Системы впрыска дизельных двигателей

Топливоподкачивающий насос

Основной топливоподкачавающий насос обеспечивает бесперебойную подачу топлива из баков к ТНВД при работающем двигателе. Он обычно приводится в действие от коленчатого или распределительного вала двигателя. Может применяться и автономный электродвигатель, питаемый от генератора ТС. Использование электропривода обеспечивает равномерную подачу топлива независимо от частоты вращения коленчатого вала и возможность аварийного отключения всей системы. Существуют различные конструкции топливоподкачивающих насосов. Они могут быть:

• шестеренными
• плунжерными (поршневыми)
• коловратными (пластинчатого типа)

Как правило, применяются плунжерные и коловратное насосы.

Плунжерный топливоподкачивающий насос

Плунжерный топливоподкачивающий насос состоит из корпуса 5, плунжера 7 с пружиной 6, толкателя 10 с роликом 77, пружиной 9 и штоком 8, а также клапанов — впускного 4 и нагнетательного 1 с пружинами. Толкатель с плунжером могут перемещаться вверх-вниз. Перемещение вверх происходит при повороте эксцентрика 72, изготовленного как одно целое с кулачковым валом ТНВД; перемещение вниз обеспечивают пружины 6 и 9.

При сбегании выступа эксцентрика с ролика толкателя плунжер под действием пружины б перемещается вниз, вытесняя топливо, находящееся под ним, в нагнетательную магистраль насоса. В это время нагнетательный клапан закрыт, а впускной под действием разрежения над плунжером открыт, и топливо поступает из впускной магистрали в надплунжерную полость. При движении толкателя и плунжера вверх впускной клапан закрывается под действием давления топлива, а нагнетательный, наоборот, открывается, и топливо из надплунжерной полости поступает в нижнюю камеру под плунжером. Таким образом, нагнетание топлива происходит только при движении плунжера вниз.

Если подачу топлива в цилиндры двигателя уменьшают, в выпускном трубопроводе насоса, а значит, и в полости под плунжером давление возрастает. В этом случае плунжер не может опуститься вниз даже под действием пружины 6, и толкатель со штоком перемещается вхолостую. По мере расходования топлива давление в нагнетательной полости понижается, и плунжер под действием пружины 6 опять начинает перемещаться вниз, обеспечивая подачу топлива.

Плунжерный топливоподкачивающий насос обычно совмещен с насосом 2 ручной подкачки топлива. Данный насос устанавливается на входе в основной топливоподкачивающий насос и приводится в действие вручную за счет перемещения поршня 3 со штоком. При движении поршня вверх под ним образуется разрежение, открывается впускной клапан, и топливо заполняет подплунжерное пространство. При перемещении поршня вниз впускной клапан закрывается, а нагнетательный открывается, позволяя топливу пройти далее по топливной магистрали.

Коловратный топливоподкачивающий насос

В мощных быстроходных дизелях применяются в основном коловратные топливоподкачивающие насосы. Ротор 7 насоса приводится во вращение от коленчатого вала двигателя. В роторе имеются прорези, в которые вставлены пластины 6. Одним (наружным) концом пластины скользят по внутренней поверхности направляющего стакана 8, а другим (внутренним) — по окружности плавающего пальца 5, расположенного эксцентрически относительно оси ротора. При этом они то выдвигаются из ротора, то вдвигаются в него. Ротор и пластины делят внутреннюю полость направляющего стакана на камеры А, Б и В, объемы которых при вращении ротора непрерывно меняются. Объем камеры А увеличивается, поэтому в ней создается разрежение, под действием которого топливо засасывается из впускной магистрали. Объем камеры В уменьшается, давление в ней повышается, и топливо вытесняется в нагнетательную полость насоса. Топливо, находящееся в камере Б, переходит от входного отверстия стакана к выходному. При повышении давления в нагнетательной полости до определенного уровня открывается редукционный клапан 2, преодолевая усилие пружины 7, и излишек топлива перепускается обратно во впускную полость насоса. Поэтому в нагнетательной полости и выпускном трубопроводе поддерживается постоянное давление. Перед пуском, когда двигатель и, следовательно, основной топливоподкачивающий насос не работают, топливо через него может прокачиваться предпусковым топливоподкачивающим насосом. В этом случае открывается перепускной клапан 3, преодолевая усилие пружины 4. В закрытом положении тарелка этого клапана перекрывает отверстия в тарелке редукционного клапана.

