Как устроена топливная система дизельного двигателя?

Топливная система автомобиля

Для работы двигателя необходимо топливо, которое должно в определенные моменты подаваться в цилиндры — эту задачу решают топливные системы (или системы подачи топлива). О том, как устроены топливные системы и какие отличительные черты имеют системы подачи топлива различных двигателей — читайте в этой статье.

Назначение и общее устройство топливной системы

Топливная система автомобиля (или система подачи топлива) — система, предназначенная для подачи топлива (бензина или дизельного топлива) из топливного бака в двигатель (точнее – в карбюратор или форсунки). Также эта система обеспечивает хранение топлива и его очистку перед подачей в двигатель.

Независимо от типа, любая топливная система содержит несколько основных компонентов:

– Топливный бак;
– Система топливопроводов;
– Топливный насос;
– Топливный фильтр (или фильтры);
– Устройство образования топливно-воздушной смеси или устройства впрыска топлива в цилиндры.

Топливный бак. Это резервуар для хранения топлива. Бак современных автомобилей — это довольно сложная система, которая содержит несколько компонентов: непосредственно резервуар, горловина для заливки топлива, датчик уровня топлива, топливный насос (однако во многих системах насос устанавливается в моторном отсеке) и другие. С баком также сообщается система улавливания паров топлива, которая содержит сепаратор, топливопроводы, адсорбер и несколько клапанов.

Топливопроводы. Это трубки, которые осуществляют подачу топлива от одних компонентов к другим. Подача топлива из бака осуществляется подающим топливопроводом, а возврат излишков топлива из карбюратора, форсунок или ТНВД (в дизельном двигателе) производится через сливные трубопроводы.

Топливный насос. Это устройство, которое подает топливо из бака к двигателю. В системах впрыска топлива насос создает высокое давление. В дизельных моторах два насоса — низкого и высокого давления (подкачивающий насос может быть и в инжекторных двигателях). Сегодня чаще всего применяются электрические насосы, однако в дизелях используются традиционные механические плунжерные ТНВД.

Топливные фильтры. Обычно их два — грубой и тонкой очистки. Фильтр грубой очистки — это просто несколько тонких металлических сеточек, установленных в топливном баке. Фильтр тонкой очистки устроен более сложно, он устанавливается перед карбюратором, рампой или ТНВД. Фильтры обеспечивают очистку топлива от разнообразных загрязнений, пыли и посторонних твердых частиц.

Устройство образования топливно-воздушной смеси — это карбюратор, в который подается бензин и воздух, где они смешиваются и через дроссельную заслонку подаются во впускной коллектор двигателя. В инжекторных и дизельных двигателях воздух подается отдельным дроссельным узлом, а образование горючей смеси происходит непосредственно в цилиндре.

Устройства впрыска топлива. Это форсунки в дизельных и инжекторных бензиновых двигателях. Однако в дизельных моторах (а также и в инжекторах с непосредственным впрыском) форсунки установлены непосредственно в головках цилиндров, а в инжекторных моторах — во впускных коллекторах.

Также в топливную систему современных автомобилей входит блок управления, который осуществляет управление подачей топлива, образованием топливно-воздушной смеси и изменением режимов работы двигателя в зависимости от нагрузки и других условий. Блок управления работает на основе показаний от многочисленных датчиков, установленных в различных узлах двигателя и других систем автомобиля.

На сегодняшний день существует два основных типа топливных систем — бензиновых и дизельных двигателей. О каждой из них нужно рассказать более подробно.

Топливные системы бензиновых двигателей

Исторически бензиновые двигатели внутреннего сгорания были первыми, и уже в конце XIX века были разработаны первые топливные системы на основе карбюраторов. Однако с 1950-х годов в автомобилях стали использоваться иные системы — инжекторные, которые к сегодняшнему дню устанавливаются практически на всех новых легковых автомобилях.

Таким образом, можно выделить два принципиально разных типа систем подачи топлива бензиновых двигателей:

Они имеют отличия в устройстве и принципе работы.

Карбюраторная система подачи топлива

Главная особенность топливной системы этого типа — наличие карбюратора, в котором производится смешивание воздуха и топлива, то есть образование топливно-воздушной смеси. Карбюратор устанавливается на впускном коллекторе двигателя, к нему подводится топливо, которое распыляется с помощью жиклера и смешивается с воздухом. Образовавшаяся смесь через дроссельную заслонку подается в коллектор (а через него — к цилиндрам), а управлением положения заслонки осуществляется управление работой двигателя.

