Система питания дизельного двигателя

Когда в 1897 г. Рудольф Дизель создал первый работоспособный двигатель, он не мог предвидеть, какие изменения претерпит его идея. Особенно большие изменения в системе питания дизелей произошли в последние годы, что сделало эти двигатели более пригодными для применения не только на грузовых, но и на современных легковых автомобилях. Более дешевое топливо, высокая экономичность дизельных двигателей, по сравнению с бензиновыми, всегда привлекали автомобилистов, но широкое применение дизелей сдерживалось присущими им недостатками — шумностью при работе, повышенным дымлением и сложностью пуска холодного двигателя. Современные конструкции дизелей в большинстве не имеют этих недостатков.
Система питания дизеля обеспечивает подачу очищенного дизельного топлива к цилиндрам, сжимает его до высокого давления, подает его в мелкораспыленном виде в камеру сгорания и смешивает с горячим (700–900 °С) от сжатия в цилиндрах (3–5 МПа) воздухом так, чтобы оно самовоспламенилось. После завершения рабочего хода необходимо очистить цилиндры от продуктов сгорания.
Дизельное топливо отличается от бензина более высокой плотностью и смазывающей способностью. Для оценки способности дизельного топлива к самовоспламенению служит цетановое число. Существующие дизельные топлива имеют цетановое число 45–50; при этом для современных дизельных двигателей предпочтительнее более высокие числа.

Варианты впрыска топлива в камеру сгорания дизеля.
Разделенная (а) и неразделенные (б, в) камеры сгорания:
а — вихревая (фирма «Перкинс»);
б — дельтавидная (двигатель Д-245);
в — тороидальная (двигатель КамАЗ);
1 — вставка вихревой камеры;
2 — головка цилиндров;
3 — форсунка;
А — полость вихревой камеры;
Б — полость в поршне

Существует два варианта процесса смесеобразования в дизелях, обусловленных формой камеры сгорания. В первом варианте топливо впрыскивается в предварительную камеру (предкамеру), а во втором варианте впрыск топлива осуществляется непосредственно в камеру сгорания, выполненную в поршне.
Двигатели, выполненные по первому варианту, называются дизелями с разделенной камерой сгорания и обозначаются IDI (In Direct Injection), а выполненные по второму варианту — дизелями с непосредственным впрыском — DI (Direct Injection). Дизели с разделенной камерой сгорания мягче работают и меньше шумят. Тем не менее, двигатели с непосредственным впрыском все более широко используются на автомобилях, потому что их топливная экономичность примерно на 20 % выше.
Основной функциональной задачей систем питания двигателей обоих типов является подача точного количества топлива в соответствующий цилиндр и в точно определенное время. В высокооборотных дизелях легковых автомобилей процесс впрыска занимает всего тысячную долю секунды, и при этом впрыскивается только небольшая доза топлива.

Схема системы питания дизеля:
1 — топливный бак;
2 — подкачивающий насос;
3 — топливный фильтр;
4 — топливный насос высокого давления;
5 — форсунка;
6 — сливная магистраль

Для облегчения пуска дизеля в холодное время часто применяются свечи накаливания, которые отличаются от искровых свечей зажигания тем, что они являются просто электрическими нагревателями и подогревают холодный воздух перед подачей его в цилиндры двигателя в процессе пуска. Топливный бак должен удовлетворять требованиям безопасности. Топливо из бака поступает в нагнетательный трубопровод, а затем к топливному фильтру, с помощью подкачивающего насоса. Топливный фильтр должен очистить топливо от возможных загрязнений, чтобы механические примеси не попали в ТНВД и далее. К топливному баку присоединяется также сливной трубопровод, по которому в бак сливаются излишки топлива из ТНВД и форсунок.
Самым сложным и дорогим устройством системы питания дизеля является топливный насос высокого давления (ТНВД). При создании первых стационарных двигателей Рудольф Дизель выяснил, что для надежного самовоспламенения топлива оно должно подаваться в цилиндр под высоким давлением. В его конструкциях для этого использовался мощный и громоздкий компрессор. В 20-е годы. Роберт Бош разработал компактный и надежный ТНВД. Первый серийный ТНВД для грузового автомобиля был выпущен фирмой Bosch еще в 1927 году, а в 1936 был налажен выпуск ТНВД для легковых автомобилей.
ТНВД не только создает давление топлива, но и распределяет его по форсункам соответствующих цилиндров в соответствии с порядком работы двигателя. Форсунки соединяются с ТНВД трубопроводами высокого давления. Форсунки входят своей нижней частью — распылителями — в камеры сгорания. Распылители имеют очень маленькие отверстия, необходимые для того, чтобы топливо поступало в камеру сгорания в мелко распыленном виде и легко воспламенялось.
Воздушный фильтр устанавливается на впускном трубопроводе двигателя и очищает поступающий в цилиндры воздух. Выпускная система содержит трубопроводы, глушитель и часто оборудуется каталитическими нейтрализаторами и другими устройствами для снижения количества вредных веществ в отработавших газах.

