Устройство топливной системы дизельного двигателя

Аккумуляторная система питания топливом

Современные жесткие требования к уровню выбросов вредных веществ двигателями внутреннего сгорания вынудили конструкторов дизелей искать новые решения в области топливной аппаратуры для них. Дело в том, что даже самые совершенные ТНВД не могут обеспечить такого давления топлива, при котором оно распылялось бы настолько мелко, что могло бы полностью сгореть в камере сгорания.

Неполное сгорание приводит к большему расходу топлива, а самое главное — к повышению в отработавших газах концентрации вредных веществ, в частности сажи. В связи с этим в настоящее время для дизелей с непосредственным впрыском все чаще применяется так называемая аккумуляторная система питания топливом.

Основное отличие такой системы от «классической» заключается в наличии общей топливной рампы (аккумулятора давления), в которой во время работы двигателя создается очень высокое давление.

Топливная рампа соединена трубопроводами высокого давления с электронно-управляемыми топливными форсунками, иглы которых перемещаются с помощью электромагнитов по сигналам от компьютера (электронного блока) управления двигателем. Такая система питания топливом позволяет оптимизировать работу двигателя практически по всем параметрам.

Несколько слов о системе «КоммонРэйл»

Говоря о топливной системе современных дизельных двигателей, нельзя не упомянуть такую её модификацию, как «Аккумуляторная топливная система CommonRail» («Общая рамка», или «Общая магистраль» в переводе с английского). Она проявляет очень хорошие показатели экономичности и эффективности, и вполне заслуженно завоёвывает всё большую популярность. В первую очередь – на дизельных двигателях коммерческого автотранспорта, разумеется.

В ней также используется ТНВД, подающий горючее в напорную магистраль, которая играет роль аккумулятора давления. Электронный блок управления регулирует производительность насоса, для поддержания необходимого давления в магистрали по мере расхода топлива.

В «КоммонРэйл» управляемые электроникой электрогидравлические форсунки с электромагнитным или пьезоэлектрическим приводом управляющих клапанов впрыскивают выверенные дозы дизельного топлива под высоким давлением в рабочие полости цилиндров.

Компьютерная система управления подачей горючего позволяет впрыскивать его в камеры сгорания цилиндров максимально точно дозированными дозами. Сначала впрыскивается микроскопическая, всего лишь в районе миллиграмма, порция, которая своим сгоранием накаляет температуру в камере, а за ней следует основной «заряд». Как результат – дизельные двигатели, оснащённые системой «КоммонРэйл», показывают лучшую экономичность (до 20 процентов). Доля новых дизельных двигателей, оснащённых системой «CommonRail», год от года неуклонно растёт.

ТУРБОДИЗЕЛЬ

Эффективным средством повышения мощности и гибкости работы дизеля является турбонаддув.

Он позволяет подать в цилиндры дополнительное количество воздуха и соответственно увеличить подачу топлива на рабочем цикле, в результате чего увеличивается мощность двигателя.

Отсутствие дроссельной заслонки в дизеле позволяет обеспечить эффективное наполнение цилиндров на всех оборотах без применения сложной схемы управления турбокомпрессором. На многих автомобилях устанавливается интеркулер, позволяющий поднять массовое наполнение цилиндров и на 15-20 % увеличить мощность.

Наиболее частые неисправности топливной системы дизельного двигателя

Среди самых распространенных поломок в системе питания дизелей чаще всего встречаются следующие:

1. Затруднения при запуске мотора.
2. Снижение мощностных показателей.
3. Увеличение расхода топлива.
4. Возникновение дыма различных оттенков, выходящего из выхлопной трубы.
5. Повышенная жесткость работы.
6. Невозможность разогнаться (при провалах в разгоне рекомендуется увеличить ход педали акселератора).
7. Неустойчивость оборотов на холостом ходу (плавают).
8. Двигатель часто глохнет.