В системе подачи топлива карбюраторных двигателей бензонасос создает малое давление, которое необходимо лишь для закачки топлива из бака в карбюратор, а подача горючей смеси в цилиндр осуществляется «самотеком» из-за понижения давления в цилиндре при опускании поршня.

Инжекторная система подачи топлива (система впрыска топлива)

Система подачи топлива инжекторных двигателей имеет следующие принципиальные отличия от топливной системы карбюраторных моторов:

– Топливо из бака подается на топливную рампу, к которой подключены форсунки;
– Воздух в камеры сгорания подается через дроссельный узел;
– Топливный насос создает достаточно высокое давление, которое необходимо для обеспечения впрыска топлива форсунками в камеры сгорания.

Также в системах впрыска обязательно присутствует блок управления, который как раз и управляем впрыском, в зависимости от режима работы обеспечивает необходимый состав топливно-воздушной смеси и т.д.

Существует два основных типа инжекторных двигателей:

– Моновпрыск (одна форсунка на все цилиндры, сейчас почти не используется);
– Распределенный впрыск (индивидуальная форсунка для каждого цилиндра, существует несколько разновидностей, отличающихся режимом работы форсунок).

Принцип работы топливной системы инжекторного двигателя прост. Топливо из бака с помощью насоса подается на топливную рампу, в которой топливо всегда находится под постоянным высоким давлением (давление устанавливается регулятором давления). С рампой сообщаются форсунки, через которые топливо в определенные промежутки времени распыляется в камере сгорания. Одновременно с подачей топлива в камеру сгорания поступает и воздух — здесь происходит образование топливно-воздушной смеси. Форсунки управляются блоком управления, информация о режимах работы всей системы поступает от множества датчиков.

Топливные системы дизельных двигателей

Система подачи топлива дизельного двигателя имеет следующие особенности:

– Подача топлива в камеры сгорания осуществляется форсунками под высоким давлением (за счет которого происходит воспламенение топливно-воздушной смеси);
– Давление создается специальным топливным насосом высокого давления (ТНВД).

Таким образом, в топливной системе дизеля присутствует два насоса — низкого и высокого давления. Насос низкого давления (часто его называют подкачивающим насосом) обеспечивает подачу топлива к ТНВД, а ТНВД — подачу топлива в форсунки.

Принцип работы топливной системы дизельного двигателя сводится к следующему: топливо с помощью подкачивающего насоса подается к ТНВД (попутно проходя через фильтр тонкой очистки), откуда под высоким давлением поступает в установленные в головках цилиндров форсунки. Форсунки в определенные моменты открываются и распыляют топливо в камере сгорания, в которые через отдельный клапан (или клапаны) подается очищенный воздух. Излишки топлива от ТНВД и форсунок через трубки отлива топлива возвращаются в топливный бак.

Топливная система дизельного двигателя

Для того, чтобы дизельный мотор работал, ему нужно топливо. Была придумана система питания дизельного двигателя, которая специально назначена для этого. Для того, чтобы топливная система дизельного двигателя правильно работала, в ней предусмотрено множество элементов и аппаратов, которые помогают работать дизелю. Каждое устройство отвечает за определенное действие, без которого не будут работать все остальные системы.

Выход в свет

Создателем дизельного мотора стал Рудольф Дизель. Он и не мог предположить того, что его изобретение, которое было придумано еще в 1897 году, переживет столько изменений. Наиболее глобальные изменения произошли лишь в последние годы. Изначально такой вид двигателя был разработан для грузовых автомобилей. Раньше ДВС во время работы были очень шумные, а также от них выделялось много дыма. Сегодня все эти недостатки устранены.

Теперь производители пытаются ставить такие двигатели не только для грузовых и тяговых ДВС, но и на ДВС легковых автомобилей. С самого начала, когда еще не было хороших систем охлаждения, дизельные моторы нагревались до высоких температур, из-за чего постоянно приходили в негодность.

Предназначение и состав

Система питания дизельного двигателя предназначена для того, чтобы хранить соляру в автомобиле, а также правильное распределение и своевременную подачу горючей смеси в цилиндры в строго определенных порциях, которые устанавливаются в соответствии с режимом работы ДВС. Эта система состоит из нескольких важных устройств.

Важным элементом системы считается топливный бак, назначение которого в том, чтобы хранить соляру и производить ее охлаждение. При повреждении бака содержимое может протекать, это следует немедленно устранить.