Устройство автомобилей

Система питания дизеля

Дизельные двигатели относятся к тепловым двигателям внутреннего сгорания поршневого типа с внутренним смесеобразованием и самовоспламенением рабочей смеси. По принципу работы они существенно отличаются от бензиновых двигателей, использующих для воспламенения рабочей смеси внешние тепловые источники – искровое электрическое зажигание или специальный тепловой элемент.

Кроме того, у многих бензиновых двигателей смесеобразование протекает вне цилиндров двигателя – в специальном смесителе (карбюраторе), продолжается во впускном трубопроводе, и заканчивается в цилиндрах во время тактов впуска и сжатия.
У инжекторных двигателей с центральным и распределенным впрыском смесеобразование осуществляется во впускном трубопроводе, продолжаясь в цилиндрах вплоть до воспламенения смеси свечой. И лишь инжекторные двигатели с непосредственным впрыском принципиально схожи по характеру смесеобразования с дизельными двигателями, но, тем не менее, тоже имеют ряд отличий в процедуре и результатах смешивания топлива с воздухом.

Общий принцип работы четырехтактного дизельного двигателя можно описать следующим сценарием:

всасывание чистого воздуха в цилиндр через впускной клапан при движении поршня к нижней мертвой точке;
быстрое и сильное сжатие воздуха до раскаленного состояния при закрытых клапанах и перемещении поршня к верхней мертвой точке;
впрыск топлива в цилиндр, смешивание его с воздухом в камере сгорания и последующее самовоспламенение рабочей смеси с выделением теплоты, повышающей давление в цилиндре;
движение поршня вниз под действием высокого давления газообразных продуктов сгорания топлива, в результате чего совершается полезная механическая работа;
выброс отработавших газов в атмосферу при открытом выпускном клапане и перемещении поршня к верхней мертвой точке.

Далее описанный сценарий повторяется.

Двухтактный дизель работает по сокращенному «сценарию» – очистка цилиндров от продуктов сгорания (отработавших газов) и впуск свежего заряда воздуха осуществляется в период, когда поршень движется от ВМТ к НМТ и продолжается еще некоторое время после прохождения поршнем нижней мертвой точки (перекладки поршня) и движения его к ВМТ.
Затем впускное и выпускное окно в цилиндре перекрываются боковой поверхностью поршня, и начинается резкое сжатие воздуха, поступившего в цилиндр.
После сжатия и сильного разогрева воздуха осуществляется впрыск топлива, его перемешивание с воздухом, и самовоспламенение рабочей смеси. При перемещении поршня к НМТ под действием давления продуктов сгорания смеси выполняется полезная работа, и после того, как выпускное и затем впускное окна откроются, выполняется продувка цилиндра свежим зарядом воздуха.

Итак, основные отличия двигателя от классического бензинового двигателя – внутреннее смесеобразование и самовоспламенение рабочей смеси. Эти различия имеют и положительные, и отрицательные стороны.

Так, внутреннее смесеобразование позволяет эффективно использовать наддув, а у двухтактных двигателей – исключить потери топлива при продувке цилиндров, поскольку впускается чистый воздух, а не горючая смесь. Но с другой стороны, – при внутреннем смесеобразовании отводится лишь краткий миг для перемешивания топлива с воздухом, а без этого горение невозможно либо будет протекать малоэффективно.

Самовоспламенение смеси в дизелях позволяет отказаться от достаточно сложной системы зажигания, применяемой в бензиновых двигателях.
Но, если перефразировать известную пословицу, – не бывает добра без худа – для подачи топлива в цилиндры под высоким давлением (а это крайне необходимо для качественного распыливания топлива) применяется чрезвычайно дорогостоящая аппаратура – насосы высокого давления и форсунки.

