Виды топливных систем дизельных двигателей: Какие существуют системы подачи топлива в дизельном ДВС

Содержание

Какие существуют системы подачи топлива в дизельном ДВС

Категория: Полезная информация.

Как мы знаем, в дизельном ДВС топливо воспламеняется не от внешнего источника (искра зажигания в бензиновом моторе), а в результате сильного сжатия и нагрева. При этом топливно-воздушная смесь подается и распыляется в цилиндрах под высоким давлением. С этой целью в дизелях используются разные типы систем подачи топлива.

Топливная система дизельных ДВС: основные принципы

Сначала воздух подается в цилиндр, затем сжимается, нагреваясь в процессе до экстремальных температур, и лишь к концу такта сжатия в цилиндр подается дизельное топливо. Подается таким образом: впрыскивается в камеру сгонария под высоким давлением (от 100 до 2000 атмосфер) и распыляется. Поэтому, вне зависимости от типа топливной системы дизеля, в ней всегда есть два компонента:

  • тот, что создает высокое давление – топливный насос высокого давления (ТНВД)
  • и тот, что впрыскивает и разбрызгивает горючее по камере – форсунка.

В зависимости от типа топливной системы дизельного ДВС, отличается конструкция ТНВД и устройство форсунок. Также отличаются схемы управления этими элементами и место их расположения.

Основные типы топливных систем дизеля

Наибольшее распространение получили 4 типа топливных систем дизельных моторов:

  • рядный ТНВД
  • ТНВД распределительного типа
  • насос-форсунки
  • система Common Rail

Рядный ТНВД – проверенное десятилетиями решение, которое активно применяется на грузовой и специальной технике с дизельными моторами. В основе этой системы подачи топлива находится работа плунжерной пары. Цилиндр движется в гильзе, создавая давление и сжимая топливо до необходимых показателей. Как только они достигнуты, открывается специальный клапан, подающий топливо на форсунку, которая впрыскивает его в цилиндр. Плунжер в это время движется вниз, открывает канал для впуска горючего в пространство гильзы с помощью топливоподкачивающего насоса, и цикл повторяется.

Работа самого плунжера становится возможна благодаря кулачковому валу, который приводится от мотора. Кулачки «толкают» клапана, а мкфта опережения впрыска, соединяющая ТНВД и двигатель, корректирует работу топливной системы.

Неоспоримые достоинства системы подачи топлива с рядными ТНВД – их ремонтопригодность и доступность обслуживания.

ТНВД распределительного типа конструктивно напоминает рядный топливный насос. Отличие заключается в количестве плунжерных пар. Если в рядном ТНВД одна пара идет на один цилиндр, то в распределительном работы одной плунжерной пары достаточно, чтобы обслуживать два, три, и даже шесть цилиндров. Это достигается через опцию вращения плунжера вокруг оси. Вращаясь, плунжер поочередно открывает выпускные клапана, подавая горючее на форсунки нескольких цилиндров.

Эволюция распределительных ТНВД привела к тому, что появились уже роторные топливные насосы: в них плунжеры помещаются в ротор и в процессе работы движутся навстречу двуг другу, пока ротор вращает их, распределяя тем самым топливо по камере сгорания.

Преимущество системы подачи топлива с распределительным ТНВД – компактность самого устройства. Недостатки – сложность настройки, применение схем электронного управления и корректировки работы.

Система подачи топлива в цилиндр с помощью насос-форсунок вообще исключает необходимость ТНВД как отдельного элемента. В этом случае, форсунка и насосная секция – это один узел в общем корпусе.

 

В результате достигается легкость регулировки подачи топлива в конкретный цилиндр, а при выходе из строя одной насос-форсунки, остальные продолжают работать, что облегчает ремонт. Конструктивно, насос-форсунки приводят в действие плунжеры распредвал ГРМ в головке блока цилиндров.

Система подачи топлива насос-форсунками распространена не только на грузовых, но и на легковых автомобилях. К недостаткам ее можно отнести высокую стоимость запчастей, а также крайнюю чувствительность к качеству дизельного топлива. Мельчайшие примеси в горючем могут легко вывести из строя насос-форсунку, что отражается на стоимости эксплуатации такого решения в личном автомобиле.