1. Во-первых, это приводит к резкому росту потери топлива через появившееся отверстие.
2. Во-вторых, это может привести к возгоранию из-за появления внешней искры.

Второй немаловажной частью считаются фильтры. Они бывают грубой и тонкой очистки. Они обязательно должны быть установлены. Установка двух фильтров требуется для того, чтобы уловить даже самые мельчайшие лишние элементы, которые могут попасть в форсунки.

Современные дизели обладают промежуточным охлаждением нагнетаемого воздуха.

Форсунки устанавливаются на мотор для того, чтобы подавать горючую смесь в цилиндры под высоким давлением. Когда форсунки забиваются, то перестает попадать горючая жидкость в цилиндры, из-за чего ДВС теряет мощность и может вовсе перестать работать.

Топливный насос и ручной подкачивающий насос устанавливаются на ТНВД для того, чтобы передать соляру из бака в форсунки. ТНВД является топливным насосом высокого давления, многие его называют – аппаратура.

Трубопроводы бывают как низкого, так и высокого давления. Они нужны для того, чтобы организовать подачу топлива в форсунки. Если они будут забиты, то топливо не будет подано. За чистоту в трубопроводах отвечают фильтры.

Регулятор вращения коленчатого вала и привод управления подачи топлива напрямую зависят друг от друга. Если какой-то агрегат будет работать неправильно или вовсе не работает, то и ДВС будет работать нестабильно.

Все эти элементы работают только совместно, и каждый зависит от всех других. Поэтому важно вовремя и правильно обеспечивать очистку и ремонт всех устройств системы.

Система охлаждения двигателя тоже входит в состав мотора. Она предназначена для того, чтобы охлаждать важнейшие узлы и агрегаты мотора.

Чтобы подробно рассмотреть устройство топливной системы дизельного двигателя, нужно увидеть схему работы. Найти схемы можно по соответствующему запросу. Чтобы понять, как работает ДВС, нужно прочитать информацию о том, как он работает и узнать его прямое назначение. Топливная система любого мотора устроена так, чтобы вовремя и в правильной дозировке подавать горючую смесь в цилиндры. Перед тем как подать топливо в цилиндры, оно первоначально смешивается в специальной камере.

Снижение температуры

При работе ДВС нагревается, поэтому требуется снижать температуру мотора. Снижение температуры является важным циклом в процессе работы мотора. Существует несколько видов систем охлаждения, которые снижают температуру мотора. В основном система для снижения температуры бензинового двигателя не отличается от такой же системы для дизельного мотора. Стоит отметить, что повышению температуры подвергаются не только детали двигателя, но и другие узлы и механизмы, которые также требуют постоянного контроля температуры.

Смесеобразование

Для того, чтобы обеспечить своевременную подачу топлива, требуются форсунки.

Как уже было сказано, в дизельном моторе установлены восемь форсунок. Для правильной работы мотора требуется постоянно чистить форсунки.

Дело в том, что жиклеры, которые есть в форсунках, имеют очень маленький диаметр и могут забиваться от любого мусора, который может просочиться даже через два фильтра. Форсунки подают топливо по определенному принципу.

Существуют некоторые виды форсунок, существенно отличающихся друг от друга. Каждый из них имеет свои определенные особенности, а также достоинства и недостатки. На дизельный мотор устанавливается электрогидравлическая форсунка. Принцип работы на этой форсунке основан на том, что подача топлива и прекращение подачи топлива осуществляется посредством давления топлива.

Резюме

Хотя многие любители автомобилей знают о существовании дизельных двигателей, они не знают о том, как они устроены, а многие даже не знают о том, что дизель — это обычная солярка. Для того, чтобы узнать о том, как работает ДВС, нужно прочитать определенные статьи и подробно рассмотреть схему работы. Во время работы, мотор существенно нагревается, и для того, чтобы снизить температуру, существует система охлаждения двигателя. Все системы в автомобиле взаимосвязаны между собой. Сегодня производители автомобилей постоянно придумывают новые устройства для своих машин, которые будут помогать вождению автомобиля.

Устройство и принцип работы топливной системы Common Rail

Из-за жёстких экологических требований в Европе в первую очередь страдают автомобилисты, которые ездят на машинах с дизельным движком. Чтобы снизить расход топлива и, соответственно, уменьшить выброс отработанных газов в атмосферу, автоконцерны начали устанавливать системы Common Rail на свои авто. В результате удалось добиться соответствия экологическому стандарту Евро-4, увеличить мощность двигателя и снизить расход топлива.

