Дизельные двигатели широко используются в автомобилях, грузовиках, тракторах и другой технике. В чем причина их популярности и как устроена система питания, от которой зависит производительность и экономичность дизелей?
Принцип работы дизельного двигателя
В отличие от бензиновых двигателей, где топливная смесь сгорает от искры свечи зажигания, в дизеле используется самовоспламенение топлива от сжатия.
Цикл работы дизеля выглядит так:
- Поршень движется вниз, впуская в цилиндр воздух
- Поршень сжимает воздух, повышая его температуру до 700-900°С
- Через форсунку в цилиндр впрыскивается топливо
- Топливо воспламеняется от высокой температуры
- Газы, образовавшиеся при горении, расширяются и двигают поршень вниз совершая работу
Видно, что ключевую роль в этом цикле играет система питания дизельного двигателя. Она должна:
- Подавать достаточное количество топлива для полного сгорания
- Впрыскивать топливо в нужный момент и под высоким давлением
- Тонко распылять топливо для быстрого смешивания с горячим воздухом
От надежности и точности работы системы питания напрямую зависит мощность, экономичность дизельного двигателя и чистота выхлопа.
Основные компоненты системы питания дизеля
Устройство системы питания дизельного двигателя включает следующие элементы:
- Топливный бак
- Подкачивающий насос низкого давления
- Фильтры очистки топлива (грубой и тонкой)
- Топливный насос высокого давления (ТНВД)
- Форсунки
- Топливные магистрали и трубопроводы
- Блок управления (в современных системах)
Рассмотрим подробнее функции каждого из этих компонентов.
Топливный бак
В баке хранится дизельное топливо, откуда оно забирается в систему питания. Для нормальной работы важны:
- Герметичность бака, чтобы не было утечек топлива
- Исправный датчик уровня топлива
- Наличие фильтрующих сеток на заливной горловине и отводящем патрубке
Подкачивающий топливный насос
Забирает дизельное топливо из бака и подает его к фильтрам и ТНВД. Создает давление 0,03-0,05 МПа, достаточное для подачи, но недостаточное для распыления.
Фильтры очистки топлива
Очищают дизтопливо от механических примесей и воды. Бывают грубой и тонкой очистки. Регулярная замена фильтров важна для бесперебойной работы.
Топливный насос высокого давления (ТНВД)
Ключевой узел системы питания дизеля. Предназначен для создания и регулировки высокого давления, необходимого для впрыска топлива в цилиндры.
Подробнее о видах и устройстве ТНВД речь пойдет далее.
Форсунки
Через форсунки происходит непосредственный впрыск топлива в цилиндры. Форсунки точно дозируют объем подаваемого топлива и распыляют его для лучшего смесеобразования с воздухом.
Существует несколько типов форсунок, отличающихся способом управления и конструкцией распылителей.
Топливные магистрали и трубопроводы
Служат для подачи топлива между всеми узлами системы питания дизеля. Разделяются на магистрали:
- Низкого давления (от бака до ТНВД)
- Высокого давления (от ТНВД до форсунок)
- Сливные (для отвода избытков топлива)
Блок управления
В современных системах питания дизелей используется электронный блок управления. Он обрабатывает сигналы от различных датчиков и выдает команды на регулирование подачи топлива, что повышает точность впрыска.
Далее разберем подробнее устройство и работу топливных насосов высокого давления и форсунок, как важнейших компонентов системы.
Топливные насосы высокого давления (ТНВД)
ТНВД выполняет две основные функции в системе питания дизеля:
- Создает высокое давление топлива, необходимое для распыления
- Регулирует количество подаваемого топлива в зависимости от нагрузки на двигатель
Устройство ТНВД
Внутри корпуса ТНВД расположен вращающийся вал с кулачками. Кулачки воздействуют на толкатели, которые приводят в движение плунжеры. Движение плунжеров создает высокое давление в секциях ТНВД.
