0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое дизельный двигатель с прямым впрыском

Что такое непосредственный впрыск?

Непосредственный впрыск топлива в цилиндры — это новая технология, позволяющая бензиновым двигателям сжигать топливо более эффективно, увеличивая мощность, уменьшая вредность выбросов в атмосферу и увеличивая экономичность двигателя.

Как непосредственный впрыск работает:
Бензиновые двигатели работают на смеси топлива с воздухом, которая засасывается в цилиндр, сжимается поршнем и воспламеняется электрической свечой; в результате продукты горения давят на поршень, заставляя его двигаться вниз, производя работу. Традиционная (не прямая) система образования топливно-воздушной смеси в камере вне цилиндра, называется- коллекторная. В непосредственной системе, воздух и бензин смешиваются непосредственно в цилиндре, путем подачи бензина через специальную форсунку.

Преимущества непосредственного впрыска:
Объединяясь с ультрасовременными компьютерами, непосредственный впрыск позволяет более точно подавать топливо. Расположение инжекторов также позволяет наиболее оптимально распылять топливо, как туман, без образования капель. Результат- более полное сгорание, другими словами, больше бензина сгорит, что переводится, как , больше мощности и меньше загрязнения с каждой капли бензина.

Недостатки непосредственного впрыска:
Основные недостатки- сложность и стоимость. Эти системы дороги в производстве потому, что их компоненты должны быть более крепкими- они имеют дело с топливом при давлении значительно большем, чем при обычном способе смесеобразования. К тому же форсунки сами должны быть способными выдержать температуру и давление в цилиндрах двигателя.

Насколько мощнее и эффективнее непосредственный впрыск:
Компания Кадиллак продает модель CTS с двумя версиями смесеобразования на их V6- 3,6 литра. Предкамерное смесеобразование дает 263 л.с., в то время как непосредственный впрыск уже 306 л.с. Несмотря на дополнительную мощность, экономия топлива составляет 1 миля/галлон в городе, хотя равно на трассе. Другое преимущество: Кадиллак с непосредственным впрыском работает на 92 бензине, в то время как Infiniti и Lexus, которые используют 300 л.с. V6 с предкамерным смесеобразованием, требуют 95 бензин.

Возвращение интереса к непосредственному впрыску:
Эта технология существует с середины 20 века; однако только некоторые автопроизводители адоптировали ее для массового производства автомобилей. Электронно-контролируемый предкамерный впрыск делал замечательно свою работу и предлагал огромные преимущества перед карбюраторными автомобилями, которые доминировали на рынке до 80-х годов прошлого столетия. Однако, недавние установление космических цен на топливо и строжайшая топливная экономия и контроль вредных выбросов в атмосферу, толкнуло многих автопроизводителей развивать систему непосредственного впрыска. Это легко увидеть вокруг нас, на многих машинах пишут NeoDi, GDI, D4, Common Rail и т.д.

Дизели и непосредственный впрыск:
Виртуально можно сказать, что все дизели используют эту систему. Однако, потому что дизели используют другие процессы для воспламенения топлива (в отличии от бензинового двигателя, топливо в дизельном двигателе воспламеняется от давления и температуры), их система впрыска отличается по конструкции и способу управления от бензинового непосредственного впрыска. Благодаря новым технологиям, компания Mazda сняла стереотип, как самых грязных двигателей, с дизелей. Вполне возможно, что они вскоре вновь займут полноправное место на улицах Токио.

Принцип работы и устройство дизельных форсунок

Форсунка (в обиходе механиков и автолюбителей эта деталь часто называется инжектором) – это ключевой элемент современного дизельного двигателя. Ее основная цель – эффективно подавать топливо в камеру сгорания, предварительно дозировав и распылив необходимый объем. С учетом достаточно сложных условий эксплуатации дизельных моторов (высокая температура и давление) от качества изготовления составных элементов инжектора и совершенства конструкции во многом зависит эффективность работы всего силового агрегата. Чтобы контролировать исправность мотора, надо прежде всего понять устройство и принцип работы форсунки дизельного двигателя. Совместно со специалистами центра по обслуживанию моторов постараемся рассмотреть основные моменты, классификацию и различия в конструкции инжекторов.