Особенности карбюратора

Главное отличие данной топливной системы от инжектора заключается в наличии особого смесеобразователя. Имя ему – карбюратор. Именно в нем происходит приготовление топливно-воздушной смеси. Устанавливается карбюратор на впускном коллекторе. К нему подводится горючее, которое распыляется в дальнейшем при помощи жиклеров и смешивается с воздухом. Готовая смесь подается в коллектор через дроссельную заслонку. Положение последней зависит от уровня нагрузки двигателя и частоты его оборотов. Кстати, схема топливной системы бензинового двигателя представлена на фото ниже:

Как видите, в процессе приготовления и сгорания топливной смеси задействуется очень много электронных датчиков

Особую важность для автомобиля представляет датчик положения дроссельной заслонки и оборотов коленчатого вала

Отметим также, что схема топливной системы (УАЗ «Буханки» в том числе) карбюраторного типа отличается малым уровнем давления, которое образуется при закачке горючего. Сама же подача бензина в цилиндры двигателя производится самотеком, то есть при понижении давления в камере сгорания при переходе поршня в НМТ.

Схема, устройство и принцип работы для дизельного двигателя

Схема топливной системы common rail

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

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

Common rail

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

Конструктивно система питания дизеля common rail имеет два основных контура:

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

Принцип работы топливной системы дизеля представляет собой следующую последовательность:

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

Разделенная и насос-форсунка

Насос-форсунка

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

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

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

С помощью насоса

Ниже представляем один из способов:

• Требуется ослабить болт «обратки» топлива. Как правило, в большинстве случаев болт бывает с размером шляпки на 17. На зарубежных авто болт помечается маркировкой «out»;
• Ни в коем случае нельзя думать, что болт не бывает других размеров. К примеру, на некоторых японских автомобилях он на 19. Может быть и другой размер. По этой причине лучше всегда пользоваться инструкцией, где все это прописано.

Продолжаем:

• Изучаем как идет топливо. Если замечаем, что в нем присутствуют пузырьки, то это оно и есть: воздух попал в систему;
• Собственно говоря, когда исчезнут пузырьки, тогда и следует останавливать операцию;
• Берем обычный автомобильный насос;
• С дизельного насоса снимаем шланг;
• Вдеваем туда шланг от автомобильного насоса;
• Подкачиваем его немного, чтобы создать во всей системе давление. Оно поможет перекачать дизельное горючее и попадет в насос;
• Нам нужен будет переходник, который соединяем со шлангом «обратки». В частности, можно использовать даже компрессор.

Крайне важно не переусердствовать

. Топливный бак может просто напросто раздуться и ни к чему хорошему это не приведет.

Откручиваем далее остальные подводящие трубки. Они идут на форсунки. Просто в них мог остаться воздух.

Управление работой дизельного двигателя

Конструктивные требования к работе дизельного двигателя

Вырабатываемая дизельным двигателем мощ­ность Р определяется крутящим моментом на коленчатом вале, передаваемым сцеплению, и частотой вращения коленчатого вала. Кру­тящий момент на коленчатом вале равняется крутящему моменту, создаваемому в процессе сгорания топлива, за вычетом механических потерь на трение, газообмен и привод вспомо­гательных агрегатов. Крутящий момент созда­ется в процессе силового цикла, и при наличии достаточного количества воздуха определятся следующими переменными: массой пода­ваемого топлива, моментом начала сгорания топлива, определяемым началом впрыска, и процессами впрыска и сгорания топлива.

Кроме того, максимальный, зависящий от частоты вращения коленчатого вала кру­тящий момент ограничен требованиями к ограничению дымности выхлопа, давлением в цилиндрах, тепловой нагрузкой различных компонентов и величиной механической на­грузки всей кинематической цепи привода.

Основная функция системы управления дизельным двигателем

Основной функцией системы управления дви­гателем является регулирование создаваемого двигателем крутящего момента или, при некото­рых условиях, регулирование частоты вращения коленчатого вала в пределах допустимого диа­пазона (например, оборотов холостого хода).

В дизельном двигателе очистка отработав­ших газов и подавление шума осуществляются в значительной степени внутри самого двига­теля, т.е. путем управления процессом сгорания топлива. Это, в свою очередь, осуществляется системой управления двигателем посредством управления следующими переменными:

• Заряд смеси в цилиндре;
• Объем заряда смеси, подаваемого во время такта впуска;
• Состав заряда смеси (рециркуляция отра­ботавших газов);
• Движение заряда (завихрения на впуске);
• Момент начала впрыска;
• Давление впрыска;
• Распределение впрыска топлива (напри­мер, предварительный впрыск, разделен­ный впрыск топлива и т.д.).

