Топливная система дизельного двигателя

Двигатели внутреннего сгорания выступают самым распространенным видом силовых агрегатов, используемых как в промышленности или энергетике, так и для оснащения разнообразных транспортных средств. К числу наиболее распространенных разновидностей ДВС относится дизельный двигатель.

Его популярность обусловлена сочетанием экономичности, надежности и высокого КПД. Ключевой частью дизельного двигателя справедливо считается топливная система. А потому имеет смысл рассмотреть этот конструктивный элемент силового агрегата более детально.

Отличия бензинового и дизельного двигателей

Но перед тем, как перейти к описанию принципа действия и конструкции топливной системы дизельного двигателя, целесообразно перечислить основные различия между двумя самыми распространенными видами силовых агрегатов. К их числу относятся такие:

1. Механизм работы. В бензиновом двигателе, включая самую востребованную разновидность – инжектор, воспламенение топливовоздушной смеси происходит посредством искры, вырабатываемой свечой, при температуре около 500 градусов, создающейся за счет нагнетания давления. Аналогичный процесс в дизеле осуществляется за счет самовоспламенения, происходящего при более высокой температуре – на уровне 900 градусов. Последняя достигается за счет сжатия исключительно воздуха, поступающего в камеру сгорания, внутри которой затем распыляется дизельное топливо.
2. КПД. Ключевое отличие, которое выражается в сниженном примерно на 15-20% расходе топлива, характерном для дизеля. В результате – даже с учетом выравнивания стоимости бензина и качественного дизельного топлива, использование рассматриваемого двигателя оказывается заметно экономичнее.
3. Экологичность. Еще один критерий, который в сегодняшних условиях приобретает особую актуальность. Дизельный ДВС в современной комплектации минимизирует количество вредных выбросов.
4. Безопасность. Дизельное топливо испаряется медленнее, что в сочетании с отсутствием системы зажигания сводит к минимуму или полностью исключает риск возгорания.
5. Срок службы. В случае использования качественного горючего дизель намного более долговечен, чем силовой агрегат на бензине.

Приведенный выше перечень содержит преимущества дизельного двигателя над бензиновым. Но можно выделить и несколько недостатков. Главный из них – более сложная конструкция, следствием которой выступают сразу два минуса. Первый – удорожание стоимости, конкретное значение которого зависит от модели ДВС. Второй – высокие требования к качеству и регулярности технического обслуживания транспортного средства, которое предусматривает частую замену фильтров и масла.

Дополнительным недостатком, характерным для российских климатических условий, становится сложность запуска при серьезных отрицательных температурах. Выбор в пользу дизельного или бензинового двигателя зависит от персональных предпочтений будущего владельца автомобиля.

Единственное, что необходимо отметить в завершение раздела – это присутствие весьма внушительного перечня достоинств для каждого из вариантов. Именно благодаря этому дизель широко используется для комплектования самых разных видов транспортных средств и спецтехники.

Схема работы топливной системы

Современные дизельные двигатели используют несколько типов топливных систем. Самыми распространенными считаются четыре из них:

• CommonRail (часто используется слитное написание этих слов);
• насос-форсунки;
• рядный топливный насос высокого давления (сокращенно – ТНВД);
• ТНВД распределительного типа.

Несмотря на некоторые различия, все они предусматривают примерно одинаковый механизм работы установленной в дизеле топливной системы. Его основным принципом становится разделение двигателя на два отсека. Один из них предусматривает низкое давление топлива и воздуха, второй – высокое. Функционал первого участка системы заключается в подготовке и очистке горючего, второго – придании ему необходимых для самовоспламенения характеристик.

Важно

Общий механизм действия топливной системы дизельного двигателя достаточно прост. Горючее закачивается из бака, проходит два фильтра очистки – грубой и тонкой, после чего с помощью ТНВД подается непосредственно к форсункам.

Последние предназначены для распыления и впрыска топлива в цилиндры. Туда же попадает предварительно сжатый воздух, что приводит к самовоспламенению сформировавшейся внутри топливовоздушной смеси.

В процессе сгорания она приводит в движение поршень цилиндра, что запускает перемещение коленчатого вала. Именно так работает двигатель внутреннего сгорания, который преобразует тепловую энергию в механическую, а поступательное движение поршней – во вращательное.

Что входит в топливную систему дизельного двигателя

Для большей наглядности механизма действия дизеля необходимо рассмотреть основные элементы топливной системы. Это позволит лучше понять, за счет чего достигается настолько эффективная работа двигателя.

Топливный бак

Предназначен для размещения и хранения дизельного топлива, которое часто называют просто – соляркой. Соединяется с топливной системой посредством трубопроводов. Ключевые требования к баку – прочность, надежность и вместимость. Последний параметр определяет максимальную дальность поездки, но регламентируется итоговой массой топливной емкости, которая зависит от грузоподъемности транспортного средства.

Магистральные топливопроводы

Назначение – перемещение солярки из бака в часть топливной системы низкого давления. Транспортировка происходит с применением ТННД. Основные требования к топливопроводам – герметичность и бесперебойная работа, которая достигается за счет отсутствия осадков на внутренней поверхности стенок труб.

Топливоподкачивающий насос

Другое часто используемое название – топливный насос низкого давления или ТННД. Единственная функция устройства – забор топлива и его последующее перемещение к фильтрам грубой и тонкой очистки. После этого очищенное горючее направляется в отсек высокого давления, а дальнейшая транспортировка осуществляется посредством ТНВД.