Высокая степень сжатия, используемая в дизельных двигателях, тоже приводит к отрицательным последствиям, поскольку влечет за собой применение массивных деталей цилиндропоршневой группы, способных выдержать колоссальные давления.
Кроме того, из-за высоких рабочих давлений дизели работают жестче и шумнее, чем их бензиновые «собратья».

Но, как бы то ни было, дизели по сравнению с бензиновыми двигателями имеют ряд существенных преимуществ, и основным из них является высокая топливная экономичность. Так, расход топлива для получения единицы мощности у дизелей на 25…30% меньше, чем, например, у карбюраторных двигателей.

Кроме того, с учетом более высокой плотности дизельного топлива по сравнению с бензином, запас хода по топливу у дизельных автомобилей на 35…45% выше, чем у бензиновых «собратьев».
Себестоимость дизельного топлива меньше, чем себестоимость бензина, поскольку оно получается прямой перегонкой.

Немаловажно и то, что в продуктах сгорания дизельного топлива содержится меньше токсичных веществ, чем в отработавших газах бензиновых двигателей. Да, дизели зачастую сильно дымят, чадят и коптят при работе, особенно, если система питания плохо отрегулирована, но, как это ни парадоксально звучит, в этой копоти меньше яда, чем в безобидном сизом дымке из выхлопной трубы карбюраторного двигателя.

Но не только топливная экономичность и относительная экологичность выгодно отличает дизель от бензинового двигателя. Дизели надежнее. Для них характерны стабильная экономичность во всем диапазоне нагрузок, лучшая приемистость и возможность работы с нагрузкой без полного прогрева.
Дизельный двигатель «довезет» свое колесное чадо вместе с водителем и грузом до места назначения, даже если откажет бортовая электросеть – в своей работе дизель полностью автономен, если не считать пускового устройства.

Преимущества дизеля над бензиновым двигателем с точки зрения термодинамики подробнее описаны в разделе сайта, посвященном теплотехнике.

Как уже указывалось выше, слабым звеном двигателей с внутренним смесеобразованием, в том числе – дизельных двигателей, является слишком короткий отрезок времени, в течение которого топливо должно перемешаться с воздухом. Конструкторам приходится решать сложную задачу – как в течение сотых долей секунды получить топливовоздушную смесь высокого качества, способную быстро и эффективно сгореть и отдать тепло для преобразования в механическую энергию.

Это возможно применением специальных камер и объемов для смешивания топлива с воздухом, которые зачастую приводят к замысловатой форме камеры сгорания и днища поршней, для того, чтобы обеспечить завихрение и перемешивание компонентов горения.
Второй путь повышения эффективности смесеобразования – применение впрыска под очень высоким давлением, что приводит к интенсивному распыливанию порции топлива по всему объему камеры сгорания.

В результате изысканий в указанных направлениях конструкторы разработали различные устройства и технологии, значительно повышающие качество и скорость смесеобразования в дизелях и бензиновых двигателях с непосредственным впрыском, о которых будет рассказано в других статьях сайта.

Здесь мы рассмотрим классическую схему системы питания дизельного двигателя, которая включает следующие основные механизмы, приборы и устройства ( см. рис. 1 ):

топливный бак;
топливопроводы низкого давления;
топливоподкачивающий насос;
топливные фильтры грубой и тонкой очистки;
топливный насос высокого давления (ТНВД);
топливопроводы высокого давления;
форсунки;
топливопроводы системы отвода излишков топлива от форсунок и ТНВД.

Читать еще: Как оспорить штраф ГИБДД с камеры видеофиксации

Кроме перечисленных элементов, предназначенных для подачи топлива из бака в цилиндры, система питания дизеля (как и бензинового двигателя) включает:

воздушный фильтр с впускным трубопроводом для воздуха;
трубопроводы удаления отработавших газов;
приборы для очистки продуктов сгорания от вредных веществ и примесей;
устройства для снижения уровня шума при выхлопе отработавших газов (глушители, резонаторы и т. п.).

