Что представляет собой данное устройство? Современные топливные системы дизельных двигателей отличаются достаточно сложной конструкцией и требуют регулярного и качественного технического обслуживания. Некоторые автовладельцы воспринимают это как минус и решают отказаться от дизельных моторов.
- Топливная система дизельного двигателя включает насосы, форсунки и фильтры для обеспечения оптимального топлива.
- Основной принцип работы основан на сжатии воздуха и впрыске топлива под высоким давлением.
- Топливо должно соответствовать определённым стандартам по вязкости и температуре воспламенения.
- Форсунки играют ключевую роль в распылении топлива для его эффективного сжигания.
- Регулярное загрязнение фильтров может приводить к снижению производительности и увеличению расхода топлива.
- Современные системы часто оснащены электронными блоками управления для оптимизации работы двигателя.
На что следует обратить внимание? насколько корректно такое мнение? Ведь дизельный двигатель сегодня ассоциируется не только с мощной тягой, но и с заметной экономией топлива. Да, проблемы с обслуживанием могут возникать, но, разобравшись в системе, можно легко преодолеть все трудности.
Разница между бензиновым и дизельным двигателями
Чтобы лучше понять конструкцию топливной системы дизельных двигателей, сначала необходимо проанализировать отличия между двумя наиболее распространенными типами силовых агрегатов: бензиновыми и дизельными.
К основным отличиям можно отнести следующее:
- Коэффициент полезного действия. Дизели обеспечивают на 15-20% большую экономию по сравнению с бензиновыми двигателями. Даже несмотря на более высокую цену качественного дизельного топлива, экономия все равно значительно заметна.
- Экологичность. Современные дизельные двигатели выделяют минимальное количество вредных выбросов, а меньший расход топлива снижает образование угарного газа.
- Безопасность. Дизельное топливо имеет низкий коэффициент испарения по сравнению с высокооктановым бензином, что делает его менее опасным в плане воспламенения.
- При использовании качественного топлива дизельные двигатели имеют большую долговечность по сравнению с бензиновыми.
Несмотря на эти плюсы, существуют и недостатки. Дизельный двигатель имеет более сложное устройство, что приводит к следующему:
- высокая себестоимость производства;
- дорогостоящее техническое обслуживание, включающее частую замену масла и фильтров;
- высокие требования к качеству топлива.
Особенности работы дизеля
Структурно дизельные и бензиновые двигатели имеют много общего: и в том, и в другом случае присутствуют блоки, цилиндры и газораспределительные механизмы. Однако существуют и значительные различия:
- В бензиновом двигателе топливо смешивается с воздухом, который содержит кислород, и подается в камеру сгорания. Воспламенение происходит с помощью свечи зажигания.
- В дизельном двигателе, наоборот, воздух сначала компрессируется в цилиндре, а топливо впрыскивается в процессе подъема поршня к верхней мертвой точке. Воспламенение дизельного топлива происходит из-за повышения температуры воздуха на этапе сжатия.
Это влияет и на работу топливной системы: топливо сначала подается насосом низкого давления из бака к фильтру, а затем через насос высокого давления (ТНВД) поступает к форсункам.
В дизеле предусмотрены два фильтра: первый осуществляет грубую очистку от крупных частиц, а второй – тонкую очистку перед подачей в ТНВД.
Качество очистки топлива очень важно, поскольку оно поступает в камеру сгорания в распыленном виде и может забиться при попадании даже малейших частиц. Благодаря многоступенчатой очистке и роли подачи под высоким давлением, сопротивляющимся компрессии воздуха, топливную систему можно разделить на два сектора:
- сектор низкого давления (здесь происходит очистка);
- сектор высокого давления (здесь происходит подача топлива в камеру сгорания).
Основные элементы топливной системы дизельного двигателя
Рассмотрим схему функционирования топливной системы дизельного двигателя, что даст понимание его более высокой эффективности по сравнению с бензиновым.