Трудный запуск

Чтобы облегчить зимний запуск дизельных двигателей, производители выпускают специальное топливо под названием «арктическое». Однако, причиной трудного включения не всегда является застывшая солярка. При невозможности запустить дизель на холодную, необходимо проверить:

• качество работы нагнетающих деталей насоса высокого давления;
• степень износа форсунок;
• регулировки угла опережения топлива;
• предпусковые свечи накала;
• регулятор давления;
• нарушение герметичности топливопроводов.

Снижение мощности

Мощность дизельного мотора снижается при возникновении неисправностей, засорении топливных фильтров, отверстий распыляющих форсунок. При выходе из строя фильтрующих элементов количество солярки, направляемой в топливный насос, резко снижается, что негативно сказывается на мощностных показателях мотора.

Увеличение потребления дизтоплива

Неверно выставленный угол опережения впрыска является основной причиной большого расхода горючего. На количество потребляемого топлива также оказывает влияние неправильная работа топливного насоса ТНВД. Необходимо отрегулировать уровень давления смеси в момент впрыска. Понижение компрессии в рабочих цилиндрах также может стать причиной повышенного расхода дизельного топлива.

Выхлоп черного цвета

При появлении темного дыма из системы выхлопа рекомендуется проверить качество смесеобразования. Нарушения могут быть вызваны запоздалым впрыском топлива, которое не успевает полностью сгорать и оседает на стенках цилиндров в виде нагара. Слои нагара часто образуются также на клапанах, которые неплотно закрываются.

Появление белого дыма в виде пара не вызывает тревоги, т. к. он быстро улетучивается после прогрева мотора. Особенно часто это можно наблюдать в дизельных машинах, работающих в областях северной широты.

Плавающие обороты коленчатого вала в режиме холостого хода

При данном дефекте нужно:

• заменить уплотняющие элементы, расположенные под распылителями;
• подтянуть топливный провод, соединяющий фильтра с ТНВД;
• проверить состояние опорной пластинки насоса;
• заменить регулятор оборотов коленвала;
• проверить работу системы вентиляции, чтобы исключить давление газов.

Двигатель глохнет

Если мотор часто прекращает работу прямо на ходу, потребуется проверить следующие пункты:

• правильность угла опережения;
• качество соединений в местах подключения насоса;
• степень загрязнения фильтров;
• смещение и перекос элементов насоса высокого давления.

Ремонт системы Common Rail

Качественно починить ТНВД могут только на специализированной станции, где имеется диагностическое и прецизионное оборудование. Такой ремонт обходится от 7000 рублей. Новый насос стоит порядка 30 тыс. рублей, поэтому восстановленные насосы пользуются у «дизилистов» большим спросом.

Двигатель, оснащенный системой Common Rail, не запускается, если хотя бы одна форсунка не работает. Из-за утечки топлива через ее клапан давление в рампе не может подняться до номинальных значений. Чтобы проверить давление при пуске используют специальный набор, состоящий из контрольного манометра, датчика давления, соединительной трубки, заглушки отверстий исп. механизмов и мерных емкостей для обратного слива.

При износе двух и более форсунок имеет смысл заменить весь комплект. Цена форсунок довольно высока и зависит от фирмы-производителя. Параметры каждой новой форсунки необходимо внести в память блока управления двигателем. Если этого не сделать, то это ухудшит характеристики двигателя. Несмотря на то, что в любом ЭБУ имеется постоянная корректировка цикловой подачи топлива для равномерной работы двигателя, она не в состоянии подменить не прописанную кодировку.

Наиболее сложные проблемы дизеля – это затрудненный пуск, дымность выхлопа и потеря мощности. Для их решения требуется точный замер расхода воздуха, оценка работы наддува, эффективности рециркуляции, системы выпуска и нейтрализатора. Данные технологии сегодня в совершенстве освоены диагностическими центрами. Кустарный ремонт в данном случае невозможен.

