Система питания дизельного топлива. Система питания дизельного двигателя

Письменная экзаменационная работа

Выполнил: Андреев Алексей

Лужский агропромышленный колледж

Значение система питания дизельного двигателя

Система питания дизельного двигателя предназначена для обеспечения запаса топлива на автомобиле, очистке топлива и равномерного распределения его по цилиндрам двигателя строго дозированными порциями в соответствии с порядком работы, скоростным и нагрузочным режимом работы двигателя. Основные отличия дизельного двигателя от карбюраторного состоят в следующем: в дизельном двигателе чистый воздух засасывается в цилиндры и в них подвергается очень высокой степени сжатия. Вследствие этого в цилиндрах создается температура, превышающая температуру воспламенения дизельного топлива.

Обслуживание систем питания дизельных двигателей.

Комплект ТА дизельных двигателей, в который, как известно, входит топливный насос высокого давления (ТНВД), форсунки и топливопроводы высокого давления, подвергается диагностике, восстановлению, регулировке и контролю.

В работу с ТНВД входят следующие операции:

разборка и мойка;

проверка состояния деталей и при необходимости их замена;

сборка, обкатка;

регулировка и контроль ТНВД на стенде, которые включают в себя следующие операции:

регулировка начала нагнетания и чередования подачи;

проверка запаса хода рейки на выключение;

настройка начала действия регулятора (НДР);

регулировка хода рейки;

регулировка номинальной подачи топлива;

регулировка подачи топлива на режимах перегрузки и пуска;

проверка полного выключения подачи топлива регулятором;

проверка неравномерности подачи топлива при минимальной частоте вращения, выключения подачи топлива и установка винта ограничения общей подачи топлива;

проверка муфты опережения впрыска топлива;

присвоение индивидуального номера;

клеймение (номера), пломбировка отдельных узлов и упаковка.

Применяемые в нашем производстве методы, оборудование и материалы для восстановления карбюраторов и ТНВД, а также объемы и научно-технический уровень контрольных и регулировочных работ обеспечивают нашей продукции соответствие и превышение требований действующих стандартов. Гарантии работоспособности, в том числе выполнение норм токсичности отработавших газов, даются на каждый отдельный экземпляр с присвоением ему и клеймением индивидуального номера.

При работе дизельного двигателя в его цилиндры всасывается чистый воздух, который сжимается до высокого давления. При этом воздух в цилиндре нагревается до температуры, превышающей температуру воспламенения дизельного топлива. Топливо впрыскивается в цилиндры, где температура воздуха составляет около + 600 °С, с некоторым опережением и воспламеняется само. Таким образом, свечи зажигания для воспламенения топлива не требуются.

Может возникнуть ситуация, когда при очень холодном двигателе вследствие сжатия необходимая температура воспламенения не достигается. В этом случае необходимо произвести предварительный подогрев двигателя. В каждом цилиндре находится свеча накаливания, которая производит нагрев камеры сгорания. Длительность преднакала зависит от наружной температуры и регулируется блоком управления двигателем через реле преднакала.

У дизельного двигателя имеется три различных способа впрыска топлива: с помощью вихревой камеры, предкамеры и непосредственный впрыск.

При вихрекамерном и предкамерном впрыске топливо впрыскивается в предварительную камеру соответствующего цилиндра. Смесь сразу же воспламеняется. Объём кислорода, имеющийся в предварительной камере достаточен для сгорания только части впрыснутого топлива. Оставшаяся несгоревшая часть топлива давлением, возникшем в процессе сгорания, выбрасывается в камеру сгорания. Там топливо сгорает полностью.

При непосредственном впрыске топливо впрыскивается прямо в камеру сгорания. Топливо подаётся топливоподкачивающим насосом под давлением 3.5 атм. к топливному насосу высокого давления (ТНВД). В ТНВД уже при низких числах оборотов создаётся постоянное давление сжатия свыше 1300 атм.

В состав топливной системы входят: топливный бак, топливный фильтр, форсунки, топливные трубки и шланги, датчик запаса топлива, расположенный внутри бака и блок электронного управления двигателем.

Топливо подаётся специальным насосом через фильтр. В фильтре оседает грязь и вода, содержащаяся в топливе.

Двигатель управляется электронной системой, похожей на систему управления бензиновыми двигателями. Система управляет работой двигателя, анализируя информацию, поступающую от большого числа датчиков.

Клапан отсечки топлива при выключении зажигания отсутствует. Для того, чтобы заглушить двигатель при выключении зажигания, блок управления двигателем посылает в блок управления ТНВД сигнал, который, в свою очередь, прекращает подачу топлива к форсункам.

Топливная система спроектирована таким образом, чтобы не допустить «подсоса» воздуха при отсутствии топлива в баке. Блок управления постоянно проверяет уровень топлива в баке, обрабатывая информацию, поступающую от датчика запаса топлива, расположенного в баке. При падении запаса топлива до определённого уровня блок управления зажигает предупреждающую лампу на приборной доске, после чего принудительно вызывает пропуски подачи топлива, ограничивая тем самым максимальную скорость. Это продолжается до тех пор, пока уровень топлива в баке не превысит допустимую отметку.