- Топливный бак
В нем находится дизельное топливо, которое насос переносит через трубопровод в топливную систему двигателя. Бак должен быть надежным и достаточно вместительным. Последний параметр определяет, на какое расстояние можно будет проехать на одной заправке, однако его ёмкость регулируется в зависимости от грузоподъемности транспортного средства.
- Топливопроводы
Через них дизельное топливо перемещается из бака в систему низкого давления. Главным требованием к топливопроводам является герметичность и бесперебойная работа, что обеспечивается предотвращением образования накипи на внутренних стенках трубочек.
- Подкачивающий насос топливной системы дизеля (или насос низкого давления)
Основной его характеристикой является производительность. Он отвечает за перекачку топлива из бака к фильтрам — сначала грубой, затем тонкой очистки. Очищенное топливо попадает в «область ответственности» ТНВД.
- Фильтры очистки
Чистота топлива имеет прямое влияние на эффективность работы дизельного двигателя (КПД) и его срок службы. Поэтому дизельное топливо обязательно очищается минимум через два топливных фильтра.
- Топливный насос высокого давления (ТНВД)
Функция ТНВД заключается в перекачивании топлива в сектор высокого давления, то есть от фильтра тонкой очистки до форсунок, где необходимо осуществить впрыск в камеру сгорания. ТНВД подает топливо с запасом, превышающим необходимый объем для впрыска. Излишки возвращаются в бак через дренажную систему. Подача с запасом обеспечивает повышенное давление, необходимое для преодоления компрессии в камере сгорания. ТНВД должен эффективно противостоять этому давлению.
Топливная система дизельного двигателя играет ключевую роль в его работе, обеспечивая оптимальное сгорание топлива и, как следствие, высокую эффективность и экономичность. Одной из основных особенностей дизельных систем является высокое давление впрыска, которое может достигать 2000 бар и более. Это давление необходимо для распыления топлива в камере сгорания, что способствует лучшему смешиванию с воздухом и более полному сгоранию. Важной частью этой системы являются насосы высокого давления и форсунки, которые должны быть надежными и способными работать в жестких условиях.
Также стоит отметить, что дизельное топливо отличается более высокой вязкостью и плотностью по сравнению с бензином. Это накладывает определенные требования на конструкцию и материалы, используемые в топливной системе. Например, фильтры и трубопроводы должны быть устойчивы к коррозии и механическим повреждениям. Кроме того, при низких температурах возникает риск парафинирования, что требует использования подогревателей для поддержания рабочей температуры топлива, особенно в зимние месяцы.
Не менее важным аспектом является система очистки отработавших газов, которая включает в себя катализаторы и системы рециркуляции отработавших газов (EGR). Эти технологии помогают снизить уровень выбросов оксидов азота и других вредных веществ, что соответствует современным экологическим стандартам. Однако их внедрение требует от производителя дополнительных затрат и инженерных решений, которые иногда могут повлиять на долговечность двигателя. Важно отметить, что качественная и правильно настроенная топливная система значительно увеличивает ресурс дизельного двигателя и улучшает его эксплуатационные характеристики.
Работа насосов высокого давления должна быть безупречной на всех режимах работы двигателя, что и определяет их высокую стоимость, составляющую значительную часть от общей цены двигателя. Кроме того, ТНВД имеет сложное устройство и содержит несколько компонентов, таких как кулачковый вал, поршень-плунжер и электронный блок управления, который контролирует параметры функционирования устройства и обеспечивает эффективный двухступенчатый впрыск топлива.
- Форсунки
Форсунки располагаются в каждом цилиндре. Их задача заключается в осуществлении точного впрыска топлива в камеру сгорания с целью обеспечить максимально эффективное его сгорание. Перед форсунками находится распределительный блок, который дозирует топливо для каждой форсунки в зависимости от требуемой мощности на данный момент. Современные дизели оборудуются двумя типами распределителей: струйными и многодырчатыми.
Форсунки должны функционировать надежно в условиях высоких температур (более тысячи градусов) и давления, превышающего десять атмосфер. К тому же форсунки представляют собой сложные механизмы с зазорами, измеряемыми сотыми долями миллиметра, и движущимися частями.
