Впрыск дизельных двигателей системы питания


Если кто-то задается вопросом, почему цены на автомобили с комплектацией дизельными силовыми узлами выше, ответ прост – из-за системы питания. Так как в техническом плане сложнее изготовить впрыск дизельных двигателей, чем для бензинового. Если добавить к этому еще необходимость соблюдения строгих экологических норм (выхлопные газы), то становится понятно, откуда берутся различия в ценах. В статье рассмотрим типы дизельных систем питания их сильные и слабые стороны.

впрыск дизельных двигателей

Топливная система – сердце автомобиля, без нее все остальное – является просто “железом”.

Впрыск дизельных двигателей – конструктивные решения

Ключевым моментом в развитии дизельных двигателей, был 2005 год, когда вступили в силу стандарты Евро-4 которые радикально ограничивали эксплуатацию транспортных средств с большим содержанием вредных выхлопных газов. Стандарты Евро не затронули так сильно бензиновые двигателя, в основном критике поддавались дизельные силовые узлы.

Дизеля должны были продемонстрировать не только более низкие выбросы углеводородов и окислов азота, но и выбросы твердых частиц должны быть ограничены в разы. Это и стало отправной точкой которая определила новые стандарты в конструкции моторов, работающих на дизельном топливе. Чтобы достичь этой цели, нужно было начать с усовершенствования систем впрыска топлива.

Системы впрыска можно условно разделить на несколько типов:

  • Рядный насос высокого давления ТНВД.
  • Насос распределительного типа.
  • Насос-форсунки.
  • Система впрыска Common Rail.

Смотрим также – Как проверить дизельный двигатель перед покупкой

Система ТНВД с рядным насосом

На легковых дизельках насосы рядного типа применялись до 2000 года. Такая технология подачи топлива считается устаревшей и практически уже не применяема. Полностью механическое управление системой, после реконструкции заменили электромеханическим (в частности регулятор изменения цикловой подачи топлива). Особенность системы в действии насоса, где плунжерные пары (конструктивный элемент для создания необходимого давления) работали со своей форсункой и размещались в ряд (по принципу работы и название).

рядный тнвд насос

Преимущество:

  • Надежность конструкции (продуманная система смазки обеспечивала большой безаварийный ресурс).
  • Невысокая чувствительность к качеству (чистота) топлива.
  • Простота конструкции и высокая ремонтопригодность.
  • Способность работы двигателя при отказе одной секции или форсунки.

Невозможность конструктивного устранения основных недостатков системы способствовало переходу на более новые системы впрыска с постепенным отказом от рядного насоса.

Недостатки:

  • Невысокие показатели быстродействия и точности дозировки топлива (конструкция насоса не способна это обеспечить).
  • В связи с новыми выдвигаемыми требованиями не способность системы конструктивно увеличивать создаваемое давление.
  • Маленький диапазон частоты вращения двигателя.
  • Расход топлива.
  • Большие габариты и масса насоса.
  • Неспособность вписываться в рамки стандартов по экологии.

работа рядного насоса

Неисправности возникают редко, преимущественно из-за большого пробега или некачественного топлива. Износу подвержены плунжерные пары и детали механического регулятора. Как видно, такая система в реалии с современными технологиями не может похвастать быстродействием, точностью дозирования, экологическим требованиям, поэтому ТНВД рядного типа вполне закономерно уступили технологичным продвинутым системам впрыска.

Распределительный ТНВД

Следующим этапом в развитии топливных систем стали насосы ТНВД распределенного впрыска (появились в 1960-х годах, к примеру, автомобиль VW Golf дизельной версии 1974 года).

ТНВД распределенного впрыска

Как и первый тип, изначально управление было механическим. Но, со временем добавили электронную систему управления (более точный процесс регулировки впрыска). Особенностью распределительного типа является применение всего одного плунжер (выполняя поступательные движения, накачивается топливо, которое распределяется по цилиндрам). По принципу работы и название данного типа – распределительный ТНВД.

электронная плата управления

Попытка конструкторов, увеличить давление создаваемое насосом, привела к созданию на базе распределительного насоса конструктивно нового типа – роторный насос (используется несколько плунжеров с распределением подачи топлива).

Преимущества распределительной системы:

  • Небольшие габаритные размеры и масса насоса, по сравнению с рядным ТНВД (компактность).
  • Надежность (более чёткая работа).
  • Более точное дозирование (меньший удельный расход топлива).
  • Электронное управления повысило результативность системы (улучшились показатели экономичности).
  • Применение в дизельных моторах малого объема.
  • Не имеют единой конструкции. В зависимости от типа рабочего органа могут устанавливаться как плунжерного, так и роторного типа.

Недостатки системы:

  • Сложность конструкции.
  • Невысокое давление впрыска (зависимость давления от оборотов двигателя).
  • Несоответствие экологическим нормам.
  • Небольшой диапазон частоты вращения двигателя.
  • Дорогое обслуживание (ремонт с соблюдением технологий с применением оригинальных деталей).
  • Требования к чистоте топлива.
  • Ресурс плунжерной пары ограничен.
  • Чувствительность к завоздушиванию. При поступлении топлива вместе с воздухом, приводит к поломке устройства регулировки опережения впрыска.
  • Увеличенная доза топлива при запуске.
  • При отказе насоса система прекращает работать (кроме создания давления насос управляет подачей и моментом впрыска).

