Системы впрыска дизельных двигателей: виды и особенности

Преимущества и недостатки

Существует ряд факторов, которые выгодно отличают дизельные двигатели:

экономичность. КПД в 40% (до 50% с применением турбонаддува) просто недосягаемый показатель для бензинового собрата;
мощность. Практически весь крутящий момент доступен на самых низких оборотах. Турбированный дизельный двигатель не имеет ярко выраженной турбоямы. Такая приёмистость позволяет получить настоящее удовольствие от вождения;
надежность. Пробег самых надежных дизельных двигателей доходит до 700 тыс. км. И все это без ощутимых негативных последствий. Благодаря своей безотказности, дизельные ДВС ставят на спецтехнику и грузовики;
экологичность. В борьбе за сохранность окружающей среды дизельный двигатель превосходит бензиновые моторы. Меньшее количество выбрасываемого СО и использование технологии рециркуляции выхлопных газов (EGR) приносят минимум вреда.

Недостатки:

стоимость. Комплектация, оснащённая дизельным двигателем, будет стоить на 10% больше, чем такая же модель с бензиновым агрегатом;
сложность и дороговизна обслуживания. Узлы ДВС выполнены из более прочных материалов. Сложность устройства двигателя и топливной аппаратуры требует качественных материалов, новейших технологий и большого профессионализма в их изготовлении;
плохая теплоотдача. Большой процент КПД значит то, что при сгорании топлива происходят меньшие потери энергии. Другими словами, выделяется меньше тепла. В зимнее время года эксплуатация дизельного двигателя на короткие расстояния будет негативно сказываться на его ресурсности.

Рассмотренные минусы и плюсы не всегда уравновешивают друг друга. Поэтому вопрос о том, какой из двигателей лучше, будет стоять всегда. Если вы собираетесь стать владельцем такого автомобиля, учтите все особенности его выбора. Именно ваши требования к силовой установке будут тем фактором, который решит что лучше: бензиновый или дизельный двигатель.

Варианты системы питания

Основными видами топлива для двигателей внутреннего сгорания являются бензин и дизельное топливо («дизельное топливо»). Газ (метан) тоже относится к современным видам топлива, но, несмотря на широкое распространение, актуальности пока не приобрел. Тип топлива – один из критериев классификации топливных систем двигателей внутреннего сгорания.

В связи с этим различают силовые агрегаты:

газ;
дизель;
на основе газообразного топлива.

Но наиболее признанной среди специалистов является типология топливных систем двигателя по способу подачи топлива и приготовления топливовоздушной смеси. Следуя этому принципу классификации, во-первых, различают топливную систему карбюраторного двигателя и, во-вторых, топливную систему с впрыском топлива (или инжекторный двигатель).

Карбюратор

В основе карбюраторной системы лежит действие технически сложного устройства – карбюратора. Карбюратор – это устройство, которое готовит смесь топлива и воздуха в необходимых пропорциях. Несмотря на разнообразие типов, в автомобильной практике наиболее широко применяется поплавковый впускной карбюратор, принципиальная схема которого включает:

плавучая и плавучая камера;
распылитель, диффузор и смесительная камера;
воздушные и дроссельные заслонки;
топливные и воздуховоды со специальными жиклерами.

Приготовление топливовоздушной смеси в карбюраторе осуществляется по пассивной схеме. Движение поршня на такте впуска (первый ход) создает в цилиндре разреженное пространство, куда устремляется воздух, проходя через воздушный фильтр и карбюратор. Здесь и происходит образование горючей смеси: в смесительной камере, в диффузоре топливо, выходящее из распылителя, измельчается потоком воздуха и смешивается с ним. Наконец, через впускной коллектор и впускные клапаны горючая смесь поступает в специальный цилиндр двигателя, где в нужный момент воспламеняется искрой от свечи зажигания.

Впрыск топлива

На смену эпохе карбюраторов пришла эпоха двигателей с впрыском, топливная система которых основана на впрыске топлива. Его основные элементы: электрический топливный насос (обычно находится в топливном баке), форсунки (или форсунка), блок управления двигателем внутреннего сгорания (так называемые «мозги»).

Принцип действия этой топливной системы сводится к распылению топлива через форсунки под давлением, создаваемые топливным насосом. Качество смеси меняется в зависимости от режима работы двигателя и контролируется блоком управления. Важная составляющая такой системы – насадка. Тип двигателей с впрыском зависит именно от количества используемых форсунок и их положения.

с распределенным впрыском;
с центральным впрыском.

Система распределенного впрыска предполагает использование форсунок в зависимости от количества цилиндров двигателя, где каждый цилиндр обслуживается собственной форсункой, которая участвует в приготовлении топливной смеси. Центральная система впрыска имеет единственную форсунку для всех цилиндров, расположенную в коллекторе.