Виды ТНВД
Различают два основных типа топливных насосов высокого давления:
- С индивидуальными секциями для каждого цилиндра
- Общего типа с единой магистралью высокого давления
Работа плунжерных пар
Плунжер имеет подвижную часть, открывающую или закрывающую каналы для прохода топлива. Поворот этой части регулирует количество подаваемого топлива.
Управление поворотом осуществляется от педали газа через систему рычагов и рейки.
Типы и устройство форсунок
Различают форсунки двух типов:
- С механическим управлением
- С электронным управлением
Механические форсунки
Открытие форсунки происходит от давления топлива, подаваемого ТНВД. Как только давление опускается ниже определенного уровня, форсунка закрывается.
Электронные форсунки
В них используется электромагнитный клапан, управляемый блоком электроники. Такие форсунки более точно дозируют топливо.
Конструкция распылителя форсунки
Основным элементом форсунки является распылитель. Он имеет одно или несколько сопловых отверстий, через которые под высоким давлением распыляется топливо.
От количества и расположения этих отверстий зависит:
- Форма и размер топливного факела
- Производительность форсунки по расходу топлива
- Качество распыливания и смесеобразования
Запорно-регулирующий элемент форсунки
Для перекрытия/открытия подачи топлива служит игла. В механических форсунках она связана с поршнем, на который действует давление топлива.
В электронных используется электромагнит для управления иглой от блока электроники.
Преимущества электронных форсунок
К достоинствам электронных форсунок относят:
- Более высокая точность дозировки топлива
- Лучшие показатели по расходу топлива и токсичности отработавших газов
- Возможность индивидуальной настройки впрыска для каждого цилиндра
Выбор типа форсунки
При выборе форсунок для конкретного двигателя учитывают:
- Рабочий объем и мощность двигателя
- Число и размер цилиндров
- Наличие системы турбонадува
- Требования по экономичности и токсичности
Системы управления форсунками
Механическое управление форсунками
В системах с механическим управлением используется ТНВД с индивидуальными секциями для каждого цилиндра. Он создает высокое давление топлива, которое напрямую открывает форсунки.
Электронное управление форсунками
Здесь применяется ТНВД общего типа и электромагнитные форсунки. Управление осуществляет электронный блок, обрабатывающий сигналы датчиков.
Такое управление позволяет:
- Более точно дозировать топливо
- Оптимизировать впрыск индивидуально для каждого цилиндра
- Повысить топливную экономичность на 10-15%
Датчики системы управления
Для определения параметров работы двигателя используются следующие датчики:
- Датчик положения коленчатого вала
- Датчик положения распредвала
- Датчик давления и температуры воздуха на впуске
- Датчик частоты вращения ТНВД
- Датчик температуры охлаждающей жидкости
Алгоритмы работы системы управления
На основании показаний датчиков блок управления рассчитывает оптимальный объем и фазы впрыска топлива, а также корректирует угол опережения впрыска.
Эти данные используются для выработки управляющих импульсов на форсунки в реальном времени.
Свечи накаливания
Помимо основных элементов, в системе питания дизелей используются свечи накаливания. Их назначение:
- Разогрев воздуха перед поступлением в цилиндры при запуске холодного двигателя
- Облегчение холодного пуска за счет снижения температуры самовоспламенения топлива
Устройство свечей накаливания
Конструктивно свеча накаливания представляет собой керамический стержень с вмонтированной спиралью-нагревателем. Питание осуществляется от бортовой сети автомобиля.
Режимы работы
Включение свечей накаливания происходит:
- Автоматически при низкой температуре охлаждающей жидкости
- При работающем стартере во время запуска двигателя
- Вручную с помощью выключателя в кабине
Неисправности свечей накаливания
Типовые проблемы:
- Перегорание спирали от частых запусков при низких температурах
- Короткое замыкание в цепи питания из-за повреждения изоляции
- Замасливание и загрязнение контактов разъема
Предпусковые подогреватели
