Устройство топливной системы дизельного двигателя

Устройство

И дизельный, и бензиновый агрегаты относятся к поршневым двигателям внутреннего сгорания, а потому имеют сходное устройство. Основными конструктивными частями силовой установки на дизельном топливе являются такие:

1. Блок цилиндров. Основа любого двигателя. Используется для размещения всех систем и узлов силового агрегата. Различаются по трем основным параметрам – числу цилиндров, схеме их расположения и способу охлаждения. Как правило, количество цилиндров является четным, максимальное их число составляет 16. Чаще всего встречаются двигатели с 2-я, 4-я, 6-ю или 8-ю цилиндрами.

Важным элементом рассматриваемого узла является так называемая ГБЦ или головка блока цилиндров. Она создает закрытое пространство, в котором происходит непосредственное сжигание топливной смеси.

2. Кривошипно-шатунный механизм. Основное назначение этого узла двигателя – преобразование перемещения поршня внутри гильзы, являющегося возвратно-поступательным, в движение коленвала, которое относится к вращательным. Главной деталью механизма считается коленвал, подвижно соединенный с блоком цилиндров, что обеспечивает вращение вала.

Другая важная деталь – маховик, который крепится к одному из концов коленвала. Его задача – передать крутящий момент к другим узлам транспортного средства. Ко второму концу коленвала крепится шкив и приводная шестерня топливно-распределительной системы.

3. Цилиндропоршневая группа. Включает в себя цилиндры или гильзы, поршни или плунжеры, шатуны и поршневые пальцы. Отвечает за процесс сжигания топлива с последующей передачей образовавшейся энергии для дальнейших преобразований. Камера сжигания представляет собой пространство внутри гильзы, которое с одной стороны ограничивается ГБЦ, а с другой — поршнем. Главное требование к цилиндропоршневой группе дизельного двигателя – герметичность, прочность и долговечность.

4. Топливно-распределительная система. Функциональное назначение – своевременная подача горючего в камеры сгорания и отвод из двигателя продуктов сжигания топливно-воздушной смеси. В дизельном агрегате основу системы составляют два насоса. Первый из них – низкого давления – отвечает за перемещение горючего из бака к двигателю.

Назначение второго – ТНВД – несколько шире и заключается в определении нужного количества и времени впрыска топлива, а также в обеспечении необходимого уровня давления в камере сгорания. Именно топливный насос высокого давления и соединенные с ним форсунки являются ключевыми элементами дизельного двигателя, обеспечивающими его впечатляющие эксплуатационные и технические параметры.

5. Система смазки. Предназначается для уменьшения показателей трения между отдельными узлами и деталями силовой установки. В качестве смазочного материала используются как различные масла, так и, что характерно для отдельных механизмов, непосредственно дизельное топливо. Устройство системы смазки предусматривает наличие масляного насоса, различных емкостей и соединяющих трубопроводов.

6. Система охлаждения. Основное функциональное назначение данного элемента дизельного двигателя очевидно и состоит в поддержании такого уровня температуры, который является оптимальным для работающего агрегата. Для этого используются два метода – принудительный отвод тепла от узлов двигателя и охлаждение их при помощи воздуха или жидкости. В качестве последней обычно используется вода или антифриз.

7. Дополнительные узлы – турбина и интеркулер. Турбонаддув или турбонагнетатель позволяет увеличить давление в камере сгорания, что ведет к росту производительности двигателя. Интеркулер предназначен для дополнительного и более эффективного охлаждения горячего воздушного потока, который создается в процессе эксплуатации дизельного агрегата.

Отдельного упоминания заслуживает еще одна важная часть любого современного дизельного двигателя – электрооборудование и автоматика. Именно различные приборы управления и контроля над работой агрегата позволяют добиться главного преимущества, характерного для подобных силовых установок – высокого КПД.

Устройство топливной системы

Работа топливной системы сводится к тому, чтобы в нужное время подать необходимую порцию дизтоплива. При этом давление в форсунке должно в значительной степени превышать показатель компрессии. Степень сжатия у дизеля намного выше, чем у бензинового агрегата.

