Обзор систем впрыска дизельных двигателей
12.10.2015 / 25.04.2018 • 6940 / 2535Можно долго и нудно объяснять принцип действия различных систем впрыска применяемых в моторостроении, принцип работы самого двигателя и системы его управления. Из той информации – реально для владельца важна лишь 1/10 часть: количество потребляемого топлива на 100 км пути, вид установленной на моторе системы впрыска топлива, мощность мотора, «живучесть» системы и, если всё же потребуется, стоимость ремонта/новой детали.
На сегодняшний день в моторостроении применяется несколько систем впрыска топлива от 5 основных производителей, представленных в нашей стране. Это компании BOSCH, ZEXEL(Diesel-Kiki), DENSO(NIPPON-DENSO), DELPHI(Lucas), Continental/VDO(Siemens).
Львиную долю рынка занимает концерн BOSCH (Германия) — «пионеры» в серийном производстве топливной аппаратуры (с 1925 г.
1927 г. Топливный насос для легкового автомобиля Stoewer. При объеме 2.6 литра этот мотор развивал 27 л.с. примерно 20 кВт.
Данная конструкция ТНВД (PE –type) дожила до наших дней, претерпев множество изменений.
Топливный насос для автомобиля MAN TG-A. Мощность 460 л.с. (345 кВт). На данный момент является конечным этапом развития ТНВД с рядной компоновкой. В отличие от предыдущих поколений механизм опережения встроен в корпус. Имеет электромеханическое управление количеством впрыска и углом начала впрыска.
Но в связи с невозможностью обеспечить всё более ужесточающиеся экологические требования, дальнейшая модернизация не проводится. Концерн разработал за прошедший век топливные насосы различных конструкций.
Примерно в те же годы развивается и основной конкурент BOSCH — LUCAS CAV (Великобритания). Создаются и разрабатываются конструкции,
принципиально отличающиеся, но выполняющие функции такие же как и немецкие
аналоги.
В начале 2000 года фирма LUCAS CAV была приобретена американским концерном DELPHI. Продукция концерна поставляется многим автопроизводителям.Бренд ZEXEL появился в 1939 году, когда японская фирма DIESEL KIKI купила лицензию у BOSCH на производство дизельных топливных насосов высокого давления, и с помощью немецких специалистов организовала их выпуск. В 1990-м году, компания производящая продукцию под маркой Zexel, стала называться Zexel Corporation. В 2000-м году была реорганизована под названием Bosch Automotive Systems Corporation (RBAJ), то есть стала японским отделением корпорации BOSCH. Топливная аппаратура данного производителя хотя и повторяет модельный ряд BOCSH, но имеет ряд конструктивных особенностей. Таких, как система электромеханических регуляторов.
Свою историю компания DENSO начала в 1949 году под названием Nippon Denso.
В 1996 она была преобразована в корпорацию DENSO,
так как предыдущее название переводилось с японского языка, как
«Японские электронные запчасти», что не соответствовало достигнутому
уровню развития компании, которая расширила рынок продаж своих
комплектующих, кроме Японии, на рынки Европы, Америки и Азии. Долгое
время компания производила распределительные насосы по лицензии
Компания SIEMENS AG/VDO представлена на российском рынке в основном системами Common Rail.
Принципиальным отличием от остальных производителей является
использование управляющего элемента из пьезокристаллического пакета.
Это повышает скорость срабатывания управляющего элемента в несколько
раз, в сравнении с индуктивными элементами.
Ещё одна компания, активно присутствующая на российском рынке – MOTORPAL(Чехия). Данная фирма выпускает рядные ТНВД для спецтехники и сельхозтехники, а так же Газель (механические насос-форсунки) и УАЗ Hunter(рядный ТНВД). Компания активно проводит разработки альтернативы системе Common Rail (TIER 3).
Ну, вот с производителями ТНВД мы определились, теперь попробуем определиться «что за зверь такой создает давление?».
Рядные ТНВД (PE – type) классификация Bosch
Из названия класса – расположение насосных секций в ряд, по одной на
каждый цилиндр. Имеет собственный корпус, кулачковый вал, систему
изменения цикловой подачи в зависимости от изменения режима нагрузки на
двигатель (центробежный и/или всережимный регулятор), автомат опережения
впрыска, топливоподающий насос. В более поздних версиях механические
регуляторы уступили место электромеханическим (RE – type).