Назначение

Наличие в конструкции силового агрегата топливных форсунок характерно не только для дизельных, но и для бензиновых двигателей. Это связано с принципом работы установки, в которой предусмотрена эффективная система прямого впрыска топлива в камеры сгорания. Воспламенение топливно-воздушной смеси осуществляется под воздействием высокого давления. На практике эффективность работы у дизельных форсунок гораздо выше, чем у аналогичных бензиновых инжекторов.

Логично предположить, что высокий КПД двигателя, работающего на дизельном топливе, возможна только при использовании качественных комплектующих, способных обеспечивать своевременную подготовку и подачу топливной смеси внутрь камеры сгорания. Вот основные задачи, которые выполняет инжектор:

  • Непосредственный впрыск дизтоплива в камеру сгорания.
  • Дозировка необходимого объема горючего, которое позволяет обеспечить заданную мощность силового агрегата.
  • Распыление топлива, что гарантирует более эффективное и полное сжигание смеси.
  • Герметичность системы.

Устройство дизельных форсунок

Сегодня производители дизельных авто активно пользуются внушительным количеством инжекторов, различающихся по конструкции и принципу работы. Несмотря на ряд различий, каждое из устройств состоит из одинаковых деталей и элементов. К таковым следует отнести:

  • Корпус, где размещены основные детали и элементы агрегата.
  • Распылитель в форме иглы. Этот элемент отвечает за распределение топлива в надпоршневом пространстве двигателя.
  • Плунжер. Металлический стержень, который за счет движения внутри корпуса создает необходимый уровень давления.
  • Пружина запирания, отвечающая за фиксацию иглы в рабочем положении.
  • Штуцер подвода горючего в дизельную форсунку.
  • Управляющий клапан, позволяющий эффективно решить сразу две задачи – дозировать топливную смесь и устанавливать регулярность впрыскивания в камеру сжигания.
  • Фильтр очистки топлива. Ключевой элемент общей системы очистки в дизельном силовом агрегате.
  • Штуцер обратного отвода. Отвечает за то, чтобы убрать из форсунки остатки топлива, не попавшие в камеру сжигания.

При производстве форсунок изготовители обязательно предусматривает наличие электронного блока управления. В него входят автоматические датчики и приборы контроля, которые непрерывно следят за процессами, протекающими в устройстве, обеспечивают эффективную работу инжектора и силового агрегата в целом.

Читать еще:  Что такое форкамерный дизельный двигатель

Механические форсунки: устройство и принцип работы

Система питания топливом дизельного двигателя с форсунками с механическим управлением – одна из разновидностей, встречающаяся в современных авто. В топливный насос высокого давление поступает горючее из бака, за счет работы подкачивающего насоса создается необходимое давление, которое и прокачивает смесь по топливопроводам.

Насос высокого давления отвечает за распределение и нагнетание топливной смеси в магистрали, которые ведут к механической форсунке. Она открывается для впрыска порции горючего в цилиндры под давлением. После снижения давления механизм закрывается. У простого механического инжектора упрощенная конструкция: корпус, распылитель, игла и одна пружина. Запорная игла свободно двигается по направляющему каналу. Сопло плотно перекрыто в тот момент, когда ТНВД не создает рабочее давление. В нижней части игла опирается на коническое уплотнение распылителя, а прижим осуществляется за счет пружины, закрепленной сверху устройства.

Распылитель – один из ключевых элементов в устройстве механического инжектора. Он может иметь различное количество отверстий и различаться способом регулировки объема топлива в камеры сгорания. У простых дизельных двигателей с разделенной камерой сгорания обычно распылитель имеет одно отверстие и иглу. Более совершенные силовые агрегаты с системой непосредственного впрыска топлива оснащаются форсунками с несколькими распылительными отверстиями – от 2 до 6 в зависимости от модели авто.

Способ и интенсивность подачи топливной смеси напрямую связаны с конструкцией распылителя, т.к. существует два варианта работы:

  • Перекрытие каналов.
  • Перекрываемый объем.

