Виды топливных систем

VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2014

РАЗНОВИДНОСТИ ТОПЛИВНЫХ СИСТЕМ ДИЗЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Топливная система дизельного двигателя влияет на все основные характеристики двигателя. От качества впрыска топлива в двигатель зависят мощность, экономичность, экологичность, ресурс двигателя и др. В связи с большим влиянием топливной системы на характеристики двигателя, топливная аппаратура двигателя постоянно модернизируется и имеет различные варианты конструкций.

Дизельный двигатель был изобретен Рудольфом Дизелем. Первый функционирующий образец был собран в 1897 году. Изначально работа дизельного двигателя основывалась на применении сжатого воздуха. Такой агрегат был довольно громоздкий и не удобный в использовании. Однако благодаря своим качествам он нашел применение на электростанциях, в кораблестроении и на силовых установках.

Первые координальные изменения дизельного двигателя произошли в 20-х годах 20 века. Немецкий инженер Роберт Бош усовершенствовал работу топливного насоса, а позже разработал и свой двигатель с воспламенением от сжатия. Давление впрыска было небольшим (около 0,2МПа), но его хватало для того, чтобы в подаваемом топливе не было пузырьков воздуха.

Изобретение топливного насоса высокого давления (ТНВД) позволило охарактеризовать дизельные двигатели по двум типам:

Первый — агрегат, использующий насосную систему. Принцип действия заключается в том, что каждая секция насоса связана с отдельной форсункой.

Второй тип использует аккумуляторную систему. При этом работа насоса и форсунок не как не связана. Насос подает топливо в аккумулятор, а затем под давлением топливо подается к форсункам.

Главными требованиями, предъявляемыми к системе подачи топлива дизеля, являются:

1) создание как можно более высоких давлений впрыска, что способствует более мелкому распылу топлива, а значит, уменьшает время испарения и перемешивания топлива с воздухом;

2) обеспечение строго ступенчатой характеристики подачи, что исключает подтекание топлива в распылителе, а значит, препятствует его закоксовыванию и дымлению мотора;

3) возможность многоступенчатого впрыска для минимизации периода индукции воспламенения и осуществления управляемого горения, следствием чего являются меньшие шумность, токсичность и динамические нагрузи;

4) строго идентичное дозирование топлива по цилиндрам для минимизации динамических нагрузок, а значит, для уменьшения материалоёмкости и увеличения ресурса двигателя.

Важным моментом является обеспечение указанных требований на всех режимах работы – от минимального скоростного до номинального.

Специалисты различают несколько принципиальных схем систем подачи топлива дизелей:

1) разделенного типа, когда ТНВД и форсунки связаны довольно длинными трубопроводами высокого давления;

2) с насос-форсунками, когда вышеуказанные трубопроводы отсутствуют;

3) аккумуляторного типа.

Каждая из схем имеет как достоинства, так и недостатки. Например, первая наиболее проста, технологична, а значит, при прочих равных условиях имеет меньшую стоимость, поэтому наиболее широко применяется в отечественной технике. В зависимости от конструкции имеются следующие виды топливных насосов высокого давления: рядный, распределительный.

Рядный ТНВД имеет плунжерные пары по числу цилиндров. Плунжерные пары установлены в корпусе насоса, в котором выполнены каналы для подвода и отвода топлива. Движение плунжера осуществляется от кулачкового вала, который, в свою очередь, имеет привод от коленчатого вала двигателя. Плунжеры постоянно прижимаются к кулачкам с помощью пружин.

Распределительные топливные насосы высокого давления, в отличие от рядного ТНВД, имеют один или два плунжера, обслуживающих все цилиндры двигателя. Распределительные насосы обладают меньшей массой и габаритными размерами, а также обеспечивают большую равномерность подачи. С другой стороны, их отличает сравнительно низкая долговечность сопряженных деталей. Все это определяет область применения данных насосов, в основном, на двигателях легковых автомобилей.