Распределительные ТНВД (VE – type)
Класс ТНВД применяемый в основном на легковых автомобилях и легком коммерческом транспорте. Имеют один плунжер, могут поддерживать работу от 2 до 6 цилиндров. Плунжер, двигаясь аксиально – создает давление, одновременно вращаясь – распределяет топливо под высоким давлением по цилиндрам. В корпусе конструктивно объединены несколько систем: Приводной вал, топливоподающий насос, центробежный и всережимный регуляторы, автомат опережения впрыска, механизм коррекции цикловой подачи по давлению наддува или в зависимости от положения над уровнем моря, автомат облегчения старта. Несмотря на весьма обширный список устройств, все они расположены в одном корпусе, довольно малого размера и веса. С 1986 года применяются как механические регуляторы, так и электромеханические.
Распределительные ТНВД DP(A/C) –type(VP44/VRZ)
Данный тип был разработан фирмой Lucas CAV.
Принципиальным отличием от Bosch VE является использование 2, 3 или 4
радиально движущихся навстречу друг другу плунжеров.
Насос-форсунки (PDE/UIS)
Данная система объединяет в одном корпусе насосную секцию и форсунку. Привод насосной секции осуществляется от распределительного вала двигателя. Регулировка подачи
топлива осуществляется как с помощью зубчатой рейки (регулятор
установлен на двигателе), так и с помощью электромагнитного клапана. В 
Индивидуальные насосы (PLD/UPS)
Насосная секция в данной системе, как и в предыдущей, приводится в действие от распределительного вала двигателя (при установке непосредственно в ГБЦ), так и от отдельного кулачкового вала (при установке в отдельный корпус). Для впрыска топлива в цилиндры применяется обычная форсунка. Различие с традиционными системами впрыска состоит в том, что применяется короткая трубка высокого давления с минимальными изгибами, в свою очередь это позволяет добиться более стабильных результатов. Для регулирования количества подачи применяется как зубчатая рейка, так и электроклапан. Наиболее широко эта система применяется на строительной технике и грузовых автомобилях. Таких как DAF XF95, MERSEDES Atego/Actros, RENAULT Magnum.
Common Rail (общая дорога (англ.)). Аккумуляторная система впрыска
На данный момент система является вершиной эволюции ТПА. За счет
увеличения давления впрыска (до 2000 бар.
) удалось добиться снижения
расхода топлива, снижения токсичности выхлопа (за счет выполнения до 9
впрысков за один рабочий такт в цилиндре). Топливные насосы производства BOSCH, DENSO и SIEMENS
Источник: http://dizel-ryazan.ru
Рекомендуем посетить раздел:
Common Rail ТНВД | Diesel-Pro
Устройство и принцип действия
Система Common Rail – это система впрыска топлива под высоким давлением. Ее называют также аккумуляторной системой впрыска.
Понятие «Common Rail» означает дословно «общая рейка» или «общая рампа», под которой подразумевается общий для всех форсунок топливный аккумулятор высокого давления. В этой системе разделены процессы подачи топлива под высоким давлением и процессы впрыска. Необходимая для впрыска подача топлива под высоким давлением производится специальным насосом высокого давления. Топливо накапливается в аккумуляторе высокого давления, из которого оно подводится через короткие трубопроводы к форсункам. К премуществам системы Common Rail относятся: практически свободный выбор давления впрыскивания для каждого режима работы двигателя, возможность впрыска топлива под высоким давлением при низких частотах вращения вала двигателя и при частичных нагрузках, управляемое начало впрыска с подачей предварительной дозы, отделенной от основной порции топлива.
Устройство
Топливная система состоит из двух контуров: контура низкого давления, включающего электронасос в топливном баке, компенсационный бачок, топливный фильтр и шестеренный насос, и контура высокого давления, включающего насос высокого давления, аккумулятор (Rail), форсунки и предохранительный клапан.
Включенные в контур низкого давления электронасос и шестеренный насос обеспечивают подачу топлива из бака через компенсационный бачок и фильтр к насосу высокого давления. Этот насос подает топливо в аккумулятор (Rail) под высоким давлением, необходимым для впрыска топлива. Из аккумулятора высокого давления топливо поступает к форсункам, через которые оно впрыскивается в камеры сгорания двигателя.
Дизельная форсунка с электронным управлением
Форсунки предназначены для впрыска топлива в камеры сгорания в нужном количестве и в нужный момент. Они управляются блоком управления топливной системой дизеля с непосредственным впрыском. В исходном состоянии форсунка закрыта. Ее электромагнитный клапан при этом обесточен. Якорь электромагнитного клапана прижимается пружиной к его седлу. Игла распылителя форсунки прижимается к ее седлу силой давления топлива, действующего на поршень мультипликатора сверху, и превышающей силу давления, действующую на значительно меньшую площадь иглы снизу.
