Система питания дизельного двигателя

Система питания дизельного двигателя должна создавать высокое давление впрыска топлива в камеру сгорания цилиндра; дозировать порции топлива в соответствии с нагрузкой двигателя; производить впрыск топлива в строго определенный момент, в течение заданного промежутка времени и с определенной интенсивностью; хорошо распылять и равномерно аспределять топливо по объему камеры сгорания; надежно фильтровать топливо перед его поступлением в насосы и форсунки.

Дизельное топливо представляет собой смесь керосиновых, газойлевых и соляровых фракций после отгона из нефти бензина. К основным свойствам дизельного топлива относятся: воспламеняемость, оцениваемая октановым числом; вязкость; чистота и температура застывания, по которым различают дизельное топливо по сортам: ДЛ — летнее ДЗ — зимнее, ДА — арктическое.

Система питания дизельного двигателя состоит из:

топливного бака;
фильтров грубой и тонкой очистки воздуха;
топливоподкачивающего насоса;
топливного насоса высокого давления с регулятором частоты вращения и автоматической муфтой опережения впрыска топлива;
форсунок;
трубопроводов высокого и низкого давления;
воздушного фильтра;
выпускного газопровода;
глушителя шума отработавших газов.

Система питания дизеля разделяется на топливоподводящую и воздухоподводящую аппаратуру.

Топливоподача осуществляется по двум магистралям: низкого и высокого давления. Назначение магистрали низкого давления состоит в хранении топлива, его фильтрации и подачи под малым давлением к топливному насосу высокого давления. Назначение магистрали высокого давления состоит в обеспечении подачи и впрыскивания необходимого количества топлива в цилиндры двигателя в строго определенный момент.

Топливоподкачивающий насос дизеля подает топливо из бака через фильтры грубой и тонкой очистки по топливопроводам низкого давления к топливному насосу высокого давления (ТНВД), который в соответствии с порядком работы цилиндров по топливопроводам высокого давления подает топливо к форсункам. Форсунки, расположенные в головках цилиндров, впрыскивают и распыляют топливо в камеры сгорания двигателя. Так как Топливоподкачивающий насос подает к ТНВД топлива больше, чем необходимо, то его избыток, а с ним и попавший в систему воздух, по дренажным трубопроводам отводится обратно в бак.

Топливный насос высокого давления (ТНВД) служит для подачи в камеры сгорания двигателя через форсунки требуемых порций топлива. Состоит из одинаковых секций по количеству цилиндров двигателя.

Форсунки служат для впрыскивания и распыления топлива, а также для распределения его частиц по объему камеры сгорания.

Основным конструктивным элементом форсунки является распылитель, имеющий одно или несколько сопловых отверстий, формирующих факел впрыскиваемого топлива.

Существуют форсунки закрытого и открытого типа. В четырехтактных дизелях применяют форсунки закрытого типа, сопловые отверстия которых закрываются запорной иглой. Поэтому внутренняя полость в корпусе распылителей форсунок сообщается с камерой сгорания только в период впрыскивания топлива.

Устройство автомобилей

Система питания дизеля

Дизельные двигатели относятся к тепловым двигателям внутреннего сгорания поршневого типа с внутренним смесеобразованием и самовоспламенением рабочей смеси. По принципу работы они существенно отличаются от бензиновых двигателей, использующих для воспламенения рабочей смеси внешние тепловые источники – искровое электрическое зажигание или специальный тепловой элемент.

Кроме того, у многих бензиновых двигателей смесеобразование протекает вне цилиндров двигателя – в специальном смесителе (карбюраторе), продолжается во впускном трубопроводе, и заканчивается в цилиндрах во время тактов впуска и сжатия.
У инжекторных двигателей с центральным и распределенным впрыском смесеобразование осуществляется во впускном трубопроводе, продолжаясь в цилиндрах вплоть до воспламенения смеси свечой. И лишь инжекторные двигатели с непосредственным впрыском принципиально схожи по характеру смесеобразования с дизельными двигателями, но, тем не менее, тоже имеют ряд отличий в процедуре и результатах смешивания топлива с воздухом.