Игла форсунки обеспечивает герметичность камеры сгорания и открывает доступ топлива в нужный момент, благодаря возвратно-поступательным движениям. Качественное распыление возможно лишь при высокоточной обработке всех частей форсунок из специальной легированной стали, обладающей повышенной твердостью и температуростойкостью.
Поэтому стоимость форсунок также может быть значительной, достигая до 25% от полной цены дизельного двигателя.
Преимущества системы Common Rail
Говоря о конструкции топливных систем дизельных двигателей, важно упомянуть о аккумуляторной системе Common Rail – её современной версии. В переводе с английского она обозначает «общая магистраль».
Эта система была разработана еще в 90-х годах специалистами компании BOSCH и по сегодняшний день показывает выдающиеся результаты в плане экономичности и эффективности, поэтому ее устанавливают на большинстве современных дизельных двигателей. Можно уверенно сказать, что система «Common Rail» стала неотъемлемой частью современных дизелей.
Разберем ее устройство. Топливный насос высокого давления подает дизельное топливо в магистраль. Электронные блоки управления отвечают за производительность насоса в каждый момент времени, обеспечивая магистраль необходимым давлением и расходом топлива.
В системе используются электрогидравлические форсунки с пьезоэлектрическими или электромагнитными механизмами, которые подключены к электронному управляющему блоку, по сути представляющему собой компьютер. Это обеспечивает точный впрыск строго дозированных порций топлива под высоким давлением, заданным ТНВД.
Впрыск происходит в два этапа: сначала подается небольшой объем — около 1 мг, который быстро сгорая, нагревает пространство в цилиндре, подготавливая его к основной порции топлива.
Следующий объем топливо подается в камеру сгорания мгновенно и сгорает более эффективно благодаря предварительному прогреву. Именно электронные блоки системы Common Rail позволяют увеличить КПД дизельного двигателя на 20% и обеспечивают стабильную работу всей топливной системы.
Высокая точность распределения и впрыска топлива достигается исключительно благодаря электронной системе управления. Кроме того, необходимо проводить более тщательную очистку самого топлива, которое должно быть высококачественным. Все это, в свою очередь, увеличивает как стоимость двигателя, так и расходы на его эксплуатацию.
Тем не менее, улучшение эффективности работы мотора, равномерность его функционирования и, как результат, повышенный комфорт в управлении автомобилем, с легкостью компенсируют дополнительные затраты.
Другие варианты топливных систем, в которых применяются насосы высокого давления распределительного или рядного типа, а также насосы-форсунки, становятся все менее популярными и чаще всего используются лишь в определенных моделях техники.
Отзывы автомобилистов о достоинствах дизельного двигателя
- Идеально для внедорожника!
«Дизельные двигатели не оправдывают себя на легковых автомобилях. Бензиновый мотор требует меньше обслуживания и проявляет большую надежность, особенно зимой. Внедорожники большой мощности – это совсем другой случай. Например, при объеме 4,2 литра бензиновый двигатель может расходовать минимум 30 литров на 100 км, тогда как для дизельного двигателя достаточно лишь 15 литров на такую же дистанцию. С таким расходом бензиновый джип может оказаться без топлива, «обнаружив» это в заснеженном лесу…»
- Дизель не боится зимы.
«Дизельный двигатель обладает ощутимой тягой. Загружаю в свой внедорожник 12 мешков картошки, и он справляется без проблем. А вот если положить что-то тяжелое в бензиновый автомобиль, то есть риск, что он «сдаст» или перегреется, особенно в сложных условиях. И это миф, что дизель зимой труднее заводится – просто он должен быть в исправном состоянии, и топливо должно быть качественным. И тогда даже при -40 градусов он запустится без помощи!»
- В чем-то я не хуже!
«Многочисленные водители предвзято считают легкие дизельные машины несущественными в качестве мощного двигателя для авто. А это ошибочно! Их достоинства никем не оспариваются: экономичность, высокий срок службы, надежность и простота обслуживания. У меня сейчас «Чайзер» с двигателем 2LTe, и я ничем не уступаю потоку в городе!»