Топливная система дизельных двигателей очень надёжна. При использовании чистого топлива и выполнении регулярного обслуживания она должна исправно функционировать до окончания срока службы автомобиля. После очень большого пробега внутренние компоненты форсунок могут износиться, и их будет необходимо отремонтировать. Поскольку насос - форсунки имеют сложную конструкцию, ремонт рекомендуется выполнять в специализированной мастерской.

Не пользуйтесь вблизи рабочего места открытым огнём, не курите и не держите каких-либо сильно разогретых предметов. Имеется опасность несчастного случая! Держите наготове огнетушитель.

Следите за нормальной вентиляцией рабочего места. Топливные пары ядовиты.

Топливная система находится под давлением. При вскрытии системы топливо может под давлением вырваться. Соберите топливо тряпкой. Пользуйтесь защитными очками.

При работе с компонентами системы питания дизельного двигателя соблюдайте особые меры предосторожности. В особенной степени это относится к форсункам. Имейте в виду, что давление топлива на выходе из форсунок составляет около 1100 атмосфер. Не допускайте попадания любых частей тела под струю топлива.

Шланговые соединения крепятся с помощью ленточных или зажимных хомутов. Зажимные хомуты необходимо обязательно заменить на ленточные хомуты или хомуты последней конструкции. Для установки ленточных хомутов имеется специальное приспособление, например HAZET 796-5.

Соединения и прилегающие к ним места перед вскрытием тщательно очистите.

Снятые детали укладывайте на чистую подкладку и закрывайте. Применяйте для этого полиэтилен или бумагу. Не применяйте для этого волокнистую ткань!

Тщательно закрывайте открытые детали или ставьте технологические заглушки, если ремонт продлится некоторое время.

Устанавливайте на место только чистые детали. Запасные части вынимайте из упаковки только непосредственно перед установкой. Не применяйте деталей, которые хранились неупакованными (например, хранившиеся в инструментальном ящике).

При вскрытой топливной системе по возможности не работайте со сжатым воздухом. По возможности не перемещайте при этом автомобиль.

Не применяйте содержащие силикон герметики. Попавшие в двигатель элементы силикона в двигателе не сгорают и повреждают лямбда-зонд.

Меры безопасности при снятии топливного бака

Перед снятием бака слейте из него топливо или откачайте топливо специально предусмотренным для этого насосом.

Топливный бак снимается с нижней стороны автомобиля. Перед отсоединением хомутов крепления бака подведите к нему снизу домкрат и подкладки.

Пустой бак взрывоопасен и не может быть в таком виде утилизирован. Перед утилизацией бак должен быть разрезан на части. Следите за тем, чтобы при этом не возникло искры.

После установки бака на место запустите двигатель и проверьте герметичность всех соединений.

Ф.Н. Авдонькин «Текущий ремонт автомобилей» М.: «Транспорт» 1978 г. с. 271

Боднев А.Г., Дагович В.М. «Устройство, эксплуатация и техническое обслуживание автомобилей» М.: «Транспорт» 1974 г. с. 254.

Карташов В.П., Мальцев В.М. «Организация технического обслуживания и ремонта автомобилей» М.: «Транспорт» 1979 г., с. 215.

Техническое обслуживание и ремонт автомобилей: Учебник для студ. учреждений сред. проф. образования / В. М. Власов, С. В. Жанказиев, С.

М.Кругловидр.; Под ред. В. М. Власова, - М.: Издательский центр "Академия", 2003.

Система питания дизеля служит для подачи в цилиндры двигателя воздуха и топлива и отвода отработавших газов. Топливо подается под большим давлением, в определенные моменты (характеризуемые углом опережения по. дачи топлива) и в определенном количестве в зависимости от нагрузки двигателя.

ПРИНЦИП РАБОТЫ. На первый взгляд дизельный двигатель почти не отличается от обычного бензинового - те же цилиндры, поршни, шатуны. Главные и принципиальные отличия заключаются в способе образования и воспламенения топливо-воздушной смеси. Способ образования и воспламенения топливо-воздушной смеси – непосредственно в цилиндре. В дизеле топливо воспламеняется не от искры, а вследствие высокой температуры воздуха в цилиндре. Рабочий процесс в дизеле происходит следующим образом: вначале в цилиндр попадает чистый воздух, который за счет большой степени сжатия разогревается до 700-900°С. Дизтопливо впрыскивается под высоким давлением в камеру сгорания при подходе поршня к верхней мертвой точке. А так как воздух уже сильно разогрет, после смешивания с ним происходит воспламенение топлива. Самовоспламенение сопровождается резким нарастанием давления в цилиндре - отсюда повышенная шумность и жесткость работы дизеля. Дизель имеет больший КПД и крутящий момент. К недостаткам дизельных двигателей обычно относят повышенную шумность и вибрацию, меньшую литровую мощность и трудности холодного пуска.