Дизельный двигатель: устройство системы питания

Система питания современного дизельного ДВС представляет собой целый комплекс устройств. Основной задачей становится не просто подача топлива к инжекторным форсункам, а еще и подача горючего под высоким давлением. Давление необходимо для высокоточного дозированного впрыска в камеру сгорания цилиндра. Система питания дизеля выполняет следующие важнейшие функции:

дозирование строго определенного количество топлива с учетом нагрузки на двигатель в том или ином режиме его работы;
эффективный впрыск топлива в заданный промежуток времени с определенной интенсивностью;
распыление и максимально равномерное распределение горючего по объему камеры сгорания в цилиндрах дизельного ДВС;
предварительная фильтрация топлива перед подачей горючего в насосы системы питания и инжекторные форсунки;

Особенности дизельного топлива

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

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

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

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

Схема устройства системы питания дизельного ДВС

Система питания дизельного двигателя состоит из следующих базовых элементов:

топливный бак;
фильтры грубой очистки дизтоплива;
фильтры тонкой очистки топлива;
топливоподкачивающий насос;
топливный насос высокого давления (ТНВД);
инжекторные форсунки;
трубопровод низкого давления;
магистраль высокого давления;
воздушный фильтр;

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

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

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

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

В системе питания дизеля присутствуют сразу два насоса:

топливоподкачивающий насос;
топливный насос высокого давления;

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

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

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

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

Инжекторные дизельные форсунки бывают двух видов:

дизельная форсунка закрытого типа;
дизельная форсунка открытого типа;

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

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

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

Система питания турбодизеля

Система турбонаддува активно применяется для эффективного повышения мощности как бензинового, так и дизельного двигателя без увеличения рабочего объема камеры сгорания в конструкции силового агрегата. Топливоподводящая система в турбированных ДВС остается практически без изменений, зато схема и способ подачи воздуха в турбомоторах существенно меняется по сравнению с атмосферными агрегатами.

Наддув в дизельном двигателе реализован путем использования турбокомпрессора. Турбина в дизельном моторе использует энергию отработавших газов. Воздух в турбокомпрессоре сжимается, далее охлаждается и нагнетается в камеру сгорания дизельного ДВС под давлением на отметке от 0,15 до 0,2 МПа.

Величина давления позволяет разделить системы турбонаддува на:

решения с низким наддувом, когда давление не превышает 0,15 МПа;
турбокомпрессор среднего наддува означает, что давление нагнетаемого в цилиндры воздуха соответствует показателю 0,2 МПа;
высокий наддув подразумевает давление свыше 0,2 МПа;

Использование турбокомпрессора для ДВС улучшает наполнение цилиндров двигателя воздухом. Автоматически происходит повышение эффективности сгорания порции впрыскиваемого топлива. Турбонаддув позволяет увеличить мощность силового агрегата на 30% и более.

Негативными последствиями в результате использования турбонаддува, особенно с высокими показателями давления нагнетаемого воздуха, является увеличение общей температуры в камере сгорания в результате интенсивного горения топлива, а также значительно возрастающие механические нагрузки на детали кривошипно-шатунного механизма (КШМ) и газораспределительного механизма (ГРМ) по сравнению с атмосферными силовыми установками.

Завоздушивание топливной системы дизеля: признаки неисправности и диагностика. Как самостоятельно найти место подсоса воздуха, способы решения проблемы.

Конструкция дизельного топливного насоса высокого давления, потенциальные неисправности, схема и принцип работы на примере устройства системы топливоподачи.

Виды дизельных форсунок в разных системах подачи топлива под высоким давлением. Принцип работы, способы управления форсунками, конструктивные особенности.

Распространенные неисправности дизельного двигателя и диагностика агрегатов данного типа. Проверка топливной системы дизельного мотора, полезные советы.

Линейка дизельных двигателей CRDi Hyundai/KIA: сильные и слабые стороны моторов данного типа, особенности эксплуатации, ремонта и обслуживания.

Назначение топливного насоса высокого давления в системе топливного впрыска дизельного двигателя. Виды ТНВД, конструктивные особенности насосов.

Система питания дизельного двигателя

Система питания современного двигателя внутреннего сгорания — это совокупность электронных и механических узлов, функция которых заключается не только в стабильной подаче топлива к форсункам, но и делать это под давлением. Если топливо нагнетается под определенным давлением, то оно распыляется и не капает в одну точку, поэтому называется дозированный многоточечный впрыск в рабочие камеры сгорания цилиндров.

Особенности дизельного ДВС

По составу дизельное топливо сильно отличается от всех марок бензина. В диз топливе содержится керосин и газойлевые соляровые фракции. При получении солярки, из нефти сначала отделяют бензин.

Качество бензина зависит от октанового числа, а солярка зависит от значения цетаного числа. На автозаправочных станция сегодня продают дизельное топливо в ценатом от 45 до 50. Для новых дизельных двигателей требуется солярка с высоким цетаном.