- Ездить одно удовольствие.
«Передвигаться на автомобиле с дизельным двигателем гораздо приятнее, чем на бензиновом «агрегате». Техническое обслуживание при этом не менее сложное, чем у бензиновых моторов. Главное – не экономить на комплектующих и, особенно, на топливе.
Наиболее дорогой заменяемой частью являются форсунки (до 250 тысяч километров, после чего необходимо их обязательно менять). В вопросе крутящего момента дизель явно выигрывает у бензинового. Знакомый, пересев с бензина на дизель, позже сказал, что назад уже не вернется».
- Выбор в зависимости от стиля вождения.
«Немецкие автолюбители утверждают: если пробег автомобиля составляет до 30 000 км в год, стоит подумать о приобретении дизельного. При пробеге свыше 50 000 км в год выбор уже очевиден – нужен дизель! Вопрос здесь прост: при низком пробеге экономия не имеет значения, и выбор дизельного автомобиля связан со стилем вождения.
Турбированный дизель не подходит для «гонок на светофоре», но благодаря высокой тяге обеспечивает уверенное обгоны на скорости от 90 до 150 км/ч, достигая отдачи до 90%.
Что касается бензиновых двигателей, за исключением TSI, они выдают свою мощность при оборотах выше среднего, на которых многие водители редко передвигаются. В конечном итоге высокая номинальная мощность лишь увеличивает расходы на налоги».
В заключение, современные электронные системы управления, ставшие более доступными, значительно укрепляют позиции дизельных двигателей, предоставляя им дополнительные преимущества по сравнению с бензиновыми. Дизели становятся еще более экономичными и экологичными, менее шумными и долговечными, что делает их все более привлекательными для потребителей. С каждым годом растет интерес к автомобилям, оснащённым именно такими силовыми агрегатами.
Вопросы по теме
Как влияет состав дизельного топлива на работу топливной системы дизельного двигателя?
Состав дизельного топлива имеет значительное влияние на производительность и надежность топливной системы. Например, высокое содержание серы в топливе может приводить к образованию отложений и коррозии в топливопроводах и форсунках. Современные стандарты требуют снижения содержания сажи и других загрязняющих веществ, чтобы обеспечить более чистое сгорание, что, в свою очередь, уменьшает количество вредных выбросов и улучшает общую эффективность работы двигателя. К тому же, зимние сорта дизельного топлива обладают более низкой температурой замерзания, что критично для работы в холодную погоду.
Какова роль системы подогрева дизельного топлива в условиях низких температур?
Система подогрева дизельного топлива играет ключевую роль в обеспечении надежного запуска и работы двигателя в холодную погоду. При низких температурах дизельное топливо становится более вязким, что затрудняет его прокачку и распыление в камере сгорания. Системы подогрева помогают поддерживать оптимальную температуру топлива, предотвращая его застывание и обеспечивая адекватную работу форсунок. Это особенно важно для автомобилей, использующих зимнее дизельное топливо, которое может обладать недостаточной текучестью при очень низких температурах. Без подогрева двигатель может не запуститься, и возникнут проблемы с его функционированием после запуска.
Как современные технологии изменяют подход к проектированию топливных систем дизельных двигателей?
Современные технологии, такие как системы впрыска с высоким давлением и электронное управление, значительно изменяют подход к проектированию топливных систем дизельных двигателей. Использование пьезоэлектрических форсунок с высокой точностью распыления позволяет значительно повысить эффективность сгорания, улучшить экономию топлива и снизить выбросы вредных веществ. Кроме того, системы управления, основанные на различных датчиках, дают возможность адаптировать режим работы двигателя к условиям эксплуатации в реальном времени. Это приводит к более плавной работе, лучшему отклику на нажатие акселератора и меньшему уровню шума. Такие меры минимизируют механический износ и повышают надежность всей системы в долгосрочной перспективе, что делает дизельные двигатели более конкурентоспособными в условиях растущих требований к экологичности и экономичности.
