Принцип работы и устройство дизельного двигателя

Дизельные двигатели: виды, принцип работы, преимущества дизельных двигателей | FAVORIT-MOTORS

Цикл работы такого силового агрегата можно представить в следующем виде:

• в камеру сгорания дизеля подается порция воздуха;
• поршень поднимается, сжимая воздух;
• от сжатия воздух нагревается до температуры около 800˚C;
• в цилиндр впрыскивается топливо;
• ДТ воспламеняется, что приводит к опусканию поршня и выполнению рабочего хода;
• продукты горения удаляются с помощью продувки через выпускные окна.

От того, как работает дизельный двигатель, зависит его экономичность. В исправном агрегате используется бедная смесь, что позволяет сэкономить количество топлива в баке.

История создания дизельного двигателя

Двигатели внутреннего сгорания бензинового типа постоянно модифицируются. Конструкторы добиваются улучшения эксплуатационных технических характеристик. Даже с новым прямым впрыском бензиновый ДВС выдает 30% КПД, а дизельный ДВС без турбонаддвува выдает 40% КПД, с турбонаддувом — около 50%.

Поэтому дизельные моторы становятся все более популярными и в Европе, и, вообще, по миру. Бензин дорожает чаще, чем дизтопливо. Все больше людей перед покупкой автомобиля оценивают, какой расход у этого авто. Основной существенный минус дизельных моторов — это большие габариты и большой вес. Поэтому они устанавливались только на грузовики.

Изготовление и обслуживание диз двигателя сложнее, потому что конструкция должна быть такой, чтобы все детали были сделаны с высокой точностью.

История создания

Дизельный двигатель, он же дизель — это поршневой двигатель внутреннего сгорания, принцип работы которого основан на самовоспламенении топлива, распыляющегося сжатым и горячим воздухом. До конца 20 века такой тип ДВС устанавливался на корабли, тепловозы, автобусы, грузовые машины, трактора. С конца 20 века после успешных испытаний начал массово устанавливаться на легковые авто.Название этого двигателя соответствует фамилии изобретателя Дизеля. Рудольф Дизель создал ДВС в 1897 году. Ему удалось создать устройство, где топливо возгорает от сжатия, а не от подачи искры.

По информации из википедии, в 1824 году Сади Карно придумал и сформулировал идею цикла Карно, суть которого заключалось возможности доводить топливо до температуры самовоспламенения резким сжатием.

Спустя 66 лет, Рудольф Дизель в 1890 году предложил реализовать эту идею на практике. 23 февраля 1892 года получил патент (разрешение) на свой двигатель, а в на следующий год выпустил брошюру по своего агрегату. Он запатентовал несколько вариантов.

Успешное испытание дизель-мотора удалось сделать только 28 января 1987 года (до этого попытки были неудачными). После этого Р.Дизель начал продавать лицензии на свое изобретение.Хоть и КПД, и удобство использования нового двигателя было на высоко уровне по сравнению с паровыми агрегатами, новые дизель-устройства были большими по габаритам и тяжелыми (они были больше и тяжелее паровых машин тех времен).

Первоначальной задумкой было то, что топливом должна была быть каменноугольная пыль. Но после испытаний такого вида топлива, оказалось, что каменноугольная пыль очень быстро изнашивает детали двигателя из-за своих абразивных свойств и из-за золы, которая получалась в результате сгорания этой пыли.

Далее, в качестве топлива было использовалось растительное масло и легкие нефтепродукты. Именно на этих видах топлива, испытания ДВС Дизеля прошли успешно.

Инженер Экрой Стюард построил в 1896 году работающий двигатель — полудизель. В этой варианте конструкции ДВС было решено, чтобы воздух втягивался в цилиндр, после чего сжимался поршнем и нагнетался в конце такта сжатия в емкость, в которую распылялось топливо. Чтобы запустить такой мотор, емкость нагревалась лампой снаружи и после запуска двигатель работал сам. Экрой Стюард экспериментировал со сжатием топлива и воздуха в цилиндре. Он хотел исключить свечи зажигания.

Основное отличие бензиновых моторов от дизельных двигателей в системе питания.

Русские в изобретениях не отставали. Вне зависимости от успехов создания ДВС Дизелем, в 1989 году в Петербурге на Путиловском заводе инженер Густав Тринклер придумал и создал первый в мире бескомпрессорный нефтяной двигатель высокого давления, то есть это был двигатель с форкамерой (форкамера — это предварительная камера сгорания, которая по объему составляет 30% от общего объема камеры сгорания). Такой двигатель получил название «Тринклер-мотор».