До начала 1980-х годов управление впры­ском топлива и зажиганием осуществлялось исключительно при помощи механических устройств. Например, в топливном насосе вы­сокого давления количество подаваемого то­плива регулируется в зависимости от нагрузки двигателя и частоты вращения коленчатого вала путем поворота плунжера насоса, имею­щего спиральную канавку. В случае механиче­ского регулирования начало впрыска/подачи топлива регулируется при помощи центробеж­ного регулятора (зависимого от скорости вра­щения). Также применялись гидравлические системы регулирования, в которых количество топлива менялось посредством регулирова­ния давления в зависимости от нагрузки и частоты вращения коленчатого вала.

Точность регулирования

В настоящее время, в связи со строгими требованиями законодательства в отношении ограничения токсичности выбросов, требуется очень точное регулирование количества впрыскиваемого топлива и момента начала впрыска в зависимости от таких переменных, как темпе­ратура, частота вращения коленчатого вала, на­грузка и высота над уровнем моря. Это может быть обеспечено только при помощи электрон­ных систем управления. Сегодня электронные системы управления полностью вытеснили механические. Это единственный метод управ­ления, позволяющий осуществлять непрерывный мониторинг функций системы впрыска топлива, влияющих на содержание вредных веществ в выбросах автомобиля. В некоторых случаях законодательство требует также нали­чия системы бортовой диагностики.

Регулирование количества впрыскиваемого топлива и момента начала впрыска осуществля­ется системами EDC (электронная система управ­ления дизельным двигателем) при помощи электромагнитных клапанов высокого или низкого давления, или иных исполнительных устройств. Регулирование подачи топлива, т.е. количества топлива на один градус поворота коленчатого вала, может осуществляться косвенным образом, например, при помощи сервоклапана и регулиро­вания величины подъема игольчатого клапана.

Другие способы прокачки топливной системы дизельного двигателя

Итак, выше мы рассмотрели основной способ, как прокачать топливную систему дизеля. При этом многие специалисты и опытные автолюбители отдельно указывают, что в ряде случаев подобные попытки прокачать насос могут иметь серьезные последствия для системы питания.

Обратите внимание, причина таких опасений заключается в том, что если имеются механические повреждения, прокачка таким способом может нанести непоправимый ущерб. Давайте рассмотрим другие существующие способы

Прежде всего, ослабляется болт на магистрали обратной подачи топлива (так называемая «обратка»). Далее следует внимательно следить за тем, как будет выходить топливо. Если видны пузырьки воздуха, тогда это значит, что система завоздушена.

Если это так, можно взять простой насос для накачки шин или компрессор. Далее с топливного насоса снимается шланг, вместо него ставится шланг воздушного насоса. Основная идея в том, что происходит накачка, которая позволяет повысить давление в системе. Это давление дает возможность перекачать дизтопливо в топливный насос.

Еще один способ прокачки можно охарактеризовать, как «бытовой», так как он предполагает использование домашнего пылесоса. Главное, чтобы устройство имело достаточную мощность.

Итак, сначала снимается топливный фильтр, просушивается его корпус. Затем отдельные элементы протираются, затем производится обратная сборка. Далее понадобится обнаружить два штуцера на корпусе фильтра. Один из штуцеров нужен для слива дизтоплива, а другой подойдет для прокачки.

Приготовив пылесос, также нужен обычный медицинский шприц и шланг длиной 30-40 см. Для этих целей рекомендуется использовать прозрачный тип шланга. Шприц вставляется в шланг, а другой конец шланга надевается на штуцер прокачки.

Далее из шприца вытаскивается поршень, а в шприц вставляется трубка пылесоса. Главное, добиться надежной фиксации и плотной посадки. Также места соединений можно уплотнить, надевая отрезки шлангов разного диаметра, наматывая изоленту и т.д.

Теперь можно немного открутить штуцер, после чего включается пылесос. Через несколько секунд в шприце можно будет увидеть желтоватую пену. Это и есть смесь солярки и воздуха. Дальнейшая прокачка сводится к тому, чтобы вместо пены шприц заполнило чистое дизтопливо.

Рассмотрим еще одно решение, позволяющее в некоторых случаях быстро прокачать топливную систему дизеля. Для этого достаточно полностью заполнить корпус топливного фильтра дизельным топливом, после чего двигатель запускается. Далее нужно дать мотору поработать на высоких оборотах, в результате чего происходит прокачка системы питания.