Конструкции распределительных ТНВД могут иметь различный привод плунжера: торцевой кулачковый привод, внутренний кулачковый привод, внешний кулачковый привод. Предпочтительными в плане эксплуатации являются первые два типа привода плунжеров, так как в них отсутствуют силовые нагрузки от давления топлива на узлы приводного вала и, соответственно, выше долговечность.

Во втором случае создания высокого давления и впрыска топлива объединены в одном устройстве — насос-форсунке. Применение этого способа позволяет повысить мощность двигателя, снизить расход топлива, выбросы токсичных веществ, а также уровень шума. Система с насос-форсунками позволяет развивать наибольшие давления впрыска (pв > 200 МПа), но и с её помощью затруднительно получить строго одинаковые цикловые подачи по цилиндрам, и, кроме того, она дороже секционного ТНВД.

Аккумуляторная система Common rail имеет электронный блок управления, обеспечивая разнообразные характеристики. В этой системе ТНВД существенно проще по конструкции в сравнении с системой первого типа, т. к. является только источником давления и не регулирует цикловую подачу топлива. Однако конструктивна и технологическая сложности форсунок очень высоки, что обусловливает высокую стоимость и сравнительно низкий ресурс. К тому же КПД этой системы существенно ниже первых двух, что связано с необходимостью поддержания постоянного высокого давления в гидроаккумуляторе и высокой энергии электрического импульса управления каждой форсункой (напряжение Uи > 70 В; сила тока Iи > 20 А).

В системе Common Rail реализуется многократный впрыск топлива в течение одного цикла работы двигателя. При этом различают предварительный, основной и дополнительный впрыск.

Высокое давление, под которым топливо подается в цилиндр, создается уже при самом малом числе оборотов коленвала. Благодаря ему, а также электронному управлению процессом впрыска достигается значительно лучшая подготовка смеси в цилиндрах, что приводит к уменьшению расхода топлива и снижению токсичности выхлопных газов.

В Common Rail электроника регулирует момент впрыска, количество впрыскиваемого топлива и алгоритм его подачи. Именно этим и достигается оптимальный на каждом конкретном режиме работы дизеля результат.

Развитие системы впрыска Common Rail идет по пути увеличения давления впрыска: первое поколение — 140 МПа, с 1999 г.; второе поколение — 160 МПа, с 2001 г.; третье поколение — 180 МПа, с 2005 г.; четвертое поколение — 220 МПа, с 2009 г.

Еще одной системой подачи топлива дизеля является HEUI, название которой происходит от Hydraulically actuated Electroniсally controlled Unit Ingection, что можно перевести как «Устройство впрыска с гидроприводом и электронным управлением». Эта система представляет собой усовершенствованные насос-форсунки, которые управляются с помощью гидравлического привода, заменившего кулачковый вал. Основным рабочим телом в данном случае является масло, которое по специальному трубопроводу из системы смазки двигателя подается к насос-форсункам. Последние создают давление впрыска топлива, превышающее 210 МПа. Столь мощная энергетика позволяет добиться лучшего распыления топлива и его оптимального смешивания с воздухом, находящимся под давлением. Caterpillar выпускает систему с 1992 года. В качестве стандартного оборудования ее ставят на самый совершенный и наиболее технически насыщенный двигатель компании – 3126В. Также она устанавливается на дизелях автомобилей Isuzu, а также Ford (с двигателями Navistar International).

В сравнении с Common Rail система HEUI выглядит более сложной. Действительно, она имеет не одну, а целых две «общих магистрали» – масляную и топливную, связанные между собой насос-форсунками с гидроприводом. Для сравнительно небольших дизелей легковых автомобилей такая система выглядит громоздкой. Однако не будем забывать, что на более тяжелых моторах подвижные части форсунок крупнее, а потому добиться хорошего быстродействия электромагнитной форсунки для Common Rail очень сложно.

Усовершенствование топливной системы направлено на повышение эксплуатационных характеристик в целом. В тоже время следует отметить, что усложнение конструкции, введение электроники и гидравлики требует дополнительных рекомендаций по обеспечению работоспособности двигателя. В то же время увеличивается значимость, т.е. влияние топливной системы на двигатель в целом, что позволяет сделать вывод о недостаточности знаний о конструктивном и эксплуатационном совершенстве рассмотренных выше топливных систем ДВС.

