Как работает система питания дизеля

Система питания дизельного двигателя

Система питания дизельного двигателя создает высокое давление при впрыске топлива в камеру сгорания цилиндра; дозирует порцию топлива в соответствии с нагрузкой двигателя; осуществляет впрыск топлива в течение определенного промежутка времени с заданной интенсивностью; распыляет и равномерно распределяет топливо по всему объему камеры сгорания цилиндров; фильтрует топливо, перед тем как оно поступает в насосы и форсунки.
Дизельное топливо представляет собой смесь керосиновых, газойлевых соляровых фракций, образующихся после отгона из нефти бензина. Дизельное топливо имеет ряд свойств, основными из которых являются: воспламеняемость, оцениваемая октановым числом; вязкость; чистота; температура застывания. Дизельное топливо по температуре застывания делится на три сорта: ДЛ — летнее, ДЗ — зимнее, ДА — арктическое.

Система питания дизельного двигателя включает в себя:
1) топливный бак;
2) фильтры грубой и тонкой очистки топлива;
3) топливоподкачивающего насоса;
4) топливного насоса высокого давления с регулятором частоты вращения;
5) форсунок;
6) трубопроводов низкого и высокого давления;
7) воздушного фильтра;
8) выпускного газопровода;
9) глушителя шума.

Система питания дизельного двигателя делится на две аппаратуры: топливоподводящую и воздухоподводящую. Наибольшее распространение получила топливоподводящая аппаратура разделительного типа. В ней топливный насос и форсунки выполнены отдельно.
Подача топлива осуществляется по одной из двух магистралей: высокого давления и низкого. Магистраль низкого давления предназначена для хранения топлива, его фильтрации и подачи под низким давлением к насосу высокого давления. Магистраль высокого давления обеспечивает подачу и впрыск необходимого количества топлива в камеры сгорания двигателя в определенный момент.

Топливоподкачивающий насос подает топливо из бака через фильтры грубой и тонкой очистки по топливопроводам низкого давления к топливному насосу высокого давления (ТНВД). ТНВД подает топливо к форсункам под высоким давлением в соответствии с порядком работы цилиндров двигателя. Топливный насос высокого давления состоит из одинакового количества секций, каждой отдельной секции соответствует определенный цилиндр двигателя. Форсунки располагаются в головках цилиндров двигателя. Они предназначены для распыления топлива в камеры сгорания двигателя. Топливоподкачивающий насос подает к ТНВД топлива больше, чем необходимо, его избыток и попавший в систему воздух отводятся обратно в топливный бак по дренажным трубопроводам.

Существуют форсунки двух типов: закрытого и открытого типа. В четырехтактных дизельных двигателях применяют форсунки закрытого типа. В форсунках закрытого типа сопловые отверстия закрываются запорной иглой, поэтому внутренняя полость в корпусе распылителей форсунок сообщается с камерой сгорания только в момент впрыскивания топлива. Основным конструктивным элементом форсунки является распылитель. Распылитель имеет одно или несколько сопловых отверстий, которые формируют факел впрыскиваемого топлива.
Для повышения мощности дизельного двигателя применяют систему турбонаддува. Система турбонаддува заключается в подаче заряда воздуха в цилиндры под высоким давлением. Для наддува дизельный двигатель снабжается турбокомпрессором, который использует энергию отработанных газов. Сжатый воздух нагнетается в камеру сгорания компрессором под давлением 0,15-0,2 МПа.

В зависимости от величины давления различают:
1) низкий наддув (давление 0,15 МПа);
2) средний наддув (давление 0,2 МПа);
3) высокий наддув (давление свыше 0,2 МПа).

Турбокомпрессор увеличивает наполнение цилиндров двигателя воздухом и повышает эффективность сгорания дозы впрыскиваемого топлива. Система турбонаддува увеличивает мощность двигателя до 30%. Однако турбонаддув увеличивает тепловую и механическую напряженность деталей кривошипно-шатунного механизма и газораспределительного механизма.

