Что такое система питания дизельного двигателя
Система питания дизельного двигателя
Система питания дизельного двигателя должна создавать высокое давление впрыска топлива в камеру сгорания цилиндра; дозировать порции топлива в соответствии с нагрузкой двигателя; производить впрыск топлива в строго определенный момент, в течение заданного промежутка времени и с определенной интенсивностью; хорошо распылять и равномерно аспределять топливо по объему камеры сгорания; надежно фильтровать топливо перед его поступлением в насосы и форсунки.
Топливоподача осуществляется по двум магистралям: низкого и высокого давления. Назначение магистрали низкого давления состоит в хранении топлива, его фильтрации и подачи под малым давлением к топливному насосу высокого давления. Назначение магистрали высокого давления состоит в обеспечении подачи и впрыскивания необходимого количества топлива в цилиндры двигателя в строго определенный момент.
Топливоподкачивающий насос дизеля подает топливо из бака через фильтры грубой и тонкой очистки по топливопроводам низкого давления к топливному насосу высокого давления (ТНВД), который в соответствии с порядком работы цилиндров по топливопроводам высокого давления подает топливо к форсункам. Форсунки, расположенные в головках цилиндров, впрыскивают и распыляют топливо в камеры сгорания двигателя. Так как Топливоподкачивающий насос подает к ТНВД топлива больше, чем необходимо, то его избыток, а с ним и попавший в систему воздух, по дренажным трубопроводам отводится обратно в бак.
Топливный насос высокого давления (ТНВД) служит для подачи в камеры сгорания двигателя через форсунки требуемых порций топлива. Состоит из одинаковых секций по количеству цилиндров двигателя.
Форсунки служат для впрыскивания и распыления топлива, а также для распределения его частиц по объему камеры сгорания.
Основным конструктивным элементом форсунки является распылитель, имеющий одно или несколько сопловых отверстий, формирующих факел впрыскиваемого топлива.
Существуют форсунки закрытого и открытого типа. В четырехтактных дизелях применяют форсунки закрытого типа, сопловые отверстия которых закрываются запорной иглой. Поэтому внутренняя полость в корпусе распылителей форсунок сообщается с камерой сгорания только в период впрыскивания топлива.
Устройство автомобилей
Система питания дизеля
Дизельные двигатели относятся к тепловым двигателям внутреннего сгорания поршневого типа с внутренним смесеобразованием и самовоспламенением рабочей смеси. По принципу работы они существенно отличаются от бензиновых двигателей, использующих для воспламенения рабочей смеси внешние тепловые источники – искровое электрическое зажигание или специальный тепловой элемент.
Кроме того, у многих бензиновых двигателей смесеобразование протекает вне цилиндров двигателя – в специальном смесителе (карбюраторе), продолжается во впускном трубопроводе, и заканчивается в цилиндрах во время тактов впуска и сжатия.
У инжекторных двигателей с центральным и распределенным впрыском смесеобразование осуществляется во впускном трубопроводе, продолжаясь в цилиндрах вплоть до воспламенения смеси свечой. И лишь инжекторные двигатели с непосредственным впрыском принципиально схожи по характеру смесеобразования с дизельными двигателями, но, тем не менее, тоже имеют ряд отличий в процедуре и результатах смешивания топлива с воздухом.
Общий принцип работы четырехтактного дизельного двигателя можно описать следующим сценарием:
Далее описанный сценарий повторяется.
Итак, основные отличия двигателя от классического бензинового двигателя – внутреннее смесеобразование и самовоспламенение рабочей смеси. Эти различия имеют и положительные, и отрицательные стороны.
Высокая степень сжатия, используемая в дизельных двигателях, тоже приводит к отрицательным последствиям, поскольку влечет за собой применение массивных деталей цилиндропоршневой группы, способных выдержать колоссальные давления.
Кроме того, из-за высоких рабочих давлений дизели работают жестче и шумнее, чем их бензиновые «собратья».
Но, как бы то ни было, дизели по сравнению с бензиновыми двигателями имеют ряд существенных преимуществ, и основным из них является высокая топливная экономичность. Так, расход топлива для получения единицы мощности у дизелей на 25…30% меньше, чем, например, у карбюраторных двигателей.
Кроме того, с учетом более высокой плотности дизельного топлива по сравнению с бензином, запас хода по топливу у дизельных автомобилей на 35…45% выше, чем у бензиновых «собратьев».
Себестоимость дизельного топлива меньше, чем себестоимость бензина, поскольку оно получается прямой перегонкой.