ТИПЫ КАМЕР СГОРАНИЯ

Камеры сгорания дизельных двигателей разделяются на два основных типа: неразделенные и разделенные . При форкамерном процессе топливо впрыскивается в специальную предварительную камеру, связанную с цилиндром несколькими небольшими каналами или отверстиями, ударяется об ее стенки и перемешивается с воздухом. Воспламенившись, смесь поступает в основную камеру сгорания, где и сгорает полностью. Сечение каналов подбирается так, чтобы при ходе поршня вверх (сжатие) и вниз (расширение) между цилиндром и форкамерой возникал большой перепад давления, вызывающий течение газов через отверстия с большой скоростью. Во время вихрекамерного процесса сгорание также начинается в специальной отдельной камере, только выполненной в виде полого шара. В период такта сжатия воздух по соединительному каналу поступает в предкамеру и интенсивно закручивается (образует вихрь) в ней. Дизельные двигатели с неразделенной камерой называют также дизелями с непосредственным впрыском. Топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр, камера сгорания выполнена в днище поршня (на низкооборотистых дизелях – грузовики). СИСТЕМЫ ПИТАНИЯ

Важнейшим звеном дизельного двигателя является система топливоподачи, обеспечивающая поступление необходимого количества топлива в нужный момент времени и с заданным давлением в камеру сгорания.

Система питания Common Rail . Common Rail – это метод впрыска топлива в камеру сгорания под высоким давлением, не зависящим от частоты вращения двигателя или нагрузки. Главное отличие системы Common Rail от классической дизельной системы заключается в том, что ТНВД предназначен только для создания высокого давления в топливной магистрали. Он не выполняет функций дозировки цикловой подачи топлива и регулировки момента впрыска.

ТУРБОДИЗЕЛЬ

Эффективным средством повышения мощности и гибкости работы дизеля является турбонаддув. Он позволяет подать в цилиндры дополнительное количество воздуха и соответственно увеличить подачу топлива на рабочем цикле, в результате чего увеличивается мощность двигателя.

Конструкция и работа системы питания дизеля воздухом

Система питания воздухом служит для забора окружающего воздуха, его очистки от пыли и распределения по цилиндрам двигателя.

Система питания воздухом (рис. 7) включает воздушный фильтр и впускной трубопровод. Она может быть с турбонаддувом или без турбонаддува.

Воздух поступает через сетку колпака 5 и трубу 4 воздухозаборника в воздушный фильтр 1. В фильтре воздух проходит через инерционную решетку 3 и резко изменяет направление движения. Сначала воздух освобождается от крупных частиц пыли, которые под действием инерции и вакуума выбрасываются через эжектор 6, установленный в выпускной трубе глушителя, в окружающий воздух. Более мелкие частицы пыли задерживаются в картонном фильтрующем элементе 2. Очищенный воздух по впускному трубопроводу подается в цилиндры 7 двигателя.

Воздушный фильтр (рис. 8) состоит из корпуса 3, крышки 1 и сменного фильтрующего элемента 2, состоящего из двух перфорированных стальных кожухов и гофрированного картона между ними. Патрубок 7 предназначен для отсоса пыли из корпуса фильтра.

Воздух поступает в фильтр через патрубок 5, очищается в нем и выходит через патрубок 6.

Наддув представляет собой подачу воздуха в цилиндры двигателя при такте впуска под давлением, создаваемым компрессором. При наддуве увеличивается количество воздуха, поступающего в цилиндры двигателя, количество сжигаемого топлива и повышается на 20...40 % мощность двигателя.

Рис. 8. Воздушный фильтр:

1 - крышка; 2 - фильтрующий элемент; 3 - корпус; 4 - диффузор; 5, 6, 7 - патрубки

В дизелях обычно применяется газотурбинный наддув (рис. 9) турбокомпрессором. При работе двигателя воздух в цилиндры 1 нагнетается под давлением центробежным компрессором 6, рабочее колесо которого приводится во вращение турбиной 5.

Рис. 9. Схема наддува дизеля воздухом:

1 – цилиндр двигателя; 2 - мембрана; 3 – пружина; 4 - клапан; 5 - турбина; 6 - компрессор

Материал из Энциклопедия журнала "За рулем"

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

В систему питания дизеля входят :
- топливный бак ,
- топливные фильтры ,
- подкачивающий насос,
- топливный насос высокого давления (ТНВД),
- трубопроводы,
- форсунки ,
- воздушный фильтр и система выпуска отработавших газов .

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 дизельного двигателя предназначена для обеспечения запаса топлива на автомобиле, очистки топлива и равномерного распределения его по цилиндрам двигателя строго дозированными порциями в соответствии с порядком работы, скоростным и нагрузочным режимом работы двигателя. Основные отличия дизельного двигателя от карбюраторного состоят в следующем. В дизельном двигателе чистый воздух засасывается в цилиндры и в них подвергается очень высокой степени сжатия. Вследствие этого в цилиндрах создается температура, превышающая температуру воспламенения дизельного топлива .