Красный цвет — контур высокого давления; желтый цвет — контур низкого давления. 1) ТНВД; 2) клапан принудительной вентиляции картера; 3) датчик давления; 4) топливная рампа; 5) форсунки; 6) педаль акселератора; 7) частота вращения распредвала; 8) частота вращения коленвала; 9) другие датчики; 10) другие исполнительные механизмы; 11) фильтр грубой очистки; 12) бак; 13) фильтр тонкой очистки.

Дополнительно предлагаем прочитать о том, что такое степень сжатия и компрессия. Эта система подачи горючего, особенно в современном исполнении, один из самых дорогих элементов в машине, потому что ее детали обеспечивают высокую точность работы агрегата. Ремонт этой системы очень сложный и дорогостоящий.

Вот основные элементы топливной системы.

ТНВД

Любая топливная система должна иметь насос. Этот механизм всасывает солярку из бака и нагнетает ее в топливный контур. Чтобы автомобиль был экономичным относительно расхода топлива, его подача управляется электроникой. Блок управления реагирует на нажатие педали газа и на режим работы мотора.

Когда водитель нажимает на педаль акселератора, модуль управления самостоятельно определяет, в какой степени нужно увеличить объем топлива, изменить время впуска. Для этого на заводе в ЭБУ прошивается большой список алгоритмов, которые в каждом отдельном случае активируют необходимые механизмы.

Топливный насос создает постоянное давление в системе. В основе этого механизма имеется плунжерная пара. Подробно о том, что это такое и как она работает, рассказывается отдельно. В современных топливных системах используется распределительный тип насосов. Они отличаются компактными размерами, а топливо в этом случае будет поступать более равномерно независимо от режима работы агрегата. Дополнительно о работе этого механизма можно прочитать здесь.

Форсунки

Эта деталь обеспечивает распыление горючего непосредственно в цилиндр, когда воздух в нем уже сжат. Хотя эффективность этого процесса напрямую зависит от напора горючего, большое значение имеет конструкция самого распылителя.

Среди всех модификаций форсунок существует два основных типа. Они отличаются типом факела, который образуется во время распыления. Существует шрифтовый или многоточечный распылители.

Эта деталь устанавливается в головке блока цилиндров, а ее распылитель находится внутри камеры, где топливо смешивается с горячим воздухом, и самовоспламеняется. Учитывая высокие термические нагрузки, а также частоту возвратно-поступательных движений иглы, для изготовления распылителя форсунки используется жаростойкий материал.

Топливный фильтр

Так как в конструкции топливного насоса высокого давления и форсунок присутствует много деталей с очень минимальными зазорами, а сами они должны хорошо смазываться, к качеству (ее чистоте) солярки предъявляются высокие требования. По этой причине в системе имеются дорогостоящие фильтры.

Для каждого типа моторов предназначен свой топливный фильтр, так как у всех разновидностей своя пропускная способность и степень фильтрации. Помимо удаления посторонних частиц этот элемент также должен очищать топливо от воды. Это конденсат, образующийся в баке, и смешивающийся с горючим материалом.

Чтобы вода не скапливалась в отстойнике, зачастую в фильтре имеется сливное отверстие. Иногда в топливной магистрали может образовываться воздушная пробка. Для ее удаления на некоторых моделях фильтров имеется небольшой ручной насос.

В некоторых моделях авто устанавливается специальный прибор, который позволяет подогреть солярку. В зимний период часто этот тип топлива кристаллизуется, образуя частицы парафина. От этого будет зависеть, сможет ли фильтр в достаточной степени пропускать топливо к насосу, что обеспечивает облегченный пуск ДВС на морозе.

Компановка двигателя

4-хтактные дизельные двигатели отличаются не только строением камеры сгорания, но и количеством цилиндров и их взаимным расположением. Понятно, что чем больше цилиндров, тем мощнее двигатель и тем он больше по размерам. Разные варианты компоновки позволяют уменьшить его габариты. В зависимости от расположения цилиндров двигатели могут быть:

1. Рядный.

Все цилиндры располагаются в ряд. Такая конструкция двигателей самая простая, детали к ним имеют несложную технологию производства.

2. V- образный двигатель.
Цилиндры в таком двигателе расставлены в форме буквы V, в двух плоскостях, двумя рядами под углом 600 или 900. Образовавшийся между ними угол – это угол развала. Плюсом такого двигателя является мощность. Его габариты могут быть уменьшены за счет смещения в развал других важных компонентов. Его длина меньше, а ширина больше. Но из-за сложности таких конструкций бывает непросто определить центр их тяжести.