Дизельные двигатели КАМАЗ

Двигатели КАМАЗ получили сертификат ЕВРО 2 и имеют хороший спрос. На заводе был создан каталог различных топливных насосов высокого давления, различных типов. ТНВД КАМАЗ зарекомендовал себя как насос высокого давления отличного качества. Продажа ТНВД КАМАЗ осуществляется профессионалами и представлена в широком ассортименте.

Топливный насос высокого давления дизеля ТНВД КамАЗ-740:1— корпус; 2 — ведущее зубчатое колесо; 3 — сухарь; 4 — фланец ведущего зубчатого колеса; 5 и 25 — шпонки; 6 — эксцентрик привода то или воподкачивающего насоса; 7 к 24 — гайки; 8 — промежуточное зубчатое колесо; 9 и 17 — пальцы; 10 — крышка регулятора; 11 — зубчатое колесо регулятора; 12 — державка грузов; 13 — ось грузов; 14 — груз; 15 – упорный шарикоподшипник; 16 — муфта; 18 — верхняя крышка; 19 — рычаг пружины; 20 — перепускной клапан; 21 — втулка рейки; 22 — рейка; 23 — муфта регулировки опережения впрыска топлива; 26 — самоподжимная уплотняющая муфта; 27 — крышка подшипника; 28 — ролико подшипник; 29 — кулачковый вал; 30 — ролик толкателя; 31 — упорная втулка; 32 — пята толкателя; 33 — пружина; 34 — плунжер; 35 — впускное отверстие; 36 — корпус секции; 37— нагнетательный клапан; 38 — штуцер; 39 — втулка плунжера; 40 — рычаг реек.

Топливный бак

Топливо, просочившееся в форсунках между иглой и распылителем, отводится по сливным трубопроводам в специальный бачок 7 или в какой-либо основной топливный бак.

Топливные баки служат для хранения топлива. Они могут иметь различную конфигурацию и вместимость в зависимости от конструкции конкретного ТС. Общая вместимость топливных баков определяется запасом хода машины (обычно не менее 500 км). Чаще всего баки изготавливает из листовой стали или высокопрочного пластика, стойкого к воздействию химически активного топлива. Для предотвращения коррозии внутренние поверхности стальных баков покрывают бакелитовым лаком, оцинковывают или лудят. С целью увеличения жесткости баков на их стенках иногда выштамповывают желоба, а внутри устанавливают несплошные перегородки, которые к тому же уменьшают площадь свободной поверхности топлива и ослабляют его колебанияbqвремя движения ТС.

Наливные горловины топливных баков обычно снабжают сетчатыми фильтрами. В нижней части баков размещают отстойники. Если бак имеет значительную вместимость, то слив топлива осуществляется через отверстие с пробкой и шариковым клапаном, расположенное выше отстойника. В этом случае используется специальный ключ-трубка со шлангом. Воздушное пространство баков соединяется с атмосферой через дренажные трубки или другие специальные устройства, которые должны исключать возможность попадания огня во внутреннюю полость бака и вытекания топлива при резких толчках ТС, а также (по возможности) обеспечивать очистку воздуха, поступающего в баки. Для замера количества топлива в баках раньше применялись измерительные стержни. В настоящее время для этой цели чаще всего используются электрические датчики поплавкового типа, посылающие электрический сигнал, пропорциональный уровню топлива, к соответствующему указателю на приборной панели ТС.

Виды бензонасосов, их особенности

Разбирать устройство бензонасоса карбюраторного двигателя не будем, поскольку такая система питания уже не используется, да и конструктивно он очень прост, и ничего особого в нем нет. А вот электрический бензонасос инжектора следует рассмотреть подробнее.

Стоит отметить, что на разных машинах используются разные виды топливных насосов, отличающиеся по конструкции. Но в любом случае узел делится на две составляющие – механическую, которая и обеспечивает закачку топлива, и электрическую, приводящую в действие первую часть.