Впрыск топлива производится по команде блока управления системой впрыска дизеля. При этом на электромагнитный клапан подается напряжение. Как только создаваемое электромагнитом усилие превышает силу затяжки пружины клапана, якорь электромагнита поднимается, открывая выпускной дроссель.
В результате топливо из камеры управления вытекает через дроссель в сливную магистраль. Впускной дроссель препятствует быстрому уравниванию давлений в топливоподводящем канале и в камере управления. При этом сила давления, действующая на поршень мультипликатора, снижается до уровня, при котором она преодолевается силой давления на иглу распылителя. В результате игла поднимается и начинается впрыск топлива. Впрыск топлива заканчивается, как только блок управления системой впрыска дизеля прекращает подавать напряжение на электромагнитный клапан форсунки. При этом электромагнитный клапан обесточивается. Пружина электромагнитного клапана вновь прижимает его якорь к седлу, перекрывая сливной дроссель.
Давление топлива в камере управления повышается до его уровня в аккумуляторе. При этом давление в камере управления равно давлению, действующему на иглу распылителя.
Это означает восстановление равенства давлений топлива в камере управления и в контуре высокого давления. Ввиду большей площади поршня мультипликатора действующая на него сила вызывает посадку иглы распылителя на ее седло. Таким образом процесс впрыска заканчивается, после чего игла распылителя остается неподвижной.
Дизельный топливный насос высокого давления — ТНВД
Дизельный топливный насос высокого давления или сокращённо ТНВД необходим для создания высокого давления дизельного топлива до 1700 бар. На валу насоса высокого давления находится эксцентрик. Вращение эксцентрика преобразуется посредством установленной на нем шайбы в возвратно-поступательное движение плунжеров трех насосных элементов.
При движении плунжера в направлении к валу увеличивается объем надплунжерного пространства и соответственно уменьшается давление в нем.
При этом топливо, подаваемое шестеренным насосом под давлением, поступает через впускной клапан в надплунжерное пространство.
С началом движения плунжера от эксцентрикового вала происходит повышение давления топлива в надплунжерном пространстве. В результате тарелка впускного клапана прижимается к его седлу, перекрывая выход топлива из надплунжерного пространства. Дальнейшее перемещение плунжера сопровождается нарастанием давления топлива. При повышении давления в надплунжерном пространстве до его величины в аккумуляторе открывается выпускной клапан, через который топливо поступает в контур высокого давления.
Описание типов дизельных систем впрыска
Дизельные двигатели являются одними из самых эффективных двигателей на рынке. Ну, несколько факторов заставляют их лидировать в диаграммах эффективности использования топлива. Наоборот, дизельные двигатели тяжелые, но надежные, они менее мощные, но имеют отличные показатели крутящего момента. Кроме того, у этих дизельных пожирателей есть отдельный вентилятор.
Имея это в виду, для тех, кто задается вопросом, как дизельный двигатель делает то, что он делает лучше всего, давайте посмотрим. В сегодняшней статье мы подробно рассмотрим, что стоит за впрыском дизельного топлива в этих длинноходных двигателях.
Прежде чем начать, давайте кратко рассмотрим, что такое дизельный впрыск.
Система впрыска дизельного топлива Дизельный двигатель Ford FigoПрежде всего, будь то дизельный или бензиновый двигатель, большинство двигателей производят мощность за 4 такта. Такт впуска, такт сжатия, рабочий такт и, наконец, такт выпуска.
- В случае дизельного двигателя это время между тактом сжатия и рабочим тактом, когда топливо впрыскивается в камеру сгорания.
- Говоря далее, в этих двигателях с высокой степенью сжатия в камеру сгорания впрыскивается только топливо.
- В отличие от бензинового двигателя, форсунки распыляют топливо под очень высоким давлением внутри дизельного двигателя.
В зависимости от двигателя оно может варьироваться от 10 000 фунтов на квадратный дюйм до 30 000 фунтов на квадратный дюйм.
В зависимости от двигателя оно может варьироваться от 10 000 фунтов на квадратный дюйм до 30 000 фунтов на квадратный дюйм.Забавный факт: В дизельных двигателях педаль газа регулирует количество дизельного топлива, распыляемого в камеру сгорания. Это означает, что нажатие на педаль газа увеличивает количество распыляемого топлива. И вот как мы можем разогнать автомобиль с дизельным двигателем.