Общий принцип работы четырехтактного дизельного двигателя можно описать следующим сценарием:

всасывание чистого воздуха в цилиндр через впускной клапан при движении поршня к нижней мертвой точке;
быстрое и сильное сжатие воздуха до раскаленного состояния при закрытых клапанах и перемещении поршня к верхней мертвой точке;
впрыск топлива в цилиндр, смешивание его с воздухом в камере сгорания и последующее самовоспламенение рабочей смеси с выделением теплоты, повышающей давление в цилиндре;
движение поршня вниз под действием высокого давления газообразных продуктов сгорания топлива, в результате чего совершается полезная механическая работа;
выброс отработавших газов в атмосферу при открытом выпускном клапане и перемещении поршня к верхней мертвой точке.

Далее описанный сценарий повторяется.

Двухтактный дизель работает по сокращенному «сценарию» — очистка цилиндров от продуктов сгорания (отработавших газов) и впуск свежего заряда воздуха осуществляется в период, когда поршень движется от ВМТ к НМТ и продолжается еще некоторое время после прохождения поршнем нижней мертвой точки (перекладки поршня) и движения его к ВМТ.
Затем впускное и выпускное окно в цилиндре перекрываются боковой поверхностью поршня, и начинается резкое сжатие воздуха, поступившего в цилиндр.
После сжатия и сильного разогрева воздуха осуществляется впрыск топлива, его перемешивание с воздухом, и самовоспламенение рабочей смеси. При перемещении поршня к НМТ под действием давления продуктов сгорания смеси выполняется полезная работа, и после того, как выпускное и затем впускное окна откроются, выполняется продувка цилиндра свежим зарядом воздуха.

Итак, основные отличия двигателя от классического бензинового двигателя – внутреннее смесеобразование и самовоспламенение рабочей смеси. Эти различия имеют и положительные, и отрицательные стороны.

Так, внутреннее смесеобразование позволяет эффективно использовать наддув, а у двухтактных двигателей – исключить потери топлива при продувке цилиндров, поскольку впускается чистый воздух, а не горючая смесь. Но с другой стороны, — при внутреннем смесеобразовании отводится лишь краткий миг для перемешивания топлива с воздухом, а без этого горение невозможно либо будет протекать малоэффективно.

Самовоспламенение смеси в дизелях позволяет отказаться от достаточно сложной системы зажигания, применяемой в бензиновых двигателях.
Но, если перефразировать известную пословицу, — не бывает добра без худа — для подачи топлива в цилиндры под высоким давлением (а это крайне необходимо для качественного распыливания топлива) применяется чрезвычайно дорогостоящая аппаратура — насосы высокого давления и форсунки.

Высокая степень сжатия, используемая в дизельных двигателях, тоже приводит к отрицательным последствиям, поскольку влечет за собой применение массивных деталей цилиндропоршневой группы, способных выдержать колоссальные давления.
Кроме того, из-за высоких рабочих давлений дизели работают жестче и шумнее, чем их бензиновые «собратья».

Но, как бы то ни было, дизели по сравнению с бензиновыми двигателями имеют ряд существенных преимуществ, и основным из них является высокая топливная экономичность. Так, расход топлива для получения единицы мощности у дизелей на 25…30% меньше, чем, например, у карбюраторных двигателей.

Кроме того, с учетом более высокой плотности дизельного топлива по сравнению с бензином, запас хода по топливу у дизельных автомобилей на 35…45% выше, чем у бензиновых «собратьев».
Себестоимость дизельного топлива меньше, чем себестоимость бензина, поскольку оно получается прямой перегонкой.

Немаловажно и то, что в продуктах сгорания дизельного топлива содержится меньше токсичных веществ, чем в отработавших газах бензиновых двигателей. Да, дизели зачастую сильно дымят, чадят и коптят при работе, особенно, если система питания плохо отрегулирована, но, как это ни парадоксально звучит, в этой копоти меньше яда, чем в безобидном сизом дымке из выхлопной трубы карбюраторного двигателя.