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.

Система питания дизеля

Система питания дизеля обеспечивает раздельную подачу в цилиндры двигателя воздуха и топлива и выпуск отработавших газов. По экономичности дизели значительно превосходят карбюраторные двигатели. Удельный расход топлива карбюраторного бензинового двигателя 154—182 г/(кВт ч), дизеля — 112—140 гДкВт ч).

Устройство системы питания дизельного двигателя:

Система питания дизеля топливом состоит из топливного бака, фильтра грубой очистки топлива, топливоподкачивающего насоса, фильтра тонкой очистки, топливного насоса высокого давления, автоматической муфты опережения впрыска топлива, всережимного регулятора, форсунки, топливопроводов (высокого давления, низкого давления и сливного).

Система питания дизеля воздухом состоит из воздухоочистителя, впускного трубопровода, турбокомпрессора. Система выпуска отработавших газов включает в себя выпускной трубопровод, приемные трубы, глушитель.

Система питания дизельного двигателя: устройство, принцип работы

Что собой представляет? Система питания дизельного двигателя значительно отличается от аналогичной, работающей на бензине. Помимо подкачивающего насоса устанавливается топливный насос высокого давления.

Какие существуют? Различают четыре вида впрыска в дизельных двигателях: рядный и распределительный ТНВД, насос-форсунка и Common Rail. Наиболее технологичной и востребованной является последняя система.

Из этого материала вы узнаете:

1. Общее устройство системы питания дизельного двигателя
2. Топливоподводящая аппаратура системы питания дизельного двигателя
3. Виды впрыска в системах питания дизельного двигателя
4. Основные неисправности системы питания дизельного двигателя
5. Как устранить завоздушивание системы питания дизельного двигателя
6. Часто задаваемые вопросы о системе питания дизельного двигателя

Общее устройство системы питания дизельного двигателя

Система питания современных дизельных двигателей обеспечивает поступление топлива к инжекторным форсункам и осуществляет подачу топлива под высоким давлением, необходимым для точного и дозированного впрыска в камеру сгорания цилиндра.

Назначение системы питания дизельного двигателя:

• регулирование количества топлива с учетом нагрузки на двигатель;
• впрыск топлива с определенной частотой и интенсивностью;
• равномерное распределение горючего в камере сгорания цилиндра;
• фильтрация топлива перед подачей в насосы и инжекторные форсунки.

Элементы системы питания дизельного двигателя:

1. топливный бак;
2. фильтры грубой очистки;
3. фильтры тонкой очистки;
4. топливоподкачивающий насос;
5. топливный насос высокого давления (ТНВД);
6. инжекторные форсунки;
7. трубопровод низкого давления;
8. магистраль высокого давления;
9. воздушный фильтр.

Кроме того, в комплект могут входить такие элементы, как электронасосы, системы улавливания и обработки отработанных газов, сажевые фильтры, глушители и т. д.

Топливоподводящая аппаратура системы питания дизельного двигателя

Рассмотрим принцип работы системы питания дизельного двигателя. Есть множество конфигураций топливоподводящей аппаратуры, однако самой популярной в настоящее время является система разделенного типа. В этой системе топливный насос высокого давления и форсунки реализованы как отдельные устройства. Подача топлива в дизельный двигатель выполняется через магистрали высокого и низкого давления.

Дизельное топливо хранится, проходит через систему фильтрации и поступает к ТНВД по магистрали низкого давления. ТНВД увеличивает давление в системе, обеспечивая точный впрыск горючего в рабочую камеру сгорания двигателя в определенный момент.

Устройство системы питания дизельного двигателя включает два насоса: топливоподкачивающий и топливный насос высокого давления. Первый осуществляет подачу топлива из бака, пропуская горючее через фильтры грубой и тонкой очистки. Создаваемое давление обеспечивает передачу топлива через топливопровод низкого давления к топливному насосу высокого давления.

