Устройство систем впрыска топлива дизельных двигателей

Системы впрыска дизельных двигателей

Концептуально двигатели внутреннего сгорания – бензиновые и дизельные практически идентичны, но существует между ними ряд отличительных особенностей. Одной из основных является разное протекание процессов горения в цилиндрах. У дизеля топливо загорается от воздействия высоких температур и давления. Но для этого необходимо, чтобы дизтопливо подавалось непосредственно в камеры сгорания не только в строго определенный момент, но еще и под высоким давлением. И это обеспечивают системы впрыска дизельных двигателей.

Постоянное ужесточение экологических норм, попытки получить больший выход мощности при меньших затратах топлива обеспечивают появление все новых конструктивных решений в топливной системе дизеля.

Принцип работы у всех существующих видов впрыска дизеля идентичен. Основными элементами питания являются топливный насос высокого давления (ТНВД) и форсунка. В задачу первой составляющей входит нагнетание дизтоплива, благодаря чему давление в системе значительно повышается. Форсунка же обеспечивает подачу топлива (в сжатом состоянии) в камеры сгорания, при этом распыляя его для обеспечения лучшего смесеобразования.

Стоит отметить, что давление топлива напрямую влияет на качество сгорания смеси. Чем оно выше, тем дизтопливо лучше сгорает, обеспечивая больший выход мощности и меньшее содержание загрязняющих веществ в отработанных газах. И для получения более высоких показателей давления использовали самые разные конструктивные решения, что и привело к появлению разных видов систем питания дизеля. Причем все изменения касались исключительно указанных двух элементов – ТНВД и форсунок. Остальные же составляющие – бак, топливопроводы, фильтрующие элементы, по сути, идентичны во всех имеющихся видах.

Типы дизельных систем питания

Дизельные силовые установки могут быть оснащены системой впрыска:

с рядным насосом высокого давления;
с насосами распределительного типа;
с насос-форсунками;
аккумуляторного типа (Common Rail).

Далее рассмотрим лишь некоторые особенности, которыми обладают указанные системы впрыска дизельных двигателей, а также их положительные и отрицательные качества.

С рядным насосом

Система питания с рядным ТНВД можно считать «родителем» всех остальных, поскольку она является первой, используемой на дизельных моторах. Но сейчас она уже считается устаревшей и практически не используется.

Рядный ТНВД на 8 форсунок

Изначально эта система была полностью механической, но после в ее конструкции начали использоваться электромеханические элементы (касается регуляторов изменения цикловой подачи дизтоплива).

Основная особенность этой системы заключена в насосе. В нем плунжерные пары (прецизионные элементы, создающие давление) обслуживали каждый свою форсунку (количество их соответствовало количеству форсунок). Причем эти пары размещались в ряд, отсюда и название.

К достоинствам системы с рядным насосом можно отнести:

Надежность конструкции. Насос имел систему смазки, что обеспечивало узлу большой ресурс;
Невысокая чувствительность к чистоте топлива;
Сравнительная простота и высокая ремонтопригодность;
Большой ресурс насоса;
Возможность работы мотора при отказе одной секции или форсунки.

Но недостатки у такой системы более существенны, что и привело к постепенному отказу от нее и отданию предпочтения более современным. Негативными сторонами такого впрыска считаются:

Невысокие быстродействие и точность дозировки топлива. Механическая конструкция просто не способна это обеспечить;
Сравнительно невысокое создаваемое давление;
В задачу ТНВД входит не только создание давления топлива, но еще и регулировка цикловой подачи и момент впрыска;
Создаваемое давление напрямую зависит от оборотов коленчатого вала;
Большие габариты и масса насоса.

Эти недостатки, и в первую очередь – невысокое создаваемое давление, привело к отказу от этой системы, поскольку она просто перестала вписываться в стандарты по экологичности.

С насосом распределенного типа

ТНВД распределенного впрыска стала следующим этапом в развитии систем питания дизельных агрегатов.

Изначально такая система была тоже механической и отличалась от описанной выше лишь конструкцией насоса. Но со временем в ее устройство добавили систему электронного управления, которая улучшила процесс регулировки впрыска, что позитивно сказалось на показателях экономичности мотора. Определенный период такая система вписывалась в стандарты экологичности.

Особенность этого типа впрыска сводилась к тому, что конструкторы отказались от использования многосекционной конструкции насоса. В ТНВД начала использоваться всего одна плунжерная пара, обслуживающая все имеющиеся форсунки, количество которых варьируется от 2 до 6. Для обеспечения подачи топлива на все форсунки, плунжер совершает не только поступательные движения, но еще и вращательные, которые и обеспечивают распределение дизтоплива.