Немаловажно и то, что в продуктах сгорания дизельного топлива содержится меньше токсичных веществ, чем в отработавших газах бензиновых двигателей. Да, дизели зачастую сильно дымят, чадят и коптят при работе, особенно, если система питания плохо отрегулирована, но, как это ни парадоксально звучит, в этой копоти меньше яда, чем в безобидном сизом дымке из выхлопной трубы карбюраторного двигателя.
Но не только топливная экономичность и относительная экологичность выгодно отличает дизель от бензинового двигателя. Дизели надежнее. Для них характерны стабильная экономичность во всем диапазоне нагрузок, лучшая приемистость и возможность работы с нагрузкой без полного прогрева.
Дизельный двигатель «довезет» свое колесное чадо вместе с водителем и грузом до места назначения, даже если откажет бортовая электросеть – в своей работе дизель полностью автономен, если не считать пускового устройства.
Преимущества дизеля над бензиновым двигателем с точки зрения термодинамики подробнее описаны в разделе сайта, посвященном теплотехнике.
Как уже указывалось выше, слабым звеном двигателей с внутренним смесеобразованием, в том числе – дизельных двигателей, является слишком короткий отрезок времени, в течение которого топливо должно перемешаться с воздухом. Конструкторам приходится решать сложную задачу – как в течение сотых долей секунды получить топливовоздушную смесь высокого качества, способную быстро и эффективно сгореть и отдать тепло для преобразования в механическую энергию.
Это возможно применением специальных камер и объемов для смешивания топлива с воздухом, которые зачастую приводят к замысловатой форме камеры сгорания и днища поршней, для того, чтобы обеспечить завихрение и перемешивание компонентов горения.
Второй путь повышения эффективности смесеобразования – применение впрыска под очень высоким давлением, что приводит к интенсивному распыливанию порции топлива по всему объему камеры сгорания.
В результате изысканий в указанных направлениях конструкторы разработали различные устройства и технологии, значительно повышающие качество и скорость смесеобразования в дизелях и бензиновых двигателях с непосредственным впрыском, о которых будет рассказано в других статьях сайта.
Здесь мы рассмотрим классическую схему системы питания дизельного двигателя, которая включает следующие основные механизмы, приборы и устройства ( см. рис. 1 ):
Кроме перечисленных элементов, предназначенных для подачи топлива из бака в цилиндры, система питания дизеля (как и бензинового двигателя) включает:
Топливная система дизельного двигателя — Устройство и принцип работы
Автомобили, оснащенные дизельными двигателями, наиболее чувствительны к качеству горючего материала. Топливная система дизельного двигателя занимает одно из центральных мест в конструкции силового агрегата. Операции по ремонту и восстановлению работоспособности системы отличаются сложностью и высокой стоимостью. Конструктивно система питания дизеля состоит из двух контуров – низкого и высокого давления. Из первого отсека подготовленная солярка поступает в следующий контур для непосредственного впрыска в камеру сгорания.
Описание устройства топливной системы дизеля
Топливная система дизельного мотора состоит из следующих составных частей:
Как было отмечено выше, система разделена на отдельные контуры, работающие в условиях различного давления. Контур низкого давления состоит из:
При прохождении топлива через каждый элемент происходят соответствующие преобразования:
В конструкцию второго контура входят следующие устройства:
Разжиженное горючее под давлением в расчетном количестве подается в цилиндры по топливопроводным трубкам.
Топливный насос высокого давления дизельного двигателя
Чтобы двигатель внутреннего сгорания вырабатывал высокую мощность, заявленную в технических характеристиках, необходимо обеспечить максимально полное сгорание топлива в рабочих цилиндрах. Основная задача насоса ТНВД – качественная подача дизтоплива в камеры сгорания. Данный прибор обеспечивает следующие условия поступление горючего:
Момент подачи порции солярки и ее объем рассчитываются, в соответствии с частотой вращения коленвала мотора. Данные параметры остаются стабильными, не зависят от условий эксплуатации и степени загруженности силового агрегата.
Устройство топливного насоса высокого давления дизельного двигателя:
Благодаря слаженной работе составляющих, входящих в конструкцию насоса ТНВД, обеспечивается работоспособность дизельного двигателя внутреннего сгорания.
