Устройство топливной системы дизельного двигателя. Топливная система дизельного двигателя

После значительного ужесточения экологических норм для дизельных силовых установок система питания дизельных двигателей претерпела изменения.

Устройство и виды топливных систем бензиновых и дизельных двигателей

Топливная система – важнейшая часть автомобиля, служащая для подачи топлива из бака в камеру сгорания двигателя. Он состоит из множества элементов, предназначенных для транспортировки, фильтрации, учета, подготовки и утилизации топлива. В статье мы подробно рассмотрим топливные системы бензиновых и дизельных двигателей, а также выясним, что такое обратка топлива («обратка») и зачем она нужна.

Основной функцией любой топливной системы является подача необходимого количества топлива из бака в камеру сгорания в заданное время. Функционально она делится на две основные системы:

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

В состав топливной системы входят следующие элементы:

• Цистерна — герметичная емкость для хранения топлива.
• Трубопроводы (наружу и назад) — трубы и гибкие шланги, по которым транспортируется топливо. – произвести очистку от механических примесей.
• Регулятор давления – необходим для обеспечения определенного уровня давления.
• Насос обычно погружной, с приводом от электродвигателя.
• ТНВД — для систем прямого впрыска (дизели).

Виды питания бензиновых двигателей

В зависимости от типа бензинового двигателя различают топливные системы:

Они отличаются дизайном и исполнением.

Карбюраторные

Работа карбюраторной системы осуществляется по следующему принципу:

1. Насос всасывает топливо из бака. В то же время он обеспечивает низкое давление, достаточное только для подачи топлива.
2. Двигаясь по трубе, топливо вытекает.
3. В специальной камере (карбюраторе) топливо смешивается с воздухом.
4. Готовая смесь подается непосредственно в цилиндры двигателя, где и сгорает.

Инжекторные

Топливная система инжекторного двигателя отличается тем, что имеет систему впрыска, принудительно нагнетающую топливо в камеру сгорания. Давление, создаваемое насосом в топливной системе инжекторного двигателя, зависит от типа впрыска:

• С отдельными форсунками для каждого цилиндра (распределенный впрыск). Давление, создаваемое насосом в топливной рампе, составляет от 2,5 до 4 бар.
• С форсункой (однократный впрыск), подающей топливо во все цилиндры двигателя. Простая схема, которая в современном автомобилестроении практически не используется из-за низкого КПД.
• Прямой впрыск. Форсунки установлены в головке блока цилиндров, что позволяет осуществлять непосредственный впрыск топлива в цилиндры. В этом случае рабочее давление будет около 155 бар.

Схема работы топливной системы инжекторного бензинового двигателя:

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

Сегодня это уже не тот двигатель, что был десять лет назад, современный дизель не уступает бензиновому по шуму, комфорту и экологическим показателям. А по некоторым, например экономичности, крутящему моменту, мощности, динамическим характеристикам, даже выше.

О конструктивных особенностях дизелей, в сравнении с бензомоторами

И дизельные, и бензиновые двигатели являются двигателями внутреннего сгорания. В глобальном смысле по своей конструкции дизель ничем не отличается от бензинового: и там, и здесь в них есть цилиндры, поршни и шатуны. Однако у дизелей степень сжатия намного выше (19-24 единицы, а у бензиновых — 9-11). Поэтому все детали и клапаны сильно усилены (чтобы выдерживать гораздо более высокие нагрузки). Поэтому вес и габариты дизельного двигателя намного внушительнее, чем у бензинового.

Основное отличие заключается в способах образования топливно-воздушной смеси, ее воспламенения и сгорания. В бензиновых двигателях топливно-воздушная смесь образуется во впускной системе и воспламеняется искрой от свечи зажигания. В дизелях топливо и воздух подаются в рабочие полости цилиндров раздельно. Сначала воздух. Он нагревается до семисот-восьмисот градусов и сжимается. Когда топливо впрыскивается в камеру сгорания под высоким давлением, оно воспламеняется самопроизвольно, почти мгновенно.

Поэтому искра не требуется. А свечи накаливания, которые установлены в ГБЦ, являются нагревательными элементами, как паяльник, и предназначены для быстрого нагрева воздуха в камере сгорания, пока двигатель еще не прогрет. Это называется системой предварительного нагрева.