После сравнения немецкого варианта Дизель-мотора и русского Тринклер-мотора, русский вариант оказался более эффективным. В Тринклер-моторе использовалась гидросистема для нагнетания и распыления топлива — это позволило отказаться от установки дополнительного воздушного компрессора и позволило увеличить число оборотов вала двигателя. В русском варианте в конструкции двигателя не устанавливался воздушный компрессор. Тепло подводилось медленно и дольше, по сравнению с немецким мотором Рудольфа Дизеля. Тринклер-мотор был проще и эффективнее. Но, теми, у кого были лицензии на Дизель-двигатели Рудольфа и Нобелями были вставлены «палки в колеса», чтобы остановить распространение конкурентного варианта мотора. В 1902 году работы по созданию Тринклер-мотора были остановлены.

В 1989 году Эммануил Нобель получил лицензию на двигатель Рудольфа Дизеля. Двигатель был доработан и теперь он мог работать на нефти, а не на керосине. В 1899 году Механический завод «Людвиг Нобель», расположенный в Петербурге, начал массовый выпуск таких моторов. В 1900 году в Париже на Всемирной выставке дизельный ДВС получил ГРАН-ПРИ. Перед Всемирной выставкой в Париже, появилась новость, что Нобелевский завод в Петербурге выпускает ДВС, которые работают на сырой нефти. Такой ДВС в Европе начали называть «Русский дизель». Русский инженер по фамилии Аршаулов первым сконструировал и внедрил в систему топливный насос высокого давления (ТНВД). Приводом для ТНВД служил сжимаемый поршнем воздух. ТНВД работал с бескомпрессроной форсункой.

В 20-е годы ХХ века, Роберт Бош доработал встроенный ТНВД. Это устройство используется и в наши дни. Бош также усовершенствовал бескомпрессорную форсунку.

С 50-60 годов 20 века дизельный моторы успешно устанавливаются на грузовые машины и автофургоны.

С 70-х годов из-за удорожания бензинового топлива, на дизельные моторы стали обращать внимание производители легковых автомобилей.

В настоящее время, почти каждая марка авто имеет модификацию с дизельным аппаратом под своим капотом.

Плюсы и минусы дизельного мотора

Как и любой другой тип силового агрегата, дизельный мотор имеет положительные и отрицательные черты. К «плюсам» современного дизеля относят:

• экономичность;
• хорошую тягу в широком диапазоне оборотов;
• больший, чем у бензинового аналога, ресурс;
• меньшее количество вредных выбросов.

Дизель не лишен и недостатков:

• моторы, не оснащенные свечами накаливания, плохо заводятся в мороз;
• дизель дороже и сложнее в обслуживании;
• высокие требования к качеству и своевременности обслуживания;
• высокие требования к качеству расходных материалов;
• большая, чем у бензиновых движков, шумность работы.

Типы дизельных двигателей

По конструкционным особенностям камер сгорания дизели можно разделить на три типа:

• С разделенной камерой сгорания. В таких устройствах подача топлива осуществляется не в основную, а в дополнительную, т.н. вихревую камеру, которая располагается в головке цилиндрового блока и соединяется с цилиндром каналом. При попадании в вихревую камеру воздушная масса максимально сжимается, тем самым улучшая процесс воспламенения топлива. Процесс самовоспламенения начинается в вихревой камере, затем переходит в основную камеру сгорания.
• С неразделенной камерой сгорания. В таких дизелях камера располагается в поршне, а топливо подается в пространство над поршнем. Нераздельные камеры сгорания с одной стороны позволяют экономить расход топлива, с другой стороны – повышают уровень шума при работе двигателя.
• Двигатели предкамерные. Подобные дизели оснащаются вставной форкамерой, которая соединяется с цилиндром тонкими каналами. Форма и размер каналов определяют скорость движения газов при сгорании топлива, снижая уровень шума и токсичности, увеличивая ресурс работы двигателя.

Дизельный двигатель с турбонаддувом

Принцип работы турбины на дизельном двигателе практически не отличается от такового на бензиновых моторах. Суть заключается в нагнетании в цилиндры дополнительного воздуха, что закономерно увеличивает количество поступающего топлива. За счет этого отмечается серьезный прирост мощности мотора.

