Системы питания дизельных двигателей и их особенности

Начнем с простого: что такое дизельный двигатель? Прежде всего, это двигатель внутреннего сгорания с непосредственным впрыском топлива. То есть топливная форсунка установлена в головке блока цилиндров и распыляет топливо прямиком в камеру сгорания. Благодаря этому, а также высокой степени сжатия (порядка 18-20 единиц) максимальный крутящий момент двигателя достигается уже на низких оборотах. Именно поэтому дизельные двигатели получили наибольшее распространение на грузовых автомобилях, автобусах, судах и тому подобном транспорте, где нужна максимальная отдача от двигателя каждый день.

Если в системе питания бензиновых двигателей давление топлива составляет около 5-6 бар, то у дизелей – порядка 150-200 бар. Понятно, что такое давление фактически недостижимо для автомобильного электрического топливного насоса. Возникает необходимость нагонять это давление механически, с помощью плунжерных пар. С этой задачей отлично справляется ТНВД – топливный насос высокого давления.

ТНВД по своей сути очень похож на двигатель внутреннего сгорания: тот же маленький блок цилиндров, коленвал, но вместо поршней – плунжеры. Потому как насос обязан создавать давление до 200 бар (а в системе Common Rail – до 2500 бар), то и все его детали должны быть выполнены с особой тщательностью. Малейшее отклонение от норм ведет к падению давления, неравномерному распределению топлива по цилиндрам. Начинается неустойчивая работа двигателя, вибрации и прочие негативные явления. Все это относится и к топливным форсункам. Они также работают при давлении 200 бар, также должны быть изготовлены с высокой точностью.

Соответственно, топливная аппаратура дизелей крайне требовательна к чистоте топлива. Мельчайшая соринка или песчинка, попавшая в ТНВД или форсунку, при высоком давлении способна мгновенно вывести их из строя. Для ремонта топливной аппаратуры дизельных двигателей необходимо высокоточное оборудование и квалифицированные мастера. Поэтому, как вы уже догадываетесь, ремонт этот крайне недешев.

Система впрыска топлива с механической форсункой

Существует два типа ТНВД: многоплунжерные и распределительного типа. Многоплунжерные насосы по своей компоновке бывают как рядные, так и V-образные. Количество секций в таком насосе соответствует количеству цилиндров двигателя. Привод насоса осуществляется от коленчатого вала двигателя при помощи цепи или ремня. Ввиду своей шумности и неспособности обеспечить выполнение экологических норм, многоплунжерные ТНВД в настоящее время практически не применяются.

ТНВД распределительного типа представляют собой одноплунжерные насосы. Они значительно тише и обеспечивают более высокое и стабильное давление топлива. Плунжер в таких насосах совершает поступательные движения для нагнетания топлива и вращательные – для распределения топлива по форсункам.

Система Common Rail

За счет чего это произошло? Common Rail в переводе с английского означает «Общая магистраль». В данной системе впрыска появилась общая для всех форсунок топливная рейка. Топливо из ТНВД под давлением около 2000 бар поступает в общую для всех форсунок топливную рейку. Оттуда к каждой форсунке ведет отдельная магистраль. ТНВД теперь избавлен от необходимости распределения топлива. Его единственная задача – нагонять необходимое давление в рейку. Результат применения такого решения – стабильно высокое давление в топливной рейке и на распылителях.

Произошел переход от механических форсунок к электрическим, в которых моментом и продолжительностью открытия управляет исключительно ЭБУ – электронный блок управления двигателем. Благодаря наличию большого количества датчиков, ЭБУ получает наиболее полную информацию о работе двигателя, его температуре, расходе воздуха, положению коленчатого вала, распредвалов и т. д. На основании этого блок управления принимает единственно правильное решение о моменте и продолжительности открытия форсунки.

Внедрение системы Common Rail положительно сказалось на работе дизельных двигателей. Уменьшилась шумность работы, снизились вибрации, значительно улучшились экологические показатели. А также появилась возможность снимать большее количество лошадиных сил с литра рабочего объема двигателя без применения турбонаддува, интеркуллера и т. п.

Система Common Rail все же не лишена недостатков. Она имеет несколько пониженный ресурс относительно старых механических систем впрыска. Связано это с работой на высоком давлении. К тому же, Common Rail очень боится воздуха. Представьте пузырек воздуха, сжатый под давлением в 2000 бар – он становится абразивом и подобно песку мгновенно протачивает раковины и канавки в плунжерных парах и распылителях форсунок.

Еще одним недостатком данной системы является полное прекращение ее работоспособности при выходе из строя хотя бы одной форсунки. Как правило, в форсунках разбивает клапан обратной магистрали. При этом начинает падать давление в топливной рейке. Датчик давления топлива сообщает ЭБУ, что давление низкое, топливная смесь бедная и, чтобы бедная смесь не поджигала клапана, блок управления из соображений безопасности отключает впрыск, двигатель глохнет.

Насос-форсунка

Основным отличием такой системы от вышеперечисленных является отсутствие ТНВД как такового. Теперь ТНВД и форсунка объединены в едином блоке. При этом топливопровод выполнен в виде каналов прямо в головке блока цилиндров. От распредвалов отходят дополнительные коромысла к каждой насос-форсунке. Насосная секция форсунки нагоняет такое же давление, как и в Common Rail (порядка 2000 бар), а дозированием топлива по прежнему управляет электромагнитный клапан, получая сигналы от ЭБУ.

Преимуществом является еще более тонкое управление процессом впрыска топлива. К тому же данная система избавлена от топливопроводов высокого давления. Плюсом также является то, что при отказе одной из насос-форсунок двигатель не теряет своей работоспособности, потому как перестает работать только один из цилиндров.

Недостаток насос-форсунок – давление впрыска зависит от оборотов двигателя, а стоимость такой технологии достаточно высока.