При включении зажигания свечи накаливания за несколько мгновений нагреваются до 800-900 градусов, нагревая воздух и обеспечивая процесс самовоспламенения. Сигналы о работе этой системы подаются водителю контрольной лампой. Питание со свечей снимается в автоматическом режиме, через 15-20 секунд после запуска холодного двигателя, когда его ровная и стабильная работа уже полностью обеспечена. Решающая роль в обеспечении таких характеристик двигателя принадлежит его топливной системе, о строении которой и пойдет речь.

Принцип и общая схема работы топливной системы

Последовательность работы топливной системы дизеля следующая. Дизельное топливо откачивается из топливного бака топливоподкачивающим насосом (насосного или шестеренчатого типа) и после фильтрации подается ТНВД (ТНВД) к форсункам дизельного топлива. Топливо после откачки из бака сначала проходит через фильтр грубой очистки, удаляя крупные включения. Так же уже непосредственно перед ТНВД, через фильтр тонкой очистки. Вместе с ТНВД работают форсунки, через которые дизельное топливо распыляется и впрыскивается в цилиндры.

Схема топливной системы дизеля не может быть условно разделена, но четко разделена на два отсека — высокого давления и низкого. В секции низкого давления осуществляется предварительная подготовка и фильтрация топливной смеси перед ее отправкой в ​​секцию высокого давления. Отделение высокого давления, в свою очередь, добивает смесь до конца и передает ее в рабочую камеру.

Общий механизм работы топливной системы дизеля достаточно прост. Топливо выкачивается из бака, проходит через два фильтра очистки — грубой и тонкой, после чего с помощью ТНВД подается непосредственно к форсункам.

Тюнинг

Чип-тюнинг дизельных двигателей может производиться как перепрограммированием блока управления, так и изменением давления турбины.

Нужно сказать, что чип-тюнинг дизельного двигателя прост и имеет доступную стоимость. В то же время он позволяет значительно увеличить производительность двигателя без сокращения срока его службы.

Обратите внимание, что для качественной работы такого чипованного силового агрегата необходимо удалить катализаторы или поставить их недостатки. Следует помнить, что чип-тюнинг дизельного двигателя должен проводить исключительно опытный специалист, который знает, какая компрессия должна быть у двигателя.

В настоящее время существует несколько программ увеличения мощности силового агрегата путем перепрограммирования его блока управления. При этом есть возможность легкого тюнинга и кардинального увеличения мощности.

Особенностью системы является то, что количество топлива должно подаваться строго с определенной скоростью, необходимой для успешной работы двигателя. При повышении или понижении возможны сбои и поломки.

Что входит в топливную систему дизельного двигателя

Для большей ясности механизма действия дизеля необходимо рассмотреть основные элементы топливной системы. Это даст вам лучшее понимание того, как двигатель работает так эффективно.

Топливный бак

Предназначен для размещения и хранения дизельного топлива, которое часто называют просто дизельным топливом. Он соединяется с топливной системой через трубы. Основными требованиями к резервуару являются прочность, надежность и вместимость. Последний параметр определяет максимальное расстояние поездки, но регулируется общей массой топливного бака, которая зависит от грузоподъемности автомобиля.

Магистральные топливопроводы

Назначение: перемещение дизельного топлива из бака в часть топливной системы низкого давления. Транспорт осуществляется ТННД. Основными требованиями к топливопроводам являются герметичность и бесперебойность работы, что достигается благодаря отсутствию осадков на внутренней поверхности стенок трубы.

Топливоподкачивающий насос

Другое часто используемое название — топливный насос низкого давления или ТННП. Единственной функцией устройства является забор топлива и его последующая подача на фильтры грубой и тонкой очистки. После этого очищенное топливо направляется в отсек высокого давления, а дальнейшая транспортировка осуществляется с помощью ТНВД.

Фильтры очистки

Топливный фильтр является важным элементом современных дизельных двигателей. Чистота и качество используемого дизельного топлива напрямую влияют как на КПД, так и на срок службы дизельного двигателя. Вот почему топливо, даже самое качественное, необходимо очищать не менее чем двумя фильтрами.

Топливный насос высокого давления (ТНВД)

Обеспечивает движение дизельного топлива в отсеке высокого давления. Сначала топливо поступает по трубкам от фильтров к форсункам. Затем он распыляется и впрыскивается в камеру сгорания. Характерной чертой дизелей является подача топлива с запасом.

В результате излишки сбрасываются вместе с воздухом, не попавшим в камеру сгорания, в бак через специальную трубу, которая называется сливом. Основной функцией ТНВД является создание давления топлива, необходимого для самовоспламенения топливно-воздушной смеси в камере сгорания. Без точного выполнения этого условия невозможно добиться требуемого КПД всего двигателя.