Фильтры очистки

Топливный фильтр – это важный элемент современных дизельных моторов. Чистота и качество используемой солярки оказывают непосредственное влияние как на КПД, так и на срок эксплуатации дизеля. Именно поэтому горючее – даже самое качественное - в обязательном порядке проходит очистку, как минимум, двумя фильтрами.

Топливный насос высокого давления (ТНВД)

Читайте также: Топливный насос высокого давления (ТНВД)

Обеспечивает перемещение солярки в отсеке высокого давления. Сначала горючее поступает по трубопроводам от фильтров к форсункам. Затем происходит его распыление и впрыскивание в камеру сгорания. Характерной особенностью дизелей выступает подача топлива с запасом.

В результате излишки отводятся вместе с воздухом, не попавшим в камеру сгорания, в бак по специальному трубопроводу, который называется дренажным. Ключевой функцией ТНВД выступает нагнетание давления топлива, необходимого для самовоспламенения топливовоздушной смеси в камере сгорания. Без точного выполнения этого условия невозможно добиться требуемой эффективности работы всего двигателя.

Именно поэтому стоимость топливного насоса высокого давления составляет значительную часть цены силового агрегата. Она также объясняется достаточно серьезной сложностью конструкции ТНВД, которая предусматривает наличие нескольких составных элементов.

В их число входит как современная автоматика, управляющая работой устройства, так и большое количество комплектующих – от вращающегося вала с кулачками до поршня-плунжера, обеспечивающих эффективность двухступенчатой процедуры впрыска топлива в камеры сгорания.

Форсунки

Не меньшее значение для достижения необходимого уровня КПД дизеля имеет еще один элемент топливной системы – топливные форсунки, которые установлены на каждом цилиндре двигателя. Их функциональное предназначение – смешивание горючего с воздухом в нужной пропорции с последующим точным дозированием смеси, поступающей в камеру сгорания.

Оно достигается за счет специальных распределителей, позволяющих не только дозировать нужный объем горючего, но и распылить его в процессе прохождения через форсунку. Именно за счет этого активируется процесс самовоспламенения и последующего сгорания топливовоздушной смеси.

Читайте также: Форсунка дизельная – устройство и разновидности

Современные дизели обычно комплектуются форсунками с двумя типами распределителей – шрифтовыми или многодырчатыми. Независимо от конструктивных различий, речь идет об эксплуатации в очень сложных и тяжелых условиях. Они выражаются в непосредственном контакте с камерой сгорания и, как следствие, серьезных нагрузках от воздействия высоких температур и давления.

Важно

Еще одним обязательным требованием к форсункам становится обеспечение герметичности конструкции при одновременной необходимости совершения иглой распылителя возвратно-поступательных движений.

Добиться выполнения обоих условий удается только при очень высокой точности изготовления отдельных деталей, причем в качестве сырья используются специальные сплавы. Они обладают повышенными характеристиками в части прочности и жаростойкости.

Что такое система CommonRail

Одной из причин быстрого роста популярности и востребованности дизельных двигателей стало изобретение нового способа подачи топлива, который получил название CommonRail(на практике используются разные написания – как раздельное, так и слитное). Разработка выполнена в 90-е годы инженерами одного из мировых лидеров по производству ДВС – германской корпорации BOSCH.

Сегодня она используется в подавляющем большинстве дизельных двигателей и, фактически, стала стандартом этого типа силовых агрегатов. Другие варианты топливных систем – с рядным или распределительным ТНВД, а также насосами –форсунками – применяются все реже и только для отдельных моделей транспортных средств или специальной техники.

Термин CommonRail переводится как «общая магистраль» или «общая рамка», что наглядно демонстрирует ключевую конструктивную особенность конструкции дизеля. Она заключается в комплектовании двигателя дополнительным элементом – общей магистралью, соединенной с форсунками и отдельным ТНВД. За счет последнего удается добиться быстрого достижения требуемого уровня давления в топливной системе и поддержания стабильного значения этого параметра.

Результатом становится увеличение эффективности и оперативности подачи топлива к форсункам и последующего впрыскивания смеси в камеру сгорания. Таким образом удается добиться намного более плавной и производительной работы дизельного двигателя при одновременном упрощении его конструкции. Важным дополнительным достоинством CommonRail стала практически полная автоматизация управления и контроля над работой системы.

Вместе с тем это приводит к еще более высоким требованиям к качеству дизельного топлива и устанавливаемых фильтров, а также некоторому удорожанию электроники, необходимой для эффективной эксплуатации двигателя. Но получаемый на выходе эффект в части повышения КПД, комфортности использования и производительности многократно компенсирует незначительное повышение стоимости дизеля.

Заключение

Современный дизельный двигатель – сложное с технической точки зрения устройство, обеспечивающее сочетание экономичности работы и высокого КПД. Настолько впечатляющий результат его практического использования в значительной степени определяется незаурядными характеристиками топливной системы, прежде всего – главной на сегодня разновидности под названием CommonRail.

Логичным следствием этого становится широкое применение дизелей в производстве самых разнообразных транспортных средств – от легковых и грузовых автомобилей до специальной техники – строительной, дорожной, грузоподъемной и любой другой.