Но не только топливная экономичность и относительная экологичность выгодно отличает дизель от бензинового двигателя. Дизели надежнее. Для них характерны стабильная экономичность во всем диапазоне нагрузок, лучшая приемистость и возможность работы с нагрузкой без полного прогрева.
Дизельный двигатель «довезет» свое колесное чадо вместе с водителем и грузом до места назначения, даже если откажет бортовая электросеть – в своей работе дизель полностью автономен, если не считать пускового устройства.

Преимущества дизеля над бензиновым двигателем с точки зрения термодинамики подробнее описаны в разделе сайта, посвященном теплотехнике.

Как уже указывалось выше, слабым звеном двигателей с внутренним смесеобразованием, в том числе – дизельных двигателей, является слишком короткий отрезок времени, в течение которого топливо должно перемешаться с воздухом. Конструкторам приходится решать сложную задачу – как в течение сотых долей секунды получить топливовоздушную смесь высокого качества, способную быстро и эффективно сгореть и отдать тепло для преобразования в механическую энергию.

Это возможно применением специальных камер и объемов для смешивания топлива с воздухом, которые зачастую приводят к замысловатой форме камеры сгорания и днища поршней, для того, чтобы обеспечить завихрение и перемешивание компонентов горения.
Второй путь повышения эффективности смесеобразования – применение впрыска под очень высоким давлением, что приводит к интенсивному распыливанию порции топлива по всему объему камеры сгорания.

В результате изысканий в указанных направлениях конструкторы разработали различные устройства и технологии, значительно повышающие качество и скорость смесеобразования в дизелях и бензиновых двигателях с непосредственным впрыском, о которых будет рассказано в других статьях сайта.

Здесь мы рассмотрим классическую схему системы питания дизельного двигателя, которая включает следующие основные механизмы, приборы и устройства ( см. рис. 1 ):

топливный бак;
топливопроводы низкого давления;
топливоподкачивающий насос;
топливные фильтры грубой и тонкой очистки;
топливный насос высокого давления (ТНВД);
топливопроводы высокого давления;
форсунки;
топливопроводы системы отвода излишков топлива от форсунок и ТНВД.

Кроме перечисленных элементов, предназначенных для подачи топлива из бака в цилиндры, система питания дизеля (как и бензинового двигателя) включает:

воздушный фильтр с впускным трубопроводом для воздуха;
трубопроводы удаления отработавших газов;
приборы для очистки продуктов сгорания от вредных веществ и примесей;
устройства для снижения уровня шума при выхлопе отработавших газов (глушители, резонаторы и т. п.).

MaZDa-BELARUSS › Блог › Система питания дизельного двигателя

Дизельный двигатель работает по другим принципам, совершенно не таким, по которым работает бензиновый двигатель. Именно этим и обусловлено устройство системы питания дизельного двигателя. Если упрощенно, то в дизелях, все построено на возникновении высокой температуры при сильном сжатии. Именно эта температура и является тем катализатором, который запускает горение топливной смеси.

Система питания дизельного двигателя
Как работает дизельный двигатель?

Изначально цилиндры дизеля заполняются воздухом. Поршень в цилиндре идет вверх, сжимая воздух, и при этом повышается температура сжатого воздуха. Причем повышается до такой температуры, которой достаточно для того, чтобы произошло воспламенение дизельного топлива, вернее смеси дизельного топлива и воздуха.

Как только температура доходит до максимальной, а это происходит в конце такта движения поршня, происходит впрыск дизтоплива посредством форсунки. Топливо не просто поступает струей, а распыляется в мелкодисперсное облако. И дальше под воздействием температуры сжатого воздуха происходит объемный взрыв воздушно-топливной смеси. Давление под воздействием взрыва критически вырастает, и именно это давление начинает двигать поршень, который идет вниз, и при этом совершается работа в физическом понимании этого термина.

Подачу топлива в двигатель и некоторые другие функции обеспечивает система питания дизельного двигателя.

Что входит в систему питания дизельного двигателя:

• топливный бак;
• подкачивающий насос;
• топливный фильтр;
• топливный насос высокого давления;
• свеча накаливания;
• форсунка.

Подкачивающий насос забирает топливо из топливного бака и направляет его в топливный насос высокого давления (ТНВД). В нем есть несколько секций. Число секций соответствует числу цилиндров в двигателе. Каждая из секций ТНВД работает на один цилиндр дизельного двигателя.

