Впрыск топлива под давлением в дизельном двигателе

Системы впрыска дизельных двигателей

Концептуально двигатели внутреннего сгорания – бензиновые и дизельные практически идентичны, но существует между ними ряд отличительных особенностей. Одной из основных является разное протекание процессов горения в цилиндрах. У дизеля топливо загорается от воздействия высоких температур и давления. Но для этого необходимо, чтобы дизтопливо подавалось непосредственно в камеры сгорания не только в строго определенный момент, но еще и под высоким давлением. И это обеспечивают системы впрыска дизельных двигателей.

Постоянное ужесточение экологических норм, попытки получить больший выход мощности при меньших затратах топлива обеспечивают появление все новых конструктивных решений в топливной системе дизеля.

Принцип работы у всех существующих видов впрыска дизеля идентичен. Основными элементами питания являются топливный насос высокого давления (ТНВД) и форсунка. В задачу первой составляющей входит нагнетание дизтоплива, благодаря чему давление в системе значительно повышается. Форсунка же обеспечивает подачу топлива (в сжатом состоянии) в камеры сгорания, при этом распыляя его для обеспечения лучшего смесеобразования.

Стоит отметить, что давление топлива напрямую влияет на качество сгорания смеси. Чем оно выше, тем дизтопливо лучше сгорает, обеспечивая больший выход мощности и меньшее содержание загрязняющих веществ в отработанных газах. И для получения более высоких показателей давления использовали самые разные конструктивные решения, что и привело к появлению разных видов систем питания дизеля. Причем все изменения касались исключительно указанных двух элементов – ТНВД и форсунок. Остальные же составляющие – бак, топливопроводы, фильтрующие элементы, по сути, идентичны во всех имеющихся видах.

Типы дизельных систем питания

Дизельные силовые установки могут быть оснащены системой впрыска:

  • с рядным насосом высокого давления;
  • с насосами распределительного типа;
  • с насос-форсунками;
  • аккумуляторного типа (Common Rail).

Далее рассмотрим лишь некоторые особенности, которыми обладают указанные системы впрыска дизельных двигателей, а также их положительные и отрицательные качества.

С рядным насосом

Система питания с рядным ТНВД можно считать «родителем» всех остальных, поскольку она является первой, используемой на дизельных моторах. Но сейчас она уже считается устаревшей и практически не используется.

Рядный ТНВД на 8 форсунок

Изначально эта система была полностью механической, но после в ее конструкции начали использоваться электромеханические элементы (касается регуляторов изменения цикловой подачи дизтоплива).

Основная особенность этой системы заключена в насосе. В нем плунжерные пары (прецизионные элементы, создающие давление) обслуживали каждый свою форсунку (количество их соответствовало количеству форсунок). Причем эти пары размещались в ряд, отсюда и название.

К достоинствам системы с рядным насосом можно отнести:

  • Надежность конструкции. Насос имел систему смазки, что обеспечивало узлу большой ресурс;
  • Невысокая чувствительность к чистоте топлива;
  • Сравнительная простота и высокая ремонтопригодность;
  • Большой ресурс насоса;
  • Возможность работы мотора при отказе одной секции или форсунки.

Но недостатки у такой системы более существенны, что и привело к постепенному отказу от нее и отданию предпочтения более современным. Негативными сторонами такого впрыска считаются:

  • Невысокие быстродействие и точность дозировки топлива. Механическая конструкция просто не способна это обеспечить;
  • Сравнительно невысокое создаваемое давление;
  • В задачу ТНВД входит не только создание давления топлива, но еще и регулировка цикловой подачи и момент впрыска;
  • Создаваемое давление напрямую зависит от оборотов коленчатого вала;
  • Большие габариты и масса насоса.
Читайте также:  Высокие обороты двигателя на холостом ходу ваз 2109 карбюратор

Эти недостатки, и в первую очередь – невысокое создаваемое давление, привело к отказу от этой системы, поскольку она просто перестала вписываться в стандарты по экологичности.

С насосом распределенного типа

ТНВД распределенного впрыска стала следующим этапом в развитии систем питания дизельных агрегатов.

Изначально такая система была тоже механической и отличалась от описанной выше лишь конструкцией насоса. Но со временем в ее устройство добавили систему электронного управления, которая улучшила процесс регулировки впрыска, что позитивно сказалось на показателях экономичности мотора. Определенный период такая система вписывалась в стандарты экологичности.

Особенность этого типа впрыска сводилась к тому, что конструкторы отказались от использования многосекционной конструкции насоса. В ТНВД начала использоваться всего одна плунжерная пара, обслуживающая все имеющиеся форсунки, количество которых варьируется от 2 до 6. Для обеспечения подачи топлива на все форсунки, плунжер совершает не только поступательные движения, но еще и вращательные, которые и обеспечивают распределение дизтоплива.