Отличие бензиновых и дизельных моторов

Перед тем, как обратить пристальное внимание на устройство и принцип работы топливных систем разных типов, необходимо чётко понимать – чем бензиновый мотор отличается от дизельного агрегата. а отличия, к слову, довольно-таки существенные

В первую очередь, стоит отметить степени сжатия, которые необходимы для воспламенения разных видов топлива:

• Для бензина она составляет 9-11 атмосфер;
• Для дизельного горючего – целых 19-25 единиц.

Однако главное отличие кроется далеко не в этом. Основа этого вопроса заключается в способах формирования топливной смеси, которая воспламеняется в цилиндрах. Дело в том, что в полости бензиновых двигателей горючее поступает сразу в смеси бензина и воздуха. В дизель же воздух и топливо отправляются по отдельности. Принцип его работы таков:

1. Сначала в полость каждого цилиндра поступает воздух, который буквально за мгновенье сжимается и нагревается до 700-800 градусов по Цельсию;
2. После этого, уже на завершающем этапе сжатия, форсунки доставляют в каждый цилиндр необходимое количество топлива;
3. В конце концов, происходит неизбежный взрыв топливной смеси, который и толкает валы мотора, обеспечивающие движения автомобиля.

Для тех, кто слабо знаком с физикой, будет удивлением, что подобная организация двигателя не требует использования свечей зажигания. Запуск дизельного мотора происходит при помощи нагревательных элементов, которые на этапе запуска ДВС подогревают воздух в цилиндрах до нужной температуры. Затем, когда произошло несколько тактов сжатия и взрывов, нагревательные элементы вовсе не нужны, так как температура в цилиндрах не падает, и они отключаются. Вследствие этого воздух, естественно, нагревается сам и уже «собственнолично» способен воспламенять полученное топливо.

Системы двигателя

Вышеописанное представляет собой БЦ (блок цилиндров) и КШМ (кривошипно-шатунный механизм). Помимо этого современный ДВС состоит и из других вспомогательных систем, которые для удобства восприятия группируют следующим образом:

1. ГРМ (механизм регулировки фаз газораспределения);
2. Система смазки;
3. Система охлаждения;
4. Система подачи топлива;
5. Выхлопная система.

ГРМ — газораспределительный механизм

Чтобы в цилиндр поступало нужное количество топлива и воздуха, а продукты сгорания вовремя удалялись из рабочей камеры, в ДВС предусмотрен механизм, называемый газораспределительным. Он отвечает за открытие и закрытие впускных и выпускных клапанов, через которые в цилиндры поступает топливо-воздушная горючая смесь и удаляются выхлопные газы. К деталям ГРМ относятся:

• Распределительный вал;
• Впускные и выпускные клапаны с пружинами и направляющими втулками;
• Детали привода клапанов;
• Элементы привода ГРМ.

ГРМ приводится в действие от коленчатого вала двигателя автомобиля. С помощью цепи или ремня вращение передается на распределительный вал, который посредством кулачков или коромысел через толкатели нажимает на впускной или выпускной клапан и по очереди открывает и закрывает их.

Система смазки

В любом моторе есть множество трущихся деталей, которые необходимо постоянно смазывать, чтобы уменьшить потери мощности на трение и избежать повышенного износа и заклинивания. Для этого существует система смазки. Попутно с ее помощью решается еще несколько задач: защита деталей двигателя внутреннего сгорания от коррозии, дополнительное охлаждение деталей мотора, а также удаление продуктов износа из мест соприкосновения трущихся частей. Систему смазки двигателя автомобиля образуют:

• Масляный картер (поддон);
• Насос подачи масла;
• Масляный фильтр с редукционным клапаном;
• Маслопроводы;
• Масляный щуп (индикатор уровня масла);
• Указатель давления в системе;
• Маслоналивная горловина.

Система охлаждения

Во время работы мотора его детали соприкасаются с раскаленными газами, которые образуются при сгорании топливо-воздушной смеси. Чтобы детали двигателя внутреннего сгорания не разрушались из-за чрезмерного расширения при нагреве, их необходимо охлаждать. Охладить мотор автомобиля можно с помощью воздуха или жидкости. Современные моторы имеют, как правило, жидкостную схему охлаждения, которую образуют следующие части:

• Рубашка охлаждения двигателя;
• Насос (помпа);
• Термостат;
• Радиатор;
• Вентилятор;
• Расширительный бачок.