Топливный насос низкого давления дизельного двигателя
Насос ТННД также входит в состав системы питания дизеля. Он устанавливается в непосредственной близости к насосу ТНВД, соединен с ним с помощью патрубков, через которые циркулирует топливо. Дизельное топливо нагнетается из бака при помощи специальной помпы. Топливный ТННД часто называют подкачивающий насос дизельного двигателя, в его состав входят две рабочие шестерни, находящиеся в постоянном зацеплении. При их вращении создается поток солярки, направленный в сторону ТНВД.
Если замечено, что производительность топливоподкачивающего механизма ТННД снизилась, его рекомендуется демонтировать для дальнейшей очистки и промывки. Более серьезный ремонт состоит в замене элементов, вышедших из строя, на новые детали, входящие в состав специальных ремонтных комплектов.
Особенности топливной системы дизельного двигателя
Двигатели внутреннего сгорания, работающие на дизельном топливе, отличаются от бензиновых аналогов принципом формирования топливовоздушных смесей. В бензиновом моторе горючая жидкость, обогащенная кислородом, нагнетается в камеру сгорания, а затем воспламеняется при помощи свечи зажигания.
Процесс образования топливной смеси в дизельном силовом агрегате:
Интересно: В конструкцию топливной системы дизеля входит, так называемая, система предпускового подогрева со специальными свечами накаливания, изготовленными в виде нагревательных элементов. Их задача состоит в обеспечении быстрого обогрева воздушного пространства в камере охлажденного мотора. При включении зажигания свечи накала прогревают воздух в топливной системе дизельного двигателя в течение нескольких мгновений. По мере стабилизации работы непрогретого дизельного двигателя, со свечей автоматически снимается электрическое питание (спустя 15 секунд).
Как работает топливная система дизельного двигателя
Последовательность рабочих процессов системы можно описать следующим алгоритмом:
Наиболее частые неисправности топливной системы дизельного двигателя
Среди самых распространенных поломок в системе питания дизелей чаще всего встречаются следующие:
Трудный запуск
Чтобы облегчить зимний запуск дизельных двигателей, производители выпускают специальное топливо под названием «арктическое». Однако, причиной трудного включения не всегда является застывшая солярка. При невозможности запустить дизель на холодную, необходимо проверить:
Снижение мощности
Мощность дизельного мотора снижается при возникновении неисправностей, засорении топливных фильтров, отверстий распыляющих форсунок. При выходе из строя фильтрующих элементов количество солярки, направляемой в топливный насос, резко снижается, что негативно сказывается на мощностных показателях мотора.
Увеличение потребления дизтоплива
Неверно выставленный угол опережения впрыска является основной причиной большого расхода горючего. На количество потребляемого топлива также оказывает влияние неправильная работа топливного насоса ТНВД. Необходимо отрегулировать уровень давления смеси в момент впрыска. Понижение компрессии в рабочих цилиндрах также может стать причиной повышенного расхода дизельного топлива.
Выхлоп черного цвета
При появлении темного дыма из системы выхлопа рекомендуется проверить качество смесеобразования. Нарушения могут быть вызваны запоздалым впрыском топлива, которое не успевает полностью сгорать и оседает на стенках цилиндров в виде нагара. Слои нагара часто образуются также на клапанах, которые неплотно закрываются.
Появление белого дыма в виде пара не вызывает тревоги, т. к. он быстро улетучивается после прогрева мотора. Особенно часто это можно наблюдать в дизельных машинах, работающих в областях северной широты.
Плавающие обороты коленчатого вала в режиме холостого хода
При данном дефекте нужно:
Двигатель глохнет
Если мотор часто прекращает работу прямо на ходу, потребуется проверить следующие пункты:
Очистка топливной системы дизельного двигателя
При использовании дизтоплива несоответствующего качества с повышенным содержанием элементов серы, рабочие детали топливной системы покрываются вредными отложениями и теряют работоспособность. В частности, отверстия форсунок забиваются наростами, затвердевшими под воздействием высоких температур. Под воздействием перечисленных факторов происходит: снижение пропускной способности распылителей, изменяется направление факела распыла и пр. Перед автовладельцем возникает закономерная проблема, как прокачать топливную систему дизельного двигателя.
Лучше всего доверить мероприятия по очищению системы профессионалам. При наличии специального оборудования форсунки демонтируются и проверяются на диагностических стендах. Однако, такой метод отличается высокой трудоемкостью с серьезными материальными затратами.
Опытные водители производят промывку топливной системы дизельного двигателя своими руками в условиях гаража. При этом они используют упрощенную методику – добавление специальной жидкости в топливный бак. Данную процедуру рекомендуется проводить через каждые 3 – 5 000 километров.
