Системи упорскування дизельних двигунів
Особливості роботи паливної системи дизельного двигуна
Головна особливість дизельного двигуна полягає в тому, що в ньому використовується принцип самозаймання палива під дією стисненого та нагрітого в циліндрі повітря. Для успішного займання необхідно провести подачу палива в циліндр приблизно в кінці такту стиснення, а так як повітря в циліндрі сильно стиснуте, паливо теж має бути подано під високим тиском - на практиці в різних двигунах паливо впорскується під тиском від 100 до 2500 атмосфер.
З іншого боку, мало просто подати паливо в циліндр - це необхідно зробити так, щоб забезпечити найкращі умови для самозаймання та найбільш повного згоряння. Найпростіший і найефективніший спосіб — розпорошити паливо в циліндрі за допомогою форсунки.
Таким чином, у дизельних двигунах використовуються системи упорскування палива, і всі вони, незалежно від типу, мають два основні компоненти: паливний насос високого тиску (ТНВД) та форсунки. А відмінності систем полягають у пристрої насоса та форсунок, їх розташуванні та наявності додаткових компонентів.
Системи упорскування дизельних двигунів
Існує кілька типів систем упорскування дизельних двигунів, серед яких найбільшого поширення набули такі:
- системи з рядним ТНВД; - Системи з ТНВД розподільчого типу; - Системи з насос-форсунками; - Акумуляторні системи типу Common Rail («Загальна магістраль»).
При цьому всі системи мають велику кількість різновидів, проте ми розповімо лише про найпопулярніші типи.
Рядний ТНВД
Рядний ТНВД — найпростіше рішення, яке активно використовується протягом багатьох десятиліть і навіть сьогодні має високу популярність. Порівняно зіншими системами, рядний насос громіздкий і важкий, тому він широко використовується лише на потужних автомобільних та тракторних двигунах.
Основу рядного ТНВД складають плунжерні пари, число яких дорівнює числу циліндрів. У загальному випадку, плунжерна пара являє собою суцільнометалевий циліндр (плунжер), що рухається в гільзі. Рухаючись вгору, плунжер стискає паливо, після досягнення певного тиску відкривається нагнітальний клапан, який випускає стиснене паливо — воно прямує до форсунки, якою впорскується в циліндр. Рухаючись у зворотний бік, плунжер відкриває впускний канал і простір над ним наповнюється новою порцією палива. Для заповнення плунжерної пари паливом служить спеціальний насос, що підкачує.
Плунжери рухаються кулачковим валом за типом розподільчого валу двигуна. Вал приводиться в рух двигуном, ТНВД пов'язаний з двигуном через муфту випередження упорскування, що дозволяє налаштовувати роботу насоса в залежності від оборотів та тактів двигуна.
Розподільний ТНВД
ТНВД розподільчого типу з пристрою в цілому повторює рядний ТНВД, проте в ньому використовується тільки одна або дві пари плунжерних (одна пара може обслуговувати від 2 до 6 циліндрів). Принцип роботи розподільчого насоса зводиться до того, що плунжер рухається не тільки вгору і вниз, а й одночасно обертається навколо осі та по черзі відкриває випускні отвори, через які паливо під тиском подається до циліндрів.
Більш сучасний та ефективний тип розподільчого ТНВД – роторний. У ньому використовується ротор із встановленими плунжерами (від 2 до 4, вони рухаються назустріч один одному), який обертається та розподіляє паливо по циліндрах.
Розподільний насос компактний ілегкий, проте він вимагає ретельнішого налаштування, тому сьогодні для його управління широко застосовуються електронні регулятори.
Насос-форсунка
Назва «насос-форсунка» говорить сама за себе — в ній об'єднані форсунка та насосна секція, в основі якої лежить та сама плунжерна пара. Перевага такого рішення в тому, що воно дозволяє легко регулювати подачу палива в кожен циліндр, а при виході з ладу одного насоса решта залишиться в строю.
Насос-форсунка має велику перевагу, тому що керувати нею можна за допомогою розподільного валу двигуна, який розташований в голівці циліндрів, тобто там, де і форсунки. Отже, тут не потрібно використовувати окрему систему приводу, а достатньо використовувати вже наявний вал ГРМ.
Насос-форсунка досить широко використовується на дизельних двигунах вантажних автомобілів, а також двигунах позашляховиків.
Common Rail
Common Rail - найсучасніша система упорскування палива, яка може забезпечити найкращі характеристики роботи двигуна. Ця система стала використовуватися з кінця 1990-х років компанією Bosch, і до сьогоднішнього дня нею оснащується майже три чверті всіх дизельних двигунів, що сходять з конвеєрів.
Відмінна риса Common Rail – наявність так званого акумулятора, в якому паливо знаходиться під постійним високим тиском і з нього подається до форсунок. Акумулятор - це загальна паливна магістраль (це відображено в назві Common Rail, що перекладається з англійської, як "загальна магістраль") або паливна рампа, на яку паливо нагнітається за допомогою ТНВД.
Наявність акумулятора дозволяє значно покращити упорскування палива через форсунки (оскільки вони працюють під постійним тиском ітільки відкриваються у необхідні моменти, причому за один такт може проводитися до 9 впорскування), а також спростити ТНВД та інші деталі системи упорскування.
На сучасних двигунах Common Rail повністю управляється електронікою. Блок управління на основі даних з декількох датчиків визначає кількість палива, що подається, моменти його подачі в циліндри і т.д. Це дозволяє досягти найкращої роботи двигуна та знизити його токсичність на всіх режимах.
Права на технологію Common Rail належать компанії Bosch.