Краткий рабочий цикл топливной системы дизельного агрегата:

Топливо очищается от примесей.
Попадает в топливный насос высокого давления.
ТНВД сжимает топливо и оно под давлением проходит через микроотверстие в форсунке и распыляется на мелкие частички.
При движении поршня вниз, открывается всасывающий клапан и воздух поступает в камеру цилиндра и моментально нагревается от сжатия (давление сжатия от 3 до 5 Мпа) при движении поршня вверх.
Распыленное топливо смешивается с горячим воздухом, это от 700 до 900 градусов, и самовозгорается.

Кто не знает, основное отличие дизельного двигателя от бензинового не только в топливе, но в система поджига топлива. Если бензин поджигается за счет образования искры свечи, то солярка поджигается от сильного сжатия и высокой температуры.

Самыми надежными считаются свечи зажигания NGK.

Классификация дизельного топлива по температуре застывания:

летнее дизельного горючее;
зимнее;
арктическое.

Так же, эти сорта солярки немного отличаются по цвету. Опытные шофера определяют по цвету. Вязкость и плотность дизель топлива намного больше, чем у бензина. Также, солярка обладает смазывающим эффектом, поэтому оно не является обезжиривающей жидкостью, как бензин.

Работа системы питания дизельного ДВС

Функции системы питания дизеля следующие:

в зависимости от нагрузки на двигатель и режима работы ДВС нагнетать солярку в строго определенном количестве;
распылять топливо в заданный промежуток времени с нужным давлением;
максимально распылять диз топливо по всей рабочей камере сгорания цилиндра;
до того, как топливо поступит в ТНВД и форсунки, топливо проходит фильтрацию.

Устройство системы питания дизеля

Из чего состоит топливная дизельная система:

Топливный бак.
Фильтр грубой очистки топлива (ГОТ).
Фильтр тонкой очистки топлива (ТОТ).
Насос для подкачивания дизтоплива.
Топливный насос высокого давления (ТНВД).
Инжекторные форсунки.
Магистраль высокого давления.
Трубопровод низкого давления.
Фильтр очистки воздуха.

Эти элементы есть во всех модификациях дизельных агрегатов. Некоторые моторы оснащаются доп элементами: электрический насос, фильтры сажевые, глушители и т.д.

Система питания дизельного двигателя состоит из двух основных частей:

дизельное устройство для подачи топлива;
дизельное устройство для подачи воздуха.

Устройство для подачи топлива может быть в едином корпусе, а может быть раздельным. Современное устройство выполнено в раздельном типе, то есть насос ТНВД и форсунки расположены в разных корпусах. Солярка нагнетается по магистралям низкого, затем высокого давления. Все, что до ТНВД, это трубопроводы низкого давления. После ТНВД начинается сжатие топлива.

Система питания дизельного ДВС оснащается двумя насосами:

насос высокого давления;
насос для подкачки топлива.

Насос для подкачки начинает качать топливо из бака, прогоняет его через фильтры грубой и тонкой очистки и поставляет его в топливный насос высокого давления.

Насос ТНВД подает топливо под давлением в инжекторные форсунки в порядке, характерном для данного дизельного мотора. В устройстве ТНВД есть много одинаковых секций.

Читать еще: Лучшие GPS спидометры для Андроид особенности и функции

Нераздельная система подачи топлива

Система питания дизельного двигателя нераздельного типа, то есть ТНВД и форсунки расположены в одном корпусе, устанавливается в двухтактные дизельные моторы. Устройство, в котором есть и насос ТНВД и форсунка называется насос-форсункой.

Такие двигатели с нераздельной подачей топлива не распространились массово. Они часто ломаются. Хотя конструкция и проще, отсутствует магистраль высокого давления. Моторы работают с высоким уровнем шума.

Раздельная система подачи топлива

В таких двигателях форсунки устанавливают в головке блока цилиндров. Форсунки должны качественно распылять топливо по рабочим камерам сгорания цилиндров, поэтому частой проблемой плохой работы дизеля является засорение форсунок.

Насос подкачки топлива нагнетает много жидкости в ТНВД, насос высокого давления берет нужный ему объем, а остальное оттекает по дренажным линиям обратно в топливный бак.

Классификация дизельных форсунок по конструкции:

закрытая форсунка, то есть сопло у нее закрывается специальное запорной иглой;
открытая форсунка.