Именно поэтому стоимость ТНВД составляет значительную часть цены силового агрегата. Объясняется это и достаточно серьезной сложностью конструкции ТНВД, предусматривающей наличие нескольких узлов.

К ним относятся как современная автоматика, управляющая работой устройства, так и большое количество узлов — от вращающегося вала с кулачками до поршня-плунжера, обеспечивающего эффективность двухступенчатой ​​процедуры впрыска топлива в камеры сгорания.

Форсунки

Не менее важным в достижении требуемого уровня эффективности дизеля является еще один элемент топливной системы: топливные форсунки, установленные в каждом цилиндре двигателя. Его функциональное назначение – смешивание топлива с воздухом в нужной пропорции с последующим точным дозированием смеси, поступающей в камеру сгорания.

Что такое система CommonRail

Одной из причин стремительного роста популярности и спроса на дизельные двигатели стало изобретение нового способа подачи топлива, который получил название CommonRail (на практике используются разные варианты написания, как раздельные, так и непрерывные). Разработка велась в 90-е годы инженерами одного из мировых лидеров производства двигателей внутреннего сгорания — немецкой корпорации BOSCH.

Сегодня он используется в подавляющем большинстве дизельных двигателей и, по сути, стал стандартом для этого типа двигателей. Другие варианты топливных систем, с рядными или распределительными ТНВД, а также с насос-форсунками, применяются все реже и только для определенных моделей автомобилей или спецтехники.

Термин CommonRail переводится как «общая магистраль» или «общая рама», что наглядно демонстрирует ключевую конструктивную особенность конструкции дизельного двигателя. Он заключается в комплектации двигателя дополнительным элементом: общей магистралью, соединенной с форсунками, и отдельным ТНВД. За счет последнего удается быстро достичь необходимого уровня давления в топливной системе и поддерживать стабильное значение этого параметра.

В результате повышается эффективность и экономичность подачи топлива к форсункам и последующего впрыска смеси в камеру сгорания. Следовательно, можно добиться гораздо более плавной и производительной работы дизеля при упрощении его конструкции. Важным дополнительным преимуществом CommonRail является практически полная автоматизация управления и контроля работы системы.

В то же время это приводит к еще более высоким требованиям к качеству дизельного топлива и устанавливаемых фильтров, а также к увеличению стоимости электроники, необходимой для эффективной работы двигателя. Но полученный эффект с точки зрения повышения эффективности, комфорта езды и производительности часто перевешивает небольшое увеличение стоимости дизельного двигателя.

Именно поэтому стоимость ТНВД составляет значительную часть цены силового агрегата. Объясняется это и достаточно серьезной сложностью конструкции ТНВД, предусматривающей наличие нескольких узлов.

Топливная система дизельного двигателя – ищем поломку

Одной из самых распространенных проблем, которая может негативно сказаться на конструкции топливной системы дизельного двигателя, является износ поршня. Чтобы этого избежать, необходимо раз в два года промывать топливную аппаратуру дизеля. Вряд ли такую ​​процедуру вам предоставят при техническом обслуживании, поэтому следить за ее периодичностью нужно самостоятельно.

Если вы все-таки признали, что ваша система пришла в негодность, то вам необходимо предпринять ряд действий. В первую очередь потребуется прокачать топливную систему дизеля. Если после этого ничего не изменилось, то нужно разобраться в проблеме подробнее. Проверить работоспособность всех контактных частей, кабелей, клемм, форсунок. Часто проблема может быть не такой глобальной, как кажется.

Если вы понимаете, что проблема достаточно серьезная, вам лучше всего будет обратиться в автосервис. Вряд ли человек, не имеющий опыта работы с двигателем автомобиля, сможет самостоятельно устранить проблему. Также, если вы сами не смогли выявить точную причину, то вам поможет профессиональная диагностика топливной системы дизельного двигателя, которую предоставляют практически все автосервисы.

Другое часто используемое название — топливный насос низкого давления или ТННП. Единственной функцией устройства является забор топлива и его последующая подача на фильтры грубой и тонкой очистки. После этого очищенное топливо направляется в отсек высокого давления, а дальнейшая транспортировка осуществляется с помощью ТНВД.

