В зависимости от режима работы и нагрузки дизельного двигателя автомобиля ему требуются различные объёмы топлива. За его чёткое распределение по цилиндрам, а также за обеспечение запаса топлива и его очистку, отвечает система питания дизельного двигателя и ТНВД. В двигателе топливо подвергается воздействию высокой температуры, превышающей температуру его возгорания. Такое нагревание возникает вследствие высокого давления, оказываемого цилиндрами на всасываемый ими извне воздух. В этом состоит важная особенность работы дизельного двигателя и основное его отличие от карбюраторного мотора.
Дизельное топливо состоит из смеси соляровых, керосиновых и газойлевых фракций. Эта смесь под давлением впрыскивается в горячий сжатый воздух в момент приближения поршня к верхней точке. Возгорание дизельного топлива происходит без участия свечей зажигания. Нагревание сжатого воздуха до высоких температур (около +600 °С) при холодном двигателе обеспечивается свечами накаливания, которые находятся в вихревых камерах двигателя. Существует возможность ускорить запуск двигателя в холодном состоянии либо автоматически, либо принудительно при использовании кнопки на приборной панели.
Очистка от воды и грязи происходит в специальном фильтре при засасывании дизельного топлива из топливного бака под высоким давлением. Обязательным условием подачи топлива является отсутствие воздуха в системе питания. Топливо равномерно распределяется по цилиндрам под воздействием давления ТНВД. Нажатием на педаль газа можно контролировать объём впрыскиваемого топлива. Перед тем, как попасть в цилиндр, дизельное топливо через форсунки поступает в предкамеру. Конструкция двигателя включает магнитный клапан. Его наличие обусловлено принципом работы дизельного двигателя – ему не требуется зажигание, цикл продолжается после отключения системы накального зажигания, при этом на клапане исчезает напряжение и закрывается канал подачи топлива.
В грузовом автомобиле, таком как КамАЗ-740, систему питания дизельного двигателя составляют следующие элементы: топливный бак, фильтры для тонкой и грубой очистки воздуха, насосы для подкачки и впрыска топлива, трубопроводы высокого и низкого давления, форсунки, воздушный фильтр, и выпускной газопровод, снабжённый глушителем шума.
С помощью топливоподкачивающего насоса топливо поступает из бака в систему питания дизельного двигателя через фильтры, в которых происходит грубая и тонкая очистка. Для транспортировки топлива служат магистрали низкого и высокого давления. Первая из них обеспечивает хранение и фильтрацию топлива, и его доставку под низким давлением к насосу более высокого давления. По второй осуществляется подача топлива в цилиндры двигателя. ТНВД подаёт топливо по соответствующей магистрали к головкам цилиндров, в которых расположены форсунки. Благодаря ним в определённый момент происходит впрыскивание топлива и его распыление в камерах сгорания. При подкачке из бака топливо с избытком поступает в ТНВД. Лишнее его количество вместе с попавшим в систему питания воздухом возвращается в топливный бак по дренажным трубопроводам.
Важнейшим элементом системы питания дизельного двигателя является топливный насос высокого давления (ТНВД). В его задачи входит распределение топлива и равномерная подача его к форсункам в соответствии с режимом работы цилиндров. Подаётся топливо определёнными порциями под высоким давлением. ТНВД состоит из секций, количество которых соответствует числу цилиндров. Внутри корпуса каждой секции находятся поворотная втулка, плунжер и гильза (втулка плунжера) с прижатым к ней штуцером, через прокладку, нагнетательным клапаном.
Топливный насос высокого давления (ТНВД) работает по следующей схеме. Пружины и кулачок вала приводят в действие плунжер. Двигаясь возвратно-поступательно, он выполняет различные функции в зависимости от положения. При нисходящем движении плунжера происходит заполнение топливом внутреннего пространства гильзы. Затем насос низкого давления передаёт топливо через подводящий канал и впускное отверстие корпуса насоса в пространство над плунжером. Далее плунжер движется вверх, и до того момента, как его верхняя кромка перекроет впускное отверстие втулки, топливо возвращается в подводящий канал. Как только впускное отверстие оказывается перекрытым, топливо, вследствие возросшего давления, начинает преодолевать воздействие пружины и, проникая между гильзой и плунжером, поднимает клапан и оказывается в топливопроводе.