Теперь основная цель системы впрыска — стехиометрическая подача топлива внутрь двигателя. Но то, как он подается, сильно влияет на эффективность и производительность двигателя.
Типы дизельного впрыска Таким образом, автомобильная промышленность постоянно набирает обороты, делая двигатели более совершенными, мощными и эффективными. Часть заслуг также принадлежит топливу, здесь система впрыска дизельного топлива. Теперь, углубившись в мельчайшие детали, систему впрыска дизельного топлива можно разделить на 2 типа: прямой впрыск и непрямой впрыск.
В отличие от бензинового двигателя, дизельному двигателю не требуется свеча зажигания для воспламенения топливно-воздушной смеси. Поскольку дизельное топливо имеет более низкую температуру самовоспламенения, оно воспламеняется при повышении давления, что, в свою очередь, накаляет обстановку. Это означает, что температура внутри камеры сгорания повышается, воспламеняя топливо.
- В основном в системе непрямого впрыска форсунка распыляет топливо в отдельном отсеке, называемом форкамерой. А еще в этой форкамере смонтирована свеча накаливания, нагревающая участок при холодных пусках.
- Теперь дизельный инжектор внутри форкамеры впрыскивает топливо. Далее, из-за вихревого движения, вызванного движением поршня, нагретое дизельное топливо смешивается с воздухом, образуя заряд.
- Позже, когда поршень еще больше сжимает заряд, он воспламеняется из-за повышения давления и температуры.
Непосредственный дизельный впрыск
Переходя к современным технологиям, именно непосредственный впрыск используется во многих автомобилях в наше время.
- Хорошо, почему это используется, спросите вы? Ну а форсунки распыляют дизельное топливо прямо внутри камеры сгорания.
- И нет, специальная свеча накаливания не требуется, так как охлаждающая поверхность цилиндра довольно мала.
- Позволяет лучше контролировать подачу топлива в двигатель. Из-за этого только воздух поступает в камеру через впускной клапан и обеспечивает лучшую воздушно-топливную смесь.
- И, наконец, эта хорошо перемешанная загрузка обеспечивает лучшее и более эффективное сгорание. Преимущество прямого впрыска заключается в лучшем тепловом КПД и улучшенных характеристиках холодного пуска.
- Говоря о давлении впрыска дизельного топлива, это топливный насос, который регулирует давление впрыска.
Связанный: 6 самых экономичных дизельных двигателей в Индии
Система прямого впрыска топлива Common Rail (CRDI) Система впрыска дизельного топливаТеперь типом прямого впрыска является система прямого впрыска Common Rail. Как и в DI, форсунки CRDI также распыляют дизельное топливо прямо в камеру сгорания. Кроме того, работа и время впрыска аналогичны системе DI.
- Отличие заключается в топливопроводах форсунок. В DI форсунки напрямую соединены с топливным насосом, который регулирует давление и количество дизельного топлива, впрыскиваемого в камеру.
- Наоборот, в CRDI все форсунки соединены общей рампой, которая получает поток топлива от топливного насоса.
- Это Common Rail, который регулирует давление и количество впрыскиваемого дизельного топлива. Преимущество CRDI в том, что здесь мы лучше контролируем закачку, чем в DI. Это означает, что двигатель работает более эффективно.
Hyundai входит в число компаний, использующих технологию CRDi в своих дизельных двигателях.
Читайте также: Производители автомобилей и их самые мощные дизельные двигатели служит для подачи топлива из бака в двигатель. Эта система специально разработана для максимальной производительности двигателя.
Что касается дизельных двигателей, вы, возможно, уже понимаете, что дизельный двигатель является двигателем с самовоспламенением. Это означает, что горение произойдет само по себе. Самовозгорание может возникнуть из-за нескольких факторов.
Самый доминирующий, т.к. топливо распыляется в камере с высоким давлением воздуха.
Давление воздуха в камере выше температуры вспышки дизельного топлива. Вот что заставляет топливо самовозгораться при распылении.
В предыдущей статье мы подробно говорили о системе впрыска дизельного топлива. Но есть еще меньше.
Сколько топливных систем в дизельном двигателе?
Мы обсудим это подробно.
В целом существует только два типа дизельных топливных систем: обычная и Common Rail. Но если мы посмотрим дальше, мы найдем несколько типов.