Система Common Rail стала своего рода прорывом в части решения механизма подачи топлива в дизельных ДВС. Эта система позволяет экономить топливо при высоком КПД дизеля, что и сделало ее такой популярной. Common Rail придумали инженеры Bosch еще в 90-х годах. Сегодня большинство дизельного транспорта оснащается именно Коммон Реил.

Главное отличие этой системы – наличие аккумулятора высокого давления в общей магистрали. Туда топливо нагнетается отдельным ТНВД, чтобы затем под постоянным давлением подаваться на форсунки. Именно постоянство давления дает возможность быстро и эффективно впрыскивать горючее в цилиндр. Как результат – производительная, мягкая и комфортная работа дизельного двигателя. Бонусом – упрощение конструкции самого ТНВД в системе Common Rail.

 

Управляется работа системы отдельным ЭБУ: группа датчиков сообщает контроллеру, сколько и как скоро нужно подать дизельное топливо в цилиндры. С другой стороны, сложность и недостаток Коммон Реил обусловлена как раз умной электроникой и принципом работы системы.

Поэтому владельцам таких решений стоит выбирать качественное топливо и своевременно менять топливные фильтры.

О том, как еще продлить жизнь вашего дизельного двигателя, мы писали здесь.

Если вы в поиске качественных запчастей для своего дизельного двигателя, проверьте наш каталог

ПЕРЕЙТИ В КАТАЛОГ

Системы впрыска дизельных двигателей

Системы впрыска дизельных двигателей

Дизельный двигатель работает за счет самовоспламенения топлива, поданного под высоким давлением. Однако распылить топливо в цилиндре дизеля — нетривиальная задача, которую конструкторам приходится решать уже больше века. О том, какие сегодня используются системы впрыска дизельных двигателей, как они устроены и как работают, читайте в этой статье.


Особенности работы топливной системы дизельного двигателя

Главная особенность дизельного двигателя заключается в том, что в нем используется принцип самовозгорания топлива под действием сжатого и нагретого в цилиндре воздуха.

Для успешного возгорания необходимо произвести подачу топлива в цилиндр примерно в конце такта сжатия, а так как воздух в цилиндре сильно сжат, топливо тоже должно быть подано под высоким давлением — на практике в разных двигателях топливо впрыскивается под давлением от 100 до 2500 атмосфер.

С другой стороны, мало просто подать топливо в цилиндр — это необходимо сделать так, чтобы обеспечить наилучшие условия для самовозгорания и наиболее полного сгорания. Самый простой и эффективный способ — распылить топливо в цилиндре с помощью форсунки.

Таким образом, в дизельных двигателях используются системы впрыска топлива, и все они, независимо от типа, имеют два основных компонента: топливный насос высокого давления (ТНВД) и форсунки. А отличия систем заключаются в устройстве насоса и форсунок, их расположении и наличии дополнительных компонентов.


Системы впрыска дизельных двигателей

Существует несколько типов систем впрыска дизельных двигателей, среди которых наибольшее распространение получили следующие:

- Системы с рядным ТНВД;
- Системы с ТНВД распределительного типа;

- Системы с насос-форсунками;
- Аккумуляторные системы типа Common Rail («Общая магистраль»).

При этом все системы имеют большое число разновидностей, однако мы расскажем только о самых популярных типах.


Рядный ТНВД

Рядный ТНВД — наиболее простое решение, которое активно используется на протяжении многих десятилетий и даже сегодня пользуется высокой популярностью. По сравнению с другими системами, рядный насос громоздок и тяжел, поэтому он широко используется только на мощных автомобильных и тракторных двигателях.

Основу рядного ТНВД составляют плунжерные пары, число которых равно числу цилиндров. В общем случае, плунжерная пара представляет собой цельнометаллический цилиндр (плунжер), движущийся в гильзе. Двигаясь вверх, плунжер сжимает топливо, по достижении определенного давления открывается нагнетательный клапан, который выпускает сжатое топливо — оно направляется к форсунке, которой впрыскивается в цилиндр. Двигаясь в обратную сторону, плунжер открывает впускной канал, и пространство над ним наполняется новой порцией топлива. Для заполнения плунжерной пары топливом служит специальный подкачивающий насос.