3. Оппозитные двигатели (маркировка В).
Они относительно уравновешены, для уменьшения вибрации все элементы располагают симметрично. Их конструктивная особенность – центральное крепление вала на жестком блоке. Это так же влияет на степень вибрации. Угол развала составляет 1800.

4. Рядно-смещенные агрегаты (маркировки VR).
Данную компоновку отличает малый угол развала (150) V-образного двигателя в содружестве с рядным аналогом. Это позволяет уменьшить размеры продольного и поперечного агрегатов. Маркировка VR расшифровывается как V – образный, R — рядный.

5. W (или дубль V) — образный.
Самый сложный двигатель. Известен двумя видами компоновки.
1) Три ряда, угол развала большой.
2) Две компоновки VR. Они компактны, несмотря на большое количество цилиндров.

6. Радиальный (звездообразный) поршневой двигатель.
Имеет небольшой размер длины с плотным размещение нескольких штук цилиндров. Они располагаются вокруг коленчатого вала радиальными лучами с равными углами. Ее отличает от других наличие кривошипно-шатунного механизма. В данной конструкции один цилиндр выступает главным, остальные – прицепные – крепятся к первому по периферии. Недостаток: в состоянии покоя нижние цилиндры могут пострадать от протекания масла. Рекомендуют до начала запуска двигателя проверить, что в нижних цилиндрах масло отсутствует. В противном случае возможны гидроудар и поломка. Чтобы увеличить размер и мощность двигателя, достаточно удлинить коленчатый вал образованием нескольких рядов – звезд.

Правильная эксплуатация

Неправильная эксплуатация может погубить даже самый надежный мотор.

Продлить ресурс дизельного двигателя, и получать удовольствие от владения автомобилем вам поможет выполнение несложных правил:

• дизельные двигатели с турбонаддувом очень требовательны к качеству масла и топлива. Заливайте только то масло, которое соответствует требованиям, установленным для вашего ДВС. Заправляйтесь только на проверенных АЗС;
• проводите ТО топливной аппаратуры и системы предпускового подогрева в соответствии с заявленными производителем нормами. В этом случае у вас не возникнет проблем с запуском дизельного двигателя в холодное время года. Эксплуатация агрегата с неправильно работающей форсункой впоследствии может привести к дорогостоящему ремонту ДВС;
• после активных поездок турбина нуждается в охлаждении. Не глушите мотор сразу же. Дайте ему поработать некоторое время на холостых оборотах;
• избегайте запуска «с толкача». Такой способ оживления мотора может причинить большой вред кривошипно-шатунному механизму вашего ДВС.

Современные инновационные технологии и прогрессивный маркетинг позволяют людям выбирать из автомобилей, которые они могут себе позволить. Нам всё меньше приходится идти на компромисс и жертвовать отдельными параметрами. Особенно эта тенденция заметна в процессе эволюции дизельных автомобилей.

Схема системы питания

Схема системы питания дизельного двигателя включает в себя основные компоненты, в число которых входят:

• Бак для топлива;
• Фильтры очистки топлива (грубой и тонкой);
• Насос топливный, подкачивающий;
• Насос топливный, создающий высокое давление (ТНВД);
• Форсунки;
• Трубопровод для перекачки топлива под низким давлением;
• Трубопровод высокого давления;
• Фильтр воздушный

Схема топливной системы имеет вспомогательные компоненты, к которым можно отнести электрические насосы, детали выпуска отработанных газов, фильтры очистки от сажи, глушители и т.п. Общее устройство системы питания предполагает деление топливной аппаратуры на две группы:

• Аппаратура, подводящая топливо;
• Аппаратура, подводящая воздух.

Топливная аппаратура дизельных двигателей может иметь различное устройство, система разделённого типа, на сегодняшний день является наиболее распространенной. Для этой системы характерно разделение ТНВД и форсунок на отдельно функционирующие устройства.

Топливо проходит путь по путепроводам высокого и низкого давления. Проверка шлангов подачи топлива является обязательным условием эксплуатации силовой установки.

Хранение, фильтрация и подача к ТНВД происходит при невысоком давлении. После чего, топливный насос поднимает давление в системе для правильного дозирования и подачи порции топлива в камеру сгорания в нужный момент.