Система подачи топлива (ступень низкого давления)

В состав системы подачи топлива входят следующие основные узлы (см рис. «Топливная система автомобиля с системой впрыска топлива Common Rail»): топливный бак, фильтр грубой очистки (не для насос-форсунки легковых автомобилей), преднасос (опция, в легковых автомобилях может быть установлен в топливном баке), топливный фильтр, насос подачи топлива (низкого давления), клапан регулировки давления (перепускной клапан), охладитель топлива (опция) и топливопроводы низкого давления.

Отдельные компоненты могут быть объединены в функциональные блоки (например, топливный насос с ограничителем давления). В аксиально- и радиально-поршневых распределительных насосах и частично в системе Common Rail насос подачи топлива встроен в насос высокого давления.

Системы подачи топлива значительно различаются в зависимости от используемой системы впрыска топлива, см рис. «Топливная система автомобиля с системой впрыска топлива с насос-форсунками для автомобилей») и «Топливная система автомобиля с системой впрыска топлива с радиально-поршневым топливным насосом высокого давления» (системы с общей топливной магистралью, с насос-форсункой и с радиально-поршневым ТНВД соответственно).

Назначение насоса подачи топлива низкой ступени (преднасоса) — подача достаточного количества топлива к узлам высокого давления при любых условиях эксплуатации, с низким уровнем шума, при требуемом давлении и в течение всего срока службы автомобиля. В зависимости от области применения используются различные типы насосов.

Электрические топливные насосы

Для двигателей с искровым зажиганием применяются электрические топливные насосы (см рис. «Одноступенчатый электрический топливный насос») различных типов. Для дизельных двигателей обычно используются роторно-роликовые насосы.

• В качестве дополнительного насоса для ТНВД (только в случае длинных топливопроводов или большой разницы высот между топливным баком и ТНВД);
• В системах впрыска топлива с насос-форсунками (для легковых автомобилей);

• В системах впрыска топлива с общей топливной магистралью (для автомобилей).

Шестеренчатый насос

Шестеренчатый насос установлен непосредственно на двигателе или, в случае общего топливопровода, встроен в топливный насос высокого давления. Он приводится в действие механически с помощью сцепления, зубчатого или зубчатого ремня.

Система фильтрации дизельного топлива

Как и двигатели с искровым зажиганием, дизельные двигатели необходимо защищать от загрязнения топливной системы. Загрязняющие вещества могут попасть в топливную систему во время заправки автомобиля или попасть в топливный бак через систему вентиляции топливного бака. Функция топливного фильтра заключается в фильтрации частиц для защиты от повреждения системы впрыска топлива.

По сравнению с системами впрыска топлива двигателей с принудительным зажиганием, системы впрыска топлива дизельных двигателей из-за очень высокого давления впрыска требуют большей защиты от износа и более высокой степени фильтрации, изготовленных из топлива. Кроме того, степень загрязнения дизеля обычно намного выше, чем у бензина.

Конструкция системы фильтрации дизельного двигателя

Фильтры дизельного топлива заменяются быстро (см рис. «Фильтр дизельного топлива»). Наиболее часто используемыми сменными элементами являются быстросменные фильтры с болтовым креплением, линейные фильтры и неметаллические фильтрующие элементы, установленные в корпусах из алюминия, пластика или листовой стали (в соответствии с растущими требованиями во избежание серьезных последствий при столкновениях). Предпочтение отдается спиральным V-образным фильтрующим элементам. Фильтры дизельного топлива устанавливаются в контуре низкого давления: в системах всасывания перед насосом подачи топлива, а в системах нагнетания после электробензонасоса. Современная тенденция – устанавливать фильтры в системы впрыска.

Требования к дизайну

В последние годы требования к тонкости фильтрации стали более строгими в связи с внедрением систем Common Rail с более высоким давлением впрыска и новейших систем впрыска топлива с насос-форсунками для легковых и грузовых автомобилей. В зависимости от условий эксплуатации (степень загрязнения топлива, время простоя двигателя и т д.) в новых системах требуется степень фильтрации 85 % и 98,6 % (размер частиц 3–5 мкм, см. ISO/TR 13353: 1994). Топливные фильтры, устанавливаемые на автомобили последнего поколения, в связи с увеличенными интервалами замены должны быть способны аккумулировать большие объемы твердых частиц и эффективно улавливать сверхмелкие частицы. Этого можно добиться только при использовании специальных фильтрующих материалов, например

В настоящее время типичные интервалы замены фильтрующих элементов составляют от 60 000 до 90 000 км. В регионах с некачественным дизельным топливом, таких как Восточная Европа, Китай, Индия и США, эти интервалы значительно короче. При использовании биодизельного топлива рекомендуется вдвое сократить интервалы замены.