Устройство турбины дизельного двигателя также не имеет существенных отличий от бензинового аналога. Устройство состоит из двух крыльчаток, жестко связанных между собой, и корпуса, внешне напоминающего улитку. На корпусе турбокомпрессоров имеется 2 входных и 2 выходных отверстия. Одна часть механизма встраивается в выпускной коллектор, вторая во впускной.

Схема работы проста: газы, выходящие из работающего мотора, раскручивают первую крыльчатку, которая вращает вторую. Вторая крыльчатка, вмонтированная во впускной коллектор, нагнетает атмосферный воздух в цилиндры. Увеличение подачи воздуха приводит к увеличению подачи топлива и росту мощности. Это позволяет мотору быстрее набирать скорость даже на низких оборотах.

Топливная система в дизельном двигателе

Основой любого двигателя дизельного типа является его топливная система. Основной задачей топливной системы является своевременная подача нужного количества топливной смеси под заданным рабочим давлением.

Важными элементами топливной системы в дизельном двигателе являются:

• насос высокого давления для подачи топлива (ТНВД);
• топливный фильтр;
• форсунки

Топливный насос

Насос отвечает за подачу топлива к форсункам по установленным параметрам (в зависимости от числа оборотов, рабочего положения регуляторного рычага и давления турбонаддува). В современных дизельных двигателях могут применяться два типа насосов для топлива – рядные (плунжерные) и распределительные.

Топливный фильтр

Фильтр является важной составляющей частью двигателя дизельного типа. Топливный фильтр подбирается строго в соответствии с типом двигателя. Фильтр предназначен для выделения и удаления из топлива воды, и лишнего воздуха из топливной системы.

Форсунки

Форсунки не менее важные элементы топливной системы в дизеле. Своевременная подача топливной смеси в камеру сгорания возможна только при взаимодействии топливного насоса и форсунок. В дизелях применяются два типа форсунок – с многодырчатым и шрифтовым распределителем. Распределитель форсунок определяет форму факела, обеспечивая более эффективный процесс самовоспламенения.

Холодный пуск и турбонаддув дизельного двигателя

Холодный пуск отвечает за механизм предпускового подогрева. Это обеспечивается за счет электрических нагревательных элементов – свечей накаливания, которыми оснащена камера сгорания. При запуске двигателя свечи накаливания достигают температуры в 900 градусов, подогревая воздушную массу, которая попадает в камеру сгорания. Питание со свечи накаливания снимается через 15 секунд после запуска двигателя. Системы подогрева перед запуском двигателя обеспечивают его безопасный запуск даже при низких атмосферных температурах.

Турбонаддув отвечает за повышение мощности и эффективности работы дизеля. Он обеспечивает подачу большего количества воздуха для более эффективного процесса сгорания топливной смеси и увеличения рабочей мощности двигателя. Для обеспечения нужного давления наддува воздушной смеси во всех рабочих режимах двигателя применяется специальный турбонагнетатель.

Остается только сказать, что споры относительно того, что лучше выбрать рядовому автолюбителю в качестве силовой установки в свой автомобиль, бензин или дизель, не утихают до сих пор. Преимущества и недостатки есть у обоих типов двигателя и выбирать необходимо, исходя из конкретных условий эксплуатации автомобиля.

Как устроен дизельный двигатель – современные реалии

Устройство современного дизельного двигателя оснащено компьютерным управлением подачи топлива. Эта система позволяет осуществлять впрыскивание горючей смеси в цилиндры дозированными порциями. Данный момент является весьма важным для дизельных силовых агрегатов, так как при такой подаче давление, возникающее в камере сгорания, нарастает плавно без возникновения разного рода «рывков», а это как нельзя лучше способствует мягкой и бесшумной работе силового агрегата.

Кроме того, благодаря регулируемому впрыску расход топлива сокращается почти на 20 %, при этом возрастает крутящий момент коленчатого вала. Очень важно каждому автолюбителю знать, как устроен дизельный двигатель, а также тенденции его развития. Например, такой популярный в последних моделях дизелей турбонаддув также эффективно повышает качество езды, мощность мотора увеличивается без насилования коленвала, его обороты остаются прежними.

Принцип работы и устройство дизельного двигателя

Дизельный двигатель конструктивно не отличается от силового агрегата на дизеле. Ключевой особенностью, отличающей его, является только принцип работы. Первые двигатели на дизельном топливе появились еще в начале двадцатого века и эксплуатировались на судах, тракторах, тепловозах. На закате эпохи двадцатого века автодизель, как еще называют силовой аппарат на дизельном топливе, начали эксплуатировать на автомобилях.

