Устройство подачи топлива дизельного двигателя

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.

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.

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.

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.