Следует уделить больше внимания механизму сервисного сопровождения топливной системы, чего в настоящее время многие производители не делают.

Кузнецов Е.В. Топливный насос высокого давления дизеля / Е. В. Кузнецов // Вестник Белорусско-Российского университета. -2011. -№3 -С. 58-63

Топливные системы дизельных двигателей (21 фото)

Рядные ТНВД появились в первой половине прошлого века (первый в мире насос такого типа Bosch разработала в 1927 году), пережили Вторую мировую войну, их до сих пор еще можно встретить на машинах, которые продолжают колесить по нашим дорогам. Конечно, в силу размеров и массы такие ТНВД нашли применение прежде всего на коммерческой технике. Но можно вспомнить и старые добрые дизельные Mercedes W123, которые оснащались моторами серии ОМ615/ОМ616/ОМ617 с рядным ТНВД Bosch M/МV.

Название указывает на принцип размещения насосных секций с плунжерами: они располагаются одна за другой в ряд, каждая обслуживает свой цилиндр. Большой и тяжелый насос, где привод осуществляется от кулачкового вала, а регулировкой впрыскиваемого топлива и распределением его по цилиндрам заведует механика, по современным меркам не может похвастать ни быстродействием, ни точностью регулирования, а о соблюдении последних экологических требований и речи не идет, поэтому рядные ТНВД закономерно уступили свое место более технологичным системам.

Читайте также  Замена печки шевроле ланос видео

Тем не менее техника эта чрезвычайно надежная и долговечная. Главным образом это связано с тем, что смазка деталей, в том числе наиболее нагруженных, обеспечивается маслом, а качество топлива очень мало влияет на состояние насоса.

Два в одном

Следующее поколение насосов высокого давления появилось в 1960-х. Они также использовали механический впрыск, однако их конструкция существенно отличалась от рядных ТНВД. Здесь всего один плунжер. Cовершая поступательные движения, он накачивает топливо, а при вращении распределяет его по цилиндрам. Отсюда и название данного типа ТНВД — распределительный.

За счет отказа от множества насосных секций распределительный насос гораздо компактнее и легче рядного, а его привод забирает от двигателя меньше выходной мощности. Эти качества позволили снизить размеры и массу всего силового агрегата, что способствовало массовому использованию дизельных моторов в легковых автомобилях. В качестве примера можно привести ТНВД Bosch VE и дизельные версии VW Golf начиная с 1974 года.

Несмотря на то что смазка распределительных ТНВД обеспечивается топливом и у них нет отдельного масляного картера, как на рядных насосах, особых проблем они не доставляют, показывая себя достаточно надежными и долговечными, если их не «убивают» неправильной эксплуатацией.

Характерной проблемой является высокая чувствительность к завоздушиванию системы. Если по какой-то причине топливо поступает в насос вместе с воздухом, выходит из строя устройство регулировки опережения впрыска. Причем если «пытка» длится достаточно долго, вся начинка перемалывается. Вскрываешь затем такой насос и видишь внутри «фарш» из железа… Между тем качественный ремонт с соблюдением всех технологий и применением оригинальных деталей очень дорог и может приближаться к стоимости самого подержанного автомобиля.

Просто добавь ЭБУ

Дальнейшим развитием конструкции распределительных ТНВД стало использование электронного управления. В отличие от чисто механического насоса, где регулирование и подачу топлива обеспечивают вакуумные и механические элементы, здесь используется электронная плата управления. Она считывает данные с имеющихся датчиков и за счет исполнительных механизмов (электроприводов) более оперативно и точно регулирует процесс подачи топлива, что позволяет обеспечить лучшую топливную экономичность и соответствие более жестким экологическим требованиям. В качестве примера можно привести насосы Bosch VP и знаменитые моторы концерна Volkswagen AG с непосредственным впрыском 1.9 TDI и 2.5 TDI эпохи 1990-х.