На инжекторных автомобилях могут использоваться насосы:

Вакуумные;
Роликовые;
Шестеренчатые;
Центробежные;

Насосы роторного типа

И разница между ними, в основном, сводится к механической части. И только устройство топливного насоса вакуумного типа полностью отличается.

Вакуумный

В основу работы вакуумного насоса положен обычный бензонасос карбюраторного мотора. Единственная лишь разница в приводе, но сама механическая часть практически идентична.

Имеется мембрана, разделяющая рабочий модуль на две камеры. В одной из этих камер располагается два клапана – впускной (связан каналом с баком) и выпускной (ведущий к топливной магистрали, подающей топливо далее в систему).

Эта мембрана при поступательном движении создает разрежение в камере с клапанами, что приводит к открытию впускного элемента и закачке в нее бензина. При обратном движении впускной клапан перекрывается, но открывается выпускной и топливо просто выталкивается в магистраль. В общем все просто.

Что касается электрической части, то работает она по принципу втягивающего реле. То есть, имеется сердечник, и обмотка. При подаче напряжения на обмотку, возникающее в ней магнитное поле втягивает сердечник, связанный с мембраной (происходит ее поступательное движение). Как только напряжение пропадает, возвратная пружина возвращает мембрану в исходное положение (возвратное движение). Подача импульсов на электрическую часть управляется электронным блоком управления инжектором.

Роликовый

Что касается остальных видов, то у них электрическая часть, в принципе, идентична и представляет собой обычный электродвигатель постоянного тока, работающий от сети 12 В. А вот механические части – разные.

Роликовый топливный насос

В роликовом типе насоса рабочими элементами являются ротор с проделанными пазами, в которые установлены ролики. Эта конструкция помещена в корпус с внутренней полостью сложной формы, имеющая камеры (впускную и выпускную, сделанные в виде проточек и соединенные с подающей и выпускной магистралями). Суть работы сводится к тому, что ролики просто перегоняют бензин с одной камеры во вторую.

Шестеренчатый

В шестеренчатом типе используется две шестеренки, установленные одна в другую. Внутренняя шестерня – меньше по размеру, и движется по траектории эксцентрика. Благодаря этому между шестернями имеется камера, в которой и осуществляется захват топлива из подающего канала и перекачка его в выпускной канал.

Шестеренчатый насос

Центробежный тип

Роликовый и шестеренчатый типы электробензонасосов – менее распространены, чем центробежные, они же – турбинные.

Центробежный насос

Устройство топливного насоса такого типа включает в себя крыльчатку с большим количеством лопастей. При вращении эта турбина создает завихрения бензина, что обеспечивает его всасывание в насос и дальнейшее выталкивание в магистраль.

Мы рассмотрели устройство топливных насосов немного упрощенно. Ведь в их конструкции имеются дополнительно впускные и редукционные клапаны, в задачу которых входит подача топлива только в одном направлении. То есть, бензин, попавший в насос, вернуться в бак уже сможет только по обратной магистрали, пройдя через все составные элементы системы питания. Также в задачу одного из клапанов входит запирание и прекращение закачки при определенных условиях.

Турбинный насос

Что касается насосов высокого давления, используемых в дизельных моторах, то там принцип действия кардинально отличается, и подробно о таких узлах системы питания узнать можно здесь.

Бензонасос — элемент топливной системы автомобиля который осуществляет подачу топлива к системе дозирования (карбюратор/форсунка). Необходимость такой детали в топливной системе возникает через техническое расположение двигателя и бензобака относительно друг-друга. В автомобилях устанавливаются один из двух типов бензонасосов: механический, электрический.

Механические применяются в карбюраторных машинах (подача топлива под низким давлением).

Электрические — в автомобилях инжекторного типа (подача топлива происходит под высоким давлением).

Конструкция

Принцип работы дизельного двигателя заключается в преобразовании возвратно-поступательных движений кривошипно-шатунного механизма в механическую работу.

