает мягко, тихо и эластично. Также использование аккумулятора давления позволило сделать конструкцию ТНВД на дизельных моторах более простой.

Добавим, что высокоточный впрыск на двигателях Common Rail является полностью электронным, так как за работой системы следит отдельный блок управления. В системе используется группа датчиков, которые позволяют контроллеру точно определить, сколько дизтоплива нужно подать в цилиндры и в какой момент.

Подведем итоги

Как видно, каждая из рассмотренных систем питания дизельного двигателя имеет  свои преимущества  и недостатки. Если говорить о простейших решениях с рядным ТНВД, их главным плюсом можно считать возможность ремонта и доступность обслуживания.

В схемах с насос-форсунками  нужно помнить о том, что данные элементы чувствительны к качеству топлива и его чистоте. Попадание даже мельчайших частиц может вывести из строя насос-форсунку, в результате чего дорогостоящий элемент потребует замены.

Что касается систем Common Rail, главным недостатком является не только высокая начальная стоимость таких решений, но и сложность и дороговизна последующего ремонта и обслуживания. По этой причине за качеством топлива и состоянием топливных фильтров нужно постоянно следить, а также своевременно проводить плановое обслуживание.

Источник: http://krutimotor.ru/sistemy-vpryska-dizelnogo-dvigatelya/

Как работает топливная система дизельного двигателя?

Топливная аппаратура выполняет важную роль в автомобиле. Она обеспечивает нормальную работу двигателя, ведь с ее помощью осуществляется нагнетание топлива через трубопроводы к форсункам.

В дизельном моторе поступающая смесь загорается самостоятельно. То есть, в этом процессе не участвует искра зажигания. Свечи накаливания, устанавливаемые в цилиндрической головке устройства, необходимы для выполнения важной функции. Главной их задачей является нагревание воздуха, который находится внутри камеры сгорания, когда мотор автомобиля еще полностью не прогрет.

Нагревание воздуха с помощью свечей накаливания немного облегчает возгорание смеси.

Когда же мотор будет запущен, свечи накаливания должны быть отключены в обязательном порядке. В противном случае их нагревательные элементы накалятся, и свечи могут сломаться.

Дизельный двигатель

Требования к дизельной топливной смеси

Топливная система дизельного двигателя сможет нормально функционировать только в том случае, если топливо будет подобрано правильно. Использовать бензин не следует, поскольку он не совмещает в себе всех необходимых характеристик.

Дизельное топливо имеет такие преимущества:

• Оно обладает большей вязкостью по сравнению с бензином, из-за чего оно медленнее воспламеняется;
• При этом температура кипения жидкости является более высокой, а, следовательно, происходит испарение меньшего количества вещества;
• Кроме того, из-за специального состава, самовоспламенение становится менее выраженным, а это очень важно для моторов с высокими оборотами. Особенно это заметно при расходе горючего. Также большую роль состав играет и для эксплуатационных характеристик машины. Способность дизельного горючего к самовоспламенению обычно измеряется с помощью цетанового числа. Так, чем оно выше, тем быстрее произойдет самовоспламенение вещества. Как правило, дизельное топливо, которое применяется в автомобилях, не обладает цетановым числом выше 50 единиц;
• Одним из главных условий нормальной работы устройства считается чистота смеси. Ведь если в нем будут иметься какие-то посторонние частички, то впрыск горючего будет происходить с некоторыми затруднениями. В результате работа системы будет нарушена. Поэтому следует использовать специальный фильтр, который служит для очистки горючего от различных механических частичек, воды, а также органических примесей.

Условия нормальной работы системы

Топливная система дизельного двигателя

Чтобы топливная аппаратура дизельных двигателей работала устойчиво, должны быть соблюдены такие условия:

• Высокое давление и температура камеры сгорания;
• Смешивание жидкости с воздухом в оптимальном объеме;
• Угол опережения впрыска обязательно должен соответствовать частоте вращения коленчатого вала;
• Параметры воздуха также должны находиться на наиболее благоприятном для работы аппаратуры уровне. Ведь здесь после впуска топлива и его сжатия определяются все необходимые параметры. К таковым относятся: степень сжатия мотора, температура стенок на головке поршня, наполнение камеры воздухом, а также установление его количества.

Наиболее заметное отличие дизельных автомобилей состоит в следующем: степень сжатия, показывающая, насколько уменьшилась емкость цилиндра во время холостого хода, является другой.

Как правило, в бензиновом двигателе она не превышает 10, а в дизельных моторах это число может быть увеличено до 20 и более. Ведь чем выше этот параметр в двигателе, чем больше температура камеры сгорания, тем легче осуществляется воспламенение топливно-воздушной смеси. А соответственно, запуск мотора также происходит намного быстрее, что увеличивает его эксплуатационные характеристики.

Строение системы

Топливная аппаратура состоит из таких элементов:

1. комплект форсунок;
2. насос высокого давления;
3. трубопровод, работающий даже при очень высоком давлении, который соединяет форсунки.

За счет угла опережения впрыска можно узнать, за какую величину, измеряемую в градусах, начинается впрыск топливной смеси в цилиндр. Давление воздуха в системе может быть повышено из-за использования механического или инерционного наддува. Дизельные моторы обычно оснащаются турбокомпрессорами, что необходимо для повышения экономичности в работе устройства, благодаря использованию энергии выхлопных газов, которые еще не успели выйти наружу.

Устройство

Топливная аппаратура включает:

• распылитель, имеющий несколько отверстий, через которые струя жидкости попадает в камеру сгорания;
• форсунка, которая состоит из распылителя и механизма регулировки давления;
• топливный фильтр, очищающий вещество, которое поступает на ТНВД, что защищает систему впрыска от повреждений.

Для чего нужна топливная система?

Назначение аппаратуры заключается в следующем: с помощью механизма происходит транспортировка топлива к форсункам. Это происходит под высоким давлением, которое составляет несколько десятков мегапаскалей.

Важно учитывать, что количество нагнетаемой жидкости не должно быть выше или ниже установленной нормы. То есть, оно должно полностью соответствовать параметрам двигателя. Именно поэтому на ТНВД устанавливается специальный всережимный регулятор. Продолжительность впрыска, а также количество горючего, сосредоточенного в камере, определяются положением цилиндра аппаратуры. А вот начало и конец впрыска можно определить за счет прохождения плунжером необходимых отверстий, которые имеет цилиндр. Еще одним очень важным фактором работы системы считается давление начала открытия форсунки, которое и определяет уровень впрыска.

Регулировка топливной аппаратуры

Этот процесс заключается в том, чтобы диагностировать и отремонтировать форсунки, а также ТНВД. Выполнить такую процедуру в домашних условиях очень сложно, ведь она не только требует определенных умений и навыков – для ее выполнения могут понадобиться специальные инструменты.

Диагностировав систему своевременно, можно предостеречь себя от столкновения с проблемами различного рода. Только после нахождения «слабого звена» можно начинать выполнение и других действий.

Конечно, некоторые операции по ремонту топливной системы можно попытаться осуществить самостоятельно. Однако в таком случае возможен риск повреждения деталей, а значит, усугубления ситуации. Да и вообще, для этого процесса нужно специальное дорогостоящее оборудование, которое не целесообразно покупать только для одного единичного случая.

Вам также может понравиться

Источник: https://autodont.ru/fuel-system/toplivnye-sistemy-dizelnogo-dvigatelya