Систему питания дизельного мотора обслуживает два насоса:

• Насос, создающий высокое давление;
• Насос, подкачки топлива.

Насос подкачки топлива осуществляет подачу солярки из бака к фильтрам грубой и тонкой очистки и дальше к насосу, создающему высокое давление. Этот путь жидкость проходит с относительно невысоким показателем давления.

Проходя ТНВД, давление топлива нагнетается до высокого уровня. Порядок работы цилиндров определяет подачу рабочей смеси. Насос, создающий высокое давление имеет несколько секций, каждая из которых отвечает за определённый цилиндр двигателя.

Устройство системы питания дизельного двигателя, осуществляющего два такта, может иметь неразделённый тип. Для таких систем применяется специальное устройство, насос-форсунка. Это своего рода объединение топливного насоса, создающего высокое давление и форсунки в один прибор.

Конструктивный принцип работы системы питания дизельного двигателя, получившего наибольшее распространение, предусматривает расположение форсунок в головке блока цилиндров. Основная задача такого расположения, точное распыление топлива в камере сгорания. К ТНВД, поступает большой объём солярки, её излишки отводятся обратно в бензобак по дренажным трубам.

Форсунки могут быть двух типов:

• Закрытого типа;
• Открытого типа.

Более широкое применение имеют форсунки закрытого типа. В устройстве таких форсунок есть специальная запорная игла, которая закрывает отверстие подачи топлива. Поэтому, полость форсунки соединяется с камерой сгорания только при открытии отверстия и впрыске жидкости.

Как работает турбонаддув

Чтобы разобраться в работе турбонаддува, для начала следует уяснить понятия турбоподхвата и турбоямы.

Турбоподхват – ситуация, когда набравший скорость ротор увеличивает поступление воздуха в цилиндры, следствием чего становится повышение мощности двигателя.

Турбояма – момент небольшой задержки, наблюдаемый в работе турбины при увеличении количества поступившего горючего, что достигается нажатием на педаль газа. Задержка вызвана временем, которое нужно ротору для его разгона газами.

Турбонаддув увеличивает давление отработанных газов за счет более интенсивной работы двигателя. В то же самое время повышается и давление наддува: этот процесс требует контроля и регулировки, поскольку при достижении высоких значений велика вероятность поломки. Функции регулировки давления возложены на клапан, контролем предельно возможных значений занимаются мембрана и пружина с определенными значениями жесткости (когда достигается максимально допустимая величина, мембрана открывает клапан).

Работа турбины дизельного двигателя также требует контроля давления:

1. компрессор через клапан, дабы снизить давление, сбрасывает лишний забранный воздух;
2. когда давление поступившего воздуха достигает максимально допустимой величины, клапан выпускает газы, и ротор вращается с требуемой скоростью, а компрессор всегда забирает только нужное количество воздуха.

Бензиновый или дизельный двигатель: в чем разница

Принцип работы дизельного ДВС

Здесь смесеобразование происходит быстрее, чем у бензинового двигателя. Воспламеняется топливо благодаря высокой степени сжатия (от 15:1 и выше). Чем выше давление – тем горячее воздух в цилиндре, температура которого на пике около 1000 градусов.

Впрыскиваемый дизель легко детонирует, образуя рабочий ход цилиндра. Отсюда итог: максимальная мощность и крутящий момент достигается намного раньше, чем у бензинового агрегата.

Дизельный двигатель имеет намного больший момент, но меньшую мощность, относительно бензинового агрегата такого же объема, при условии отсутствии турбины у первого.

Как работает бензиновый мотор

Формирование топливно-воздушной смеси происходит либо во впускном коллекторе, либо в камере сгорания (непосредственный впрыск).

В такте сжатия топливо и воздух, а также частицы угарных газов, окончательно смешиваются, после чего сжатая смесь поджигается, происходит воспламенение, резкое повышение температуры (около 2500 градусов) и давления, что позволяет толкать поршень вниз.

Отношение мощности к экономичности

Несмотря на то, что что стоимость дизельного топлива и бензина практически одинакова, дизельные агрегаты, при равном объеме, экономичнее бензиновых. ДТ намного эффективнее сгорает, поэтому разница между расходом одинаковых по объему двигателей, варьируется от 20 и до 50%. Соответственно, здесь в выборе — бензиновый или дизельный двигатель — лидирует второй.