ТНВД с насосом распределенного типа

Позже эта система добавилась новым типом насоса – роторным, у которого устанавливаются несколько плунжеров, но распределенная подача осталась. Это позволило увеличить создаваемое насосом давление.

К положительным качествам таких систем относились:

  • Малые габаритные размеры и масса насоса;
  • Лучшие показатели по топливной экономичности;
  • Использование электронного управления повысило показатели системы.

К недостаткам же системы с насосом распределенного типа относятся:

  • Небольшой ресурс плунжерной пары;
  • Смазка составных элементов осуществляется топливом;
  • Многофункциональность насоса (помимо создания давления он еще управляется подачей и моментом впрыска);
  • При отказе насоса система прекращала работать;
  • Чувствительность к завоздушиванию;
  • Зависимость давления от оборотов двигателя.

Широкое распространение такой тип впрыска получил на легковых авто и небольшом коммерческом транспорте.

Насос-форсунки

Насос-форсунки можно считать отдельной веткой в дизельных системах питания, поскольку в конструкции ТНВД как таковой не используется.

Особенность этой системы заключена в том, что форсунка и плунжерная пара объединены в единую конструкцию. Привод секции этого топливного узла осуществляется от распределительного вала.

Примечательно, что такая система может быть как полностью механической (управление впрыском осуществляется рейкой и регуляторами), так и электронной (используются электромагнитные клапаны).

Некой разновидностью этого типа впрыска является использование индивидуальных насосов. То есть для каждой форсунки предусматривается своя секция, приводимая в действие от распределительного вала. Секция может располагаться непосредственно в ГБЦ или быть вынесенной в отдельный корпус. В такой конструкции используются обычные гидравлические форсунки (то есть, система механическая). В отличие от впрыска с ТНВД, магистрали высокого давления – очень короткие, что позволило значительно увеличить давление. Но такая конструкция особого распространения не получила.

К положительным качествам насос-форсунок питания можно отнести:

  • Значительные показатели создаваемого давления (самые высокие среди всех используемых типов впрыска);
  • Небольшая металлоемкость конструкции;
  • Точность дозировки и реализации многократного впрыска (в форсунках с электромагнитными клапанами);
  • Возможность работы двигателя при отказе одной из форсунок;
  • Замена поврежденного элемента не сложная.

Но имеются в таком типе впрыска и недостатки, среди которых:

  • Неремонтопригодность насос-форсунок (при поломке требуется их замена);
  • Высокая чувствительность к качеству топлива;
  • Создаваемое давление зависит от оборотов двигателя.
Читайте также:  Плохо запускается двигатель на холодную гранта

Насос-форсунки получили широкое распространение на коммерческом и грузовом транспорте, а также эту технологию использовали некоторые производители легковых авто. Сейчас она не очень часто используется из-за высокой стоимости обслуживания.

Common Rail

Аккумуляторная система (Common Rail) пока является самой совершенной в плане экономичности. Также она полностью вписывается в последние стандарты экологичности. К дополнительным «плюсам» можно отнести ее применяемость на любых дизельных двигателях, начиная от легковых авто и заканчивая морскими судами.

Система впрыска Common Rail

Особенность ее заключена в том, что многофункциональность ТНВД не требуется, и в его задачу входит только нагнетание давления, причем не для каждой форсунки отдельно, а общую магистраль (топливную рампу), а уже от нее дизтопливо подается на форсунки.

При этом топливные трубопроводы, между насосом, рампой и форсунками имеют сравнительно небольшую длину, что позволило повысить создаваемое давление.

Управление работой в этой системе осуществляется электронным блоком, что значительно увеличило точность дозировки и скорость работы системы.

Положительные качества Common Rail:

  • Высокая точность дозировки и использование многорежимного впрыска;
  • Надежность ТНВД;
  • Нет зависимости значения давления от оборотов мотора.

Негативные же качества у этой системы такие:

  • Чувствительность к качеству топлива;
  • Сложная конструкция форсунок;
  • Отказ системы при малейших потерях давления из-за разгерметизации;
  • Сложность конструкции из-за наличия ряда дополнительных элементов.

Несмотря на эти недостатки автопроизводители все больше отдают предпочтение Common Rail перед другими видами систем впрыска.

Источник

Какие дизельные системы впрыска, более эффективны — IDI или DI

Непрямой впрыск или дизели IDI ( Indirect Injection ) были распространены в 80-х и начале 90-х годов, но были заменены более эффективным прямым впрыском или двигателями DI ( Direct Injection ).

Названия могут ввести в заблуждение, так как разница между двумя двигателями заключается не в том, как вводится топливо, а в том, куда оно вводится. Двигатели IDI и DI имеют разные конструкции камер сгорания, более поздние DI , имеют более традиционный дизайн, в то время как в IDI используется предварительная камера (форкамера), в которую впрыскивается топливо перед тем, как отправиться в основную камеру сгорания.