Наибольшей популярностью среди автовладельцев пользуются очистительные препараты для дизельных форсунок:
Выбирая лучший очиститель для топливной системы своего автомобиля, необходимо изучить особенности каждого препарата, ознакомиться с отзывами потребителей. Благодаря своевременному обслуживанию дизельного двигателя, существенно увеличивается эксплуатационный срок, а также улучшаются технические характеристики вашего транспортного средства.
Система питания дизельного двигателя- Устройство и неисправности
Дизельные двигатели имеют большую историю: еще в 1897 Рудольф Дизель, именем которого были названы эти силовые агрегаты, создал первую рабочую модель. За годы развития дизельные моторы претерпели множество изменений, в том числе изменилась и система питания дизельного двигателя: эти модификации сделали «дизели» пригодными не только для тяжелой техники и грузовиков, как предназначалось раньше, но и для массовых легковых автомобилей. Широкое распространение автомобилей с дизельными ДВС обусловлено их экономичностью, высоким КПД и относительной дешевизной солярки.
Функции системы питания дизельного ДВС
Назначение системы питания дизельного двигателя – подать горючее к форсункам и далее в цилиндры под высоким давлением. За это отвечает комплекс устройств, обеспечивающих непрерывность, точность и согласованность процесса. Особенности систем питания дизелей:
Особенности дизтоплива и двигателей на нем
Как и бензиновый двигатель, дизель работает на принципе сгорания жидкого топлива в цилиндрах. Но солярка обладает некоторыми специфическими особенностями, из которых происходят и отличия в конструкции дизельных и бензиновых моторов.
С точки зрения состава дизтопливо – смесь газойлевых и керосиновых фракций, получаемая после того, как из сырой нефти отгонят бензин.
Основное свойство дизтоплива – показатель воспламеняемости, который называют цетановым числом (аналогично октановому числу для бензина). Стандартные типы дизтоплив, имеющиеся в продаже на АЗС, имеют это число в пределах от 45 до 50.
Важно: для современных дизельных агрегатов чем выше цетановое число солярки, тем лучше.
Дизтопливо проходит предварительную очистку уже на заводе, а устранением посторонних фракций «на месте» занимается топливный фильтр. Очищенное горючее поступает по магистрали к ТНВД (входящий в состав дизельного мотора топливный насос высокого давления, назначение которого – создать давление на выходе), подающему его в форсунки, которые распыляют топливо в камеру сгорания. Там частицы дизтоплива смешиваются с разогретым от сжатия воздухом, и происходит воспламенение.
Важно: этот принцип отличается от бензиновых двигателей, где топливо воспламеняется от свечей зажигания: системы питания дизельных двигателей предназначена для работы от самовоспламенения топлива под давлением. Но и в дизелях есть свечи: там используются специальные элементы накаливания, обеспечивающие пуск двигателя «на холодную» и поддерживающие нужную температуру – они предварительно подогревают поступающий в цилиндры воздух.
Среди прочих важных особенностей дизтоплива – его повышенная плотность и хорошая смазывающая способность. Другие существенные характеристики:
По последнему параметру принято делить солярку на:
Как устроена система питания
Рассмотрим устройство системы питания дизельного двигателя на примере дизельного двигателя ЗМЗ-5143.10, которым комплектуются автомобили УАЗ.
Схема питания дизельного двигателя:
Эта схема системы питания дизельного двигателя показывает основные конструктивные элементы и направления линий циркуляции солярки.
Схематическое устройство насоса высокого давления:
Основные технические элементы системы питания:
Система питания делится на два больших блока:
Механизм подвода топлива реализуется разными системами, в зависимости от двигателя, но в общем случае сегодня используется аппаратура разделенной компоновки, с отдельно реализованными ТНВД и форсунками.
Работа системы питания дизельного двигателя описывается следующими этапами:
Интересно: в системах неразделенного типа форсунки и насос реализованы одним узлом – насос-форсункой. Такая схема используется в двухтактных моторах на дизтопливе. Широкого распространения эти агрегаты не получили из-за некомфортной для человека вибрации, шумности и недолговечности конструкции.
Форсунки расположены в головке блока цилиндров. Их основная задача – точное распыление топливного факела в пространство камеры сгорания.
Важно: подкачивающий насос подает на ТНВД солярку в избыточном количестве. Избытки горючего и воздух возвращаются обратно в бак по специальным дренажным трубопроводам.
Форсунки дизельного ДВС бывают:
Основная масса двигателей получает закрытые форсунки, у которых сопла в неактивном состоянии закрыты запорной иглой. Таким образом, непосредственное сообщение полости форсунки и камеры сгорания происходит только в момент впрыска или открытия форсунки.