Особенности системы

Принцип работы системы Common Rail логичнее всего будет сравнивать с системой распределительного типа, которая использовалась на старых машинах. При распределительном типе форсунки открываются только при достижении определённого давления и единоразово подают точно отмеренную топливным насосом порцию топлива. Что касается «Коммон Рэйл», то в этом случае дизель на все форсунки подаётся от общего аккумулятора.

Задача ТНВД (топливный насос высокого давления) — нагнетать горючее под высоким (до 300 МПа) давлением на топливную раму, в то время как ЭБУ (электронный блок управления) мотора контролирует впрыск. Объём поданного горючего, время впрыска, количество впрысков за цикл — всё это регулируется временем и моментом открытия форсунок.

Преимущества и недостатки

Стоит отметить, что в 2008 году такая система устанавливалась только на 24% автомобилей, а к 2016 году их количество возросло до 83%. Такая большая популярность объясняется положительными характеристиками системы:

1. Расход горючего снижается на 15%, при этом мощность силового агрегата увеличивается на 40%.
2. Снижение уровня шума и вибраций несмотря на то, что крутящий момент увеличился.
3. Значительное снижение выхлопа, соответствие экологическому стандарту Евро-4.
4. Давление для подачи горючего не зависит от скорости вращения коленвала. Благодаря этому удалось добиться стабилизации горения на холостом ходу и малых оборотах.
5. Топливо подаётся несколькими порциями за цикл, что обеспечивает его полное сгорание.
6. По сравнению с классической системой, конструкция «коммон рэйл» проще, а её ремонтопригодность — выше.

Однако существуют и недостатки:

1. Если сравнивать с классическим агрегатом подачи горючего, форсунки имеют более сложную конструкцию и требуют более частой замены.
2. Высокое требование к качеству топлива, что особенно актуально в российских реалиях.
3. Если нарушена герметизация хотя бы одного элемента, вся система перестаёт работать.

Принцип действия Common Rail

Конструкция включает в себя следующие компоненты:

• ТНВД;
• топливный фильтр;
• топливоподкачивающий насос;
• клапан дозировки;
• регулятор давления (контрольный клапан);
• датчик давлений топлива в рампе;
• аккумулятор высокого давления (топливная рейка);
• инжекторы.

Принцип действия агрегата в следующем. Насос низкого давления подаёт горючие под невысоким давлением (2,6-7 бар) к насосу высокого давления (ТНВД), где осуществляется нагнетание давления — при прокрутке мотора оно достигает 500-600 бар. После того, как запущен силовой агрегат, давление увеличивается до 1300-2000 бар.

Датчик давления поддерживает оптимальные значения для впрыска, а регулятор возвращает излишки дизеля в магистраль обратного слива. Сам регулятор находится или в корпусе ТНВД, или в топливной рейке. Также в рейке может быть установлен клапан экстренного сброса горючего — он защитит агрегат от разрыва при возникновении ЧП. Датчик температуры, который имеется на многих топливных рамах, позволяет более точно контролировать работу устройства.

Существует вариант системы с отдельной форсункой — она применяется для повышения дозировки горючего и прожига сажевого фильтра. В других системах работа мотора в режиме прожига контролируется изменением ЭБУ количества нагнетаемого дизеля и изменением момента впрыска.

Типы форсунок

Принцип топливной системы common rail подразумевает использование одного из двух видов форсунок.

Электрогидравлические. Электромагнитные форсунки классического типа. После того, как напряжение пошло на электромагнитный клапан, происходит поднятие иглы распылителя и подача горючего. Главные плюсы конструкции — высокая степень надёжности и ремонтопригодности.

Пьезоэлектрические. Когда напряжение подаётся на пьезокристалл, он моментально расширяется. По сравнению с предыдущим вариантом, игла поднимается в три-четыре раза быстрее. Увеличение быстродействия форсунки даёт большее количество впрысков за цикл, а также позволяет точнее определить объём подаваемого горючего. К минусам относят сложность конструкции, из-за чего такая форсунка имеет меньший срок службы и её сложно отремонтировать.

Основная доля рынка по производству топливных насосов высокого давления принадлежит компании Bosch, которая и является основным разработчиком системы Common Rail. Существует пять генераций ТНВД Bosch, которые применяют систему «Коммон Рэйл».