Когда поршень находится почти в верхней мертвой точке, в сильно сжатый, достигающий температуры +600 °C воздух впрыскивается дизельное топливо, которое состоит из смеси керосиновых, газойлевых и соляровых фракций. Дизельное топливо загорается само по себе, свечи зажигания не требуются. Чтобы достигалась высокая температура сжатого воздуха при холодном двигателе, в каждой вихревой камере двигателя находится свеча накаливания. Кроме того, дизельный двигатель оснащен ускорителем запуска в холодном состоянии, который включается кнопкой на панели приборов или автоматически.

Из топливного бака дизельное топливо засасывается насосом высокого давления через топливный фильтр, который задерживает воду и грязь. Топливо подается только в том случае, если в системе нет воздуха. В насосе создается необходимое для впрыска давление, и топливо распределяется по цилиндрам. Количество впрыскиваемого топлива регулируется нажатием педали газа. Через форсунки топливо подается в предкамеру соответствующего цилиндра. Так как дизельный двигатель не нуждается в зажигании и его цикл не прекращается при отключении напряжения в системе накального зажигания, в конструкции дизельного двигателя предусмотрен магнитный клапан. При выключении зажигания напряжение на нем исчезает и канал поступления топлива закрывается.

В систему питания дизельного двигателя грузового автомобиля (КамАЗ-740) входит топливный бак, фильтр грубой очистки воздуха, фильтр тонкой очистки воздуха, топливоподкачивающий насос, топливный насос высокого давления с регулятором частоты вращения и автоматической муфтой опережения впрыска топлива, форсунки, трубопроводы высокого давления, трубопроводы низкого давления, воздушный фильтр, выпускной газопровод, глушители шума отработанных газов.

Подача топлива осуществляется по двум магистралям: высокого и низкого давления. В магистрали низкого давления хранится топливо, происходит его фильтрация и подача под малым давлением к топливному насосу высокого давления. В магистрали высокого давления обеспечивается подача и впрыскивание необходимого количества топлива в цилиндры 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, 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 топливному насосу высокого давления топлива больше, чем нужно, то его избыток, а с ним и попавший в систему воздух по дренажным трубопроводам отводятся обратно в бак.

Топливный насос высокого давления является основным прибором системы питания дизеля. Он предназначен для равномерной подачи строго определенной дозы топлива к форсункам двигателя под высоким давлением в течение определенного промежутка времени согласно порядку работы цилиндров двигателя. Состоит он из одинаковых секций по количеству цилиндров двигателя. Секция включает в себя корпус, втулку плунжера (гильзу), плунжер, поворотную втулку, нагнетательный клапан, который прижат штуцером к гильзе плунжера через прокладку.

Принцип работы ТНВД состоит в следующем. Под действием кулачка вала и пружины плунжер совершает возвратно-поступательное движение. При движении плунжера вниз внутреннее пространство гильзы наполняется топливом и топливо подается насосом низкого давления в подводящий канал корпуса насоса. При этом открывается впускное отверстие и топливо поступает в надплунжерное пространство. Далее под действием кулачка плунжер начинает подниматься вверх, перепуская топливо обратно в подводящий канал, до тех пор, пока верхняя кромка плунжера не перекроет впускное отверстие гильзы. После перекрытия этого отверстия давление топлива резко возрастает и топливо через зазор между втулкой и плунжером, преодолевая усилие пружины, поднимает нагнетательный клапан и поступает в топливопровод.

Продвижение плунжера вверх вызывает повышение давления выше уровня давления, которое создается пружиной форсунки. В результате этого игла форсунки приподнимается и происходит впрыскивание топлива в камеру сгорания. Подача топлива продолжается до тех пор, пока винтовая кромка плунжера не откроет выпускное отверстие в гильзе. В результате давление над плунжером резко падает, нагнетательный клапан под действием пружины закрывается и пространство над плунжером разъединяется с топливопроводом высокого давления. Далее плунжер перемещается вверх, топливо перетекает в сливной канал через винтовую кромку плунжера и продольный паз. Количество топлива подается в форсунку с помощью зубчатой рейки, втулки и связывающего поводка. Продолжительность впрыскивания соответствующих порций топлива, подаваемых в цилиндры двигателя, зависит от угла поворота плунжера, так как изменяется расстояние, проходимое плунжером от момента перекрытия впускного отверстия до момента открытия выпуского отверстия винтовой кромкой.

Чтобы остановить двигатель автомобиля, необходимо прекратить подачу топлива. В этом случае рейкой устанавливают плунжер в такое положение, чтобы винтовая канавка оказалась обращенной в выпускному отверстию, и при перемещении плунжера вверх все топливо над ним по канавке через выпускное отверстие и топливопроводы попадает в бак.

Заданную частоту вращения коленчатого вала автоматически поддерживает всережимный регулятор частоты вращения. Он находится в развале корпуса топливного насоса высокого давления и приводится в движение от его кулачкового валика. Во время работы двигателя с частотой вращения коленчатого вала, соответствующей данному положению педали управления подачи топлива, центробежные силы грузиков регулятора уравновешены усилием пружин. Если нагрузка на спуске уменьшится, то частота вращения коленчатого вала начнет возрастать и грузы регулятора, преодолевая сопротивление пружины, немного разойдутся и переместят рейку топливного насоса высокого давления в положение, уменьшающее подачу топлива. Если частота вращения уменьшается, то центробежная сила грузов также уменьшается и регулятор под действием силы пружины переместит рейку в обратном направлении, что приведет к увеличению подачи топлива.

