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:

1. Топливный бак.
2. Магистральные топливопроводы.
3. Насос низкого давления.
4. Топливный фильтр грубой, а также тонкой очистки.
5. Насос ТНВД высокого давления.
6. Распыляющие форсунки-дозаторы.

Как было отмечено выше, система разделена на отдельные контуры, работающие в условиях различного давления. Контур низкого давления состоит из:

• топливного фильтра;
• сепаратора;
• специального приводного механизма;
• подогревателя;
• топливного насоса ТННД.

При прохождении топлива через каждый элемент происходят соответствующие преобразования:

1. Благодаря подогреву, холодная загустевшая солярка обретает текучесть.
2. При помощи фильтрующего элемента горючее очищается от инородных включений и прочих загрязнений.
3. Помпа обеспечивает напор топлива, необходимый для подачи во второй отсек повышенного давления.

В конструкцию второго контура входят следующие устройства:

• насос ТНВД (высокого давления);
• фильтр тонкой очистки;
• распыляющие форсунки, обеспечивающие дозированный впрыск топлива;
• система топливопроводных магистралей.

Разжиженное горючее под давлением в расчетном количестве подается в цилиндры по топливопроводным трубкам.

Дизель и его особенности

Принцип работы топливной системы дизеля отличается от бензиновой, что сказывается и на особенностях функционирования системы подачи топлива.

Коснемся только отличий, касающихся топливной составляющей. Первое из них – это то, что у дизеля смесеобразование внутреннее. То есть, компоненты смеси подаются в цилиндры по отдельности и смешиваются они уже там. А второе отличие заключается в том, что воспламенение смеси производится от сжатия, поэтому давление в цилиндрах дизеля (компрессия) почти вдвое выше, чем у бензинового агрегата. И оба этих отличия вносят свои коррективы в устройство топливной системы дизеля.

Как ранее указывалось, система состоит из двух основных составляющих – воздушной и топливной. Дизеля это тоже касается.

Относительно воздушной части, то она мало отличается от бензиновой. Единственное, у дизеля используется более хороший фильтр, поскольку этот мотор очень чувствителен к чистоте воздуха.

Топливная составляющая тоже частично похожа на инжекторную, хотя есть и некоторые особые элементы. Всего же в конструкцию входит:

• бак;
• магистрали (низкого и высокого давления, подающие и сливные);
• два фильтрующих элемента (грубой и тонкой очистки);
• топливоподкачивающий насос (обычно входит в конструкцию ТНВД);
• топливный насос высокого давления (ТНВД);
• форсунки;

Топливная система дизельного двигателя

Ранее вся система питания была полностью механической, сейчас же все больше в конструкции появляется электронных частей. Но чтобы было понятнее, рассмотрим все на примере механической системы.

Топливо находится в баке, откуда за счет работы топливоподкачивающей помпы по подающей магистрали низкого давления подается в фильтрующий элемент грубой очистки.

После этого фильтра по той же магистрали подается во второй фильтр – тонкой очистки. И только после этого топливо подается в ТНВД.

Основными рабочими элементами этого насоса являются плунжерные пары, состоящие из поршня и гильзы. Сам насос работает от коленвала и внутри его установлен кулачковый вал. Именно этот вал приводит в действие плунжерную пару, и за счет их работы значительно повышается давление топлива.

После ТНВД дизтопливо по подающим магистралям, но уже высокого давления подается на форсунки.

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:

• в нужный момент;
• в необходимом количестве;
• при заданном давлении (не ниже 150 Мпа).

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:

1. Регулятор режимов.
2. Штуцер дренажный.
3. Клапаны.
4. Плунжерная пара с приводным механизмом.
5. Подкачивающий элемент.
6. Механизм регулировки угла опережения впрыска.

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.

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.

Система питания дизельного двигателя

Схема топливной системы двигателя, работающего на дизтопливе, несколько отличается от описанной ранее. Устройство системы питания дизеля обусловлено необходимостью обеспечивать более высокое давление горючего. В ее состав входят:

1. фильтр грубой очистки;
2. фильтр тонкой очистки;
3. топливный бак;
4. топливный насос высокого давления (ТНВД);
5. подкачивающий насос;
6. форсунки.

