Устройство топливной системы дизельного двигателя

Принцип работы и устройство дизельного двигателя

Конструктивные особенности и эксплуатационные характеристики предопределили страсть или отторжение автомобилистов по отношению к агрегатам на “тяжелом топливе”. Так как же работает дизельный двигатель, каково его устройство, принцип работы и преимущества?

Времена, когда автомобиль с дизельными моторами ассоциировались с чадящими и тихоходными, давно остались за поворотом. Каждый автомобилист знает, что транспортное средство с агрегатом на “тяжелом топливе” издает характерные тарахтящие звуки, его выхлоп странно пахнет. Современные моторы награждают своих владельцев умеренным расходом топлива, впечатляющей эластичностью (крутящим моментом, доступным в относительно широком диапазоне оборотов) и иногда ошеломительной динамикой на зависть некоторым бензиновым автомобилям. Но при этом они требовательны к качеству солярки, а ремонт компонентов топливной системы может быть весьма дорогим.

Особенности конструкции

Дизельные двигатели, разумеется, не имеют таких колоссальных отличий как роторно-поршневой двигатель Ванкеля, устройство которого абсолютно не похоже на “анатомию” традиционного ДВС, но у него имеется ряд особенностей, которые проводят между ним и бензиновыми моторами черту.

У дизеля также есть кривошипно-шатунный механизм, но его степень сжатия существенно выше – 19-24 единицы против 9-11 единиц соответственно. Принципиальное отличие дизельного двигателя от бензинового заключается в том, как формируется, воспламеняется и сгорает топливно-воздушная смесь.

У дизельного ДВС отсутствуют свечи зажигания и, соответственно, воспламенение топливно-воздушной смеси происходит от сжатия. При этом, воздух и солярка подаются раздельно. Также следует отметить, что практически ни один современный дизель не обходится без системы наддува, которая используется для повышения рабочих характеристик агрегата. Для оптимизации наддува в максимально широком диапазоне оборотов используются турбонагнетатели с изменяемой геометрией. Дизельный агрегат имеет более высокий коэффициент полезного действия, но он тяжелее и выдает больший крутящий момент при низких оборотах, нежели бензиновый ДВС.

Принцип работы дизельного двигателя

Как работает дизельный двигатель и, самое главное, как происходит воспламенение топлива в камере сгорания, если у агрегата данного типа нет свечей зажигания? Сперва воздух поступает в цилиндры. В конце такта сжатия, когда поршень почти достиг верхней мертвой точки, температура воздуха в камере сгорания достигает высоких значений (порядка 700-800 градусов) и затем в цилиндры впрыскивается дизельное топливо, которое воспламеняется самостоятельно, без искрового зажигания. Тем не менее, свечи в дизельном агрегате все-таки есть, но то – свечи накаливания, а не зажигания, которые нагревают камеру сгорания для облегчения запуска двигателя в холодное время.

Работа свечи накаливания в дизельном двигателе

Они представляет собой спираль (бывают с металлической и керамические), могут быть установлены в вихревой камере или в форкамере (если речь идет об агрегатах с раздельной камерой сгорания) или непосредственно в камере сгорания (если она нераздельная). При включении зажигания свечи накаливания практически мгновенно, за считанные секунды они раскаляются до температур в районе тысячи градусов и нагревают воздух в камере сгорания, облегчая процесс самовоспламенения топливно-воздушной смеси.

Типы дизельных двигателей

Широко распространены моторы с раздельной камерой сгорания – топливо впрыскивается в специальную камеру в головке блока над цилиндром и соединенную с ним каналом, а процесс горения происходит не совсем так как у бензиновых ДВС. В этой вихревой камере поток воздуха интенсивнее закручивается, что способствует более эффективному смесеобразованию и самовоспламенению, которое продолжается в основной камере сгорания. Кстати, дизельные моторы с раздельной камерой сгорания менее шумные из-за того, что применение вихревой камеры снижает интенсивность нарастания давления при самовоспламенении.

У дизелей с неразделенной камерой сгорания процесс самовоспламенения происходит непосредственно в надпоршневом пространстве. Агрегаты данного типа несколько шумнее.

Что такое Common Rail

Common Rail – современная система впрыска топлива, разработанная компанией Bosch и использующая принцип подачи солярки к форсункам от топливной рампы, являющейся аккумулятором высокого давления. Common Rail позволяет сделать агрегат тише, при этом более экономичным и экологичным. Еще одним преимуществом использования общей топливной рампы являются широкие возможности регулировки давления топлива и момента его впрыска, поскольку эти процессы разделены.

Какие существуют системы подачи топлива в дизельном ДВС

Как мы знаем, в дизельном ДВС топливо воспламеняется не от внешнего источника (искра зажигания в бензиновом моторе), а в результате сильного сжатия и нагрева. При этом топливно-воздушная смесь подается и распыляется в цилиндрах под высоким давлением. С этой целью в дизелях используются разные типы систем подачи топлива.

Топливная система дизельных ДВС: основные принципы

Сначала воздух подается в цилиндр, затем сжимается, нагреваясь в процессе до экстремальных температур, и лишь к концу такта сжатия в цилиндр подается дизельное топливо. Подается таким образом: впрыскивается в камеру сгонария под высоким давлением (от 100 до 2000 атмосфер) и распыляется. Поэтому, вне зависимости от типа топливной системы дизеля, в ней всегда есть два компонента:

• тот, что создает высокое давление – топливный насос высокого давления (ТНВД)
• и тот, что впрыскивает и разбрызгивает горючее по камере – форсунка.

