Система питания дизельного двигателя: устройство, принцип работы

Из этого материала вы узнаете:

Общее устройство системы питания дизельного двигателя

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

Назначение системы питания дизельного двигателя:

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

Общее устройство системы питания дизельного двигателя

Элементы системы питания дизельного двигателя:

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

Топливоподводящая аппаратура системы питания дизельного двигателя

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

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

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

Топливоподводящая аппаратура системы питания дизельного двигателя

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

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

Существуют два основных вида инжекторных дизельных форсунок:

• закрытого типа;
• открытого типа.

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

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

Виды впрыска в системах питания дизельного двигателя

Есть несколько систем впрыска дизельных двигателей. Рассмотрим наиболее распространенные:

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

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

Рядный ТНВД

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

Рядный ТНВД

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

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

Распределительный ТНВД

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

Распределительный ТНВД

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

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

Насос-форсунка

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

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

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

Common Rail

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

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

Common Rail

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

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

Основные неисправности системы питания дизельного двигателя

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

Сложности при запуске двигателя

Основные причины этой неисправности системы питания дизельного двигателя:

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

Основные неисправности системы питания дизельного двигателя

Отсутствие полной мощности и наличие дыма

Основные причины:

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

Самопроизвольное увеличение частоты вращения коленчатого вала

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

Основные причины:

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

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

Двигатель стучит и дымит

Основные причины:

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

Чёрный цвет отработанных газов

Основные причины:

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

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

Чёрный цвет отработанных газов

Как устранить завоздушивание системы питания дизельного двигателя

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

Прокачка фильтрующего элемента

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

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

Удаление воздуха из системы питания дизельного двигателя

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

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

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

Часто задаваемые вопросы о системе питания дизельного двигателя

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

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

Что такое система питания турбированного дизельного двигателя?

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

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

Каков принцип работы системы питания дизельного двигателя?

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

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