Дизельный двигатель: устройство системы питания

Система питания современного дизельного ДВС представляет собой целый комплекс устройств. Основной задачей становится не просто подача топлива к инжекторным форсункам, а еще и подача горючего под высоким давлением. Давление необходимо для высокоточного дозированного впрыска в камеру сгорания цилиндра. Система питания дизеля выполняет следующие важнейшие функции:

• дозирование строго определенного количество топлива с учетом нагрузки на двигатель в том или ином режиме его работы;
• эффективный впрыск топлива в заданный промежуток времени с определенной интенсивностью;
• распыление и максимально равномерное распределение горючего по объему камеры сгорания в цилиндрах дизельного ДВС;
• предварительная фильтрация топлива перед подачей горючего в насосы системы питания и инжекторные форсунки;

Рекомендуем также прочитать статью об устройстве топливного насоса высокого давления. Из этой статьи вы узнаете о принципах работы ТНВД, его роли в системе топливоподачи дизельного двигателя и особенностях эксплуатации устройства.

Особенности дизельного топлива

Большинство требований к системе питания дизельного мотора выдвигается с учетом того, что дизельное топливо имеет ряд специфических особенностей. Горючее такого рода представляет собой смесь керосиновых и газойлевых соляровых фракций. Дизельное топливо получают после того, как из нефти реализуется отгон бензина.

Дизельное топливо обладает целым рядом свойств, главным из которых принято считать показатель самовоспламеняемости, который оценивается цетановым числом. Представленные в продаже виды дизельного топлива имеют цетановое число на отметке 45–50. Для современных дизельных агрегатов наилучшим топливом является горючее с большим показателем цетанового числа.

Система питания дизельного ДВС обеспечивает подачу хорошо очищенного дизельного топлива к цилиндрам, ТНВД сжимает горючее до высокого давления, а форсунка подает его в распыленном на мельчайшие частицы виде в камеру сгорания. Распыленное дизельное топливо смешивает с горячим (700–900 °С) воздухом, который нагревается до такой температуры от высокого сжатия в цилиндрах (3–5 МПа) и самовоспламеняется.

Дизельное топливо имеет еще и более высокую плотность сравнительно с бензином, а также обладает лучшей смазывающей способностью. Не менее важной характеристикой выступает вязкость, температура застывания и чистота дизельного топлива. Температура застывания позволяет делить топливо на три базовых сорта горючего: летнее дизельное топливо, зимний дизель и арктическое дизельное топливо.

Схема устройства системы питания дизельного ДВС

Система питания дизельного двигателя состоит из следующих базовых элементов:

1. топливный бак;
2. фильтры грубой очистки дизтоплива;
3. фильтры тонкой очистки топлива;
4. топливоподкачивающий насос;
5. топливный насос высокого давления (ТНВД);
6. инжекторные форсунки;
7. трубопровод низкого давления;
8. магистраль высокого давления;
9. воздушный фильтр;

Дополнительными элементами частично становится электронасосы, выпуск отработанных газов, сажевые фильтры, глушители и т.д. Систему питания дизельных ДВС принято делит на две группы топливной аппаратуры:

• дизельная аппаратура для повода топлива (топливоподводящая);
• дизельная аппаратура для подвода воздуха (воздухоподводящая);

Топливоподводящая аппаратура может иметь различное устройство, но сегодня наиболее распространена система разделенного типа. В такой системе топливный насос высокого давления (ТНВД) и форсунки реализованы в виде отдельных устройств. Топливо подается в дизельный двигатель по магистралям высокого и низкого давления.

Дизельное топливо хранится, фильтруется и подается к ТНВД под невысоким давлением посредством магистрали низкого давления. В магистрали высокого давления ТНВД поднимает давление в системе для осуществления подачи и впрыска строго определенного количества топлива в рабочую камеру сгорания дизельного двигателя в заданный момент.

В системе питания дизеля присутствуют сразу два насоса:

• топливоподкачивающий насос;
• топливный насос высокого давления;

Топливоподкачивающий насос обеспечивает подачу топлива из топливного бака, прокачивает горючее через фильтр грубой и тонкой очистки. Давление, которое создает топливоподкачивающий насос, позволяет осуществить подачу топлива по топливопроводу низкого давления к топливному насосу высокого давления.