Для изменения момента начала впрыскивания топлива в зависимости от частоты вращения коленчатого вала предназначена автоматическая муфта опережения впрыскивания топлива. Изменяя момент впрыскивания топлива, автоматическая муфта улучшает экономичность двигателя и его пусковые качества. На конической поверхности переднего конца кулачкового валика топливного насоса высокого давления крепится шпонкой и фиксируется гайкой ведомая полумуфта.

Ведущая полумуфта крепится на ступице ведомой и может на ней поворачиваться. Между ступицей и полумуфтой установлена втулка. Ведущая полумуфта приводится в действие распределительной промежуточной шестерней через вал с гибкими соединительными муфтами.На ведомую полумуфту вращение передается двумя грузами. Они качаются в плоскости, перпендикулярной к оси муфт на полуосях, запрессованных в ведомую полумуфту.

Одним концом приставка ведущей полумуфты упирается в палец груза, а другим – в профильный выступ. Пружины стремятся удержать грузы на упоре во втулке ведущей полумуфты. Если частота вращения коленчатого вала двигателя увеличивается, под действием центробежных сил грузы расходятся, и в результате ведомая полумуфта поворачивается относительно ведущей в направлении вращения кулачкового валика, что увеличивает угол опережения впрыска топлива. При уменьшении частоты вращения грузы под действием пружин сходятся. Ведомая полумуфта поворачивается вместе с валиком топливного насоса в противоположную сторону вращения, что уменьшает угол опережения впрыска топлива.

ВМТ – верхняя мертвая точка
ГБЦ – головка блока цилиндров
КШМ – кривошипно-шатунный механизм
ТНВД – топливный насос высокого давления

Отличие бензинового и дизельного двигателей

На современных автомобилях могут устанавливаться бензиновые и дизельные двигатели. Раньше дизельные двигатели в основном применялись на грузовиках большой грузоподъемности и на тракторах. При их работе можно было наблюдать клубы черного дыма, которые вырывались из выхлопной трубы. Двигатель издавал довольно громкий звук, сопровождающийся стуком. Повышенный шум и вибрации были основными недостатками дизелей. Поэтому такие моторы не устанавливали на легковые автомобили. Современные дизельные двигатели по многим показателям способны конкурировать с бензиновыми моторами. По некоторым характеристикам дизеля серьезно превосходят бензиновые двигатели.

По конструкции бензиновые и дизельные двигатели почти одинаковы. Основное отличие дизеля от бензинового мотора – это использование более прочных материалов при изготовлении его деталей. Это необходимо потому, что дизельный двигатель во время работы испытывает более сильные нагрузки в отличие от своего бензинового собрата. Для повышения прочности некоторые детали изготавливают более массивными, что увеличивает вес мотора.

На дизельном двигателе степень сжатия несколько выше, чем на бензиновом. Поэтому блок цилиндров на дизеле выше, чем на аналогичном бензиновом моторе. С увеличением высоты блока цилиндров увеличивается высота кривошипа коленчатого вала и длина шатунов, что так же сказывается на утяжелении двигателя. Самым главным конструктивным отличием является система питания. На дизеле она кардинально отличается от системы питания бензинового мотора.

На бензиновом моторе топливовоздушная смесь готовится посредством смешивания паров бензина и воздуха. После этого смесь сжимается поршнем в цилиндре при его движении вверх, в ВМТ на свечу зажигания подается электрический ток, искра воспламеняет топливовоздушную смесь, и происходит рабочий ход. Во время работы бензинового двигателя для регулирования мощности нужно изменять количество топлива и количество воздуха, которые подаются для приготовления топливовоздушной смеси. При этом их пропорции должны строго соблюдаться. При недостатке или переизбытке одного из компонентов невозможна нормальная работа двигателя.

Для регулирования подачи воздуха в бензиновом двигателе во впускном воздушном тракте устанавливается дроссельная заслонка (на некоторых моторах подача регулируется другим способом). Подача топлива на современных бензиновых двигателях регулируется электронным блоком управления посредством увеличения или уменьшения времени открытия топливных форсунок. В результате чего изменяется количество топлива, которое впрыскивается за это время.

В дизельный двигатель топливо и воздух подаются раздельно. В воздушном тракте дроссельной заслонки нет (но иногда используется для аварийного отключения подачи воздуха). Чем больше подать воздуха в цилиндр, тем лучше и полнее произойдет сгорание дизтоплива. Топливо в дизельный двигатель подается через форсунки. Смешивания воздуха и топлива как такового не происходит. Воздух необходим для поддержания горения дизтоплива. Как же происходит воспламенение в дизеле? А вот тут самое интересное.