Впервые, ТНВД или топливный насос высокого давления был усовершенствован немцем Бош в двадцатые годы прошлого столетия. С этого момента можно считать и началось усиленная популяризация данного двигателя. Теперь этот мотор стали использовать не только на судах и станках, но и на тепловозах и дизель-поездах. Так называли в прошлом веке рельсовые автобусы.

Двигатель внутреннего сгорания на дизеле отличается по мощности от бензинового в лучшую сторону. Но многие начинающие автовладельцы не разбираются в них и не понимают, что такое дизель, а что такое двигатель на бензиновом топливе.

Давайте рассмотрим конструкцию дизельного силового агрегата в подробностях, чтобы узнать, как он устроен и принцип работы.

Устройство системы дизельного двигателя

Изнутри мотор на дизеле изготовлен из следующих блоков:

• цилиндры и поршни;
• форсунки;
• клапаны впуска и выпуска;
• нагнетающий давление компрессор;
• охладитель воздушных масс.

Виды дизельного двигателя классифицируются по конструкциям камер сгорания. Их всего три:

1. Отдельные камеры сгорания. Автодизель в таких аппаратах попадает в одну камеру. Ее можно увидеть, если раскрутить ГБЦ. Затем масса в вихревой камере сжимается до самого минимума. Начинается воспламенение ее, и только потом воспламененная воздушная масса приходит в первую камеру.
2. Неразделенная. Схема работы подобного силового аппарата проста. Камера находится в поршне, а топливо подается в образующееся пространство над поршнем. Особенности такого мотора заключаются в экономии горючего. Однако шумность работы его повышается.
3. Предкамерные силовые агрегаты. Это третья разновидность двигателей внутреннего сгорания на дизеле. Они оснащаются вставной форкамерой. Она подсоединяется с цилиндрами путем специальных трубок. Именно от этих трубок, точнее от их размеров и форм будет зависеть экономичность потребления горючего, экологичность выбросов, шумность и мощность мотора.

Степень сжатия в камерах разных видов дизельного двигателя различная. Но однозначно, что она намного выше, чем у бензинового. А рабочий процесс начинается с попадания воздушной массы в камеру сгорания, где она должна разогреться до определенной температуры.

Силовые аппараты на дизеле могут быть как двухтактными, так и четырех-тактными. В последнее время компании стали выпускать по большей части четырех-тактные двигатели. Они надежней и мощнее, чем двухтактные.

На морских судах используются реверсивные моторы на дизеле. Также такие же моторы применялись ранее на тепловозах. Подобные силовые агрегаты нужны были для того, чтобы механизм мог двигаться назад.

Теперь вы знаете, как устроены современные дизельные двигатели, которые работают в автомобилях. Давайте посмотрим на принцип работы таковых.

Принцип работы дизельного двигателя

Принцип работы двигателя на дизельном топливе таков:

• поршень снижается до нижнего своего положения;
• свежие воздушные массы прибывают в пространство, оставшееся после того, как поршни опустились в самую нижнюю точку;
• поршень подымается до упора, воздушная масса постепенно нагревается;
• поршень доходит до высочайшей точки подъема, температура нагрева смеси достигает 800 градусов по Цельсию;
• теперь происходит впрыск топлива в камеру двигателя внутреннего сгорания. Горючее и воздух возгораются, так как происходит воспламенение топлива из-за соприкосновения с горячими воздушными массами.

Из-за горения смеси внутри камеры образуется шум, который водитель может слышать во время работы дизельного мотора. Процесс полного сгорания даже небогатой топливной жидкости способствует высокому крутящему моменту силового агрегата. Поэтому дизельные движки считаются экономичными и мощными, в отличие от бензиновых моторов.

Внимание! Процесс горения воздушных масс длится столько, сколько нужно для, чтобы произошел впрыск горючего. Поэтому вся работа мотора происходит при постоянном давлении разгоряченных газов. Это сказывается на долговечности мотора.

Опытные механики говорят, что для дизельных двигателей важным является присутствие чистого воздуха. Поэтому воздушные фильтры необходимо чистить и менять на втором техническом обслуживании во избежании непроходимости воздушной смеси. Иначе слабый доступ воздуха приведет к проблемам в работе движка.

