Основные элементы системы питания дизельного двигателя

Из топливного бака, посредством подкачивающего насоса низкого давления, горючее поступает в топливный насос высокого давления, который, в свою очередь, распределяет солярку по магистралям гидромеханических форсунок цилиндров. Такое распределение происходит в соответствующем порядке и необходимыми порциями топлива. При высоком давлении горючего форсунки открываются, а при снижении – закрываются.

Топливные насосы высокого давления (ТНВД) – основные элементы систем питания дизельных двигателей и выпускаются двух типов: распределительного и рядного много-плунжерного.

Рядный насос системы питания дизельного двигателя имеет отдельные секции, располагающиеся в ряд, и число которых соответствует числу цилиндров двигателя. Каждая секция оснащена гильзой с плунжером. Кулачковый вал получает вращение от двигателя и приводит в движение плунжер. Давление впрыска топлива полностью зависит от оборотов коленчатого вала. Такие насосы работают очень шумно и не отвечают современным требованиям по защите экологии, поэтому рядные насосы практически не устанавливают.

Распределительные насосы высокого давления систем питания дизельных двигателей, по сравнению с рядными насосами, впрыскивают топливо под более высоким давлением. Выхлоп у автомобиля с таким типом топливного насоса менее токсичен и соответствует нормативным нормам. От режима работы двигателя зависит давление в топливной системе, которое поддерживает данный механизм. Система распределительного насоса высокого давления оснащена одним плунжером, который и нагнетает, и распределяет топливо по форсункам цилиндров двигателя. Насосы распределительного типа отлично функционируют на высоких оборотах и производят качественное распределение топлива по цилиндрам двигателя. Кроме этого, данный  механизм довольно компактен по своим габаритам. При эксплуатации распределительных насосов необходимо использовать только качественное топливо, так как в прецизионных элементах очень маленькие зазоры, а детали системы смазываются только топливом.

В связи с ужесточением законодательства в отношении экологических требований, производители дизельных двигателей приступили к усовершенствованию системы подачи топлива. Совершенно очевидно, что механическая система впрыска топлива не сможет справиться с такой задачей. У механической системы давление подаваемого топлива зависит от нагрузки и от частоты вращения двигателя. Если у двигателя незначительная нагрузка, то давление подачи топлива в камеру сгорания становится меньше, что приводит к оседанию крупных капель топлива на её внутренней поверхности. Это приводит к снижению КПД сгорания топливовоздушной смеси и к повышенному содержанию вредных соединений в выхлопных газах.

Чтобы уменьшить количество вредных соединений в выхлопе, необходимо, чтобы вся топливовоздушная смесь сгорала в камере сгорания, причём за кратчайшее время. Чтобы добиться максимального результата, необходимо определить максимальную точность момента и дозы впрыска. Для этого необходимо установить электронную систему управления подачи топлива и максимально увеличить давление топливного впрыска. От повышения давления впрыска зависит качество смешивания топлива с воздухом.  Идеальное соотношение топлива и воздуха при смешивании смеси приводит к полному её сгоранию, а соответственно, и к снижению образования вредных соединений в выхлопных газах. Добиться такого результата, который приведёт к увеличению давления во всей обычной топливной системе и ТНВД не получится. Всё дело в «волновом гидравлическом давлении», которое образуется на всём промежутке пути  в топливо-проводе. Сила волн увеличивается с увеличением давления, поэтому со временем трубопровод просто разрушится. Точной дозировки впрыска топлива у механической системы добиться будет не возможно.

В процессе разработок усовершенствований систем питания дизельных двигателей и их основных элементов, было создано два типа системы впрыска дизельных двигателей:

• Первый тип имеет объединённый узел, в конструкции которого основные элементы -  плунжерный насос и форсунка составляют единый механизм. Этот совмещённый узел расположен в головке блока двигателя для каждого цилиндра. Посредством толкателя кулачка распределительного вала насос-форсунка приводится в движение. В головке блока так же расположены каналы для слива и подачи топлива, благодаря чему насос-форсунка может нагнетать давление до 2200 бар. Электронный блок управления подаёт сигнал запорным пьезоэлектрическим и электромагнитным клапанам насос-форсунка, после чего происходит впрыск дозированного сжатого топлива. Благодаря способности насос-форсунок работать в много-импульсном режиме, происходит сначала впрыск малого количества топлива, что значительно снижает содержание вредных соединений в выхлопе и смягчает работу двигателя. Недостатком данного узла является прямая зависимость давления впрыска от оборотов двигателя. Такая технология впрыска дизельного двигателя довольно дорогая.

• Второй тип ТНВД работает на топливную магистраль Common Rail. Поступающее из неё топливо попадает на форсунки и по команде электронного блока управления происходит впрыск. Для соответствия требованиям стандартов Евро 3 и 4, выхлопные системы двигателей начали оснащать катализаторами и сажевыми фильтрами. Давление топлива при впрыске в системе Common Rail не зависит от нагрузок и оборотов двигателя. Топливный насос в данной системе питания дизельного двигателя отвечает только за создание высокого давления в магистрали. В отличие от классической системы впрыска насос не дозирует количество топлива и не регулирует моменты впрыска. Система питания дизельного двигателя Common Rail состоит из следующих основных элементов: топливного насоса, аккумулятора высокого давления, комплекта форсунок, соединённых с рампой и электронного блока управления. Независимо от оборотов двигателя и последовательности впрыска в цилиндры, блок управления поддерживает постоянное давление (1600 – 2000 бар). Работой форсунок управляет электронный блок управления. Также он рассчитывает оптимальный момент и длительность впрыска на основании данных, которые поступают на него от всевозможных датчиков. Форсунки бывают электромагнитные или пьезоэлектрические. Последние более предпочтительны, так как у них высокая скорость срабатывания и точность дозирования топлива. В системе питания дизельного двигателя Common Rail форсунки работают в много-импульсном режиме, что позволяет в течение одного цикла производить до семи впрысков.  При этом в камере сгорания сжатое топливо сгорает плавно и полностью, что приводит к значительному уменьшению токсичности выхлопных газов, а это, в свою очередь, очень важно для дизельных двигателей.