Отделение воды

Еще одной важной функцией дизельного топливного фильтра является удаление из топлива различных типов эмульсий и воды для предотвращения коррозии. Эффективное отделение не менее 93% воды при номинальном расходе (проверено в соответствии с ISO 4020) особенно важно для ТНВД высокого давления и систем Common Rail. Отделение воды осуществляется путем коалесценции на фильтрующем материале (образование капель воды из-за разного поверхностного натяжения воды и топлива). Вода собирается в камере в нижней части корпуса фильтра (см рис. «Дизельный топливный фильтр»). В некоторых случаях датчики проводимости используются для контроля уровня воды.

Дизельный двигатель завоевывает все большую популярность среди автолюбителей, эти агрегаты пользуются особым спросом на европейском рынке. С момента своего первого появления дизельный агрегат претерпел множество конструктивных изменений и усовершенствований.

Схема системы питания

Схема системы питания дизеля включает в себя основные узлы, в том числе:

• Топливный бак;
• Топливные фильтры (грубой и тонкой очистки);
• Топливный насос, бустер;
• Топливный насос высокого давления (ТНВД);
• Насадки;
• Трубка подкачки топлива низкого давления;
• Труба высокого давления;
• Воздушный фильтр

В контур топливной системы входят вспомогательные узлы, в том числе электронасосы, детали выхлопной системы, сажевые фильтры, глушители и т д. Общая схема энергосистемы предполагает разделение топливной аппаратуры на две группы:

Топливная аппаратура дизелей может иметь различное устройство, система сплит-типа на сегодняшний день является наиболее распространенной. Эта система характеризуется разделением топливных насосов высокого давления и форсунок в устройствах, которые работают отдельно. Топливо проходит через эстакады высокого и низкого давления. Проверка шлангов подачи топлива является обязательным условием работы силовой установки.

Хранение, фильтрация и подача к ТНВД осуществляются при низком давлении. В дальнейшем топливный насос поднимает давление в системе для правильной дозировки и подачи порции топлива в камеру сгорания в нужный момент.

Топливная система дизеля питается двумя насосами:

Насос топливного насоса подает дизельное топливо из бака к фильтрам грубой и тонкой очистки, а затем к насосу, создающему высокое давление. По этому пути проходит жидкость с относительно низким давлением.

Проходя через ТНВД, давление топлива нагнетается до высокого уровня. Порядок работы цилиндров определяет подачу рабочей смеси. Насос высокого давления имеет несколько секций, каждая из которых отвечает за определенный цилиндр двигателя.

Устройство системы питания дизеля, работающего в двухтактном режиме, может быть нераздельным. Для таких систем используется специальное устройство – насос-форсунка. Это своеобразная комбинация топливного насоса, создающего высокое давление, и форсунок в одном устройстве.

Такие двигатели не получили широкого распространения, так как срок службы изделий значительно меньше, работа тяжелая и производит много шума. Конструкцией не предусмотрено наличие магистрали высокого давления.

Принцип конструкции системы питания дизеля, получивший все большее распространение, предусматривает расположение форсунок в головке блока цилиндров. Основная задача такой компоновки – точное распыление топлива в камере сгорания. Большой объем дизельного топлива поступает в ТНВД, его излишки сбрасываются обратно в бензобак по сливным патрубкам.

Форсунки могут быть двух типов:

Форсунки закрытого типа имеют более широкое применение. В устройстве таких форсунок есть специальная запорная игла, закрывающая отверстие подачи топлива. Поэтому полость сопла соединяется с камерой сгорания только тогда, когда отверстие открыто и впрыскивается жидкость.

Common Rail

После значительного ужесточения экологических норм для дизельных силовых установок система питания дизельных двигателей претерпела изменения.

Схема подачи топлива, когда топливовоздушная смесь поступает в рабочую камеру при атмосферном давлении, получила название Common Rail. В результате за счет этого принципа удается снизить потребление и увеличить мощность установки. Также схема получила широкое распространение благодаря снижению шума и увеличению крутящего момента. Сегодня каждая вторая машина оснащена этой системой.

Однако, как и у любого механизма, есть и недостатки. Например, эта система требует качественного топлива, небольшое количество загрязнения может стать причиной полной остановки агрегата, так как работа форсунок будет заблокирована.