Особенности дизельного двигателя

Принцип действия, на котором основана топливная система дизельного двигателя, как бы обособлен. Здесь топливо впрыскивается непосредственно в цилиндры в распыленной форме, где происходит процесс смесеобразования (смешивание с воздухом) с последующим воспламенением путем сжатия горючей смеси поршнем. В зависимости от способа впрыска топлива дизельный силовой агрегат представлен в трех основных вариантах:

прямой впрыск;
с впрыском вихревой камеры;
с форкамерным впрыском.

Варианты с вихревой камерой и форкамерой предусматривают впрыск топлива в специальную предварительную камеру цилиндра, где оно частично воспламеняется, а затем попадает в основную камеру или в собственно цилиндр. Здесь топливо, смешиваясь с воздухом, наконец заканчивается. Прямой впрыск подразумевает немедленный впрыск топлива в камеру сгорания с последующим его смешиванием с воздухом и т.д.

Однако холодный двигатель не сможет обеспечить должный уровень температуры, необходимый для воспламенения смеси. А использование свечей накаливания позволит осуществить необходимый прогрев камер сгорания.

Признаки неисправности дизельного двигателя

Запуск двигателя затруднен

Износ нагнетательных элементов насоса высокого давления. Неправильный угол опережения подачи топлива в двигателе. Износ распылителей, вызывающий плохое распыление топлива. Слишком низкое давление впрыска.

Нехватка топлива перед насосом высокого давления из-за попадания воздуха в систему подачи топлива. Неисправности подкачивающего топливного насоса. Слишком малая доза топлива при запуске, вызванная неправильной работой регулятора. Загустение топлива зимой. Неисправны свечи накаливания.

Снижение мощности двигателя

Износ прецизионных элементов топливного насоса высокого давления или регулятора. Неправильная регулировка насоса или всережимного регулятора. Неправильный угол опережения впрыска. Износ или повреждение распылителей. Чрезмерное снижение давления впрыска. Недостаточное количество топлива, подаваемого системой нагнетания, из-за засорения топливного фильтра, недостаточной производительности подкачивающего топливного насоса или попадания воздуха в топливную систему.

Повышенный расход топлива

Неверный угол опережения впрыска. Износ нагнетательных элементов насоса высокого давления. Неправильная регулировка насоса высокого давления. Износ или повреждение распылителей. Слишком большое снижение давления впрыска. Загрязнен воздушный фильтр. Утечка топлива. Недостаточная компрессия.

Черный дымный выхлоп

Плохое смесеобразование в камере сгорания из-за нагара или неплотного закрытия клапанов. Поздний впрыск топлива. Плохое распыление топлива форсунками. Неверные зазоры в клапанах. Недостаточная компрессия.

Серый или белый дымный выхлоп

Неверное опережение впрыска. Недостаточная компрессия. Пробита прокладка головки блока. Переохлаждение двигателя.

Жесткая работа двигателя

Слишком ранний впрыск топлива. Большая разница между дозами топлива, впрыскиваемого в разные цилиндры двигателя. Неправильная работа некоторых форсунок. Недостаточная компрессия.

Перегрев двигателя

Неправильный угол опережения впрыска. Плохое распыление топлива форсунками (струя вместо «факела»).

Не развивается полная мощность двигателя

Короткий ход у педали акселератора, неправильно отрегулирована тяга педали акселератора. Загрязнен воздушный фильтр. Воздух в системе питания. Повреждены топливопроводы. Неисправны крепления распылителей (форсунок). Распылители неисправны. Сбит угол опережения впрыска топлива. Неисправен топливный насос высокого давления.

Повышенный расход топлива

Негермётична система питания. Забит топливопровод слива (от насоса к топливному баку). Высокие обороты холостого хода или же сбито опережение впрыска. Плохо работает двигатель. Неисправны распылители, неисправны форсунки. Неисправен топливный насос высокого давления.

Повышенный шум двигателя

Загрязнения в системе питания, вследствие чего не работают распылители. Уплотнительные шайбы под распылителями отсутствуют или плохо установлены, распылитель слишком сильно (слишком слабо) завернут в головку цилиндров. Воздух в системе питания.

Неравномерная работа двигателя на холостом ходу

Неправильно установлены обороты холостого хода. Затруднен ход педали акселератора. Ослаб топливопровод подачи топлива между топливным насосом высокого давления и топливным фильтром. Повреждена опорная пластина насоса высокого давления. Неисправности в подаче топлива. Неисправны распылители, неисправны форсунки. Неправильное опережение впрыска.

Колебания частоты оборотов коленчатого вала

Износ регулятора оборотов. Разрегулирование или износ системы впрыска. Чрезмерное сопротивление перемещению элементов в системе регулирования. Попадание воздуха в топливную систему. Избыточное давление газов в картере.