Вопреки стереотипам электроника таких насосов на самом деле одна из самых надежных частей системы. Проблема же кроется в исполнительных механизмах, при помощи которых регулируется работа насоса. Со временем они изнашиваются, появляются люфты и подклинивания, что приводит к некорректной работе системы, перегреву и выходу из строя транзисторов.

Умельцы разбирают блок, выпаивают старые транзисторы, впаивают новые — и какое-то время машина ездит, а потом транзистор опять сгорает, потому что механическая проблема не решена. Требуется разобрать насос, поменять изношенные детали. Проблема же заключается в том, что после сборки насос необходимо полностью обкатать и перенастроить таблицу значений, которая зашита в управляющий блок. Механика изменилась, поэтому таблица тоже должна быть другой. Чтобы ее прописать, насос необходимо установить на стенд, снять параметры и заново «прошить» блок. Если насос ремонтировать по технологии, то делать это нужно именно так: ремонтировать механическую часть, обкатывать насос, записывать индивидуальную таблицу. Все это стоит денег, но это единственная возможность получить насос практически в новом состоянии.

Особый вид

Отдельной ветвью развития топливных систем стали насос-форсунки. Данная система объединяет в одном узле ТНВД и форсунку (устанавливается индивидуально на каждый цилиндр). Поршни насоса приводятся в движение распредвалом двигателя и создают впрыск топлива под высоким (свыше 2000 бар) давлением.

Насос-форсунки нашли применение прежде всего в коммерческой технике, но в свое время концерн Volkswagen AG активно внедрял данную технологию и в легковых дизельных моторах. Отказ немцев от насос-форсунок в пользу Common Rail произошел всего несколько лет назад.

Насос-форсунки управляются электронным образом и в сравнении с механическими системами обеспечивают достаточно точное дозирование впрыска. В плане надежности они мало чем отличаются от распределительных ТНВД. Но поскольку смазка трущихся деталей обеспечивается топливом, качество последнего принципиально для обеспечения надежности и ресурса системы.

Особенностью является возможность относительно простой замены отказавшей насос-форсунки на другую: данная операция не требует серьезных знаний и специнструмента, что позволяет осуществлять ее вдали от квалифицированного сервиса. И это серьезное преимущество для коммерческого транспорта, который работает в сложных условиях, где не всегда есть возможность быстро получить квалифицированную техническую помощь.

Обратная сторона медали заключается в том, что полной технологии ремонта насос-форсунок Bosch не предоставляет, а есть лишь возможность замены отдельных частей (например, распылителей). Причина такого подхода проста: полный комплект запчастей и инструментов для полноценного ремонта насос-форсунки имел бы неподъемную для сервисных станций стоимость и не окупился бы в отдельно взятом сервисе. Поэтому восстановление насос-форсунок возможно только в заводских условиях.

Проще или сложнее?

Common Rail — это система, которая завоевала весь мир. Почему? Она не имеет конкурентов в части топливной экономичности и экологической безопасности, позволяя вписываться даже в жесткие рамки Евро-6. К тому же это чрезвычайно «гибкая» система, которая может применяться на автомобильных, паровозных, судовых двигателях.

Чисто механически насос Common Rail гораздо проще, чем любой рядный или распределительный ТНВД. Он не имеет распределительных функций и только накачивает топливо в общую рампу. За своевременную и точную подачу топлива в цилиндры отвечают форсунки, работающие по команде блока управления. Создаваемое в системе высокое давление и конструкция инжекторов (их подвижные части очень маленькие и легкие) позволяют обеспечить высокую скорость работы. Так, основному впрыску предшествует один-два предвпрыска (они снижают жесткость работы двигателя), а заканчивает цикл один послевпрыск (дожигание газов позволяет снизить токсичность выхлопа).

Так что в определенном смысле конструкция топливной системы упрощена. С другой стороны, Common Rail чрезвычайно сложен: чтобы поддерживать нужное давление в системе и не допускать его превышения, обеспечивать точное дозирование при подаче топлива в цилиндры, применяются многочисленные датчики, системы аварийного сброса давления, исполнительные механизмы, ну а электронно-управляемые форсунки и вовсе произведение искусства.