Несмотря на многочисленные преимущества, эта система постепенно вытесняется более новыми системами впрыска топлива. Связано это в первую очередь несоответствие стандартам Евро.

Насос-форсунка

Объединенная конструкция форсунки и плунжерной пары в единый блок. Управление производится распределительным валом и может быть как механическим, так и электронным (электромагнитные клапаны). Управление электроникой дает высокую точностью относительно давления, времени и величины подаваемой дозы топлива.

Насос-форсунка

Преимущество:

  • Получение высокого давления (самые высокие показатели среди всех используемых типов впрыска на уровне свыше даже 2000 бар).
  • Небольшие габариты конструкции (отсутствие проводов высокого давления).
  • Регулирование угла опережения впрыска.
  • Очень маленькие задержки впрыска (точность дозировки многократного впрыска в применении форсунок с электромагнитными клапанами).
  • Многофункциональность (насос может быть установлен для любого двигателя, независимо от числа его цилиндров).
  • Стабильность (работа двигателя при отказе одной из форсунок не прекращается).
  • Менее чувствительным к качеству топлива, чем common rail.
  • Простота в замене поврежденного элемента.
  • Компактность конструкции (снижается риск утечки топлива на стороне высокого давления).

простой замены

Недостатки:

  • Высокая стоимость (при поломке требуется полная замена).
  • Чувствительность к качеству топлива (смазку деталей обеспечивает топливо).
  • Дорогое обслуживание (диагностика насос-форсунок).
  • Создаваемое давление зависит от оборотов двигателя.
  • Сложность в соблюдении высоких стандартов чистоты выхлопных газов.

Common Rail

Благодаря системе Common Rail, нынешние дизели характеризуются высокой производительностью. Началом прогресса послужило прежде всего, новейшие технологии впрыска топлива. Система была разработана компанией Fiat для легковых автомобилей в 1997 году. 

Common Rail

В двигателях с системой Common Rail, впрыск не зависит от оборотов коленчатого вала или расположения цилиндров. Давление поддерживается на уровне 1300-1600 бар, в зависимости от поколения используемого системы Common Rail. Если давление превышает определенно заданный уровень, то его избыток возвращается в бак. Открытие и закрытие форсунок осуществляется в электронном виде. Именно благодаря такому принципу работы, двигатель как раз положительно влияет на экологические выбросы двигателя (повышается температура выхлопных газов, благодаря чему катализатор нагревается быстрее, а работа сажевого фильтра становится более эффективна). В целом, дизельные двигатели с системой Common Rail имеют все преимущества дизельных двигателей и лишены большинства недостатков, возникающих в традиционных системах впрыска (вписывается даже в жесткие рамки Евро-6).

Недостатки:

  • Чувствительность к качеству топлива. Очень важно использовать хорошее качество дизельного топлива, так как форсунки работают под большим давлением, и их работа очень точная. Любое загрязнение может привести к повреждению.
  • Сложная конструкция форсунок (эксплуатация обходится немного дороже) из-за наличия ряда дополнительных элементов. Форсунки выполнены с удивительной точностью, достигающей 1 мкм.
  • Отказ системы при малейших потерях давления из-за разгерметизации.

С технической точки зрения, благодаря Common Rail, топливо лучше сгорает, а двигатель обладает более высокой термодинамической эффективностью и соответствует последним нормам выхлопных газов.

Признаки неисправности форсунок в современном дизельном двигателе

В зависимости от модели автомобиля, применяются различные типы форсунок (электромагнитные или пьезоэлектрические) производства Bosch, Delphi, Denso, Siemens.  Почему форсунки ломаются?

Признаки неисправности форсунок

Ответ на этот вопрос очень прост – потому что не выдерживают тяжелых условий работы. Конструкция форсунок в последние годы также изменилась (модернизация доходит до предела своих возможностей), но не на столько, чтобы защититься от сбоев в работе. Точность изготовления некоторых деталей форсунок, делает эти системы весьма чувствительны к загрязнению. Даже мельчайшие загрязнения могут привести к повреждениям этих узлов.

Симптомы износа:

  • Неустойчивый холостой ход двигателя.
  • Трудности с запуском.
  • Внезапно заглох двигатель.
  • Дым из выхлопной трубы, как правило, черного цвет, особенно при более сильном добавлении газа.
  • Горит лампочка неисправности двигателя.
  • Повышенный шум работы мотора.
  • Затруднен пуск, особенно в зимний период (необходимо длительное вращение стартером).
  • Перегрев двигателя.
  • Повышенный расход топлива.

Наиболее распространенной причиной неисправности форсунок является применение плохого качества дизельного топлива. Заметно увеличивается уровень моторного масла, двигатель начинает неравномерно работать на холостом ходу, появляются проблема с утренним запуском, трудно не заметить эти симптомы.

Периодически нужно проверять состояние форсунок и топливного насоса. Это можно сделать только в специализированных мастерских, обладающих соответствующим аппаратурой. При выполнении любых действий, связанных с обслуживанием системы питания необходимо поддержание безусловной чистоты. Если проблемой стали соответственно неисправные форсунки, нужно обратиться за помощью в сервисную мастерскую.