Плунжеры приводятся в движение кулачковым валом по типу распределительного вала двигателя. Вал приводится в движение двигателем, ТНВД связан с двигателем через муфту опережения впрыска, которая позволяет настраивать работу насоса в зависимости от оборотов и тактов двигателя.

Распределительный ТНВД

ТНВД распределительного типа по устройству в целом повторяет рядный ТНВД, однако в нем используется только одна или две плунжерных пары (одна пара может обслуживать от 2 до 6 цилиндров). Принцип работы распределительного насоса сводится к тому, что плунжер двигается не только вверх и вниз, но и одновременно вращается вокруг оси и поочередно открывает выпускные отверстия, через которые топливо под давлением подается к цилиндрам.

Более современный и эффективный тип распределительного ТНВД — роторный. В нем используется ротор с установленными плунжерами (от 2 до 4, они движутся навстречу друг другу), который вращается и распределяет топливо по цилиндрам.

Распределительный насос компактен и легок, однако он требует более тщательной настройки, поэтому сегодня для его управления широко применяются электронные регуляторы.

Насос-форсунка

Название «насос-форсунка» говорит само за себя — в ней объединены форсунка и насосная секция, в основе которой лежит все та же плунжерная пара. Преимущество такого решения в том, что оно позволяет легко регулировать подачу топлива в каждый цилиндр, а при выходе из строя одного насоса остальные останутся в строю.

Насос-форсунка имеет большое преимущество, так как управлять ею можно с помощью распределительного вала двигателя, который расположен в головке цилиндров, то есть — там же, где и форсунки. Так что здесь не нужно использовать отдельную систему привода, а достаточно использовать уже имеющийся вал ГРМ.

Насос-форсунка достаточно широко используется на дизельных двигателях грузовых автомобилях, а также на двигателях внедорожников.

Common Rail

Common Rail — самая современная система впрыска топлива, которая может обеспечить наилучшие характеристики работы двигателя. Эта система стала использоваться с конца 1990-х годов компанией Bosch, и к сегодняшнему дню ею оснащается практически три четверти всех сходящих с конвейеров дизельных двигателей.

Отличительная черта Common Rail — наличие так называемого аккумулятора, в котором топливо находится под постоянным высоким давлением и из него подается к форсункам. Аккумулятор — это общая топливная магистраль (это отражено в названии Common Rail, что переводится с английского, как «общая магистраль») или топливная рампа, в которую топливо нагнетается с помощью ТНВД.

Наличие аккумулятора позволяет значительно улучшить впрыск топлива через форсунки (так как они работают под постоянным давлением и только открываются в необходимые моменты, причем за один такт может производиться до 9 впрыскиваний), а также упростить ТНВД и другие детали системы впрыска.

На современных двигателях Common Rail полностью управляется электроникой. Блок управления на основе данных с нескольких датчиков определяет количество подаваемого топлива, моменты его подачи в цилиндры и т.д. Это позволяет достичь наилучшей работы двигателя и снизить его токсичность на всех режимах.

Права на технологию Common Rail принадлежат компании Bosch.

Другие статьи

#Палец штанги реактивной

Палец штанги реактивной: прочная основа шарниров штанг

23.06.2021 | Статьи о запасных частях

В подвесках грузовых автомобилей, автобусов и другой техники предусмотрены элементы, компенсирующие реактивный момент — реактивные штанги. Соединение штанг с балками мостов и рамой осуществляется с помощью пальцев — об этих деталях, их типах и конструкции, а также о замене пальцев читайте в статье.

#Клапан МАЗ включения привода сцепления

Клапан МАЗ включения привода сцепления

16. 06.2021 | Статьи о запасных частях

Многие модели автомобилей МАЗ оснащаются приводом выключения сцепления с пневматическим усилителем, важную роль в работе которого играет клапан включения привода. Все о клапанах включения привода сцепления МАЗ, их типах и конструкции, а также о подборе, замене и ТО данной детали — узнайте из статьи.