Внезапная остановка двигателя

Смещение угла опережения нагнетания (нарушение соединения насоса с приводом). Засорение топливного фильтра и нехватка топлива, подаваемого в насос. Отсутствие подачи топлива, вызванное повреждением топливного насоса высокого давления или подкачивающего насоса. Повреждение трубопровода впрыска. Износ и перекос поршня-разделителя, ротора или поршней насоса высокого давления.

Часто выходят из строя калильные свечи

Неисправны форсунки в соответствующих цилиндрах.

Невозможно заглушить двигатель

Неисправен запорный электромагнитный клапан.

Повышается уровень моторного масла в картере

Течь через уплотнитель цепного или шестеренчатого привода насоса высокого давления.

Слабое торможение двигателем

Засорены сливные топливопроводы. Неверно установлены ускоренные обороты холостого хода.

Система Комон рейл

Управление впрыском топлива происходит при помощи электронного блока управления. Количество подаваемого топлива учитывается от числа оборотов двигателя, скорости движения и возникающих нагрузок в процессе движения автомобиля. Система впрыска дизельного двигателя комон рейл позволят достичь максимально возможного давления впрыска топлива. Поэтому она и получила широкое распространение на современных двигателях.

Система common rail принцип работы

Насос создаёт высокое давление не для каждой форсунки в отдельности а для всех сразу. Давление аккумулируется в расширительной трубке рейле. Все форсунки соединены с рейлом. Впрыск топлива осуществляется за счет работы электро магнитного клапана в форсунках. Управление клапанами осуществляет электронный блок. На основании данных которые он получает от датчиков.

положение коленчатого вала

положение распределительного вала

температуры поступающего воздуха-

температуры двигателя

давление топлива в рейл

количество сгоревшего топлива

положение педали газа

В зависимости от полученных данных ЭБУ определяет время открытия и закрытия форсунок. То есть количество необходимого топлива. Угол опережения зажигания.

Достигается максимальное сгорание топлива на разных режимах работы двигателя.

Устройство системы комон рейл

Система комон рейл состоит из элементов низкого и высокого давления топлива.

Элементы низкого давления обеспечивают подачу топлива до насоса высокого давления. Низкое давление является составной частью нагнетания высокого. То есть оно должно иметь определённую величину. Чтобы насос высокого давления эффективно работал.

В систему низкого давления входят топливоподводящие трубки. Фильтра грубой и тонкой очистки топлива. И как правило шестеренный насос низкого давления.

Элементы высокого давления производят нагнетание рабочего давления топлива в камере сгорания.

К ним относятся:

Насос высокого давления

Рейл

Подводящие трубки к форсункам

Форсунки распыляющие топливо в камере сгорания

В связи с тем что система подводит давление к форсункам одновременно. Затрудняется поиск неисправностей. Если одна форсунка вышла из строя. Например перестала сдерживать рабочее давление. Двигатель работать не сможет. Потеря давления в одной форсунке не позволит создать давление во всей системе.

Неплотное соединение между элементами высокого давления так же позволит создать давление нагнетания.

Например очень часто форсунки подключаются к рейл при помощи удлинителей(морковок) Форсунка имеет конусное отверстие. И в это отверстие прилегает конус удлинителя. Если в соединении трубки удлинителя и форсунки будет повреждение. И трубка не плотно приляжет к форсунке. Давление в системе уже не создаться. И двигатель не заведется. Все соединения должны быть надёжными и предельно прочными. Попадание малейших частиц грязи приведет к неисправности. Иногда требуется ремонт форсунок. Их снимают везут в мастерскую. Соединительные трубки остаются в пыли и грязи ждать форсунки. При установке отремонтированных форсунок их прикручивают как они и лежали. Мотор естественно не заводится из за попавшей грязи в форсунки. А винить начинают мастеров. Диагностика неисправности системы впрыска комон рейл производится при помощи тестера. Который считывает коды ошибок выдаваемых электронным блоком. Но этих данных бывает недостаточно для определения истинной причины неисправности.

Система впрыска дизельного двигателя подвергается постоянной эволюции. Связано это с требованиями экологии. По уменьшению вредных выбросов отработанных газов. А это в свою очередь и есть путь к повышению эффективности работы двигателя и экономии топлива.

Варианты системы питания

Основными видами горючего для ДВС являются бензин и дизельное топливо («солярка»). Газ (метан) так же относится к видам современного топлива, но, несмотря на широкую применяемость, пока не получил актуальности. Вид топлива является одним из критериев классификации систем питания ДВС.

В этой связи выделяют силовые агрегаты:

бензиновые;
дизельные;
основанные на газообразном топливе.

Но наиболее признанной среди специалистов является типология систем питания двигателя по способу подачи топлива и приготовления топливно-воздушной смеси. Следуя данному принципу классификации, различаются, во-первых, система питания карбюраторного двигателя, во-вторых, система питания с впрыском топлива (или инжекторного двигателя).