ТНВД подает топливо к форсункам под высоким давлением в соответствии с последовательностью работы цилиндров дизельного мотора. Топливный насос высокого давления имеет ряд одинаковых секций, каждая из которых соответствует определенному цилиндру в двигателе.

Форсунки дизельного двигателя установлены в головке блока цилиндров (ГБЦ) и осуществляют точное распыление топлива в камере сгорания. Топливоподкачивающий насос подает большой объем топлива к ТНВД. Излишки топлива и воздух, попадающий в систему подачи топлива, возвращаются обратно в топливный бак по дренажным трубопроводам.

Существуют два основных вида инжекторных дизельных форсунок:

• закрытого типа;
• открытого типа.

Четырехтактные дизельные двигатели в основном используют форсунки закрытого типа. В таких форсунках сопла закрываются с помощью запорной иглы.

Это означает, что внутренняя полость в корпусе распылителей форсунок связывается с камерой сгорания только при открытии форсунки и в момент впрыска дизельного топлива.

Распылитель – важнейший элемент конструкции форсунки. Распылитель может содержать от одного до нескольких сопловых отверстий, которые формируют струю топлива во время впрыска. Форма факела и пропускная способность форсунки зависят от количества и расположения этих отверстий.

Виды впрыска в системах питания дизельного двигателя

Есть несколько систем впрыска дизельных двигателей. Рассмотрим наиболее распространенные:

• Системы с рядным ТНВД.
• Системы с ТНВД распределительного типа.
• Системы с насос-форсунками.
• Аккумуляторные системы типа Common Rail (общая магистраль).

Каждая из этих систем имеет несколько вариаций, но мы рассмотрим лишь основные типы.

Рядный ТНВД

Рядный ТНВД представляет собой простое и долговечное устройство, которое остается востребованным на протяжении многих лет. От других систем впрыска данный вид насоса отличается своей массивностью. ТНВД применяется главным образом в мощных двигателях автомобилей и тракторов.

Плунжерные пары – основа рядного ТНВД. Количество пар соответствует числу цилиндров двигателя. Каждая плунжерная пара представляет собой цилиндрический металлический стержень (плунжер), который движется в специальной гильзе. Поднимаясь, плунжер сжимает топливо, и при достижении определенного давления нагнетательный клапан открывается, выпуская сжатое топливо, которое направляется к форсунке для впрыска в цилиндр. Опускаясь, плунжер открывает впускной канал, заполняя свободное место новой порцией топлива. Подача топлива в плунжерную пару осуществляется с помощью подкачивающего насоса.

Движение плунжеров осуществляется кулачковым валом, схожим с распределительным валом двигателя. Вал приводится в движение двигателем. При этом ТНВД соединен с двигателем через муфту опережения впрыска, с помощью которой можно регулировать работу насоса в зависимости от оборотов и тактов двигателя.

Распределительный ТНВД

Такое устройство представляет собой аналог рядного ТНВД, но здесь используется лишь одна или две плунжерные пары (одна пара способна обслуживать от двух до шести цилиндров). Плунжер не только движется вверх и вниз, но и осуществляет вращение вокруг своей оси, последовательно открывая выпускные отверстия. Через эти отверстия под давлением происходит подача топлива к цилиндрам.

Современный и более эффективный вид распределительного ТНВД – это роторный топливный насос. Как понятно из названия, роторный насос оснащен ротором, на котором установлены плунжеры (от двух до четырех штук), двигающиеся навстречу друг другу. Ротор вращается и осуществляет распределение топлива между цилиндрами.

Данное устройство является компактным и легким, однако необходима тонкая настройка, поэтому для управления часто используются электронные регуляторы.

Насос-форсунка

В этой конструкции объединены форсунка и насосная секция, основанная на плунжерной паре. При использовании насоса-форсунки можно контролировать подачу топлива в каждый цилиндр. При отказе одного насоса остальные продолжат свою работу.

Читайте также!