Первый тип предполагает, что подача горючего прекращается за счет перекрытия каждого отверстия иглой форсунки. Во втором случае игла перекрывает не отверстие, а образовавшуюся в нижней части распылителя камеру. Под воздействием давления, нагнетаемого топливным насосом, игла поднимается, а топливо проникает в корпус под образовавшейся ступенькой. В тот момент, когда давление поступаемого топлива становится выше исходного усилия прижимной пружины, игла начинает двигаться вверх, открывая канал распылителя. Топливо под давлением проходит этот участок и распыляется в камеру сгорания в форме факела.

После этого часть горючего, поданного ТНВД, попадает в камеру сгорания. Давление на ступеньке иглы снижается, усилия пружины возвращают ее в исходное рабочее положение и перекрывают канал. Это позволяет исключить поступление дизтоплива в распылитель.

Электромеханические форсунки

В дальнейшем производство систем топливоподачи для дизельных моторов только совершенствовалось, что привело к появлению на рынке форсунок, у которых топливная смесь подается в камеру сгорания за счет комбинированного электромеханического воздействия. Различие заключается в том, что в таком инжекторе игла форсунки перемещается не под воздействием давления от ТНВД, а за счет управляемого электромагнитного клапана. Этот элемент контролируется электронным блоком управления двигателя, поэтому без соответствующего сигнала топливная смесь не может попасть в распылитель.

ЭБУ является ключевым элементом системы распределения, который отвечает за момент и длительность топливного впрыска в камеру сгорания. Именно блок управления дозирует количество топлива за счет подачи определенного количества импульсов на клапан. Рабочие параметры импульсов зависят от частоты вращения коленчатого вала, режима работы и температуры силового агрегата и других исходных параметров.

К примеру, в системе топливоподачи Common Rail форсунка электромеханического типа способна осуществлять подачу топливной смеси за счет нескольких раздельных импульсов. За один цикл солярка впрыскивается в камеру сгорания до 7 раз. Такой режим работы дизельной форсунки позволяли существенно увеличить давления впрыска и улучшить КПД системы. За счет того, что топливо подается дозированно, давление газов на поршень меняется плавно. Смесь распределяется по цилиндрам мотора более равномерно, лучше распыляется и эффективнее сгорает.

За счет такого подхода производителям удалось полностью перераспределить задачу по управлению впрыском с традиционного ТНВД на усовершенствованный ЭБУ. Система впрыска с электронным управлением работает более слаженно и точнее, за счет чего дизельный силовой агрегат становится более экономичным, экологичным (топливо сгорает лучше) и одновременно мощным. Уменьшилась степень вибраций и шумов в процессе работы, общий эксплуатационный ресурс мотора стал намного больше.

Принцип работы насоса-форсунки

Дизельная насос-форсунка – это особенный вид системы питания силового агрегата, в которой отсутствует ТНВД. Принцип работы заключается в том, что насос низкого давления на первом этапе подает топливо напрямую к инжектору, в котором предусмотрена плунжерная пара для создания необходимого рабочего давления. В дальнейшем этот элемент приводится к действие за счет прямого воздействия кулачков распределительного вала. Такая система впрыска топлива обеспечивает более эффективное распыление за счет создания повышенного давления.

Как отмечают конструкторы и механики, отсутствие топливного насоса высокого давления не ухудшили характеристики дизельного мотора. Наоборот, силовой агрегат стал более компактным, а часть его мощности перестала расходоваться на постоянное вращение ТНВД. Инжекторы системы насос-форсунки позволяют подавать топливо всего за два импульса благодаря усовершенствованному электрическому клапану.

Общий принцип работы такого механизма схож с механическим инжектором с двумя пружинами. Сначала осуществляется подвпрыск, а потом в цилиндр поступает основная порция топлива. Система максимально точно выбирает момент начала впрыска и эффективнее дозирует горючее. За счет этого обеспечивается экономичный расход топлива, тихий и плавный ход силового агрегата. Содержание токсичных газов в выхлопе заметно ниже, ведь топливная смесь практически полностью сгорает.

Единственным минусом такой системы видится прямая зависимость давления впрыска от частоты вращения коленчатого вала. Специалисты отмечают высокие требования к качеству моторного масла, сложность исполнения конструкции, невозможность самостоятельного ремонта и трудности с техобслуживанием. Соответственно, возрастает цена мотора и затраты на его обслуживание.

Читать еще:  Шаговый двигатель холостой ход ваз

Почему стоит ремонтировать форсунки у профессионалов?