ТНВД с насосом распределенного типа

Позже эта система добавилась новым типом насоса – роторным, у которого устанавливаются несколько плунжеров, но распределенная подача осталась. Это позволило увеличить создаваемое насосом давление.

К положительным качествам таких систем относились:

Малые габаритные размеры и масса насоса;
Лучшие показатели по топливной экономичности;
Использование электронного управления повысило показатели системы.

К недостаткам же системы с насосом распределенного типа относятся:

Небольшой ресурс плунжерной пары;
Смазка составных элементов осуществляется топливом;
Многофункциональность насоса (помимо создания давления он еще управляется подачей и моментом впрыска);
При отказе насоса система прекращала работать;
Чувствительность к завоздушиванию;
Зависимость давления от оборотов двигателя.

Широкое распространение такой тип впрыска получил на легковых авто и небольшом коммерческом транспорте.

Насос-форсунки

Насос-форсунки можно считать отдельной веткой в дизельных системах питания, поскольку в конструкции ТНВД как таковой не используется.

Особенность этой системы заключена в том, что форсунка и плунжерная пара объединены в единую конструкцию. Привод секции этого топливного узла осуществляется от распределительного вала.

Примечательно, что такая система может быть как полностью механической (управление впрыском осуществляется рейкой и регуляторами), так и электронной (используются электромагнитные клапаны).

Некой разновидностью этого типа впрыска является использование индивидуальных насосов. То есть для каждой форсунки предусматривается своя секция, приводимая в действие от распределительного вала. Секция может располагаться непосредственно в ГБЦ или быть вынесенной в отдельный корпус. В такой конструкции используются обычные гидравлические форсунки (то есть, система механическая). В отличие от впрыска с ТНВД, магистрали высокого давления – очень короткие, что позволило значительно увеличить давление. Но такая конструкция особого распространения не получила.

К положительным качествам насос-форсунок питания можно отнести:

Значительные показатели создаваемого давления (самые высокие среди всех используемых типов впрыска);
Небольшая металлоемкость конструкции;
Точность дозировки и реализации многократного впрыска (в форсунках с электромагнитными клапанами);
Возможность работы двигателя при отказе одной из форсунок;
Замена поврежденного элемента не сложная.

Но имеются в таком типе впрыска и недостатки, среди которых:

Неремонтопригодность насос-форсунок (при поломке требуется их замена);
Высокая чувствительность к качеству топлива;
Создаваемое давление зависит от оборотов двигателя.

Насос-форсунки получили широкое распространение на коммерческом и грузовом транспорте, а также эту технологию использовали некоторые производители легковых авто. Сейчас она не очень часто используется из-за высокой стоимости обслуживания.

Common Rail

Аккумуляторная система (Common Rail) пока является самой совершенной в плане экономичности. Также она полностью вписывается в последние стандарты экологичности. К дополнительным «плюсам» можно отнести ее применяемость на любых дизельных двигателях, начиная от легковых авто и заканчивая морскими судами.

Система впрыска Common Rail

Особенность ее заключена в том, что многофункциональность ТНВД не требуется, и в его задачу входит только нагнетание давления, причем не для каждой форсунки отдельно, а общую магистраль (топливную рампу), а уже от нее дизтопливо подается на форсунки.

При этом топливные трубопроводы, между насосом, рампой и форсунками имеют сравнительно небольшую длину, что позволило повысить создаваемое давление.

Управление работой в этой системе осуществляется электронным блоком, что значительно увеличило точность дозировки и скорость работы системы.

Положительные качества Common Rail:

Высокая точность дозировки и использование многорежимного впрыска;
Надежность ТНВД;
Нет зависимости значения давления от оборотов мотора.

Негативные же качества у этой системы такие:

Чувствительность к качеству топлива;
Сложная конструкция форсунок;
Отказ системы при малейших потерях давления из-за разгерметизации;
Сложность конструкции из-за наличия ряда дополнительных элементов.

Несмотря на эти недостатки автопроизводители все больше отдают предпочтение Common Rail перед другими видами систем впрыска.

Устройство и виды топливных систем бензиновых и дизельных двигателей

Топливная система – важнейшая часть автомобиля, которая служит для подачи топлива из бака в камеру сгорания двигателя. Она состоит из множества элементов, предназначенных для транспортировки, фильтрации, учета, подготовки и отвода топлива. В статье подробнее рассмотрим топливные системы бензиновых и дизельных двигателей, а также узнаем, что такое линия возврата топлива (“обратка”) и зачем она нужна.