Питание турбодизеля
Выше уже упоминалась возможность оснащения дизельного ДВС системой турбонаддува. Такое решение позволяет значительно повысить мощность любого силового агрегата – и на бензине, и на солярке. При этом нет необходимости в серьезных доработках, таких, например, как расточка цилиндров для увеличения рабочего объема. Система топливоподачи турбированного дизеля практически не меняется, но воздухоподающий тракт подвергается кардинальной переделке.
Наддув осуществляется с помощью одного или нескольких воздушных компрессоров, работающих на энергии выхлопных газов. Компрессор сжимает воздух, который затем поступает в интеркулер (промежуточный блок, охлаждающий сжатую воздушную массу), и затем нагнетается в цилиндры под давлением 0.15… 0.2 Мпа, и выше.
Компрессорные системы принято делить на два вида:
Турбокомпрессор позволяет лучше наполнять цилиндры воздухом, что ведет к повышению эффективности сгорании солярки при ее подаче. Это положительно влияет на мощность двигателя: с турбодизелей снимается на 30% больше лошадиных сил, по сравнению с нетурбированными атмосферными аналогами.
Но есть и некоторые минусы: турбонаддув, особенно развивающий высокие показатели давления, приводит к увеличению температуры в пространстве цилиндра, поскольку топливо горит интенсивнее. Кроме того, увеличиваются механические нагрузки на компоненты двигателя – механизм газораспределения и кривошипно-шатунный блок.
Неисправности топливной системы
Основная причина любых неисправностей системы питания дизельного двигателя – износ конструктивных элементов и узлов. Типичные неисправности, возникающие после определенного пробега двигателя – износ оси рычага регулятора и выход из строя резинового кольца уплотнения в магистрали низкого давления.
Еще одна распространенная проблема – накопление в узлах и магистралях грязи и нагара, от которых следует регулярно избавлять двигатель путем промывки.
Другие типичные неисправности:
Затрудненный пуск двигателя.
Двигатель потерял мощность.
Слишком большой расход солярки
Жирный черный выхлоп из трубы
Выхлоп белого или серого цвета, очень дымный.
Мотор по ощущениям работает слишком «жестко»
Двигатель шумит
Неровная работа на холостую и при езде
Двигатель внезапно глохнет
Двигатель невозможно заглушить
Причина, скорее всего, в неисправном электромагнитном запорном клапане.
Приходится часто менять свечи
Обычно это происходит из-за неисправности форсунок в цилиндрах, соответствующих неисправным свечам.
Большинства неисправностей можно избежать путем своевременного технического обслуживания системы питания дизельного двигателя.
Завоздушивание системы
Выше неоднократно говорилось о попадании воздуха в топливную магистраль. Это крайне опасное для дизельного ДВС явление:
Воздух попадает в систему чаще всего из-за нарушения герметичности одного из элементов аппаратуры топливоподачи. Также возможно возникновение подобной ситуации при опустевшем баке. Если есть проблемы с герметичностью, требуется их устранить, возможно, понадобится также произвести удаление воздуха из системы питания дизельного двигателя.
Прокачку желательно осуществлять вдвоем.
Сначала нужно определить, есть ли в системе воздух: для диагностирования от форсунок отсоединяют топливопроводы высокого давления и отворачивают гайки последних. Затем один из участников проверки крутит стартер, а второй наблюдает за шлангами: если подачи солярки нет, система, скорее всего, нуждается в прокачке.
Следует также продиагностировать все соединения и трубопроводы, заменив негерметичные узлы и укрепив, при необходимости, слабые места.
Для прокачки в корпусе фильтрующего элемента предусмотрен специальный механизм продувания – насос подкачки. Сначала прокачивается фильтр:
Некоторые авто не предусматривают наличия насоса ручной подкачки, тогда вместо него для проведения обслуживания придется крутить коленвал стартером до достижения результата.
Далее делают удаление воздуха из самого ТНВД:
Дальше можно полностью отвинтить болт и покрутить коленчатый вал при помощи стартера. При этом будет видно, как поступает топливо:
Если все в порядке, то болт устанавливается на штатное место и закручивается до конца. После этого отводятся топливопроводы штуцера (9 на рисунке), у 4-цилиндрового ДВС их должно быть 4. Теперь нужно вращать коленвал, из штуцера должна пойти солярка. Шланг ставится на место, операция повторяется с остальными штуцерами.