В четырех тактных двигателях устанавливаются форсунки закрытого вида. Внутреннее пространство форсунки сообщается с камерой сгорания только во время подачи топлива.

Главный элемент форсунок — это распылитель. Распылитель может иметь только одно отверстие или несколько. Впрыск топлива через эти отверстия создают факел в цилиндре. От пропускной способности, количества отверстий зависит форма и расположение факела.

Схема питания турбодизеля

Чтобы увеличить мощность дизельного аппарата, устанавливают турбину. Конструкция топливной системы дизельного двигателя не изменяется, если мотор с турбонаддувом. Меняется схема и вариант подачи топлива в мотор от схемы атмосферного двигателя.

Турбированный двигатель получается путем установки турбокомпрессора. В дизельном моторе турбина работает на отработавших газах. Сначала турбокомпрессор сжимает воздух, охлаждает его и подает в рабочую камеру сгорания цилиндров дизельного силового агрегата. Воздух нагнетается под давлением 0,15-0,2 МПа (Мега Паскаль).

Классификация турбонаддува по давлению:

до 0,15 Мпа;
0,2 МПа — турбокомпрессор средней мощности;
> 0,2 МПа.

Как в бензиновых, так и дизельных двигатель турбина служит для дополнительной подачи воздуха в камеры сгорания. Чем больше воздуха, тем больше и качественнее догорает топливо. Мощность двигателя с турбиной увеличивается на 30%.

Минус турбированных моторов в том, что такие агрегаты работают в более трудных условиях: повышается температура; детали, особенно цилиндро-поршневой группы (ЦПГ), кривошипно-шатунного механизма (КШМ), газораспределительного механизма (ГРМ) испытывают больше давления и, саму турбину обычно надо менять через 100 000 км пробега.

Видео

В этом видео подробно рассказывается о системе подачи топлива в дизель мотор.

Топливная система дизельных двигателей.

Система питания двигателя КАМАЗ.

Система питания дизельного двигателя

В отличие от карбюраторных двигателей, в цилиндры которых поступает готовая горючая смесь из карбюратора, горючая смесь у дизелей образуется непосредственно в цилиндрах, куда топливо и воздух подаются раздельно. Чистый воздух засасывается в цилиндры и в них подвергается очень высокой степени сжатия. Вследствие в цилиндрах двигателя создается температура превышающая температуру воспламенения дизельного топлива. Это отличие определяет особенности устройства системы питания дизелей. Все отечественные дизели унифицированы, т.е. многие детали кривошипно – шатунного механизма, газораспределительного механизма, а также приборы системы питания у них одинаковые. По сравнению с карбюраторными двигателями они более экономичны, надежны, а также способны работать на более дешевом и тяжелом топливе.

В дизельных двигателях осуществляется внутреннее смесеобразование. В цилиндры двигателя подается дозированная порция топлива под большим давлением. За счет перепада давлений между распыливающими отверстиями форсунки и камерой сгорания и происходит процесс впрыска топлива. Поршень находится почти в верхней мертвой точке, в сильно сжатый, достигающий температуры 600°С воздух, впрыскивается дизельное топливо, которое загорается без наличия свечи зажигания. С помощью топливного насоса высокого давления топливо подается из топливного бака, через топливный фильтр в систему питания двигателя. Топливо испаряется и смешивается с воздухом, что обеспечивает полное и быстрое сгорание топлива. Процесс начинается с момента впрыскивания топлива из распылителя форсункой и заканчивается полным сгоранием топлива. Топливный фильтр задерживает различные примеси и грязи. Топливо в систему подается только в том случае, если в системе нет воздуха, в насосе создается необходимое для впрыска давление и топливо распределяется по цилиндрам. Так как дизельное топливо не нуждается в зажигании и его цикл не прекращается при отключении напряжения в системе накального зажигания, в конструкции дизельного двигателя предусмотрен магнитный клапан. При выключении зажигания напряжение на нем исчезает, и канал поступления топлива закрывается. Масло для смазывания деталей топливного насоса подается под давлением из общей смазочной системы двигателя.

Процесс смесеобразования в дизельных двигателях включает в себя несколько стадий:

– развитие топливного факела;

– перегрев топливных паров;

– смешивание топливных паров с воздухом.