Common Rail отличается высокой надежностью. Главный враг — загрязнения, которые забивают мельчайшие каналы и приводят к сбою в работе управляющих систем и форсунок, способны вывести из строя нагруженные элементы топливного насоса. Поэтому требования к качеству топлива, его чистоте, высоки.

С технологической точки зрения диагностика топливной системы Common Rail достаточна проста: подключившись к электронному блоку, можно получить данные о параметрах работы двигателя, увидеть имеющиеся ошибки и т.д. Однако требования к знаниям диагноста выше: он должен понимать все процессы, знать не только механику и гидравлику, но и электронику.

Ремонт же агрегатов Common Rail весьма сложен и требует точного соблюдения предписанных технологий. Неквалифицированный ремонт не приводит к желаемому результату, провоцирует дополнительные проблемы, вплоть до выхода из строя двигателя.

Особенно высокие требования предъявляются к соблюдению технологии ремонта инжекторов Common Rail. Причина кроется в том, что зазоры между движущимися частями инжектора и зазоры, от которых зависят его рабочие характеристики, составляют единицы микрон (один микрон — тысячная часть миллиметра). Для сравнения: толщина человеческого волоса составляет десятки микрон, поэтому попадание волоска или пылинки внутрь инжектора может кардинально повлиять на его работоспособность.

Поэтому помимо использования специальной высокоточной измерительной аппаратуры при ремонте инжекторов CR высочайшие требования предъявляются к чистоте воздуха в помещении. Сборка инжекторов осуществляется в специальных «чистых помещениях», продуваемых воздухом через фильтры тонкой очистки.

Вывод однозначен: альтернативы Common Rail на данный момент не предвидится. Система продолжает совершенствоваться, перспективы в этом направлении очень широки. Но не будем забывать, что путь развития всех систем носит циклический характер. Сначала система усложняется для удовлетворения возрастающих требований, а затем происходит качественный технический или технологический скачок, позволяющий реализовать все достигнутое ранее более простым и экономичным способом.

Топливная система автомобиля

Для работы двигателя необходимо топливо, которое должно в определенные моменты подаваться в цилиндры — эту задачу решают топливные системы (или системы подачи топлива). О том, как устроены топливные системы и какие отличительные черты имеют системы подачи топлива различных двигателей — читайте в этой статье.

Назначение и общее устройство топливной системы

Топливная система автомобиля (или система подачи топлива) — система, предназначенная для подачи топлива (бензина или дизельного топлива) из топливного бака в двигатель (точнее – в карбюратор или форсунки). Также эта система обеспечивает хранение топлива и его очистку перед подачей в двигатель.

Читайте также  Единица измерения крутящего момента

Независимо от типа, любая топливная система содержит несколько основных компонентов:

— Топливный бак;
— Система топливопроводов;
— Топливный насос;
— Топливный фильтр (или фильтры);
— Устройство образования топливно-воздушной смеси или устройства впрыска топлива в цилиндры.

Топливный бак. Это резервуар для хранения топлива. Бак современных автомобилей — это довольно сложная система, которая содержит несколько компонентов: непосредственно резервуар, горловина для заливки топлива, датчик уровня топлива, топливный насос (однако во многих системах насос устанавливается в моторном отсеке) и другие. С баком также сообщается система улавливания паров топлива, которая содержит сепаратор, топливопроводы, адсорбер и несколько клапанов.

Топливопроводы. Это трубки, которые осуществляют подачу топлива от одних компонентов к другим. Подача топлива из бака осуществляется подающим топливопроводом, а возврат излишков топлива из карбюратора, форсунок или ТНВД (в дизельном двигателе) производится через сливные трубопроводы.

Топливный насос. Это устройство, которое подает топливо из бака к двигателю. В системах впрыска топлива насос создает высокое давление. В дизельных моторах два насоса — низкого и высокого давления (подкачивающий насос может быть и в инжекторных двигателях). Сегодня чаще всего применяются электрические насосы, однако в дизелях используются традиционные механические плунжерные ТНВД.