Способ приготовления и воспламенения топливной смеси – это то, чем отличается дизельный двигатель от бензинового. В камерах сгорания бензиновых моторов, приготовленная заранее топливно-воздушная смесь воспламеняется с помощью подаваемой свечой зажигания искры.

Особенность дизельного двигателя заключается в том, что смесеобразование происходит непосредственно в камере сгорания. Рабочий такт осуществляется путем впрыскивания под огромным давлением дозированной порции топлива. В конце такта сжатия реакция нагретого воздуха с дизтопливом приводит к воспламенению рабочей смеси.

Двухтактный дизельный двигатель имеет более узкую сферу применения. Использование одноцилиндрового и многоцилиндрового дизелей такого типа имеет ряд конструктивных недостатков:

• неэффективную продувку цилиндров;
• повышенный расход масла при активном использовании;
• залегание поршневых колец в условиях высокотемпературной эксплуатации и прочие.

Двухтактный дизельный двигатель с противоположным размещением поршневой группы имеет высокую первоначальную стоимость и очень сложен в обслуживании. Установка такого агрегата целесообразна лишь на морских судах. В таких условиях, благодаря небольшим габаритам, малой массе и большей мощности при идентичных оборотах и рабочем объеме, двухтактный дизельный двигатель более предпочтителен.

Одноцилиндровый агрегат внутреннего сгорания широко применяется в домашнем хозяйстве в качестве электрогенератора, двигателя для мотоблоков и самоходных шасси.

Такой тип получения энергии налагает определённые условия на устройство дизельного двигателя. Он не нуждается в бензонасосе, свечах, катушке зажигания, высоковольтных проводах и прочих узлах, жизненно необходимых для нормальной работы бензинового ДВС.

В нагнетании и подачи дизтоплива участвуют: топливный насос высокого давления и форсунки. Для облегчения холодного пуска современные моторы используют свечи накала, которые предварительно подогревают воздух в камере сгорания. Во многих автомобилях в баке устанавливается вспомогательный насос. Задача топливного насоса низкого давления в том, чтобы прокачать топливо от бака к топливной аппаратуре.

Принцип работы дизельного мотора

Основная особенность дизельного ДВС в том, что он воспламенение топливно-воздушной смеси в камерах сгорания происходит за счет сжатия и нагрева. Распыление диз топлива осуществляется через форсунки.

Когда воздух горячий, дизельное топливо легко воспламеняется. Перед попаданием топлива в камеры сгорания цилиндров ДВС, оно проходит очищающие фильтры, которые очищают от механических примесей, которые быстро нанесли бы ущерб всему устройству.

1. 1. Воздух подается через впускной клапан при движении поршня вниз.
   2. Далее поршень поднимается вверх и сжимает воздух в 20 раз. Давление в этот момент составляет 40 килограмм на 1 сантиметр. Температура воздуха в этот момент достигает 500 градусов по Цельсию.
   3. Когда воздух сжат и нагрет, форсунки этого цилиндра впрыскивают и распыляют топливо. За счет очень сильно нагретого воздуха дизтопливо воспламеняется. Такой способ работы исключает присутствие в системе свечей зажигания. Также в дизельных агрегатах отсутствует система зажигания.

      Также, в устройстве нет дроссельной заслонки, благодаря чему обеспечивается большой крутящий момент. Но, число оборотов в это время находится на низком уровне.За один цикл работы дизеля форсунки могут подавать топливо несколько раз.

   4. При воспламенении горючей смеси, взрывная волна толкает поршень вниз. Поршень, который соединен с коленвалом посредством шатуна и вращает коленвал.
   5. Далее, от нижней мертвой точки (НМТ) поршень движется вверх и выталкивает отработанные газы через выпускные клапана.Такой процесс в работе двигателя называют циклом.