Преимущество насоса-форсунки также состоит в возможности управления с помощью распределительного вала двигателя, размещенного в головке цилиндров, где также находятся форсунки. Таким образом, нет необходимости в использовании отдельной системы привода. Можно задействовать уже существующий вал ГРМ.

На данный момент насос-форсунка широко применяется в дизельных двигателях грузовых автомобилей и внедорожников.

Common Rail

Common Rail представляет собой передовую систему питания дизеля, способную обеспечить оптимальные рабочие характеристики двигателя. Разработанная компанией Bosch в конце 1990-х, данная система применяется в 75 % всех выпускаемых дизельных движков.

Особенность Common Rail заключается в наличии топливного резервуара, где топливо находится под постоянным высоким давлением, подаваемым к форсункам. Этот резервуар представляет собой общую топливную магистраль (отсюда и название Common Rail, то есть «общая магистраль»), или топливную рампу, в которую топливо подается посредством ТНВД.

Аккумулятор дает возможность значительно улучшить процесс впрыска топлива через форсунки, которые функционируют под постоянным давлением и открываются только в нужные моменты, позволяя осуществлять до девяти впрысков за один такт. Это также упрощает устройство ТНВД и другие компоненты системы впрыска.

В современных двигателях с технологией Common Rail управление осуществляется с помощью электроники. Благодаря данным от нескольких датчиков блок управления определяет объем поступающего топлива, моменты впрыска в цилиндры и другие параметры. Это дает возможность добиться оптимальной работы мотора и снизить токсичность во всех режимах работы.

Основные неисправности системы питания дизельного двигателя

Ремонт системы питания дизельного двигателя – непростая задача. Для начала необходимо рассмотреть основные причины неисправности.

Сложности при запуске двигателя

Основные причины этой неисправности системы питания дизельного двигателя:

• забились топливопроводы или топливозаборник в баке;
• засорились фильтрующие элементы топливных фильтров;
• в топливной системе появился воздух;
• изменился угол опережения впрыска топлива;
• топливоподкачивающий насос перестал функционировать;
• топливо в топливопроводах загустело из-за низких температур;
• заела рейка топливного насоса.

Отсутствие полной мощности и наличие дыма

• загрязнился воздушный фильтр;
• изменился угол впрыска топлива;
• забились клапаны топливоподкачивающего насоса;
• засорилась или нарушилась регулировка форсунок;
• сломались пружины толкателя в секции насоса высокого давления;
• ослабли крепления или зависли плунжера секции насоса высокого давления.

Самопроизвольное увеличение частоты вращения коленчатого вала

Неисправность, при которой движок идет «вразнос», характерна исключительно для дизельных двигателей. Проблема проявляется в самопроизвольном увеличении частоты вращения коленчатого вала, которое нельзя остановить обычными способами (отпусканием педали подачи топлива или вытягиванием кнопки служебного останова). Это может привести к серьезным повреждениям, включая обрыв шатунов, поломку поршней и аварийное разрушение двигателя.

Читайте также!

• заел один из плунжеров насоса высокого давления;
• рейка заела или отсоединилась от системы центробежного регулятора.

Если двигатель функционирует в таком режиме, нужно немедленно остановить его. Это можно сделать, включив прямую передачу и применив рабочую тормозную систему или закрыв впускной трубопровод воздушного фильтра любыми доступными средствами, чтобы предотвратить поступление воздуха в цилиндры двигателя.

Двигатель стучит и дымит

• неправильная настройка насоса высокого давления на раннюю подачу топлива;
• износ деталей муфты опережения впрыска топлива или усадка пружин.

Чёрный цвет отработанных газов

• насос высокого давления слишком поздно подает топливо;
• начало впрыска топлива у форсунок имеет низкое давление;
• насос высокого давления подает слишком много топлива в цилиндры;
• засорился воздушный фильтр;
• используется топливо с низким цетановым числом.

Эффективная и долговечная работа дизельных двигателей во многом зависит от исправности элементов системы питания. Непрерывная работа дизеля должна осуществляться на чистом топливе. Большинство неисправностей в топливной аппаратуре обусловлены наличием загрязнений, проникающих в горючее.