К дизельному топливу предъявляются высокие требования по степени очистки топлива от механических примесей, перед заправкой топливо должно отстояться. Недостатком дизельных двигателей является слишком малое время необходимое на распыливание, смесеобразование и сгорание топлива, оно примерно в десять раз меньше, чем у двигателей с внешним смесеобразованием и равно 0,001 – 0,003 с. Топливо необходимо впрыскивать в строго определенные фазы цикла, что не всегда получается при работе дизеля на всех возможных режимах.

В дизельных двигателях наибольшее распространение получили две схемы подачи топлива: разделенная и неразделенная. В разделенной системе топливо от насоса высокого давления подается по топливопроводам к форсункам. В неразделенной системе топливный насос и форсунка объединены в один узел – насос – форсунку.

Рассмотрим принцип работы разделенной системы питания дизельного двигателя.

Во время работы двигателя топливо из топливного бака 1 засасывается топливоподкачивающим насосом 2 через фильтр грубой очистки топлива 6, где отделяются крупные механические примеси. Далее топливо нагнетается подкачивающим насосом, через фильтр тонкой очистки 3 в топливный насос высокого давления 4. Затем топливо по топливопроводам высокого давления подается к форсункам 5, которые впрыскивают его в распыленном состоянии в камеры сгорания цилиндров двигателя. Несмотря ни на что, впрыскиваемое в камеру сгорания топливо, распределяется неравномерно и процесс сгорания происходит не полностью. Для более полного сгорания топлива, работа дизельных двигателей происходит при высоком коэффициенте избытка воздуха, что приводит к понижению среднего эффективного давления, литровой мощности и к увеличению веса двигателя. В топливный насос избыточное количество топлива подается подкачивающим насосом. Излишки топлива отводятся из топливного насоса по перепускной трубке во впускную часть подкачивающего насоса, через клапан, находящийся в штуцере топливопровода. Воздух в цилиндры подается через впускной коллектор (трубопровод), предварительно пройдя через воздухоочиститель (воздушный фильтр).

Топливо, впрыскиваемое форсунками, попадает в среду сжатого и нагретого воздуха, воспламеняется и сгорает. Отработавшие газы после сгорания, выходят из цилиндров двигателя через выпускной трубопровод и глушитель в окружающую среду.

Распрыскивание топлива и распределение его в воздушной среде камеры сгорания зависит от :

– конструктивных параметров двигателя;

– особенностей процесса, протекающего в цилиндре двигателя;

Энергетические и экономические показатели двигателя зависят от качества распыливаемого топлива, от того, как происходит процесс сгорания в двигателе.

К корпусу топливного насоса у дизельных двигателей в задней части установлен регулятор частоты вращения коленчатого вала . В зависимости от нагрузки двигателя он автоматически изменяет количество топлива, подаваемого в цилиндры двигателя и автоматически поддерживает частоту вращения коленчатого вала, заданную водителем.

Форсунки тонко распыливают топливо, подаваемое в камеры сгорания дизельного двигателя насосом высокого давления. Тонкость распыливания топлива характеризуется средним диаметром капель топлива.

Качество распыливания улучшается, если:

– повышается давление впрыска и увеличивается скорость струи;

– увеличивается противодавление воздуха, сжатого в камере сгорания;

– при переходе к меньшим диаметрам распыливающих отверстий форсунки.

Все детали форсунки размещены в стальном корпусе. Основная часть форсунки – корпус и игла.

Силой упругости пружины 10, передаваемой через штангу 6, игла прижата к внутренней конической поверхности распылителя и перекрывает выход топливу из полости к отверстиям распылителя.

Подъем запорной иглы производится автоматически, под давлением топлива, нагнетаемого насосом. Давление топлива действует снизу на иглу, превышает усилие пружины, стремящейся удерживать иглу в опущенном состоянии. Топливо поступает к соплам распыливающих отверстий и через них впрыскивается в камеру сгорания. Такой способ подъема запорной иглы называется гидравлическим.

Диаметр и расположение сопловых отверстий зависят от принятого способа смесеобразования и формы камеры сгорания. Размеры, взаиморасположение и качество изготовления сопловых отверстий в значительной мере предопределяют форму и направление струи, тонкость и однородность распыливания и равномерное распределение частиц распыленного топлива в камере сгорания.

Топливные баки дизельных автомобилей устроены так же, как и баки автомобилей с карбюраторными двигателями.

Топливные фильтры. Топливо, поступающее к насосу высокого давления и форсункам, не должно содержать механических примесей, могущих вызвать повреждение или повышенный износ изготовленных с высокой точностью деталей топливной аппаратуры. Поэтому в системе питания дизелей топливо многократно фильтруют.

На двигателях обычно устанавливают два последовательно работающих топливных фильтра: грубой и тонкой очистки.

В фильтре грубой очистки установлен сетчатый фильтрующий элемент, состоящий из отражателя и латунной сетки с размерами ячейки 0.09 мм. Поверх сетчатого каркаса навит ворсистый, хлопчатобумажный шнур.

В корпус ввернута резьбовая втулка, на которой смонтирован фильтрующий элемент. Резьбовая втулка прижимает к корпусу распределитель потока топлива. На распределителе потока топлива равномерно расположены восемь отверстий.

Во время работы двигателя топливо подводится в фильтр через трубку и отверстия распределителя. Часть топлива попадает под успокоитель, где остаются крупные механические примеси и вода, находящаяся в топливе. Через отверстие в успокоителе, топливо поднимается вверх к сетчатому фильтрующему элементу, очищается от мелких примесей и поступает к отводящей трубке. Для периодического слива отстоя предназначена пробка.

В фильтре тонкой очистки установлен фильтрующий элемент с набивкой из минеральной ваты, пропитанной клеящим веществом. В отверстие крышки фильтра ввернут жиклер 9, через который часть топлива из корпуса фильтра по присоединенной к жиклеру трубке все время отводится в топливный бак. За счет этого в фильтре тонкой очистки и, топливопроводе, соединяющем фильтр с насосом высокого давления, поддерживается приблизительно постоянное давление.

В нижней части корпуса предусмотрено отверстие, закрытое пробкой 1, для слива из фильтра загрязненного топлива и попавшей с топливом воды. На крышке корпуса установлен продувочный вентиль, который служит для выпуска воздуха, попавшего в топливную систему двигателя.

Воздушный фильтр по устройству и принципу действия аналогичен инерционно – масляным фильтрам карбюраторных двигателей. При использовании воздушных фильтров уменьшается изнашивание деталей цилиндропоршневой группы в несколько раз, поскольку они очищают воздух от пыли, в которой содержатся твердые частицы.

Топливный насос высокого давления служит для подачи в цилиндры дизеля в строго определенные моменты требуемого количества топлива под высоким давлением. Топливные насосы высокого давления классифицируются по трем основным признакам: конструктивному исполнению, методу дозирования количеств подаваемого топлива и числу секций.

Топливные насосы высокого давления должны обеспечивать:

Читать еще: Смотреть видео антифриз вытек можно ли ехать

– равномерное распределение топлива в камере сгорания;

– создание высокого давления впрыска, обеспечивающего тонкое распыливание топлива;

– точную дозировку порции впрыскиваемого топлива для подачи его в камеру сгорания двигателя;

– впрыск топлива в камеру сгорания в определенный момент рабочего процесса с требуемой продолжительностью;

– создание равных условий впрыска для всех цилиндров многоцилиндрового двигателя.

Топливные насосы бывают многосекционные и распределительные. Обычно у многосекционных насосов секции располагаются в одном корпусе в один или два ряда. Одна секция топливного насоса подает топливо только в один цилиндр.

Распределительные насосы имеют одну или две секции (кратное числу цилиндров).Каждая секция может подавать топливо сразу в несколько цилиндров.

Топливный насос низкого давления служит для подачи топлива к топливному насосу высокого давления.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Система питания дизельного двигателя

Дизельный двигатель все больше набирает популярность среди автолюбителей, особым спросом эти установки пользуются на европейском рынке. С момента своего первого появления, агрегат, работающий на солярке, претерпел множество изменений и улучшений в своей конструкции.

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.

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.

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.

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:

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.

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.

Источники:

http://wiki.zr.ru/%D0%A1%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%B5%D0%BC%D0%B0_%D0%BF%D0%B8%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F_%D0%B4%D0%B8%D0%B7%D0%B5%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8F
http://k-a-t.ru/dvs_pitanie/60-dizel_1/index.shtml
http://krutimotor.ru/pitanie-dizelnogo-dvigatelya/
http://autostuk.ru/sistema-pitaniya-dizelnogo-dvigatelya.html
http://tech.wikireading.ru/16257
http://avtodvigateli.com/detali/sistema-pitaniya-dizelya.html

голоса

Рейтинг статьи