Как видите, система впрыска топлива в дизельном двигателе – сложный механизм, каждая деталь которого имеет важное значение. Именно поэтому рекомендуем не экспериментировать, а доверить ремонт форсунок опытным специалистам. В нашем сервисном центре имеется диагностическое и ремонтное оборудование, позволяющее устранить неполадки с дизельным мотором любого авто, вне зависимости от года выпуска и комплектации. Работы проводятся в течение 1 дня, с использованием оригинальных комплектующих производителей.

Какие существуют системы подачи топлива в дизельном ДВС

Как мы знаем, в дизельном ДВС топливо воспламеняется не от внешнего источника (искра зажигания в бензиновом моторе), а в результате сильного сжатия и нагрева. При этом топливно-воздушная смесь подается и распыляется в цилиндрах под высоким давлением. С этой целью в дизелях используются разные типы систем подачи топлива.

Топливная система дизельных ДВС: основные принципы

Сначала воздух подается в цилиндр, затем сжимается, нагреваясь в процессе до экстремальных температур, и лишь к концу такта сжатия в цилиндр подается дизельное топливо. Подается таким образом: впрыскивается в камеру сгонария под высоким давлением (от 100 до 2000 атмосфер) и распыляется. Поэтому, вне зависимости от типа топливной системы дизеля, в ней всегда есть два компонента:

  • тот, что создает высокое давление – топливный насос высокого давления (ТНВД)
  • и тот, что впрыскивает и разбрызгивает горючее по камере – форсунка.

В зависимости от типа топливной системы дизельного ДВС, отличается конструкция ТНВД и устройство форсунок. Также отличаются схемы управления этими элементами и место их расположения.

Основные типы топливных систем дизеля

Наибольшее распространение получили 4 типа топливных систем дизельных моторов:

  • рядный ТНВД
  • ТНВД распределительного типа
  • насос-форсунки
  • система Common Rail

Рядный ТНВД – проверенное десятилетиями решение, которое активно применяется на грузовой и специальной технике с дизельными моторами. В основе этой системы подачи топлива находится работа плунжерной пары. Цилиндр движется в гильзе, создавая давление и сжимая топливо до необходимых показателей. Как только они достигнуты, открывается специальный клапан, подающий топливо на форсунку, которая впрыскивает его в цилиндр. Плунжер в это время движется вниз, открывает канал для впуска горючего в пространство гильзы с помощью топливоподкачивающего насоса, и цикл повторяется.

Работа самого плунжера становится возможна благодаря кулачковому валу, который приводится от мотора. Кулачки «толкают» клапана, а мкфта опережения впрыска, соединяющая ТНВД и двигатель, корректирует работу топливной системы.

Неоспоримые достоинства системы подачи топлива с рядными ТНВД – их ремонтопригодность и доступность обслуживания.

ТНВД распределительного типа конструктивно напоминает рядный топливный насос. Отличие заключается в количестве плунжерных пар. Если в рядном ТНВД одна пара идет на один цилиндр, то в распределительном работы одной плунжерной пары достаточно, чтобы обслуживать два, три, и даже шесть цилиндров. Это достигается через опцию вращения плунжера вокруг оси. Вращаясь, плунжер поочередно открывает выпускные клапана, подавая горючее на форсунки нескольких цилиндров.

Эволюция распределительных ТНВД привела к тому, что появились уже роторные топливные насосы: в них плунжеры помещаются в ротор и в процессе работы движутся навстречу двуг другу, пока ротор вращает их, распределяя тем самым топливо по камере сгорания.

Преимущество системы подачи топлива с распределительным ТНВД – компактность самого устройства. Недостатки – сложность настройки, применение схем электронного управления и корректировки работы.

Система подачи топлива в цилиндр с помощью насос-форсунок вообще исключает необходимость ТНВД как отдельного элемента. В этом случае, форсунка и насосная секция – это один узел в общем корпусе.

В результате достигается легкость регулировки подачи топлива в конкретный цилиндр, а при выходе из строя одной насос-форсунки, остальные продолжают работать, что облегчает ремонт. Конструктивно, насос-форсунки приводят в действие плунжеры распредвал ГРМ в головке блока цилиндров.