СР1. Трехплунжерный насос с подкачивающей секцией, которая находится на баке. Отсутствует клапан дозировки горючего, эту роль выполняет регулятор давления (установлен на рейке). В большинстве случаев используются электромагнитные форсунки.

СР1Н. Модернизированный вариант СР1. Подкачивающий насос заменён механической подкачивающей секцией, которая установлена в корпусе насоса. Отличительная черта — в наличии клапана регулятора объёма горючего, которое нагнетается в рейку. СР1Н способен нагнетать давление до 1600-1800 бар. Также эффективность увеличивается за счёт принудительного отключения одного из плунжеров в случае, когда не требуется большой объём топлива.

СР2. Устанавливается только на тяжёлый коммерческий автотранспорт.

СР3. Отличительная характеристика в том, что объём подаваемого горючего регулируется не в контуре ВД, а на подходе к плунжерам. Используется механическая подкачивающая секция. Электронасосы хоть и применяются, но крайне редко. Устанавливаются только пьезоэлектрические форсунки CRI 3.

СР4. Существует две модификации такого ТНВД. 4.1 с одним плунжером (давление 1800 бар) и 4.2 с двумя плунжерами (давление 2000 бар). Оба варианта оснащаются регуляторами давления и механическим отсеком низкого давления на пять бар. В основном используются пьезофорсунки, хотя есть модели с электрогидравликой.

Управление

Используя информацию от датчика положения педали газа, электронный блок управления настраивает уровень крутящего момента. Также принимаются во внимание все остальные датчики, включая датчики температуры топлива в рампе и наддува. Вся эта информация помогает ЭБУ рассчитать фактическую нагрузку на двигатель и определить, когда именно нужно дать сигнал форсунке, а также какой объём топлива за цикл должно быть подано в цилиндры.

Секрет эффективности Common Rail

Существует два главных фактора, которые обеспечивают высокую эффективность системы, это:

1. Разделение цикловой подачи на такты.
2. Впрыск горючего под высоким давлением.

В классических системах топливо подавалось большими порциями при низком давлении, которое редко превышало 700-800 бар. В результате дизель полностью не сгорал, что снижало эффективность двигателя. При использовании циклов, удалось поделить горючее на мелкодисперсные частицы — они активнее обогащаются кислородом и лучше сгорают. Благодаря такому принципу работы дизельного двигателя удалось повысить мощность силового агрегата без вмешательства в его конструкцию.

Цикловая подача горючего означает, что оно подаётся не одной большой порцией, а несколькими маленькими (от двух до семи). Можно выделить:

• предварительный впрыск — увеличивает температуру камеры сгорания и подготавливает её для основной подачи горючего;
• основной впрыск;
• дополнительный впрыск — применяется для прожига сажевого фильтра.

Помимо экономии топлива получилось добиться уменьшения шума работы движка и снижения вибраций.

Причины и признаки поломки Common Rail

Стоит знать основные симптомы, которые говорят о неисправности системы:

• после долгой стоянки заметно ухудшение пуска мотора;
• мощность силового агрегата упала, что особенно заметно при большой нагрузке или попытке достичь максимальной скорости;
• увеличился шум работы двигателя;
• нехарактерные вибрации движка;
• нехарактерный цвет выхлопа (черный или белый).

Основная причина неисправностей — низкое качество топлива. Обычно выходят из строя форсунки, ТНВД или насосы топливной подкачки.

• неисправность форсунок — мотор глохнет даже при наборе скорости;
• выход из строя датчиков или инжекторов ТНВД;
• загрязнение насоса высокого давления;
• подъём форсунки;
• разгерметизация насоса или его поломка.

Недостаточно знать, как работает данная топливная система — для определения неисправности потребуется провести тщательную диагностику. Исследуется не только механическая часть устройства, но и электронная. Не рекомендуется самостоятельно пытаться отремонтировать «Коммон Рэйл» — без должных навыков и диагностического оборудования можно только навредить, после чего потребуется уже не косметический ремонт, а полная замена.

Оптимальным решением будет обратиться в специализированную автомастерскую «Дизель-Мастер» в Санкт-Петербурге. В нашем распоряжении есть всё необходимое для качественного ремонта Common Rail — штат опытных мастеров, современное оборудование и запас оригинальных запчастей. Обращайтесь! Предложим оптимальное и недорогое решение вашей проблемы. 8 (800) 350-34-48 (бесплатно по России), 8 (921) 932-25-54