Состав и функции системы подачи топлива

Главная функция любой топливной системы – это подача необходимого количества топлива из бака в камеру сгорания в определенный момент времени. Функционально она разделяется на две основных системы:

транспортировка топлива, его фильтрация и создание давления в системе – выполняется механическими и гидравлическими устройствами;
расчет количества и момента впрыска топлива, а также распределение его по цилиндрам – осуществляется электронными устройствами.

Топливная система автомобиля

В состав топливной системы входят следующие элементы:

Бак – герметичная емкость для хранения топлива.
Трубопроводы (прямой и обратный) – трубки и гибкие шланги, по которым осуществляется транспортировка топлива.
Фильтры (грубой и тонкой очистки) – выполняют очистку от механических загрязнений.
Регулятор давления – необходим для обеспечения заданного уровня давления.
Насос – как правило, погружной, приводимый в движение электродвигателем.
ТНВД – для систем непосредственного впрыска (дизельных двигателей).
Топливные форсунки.

Виды питания бензиновых двигателей

В зависимости от типа бензинового двигателя, различают топливные системы:

Они имеют отличия в конструкции и рабочих параметрах.

Карбюраторные

Работа карбюраторной системы осуществляется по следующему принципу:

Насос всасывает топливо из бака. При этом он обеспечивает невысокое давление, достаточное лишь для подачи топлива.
Двигаясь по трубопроводу, топливо проходит фильтрацию.
В специальной камере (карбюраторе) горючее смешивается с воздухом.
Готовая смесь подается напрямую в цилиндры двигателя, где она сгорает.

Инжекторные

Топливная система инжекторного двигателя отличается тем, что имеет систему впрыска, принудительно нагнетающую топливо в камеру сгорания. Какое давление в топливной системе инжекторного двигателя создает насос зависит от типа впрыска:

С индивидуальными форсунками для каждого цилиндра (распределенный впрыск). Создаваемое насосом давление в топливной рампе составляет от 2,5 бар до 4 бар.
С одной форсункой (моновпрыск), подающей топливо для всех цилиндров двигателя. Простая схема, которая в современном автомобилестроении практически не используется из-за низкой экономичности.
Непосредственный впрыск. Форсунки установлены в головке блока цилиндров, что позволяет выполнять прямой впрыск топлива в цилиндры. В этом случае рабочее давление составит около 155 бар.

Схема работы топливной системы инжекторного бензинового двигателя:

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

Схема, устройство и принцип работы для дизельного двигателя

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 common rail). 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:

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

Принцип работы топливной системы дизеля представляет собой следующую последовательность:

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

Разделенная и 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.

Рабочее давление при такой схеме составляет до 2 200 бар.

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

Линия возврата топлива (“обратка”)

Как правило, топливный насос имеет постоянную производительность, то есть закачивает топливо из бака в рампу под постоянным давлением. Двигатель же работает на разных режимах, потребляя разное количество топлива, в зависимости от его нагрузки. Таким образом, возникает необходимость контролировать давление и количество топлива в топливной рампе.

Этим занимается регулятор давления топлива, который сливает излишки топлива обратно в бак через линию возврата топлива, так называемую “обратку”. В настоящий момент существует два вида топливных систем, отличающихся наличием или отсутствием линии возврата топлива (обратной магистрали).

Система подачи топлива с линией возврата. Топливо, которое не было впрыснуто форсункой, является избыточным и оно возвращается обратно в бак через регулятор, который расположен на топливной рампе, и линию возврата. Таким образом в топливном коллекторе поддерживается постоянное давление.
Топливная система без линии возврата. Регулятор давления топлива в таких системах обычно устанавливается в модуле погружного топливного насоса. Избыточное топливо, подаваемое насосом, возвращается обратно в бак через короткую линию возврата. При этом в топливную рампу подается только то количество топлива, которое впрыскивается форсунками. Данная система имеет следующие преимущества – меньшая стоимость и меньший подогрев топлива в баке.

Полезное видео

Ознакомьтесь с дополнительной информацией о системе питания инжекторного двигателя на видео ниже:

Как правило, основные элементы топливной системы одинаковы для большинства моделей автомобилей, находящихся в одной категории. С другой стороны, практические характеристики могут изменяться, в зависимости от технических особенностей конкретного двигателя.