Дизельные системы впрыска - принцип работы, типы

Системы впрыска дизельного топлива – далее по тексту также СВДТ – это системы питания ДВС. Функционируют на дизельном топливе – смеси газойлевых соляровых и керосиновых фракций, которые предварительно прошли специальную обработку. Но речь идёт именно о наличии соляровых фракций которые прошли щелостную очистку, а не о классической солярке с недостающим уровнем вязкости и выкипающей при температуре 240-400 °C 

Также в дизельных двигателях в качестве альтернативной топливной смеси может использоваться «Bio-Diesel» – смесь моноалкильных эфиров жирных кислот. Как правило, Bio-Diesel делают из рапсового масла.

Принцип работы

Воспламенение – результат сжатия и нагрева дизельного топлива под высоким давлением в цилиндрах. То есть на деле мы имеем дело с самовоспламенением впрыскиваемого топлива при его контакте с горячим воздухом. Все процессы происходят внутри. Этот принцип диаметрально противоположен бензиновым системам, у которых топливо воспламеняется от искры зажигания – внешнего источника.

Чтобы понимать, как функционируют системы впрыска топлива дизельного двигателя, важно чётко разбираться, за что ответственен каждый её элемент.


СВДТ включает в себя: 

  1. Топливный бак. В нём непосредственно и хранится топливо.
  2. Насосное оборудование для подкачки топлива из бака.
  3. Фильтры грубой и тонкой очистки топлива. Главная функция – защита от загрязнений форсунок.
  4. ТНВД (топливный насос высокого давления). Самый сложный узел дизельного ДВС. Прямая задача ТНВД – не просто создавать давление, а распределять топливо по цилиндрам, то есть регулировать его объем. Исключение – СВДТ Common Rail. У них сразу создаётся оптимальный уровень давления. А остальные задачи решаются посредством инжектора. Установку ТНВД считают одну из наиболее сложных, но важных задач мастера. Точность взаимного позиционирования кулачкового вала ТНВД по отношению к коленчатому валу двигателя напрямую влияет на мощность ДВС и его топливную эффективность (экономичность). 
  5. Форсунку. Корпус с клапаном.
  6. Сливную магистраль. Топливо из камеры управления вытекает через дроссель в сливную магистраль.
Высокое давление создаёт идеальные условия для того, чтобы свежий заряд во время такта сжатия нагревался до температуры, которая превышает температуру воспламенения.

Работа осуществляется по следующей схеме:

  • Давление действует на поршень.
  • Поршень через шатун и кривошип коленчатого вала побуждают двигатель совершать полезную работу.
  • СВДТ дозирует само топливо, ориентируясь на текущую нагрузку ДВС.
  • Впрыск осуществляется на протяжении определенного промежутка времени с заданной интенсивностью.
  • Топливо распределяется по всему объему камеры.
  • Проводится фильтрация топливной смеси.
  • Топливо поступает в насосы, форсунки.


Типы дизельных систем питания

Решающее влияние на конструкцию системы впрыска дизельного двигателя оказывает способ подачи и распыливания.

Существует 4 основных типа СВДТ:

  • С рядным насосом. Системы с рядным ТНВД, работающие за счёт плунжерных пар, количество которых равно количеству цилиндров в системе. “Прародитель” СВДТ.
  • С насосом распределительного типа. Каждая секция взаимодействует с одним цилиндром. 
  • Системы с насос-форсунками. ТНВД и форсунки консолидированы в единый узел. Плюс такого решения очевиден: нет препятствий для создания и поддержания высокого давления (включая давление более 2000 кг/см2).  
  • Сommon Rail. Системы с электромагнитным клапаном. Обеспечивают электронное управление цикловой подачей.  СВДТ знакома потребителю в двух модификациях: селективного и накопительного типа. Разница — в используемых каталитических конвертерах.
СВДТ с рядным насосом и насосом распределительного типа установлены, преимущественно, на старых авто: с рядным насосом –  на грузовиках, спецтехнике, с насосом распределительного типа — на легковых авто, на старых легковых авто и грузовом транспорте с небольшими габаритами.   