Варианты системы питания

Основными видами горючего для ДВС являются бензин и дизельное топливо («солярка»). Газ (метан) так же относится к видам современного топлива, но, несмотря на широкую применяемость, пока не получил актуальности.
Вид топлива является одним из критериев классификации систем питания ДВС.

В этой связи выделяют силовые агрегаты:

1. бензиновые;
2. дизельные;
3. основанные на газообразном топливе.

Но наиболее признанной среди специалистов является типология систем питания двигателя по способу подачи топлива и приготовления топливно-воздушной смеси. Следуя данному принципу классификации, различаются, во-первых, система питания карбюраторного двигателя, во-вторых, система питания с впрыском топлива (или инжекторного двигателя).

Карбюратор

Карбюраторная система основана на действии технически сложного устройства – карбюратора. Карбюратор – это прибор, осуществляющий приготовление смеси топлива и воздуха в необходимых пропорциях. Несмотря на разнообразие видов, в автомобильной практике наибольшее применение получил поплавковый всасывающий карбюратор, принципиальная схема которого включает:

• поплавковую камеру и поплавок;
• распылитель, диффузор и смесительную камеру;
• воздушную и дроссельную заслонки;
• топливные и воздушные каналы с соответствующими жиклерами.

Подготовка топливно-воздушной смеси в карбюраторе осуществляется по пассивной схеме. Движение поршня в такте впуска (первом такте) создает в цилиндре разряженное пространство, в которое и устремляется воздух, проходя через воздушный фильтр и сквозь карбюратор. Именно здесь и происходит формирование горючей смеси: в смесительной камере, в диффузоре топливо, вырывающееся из распылителя, дробится воздушным потоком и смешивается с ним. Наконец, через впускной коллектор и впускные клапаны горючая смесь подается в конкретный цилиндр двигателя, где в необходимый момент и воспламеняется искрой от свечи зажигания.

топливно-воздушной смеси

Впрыск топлива

Эпоха карбюратора сменяется эпохой инжекторного двигателя, система питания которого основана на впрыске топлива. Ее основными элементами являются: электрический топливный насос (расположенный, как правило, в топливном баке), форсунки (или форсунка), блок управления ДВС (так называемые «мозги»).

Принцип работы указанной системы питания сводится к распылению топлива через форсунки под давлением, создаваемым топливным насосом. Качество смеси варьируется в зависимости от режима работы двигателя и контролируется блоком управления.
Важным компонентом такой системы является форсунка. Типология инжекторных двигателей основывается именно на количестве используемых форсунок и места их расположения.

1. с распределенным впрыском;
2. с центральным впрыском.

Система распределенного впрыска предполагает использование форсунок по количеству цилиндров двигателя, где каждый цилиндр обслуживает собственная форсунка, участвующая в подготовке горючей смеси. Система центрального впрыска располагает только одной форсункой на все цилиндры, расположенной в коллекторе.

Особенности дизельного двигателя

Как бы особняком стоит принцип действия, на котором основывается система питания дизельного двигателя. Здесь топливо впрыскивается непосредственно в цилиндры в распыленном виде, где и происходит процесс смесеобразования (смешивания с воздухом) с последующим воспламенением от сжатия горючей смеси поршнем.
В зависимости от способа впрыска топлива, дизельный силовой агрегат представлен тремя основными вариантами:

• с непосредственным впрыском;
• с вихрекамерным впрыском;
• с предкамерным впрыском.

Вихрекамерный и предкамерный варианты предполагают впрыск топлива в специальную предварительную камеру цилиндра, где оно частично воспламеняется, а затем перемещается в основную камеру или собственно цилиндр. Здесь горючее, смешиваясь с воздухом, окончательно сгорает. Непосредственный же впрыск предполагает доставку топлива сразу же в камеру сгорания с последующим его смешиванием с воздухом и т.д.

Однако холодный двигатель не сможет обеспечить должный уровень температуры, требуемый для воспламенения смеси. И использованием свечей накаливания позволит осуществить необходимый подогрев камер сгорания.