Бензиновые агрегаты имеют большую мощность при одинаковом объеме, например: 2-х литровый двигатель Mercedes-Benz E-class W124 в бензиновом варианте имеет мощность 135 «лошадей», а дизельный – 75.

Компенсируется недостаток мощности крутящим моментом, который достигается при 1800-3500 об/мин. Это объясняет факт, что вся грузовая, и частично коммерческая техника, имеет под капотом дизельный мотор.

Экологичность

Дизельное топливо более тяжелое, относительно бензина, однако имеет повышенный спрос в Европе и США, так как выбрасывает в атмосферу намного меньше СО₂, но только при условии исправного двигателя, иначе ситуация кардинально меняется.

Сравнение показателей бензиновых и дизельных силовых установок

Перед покупкой авто каждый человек задается вопросом о том, купить дизельный двигатель или остановить выбор на бензиновой установке.

При этом в учет берутся эксплуатационные свойства первостепенной важности, к которым во время разговора о ДВС принято относить мощность, расход топлива, ремонтопригодность и стоимость техобслуживания, а также срок службы и влияние на окружающую среду. Поговорим об этих моментах более подробно. 

Мощность

Рабочая смесь в дизельном силовом агрегате сгорает более эффективно. Это объясняется, во-первых, упомянутыми выше особенностями системы бензинового двигателя, а во-вторых, более высокой степенью сжатия – 20 против 10 единиц у дизтоплива и бензина соответственно.

Коэффициент полезного действия у дизеля процентов на 40 выше, чем у аналогов на бензине, расход топлива при этом ниже, однако в плане мощности на выходе бензиновые моторы лучше, они заметно мощнее. 

Расход топлива

Цена бензинового двигателя ниже, чем дизеля, однако в плане расхода топлива дизеля куда более экономичны

Правда, при подсчете уровня экономии важно учитывать несколько факторов. Так, показатели расхода топливной смеси зависят от того, ездит ли машина по городу или по трассе, какую манеру вождения предпочитает водитель, в какое время года и при каких условиях ТС эксплуатируется. 

Чем больший отрезок пути проехало дизельное авто, тем быстрее оно окупится, ведь дизтопливо дешевле бензина, особенно летом. К слову, в мороз экономия будет незначительной, ведь придется заливать «зимнюю» солярку, которая стоит дороже – летняя под воздействием низких температур застывает и превращается в желеобразную смесь. 

Помимо всего прочего, дизельный силовой агрегат работает на более низких оборотах, как следствие — расход топлива снижается в среднем на 20 процентов. Это, в свою очередь, позволяет экономить не только деньги, но и время – расстояние, которое можно будет преодолеть на одном баке, станет длиннее, заезжать на заправку придется реже.

Опытные же автовладельцы говорят, что наиболее заметной экономия будет в случаях, когда годовой пробег составляет не менее 25-ти тыс. км. Если за год машина наматывает меньше, целесообразнее будет купить бензиновый двигатель.

Ремонтопригодность и стоимость техобслуживания

Практика показывает, что ресурс надежности дизельных авто значительно выше. Да, они требовательнее к качеству топлива, однако хорошее топливо, как известно, положительным образом отражается на сроке службы узлов и механизмов. Правда, есть у дизельных моторов и минус — более сложное техническое устройство, следовательно, ремонт дизельных двигателей сложнее, обслуживаться они должны исключительно в сертифицированных сервисных центрах, да и покупка запчастей, комплектующих обходится дороже. 

Собственникам авто на солярке приходится чаще менять масло и, соответственно, масляный фильтр, проверять уровень давления в цилиндрах.

А это тоже влечет за собой дополнительные и зачастую немалые расходы. В общем и целом выходит, что цена дизельных двигателей выше, чтобы затраты окупились, машина должна эксплуатироваться максимально интенсивно.

Срок службы

Если залить обычную солярку, при -15-ти она загустеет, не сможет пройти через топливный фильтр, и машина попросту не заведется.

Да и прогрев таких моторов происходит дольше, не менее, чем через 10 минут непрерывного движения, поэтому в регионах с суровым климатом эксперты советуют либо долго прогревать машину, либо остановить выбор на автомобилях на бензине.