Прямой впрыск (DI):

В двигателях с прямым впрыском, форсунки непосредственно впрыскивают топливо в основную камеру сгорания (которая представляет собой зазор между цилиндром и поршнем), где оно проникает в горячую массу сжатого воздуха.

1. Давление впрыска (21 кг / см2) оно намного выше по сравнению с IDI , поскольку распыление топлива зависит исключительно от давления впрыска.

2. Этот тип двигателей лучше запускается на холоде.

3. Форсунка впрыска топлива, имеет несколько отверстий, так как необходимо большее распыление и перемешивание.

4. Тепловая эффективность выше по сравнению с двигателем IDI .

Непрямой впрыск (IDI):

В основном используются два варианта IDI : камера предварительного сгорания (форкамера) и воздушная камера .

Камера предварительного сгорания :

Топливо впрыскивается в небольшую предкамеру, соединенную с цилиндром через узкий проход. Во время процесса сжатия воздух проходит через этот проход, создавая энергичное завихрение в предкамере. Затем топливо подается в предварительную камеру, и там происходит воспламенение. Комбинация быстро закрученного воздуха в предкамере и реактивное расширение газов сгорания (из предварительной камеры — в цилиндр), усиливают смешивание и сжигание, топлива и воздуха.

Читайте также:  Какая гарантия на капитальный ремонт двигателя

Но высокоскоростной поток воздуха, проходя через узкий проход, соединяющий главный цилиндр с форкамерой, а также интенсивное завихрение в самой предварительной камере, заставляет воздух терять значительно больше тепла во время сжатия, чем в двигателе DI. В сочетании с перепадом давления в основной и предварительной камерах, приводит к тому, что температуре воздуха после сжатия, намного ниже, чем в аналогичном двигателе с прямым впрыском DI.

В некоторых конструкциях небольшая камера предусмотрена в поршне. Она называется воздушной ячейкой. Поршень сжимает воздух во время такта сжатия и вталкивает его в воздушную камеру. По мере того, как поршень перемещается вниз, давление в цилиндре падает, что выводит поток горячего воздуха из воздушной камеры, в камеру сгорания, это действие создает турбулентность, которая еще больше и лучше смешивает воздух и топливо, и завершает сгорание.

1. Давление впрыска намного ниже по сравнению с DI .

2. Свеча накаливания требуется для запуска двигателя при холодном запуске.

3. Используется однонаправленное сопло.

4. Тепловые потери связаны с большой площадью, поэтому тепловая эффективность уменьшается по сравнению с DI .

5. Более высокая степень сжатия в IDI, по сравнению с DI .

ПРЯМОЙ или НЕПРЯМОЙ ВПРЫСК

Поскольку для быстрого воспламенения топлива требуется определенная температура воздуха, двигателю IDI требуется более высокая степень сжатия для достижения желаемой температуры воздуха в предкамере. Двигатели IDI работают при коэффициентах сжатия от 20: 1 до 24: 1; в то время как двигатели DI работают при соотношениях от 15: 1 до 18: 1. Потери тепла, которые требуют этих более высоких коэффициентов сжатия, имеют другой, более важный эффект: они снижают эффективность двигателя. Двигатели IDI обычно достигают топливной эффективности, которая на 10-20% ниже, по сравнению с аналогичными двигателями DI .

Даже при более высоких коэффициентах сжатия двигатели с непрямым впрыском IDI могут долго запускаться, поэтому большинство двигателей IDI используют свечи накаливания, чтобы нагреть воздух в предкамере и облегчить запуск. Свечи накаливания, которые представляют собой небольшие резистивные нагреватели, обычно питаются только в течение первых нескольких минут работы двигателя.

С отрицательными характеристиками, более жесткого запуска и более низкой эффективности, можно задаться вопросом, почему же дизельные двигатели IDI, до сих пор вообще используются. Ответ — скорость двигателя.

Когда двигатель становится меньше, он должен работать на более высоких скоростях, чтобы генерировать желаемую мощность. По мере увеличения частоты вращения двигателя на каждый цикл двигателя требуется меньше времени для впрыска, смешивания и сжигания топлива. В результате более высокие скорости смешивания, создаваемые конструкциями IDI , становятся необходимыми для достижения лучшего сгорания при более высоких оборотах двигателя. Дизели IDI чаще всего используются в небольших легковых и легких грузовых автомобилях.

Также, читайте статьи, —

Уважаемые гости — переходите на мой канал, кликнув — Pit Stop , ставьте лайки и не забывайте подписываться (это Вас ни к чему не обяжет, а Вы будете чаще встречать мои статьи в ленте Дзен), впереди ещё будет много нового и интересного!

Источник

Adblock
detector