Топливные фильтры. Обычно их два — грубой и тонкой очистки. Фильтр грубой очистки — это просто несколько тонких металлических сеточек, установленных в топливном баке. Фильтр тонкой очистки устроен более сложно, он устанавливается перед карбюратором, рампой или ТНВД. Фильтры обеспечивают очистку топлива от разнообразных загрязнений, пыли и посторонних твердых частиц.

Устройство образования топливно-воздушной смеси — это карбюратор, в который подается бензин и воздух, где они смешиваются и через дроссельную заслонку подаются во впускной коллектор двигателя. В инжекторных и дизельных двигателях воздух подается отдельным дроссельным узлом, а образование горючей смеси происходит непосредственно в цилиндре.

Устройства впрыска топлива. Это форсунки в дизельных и инжекторных бензиновых двигателях. Однако в дизельных моторах (а также и в инжекторах с непосредственным впрыском) форсунки установлены непосредственно в головках цилиндров, а в инжекторных моторах — во впускных коллекторах.

Также в топливную систему современных автомобилей входит блок управления, который осуществляет управление подачей топлива, образованием топливно-воздушной смеси и изменением режимов работы двигателя в зависимости от нагрузки и других условий. Блок управления работает на основе показаний от многочисленных датчиков, установленных в различных узлах двигателя и других систем автомобиля.

На сегодняшний день существует два основных типа топливных систем — бензиновых и дизельных двигателей. О каждой из них нужно рассказать более подробно.

Топливные системы бензиновых двигателей

Исторически бензиновые двигатели внутреннего сгорания были первыми, и уже в конце XIX века были разработаны первые топливные системы на основе карбюраторов. Однако с 1950-х годов в автомобилях стали использоваться иные системы — инжекторные, которые к сегодняшнему дню устанавливаются практически на всех новых легковых автомобилях.

Таким образом, можно выделить два принципиально разных типа систем подачи топлива бензиновых двигателей:

Они имеют отличия в устройстве и принципе работы.

Карбюраторная система подачи топлива

Главная особенность топливной системы этого типа — наличие карбюратора, в котором производится смешивание воздуха и топлива, то есть образование топливно-воздушной смеси. Карбюратор устанавливается на впускном коллекторе двигателя, к нему подводится топливо, которое распыляется с помощью жиклера и смешивается с воздухом. Образовавшаяся смесь через дроссельную заслонку подается в коллектор (а через него — к цилиндрам), а управлением положения заслонки осуществляется управление работой двигателя.

В системе подачи топлива карбюраторных двигателей бензонасос создает малое давление, которое необходимо лишь для закачки топлива из бака в карбюратор, а подача горючей смеси в цилиндр осуществляется «самотеком» из-за понижения давления в цилиндре при опускании поршня.

Инжекторная система подачи топлива (система впрыска топлива)

Система подачи топлива инжекторных двигателей имеет следующие принципиальные отличия от топливной системы карбюраторных моторов:

— Топливо из бака подается на топливную рампу, к которой подключены форсунки;
— Воздух в камеры сгорания подается через дроссельный узел;
— Топливный насос создает достаточно высокое давление, которое необходимо для обеспечения впрыска топлива форсунками в камеры сгорания.

Также в системах впрыска обязательно присутствует блок управления, который как раз и управляем впрыском, в зависимости от режима работы обеспечивает необходимый состав топливно-воздушной смеси и т.д.

Существует два основных типа инжекторных двигателей:

— Моновпрыск (одна форсунка на все цилиндры, сейчас почти не используется);
— Распределенный впрыск (индивидуальная форсунка для каждого цилиндра, существует несколько разновидностей, отличающихся режимом работы форсунок).

Принцип работы топливной системы инжекторного двигателя прост. Топливо из бака с помощью насоса подается на топливную рампу, в которой топливо всегда находится под постоянным высоким давлением (давление устанавливается регулятором давления). С рампой сообщаются форсунки, через которые топливо в определенные промежутки времени распыляется в камере сгорания. Одновременно с подачей топлива в камеру сгорания поступает и воздух — здесь происходит образование топливно-воздушной смеси. Форсунки управляются блоком управления, информация о режимах работы всей системы поступает от множества датчиков.