По каким-то причинам во многих источниках этот вопрос затрагивается поверхностно или раскрывается не достаточно точно, а в некоторых случаях не совсем верно. Простому обывателю не так просто понять, что же происходит в процессе воспламенения топлива в дизеле. Некоторые люди пишут, что топливо в дизеле воспламеняется от его сжатия. Если налить на поршень дизтоплива и вращать дизель стартером, в цилиндре воздух в такте сжатия начнет сжиматься и давить на эту «лужицу», но топливо никогда не загорится в цилиндре, хоть весь день крутите. Некоторые люди пишут, что топливо воспламеняется от сжатия воздуха в цилиндре. Пример выше… При таких условиях дизтопливо никогда не воспламенится.

В дизельном двигателе во время такта сжатия воздух в цилиндре разогревается до высокой температуры. Это происходит во время его работы или при запуске в идеальных условиях при плюсовой температуре окружающего воздуха. Некоторые ссылаются именно на высокую температуру сжатого воздуха в цилиндре. Что именно из-за высокой температуры сжатого воздуха дизтопливо самовоспламеняется. В этом есть доля правды, но процесс не раскрыт полностью. Попробуем разобраться в этом более подробно.

Дизтопливо, распыленное форсункой на мелкие частички в дизельном двигателе, воспламеняется в результате его нагрева от трения об сжатый воздух. Чем мельче частички топлива при его распылении, тем больше точек трения и, соответственно, легче воспламенение. Если же в цилиндр под большим давлением подать струю дизтоплива, воспламенения не произойдет, ибо точек трения очень мало. Разогретый воздух в цилиндре способствует лучшему воспламенению дизтоплива за счет более быстрого разогрева частичек топлива от трения. Но нужно понимать, что воспламенение происходит именно от трения. Для примера вспомните спичку и как её поджигают. Оказывается, все просто, достаточно вспомнить физические процессы, которые известны из школьного курса физики.

Плотность воздуха в цилиндре так же влияет на процесс воспламенения. Чем плотнее среда, которая образуется в такте сжатия, тем сильнее происходит трение. Если впрыснуть дозу дизтоплива в объем воздуха с атмосферным давлением, и, соответственно, с недостаточной плотностью, воспламенения не произойдет. И не произойдет воспламенения, если впрыснуть дизтопливо в бензиновый мотор. Степень сжатия в бензиновом моторе ниже, чем в дизеле. Существует некий порог, ниже которого дизтопливо не способно воспламеняться. Поэтому в дизелях степень сжатия выше по отношению к бензиновым моторам.

Системы подачи воздуха

Система питания дизельного двигателя включает в себя систему подачи воздуха и систему подачи топлива в двигатель. В зависимости от способа подачи воздуха в двигатель различают атмосферные дизеля и турбодизеля. В атмосферных моторах воздух поступает в цилиндры посредством всасывания во время такта впуска, то есть за счет естественного разряжения. В турбодизелях используется нагнетатель воздуха, в основном это турбокомпрессор, работающий от выхлопных газов.

На одном валу находится две крыльчатки. За счет выхода выхлопных газов одна из крыльчаток раскручивается и через общий вал вращение передаётся на вторую крыльчатку, которая создает поток воздуха и нагнетает его во впускной тракт двигателя. Так как во время прохождения горячих выхлопных газов через турбину нагнетаемый воздух может нагреваться, между турбиной и впускным коллектором иногда устанавливают интеркулер. Это теплообменник, который позволяет охладить нагнетаемый в двигатель воздух, что еще больше увеличивает его объем. Перед использованием воздух на любом двигателе очищается системой очистки. Это фильтры разных видов и конструкций.

Турбодизеля обладают большей мощностью в отличие от атмосферных моторов. За счет большего объема воздуха, который нагнетается в цилиндры, происходит более полное и быстрое сгорание топлива. Это способствует снижению расхода топлива и повышению мощности мотора. Так же снижается токсичность выхлопных газов. Так как скорость сгорания топлива в турбированном моторе выше, это позволяет увеличить максимальные обороты вращения двигателя, что положительно сказывается на его характеристиках.

Есть и несколько минусов при использовании турбин на дизелях. Сам турбокомпрессор подвергается воздействию высоких температур от выхлопных газов. Что требует использовать дорогостоящие термостойкие материалы при изготовлении турбины. На некоторых моделях дизелей турбина охлаждается жидкостью из основной системы охлаждения двигателя. Во время работы вал турбины раскручивается до нескольких десятков тысяч оборотов в минуту. Для увеличения срока службы пары трения используют износостойкие материалы, способные выдерживать огромные скорости вращения. Узлы вращения вала турбины обычно смазывают моторным маслом из общей системы смазки двигателя, что предъявляет серьезные требования к качеству моторных масел.

При использовании турбокомпрессора на двигателе его ресурс несколько сокращается по отношению к атмосферному двигателю. Это происходит из-за повышения нагрузок на основные механизмы двигателя. Так же повышается стоимость двигателя в целом. Этому способствует высокая стоимость самого турбокомпрессора, конструктивное усложнение систем охлаждения и смазки двигателя и увеличению воздушных трубопроводов. Несмотря на свои недостатки из-за большей экономичности и мощности турбодизеля все чаще устанавливаются на автомобили.