Как устранить завоздушивание системы питания дизельного двигателя

Чтобы удалить воздух из системы топливоподачи дизельных двигателей, выполняются следующие шаги:

Прокачка фильтрующего элемента

• Отвинчивается винт на корпусе фильтра на несколько оборотов.
• Ручным насосом производится прокачка топлива до тех пор, пока из отверстия винта не начнет вытекать солярка без пузырьков.
• Винт вкручивается обратно.

Если в автомобиле нет насоса ручной подкачки, то применяется коленвал, который крутится с помощью стартера.

Удаление воздуха из системы питания дизельного двигателя

• С помощью ключа отвинчивается выпускной болт.
• Зажигание включается, после чего начинается ручная прокачка, чтобы топливо проступило из отверстия болта.
• Болт слегка закручивается (чтобы можно было наблюдать за пузырьками воздуха).
• Стартером немного поворачивается коленвал, после чего продолжается прокачка до исчезновения пузырьков.

После всего этого можно отвинтить болт и запустить вращение коленчатого вала с помощью стартера. Наблюдение за подачей топлива может указать на состояние системы:

• порционное поступление топлива с перерывами свидетельствует о нормальной работе;
• непрерывное поступление топлива может указывать на неисправность ТНВД;
• отсутствие подачи топлива также может указывать на проблемы с насосом высокого давления.

Если проблем не обнаружено, то болт закручивается обратно. Затем отводятся топливные трубки от штуцера (их количество зависит от числа цилиндров двигателя). Запускается вращение коленвала. При этом из штуцера должна вытекать солярка. Шланг возвращается на место, и аналогичные действия выполняются с остальными штуцерами.

Часто задаваемые вопросы о системе питания дизельного двигателя

Какие этапы включены в ежедневное техническое обслуживание систем питания дизельного двигателя?

Процесс обслуживания подразумевает проверку уровня топлива в резервуарах, отслеживание уровня масла в картере топливного насоса высокого давления и регулятора, а также осмотр на предмет утечек топлива во всех соединениях. Важным шагом является удаление отстоя объемом 0,1 л из топливного бака и фильтра, а также последующая прокачка топливной системы.

Что такое система питания турбированного дизельного двигателя?

Данная система позволяет существенно увеличить мощность двигателя без изменений в механизме подачи топлива в турбированных дизелях. Однако система поступления воздуха проходит существенную модификацию.

Читайте также!

Процесс наддува осуществляется при помощи одного или нескольких воздушных компрессоров, работающих за счет энергии, извлекаемой из выхлопных газов. Компрессор сжимает воздух, который затем направляется в интеркулер (устройство, охлаждающее сжатую воздушную массу), после чего подается в цилиндры под давлением от 0,15 до 0,2 МПа и выше.

Каков принцип работы системы питания дизельного двигателя?

Система осуществляет передачу очищенного дизельного топлива в цилиндры, где сжимается до высокого давления. Затем топливо поступает в виде мелкораспыленной струи в камеру сгорания, смешиваясь с горячим воздухом (700–900 °C), сжатым в цилиндрах до 3-5 МПа, чтобы происходило самовоспламенение горючего. По завершении рабочего хода нужно провести очистку цилиндров от продуктов сгорания.

Современные топливные системы стали гораздо технологичнее, чем раньше. Именно это привело к широкому распространению дизельных двигателей, которые стали эффективнее и тише по сравнению с более старыми моделями.

• Будьдозеры (10)
• Грузовики (9)
• Погрузчики (20)
• Подъемные краны (9)
• Складская техника (3)
• Спецтехника (25)
• Экскаваторы (12)

ТОП китайских самосвалов в России: обзор брендов

Какая категория прав нужна на фронтальный погрузчик: обучение, стоимость и ответы на популярные вопросы

Виды, типы и классификация спецтехники

Как взять спецтехнику в лизинг: алгоритм действий