В зависимости от типа топливной системы дизельного ДВС, отличается конструкция ТНВД и устройство форсунок. Также отличаются схемы управления этими элементами и место их расположения.

Основные типы топливных систем дизеля

Наибольшее распространение получили 4 типа топливных систем дизельных моторов:

• рядный ТНВД
• ТНВД распределительного типа
• насос-форсунки
• система Common Rail

Рядный ТНВД – проверенное десятилетиями решение, которое активно применяется на грузовой и специальной технике с дизельными моторами. В основе этой системы подачи топлива находится работа плунжерной пары. Цилиндр движется в гильзе, создавая давление и сжимая топливо до необходимых показателей. Как только они достигнуты, открывается специальный клапан, подающий топливо на форсунку, которая впрыскивает его в цилиндр. Плунжер в это время движется вниз, открывает канал для впуска горючего в пространство гильзы с помощью топливоподкачивающего насоса, и цикл повторяется.

Работа самого плунжера становится возможна благодаря кулачковому валу, который приводится от мотора. Кулачки «толкают» клапана, а мкфта опережения впрыска, соединяющая ТНВД и двигатель, корректирует работу топливной системы.

Неоспоримые достоинства системы подачи топлива с рядными ТНВД – их ремонтопригодность и доступность обслуживания.

ТНВД распределительного типа конструктивно напоминает рядный топливный насос. Отличие заключается в количестве плунжерных пар. Если в рядном ТНВД одна пара идет на один цилиндр, то в распределительном работы одной плунжерной пары достаточно, чтобы обслуживать два, три, и даже шесть цилиндров. Это достигается через опцию вращения плунжера вокруг оси. Вращаясь, плунжер поочередно открывает выпускные клапана, подавая горючее на форсунки нескольких цилиндров.

Эволюция распределительных ТНВД привела к тому, что появились уже роторные топливные насосы: в них плунжеры помещаются в ротор и в процессе работы движутся навстречу двуг другу, пока ротор вращает их, распределяя тем самым топливо по камере сгорания.

Преимущество системы подачи топлива с распределительным ТНВД – компактность самого устройства. Недостатки – сложность настройки, применение схем электронного управления и корректировки работы.

Система подачи топлива в цилиндр с помощью насос-форсунок вообще исключает необходимость ТНВД как отдельного элемента. В этом случае, форсунка и насосная секция – это один узел в общем корпусе.

В результате достигается легкость регулировки подачи топлива в конкретный цилиндр, а при выходе из строя одной насос-форсунки, остальные продолжают работать, что облегчает ремонт. Конструктивно, насос-форсунки приводят в действие плунжеры распредвал ГРМ в головке блока цилиндров.

Система подачи топлива насос-форсунками распространена не только на грузовых, но и на легковых автомобилях. К недостаткам ее можно отнести высокую стоимость запчастей, а также крайнюю чувствительность к качеству дизельного топлива. Мельчайшие примеси в горючем могут легко вывести из строя насос-форсунку, что отражается на стоимости эксплуатации такого решения в личном автомобиле.

Система Common Rail стала своего рода прорывом в части решения механизма подачи топлива в дизельных ДВС. Эта система позволяет экономить топливо при высоком КПД дизеля, что и сделало ее такой популярной. Common Rail придумали инженеры Bosch еще в 90-х годах. Сегодня большинство дизельного транспорта оснащается именно Коммон Реил.

Главное отличие этой системы – наличие аккумулятора высокого давления в общей магистрали. Туда топливо нагнетается отдельным ТНВД, чтобы затем под постоянным давлением подаваться на форсунки. Именно постоянство давления дает возможность быстро и эффективно впрыскивать горючее в цилиндр. Как результат – производительная, мягкая и комфортная работа дизельного двигателя. Бонусом – упрощение конструкции самого ТНВД в системе Common Rail.

Управляется работа системы отдельным ЭБУ: группа датчиков сообщает контроллеру, сколько и как скоро нужно подать дизельное топливо в цилиндры. С другой стороны, сложность и недостаток Коммон Реил обусловлена как раз умной электроникой и принципом работы системы. Поэтому владельцам таких решений стоит выбирать качественное топливо и своевременно менять топливные фильтры.

О том, как еще продлить жизнь вашего дизельного двигателя, мы писали здесь.

Если вы в поиске качественных запчастей для своего дизельного двигателя, проверьте наш каталог

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.

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:

1. Топливо очищается от примесей.
2. Попадает в топливный насос высокого давления.
3. ТНВД сжимает топливо и оно под давлением проходит через микроотверстие в форсунке и распыляется на мелкие частички.
4. 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.
5. 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:

1. летнее дизельного горючее;
2. зимнее;
3. 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:

1. Топливный бак.
2. Фильтр грубой очистки топлива (ГОТ).
3. Фильтр тонкой очистки топлива (ТОТ).
4. Насос для подкачивания дизтоплива.
5. Топливный насос высокого давления (ТНВД).
6. Инжекторные форсунки.
7. Магистраль высокого давления.
8. Трубопровод низкого давления.
9. 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.

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:

1. закрытая форсунка, то есть сопло у нее закрывается специальное запорной иглой;
2. 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.