Пристрій паливної системи дизельного двигуна

Дизельні двигуни спочатку мали яскраво виражене «тракторне походження», і до сих пір тому асоціюються у багатьох з гучністю, «левовим гарчанням», підвищеними показниками вібрації і детонації. Але це явно застаріле уявлення. Сучасні дизелі, завдяки застосуванню нових технічних засобів АСУ ТП і підкоригованим принципам роботи паливної системи, в значній мірі позбулися горезвісних тремтіння і звуку. Зберігши при цьому свої кращі якості - потужну тягу і економічність. Як еволюціонувала, разом з дизельним мотором, його паливна система, і що вона з себе представляє на даний момент, розглянемо в цій статті.

Про конструктивних особливостях дизелів, в порівнянні з бензомотор

І дизель, і бензиновий мотор є двигунами внутрішнього згоряння. У глобальному сенсі, за своєю конструкцією дизель не відрізняється від бензомотора: і там, і тут - циліндри, поршні і шатуни в них. Однак в дизелях ступінь стиснення набагато вище (19-24 одиниці, а у бензинового - 9-11). Тому і всі деталі, і клапани в значній мірі посилені (щоб протистояти набагато більш високих навантажень). Тому і вага, і габарити дизельного мотора набагато більш значні, ніж бензинового.

Головне ж відмінність полягає в способах формування паливно / повітряної суміші, її займання і згорання. У бензинових моторах суміш палива з повітрям формується у впускний системі, а запалюється вона від іскри свічки запалювання. У дизельних же моторах пальне і повітря подаються в робочі порожнини циліндрів окремо. Спочатку повітря. Він розжарюється до семи-восьми сотень градусів і стискається. Коли потім в камеру згоряння під великим тиском впорскується паливо, то воно самозаймається, практично миттєво.

Таким чином, іскри ніякої не потрібно. А свічки розжарювання, які встановлені в циліндричної голівці є нагрівальні елементи, типу паяльника, і призначені вони для швидкого обігріву повітря в камері згоряння, поки мотор ще не прогрілося. Це називається системою передпускового підігріву.

Коли включається запалювання, свічки розжарювання за кілька миттєвостей розігріваються до 800-900 градусів, прогріваючи повітря і забезпечуючи процес самозаймання. Сигнали про роботу даної системи подає водієві контрольна лампа. Електроживлення знімається зі свічок в автоматичному режимі, через 15-20 секунд після запуску непрогрітого двигуна, коли його стійка і стабільна робота вже цілком забезпечена. Вирішальна ж роль в забезпеченні подібних показників роботи мотора належить його паливній системі, про устрій якої і піде мова.

Принцип і загальна схема роботи паливної системи

Послідовність роботи паливної системи дизельного двигуна наступна. Солярка закачується з паливного бака за допомогою топливоподкачивающего насоса (шестерні, або помпової типу), а після фільтрації вона подається паливним насосом високого тиску (ТНВД) на форсунки. Паливо після закачування з бака проходить спочатку через фільтр грубого очищення, позбавляючись від великих включень. Далі, вже безпосередньо перед паливним насосом високого тиску - крізь фільтр тонкого очищення. У зв'язці з ТНВД працюють форсунки, через які солярка в розпорошеному стані і впорскується в циліндри.

Схему паливної системи дизельного двигуна двигуна годі й умовно, а цілком чітко розділити на два відсіки: високого тиску і низького. На ділянці низького тиску здійснюється попередня підготовка, фільтрація паливної суміші, перед його відправкою до відділу високого тиску. Відсік високого тиску, в свою чергу, допрацьовує суміш до кінця і переводить її в робочу камеру.

Основна функція паливної системи, опис її роботи

Призначення паливної системи дизельного двигуна полягає в тому, щоб подавати в циліндри чітко відміряний об'єм дизпалива, в конкретний момент часу і під певним тиском. Тому, через необхідність забезпечення постійно високого тиску, а також за рахунок високих вимог до точності роботи, паливна система дизельного двигуна буде складніше в конструкції, ніж у бензинового, і досить дорого коштує.

Тепер спробуємо уявити собі безперебійну роботу паливної системи в поетапному режимі, а для цього розберемо по порядку окремі її складові частини. Отже, паливний бак служить для розміщення солярки і забезпечення безперебійної її подачі в систему. Цю функцію виконують трубопроводи. Спочатку топливоподкачивающий насос висмоктує з бака пальне і через фільтри подає його в розподільну магістраль низького тиску. При цьому в системі підтримується стабільний тиск в три атмосфери. Паливо двічі проходить фільтрацію, проходячи через фільтри грубого і тонкого очищення.

У завдання паливних фільтрів входить контроль за чистотою пального і позбавленням його від можливих сторонніх домішок - від частинок бруду, води, піщинок. Пройшли ті часи, коли дизелі були вельми невибагливими до якості палива. Сучасні дизельні мотори вимагають дуже чистою солярки для збереження гідних показників своєї роботи. Чистота пального зараз - одне з основних і неодмінних умов ефективної роботи двигуна. Паливо подається тільки в тому випадку, якщо в системі немає повітря.