A. Вид со стороны инъекционного метода
Метод впрыска означает, как топливо впрыскивается в камеру сгорания. Существует два типа: прямой впрыск и непрямой впрыск
1. Система прямого впрыска
Система прямого впрыска – это метод впрыска топлива из топливопровода дизельного топлива непосредственно в камеру сгорания (камера сгорания расположена над поршнем).
Главной особенностью этой системы является то, что форсунка ведет непосредственно в камеру сгорания. Так что, как только топливо впрыскивается, топливо попадает прямо в камеру сгорания.
Еще одной особенностью является форма поверхности поршня, на поверхности поршня имеются углубления. Резервуар служит для распределения впрыскиваемого топлива, чтобы сгорание происходило более равномерно.
Преимущества
- Более простая конструкция
- Более высокая выходная мощность
- Более высокая тепловая эффективность
- Снижение выбросов
- Свеча накаливания не требуется
Недостатки
- Требуется высокое давление сжатия
- Нужен специальный инжектор (многоточечный инжектор)
Этот тип широко применяется для тяжелых транспортных средств, таких как 8-колесные (или более) грузовики, большегрузные машины.
2. Система непрямого впрыска
Непрямой впрыск (IDI) — это метод воспламенения путем распыления топлива, который осуществляется в специальном помещении, называемом камерой предварительного сгорания.
Основное отличие заключается в способе впрыска топлива системы прямого впрыска, которое распыляется непосредственно в камере сгорания. Но в IDI топливо распыляется в камеру предварительного сгорания, затем, после его сгорания, мощность расширения выходит в основную камеру сгорания для сжигания оставшегося воздуха в основной камере сгорания.
Но сегодня система IDI не применяется большинством производителей, так как процесс более длительный, этот тип имеет много недостатков по сравнению с системой DI.
Поэтому в последнее время автомобили IDI редко применяются к коммерческим автомобилям, будь то легкие или тяжелые автомобили.
B. Вид со стороны механизма впрыска
Механизм впрыска заключается в том, как подавать топливо из бака в форсунку.
Существует три типа: роторная топливная система, индивидуальная топливная система и система Common Rail.
Разница заключается в используемом насосе высокого давления.
1. Роторная топливная система
img by Dieselnet.com
В роторных топливных системах используется распределительный или пластинчато-роторный насос.
Этот тип имеет один вал с одним плунжером. Хотя форсунок четыре, количество плунжеров остается одинарным.
Как это работает? этот плунжер расположен на валу насоса, который вращается. И каждый угол поворота имеет топливную бочку, которая, когда плунжер проходит через топливную бочку, впрыскивает топливо в одну форсунку.
Итак, если есть четыре форсунки, четыре топливных бака окружают вал насоса.
Преимущества
Не занимает много места, что делает его пригодным для автомобилей с ограниченным пространством.
Маленькие движущиеся части, чтобы вырабатываемая энергия была более эффективной.
Недостатки
Давление топлива слабое, что делает его менее подходящим для дизельных двигателей большой мощности.
2. Индивидуальная топливная система
Отдельные типы топливных систем имеют насос с индивидуальным рядным типом. Это означает, что количество плунжеров регулируется количеством форсунок.
Это связано с тем, что каждый плунжер будет обслуживать одну форсунку, так что если имеется четыре форсунки, четыре плунжера будут расположены в линию.
Как это работает? есть распределительный вал, где каждый кулачок будет нажимать на один поршень в нужное время. Когда поршень прижимается к кулачку, топливо распыляется.
Можно сказать, что количество кулачков равно количеству форсунок, а угол кулачка также регулируется в соответствии с опережением зажигания.
Основными преимуществами являются давление впрыска, которое может достигать 18 000 фунтов на квадратный дюйм. При таком давлении этот насос подходит для использования в обычных дизельных двигателях большой мощности.
3. Система Common Rail
Common Rail — это электронная схема управления дизельным топливом. Это означает, что в системе Common Rail вы найдете серию датчиков ECU-исполнительного механизма.
Это похоже на систему EFI на бензиновом двигателе, но все же есть отличия.
Первое отличие в топливном насосе. Система Common Rail, имеет два насоса. Первый насос предназначен для перекачки топлива из топливного бака в топливопровод, а второй — насос высокого давления для значительного повышения давления топлива.
Для насоса высокого давления он также отличается от двух вышеперечисленных типов. Насос, используемый в системе Common Rail, является непрерывным, что означает, что насос будет продолжать подавать топливо со стабильным давлением.
В то же время для управления впрыском топлива каждая форсунка будет управлять им по команде от ECU. В этом типе инжектор действует как водопроводный кран, который можно открывать и закрывать на определенное время.