На рисунке — решения с рядным и распределительным ТНВД.

Если сравнивать рядные насосы и распределительные ТНВД, то важно понимать насосы распределительного типа полезны, когда нужны очень компактные и лёгкие решения. Рядные топливные насосы – при поиске оптимального варианта для ДВС тяжёлой техники.

Но будущее — за Сommon Rail и насос-форсунками. При этом особенно на практике хорошо себя зарекомендовали решения с индивидуальными — PLD-секциями. Плунжерная пара и управляющий элемент у них отделены от впрыскивающего элемента – форсунки, и соединены трубкой высокого давления.

Мастера СТО, принимая на диагностику автомобили с  PDL-секций, могут гарантировать клиентам быстрое обнаружение неисправностей и ремонт  СВДТ. Это обусловлено тем, что при диагностике и дальнейшем ремонте не нужно “вклиниваться” в головку блока цилиндров. Доступ к узлу – незатруднённый, поэтому сервис – максимально  быстрый.

С рядным насосом

Конструкция с рядным насосным оборудованием появилась самой первой. Работает она по такому принципу:
  • Цилиндр движется в гильзе, создаёт давление и сжимает топливо. 
  • При достижении нужного давления открывается клапан. 
  • Дизтопливо поступает к форсункам (количество форсунок в таких конструкциях всегда соответствует количеству плунжерных пар).
  • Первые конструкции с рядным насосом были полностью механические, затем появились устройства с электромеханикой. Это облегчило регулировку цикловой подачи топлива. 

Решения сумели зарекомендовать себя как достаточно надёжные и с большим ресурсом, но есть у них и заметные недостатки:

  • большой вес насосного оборудования,
  • проблемы при создании больших показателей давления (особенно, если речь — о полностью механических конструкциях),
  • низкое быстродействие,
  • сомнительная точность дозирования топливной смеси.

Требования к качеству дизельного топлива значительно выше, нежели к бензину. Это можно связать с конструктивными особенностями СВДТ.

Качество процесса сгорания топливной смеси в цилиндре зависит от самого начала подачи дизельной смеси. Управление началом процесса осуществляется посредством регулятора начала подачи.

Непосредственно за регулировку объема топлива, подаваемого в цилиндр за один цикл, как понятно из текста выше, отвечает плунжерная пара. Расстояние между втулкой и плунжером очень маленькое (речь идёт о десятых микрона). Такие же цифры характеризуют и точность изготовления распылителей форсунок. Вот почему и требования к качеству дизтоплива очень высокие. Если в нём много примесей, топливная аппаратура быстро выходит из строя.

С  насосным оборудованием распределительного типа

Существенно улучшить ситуацию, найти оптимизированное решение, которое позволяет достигать большего давления, позволяют системы впрыска дизельного топлива распределительного типа. Да, существует зависимость давления от оборотов ДВС. Но, главное, в этом случае все под полным контролем.

Устройства с рядным насосом бывают механическими и с электрорегулировкой.

Плунжерная пара у первых ТНВД была всего одна, у более поздних моделей — с ротором — плунжерных пар несколько. Такие решения — более производительные.  При этом плунжерная пара (или несколько пар) связаны сразу с несколькими форсунками: двумя, четырьмя, шести.

Плунжер совершает сразу два типа движений — вращательное и поступательное. Таким образом, в зоне его ответственности — как подача, так и распределение топливной смеси.

В противовес устройствам с рядным насосом габариты — существенно меньше, топливная экономичность — больше, но надежными такие системы назвать нельзя.  Если случается неисправность насоса, то вся СВДТ может выйти из строя.

Ещё один значительный недостаток — чувствительность к завоздушиванию. В свое время это стало серьёзным поводом для “переключения” производителей на СВДТ другого типа (с насос-форсунками и и Сommon Rail).

Насос-форсунки

В СВДТ с насос-форсунками  форсунки и плунжеры  составляют единую конструкцию. Запуск узла осуществляется от распредвала (за счёт механической рейки + регуляторов или чаще электромагнитных клапанов — последние обеспечивают лучшую производительность и точность дозирования топливной смеси). 