ТНВД реализует подачу топлива к форсункам под высоким давлением. Подача происходит в соответствии с порядком работы цилиндров дизельного мотора. Топливный насос высокого давления имеет определенное количество одинаковых секций. Каждая из таких секций ТНВД соответствует определенному цилиндру дизельного двигателя.

Данные моторы работают жестко и шумно, имеют небольшой срок службы. В конструкции их системы питания отсутствуют топливопроводы магистрали высокого давления. Указанный тип ДВС не имеет большого распространения.

Вернемся к массовой конструкции дизельного мотора. Дизельные форсунки располагаются в головке блока цилиндров (ГБЦ) дизельного двигателя. Основной их задачей становится точное распыление горючего в камере сгорания двигателя. Топливоподкачивающий насос подает к ТНВД большое количество топлива. Получившиеся избытки горючего и проникающий в систему топливоподачи воздух возвращаются в топливный бак по специальным трубопроводам, которые называются дренажными.

Инжекторные дизельные форсунки бывают двух видов:

• дизельная форсунка закрытого типа;
• дизельная форсунка открытого типа;

Четырехтактные дизельные моторы преимущественно получают форсунки закрытого типа. В таких устройствах сопла форсунки, которые представляют собой отверстие, закрываются особой запорной иглой.

Получается, что внутренняя полость, расположенная внутри корпуса распылителей форсунок, сообщается с камерой сгорания только во время открытия форсунки и в момент впрыска дизельного топлива.

Ключевым элементом в конструкции форсунки выступает распылитель. Распылитель получает от одного до целой группы сопловых отверстий. Именно эти отверстия и образуют факел топлива в момент впрыска. От их количества и расположения зависит форма факела, а также пропускная способность форсунки.

Система питания турбодизеля

Система турбонаддува активно применяется для эффективного повышения мощности как бензинового, так и дизельного двигателя без увеличения рабочего объема камеры сгорания в конструкции силового агрегата. Топливоподводящая система в турбированных ДВС остается практически без изменений, зато схема и способ подачи воздуха в турбомоторах существенно меняется по сравнению с атмосферными агрегатами.

Наддув в дизельном двигателе реализован путем использования турбокомпрессора. Турбина в дизельном моторе использует энергию отработавших газов. Воздух в турбокомпрессоре сжимается, далее охлаждается и нагнетается в камеру сгорания дизельного ДВС под давлением на отметке от 0,15 до 0,2 МПа.

Величина давления позволяет разделить системы турбонаддува на:

• решения с низким наддувом, когда давление не превышает 0,15 МПа;
• турбокомпрессор среднего наддува означает, что давление нагнетаемого в цилиндры воздуха соответствует показателю 0,2 МПа;
• высокий наддув подразумевает давление свыше 0,2 МПа;

Использование турбокомпрессора для ДВС улучшает наполнение цилиндров двигателя воздухом. Автоматически происходит повышение эффективности сгорания порции впрыскиваемого топлива. Турбонаддув позволяет увеличить мощность силового агрегата на 30% и более.

Негативными последствиями в результате использования турбонаддува, особенно с высокими показателями давления нагнетаемого воздуха, является увеличение общей температуры в камере сгорания в результате интенсивного горения топлива, а также значительно возрастающие механические нагрузки на детали кривошипно-шатунного механизма (КШМ) и газораспределительного механизма (ГРМ) по сравнению с атмосферными силовыми установками.

Завоздушивание топливной системы дизеля: признаки неисправности и диагностика. Как самостоятельно найти место подсоса воздуха, способы решения проблемы.

Конструкция дизельного топливного насоса высокого давления, потенциальные неисправности, схема и принцип работы на примере устройства системы топливоподачи.

Виды дизельных форсунок в разных системах подачи топлива под высоким давлением. Принцип работы, способы управления форсунками, конструктивные особенности.

Распространенные неисправности дизельного двигателя и диагностика агрегатов данного типа. Проверка топливной системы дизельного мотора, полезные советы.

Линейка дизельных двигателей CRDi Hyundai/KIA: сильные и слабые стороны моторов данного типа, особенности эксплуатации, ремонта и обслуживания.

Назначение топливного насоса высокого давления в системе топливного впрыска дизельного двигателя. Виды ТНВД, конструктивные особенности насосов.

Не только цилиндры: детали и системы мотора грузовика, жизнь которых зависит от качества масла

Мотор грузовика принципиально мало чем отличается от мотора легкового автомобиля. Конечно, речь идёт о дизельном моторе — на современных грузовых автомобилях и тягачах бензиновых моторов не бывает. Но некоторые отличия есть, и “живучесть” дизелей коммерческих машин часто зависит от того, какое масло и когда залито в мотор. Но прежде чем перейти непосредственно к вопросу, сделаем несколько важных замечаний.