Камера сгорания

В зависимости от вида камеры сгорания различают камеры раздельного типа и камеры нераздельного типа. Раздельная камера сгорания представляет собой дополнительную камеру небольшого объема, которая соединяется каналом с верхней частью цилиндра. Эта камера обычно находится в полости ГБЦ. Топливо через форсунку впрыскивается именно в эту, так называемую, предкамеру. В момент воспламенения топлива продукты горения распространяются по соединительному каналу в цилиндр и давят на поршень.

Основным плюсом таких моторов является мягкость работы. То есть во время работы такого двигателя почти не слышен характерный «дизельный стук». Это обусловлено тем, что взрывная волна при воспламенении топлива образуется внутри предкамеры и не воздействует непосредственно на поршень. На таких моторах в распылителях форсунок было, как правило, одно отверстие, что упрощало и удешевляло их изготовление. Но были и минусы в такой конструкции. Это сложность изготовления самой предкамеры и её рубашки охлаждения.

Моторы с раздельными камерами сгорания обладали довольно высоким расходом топлива.
Двигатели с нераздельными камерами сгорания получили большее распространение. Такие моторы чаще называют двигатели с непосредственным впрыском. То есть на них топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр в надпоршневое пространство. Камера сгорания может быть выполнена в днище поршня, в полости ГБЦ или частично там и там. По геометрической форме камеры сгорания могут быть разные. В некоторой степени это зависит от формы факела распыла топлива форсункой. Некоторые формы камеры сгорания способствуют образованию завихрений внутри цилиндра, что улучшает сгорание топлива.

Двигатели с непосредственным впрыском обладают рядом преимуществ по отношению к моторам с раздельными камерами сгорания. Самый главный показатель – это экономичность. Нераздельная камера сгорания имеет компактную форму, поэтому обладает малыми тепловыми потерями при работе двигателя. Это позволяет мотору быстрее выходить на рабочий тепловой режим и соответственно меньше тратить топлива. При нераздельной камере сгорания уменьшается высота ГБЦ и сложность её изготовления. Одним из минусов таких моторов является высокие ударные нагрузки, которые действуют на КШМ.

При использовании в форсунках распылителей с несколькими отверстиями малого диаметра удалось обеспечить более плавное горение топлива. Что послужило снижению ударных нагрузок, действующих на КШМ. Но производство таких форсунок довольно трудоемко и предъявляет к себе высокую точность изготовления, что сказывается на их стоимости. Тем не менее, именно моторы с непосредственным впрыском получили большое распространение в современном автомобилестроении. Такие моторы постоянно модернизируются и получают новые технологии, в частности по повышению прочности материалов КШМ.

Системы подачи топлива

На дорогах всего мира можно встретить автомобили с различными по конструкции системами подачи топлива. Некоторые из них устарели морально и физически. Эти системы не отвечают экологическим нормам по содержанию вредных выбросов в выхлопных газах. Тем не менее, такие автомобили выполняют свои функции. Существует несколько видов систем подачи топлива в дизельный двигатель.

Топливо из бака подается к ТНВД подкачивающим насосом. В подающем топливопроводе устанавливаются фильтры очистки топлива. Как правило, это двухступенчатая система очистки. На первом этапе топливо очищается от крупных примесей в виде мелких камешков, металлических обломков и так далее. Второй этап – это фильтр тонкой очистки, который улавливает все остальное, в том числе и воду. От ТНВД топливо подается к форсункам через трубки, которые способны выдерживать высокое давление.

ТНВД могут быть рядными и распределительными. Иногда встречаются V- образные, они схожи по конструкции с рядными насосами. Так же существуют так называемые магистральные насосы, о них чуть ниже… Рядные ТНВД могут иметь несколько плунжеров, которые создают давление топлива для индивидуальной форсунки. Насосы работают от вращения, имеют привод от двигателя, и вращение строго синхронизировано с положением поршней в ВМТ. Во время работы каждый плунжер обеспечивает повышение давления в подающей магистрали в нужный момент для каждого цилиндра двигателя. Форсунка имеет запорную иглу в распылителе, которая открывается от возросшего давления топлива. После открытия и впрыска топлива, давление в магистрали падает, и игла запирает отверстия распылителя. Все довольно просто устроено и работает механически.

Для увеличения подачи топлива в плунжере увеличивается давление, что увеличивает время впрыска топлива, а в итоге и его количество. Чтобы увеличить давление в плунжере насоса имеется специальная зубчатая рейка, которая при линейном перемещении поворачивает специальные втулки плунжеров относительно вертикальной оси. Тем самым отсечка происходит позже, в итоге повышается давление в топливной магистрали. Рейка соединяется с педалью газа механически или электроприводом. Такие ТНВД также имеют механический регулятор холостых оборотов и регулятор опережения момента впрыска топлива, который необходим при увеличении оборотов двигателя.

Насосы такого типа смазываются моторным маслом из общей системы смазки двигателя, поэтому могут работать на топливе низкого качества.