Система подачи топлива

Система питания для двигателей внутреннего сгорания с воспламенением от искры и от сжатия отличаются друг от друга, хотя и имеют ряд общих элементов. Общими являются:

• Топливный бак;
• Датчик уровня топлива;
• Фильтры очистки топлива — грубой и тонкой;
• Топливные трубопроводы;
• Впускной коллектор;
• Воздушные патрубки;
• Воздушный фильтр.

В обеих системах имеются топливные насосы, топливные рампы, форсунки подачи топлива, сам принцип подачи одинаков: топливо из бака с помощью насоса через фильтры подается в топливную рампу, из которой попадает в форсунки. Но если в большинстве бензиновых двигателей внутреннего сгорания форсунки подают его во впускной коллектор мотора автомобиля, то в дизельных оно подается непосредственно в цилиндр, и уже там смешивается с воздухом.

Выхлопная система

Система выхлопа предназначена для отвода отработанных газов из цилиндров двигателя автомобиля. Основные детали, ее составляющие:

• Выпускной коллектор;
• Приемная труба глушителя;
• Резонатор;
• Глушитель;
• Выхлопная труба.

В современных двигателях внутреннего сгорания выхлопная конструкция дополнена устройствами нейтрализации вредных выбросов. Она состоит из каталитического нейтрализатора и датчиков, сообщающихся с блоком управления двигателем. Выхлопные газы из выпускного коллектора через приемную трубу попадают в каталитический нейтрализатор, затем через резонатор в глушитель. Далее через выхлопную трубу они выбрасываются в атмосферу.

Основная функция топливной системы, описание её работы

Предназначение топливной системы дизельного двигателя состоит в том, чтобы  подавать в цилиндры чётко отмеренный объём дизтоплива, в конкретный момент времени и под определённым давлением. Поэтому, из-за необходимости обеспечения постоянно высокого давления, а также за счёт высоких требований к точности работы, топливная система дизельного двигателя будет посложнее в конструкции, чем у бензинового, и достаточно дорого стоит.

Теперь попробуем представить себе бесперебойную работу топливной системы в поэтапном режиме, а для этого разберём по порядку отдельные её составные части. Итак, топливный бак служит для размещения солярки и обеспечения бесперебойной её подачи в систему. Эту функцию выполняют трубопроводы. Вначале топливоподкачивающий насос высасывает из бака горючее и через фильтры подаёт его в распределительную магистраль низкого давления. При этом в системе поддерживается стабильное давление в три атмосферы. Топливо дважды проходит  фильтрацию, проходя через фильтры грубой и тонкой очистки.

В задачу топливных фильтров входит контроль за чистотой горючего и избавлением его от возможных посторонних примесей – от частичек грязи, воды, песчинок. Прошли те времена, когда дизели были весьма непритязательными к качеству топлива. Современные дизельные моторы требуют очень чистой солярки для сохранения достойных показателей своей работы. Чистота горючего сейчас – одно из основных и непременных условий эффективной работы двигателя. Топливо подаётся только в том случае, если в системе нет воздуха.

После фильтрации солярка попадает в магистраль высокого давления. Эта часть топливной системы обеспечивает подачу и впрыскивание необходимого количества топлива в цилиндры двигателя в определённые моменты. Топливный насос высокого давления, в соответствии с порядком работы цилиндров, по топливопроводам высокого давления подаёт солярку к форсункам.

Форсунки, размещённые в головках цилиндров, впрыскивают и распыляют горючее в камеры сгорания двигателя. Так как топливоподкачиваюший насос постоянно подаёт топливному насосу высокого давления топлива «с запасом», то есть несколько больше, чем нужно, то его избыток, а с ним – и попавший в систему воздух, по специальным дренажным трубопроводам, отводится обратно в бак.

Для обеспечения синхронного впрыска горючего устроена специальная топливная рамка, к которой и подсоединяются форсунки. Они своими головками находятся во впускной трубе и распыляют топливо, сразу же в момент его подачи.

ТНВД создаёт необходимый для впрыска показатель давления, и топливо распределяется по всем цилиндрам мотора. Количество впрыскиваемого топлива, а вместе с ним – и мощностной режим работы двигателя, варьируются нажатиями на педаль акселератора. В современных дизельных двигателях просто нажатием педали «газа» объём подаваемого топлива не увеличивается, а меняется лишь программа, по которой работают регуляторы.

Да, нажимая на педаль, водитель или механизатор уже не увеличивает этим непосредственную подачу топлива, как это было в карбюраторных движках прошлых лет. А только изменяет тем самым программы работы регуляторов, которые уже сами варьируют объём единовременной подачи горючего, по строго определённым зависимостям от числа оборотов, давления наддува, от положения рычага регулятора и т.п.