Загрязнение окружающей среды

Считается, что дизельные моторы характеризуются крайне негативным воздействием на окружающую среду, и когда-то это действительно было так.

Но в последнее время столб густого черного дыма из выхлопной трубы – явление крайне редкое. Мировой автопром неустанно внедряет новые технологии, позволяющие заметно снизить содержание вредных веществ в выхлопах дизельных автомобилей, благодаря чему они становятся куда более экологичными.

Дополнительные компоненты двигателя

В конструкции дизельного двигателя присутствуют и другие детали. Например, турбина. Многие моторы оснащаются турбонаддувом для увеличения мощности. Обычные же атмосферники не имеют такого устройства.

Давайте рассмотрим, что такое турбонадув и из чего он состоит.

Принцип работы турбины

Большое количество воздуха подается в цилиндры через турбонаддув. Также увеличивается подача горючего во время рабочего цикла. Все это позволяет увеличить мощность мотора.

Так как давление насоса в дизельном двигателе выше и постоянное, то это помогает избежать турбоям, которые часто присутствуют на бензиновом моторе. Которыми также часто недовольны владельцы бензиновых турбодвигателей.

Принцип работы турбины таков:

1. Отработанные газы проходят через компрессор.
2. Они постепенно раскручивают колесо турбины.
3. Затем вращение турбинного колеса передается компрессорному. Так происходит потому, что они оба установлены на одном валу.
4. Под действием вращения турбокомпрессор сжимает воздух. Затем последний поступает в интеркулер.
5. Здесь он начинает охлаждаться. Потом поступает снова в цилиндры силового агрегата.

Таким образом работает турбинное устройство. Дизельный двигатель запускается даже при отрицательных температурах внешней среды. Свечи накаливания разогревают воздушную смесь до 900 градусов. Именно поэтому сквозь турбины в цилиндры могут поступать холодные воздушные массы.

Турбонаддув он же турбонагнетатель состоит из

Турбонаддув дизельных двигателей состоит из следующих компонентов:

• воздухозаборник;
• компрессор;
• клапан для регулировки отработанных газов;
• заслонка для дросселя;
• фильтрующее устройство;
• интеркулер для охлаждения воздушных масс;
• давления датчики;
• коллектор впуска;
• соединительные трубки.

В свою очередь в турбину входят элементы:

• подшипники, которые создают вращение ее;
• чехол на турбине;
• чехол на компрессоре;
• сталистая сетка.

Есть разные виды турбонаддувов и их особенности. Так, например, в турбине с изменяемой геометрией измененное сечение входного клапана регулирует поток отработанных газов. Два компрессора устанавливаются последовательно для того, чтобы за каждый режим работы отвечало одно из устройств, а не два за все или одно за все режимы работ.

Если же компрессоры в моторе установлены параллельно, то турбоямы становятся еле ощутимы. Механический и автоматический турбьонаддув, установленные вместе, способствуют увеличенную мощности. Например, первый включается при низких оборотах, а второй при высоких.

Цикл работы турбонаддува

Теперь вы знаете, что такое турбонаддув и как он работает. Давайте посмотрим, каков его цикл.

1. Турбокомпрессор создает вакуум. Внутрь турбонаддува всасываются воздушные массы.
2. Дальше в работу вступают роторы.
3. Интеркулер охлаждает воздушные массы.
4. Впускной коллектор пропускает через себя холодный воздух. Но перед тем, как он попадет в него, воздушные массы проходят очистку через воздушные фильтрующие устройства.
5. Когда воздух будет набран до достаточного количества, клапан закроется.
6. Уже отработанные воздушные массы проходят в турбину силового агрегата внутреннего сгорания и давят на ротор.
7. Скорость вращения самой турбины и ее вала увеличивается до 1500 оборотов в секунду.

Таким образом за счет всех этих действий образовывается давление, которое и увеличивает мощность дизельного двигателя.

Интеркулер и форсунка

Интеркулер для двигателя на дизеле был создан, чтобы не подвергать каждодневному ремонту детали мотора. Детали двигателя при действии на них высоких температур подвергаются быстрому износу. Чтобы такого не происходило, были созданы интеркулера.

Топливо, подающееся через форсунки, правильно распределяется и в нужном количестве. Поэтому не происходит детонации при правильном расположении угла подачи.