При движении плунжера вверх возникает давление, превышающее создаваемое пружиной форсунки. Это приводит к тому, что игла форсунки смещается вверх и происходит впрыскивание топлива в камеру сгорания. Топливо подаётся, пока кромка плунжера не освободит выпускное отверстие втулки. После этого давление над плунжером значительно снижается, действие пружины приводит к закрытию нагнетательного клапана, и появляется зазор между пространством над плунжером и топливопроводом высокого давления. Затем плунжер движется вверх, что заставляет топливо перетекать в сливной канал. При своём перемещении топливо следует по винтовой кромке плунжера и продольному пазу. Подачу топлива в форсунку обеспечивают зубчатая рейка, втулка и связывающий поводок, они же регулируют количество топлива. В соответствии с углом поворота плунжера меняется расстояние, проходимое им между его крайними положениями (от закрытия впускного отверстия до открытия выпускного), и, соответственно, меняется длительность впрыскивания топлива в цилиндры.
Прекращение подачи топлива приводит к остановке двигателя автомобиля. При этом с помощью рейки плунжер устанавливается в такую позицию, чтобы канавка совместилась с выпускным отверстием, обеспечив отвод топлива в бак при подъёме плунжера.
Поддержка определённой частоты вращения коленчатого вала осуществляется её регулятором в автоматическом режиме под воздействием кулачкового валика. Регулятор расположен в развале корпуса ТНВД. При работе двигателя с частотой вращения вала, соответствующей определённой позиции педали подачи топлива, происходит уравновешивание центробежных сил грузиков регулятора действием пружин. При повышении частоты вращения коленчатого вала грузики регулятора начинают преодолевать сопротивление пружины и перемещают рейку ТНВД в положение, при котором сокращается подача топлива. Таким образом, чем меньше нагрузка на спуске, тем выше частота вращения коленчатого вала и меньше подача топлива. Соответственно, чем ниже частота вращения вала, тем топлива поступает больше. Это объясняется тем, что при снижении частоты вращения вала снижается центробежная сила грузиков, и действие пружины перемещает рейку в положение, повышающее подачу топлива.
Регулировать момент впрыскивания топлива в соответствии с частотой вращения коленчатого вала позволяет автоматическая муфта. Изменение момента впрыскивания топлива позволяет повысить экономичность работы дизельного двигателя и улучшить его пусковые качества. Существуют ведомая и ведущая полумуфты. Ведомая крепится на переднем конце кулачкового валика ТНВД. Ведущая полумуфта установлена на ступице ведомой и имеет возможность поворачиваться на ней. Между полумуфтой и ступицей расположена втулка. Промежуточная распределительная шестерня посредством вала с эластичными соединительными муфтами приводит в действие ведущую полумуфту. Ведомая полумуфта соединена с полуосями, на которых расположены два груза. Раскачивание их в перпендикулярной оси муфт плоскости приводит к вращению ведомой полумуфты. С двух краёв приставка ведущей полумуфты ограничена пальцем груза и профильным выступом. Грузы удерживаются во втулке ведущей полумуфты с помощью пружины. При повышении частоты вращения коленчатого вала дизельного двигателя ведомая полумуфта поворачивается в сторону вращения кулачкового валика. Это приводит к возрастанию угла опережения впрыска топлива. Уменьшение частоты вращения приводит к обратному эффекту
Для впрыскивания дизельного топлива в камеру сгорания и его распыления с равномерным распределением по всему её объёму служат форсунки. Распылитель является главным их элементом. Одно или несколько отверстий распылителя позволяют формировать факел впрыскиваемого топлива. Форсунки бывают открытого и закрытого типов. Отличительной особенностью форсунок закрытого типа является закрытие сопловых отверстий запорной иглой, из-за чего сообщение внутренней полости в корпусе распылителей форсунок с камерой сгорания происходит только во время впрыскивания топлива. Такие форсунки используются в четырёхтактных дизелях.
Для увеличения мощности дизельного двигателя возможна подача под давлением некоторого объёма воздуха в цилиндр. Такая процедура называется турбонаддувом, и требует установки турбокомпрессора на выхлопных газах.
Оснащение турбокомпрессором повышает экономичность дизельных двигателей.
Вал турбокомпрессора размещает на себе два турбинных колеса в отдельных корпусах. Выхлопные газы двигателя приводят в действие турбинные колёса, которые разгоняют вал. Роторы выхлопных газов и свежего воздуха располагаются на одном и том же валу. Благодаря этому обороты нагнетания свежего воздуха в цилиндры и обороты отвода выхлопных газов совпадают. При работе турбокомпрессора с повышением мощности дизельного двигателя возрастает крутящий момент. Для максимальной эффективности работы двигателя необходима достаточная степень наполнения, которую обеспечивает вращение вала компрессора с определённой скоростью, обычно не менее 3000 об/мин.