Схема работы в целом аналогична схеме, по которой работает топливная система бензинового двигателя. Горючее из бака подается к ТНВД при помощи подкачивающего насоса шестеренчатого или помпового типа. При этом вначале топливо проходит сквозь фильтр грубой очистки, где отсеиваются крупные механические примеси, а непосредственно перед топливным насосом высокого давления стоит фильтр тонкой очистки, задерживающий мелкие посторонние частицы. Повышенные требования к чистоте горючего объясняются желанием продлить срок службы дизеля.

Устройство подкачивающего насоса

Устройство и схема работы шестеренчатого подкачивающего насоса дизеля предельно просты: это две шестерни, находящиеся в постоянном зацеплении. Во время вращения зубья играют роль лопастей и создают ток горючего по топливопроводу к ТНВД.

Главный действующий элемент помпового насоса – поршень, нагнетающий топливо. Для подачи солярки требуется два хода поршня: рабочий (или основной) и вспомогательный.

Производительность подкачивающего насоса дизельного двигателя превышает потребность насоса высокого давления, поэтому часть горючего сливается из магистрали обратно в бак.

ТНВД нагнетает высокое давление в рампе, и солярка в мелкораспыленном состоянии впрыскивается в цилиндры дизеля. В действие данное устройство приводится кулачковым валом, который, в свою очередь, приводится от коленвала двигателя и вращается с меньшей частотой. Кулачок толкает плунжер топливного насоса, который выталкивает дизтопливо к форсункам.

Устройство топливного насоса высокого давления (ТНВД)

Схема внутреннего устройства ТНВД дизеля выглядит следующим образом: внутри корпуса, представляющего собой неподвижную гильзу, расположен плунжер – поршень, диаметр которого значительно меньше его длины. Вместе эти детали образуют плунжерную пару. Они притерты между собой таким образом, что зазор не превышает 4 мкм, благодаря чему не происходит утечки горючего.

Такое устройство позволяло бы обеспечить топливом мотор, работающий постоянно на одних и тех же оборотах, поскольку количество топлива, подающегося за один ход плунжера неизменно. Однако работа дизеля в разных режимах требует и разного количества горючего. Для этого устройство плунжера немного усложнено: на его поверхности имеется спиральная выточка, позволяющая менять величину активного хода при помощи механизма поворота плунжеров.

Форсунка – это устройство, играющее первостепенную роль в процессе снабжения дизеля распыленным топливом. Чем мельче будут частицы, тем качественнее получится рабочая смесь и более устойчивой будет работа дизельного двигателя. Чтобы распыление происходило равномерно во всех направлениях, форсунки изготавливают многодырчатыми.

Что еще стоит почитать

Как проверить топливный насос

Как работает система охлаждения двигателя

Устройство и работа инжекторного двигателя

Роторно-поршневой двигатель

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:

1. Рабочие цилиндры дизельных двигателей наполняются отдельно воздухом и горючим в разное время.
2. Воздух заходит раньше, происходит его сжатие.
3. При сжатии температура кислорода резко повышается (до плюс 700 – 800°С).
4. В момент достижения максимальной температуры в камеру сгорания впрыскивается дизтопливо, находящееся под воздействием сверхвысокого давления (не меньше 5 бар).
5. Происходит мгновенное самовоспламенение.

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).

О конструктивных особенностях дизелей, в сравнении с бензомоторами

И дизель, и бензиновый мотор являются двигателями внутреннего сгорания. В глобальном смысле, по своей конструкции дизель не отличается от бензомотора: и там, и здесь – цилиндры, поршни и шатуны в них. Однако в дизелях степень сжатия гораздо выше (19-24 единицы, а у бензинового – 9-11). Потому и все детали, и клапаны в значительной степени усилены (чтобы противостоять намного более высоким нагрузкам). Потому и вес, и габариты дизельного мотора гораздо более внушительны, чем бензинового.