Всё-таки разные

Е сть несколько вещей, которые владельцам легковых машин часто просто непонятны. Ну разве можно менять масло раз в 150 тысяч километров, как это иногда делают на тягачах? А что такое турбокомпаунд? Может, в легковой автомобиль тоже стоит заливать грузовое масло? Об этом мы тоже поговорим.

Нужно понимать, что даже один и тот же мотор в разных грузовиках требует разного регламента замены масла. И у карьерного самосвала, где ресурс будет правильнее измерять в моточасах, а не в пройденных километрах, периодичность замены масла может быть втрое чаще, чем в магистральном тягаче. Да и дизель магистрального тягача отличается от малообъёмного дизеля малотоннажного грузовика: последний конструктивно и эксплуатационно ближе к легковому мотору. Поэтому мы будем говорить в первую очередь о тягачах — особенности всех остальных коммерческих машин по сравнению с легковыми машинами не так заметны.

Итак, что пойдёт не так в дизеле грузовика, если качество масла окажется низким?

Хе-хе, классика!

Честно говоря, самое большое количество неисправностей дизелей приходится всё-таки на топливную аппаратуру. ТНВД и форсунки в грузовых моторах тоже имеют ограниченный ресурс, и это их общая черта с легковыми дизелями. Но есть и некоторые другие общие проблемы. Например, если не следить за уровнем масла, можно легко запороть цилиндро-поршневую группу. Ну, тут механизм понятный — “задрать” цилиндры или шейки коленвала при низком давлении масла можно просто от недостатка смазки, как на любом легковом моторе, в том числе и бензиновом. Но у грузового дизеля есть своя особенность.

Дело в том, что любой современный дизельный мотор оснащён системой рециркуляции выхлопных газов (Exhaust Gas Recirculation, EGR ). Оно и правильно — эта система позволяет снизить температуру сгорания смеси, сокращая тем самым выброс оксидов азота NO, что требуют современные экологические нормы. Но с понижением температуры горения растёт интенсивность партикуляции (появления твёрдых частиц в отработавших газах). Другими словами — появляется большее количество сажи. А это в свою очередь приводит к её коагуляции в камере сгорания. Частицы сажи попадают на стенки цилиндров, поршней и поршневых колец. В легковом дизеле положение отчасти спасает более частая замена масла: что-то можно вовремя отмыть. А вот для грузовиков с их очень большими интервалами замены это может стать большой проблемой, вызывая быстрый износ деталей ЦПГ.

Выход был найден сравнительно простой: грузовые масла приблизительно на 20% состоят из присадок, среди которых много дисперсантов, препятствующих образованию сажи. А вот в леговый маслах присадок может быть всего 5-10%, причём даже в этих процентах доля дисперсантов ниже, чем в грузовых маслах. Так что “неправильное” масло в грузовом дизеле может здорово приблизить ремонт ЦПГ.

И ещё раз про экологию

Уж если мы начали говорить про EGR, то сразу скажем, что старое или некачественное масло может заметно ухудшить и ситуацию с экологическими системами грузового дизеля. Начнём опять с теории.

Как я уже говорил, EGR снижает температуру сгорания смеси, сокращая тем самым выброс оксидов азота NO. Собственно, в этом и состоит её задача. Вот только что делать с сажей, количество которой при снижении температуры наоборот растёт? А вот тут в работу вступает сажевый фильтр. И совместно с ЕГР он помогает укладываться грузовому (и не только) дизелю в нормы Евро 5. Вроде, всё хорошо, но вернёмся на несколько абзацев выше: неправильно подобранноемоторное масло, которое не способно должным образом сокращать отложение сажи, быстро приближает смерть сажевого фильтра. Ну, и исход очевиден — сообщение о невозможности пуска мотора через N километров, замена фильтра…