Системы питания топливом такого типа очень надежны. Они хорошо зарекомендовали себя за многолетнее применение и до сих пор могут применяться на дизелях. Но такие системы не обладают потенциалом в дальнейшем развитии. Для более мягкой работы дизеля и повышения экономичности следует повысить давление впрыска топлива. На таких системах повышать давление неограниченно нет возможности. Во время работы в определенный момент происходит резонанс в трубопроводах высокого давления. Поэтому увеличение давления может привести к разрушению трубок. Так же есть зависимость производительности насоса от оборотов работы двигателя, что негативно сказывается на тонкости распыления топлива в этом режиме.

Распределительный насос отличается от рядного насоса количеством плунжерных секций. Такие насосы могут иметь одну или несколько плунжеров, но их количество может не соответствовать количеству цилиндров двигателя, на которые они устанавливаются. Подача топлива распределяется специальным механизмом. В нужный момент топливо под высоким давлением подается на нужную форсунку в соответствии с тактом работы двигателя. Форсунки при этом могут использоваться такой же конструкции, которая описана выше. Насосы такого типа компактнее рядных насосов, поэтому чаще применяются на легковых дизелях. Механизм распределения подачи топлива довольно точно работает, что увеличивает мягкость работы двигателя. В отличие от рядных насосов производительность распределительных почти не зависит от оборотов двигателя.

Но есть в таких насосах и недостаток. Все детали внутри насоса смазываются дизтопливом, которое он подает к форсункам. Точность изготовления прецизионных пар довольно высока. Поэтому качество топлива влияет на долговечность работы насосов такого типа. При недостаточной смазке ускоряется износ деталей, а присутствие влаги в топливе достаточно серьезно уменьшает его ресурс.

Существуют системы, в которых насос высокого давления и форсунка объединены в один элемент. Что исключает применение трубопроводов высокого давления. Подкачивающий насос подает топливо сразу на насос-форсунку. На каждый цилиндр устанавливается индивидуальная насос-форсунка. В таких системах давление впрыска топлива может достигать нескольких сотен МПа, что увеличивает экономичность и уменьшает содержание вредных выбросов в выхлопных газах. Насос-форсунка приводится в работу от кулачков распределительного вала, что упрощает конструкцию двигателя в целом. Современные топливные системы такого типа, а существуют они довольно давно, имеют ряд новшеств.

Например, на некоторых двигателях с такой системой впрыск топлива разделен на несколько фаз. То есть топливо впрыскивается не одной порцией, а несколькими. Каждая из порций может отличаться по объему, что позволяет контролировать процесс сгорания топлива. В результате воспламенение происходит более мягко, снижая ударные нагрузки на КШМ, а токсичность выхлопных газов снижается за счет более полного сгорания топлива в цилиндрах. Минусом же являются высокая стоимость насос-форсунки и необходимость использовать топливо высокого качества.

Еще одна система питания топливом на дизельном моторе – это система Common Rail. В переводе с английского означает общая магистраль. На легковых двигателях разные бренды называют эту систему по-своему, но принцип работы у них схож. В роли общей магистрали выступает топливная рампа, в которой накапливается энергия давления. Из топливной рампы топливо подается на форсунки, открывающиеся электрическим импульсом. Чем-то напоминает топливную рампу бензинового мотора, но в дизеле давление в рампе составляет несколько сотен МПа. Такое давление создает магистральный насос высокого давления. Электрический импульс подается в нужный момент из блока управления двигателем.

Во время запуска двигателя магистральный насос начинает качать топливо и создается высокое давление в топливной рампе. На рампе расположен датчик давления, который измеряет давление топлива в ней. Блок управления считывает показания с этого датчика, и только при достижении определенного давления он подает импульс на открытие форсунок. Происходит запуск дизеля и дальнейшая его работа. Во время работы двигателя насос постоянно поддерживает высокое давление в топливной рампе, поэтому обороты двигателя не влияют на давление впрыска топлива, рампа выступает в роли накопителя. Электронный блок управления позволяет контролировать угол опережения впрыска и поддерживает обороты холостого хода мотора, что упрощает конструкцию насоса в отличие от ТНВД рядного типа.

Высокое давление впрыска позволяет добиться наилучшего распыления топлива и уменьшить его расход до феноменально малых показателей, сохраняя при этом высокую мощность двигателя. Легковой дизель объемом в 3 литра может потреблять топлива в городском режиме всего около 8-10 литров на 100 километров пробега. Крутящий момент дизельных двигателей выше, чем на аналогичных бензиновых моторах, он приближается к расчетным максимальным показателям почти с холостых оборотов. Бензиновые же достигают этого момента на максимально допустимых оборотах вращения коленвала.

В настоящее время легковые автомобили с системой впрыска Common Rail способны конкурировать по динамике разгона с бензиновыми моторами. Но потреблять при этом намного меньше топлива. Всю картину портит качество дизтоплива в нашей стране. В итоге выходят из строя насосы высокого давления и форсунки. Стоимость этих деталей довольно высока, поэтому экономия на расходе топлива сходит на нет при наступлении очередного ремонта топливной аппаратуры. Возможно, в скором будущем наши нефтеперерабатывающие заводы повысят качество выпускаемого дизтоплива. И каждый потенциальный клиент сможет выбрать для себя автомобиль именно с экономичным дизельным двигателем…