Топливные системы дизельных двигателей

Система подачи топлива дизельного двигателя имеет следующие особенности:

— Подача топлива в камеры сгорания осуществляется форсунками под высоким давлением (за счет которого происходит воспламенение топливно-воздушной смеси);
— Давление создается специальным топливным насосом высокого давления (ТНВД).

Таким образом, в топливной системе дизеля присутствует два насоса — низкого и высокого давления. Насос низкого давления (часто его называют подкачивающим насосом) обеспечивает подачу топлива к ТНВД, а ТНВД — подачу топлива в форсунки.

Принцип работы топливной системы дизельного двигателя сводится к следующему: топливо с помощью подкачивающего насоса подается к ТНВД (попутно проходя через фильтр тонкой очистки), откуда под высоким давлением поступает в установленные в головках цилиндров форсунки. Форсунки в определенные моменты открываются и распыляют топливо в камере сгорания, в которые через отдельный клапан (или клапаны) подается очищенный воздух. Излишки топлива от ТНВД и форсунок через трубки отлива топлива возвращаются в топливный бак.

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.

Читайте также  Замена лампы ближнего света рав 4 2010

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

Устройство и виды топливных систем бензиновых и дизельных двигателей

Топливная система — важнейшая часть автомобиля, которая служит для подачи топлива из бака в камеру сгорания двигателя. Она состоит из множества элементов, предназначенных для транспортировки, фильтрации, учета, подготовки и отвода топлива. В статье подробнее рассмотрим топливные системы бензиновых и дизельных двигателей, а также узнаем, что такое линия возврата топлива («обратка») и зачем она нужна.

Состав и функции системы подачи топлива

Главная функция любой топливной системы — это подача необходимого количества топлива из бака в камеру сгорания в определенный момент времени. Функционально она разделяется на две основных системы:

  • транспортировка топлива, его фильтрация и создание давления в системе — выполняется механическими и гидравлическими устройствами;
  • расчет количества и момента впрыска топлива, а также распределение его по цилиндрам — осуществляется электронными устройствами.

Топливная система автомобиля

В состав топливной системы входят следующие элементы:

  • Бак — герметичная емкость для хранения топлива.
  • Трубопроводы (прямой и обратный) — трубки и гибкие шланги, по которым осуществляется транспортировка топлива.
  • Фильтры (грубой и тонкой очистки) — выполняют очистку от механических загрязнений.
  • Регулятор давления — необходим для обеспечения заданного уровня давления.
  • Насос — как правило, погружной, приводимый в движение электродвигателем.
  • ТНВД — для систем непосредственного впрыска (дизельных двигателей).
  • Топливные форсунки.

Виды питания бензиновых двигателей

В зависимости от типа бензинового двигателя, различают топливные системы:

Они имеют отличия в конструкции и рабочих параметрах.

Карбюраторные

Работа карбюраторной системы осуществляется по следующему принципу:

  1. Насос всасывает топливо из бака. При этом он обеспечивает невысокое давление, достаточное лишь для подачи топлива.
  2. Двигаясь по трубопроводу, топливо проходит фильтрацию.
  3. В специальной камере (карбюраторе) горючее смешивается с воздухом.
  4. Готовая смесь подается напрямую в цилиндры двигателя, где она сгорает.

Инжекторные

Топливная система инжекторного двигателя отличается тем, что имеет систему впрыска, принудительно нагнетающую топливо в камеру сгорания. Какое давление в топливной системе инжекторного двигателя создает насос зависит от типа впрыска:

  • С индивидуальными форсунками для каждого цилиндра (распределенный впрыск). Создаваемое насосом давление в топливной рампе составляет от 2,5 бар до 4 бар.
  • С одной форсункой (моновпрыск), подающей топливо для всех цилиндров двигателя. Простая схема, которая в современном автомобилестроении практически не используется из-за низкой экономичности.
  • Непосредственный впрыск. Форсунки установлены в головке блока цилиндров, что позволяет выполнять прямой впрыск топлива в цилиндры. В этом случае рабочее давление составит около 155 бар.