Хорошо ещё, что грузовые дизели практически избавлены от системы изменения фаз: они свойственны легковым моторам, особенно бензиновым, которые должны обеспечивать хорошую тягу в большом диапазоне оборотов. Грузовой дизель работает в очень ограниченном диапазоне, и эта система ему не очень-то нужна. Хотя, например, Caterpillar в своё время всё-таки заморочился и создал дизели Acert серий С13 и С15 с системой изменения фаз газораспределения. Правда, сделал он это исключительно ради попытки уложить в экологические нормы по выбросу оксидов азота без использования системы рециркуляции. Опыт получился не очень удачным, так что запороть маслом отсутствующую систему на грузовых дизелях не получится, а вот вездесущий EGR — запросто. Поэтому некоторые производители стараются всё-таки сокращать зольность, сохраняя высокое количество дисперсантов, предотвращающих образование сажи. Пример — масло TOTAL RUBIA RUBIA TIR 8900 10W40. Зольность — 0,99, щелочное число — 10. Для грузового масла это очень немного, но одобрения большинства европейских производителей грузовых дизелей есть.

Тот самый турбокомпаунд…

Почему-то существует мнение, что современный малообъёмный дизель легкового автомобиля сильнее форсирован, а значит — и более сложный. Это не совсем так. Нельзя не согласиться с тем, что он, конечно же, работает при более высоких оборотах, и 4 000 об/мин для него не потолок. Но вот легковушек с турбокомпаундом я не видел, а грузовики с ним существуют. Что же это такое?

Турбокомпаунд — это, грубо говоря, ещё одна турбина, расположенная в системе выпуска после классического турбонагнетателя. Отработавшие газы раскручивают турбину, с нее крутящий момент через понижающие зубчатые передачи передается на коленчатый вал. Гидравлическое сцепление устраняет рывки и плавно уравнивает угловые скорости. И коленвал мотора получает дополнительный крутящий момент. Турбокомпаунд очень любят шведы: он давно используется, например, на Scania и Volvo.

Сама по себе система несколько противоречивая. Да, она даёт прибавку в максимальной мощности и моменте, с ней приятнее ехать “внатяг”. Но когда турбокомпаунд выходил из строя, многие предпочитали его просто выбрасывать. Например, так часто делали владельцы Сканий четвёртой серии с топливной системой HPI, которые появились ещё в начале нулевых. Им было проще расстаться приблизительно с пятьюдесятями лошадиными силами, чем с несколькими тысячами американских рублей за новый турбокомпаунд — считалось, что отремонтировать его невозможно. Его и сейчас трудно привести в порядок, так что проблемы с ним есть и сегодня. И будут дальше — он есть и на новых Вольво. Так вот — здоровье этого устройства зависит от качества масла очень сильно.

Оно и понятно: турбина — она и есть турбина, и влияние на неё плохого масла очевидна. Кроме самых простых причин в виде плохой смазки подшипников, есть ещё несколько факторов, связанных с маслом и сокращающих ресурс турбин ( в том числе и компаунда). Например, может нормально не работать система вентиляции картера двигателя из-за забитого масляного сепаратора системы. Думаю, объяснять связь “неправильного” масла и закоксовки сепаратора нет необходимости. Ну или турбина может “гнать” масло из-за затруднённого выпуска отработанных газов через систему выпуска. А причина может быть банальна — в забитом сажевом фильтре, о котором мы говорили выше. Или в катализаторе, который тоже быстро выходит из строя в случае критического износа ЦПГ.

Сколь верёвочке не виться…

А вот самая интересная поломка дизельного мотора выглядит страшно в буквальном смысле — это так называемый “разнос” дизеля. В этом случае мотор можно просто развалить, и сломается в нём всё, что угодно. И причина опять же в масле.

Строго говоря, к разносу приводит не само качество масла. Если в исправным мотор залить “палёнку”, разноса не будет. Зато будет повышенный износ ЦПГ, о чём мы уже предупреждали. Он приведёт к тому, что несгоревшая солярка будет попадать в масло. Когда концентрация топлива в масле достигнет критической точки, мотору будет уже плевать на команды ЭБУ форсункам: он начнёт пожирать собственное масло, принимая его за топливо. А так как воспламенение в дизеле происходит не от искры свечи, а от сжатия (надеюсь, говорить об отсутствии свечей зажигания в дизеле не надо, так ведь?), то начнётся неконтролируемый рост оборотов. И мотор будет молотить на максимально возможных оборотах до тех пор, пока ему будет хватать на это топлива, скопившегося в поддоне картера в составе масла. Ну, или пока не развалится, что тоже возможно. Зрелище, мягко говоря, жутковатое. Заглушить можно только одним способом — включив высшую передачу и надеясь, что мотору просто не хватит тяги. А это получается не всегда.