Топливный насос высокого давления (ТНВД) устроен следующим образом. Внутри насоса, по всей его длине в нижней части расположен вращающийся вал, который имеет кулачки. Вал ТНВД получает вращение от распределительного вала двигателя.

Кулачки оказывают воздействие на толкатели, которые, в свою очередь, заставляют работать плунжеры. Плунжер – это, по сути, поршень, который двигается вверх-вниз. Идя вверх, плунжер создает давление топлива внутри цилиндра. И именно это давление выталкивает топливо через топливную магистраль к форсунке.

Топливо, которое приходит в топливный насос высокого давления, находится под низким давлением и его явно не хватает, чтобы заставить топливо не только двигаться к форсунке, но и распыляться. Плунжер в нижней своей фазе подхватывает топливо и двигает его вверх секции (цилиндра). При этом давление значительно вырастает. Причем этого давления уже хватает для того, чтобы произошло качественное распыление дизтоплива внутри цилиндра. Давление топлива внутри секции топливного насоса может достигать показателя 2000 Атм.

Плунжер не только нагнетает топливо, но и регулирует количество подаваемого топлива на форсунку. Для этого у плунжера есть подвижная часть, которая может открывать или закрывать канавки внутри него. И эта подвижная часть соединена с педалью газа в кабине водителя. От угла поворота плунжера зависит степень открытия каналов прохождения топлива и зависит количество топлива, которое будет подаваться на форсунку. Поворот плунжера происходит за счет рейки, которая соединена с рычагом, который, в свою очередь, соединяется с педалью газа в кабине автомобиля.

В верхней части секции ТНВД находится клапан, который открывается под определенным давлением и закрывается, если давления недостаточно. Т.е. если плунжер находится в нижней точке, клапан закрыт и топливо из магистрали, которая идет к форсунке, не может обратно вернуться в ТНВД.

В секции создается давление, которого хватает для того, чтобы был произведен впрыск топлива в цилиндр. Топливо поступает к форсунке по магистрали. И уже форсунка, которая является управляемой, в нужный момент распыляет топливо внутри цилиндра.

Форсунки могут быть с механическим управлением или с электромагнитным управлением.

В обычной механической форсунке открытие отверстия распыления зависит от давления, которое возникло в топливной магистрали. Отверстие форсунки перекрыто иглой, которая соединена с неким подобием поршня, расположенным вверху форсунки. Пока давления нет, игла перекрывает выход топлива через отверстие распылителя. Как только топливо поступает под давлением, поршень идет вверх и тянет иглу. Происходит открытие отверстия, за которым следует распыление.

Свеча накаливания, которая находится в каждом цилиндре, не предназначена для того, чтобы непосредственно воспламенять топливную смесь. Свеча накаливания предварительно разогревает воздух в специальной камере перед тем, как этот воздух попадает в цилиндр.

Если разобраться, свеча накаливания всего лишь облегчает запуск двигателя, поскольку воздух, перед тем как попадать в цилиндр, уже нагрет до определенной температуры. В принципе в достаточно теплую погоду, или когда двигатель горячий, запуск дизеля может произойти и без предварительного подогрева воздуха. Но в холодную погоду, такое невозможно.

Более современная система питания дизельного двигателя предполагает наличие ТНВД, в котором нет секций по количеству цилиндров, зато есть общая магистраль для всех форсунок. Т.е. насос так и создает высокое давление, но оно общее для всех форсунок. И каждый цилиндр имеет индивидуальный впрыск топлива.

Форсунки, которые используются при такой системе, управляются не по механическому принципу, а посредством электрических импульсов, которые на них поступают от блока управления. По сути, в каждой форсунке стоит электромагнитный клапан, который открывает или закрывает распыление топлива.

Электронный блок управления двигателем получает информацию с нескольких датчиков и, переварив информацию, подает сигнал на электромагнитный элемент управления форсунки.

Такая система питания дизельного двигателя наиболее современна и наиболее экономична. Так как никакая механика не сравнится с электроникой.

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.