Главное же различие состоит в способах формирования топливно/воздушной смеси, её воспламенения и сгорания. В бензиновых моторах смесь топлива с воздухом формируется во впускной системе, а воспламеняется она от искры свечи зажигания. В дизельных же моторах горючее и воздух подаются в рабочие полости цилиндров по отдельности. Сначала воздух. Он накаляется до семи-восьми сотен градусов и сжимается. Когда затем в камеру сгорания под большим давлением впрыскивается топливо, то оно самовоспламеняется, практически мгновенно.

Таким образом, искры никакой не требуется. А свечи накаливания, которые установлены в цилиндрической головке представляют собой нагревательные элементы, типа паяльника, и предназначены они для быстрого обогрева воздуха в камере сгорания, покуда мотор ещё не прогрелся. Это называется системой предпускового подогрева.

Когда включается зажигание, свечи накаливания за несколько мгновений разогреваются до 800-900 градусов, прогревая воздух и обеспечивая процесс самовоспламенения. Сигналы о работе данной системы подаёт водителю контрольная лампа. Электропитание снимается со свечей в автоматическом режиме, спустя 15-20 секунд после запуска непрогретого двигателя, когда его устойчивая и стабильная работа уже вполне обеспечена. Решающая же роль в обеспечении подобных показателей работы мотора принадлежит его топливной системе, об устройстве которой и пойдёт речь.

Как работает топливная система дизельного двигателя

Последовательность рабочих процессов системы можно описать следующим алгоритмом:

• при помощи топливного насоса низкого давления солярка закачивается в систему;
• после очищения, фильтрации она поступает в полость насоса ТНВД;
• насос высокого давления нагнетает топливо под напором на распыляющие форсунки;
• когда в камере сгорания сжатый воздух достигает максимальной температуры, порция горючего под давлением подается внутрь цилиндра в виде распыленных частиц;
• происходит воспламенение с последующим догоранием топлива.

Подкачивающий насос

Подкачивающий насос поршневого типа предназначен для подачи топлива из топливного бака к топливному насосу.

Насос состоит из корпуса, в котором располагается со штангой и толкателем. Поршень прижимается к штоку пружиной. В корпусе расположены впускной и нагнетательный клапаны. На корпусе размещен также насос ручной подкачки топлива, который состоит из цилиндра, поршня, рукоятки, крышки цилиндра и прокладки для уплотнения полости цилиндра, когда насосом не пользуются.

При вращении валика топливного насоса кулачок, налегая на ролик толкателя, перемещает толкатель. Движение через шток передаётся поршню, который перемещаясь сжимает пружину. При этом в полости над поршнем топливо сжимается и нагнетается через клапан в пространство под поршнем, где в это время создается разряжение. При обратном движении толкателя топливо, находящееся под поршнем, нагнетается в топливопровод, идущий к фильтру тонкой очистки, а в полость над поршнем поступает новая порция топлива.

Для заполнения системы питания топливом перед пуском и удаление из нее воздуха пользуются насосом ручной прокачки. Для прокачки топлива отворачивают рукоятку и перемещают поршень в цилиндре вверх – вниз. При этом топливо нагнетается через клапан в систему. После прокачки рукоятку наворачивают на крышку цилиндра. Поршень плотно прижимается к резиновой прокладке и запирает полость цилиндра.

Наиболее частые неисправности топливной системы дизельного двигателя

Среди самых распространенных поломок в системе питания дизелей чаще всего встречаются следующие:

1. Затруднения при запуске мотора.
2. Снижение мощностных показателей.
3. Увеличение расхода топлива.
4. Возникновение дыма различных оттенков, выходящего из выхлопной трубы.
5. Повышенная жесткость работы.
6. Невозможность разогнаться (при провалах в разгоне рекомендуется увеличить ход педали акселератора).
7. Неустойчивость оборотов на холостом ходу (плавают).
8. Двигатель часто глохнет.

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:

• качество работы нагнетающих деталей насоса высокого давления;
• степень износа форсунок;
• регулировки угла опережения топлива;
• предпусковые свечи накала;
• регулятор давления;
• нарушение герметичности топливопроводов.

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.

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:

1. Лавр.
2. Liqui moly.
3. Хай-Гир.

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.