Після фільтрації солярка потрапляє в магістраль високого тиску. Ця частина паливної системи забезпечує подачу і впорскування необхідної кількості палива в циліндри двигуна в певні моменти. Паливний насос високого тиску, відповідно до порядку роботи циліндрів, по топливопроводам високого тиску подає солярку до форсунок.

Форсунки, розміщені в голівках циліндрів, впорскують і розпилюють пальне в камери згоряння двигуна. Так як топлівоподкачіваюшій насос постійно подає паливного насоса високого тиску палива «із запасом», тобто трохи більше, ніж потрібно, то його надлишок, а з ним - і потрапив в систему повітря, за спеціальними дренажним трубопроводах, відводиться назад в бак.

Для забезпечення синхронного вприскування пального влаштована спеціальна паливна рамка, до якої і приєднуються форсунки. Вони своїми головками знаходяться у впускний трубі і розпилюють паливо, відразу ж в момент його подачі.

ТНВД створює необхідний для вприскування показник тиску, і паливо розподіляється по всіх циліндрах двигуна. Кількість палива, що впорскується, а разом з ним - і режим потужності роботи двигуна, варіюються натисканнями на педаль акселератора. У сучасних дизельних двигунах просто натисканням педалі «газу» обсяг палива, що подається не збільшується, а змінюється лише програма, за якою працюють регулятори.

Так, натискаючи на педаль, водій або механізатор вже не збільшує цим безпосередню подачу палива, як це було в карбюраторних двигунах минулих років. А тільки змінює тим самим програми роботи регуляторів, які вже самі варіюють обсяг одноразової подачі пального, по строго певним залежностям від числа обертів, тиску наддуву, від положення важеля регулятора і т.п.

Головні складові частини паливної системи дизельного двигуна

Отже, крім паливного бака і магістральних топливопроводов, з якими все більш-менш ясно, основними складовими частинами паливної системи дизельного мотора є: топливоподкачивающий насос, фільтри грубого і тонкого очищення палива, паливний насос високого тиску (ТНВД) і форсунки.

топливоподкачивающий насос

Пристрій насоса, що підкачує дизельного палива досить нескладна. Воно являє собою дві знаходяться в постійному зачепленні шестерні. Коли відбувається процес обертання, зуби цих шестерень виконують функцію лопатей, створюючи і підтримуючи струм пального у напрямку до ТНВД. Головною ж дійовою елементом насоса, що підкачує, який і безпосередньо нагнітає паливо, є поршень. Як вже було зазначено, продуктивність топливоподкачивающего насоса влаштована перевищує продуктивність насоса високого тиску, тому і обладнані спеціальні топлівопроводи для зливу надлишків назад в паливний бак.

Паливний насос високого тиску

ТНВД призначається для подачі палива до форсунок під тиском, відповідно до чітко визначеної програмою, в залежності від заданих режимів роботи двигуна і від управляючих впливів водія. За своєю суттю, сучасний всережімний ТНВД поєднує в собі функції складної системи автоматичного управління роботою двигуна і, в той же час, головного виконавчого механізму, що реагує на команди водія.

Завдяки впровадженню у виробництво паливних насосів високого тиску з електронними системами управлінням, а також 2-хступенчатий уприскування палива і оптимізації процесу згоряння, вдалося досягти досить сталої роботи дизеля з нерозділеного камерою згоряння на оборотах до 4500 в хвилину, оптимізувати його економічність, знизити показники шуму і вібрації.

Далі: по всій довжині насоса, у внутрішній його порожнини, розташований обертовий вал, забезпечений спеціальними кулачками. Цей вал ТНВД отримує енергію обертання від розподільного вала двигуна. Його кулачки при русі впливають на штовхачі, які, в свою чергу, і стимулюють нагнітаючу роботу поршня-плунжера. При своєму просуванні вгору цей плунжер створює високий тиск палива всередині циліндра. Сила цього тиску і виштовхує пальне, яке направляється по паливній магістралі до форсунок.

Усередині корпусу, або гільзи, паливного насоса високого тиску розташований плунжер, інакше - спеціальний поршень, що володіє діаметром, значно меншим, ніж його довжина. Це називається плунжерній парою. Її деталі притертою один до одного таким чином, що зазор не перевищує 4-х мкм.

Оскільки робота дизеля в різних режимах і на різних оборотах вимагає, відповідно, і різної кількості пального, пристрій плунжера було трохи змінено: по його поверхні «пустили» спеціальну спіральну виточку, що дозволяє змінювати величину активного ходу за допомогою механізму повороту плунжерів.

Це зроблено було для того, щоб плунжер міг не тільки нагнітати паливо під тиском у напрямку до форсунок, але і регулювати кількість, обсяг цієї подачі. Для цього служить рухома частина плунжера, яка, в залежності від зміни параметрів, може відкривати або закривати канавки всередині нього. Дана рухома частина з'єднана з педаллю «газу» в кабіні механізатора.