Система подачи топлива насос-форсунками распространена не только на грузовых, но и на легковых автомобилях. К недостаткам ее можно отнести высокую стоимость запчастей, а также крайнюю чувствительность к качеству дизельного топлива. Мельчайшие примеси в горючем могут легко вывести из строя насос-форсунку, что отражается на стоимости эксплуатации такого решения в личном автомобиле.

Система Common Rail стала своего рода прорывом в части решения механизма подачи топлива в дизельных ДВС. Эта система позволяет экономить топливо при высоком КПД дизеля, что и сделало ее такой популярной. Common Rail придумали инженеры Bosch еще в 90-х годах. Сегодня большинство дизельного транспорта оснащается именно Коммон Реил.

Главное отличие этой системы – наличие аккумулятора высокого давления в общей магистрали. Туда топливо нагнетается отдельным ТНВД, чтобы затем под постоянным давлением подаваться на форсунки. Именно постоянство давления дает возможность быстро и эффективно впрыскивать горючее в цилиндр. Как результат – производительная, мягкая и комфортная работа дизельного двигателя. Бонусом – упрощение конструкции самого ТНВД в системе Common Rail.

Управляется работа системы отдельным ЭБУ: группа датчиков сообщает контроллеру, сколько и как скоро нужно подать дизельное топливо в цилиндры. С другой стороны, сложность и недостаток Коммон Реил обусловлена как раз умной электроникой и принципом работы системы. Поэтому владельцам таких решений стоит выбирать качественное топливо и своевременно менять топливные фильтры.

О том, как еще продлить жизнь вашего дизельного двигателя, мы писали здесь.

Если вы в поиске качественных запчастей для своего дизельного двигателя, проверьте наш каталог

Читать еще:  271 двигатель на какие машины

Автомобильный справочник

для настоящих любителей техники

Применение дизельных двигателей

Никакие другие двигатели внутреннего сгорания не применяются так широко, как дизели. Такая популярность объяс­няется, прежде всего, их высокой эффе­ктивностью и связанной с этим эконо­мичностью.

Наиболее важны следующие области применения дизелей:

  • Стационарные силовые агрегаты;
  • Легковые и легкие грузовые авто­мобили;
  • Тяжелые грузовые автомобили;
  • Строительная и сельскохозяйствен­ная техника;
  • Тепловозы;
  • Суда.

Дизели имеют рядную или V-образ­ную компоновку. Они очень хорошо со­четаются с системами наддува воздуха, так как, в отличие от бензинового двига­теля, здесь не возникает детонации (см. статью «Система подачи воздуха»).

Основные параметры дизельных двигателей

При использовании дизеля имеют значе­ние следующие основные параметры:

  • Мощность двигателя;
  • Удельная мощность;
  • Безопасность и надежность эксплу­атации;
  • Эксплуатационные расходы;
  • Экономичность в эксплуатации;
  • Совместимость с окружающей сре­дой;
  • Комфорт;
  • Удобство компоновки в силовом отсеке.

Конструкции дизелей меняются в за­висимости от области их применения.

Стационарные силовые агрегаты

Стационарные силовые агрегаты (напри­мер, для дизель-генераторов) в основном работают с фиксированной частотой вра­щения коленчатого вала. Двигатель и сис­тема питания в этом случае должны быть оптимально согласованы дли работы в постоянном режиме.

Регулятор частоты вращения колен­чатого вала изменяет величину подачи топлива в зависимости от требуемой на­грузки. Чаще всего на стационарных аг­регатах используется аппаратура впрыска топлива с механическим регулятором.

R качестве стационарных могут также применяться двигатели легковых и грузо­вых автомобилей. В этом случае регуля­тор должен быть настроен соответствую­щим образом.

Легковые автомобили и легкие грузовики

Двигателю легкового автомобиля особенно необходимы плавность работы и хорошая «эластичность», т. е. способность развивать высокий крутящий момент в широком ди­апазоне частот вращения коленчатого вала (рис. 1 «Дизель для легкового автомобиля оснащенный системой насос форсунок«). В этой области больших успехов разработчики дизелей достигли как модер­низацией самих двигателей, так и примене­нием новых систем впрыска с электрон­ным управлением. Таким образом, зависи­мости кривых мощности и крутящего мо­мента в начале 90-х годов существенно из­менились. Благодаря этому на легковых ав­томобилях используются быстроходные дизели с частотой вращения коленчатого вала до 5500 мин -1 , гамма которых прости­рается от 10-цилиндрового двигателя рабо­чим объемом 5000 см 3 для автомобилей высшего класса до 3-цилиндрового рабо­чим объемом 800 см 3 для малолитражных автомобилей. Сегодня дизели легковых ав­томобилей в Европе оснащаются только системами непосредственного впрыска то­плива, так как расход горючего у них при­мерно на 15-20% меньше, чем у дизелей с разделенными камерами сгорания.