Давление можно увеличивать максимально быстро и  при этом — на существенные значения. Это возможно благодаря тому, что магистрали высокого давления у СВДТ с насос-форсунками — очень короткие, а усилие от кулачков через коромысло направлено непосредственно к насос-форсунке.

Впрыск — многофазный:

  • Предварительный. Обеспечивает смеси дальнейшую плавность сгорания. 
  • Основной. Осуществляется при целенаправленном движении плунжера вниз, направлен на качественное смесеобразование во всех режимах работы ДВС. чем больше давление, тем больше дизеля впрыскивается в камеру ДВС.
  • Дополнительный — очищающий. Плунжер продолжает двигаться вниз. Из фильтра интенсивно уходит сажа. 
  • Кстати, у ряда автомобилистов часто возникает вопрос. “Сажа? Но откуда?” Ведь многие годы дизельные ДВС называли более чистыми, нежели бензиновые. Однако во внимание не бралось одно существенное «но». При сильном разгоне образуется достаточно много сажи.

Особенно эта проблема актуальна для решений с механическим управлением дозирования топливной смеси. Если же речь идёт о решениях, управляемых электроникой, всё существенно лучше, выхлопы — чище. 

А вот весомый плюс всех решений с насос-форсунками, так это то, что  производитель  может позволить более высокую мощность ДВС, нежели в случае с рядным и распределительным насосом, дизтоплива водителю требуется меньше, уровень шума существенно уменьшается.

Система впрыска дизельного двигателя Сommon Rail


Решение Сommon rail  (“общая магистраль”, аккумуляторная СВДТ позволяет организовать двойной впрыск. 
  1. На первом этапе осуществляется предварительный впрыск небольшой порции топливной смеси.
  2. На втором этапе проводится основной впрыск под высоким давлением. С Common Rail  нет проблем достигнуть давления 220 -300 МПа. 
Шумность работы и образование сажи в этом случае ниже, а топливная эффективность выше.

Благодаря организации электронного управления цикловой подачей в случае использования с электромагнитным клапаном можно существенно повлиять на показатель скорости, с которой топливоподающей система реагирует на изменение нагрузки и давления наддува.

Сначала в процессе задействован клапан цикловой подачи, а далее в работу вступает тактовый клапан управления моментом подачи. 

Common Rail обеспечивает возможность осуществить впрыск предварительной небольшой порции топлива, а только потом переходить к работе к основной порции дизтоплива, легко достичь ровной характеристики горения топливной смеси. Ведь в таких случаях давление получается удерживать практически стабильным.

Как и в случае с насос-форсунками работа ступенчата. Выделяется предварительный (на холостом ходу), основной (при увеличении нагрузки) и дополнительный впрыск (при нагрузке, достигающей плато).

Дизельные системы впрыска Common Rail создают идеальные условия для того, чтобы СВДТ соответствовали строгим экологическим нормам, ДВС были маломощными, производство компонентов было более дешевым, а диагностика — оперативной. Активным выпуском Common Rail заняты такие мировые гиганты, как BOSCH, DENSO, SIEMENS. СВДТ Common Rail активно устанавливается на Volvo, Volkswagen, Fiat,  Toyota, Alfa Romeo, Mazda, Ford, Nissan,Honda, Hyundai, Kia и др.

Комплексно изучить дизельные двигатели автомобилей, включая плунжерное насосное оборудование,систему непосредственного впрыска Common Rail поможет интерактивная электронная программа “Дизельные двигатели автомобилей”

Видеообзор интерактивной программы

Виды топливных систем дизельных двигателей

Сердцем дизельной техники является...
Нет, не сам двигатель, а топливная система, без которой все остальное — просто «железо».

Рядный топливный насос высокого давления появился в 1927 году.

Название указывает на принцип размещения насосных секций с плунжерами: они располагаются одна за другой в ряд, каждая обслуживает свой цилиндр. Эта техника чрезвычайно надежная и долговечная. Главным образом это связано с тем, что качество топлива очень мало влияет на состояние насоса.

