1 Призначення та можливі конструктивні відмінності системи живлення дизельних двигунів

Система живлення дизелів призначена для  створювання високого тиску впорскування палива в циліндрі, дозування порції палива відповідно до навантаження дизеля, подачі його в певний момент, протягом заданого проміжку часу і з певною інтенсивністю, розпилювання й рівномірно розподілу палива по об'єму камери згоряння, надійної фільтрації палива.

До системи живлення дизелів входять: паливний бак, фільтри грубої та тонкої очистки палива, паливо проводи, паливний насос високого тиску, все режимний регулятор частоти обертання, автоматична муфта випередження впорскування палива, форсунки, підкачувальні насоси. Паливо підкачувальний насос засмоктує паливо з бака крізь фільтри грубої й тонкої очистки. Паливо проводами паливо надходить до насосу високого тиску. Відповідно до порядку роботи циліндрів дизеля насос подає паливо паливо проводами високого тиску до форсунок. Форсунки розпиляють і впорскують паливо в камери згоряння.

Паливо підкачувальний насос подає до насоса більше палива, ніж потрібно для роботи дизеля, надлишкове паливо, а з ним і повітря, що потрапило до системи, дренажними паливо проводами відводяться з насоса і фільтра тонкої очистки назад у паливний бак.

Суміш в дизельних двигунах утворюється в циліндрі за дуже короткий час (0.001 сек). Запалювання суміші відбувається за рахунок стисненого повітря, що знаходиться в циліндрі і при стисканні підігрівається до високої температури якої достатньо для самозапалювання суміші.

Сьогодні в дизельних двигунах, що використовуються на комерційному автотранспорті, домінують дві основні системи упорскування: Common Rail (що означає загальна рампа) і насос-форсунки.

Насос-форсунки

Дана система вприскування, застосовується на сучасних дизельних двигунах, це насос-форсунки ( рисунок 1). На відміну від Common Rail в цьому пристрої об'єднані функції створення високого тиску і уприскування палива. Це дозволяє підвищити потужність двигуна і його економічність, знизити викиди токсичних речовин і рівень шуму.

У цій системі на кожен циліндр двигуна доводиться своя насос-форсунка. Їх привід здійснюється від розподільного вала, на якому є відповідні кулачки. Своє зусилля вони передають за допомогою коромисла безпосередньо до насос-форсунки. Остання конструктивно складається з плунжера, клапана управління, запірного поршня, зворотного клапана і голки розпилювача.

де: 1- гвинт з кульової голівкою; 2 - плунжер ; 3 - плунжерна пружина; 4 - голка електромагнітного клапана; 5 - електромагнітний клапан; 6 - зливна паливна магістраль; 7 - зворотний клапан; 8 - живить паливна магістраль; 9 - пружина розпилювача; 10 - запірний поршень; 11 - голка розпилення; 12 - голівка блоку циліндрів; 13 - термозахисний прокладка; 14 - кільця ущільнювачів; 15 - камера високого тиску; 16 - приводний кулачок; 17 – коромисло.

Рисунок 1.1 - Схема будови насос-форсунки

Плунжер створює потрібний тиск палива. Поступальний рух плунжера здійснюється за рахунок обертання кулачків розподільного валу, поворотне - за рахунок плунжерній пружини. Клапан управління контролює уприскування палива. Залежно від приводу існують два види клапанів: електромагнітний і п'єзоелектричний. П'єзоелектричний клапан прийшов на зміну електромагнітного, і володіє великою швидкодією.

Голка розпилювача призначена для безпосереднього вприскування палива в камеру згоряння. Її посадку на сідло забезпечує пружина форсунки. Зусилля пружини при необхідності підтримується тиском палива. Ця функція реалізується за допомогою запірного поршня і зворотного клапана.

Управління насос-форсунками як і у випадку з Common Rail, здійснює система управління двигуном. На підставі сигналів датчиків вона управляє клапаном насос-форсунки.

Конструкція насос-форсунки забезпечує оптимальне і ефективне освіту паливно-повітряної суміші. Для цього в процесі впорскування палива передбачені наступні фази: попередній впорскування; основний уприскування і додатковий впорскування. Попередній впорскування проводиться для досягнення плавності згоряння суміші при основному уприскуванні. Основний впорскування забезпечує якісне сумішоутворення на різних режимах роботи двигуна. Додатковий впорскування виконується для регенерації (очищення від накопиченої сажі) фільтр сажі.

Common Rail

В Common Rail (рисунок 2), на відміну від звичайних систем харчування, паливо постійно знаходиться під високим тиском у загальній для всіх форсунок паливної магістралі. Тиск в ній підтримує блок управління мотором, міняючи продуктивність насоса. При цьому тиск перевищує 1000 бар незалежно від оборотів двигуна і навантаження, при будь-якій послідовності уприскування по циліндрах. Система Common Rail включає: паливний насос високого тиску (ТНВД); клапан дозування палива; регулятор тиску палива (контрольний клапан); паливну рампу; форсунки і паливо проводи.

де: 1 – голка форсунки; 2 – ущільнення; 3 – пружина голки; 4 – блок дроселів; 5 – переключающий клапан; 6 – пружина клапана; 7 – поршень клапана; 8 – поршень штовхача; 9 – п'єзоелемент; 10 – зливний канал; 11 – сітчастий фільтр; 12 – електричний роз'єм; 13 – нагнітальний канал.

Рисунок 1.1 - Схема будови п'єзо форсунки

Уприскування палива електромагнітної форсункою здійснюється за рахунок управління електромагнітним клапаном. Електрогідравлічні або п'єзоелектричні форсунки впорскують паливо безпосередньо в камеру згоряння двигуна. Активним елементом п'єзо форсунками є п'єзокристали, значно підвищують швидкість роботи пристрою.

Контроль за роботою Common Rail забезпечує система управління двигуном, яка включає: датчики, блок управління і виконавчі механізми. Зокрема в неї входять датчик обертів двигуна; датчик холу; датчик положення педалі газу; витратомір повітря; датчик температури охолоджуючої рідини; датчики тиску і температури повітря; датчик тиску палива; кисневий датчик (лямбда-зонд) та інші. Виконавчими механізмами Common Rail є: форсунки; клапан дозування палива і регулятор тиску палива.

Контроль за роботою Common Rail забезпечує система управління двигуном, яка включає: датчики, блок управління і виконавчі механізми. Зокрема в неї входять датчик обертів двигуна; датчик холу; датчик положення педалі газу; витратомір повітря; датчик температури охолоджуючої рідини; датчики тиску і температури повітря; датчик тиску палива; кисневий датчик (лямбда-зонд) та інші. Виконавчими механізмами Common Rail є: форсунки; клапан дозування палива і регулятор тиску палива.

В системі Common Rail реалізується багаторазовий уприскування палива протягом одного циклу роботи двигуна. Залежно від режиму його роботи можуть проводитися попередні уприскування - два на холостому ходу і один - при підвищенні навантаження. Додатковий впорскування виконується для підвищення температури відпрацьованих газів і згоряння частинок сажі в фільтр сажі, чим досягається його регенерація.

Розвиток системи Common Rail йде по шляху збільшення тиску уприскування, її нинішнє, четверте, покоління досягає показників в 220 МПа. Проте компанії Bosch вдалося підвищити їх до 250 МПа. Це заслуга електромагнітних форсунок, здатних за один робочий такт подавати до восьми порцій палива.