Залежно від того, який кут повороту плунжера, встановлюється і відповідна ступінь відкриття каналів проходження палива, і його безпосереднє кількість, що подається на форсунки.

Інший найважливіший елемент паливної системи дизельного двигуна - це форсунки, на кожному з його циліндрів. Вони, спільно з ТНВД, забезпечують подачу строго дозованої кількості палива в камери згоряння. Регулювання тиску відкриття форсунки формують робочий тиск в паливній системі, а типи розпилювачів визначають форму факела палива, яка має важливе значення для активізації процесів самозаймання та згоряння. У сучасних дизельних моторах зазвичай застосовуються форсунки двох типів: з шрифтових, або з многодирчатий розподільником.

Форсунок на двигуні доводиться працювати в дуже важких умовах: голка розпилювача здійснює зворотно / поступальні рухи з частотою в половину меншою, ніж обороти двигуна, і при цьому розпилювач весь час безпосередньо контактує з камерою згоряння. Тому розпилювач форсунки виготовляється зі спеціальних, високо-жароміцних сплавів, робиться з особливою точністю і є прецизійним елементом.

Розподільник форсунок виконує функцію рівномірного надходження палива в камери згоряння і найбільш ефективне його займання. Чим більше дрібно розпорошується паливна суміш, тим стійкіше, в цілому, виходить робота силового агрегату. Не менш важливий фактор - це рівномірність розпилення пального, у всіх можливих напрямках. Сучасні форсунки виробляються з численними дрібними отворами, як раз для того, щоб розпорошення паливної суміші відбувалося у всіх напрямках, і в рівномірному режимі.

Крім того, робота форсунок підтримує такі процеси, з якими безпосередньо пов'язана ефективна робота двигуна:

• Забезпечення високого тиску і температури в камерах згоряння;
• Змішування солярки з повітрям в оптимальному обсязі;
• Відповідність кута випередження впорскування частоті обертання колінчастого вала двигуна.

Форсунки бувають з механічним, або з електромагнітним керуванням. У звичайних форсунках відкриття отвори розпилювача пов'язано з тим тиском, який є на той момент в паливній магістралі. Отвір форсунки перекривається голкою, з'єднаної зі спеціальним поршнем вгорі форсунки. Поки тиску немає, голка перекриває вихід палива через отвір розпилювача. Коли відбувається надходження палива під тиском, поршень переміщається вгору і тягне за собою голку. Отвір розкривається, і розпорошення починається.

У сучасних дизельних двигунах використовуються форсунки з електромагнітної системою управління. Їх робота регулюється вже не за механічним принципом, а за допомогою електромагнітних імпульсів, що надходять від блоку управління. Кожна з форсунок забезпечена електромагнітним клапаном, що відкриває або закриває розпорошення палива.

На ці електромагнітні елементи форсунок надходять сигнали від електронного боки управління (ЕБУ), який, відповідно до інформації від цілого ряду датчиків, подає ту чи іншу команду на установку потрібного ступеня розпилення.

Кілька слів про систему «КоммонРейл»

Говорячи про паливній системі сучасних дизельних двигунів, не можна не згадати таку її модифікацію, як «Акумуляторна паливна система CommonRail» ( «Загальна рамка», або «Загальна магістраль» в перекладі з англійської). Вона проявляє дуже хороші показники економічності і ефективності, і цілком заслужено завойовує все більшу популярність. В першу чергу - на дизельних двигунах комерційного автотранспорту, зрозуміло.

У ній також використовується ТНВД, що подає пальне в напірну магістраль, яка грає роль акумулятора тиску. Електронний блок керування регулює продуктивність насоса, для підтримки необхідного тиску в магістралі в міру витрати палива.

У «КоммонРейл» керовані електронікою електрогідравлічні форсунки з електромагнітним або п'єзоелектричним приводом керуючих клапанів впорскують вивірені дози дизельного палива під високим тиском в робочі порожнини циліндрів.

Комп'ютерна система управління подачею пального дозволяє вводити його в камери згоряння циліндрів максимально точно дозованими дозами. Спочатку впорскується мікроскопічна, всього лише в районі міліграма, порція, яка своїм згорянням розпалює температуру в камері, а за нею йде основний «заряд». Як результат - дизельні двигуни, оснащені системою «КоммонРейл», показують кращу економічність (до 20 відсотків). Частка нових дизельних двигунів, оснащених системою «CommonRail», рік у рік неухильно зростає.

висновок

В цілому, саме удосконаленням, яких зазнала паливна система дизельних двигунів в наш час, значно зміцнили позиції дизельних двигунів на ринку і в економіці. Дизелі стали більш економічними і менш гучними, ніж були раніше, а тому завойовують все більше сегментів свого безпосереднього застосування на ринку.