Схема работы топливной системы инжекторного бензинового двигателя:

  1. Насос через фильтры подает бензин в топливную рампу.
  2. Регулятор на рампе обеспечивает заданный уровень давления топлива.
  3. Форсунки, установленные на рампе, впрыскивают топливо в цилиндры.
  4. В момент подачи бензина в цилиндры подается и воздух, образуется топливовоздушная смесь.

Схема, устройство и принцип работы для дизельного двигателя

Системы подачи дизельного топлива имеют свои особенности. Различают три типа конструкций:

  • Сommon rail (или аккумуляторная);
  • С насос-форсунками;
  • Разделенные.

Common rail

Наиболее популярная топливная система для дизелей — аккумуляторная (или common rail). Она соответствует более высоким экологическим стандартам. Это обеспечивается благодаря независимости процессов впрыскивания дизеля от режимов работы двигателя.

Конструктивно система питания дизеля common rail имеет два основных контура:

  1. Участок низкого давления — состоит из топливного бака, насоса низкого давления, трубопроводов и фильтра.
  2. Участок высокого давления — состоит из топливного насоса высокого давления (ТНВД), трубопровода, рампы (аккумулятора) и форсунок.

Принцип работы топливной системы дизеля представляет собой следующую последовательность:

  1. Насос низкого давления нагнетает дизель из топливного бака в трубопровод.
  2. Проходя по трубопроводу через фильтры грубой и тонкой очистки дизель подается в насос высокого давления.
  3. ТНВД подает топливо в форсунки, с помощью которых происходит впрыск в цилиндры.
  4. Одновременно с впрыском топлива происходит подача воздуха.

Разделенная и насос-форсунка

Разделенная топливная система состоит из топливного бака, трубопроводов, ТНВД и форсунок. При этом насос и форсунки соединены длинными трубопроводами, рассчитанными на высокое давление. Разделенная схема активно применяется в отечественном автомобилестроении, поскольку отличается низкой стоимостью и простотой конструкции.

В свою очередь, насос-форсунка — устройство, одновременно создающее нужный уровень давления и производящие впрыск топлива. Она располагается в головке блока цилиндров и приводится в действие кулачковым механизмом. Прямая и обратная магистрали при этом реализованы как каналы, находящиеся непосредственно в головке блока.

Рабочее давление при такой схеме составляет до 2 200 бар.

Этот способ имеет важный недостаток — он характеризуется зависимостью давления от режима работы двигателя.

Линия возврата топлива («обратка»)

Как правило, топливный насос имеет постоянную производительность, то есть закачивает топливо из бака в рампу под постоянным давлением. Двигатель же работает на разных режимах, потребляя разное количество топлива, в зависимости от его нагрузки. Таким образом, возникает необходимость контролировать давление и количество топлива в топливной рампе.

Этим занимается регулятор давления топлива, который сливает излишки топлива обратно в бак через линию возврата топлива, так называемую «обратку». В настоящий момент существует два вида топливных систем, отличающихся наличием или отсутствием линии возврата топлива (обратной магистрали).

  1. Система подачи топлива с линией возврата. Топливо, которое не было впрыснуто форсункой, является избыточным и оно возвращается обратно в бак через регулятор, который расположен на топливной рампе, и линию возврата. Таким образом в топливном коллекторе поддерживается постоянное давление.
  2. Топливная система без линии возврата. Регулятор давления топлива в таких системах обычно устанавливается в модуле погружного топливного насоса. Избыточное топливо, подаваемое насосом, возвращается обратно в бак через короткую линию возврата. При этом в топливную рампу подается только то количество топлива, которое впрыскивается форсунками. Данная система имеет следующие преимущества — меньшая стоимость и меньший подогрев топлива в баке.

Полезное видео

Ознакомьтесь с дополнительной информацией о системе питания инжекторного двигателя на видео ниже:

Как правило, основные элементы топливной системы одинаковы для большинства моделей автомобилей, находящихся в одной категории. С другой стороны, практические характеристики могут изменяться, в зависимости от технических особенностей конкретного двигателя.