Рис.1 : 1. Привод клапанов; 2. Насос-форсунка; 3. Поршень с пальцем и шатуном; 4. Охладитель наддувочного воздуха; 5. Насос системы охлаждения; 6. Цилиндр.

Эти агрегаты, почти повсеместно снабженные турбонагнетателями, разви­вают более высокий крутящий момент, чем аналогичные по рабочему объему бензиновые двигатели. Максимально возможная величина крутящего момента зависит в большинстве случаев от транс­миссии автомобиля и не определяется па­раметрами двигателя.

Все более жесткие ограничения по нормам токсичности отработавших газов и постоянный рост мощности обу­словили применение систем впрыска топ­лива с очень высоким рабочим давлением. Растущие ограничения содержания вред­ных веществ в отработавших газов требуют от разработчи­ков дизелей дальнейшего совершенство­вания конструкции, поэтому в будущем, особенно в области нейтрализации отработавших газов, следует ожидать новых изменений.

Тяжелые грузовые автомобили

Для тяжелых грузовых автомобилей пре­жде всего важна экономичность, поэто­му здесь необходимо применять только дизели с системой непосредственного впрыска топлива (рис. 2 «Дизель тяжелого грузового автомобиля«), Частота враще­ния коленчатого вала этих двигателей до­стигает величины 3500 мин -1 .

Рис. 2. : 1. Генератор; 2. Форсунка; 3. Аккумулятор топлива; 4. ТНВД.

Ограничения норм токсичности отработавших газов для грузовых автомобилей также стано­вятся все более жесткими. Это означает

как высокие требования к существую­щим системам впрыска, так и необходи­мость разработки новых систем очистки и нейтрализации отработавших газов.

Строительная и сельскохозяйствен­ная техника

В области строительных и сельскохозяйст­венных машин дизель давно нашел много­образное применение. При определении параметров этих моторов, кроме особенно высокого значения экономичности, разра­ботчики обращают внимание на проч­ность, надежность и удобство обслужива­ния. Максимальная мощность и оптимиза­ция шума здесь имеют меньшее значение, чем, например, на легковых автомобилях. На строительной и сельскохозяйственной технике используются дизели самой разно­образной мощности — от 3 кВт до вели­чин, превышающих значения, характерные для тяжелых грузовых автомобилей.

В строительных и сельскохозяйственных машинах по многих случаях вес еще применяются системы впрыска с механи­ческим регулятором. В отличие от других областей, где используются преимущест­венно двигатели жидкостного охлажде­ния, здесь широко распространена на­дежная и простая в эксплуатации система воздушного охлаждения.

Тепловозы

Двигатели тепловозов конструктивно по­хожи на более крупные корабельные дизе­ли, что обусловлено, в частности, длитель­ным сроком их эксплуатации. Кроме того, они должны в крайнем случае работать на дизельном топливе худшего качества. Их типоразмеры охватывают область от боль­ших дизелей грузовых автомобилей до средних судовых силовых агрегатов.

Требования к судовым дизелям сильно различаются в зависимости от области применения. Имеются агрегаты высокой мощности, например для морских или спортивных катеров. В этом случае приме­няются четырехтактные среднеоборотные двигатели с частотой вращения коленчато­го вала до 1500 мин имеющие до 24 ци­линдров (рис. 3 «Судовой двигатель с индивидуальными ТНВД«).

Рис. 3. : 1. Нагнетатель воздуха; 2. Маховик. а — мощность двигателя; Ь — кривая сопротивления движению; v — граница полной нагрузки.

С другой стороны, боль­шие двухтактные двигатели, имеющие высокую экономичность, находят примене­ние в условиях длительной эксплуатации.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector