Система питания дизельного двигателя: устройство

За последние годы технологии дизельных двигателей прошли значительный путь развития. Почти половина всех легковых машин, которые продаются в европейских странах – это автомобили с модифицированным под дизельное топливо силовым агрегатом. Сегодня такие моторы больше не создают клубы густого черного дыма, а шум при работе такого ДВС уже давно в прошлом. Силовые агрегаты на соляровом топливе на сегодняшний день не только экономичные, но и более экологически чистые по сравнению с агрегатами на бензине. Такие автомобили имеют более высокие характеристики по мощности, а динамические показатели стали лучше в десятки раз. Современный мотор на соляровом масле более тихий. Давайте рассмотрим, как так вышло, что такие ДВС лучше соответствуют нормам по токсичности выбросов и значительно выигрывают в тяговых и экономичных параметрах.

Принцип работы и схема

Система питания дизельного двигателя отличается иной конструкцией. Хотя на первый взгляд может показаться, что ДВС на соляре совсем не имеет хоть каких-то отличий от мотора на привычном бензине. Ведь здесь нет ничего особенного, а устройство и внутренние узлы агрегата такие же. Да и по сути, система питания дизельного двигателя, назначение которой – подавать горючую смесь в камеры сгорания, практически не имеет отличий. Здесь такие же поршни, цилиндры, шатуны. Но это только на первый взгляд.

На самом деле основное и принципиальное отличие - это система питания дизельного двигателя. Здесь можно видеть значительную разницу в способах образования и зажигания смеси из горючего и воздуха. Что в карбюраторном, что в обыкновенном инжекторном агрегате смесь создается не в цилиндрах, а в впускном тракте системы. Воспламенение смеси в таких моторах происходит не от искры, а от температур в цилиндре.

Система питания воздухом дизельного двигателя подает в цилиндры очищенный воздух, который впоследствии сильно сжимается, а затем нагревается до 900 градусов. Топливо под высоким давлением при помощи системы впрыска подпадает в камеры сгорания в тот момент, когда поршень подходит к своей верхней мертвой точке. Воздух уже достаточно горячий, а когда горючее смешивается с воздухом, происходит воспламенение. Смесь воспламеняется, создавая при этом рост давления. Это влечет за собой шум и жесткость работы таких моторов. Так, можно применять более дешевые горючие вещества, а мотор может работать даже на очень бедных смесях. Отсюда и более высокая экономичность. Такая схема система питания дизельного двигателя отличается более высоким КПД и, соответственно, крутящим моментом. Недостатками считается шум, вибрации, уменьшенная мощность на литр и некоторые трудности при попытке холодного запуска, а также возможные неисправности (система питания дизельного двигателя старых моделей более подвержена воздействию некачественного топлива). Однако в новых модификациях автомобилей, рассчитанных на такой вид горючего, этих проблем уже нет.

Устройство топливных систем

Система питания дизельного двигателя является особенно важной частью. Она должна обеспечить подачу необходимого количества горючего непосредственно в камеры сгорания.

Система питания дизельного двигателя: устройство

Процесс подачи топлива начинается с насоса высокого давления. Он принимает солярку из бака, которая подается при помощи насоса для низкого давления. Затем необходимые порции солярки нагнетаются в топливную магистраль форсунок гидромеханического типа для каждого из цилиндров. Эти форсунки под воздействием высокого давления в магистралях открываются, а закрываются, когда давление снижается.

Виды ТНВД

В природе существуют всего лишь два вида насосов высоко давления. Это рядный насос с многоплунжерной системой и распределительный насос.

Рядный насос

Данный ТНВД представлен в виде нескольких секций по количеству цилиндров. Каждая секция имеет отдельную гильзу и плунжер. Привод плунжера – кулачковый вал, который вращается от силового агрегата. Такие механизмы располагаются в ряд, поэтому и имеют соответствующее название. Их на сегодняшний день фактически не используют в конструкциях. Эти устройства не справляются с современными требованиями по уровню шума и экологичности. Также уровень давления, которое могут создавать такие насосы, зависит от количества оборотов коленчатого вала. Система питания дизельного двигателя «Камаз» имеет насос именно такого типа.

Устройство распределительного типа

Более современная система питания дизельного двигателя и ТНВД распределительного типа позволяет создавать более высокие показатели давления для системы впрыска. Кроме этого, такие насосы полностью соответствуют всем современным нормативам по токсичности и шуму. Эта система питания дизельного двигателя способна поддерживать необходимое давление в магистралях и системах питания при разных режимах работы мотора.

Распределительный насос высокого давления оснащен одним плунжером, который совершает поступательные движения для нагнетания топливной смеси, а также вращается для того, чтобы улучшить распределение горючего по форсункам. Эти устройства отличаются компактностью, равномерностью подачи, отличными рабочими показателями. Однако для того, чтобы эти устройства могли работать более эффективно, нужно следить за чистотой дизтоплива. Солярка работает в качестве смазки, а зазоры в узлах деталей очень маленькие.