Теперь давайте посмотрим, как устроена топливная система мотора на дизеле.

Устройство топливной системы

Список устройств, входящих в дизельный двигатель, был дан выше. Здесь будет рассмотрено его строение в подробностях. Вы узнаете, что из себя представляет ТНВД дизельного ДВС, какие используются форсунки. Как и когда надо менять масло и топливный фильтр.

ТНВД – это топливный насос высокого давления в дизельном моторе. Он подключается к форсункам и подает в них горючее. Производитель устанавливает параметры, по каким он должен работать. Эти параметры зависят от количества оборотов и давления турбонаддува.

Сегодня изготавливается и устанавливается в силовые аппараты один из типов топливных насосов высокого давления: рядный или плунжерный, распределительный.

Форсунки

В систему дизельного двигателя входят и форсунки. Устройства распыляют и подают дизель в камеру сгорания. В этих устройства находится распределитель, который задает форму пламени.

Существует также два вида форсунок. Одни с дырчатым распределителем, другие с шрифтовым.

Топливный фильтр

Топливное фильтрующее устройство – это «печень» дизельного двигателя. Фильтр принимает на себя грязное топливо и очищает его. Опытные механики советуют заменять топливный фильтр через каждые 15 000 километров или чаще, если горючее плохое.

При плохо работающем топливном фильтре в дизельном двигателе начинаются проблемы с мощностью, тягой. Что в конечном итоге приводит к поломке движка.

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.

Плюсы и минусы дизельного мотора

Дизельные двигатели славятся мощностью и надежностью, но и не только этим. Давайте посмотрим, какие новые системы дали двигателям вторую жизнь. Например, одним из компонентов, разработанных для современных движков, стала система Common Rail.

Питание Common Rail ставится на аппараты на дизеле с девяносто седьмого года прошлого столетия. По сути, она является усовершенствованным способом поступления топлива в камеру сгорания, повышает давление. Изготовление, которого не зависит от скорости вращения силового агрегата или давления.

Ключевым различием Common Rail от обычного ТНВД является то, что последний нужен просто для увеличения давления в топливной магистрали. Насос не дозирует цикловую подачу дизеля и не регулирует поступление его.

На низких оборотах такой аппарат работает без задымления при большей цикловой подаче автодизеля. У него – высокий вращающий момент происходит и при низких оборотах. Такая функция делает машину «отзывчивой» в движении.

Поэтому в РФ на две тысячи седьмой почти все моторы грузовиков были переделаны на дизельные аппараты. Теперь производительность и эффективность их повысилась в несколько раз если приравнивать к тому, что было до этого.

В использованных газах аппарата на дизеле находится малое количество оксида углерода. Также силовой агрегат на дизеле экономичен, если приравнивать его к бензиновому, на тридцать, а то и пятьдесят процентов. Так происходит потому, что в моторе на дизеле степень сжатия воздуха доводится до больших чисел, если сравнивать со степенью сжатия топливной смеси в силовых агрегатов на бензине.

Единственным минусом дизельных моторов с турбонаддувом является сам турбокомпрессор. Так как срок деятельности турбины всего 75 000 километров, то автовладельцам приходится заменять ее, устанавливая новую. Поэтому многие водители не хотят таких растрат и мучений, покупают обычные атмосферные движки на дизеле.

Хотя среди молодого поколения все больше становится поклонников турбодизелей. Некоторые даже увеличивают мощность в турбине, тюнингуют старые атмосферные движки. Поэтому дизельные моторы стали все больше пользоваться популярностью, чем бензиновые.

Заключение

Теперь вы знаете, что такое дизельный двигатель и принцип его работы. Покупать машину с ним или без него – решать вам. Опытные механики говорят, что дизельные мотора реже других появляются на ремонте, даже на капитальный ремонт попадают через 150 000 километров. Если правильно и вовремя ухаживать за дизельным мотором, он прослужит долго и пройдет те заветные полмиллиона километров без капитального ремонта.

Как устроена топливная система дизельного двигателя?

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.

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.

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

Источник http://lkard-lk.ru/avtolyubitelyu/dizelnye-dvigateli-vidy-printsip-raboty-preimuschestva-dizelnyh-dvigateley-favorit-motors

Источник http://dvsoff.ru/tip/dizelnyj-dvigatel

Источник http://mbmsystems.ru/dvigatel/kak-ustroena-toplivnaya-sistema-dizelnogo-dvigatelya.html