Как нормальное масло помогает избежать разноса? Давайте посмотрим на особенности эксплуатации грузового дизеля и связанные с ними особенности грузового масла.

У магистральных тягачей действительно просто огромные межсервисные интервалы. Иногда их действительно растягивают до 150 тысяч километров пробега, хотя обычно масло предпочитают менять гораздо раньше (60-80 тысяч). Часто говорят, что связано это с тем, что там залит большой объём масла, и якобы присадки в таком объёме вырабатываются дольше, а масло лучше сохраняет свои свойства. Это не совсем так. Дело в первую очередь в том, что поршень грузового дизеля за то же время пробегает гораздо меньшее расстояние по цилиндру, чем поршень малообъёмного мотора. Нормальная частота оборотов коленвала для грузовика — 1 500 — 2 000. В таком режиме дизель работает большую часть пробега по трассе. В трассовом режиме нет необходимости часто ускоряться, тем паче, что большинство профессиональных водителей фур предпочитают не пользоваться педалями газа и тем более — тормозами (для замедления есть моторные тормоза и ретардеры) и средний диапазон оборотов получается гораздо более узким, чем у машин, которые ездят по городским улицам. Меньше и холодных пусков, и резких стартов. Само собой, это положительно влияет и на ресурс масла.

Кроме того, мы уже упоминали, что доля присадок в грузовом масле намного больше, чем в легковом. Правда, при этом растёт щелочное число и зольность, но зато масла грузовиков обычно могут похвастаться хорошими базами. Например, масло RUBIA TIR 8900 10W-40 с вязкостью, похожей на “полусинтетику”, произведено на полностью синтетической базе.

Так что ПАО-база с очень высокими индексом вязкости и стабильностью характеристик сегодня — это вполне нормально.

Помимо этого, более высокое щелочное число необходимо для того, чтобы нейтрализовать повышенное количество кислот, неизбежно растущее с наличием системы ЕГР из-за повторного сжигания отработавших газов.

И вот тут производителям приходится долго и мучительно искать правильный баланс: слишком высокие щелочное число и зольность приводят к быстрому выходу из строя сажевого фильтра. С другой стороны, повышенная кислотность грозит коррозией. Плохо и то, и другое. И если регулярно “забивать” на качество масла, которое заливают в мотор, со временем можно дождаться того самого “разноса” из-за обычного износа деталей ЦПГ. А это — самое плохое, что может случиться с дизелем.

Итак, подведём итог. Ничто “человеческое” грузовому дизелю не чуждо. Поэтому от плохого масла в первую очередь страдают цилиндры, вкладыши, шейки коленвалов и другие детали ЦПГ. Следующие проблемы неизбежно возникнут с экологическими системами — EGR и сажевым фильтром. Затем по очереди могут закончить своё существование турбина и турбокомпаунд. Ну, вишенка на торте — разнос. И это уже всё, приехали. И если с EGR и сажевиком можно ещё как-то решить вопрос малой кровью, то остальные неисправности стукнут по карману очень больно. Больнее, чем замена нескольких литров масла. И что ещё важно — “правильного” масла, того, которое делали специально для грузовиков.

Для полноты картины

Кстати, уж если грузовое масло такое хорошее, то почему бы его не заливать в легковые дизели? Скажем, как есть: многие заливают и ездят сравнительно счастливо. Но вообще-то, делать этого не стоит: слишком высокие зольность и щелочное число выведут из строя “экологию” легковушки очень и очень быстро, а если там уже всё угроблено, то стоит подумать хотя бы о более интенсивном образовании нагара на поршнях и клапанах. То, что переварит грузовой дизель, легковому может оказаться не по зубам. Читайте мануал, спецификации масла и не думайте, что инженеры всегда глупее форумных экспертов.

Правда, есть и компромиссные решения для тех, у кого в гараже стоят и бензиновые, и дизельные грузовики. Их не так много, но, например, RUBIA TIR 8900 10W-40 для парка с бензиновыми и дизельными двигателями можно использовать TOTAL RUBIA POLYTRAFIC 10W40 можно использовать и там, и там. А вот чисто “грузовое” масло лучше в легковушку всё-таки не заливать.

Источник http://krutimotor.ru/pitanie-dizelnogo-dvigatelya/

Источник https://www.kolesa.ru/article/ne-tolko-tsilindry-detali-i-sistemy-motora-gruzovika-zhizn-kotoryh-zavisit-ot-kachestva-masla

Источник