Форсунки

Главное предназначение форсунок – это распыление смеси в камеру сгорания. Сколько горючей смеси будет распылено, оценивается по тонкости и однородности распыления, равномерности, отсечке, поддержке необходимого давления.

Форсунки разделяют на две группы по особенностям конструкции. Различают открытые и закрытые детали. Самый ответственный элемент этого узла – распылитель. Эта деталь выбирается в зависимости от типа камеры сгорания и того, как создается смесь дизеля и воздуха.

В форсунке закрытого исполнения давление, которое необходимо для распыления смеси, напрямую зависит от отношения площадей сечений плунжера и отверстий в сопле. Давление, которого будет достаточно для открытия форсунки, определяют тем усилием, которое нужно для затяжки пружины, создающей нагрузку на запорную иглу.

Раньше широко применялись форсунки с управлением посредством гидравлической системы. Дизтопливо подается к форсунке с помощью трубопровода под высоким давлением. Трубопровод, в свою очередь, соединяется со штуцером. Внутри штуцер имеет фильтр в виде сетки. Когда горючее прошло фильтр, тогда оно проходит во внутренние каналы форсунки и распылителя. Система питания дизельного двигателя «Камаз» 740 оснащена именно такими форсунками.

Непосредственно впрыск начинается тогда, когда давление, которое создает насос высокого давления, растет, вследствие чего сжимается пружина и открывается проход смеси к соплам. Когда давление падает, игла опускается и закрывается сопла. Здесь впрыск заканчивается.

Распылители в форсунках такого типа имеют несколько отверстий. Общее число отверстий зависит от того, как выполняется смесеобразование. Закрытые форсунки имеют преимущество. Здесь лучше проходит распыление, особенно на пониженных оборотах. Меньше течет дизель, их гораздо проще регулировать.

Камеры сгорания

Для легковых автомобилей эти узлы были преимущественно неразделенными. Процесс впрыска производится не в полость над поршнем, а в специальную камеру в ГБЦ. При этом существовало два вида процесса смесеобразования. Это предкамерный (или форкамерный) и вихрекамерный.

При использовании последнего вида процесса сгорание начинается в отдельной камере, которая имеет форму шара. В момент начала такта насос подает воздушную смесь в предкамеру и в ней же образуется как бы вихрь. Затем происходит впрыск и смешивается с воздухом.

Так, процесс сгорания состоит из двух ступеней. Это позволило значительно снизить нагрузку на поршни, а звук мотора стал значительно мягче. Недостаток таких моторов – это повышенный расход из-за потерь на поверхности камеры сгорания, огромных потерь на перетекание воздуха в отдельную камеру, а также попадания смеси в цилиндр. Также пусковые качества силового агрегата значительно хуже.

В моторах с неразделенной камерой горючее впрыскивается прямиком в полость цилиндра, в свою очередь, камера сгорания расположена на дне поршня. Подобную схему еще совсем недавно применяли на агрегатах с большими объемами, но низкими оборотами. Эти моторы оказались гораздо экономичнее, нежели агрегаты, оснащенные разделенной системой камер. Но использование их на небольших моторах было сопряжено с трудностями организации процесса, а также высоким уровнем шумов и вибрациями на разгоне.

Сегодня система питания дизельного двигателя, устройство которой мы рассмотрели, управляется электроникой, поэтому процесс дозирования значительно оптимизирован в агрегатах с неразделенной камерой, а также снизилась шумность при работе.

Система Common Rail

Вследствие некоторого ужесточения норм по экологии и выбросу токсичных веществ, которые предъявляли к силовым агрегатам на солярке, система питания дизельного двигателя подверглась некоторым изменениям. Поговорим об этом более подробно.

Что это такое?

Common Rail - это система впрыска, которую можно охарактеризовать, как впрыск смеси воздуха и дизеля под достаточно высоким, но атмосферным давлением. В результате с этой схемой можно понизить расход, а мощность увеличится.

Конечно, это далеко не все, на что способна эта схема. Удалось понизить шум и увеличить крутящий момент. Новая система стала особо популярной И сегодня каждая вторая машина оснащается вот этой самой схемой.

Недостатками системы считают высокие требования, которые предъявляются к качеству солярки. Если даже самые мелкие частицы проникнут в систему питания, тогда форсунки с управлением от ЭБУ могут выйти из строя.

Основные неисправности

Система питания дизельного двигателя имеет свойство изнашиваться и порой выходит из строя. Часто это может происходить из-за отказа работы устройств электроники и топливопроводных магистралей.

Основными неисправностями считаются засоры и разгерметизация. Также иногда случаются неполадки в работе насоса низкого давления.

Итак, мы выяснили, какое устройство имеет система питания топливом дизельного двигателя. Есть еще множество стандартных неисправностей, но это тема для другой статьи.