Следующее поколение насосов высокого давления появилось в 1960-х. Они также использовали механический впрыск, однако их конструкция существенно отличалась от рядных ТНВД. Здесь всего один плунжер, при вращении которого, топливо распределяется по цилиндрам. Отсюда и название данного типа ТНВД — распределительный.

Дальнейшим развитием конструкции распределительных ТНВД стало использование электронного управления. В отличие от чисто механического насоса, где регулирование и подачу топлива обеспечивают вакуумные и механические элементы, здесь используется электронная плата управления. Она считывает данные с имеющихся датчиков и за счет исполнительных механизмов (электроприводов) более оперативно и точно регулирует процесс подачи топлива, что позволяет обеспечить лучшую топливную экономичность и соответствие более жестким экологическим требованиям.

Отдельной ветвью развития топливных систем стали насос-форсунки. Данная система объединяет в одном узле ТНВД и форсунку (устанавливается индивидуально на каждый цилиндр). Поршни насоса приводятся в движение распредвалом двигателя и создают впрыск топлива под высоким (свыше 2000 бар) давлением.

Common Rail появилась в середине 1990-х. Эта система завоевала весь мир. Почему? Она не имеет конкурентов в части топливной экономичности и экологической безопасности, позволяя вписываться даже в жесткие рамки Евро-6. К тому же это чрезвычайно «гибкая» система, которая может применяться на автомобильных, паровозных, судовых двигателях.

Чисто механически насос Common Rail гораздо проще, чем любой рядный или распределительный ТНВД. Он не имеет распределительных функций и только накачивает топливо в общую рампу. За своевременную и точную подачу топлива в цилиндры отвечают форсунки, работающие по команде блока управления.

Common Rail отличается высокой надежностью. Главный враг - загрязнения, которые забивают мельчайшие каналы и приводят к сбою в работе управляющих систем и форсунок, способны вывести из строя нагруженные элементы топливного насоса. Поэтому требования к качеству топлива, его чистоте, высоки.

Обзор систем впрыска дизельных двигателей

Можно 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.)

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. Для грузовиков создается ТНВД со съемной головкой высокого давления (аналогичная схема использована в ТНВД Алтайского Завода Прецизионных Изделий и TGL(ГДР) – для IFA). Позднее для тяжелых двигателей была разработана собственная система насос-форсунок и индивидуальных насосов с электроуправляемыми клапанами, построенная по собственной технологии (несмотря на схожесть с немецкими аналогами).  Для быстроходных двигателей создается семейство распределительных насосов DPA(лицензионным производством которых занялся венгерский завод  «MEFIN»). На смену DPA пришел DPC, а позднее DP 200(210), EPIC (ТНВД с управлением электроклапанами, в России наиболее часто встречается на автомобилях FORD Transit и Mercedes-Benz). Схема оказалась настолько «живучей», что была применена при разработке ТНВД для Common Rail, по такому же принципу создан насос VP44 (BOSCH).  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 BOSCH. Но DENSO в 1995 году впервые в мире применила систему Common Rail на серийном автомобиле Toyota – Hino, после чего данная система получила признание во всем мире. По похожей схеме разработана система BOSCH CP2.

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. Ротор, в котором находятся плунжера, вращаясь, распределяет топливо по цилиндрам. Остальные функциональные возможности и принципы действия систем похожи на описанные выше насосы VE. С разработкой и внедрением быстродействующих клапанов, появились насосы серий EPIC(Lucas), VP44(Bosch), VRZ(ZEXEL), V4(DENSO). Для корректировки погрешностей механической обработки применяется метод программного корректирования.

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 насос-форсунках американских двигателей применены гидравлические привода. Система находит применение не только на грузовых автомобилях, но и на легковых (Land Rover, VW) Система выпускается четырьмя производителями - Bosch, Delphi, Continental/VDO, Motorpal.

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 построены по схожим схемам. DELPHI использует собственную схему, пришедшую от серии DPA/DPC. Впрыск топлива в цилиндры осуществляется через электроуправляемые форсунки SIEMENS и BOSCH используют в своих инжекторах пьезокерамические пакеты, в качестве управляющих элементов. Система применяется практически всеми производителями дизельных моторов, как легковых, так и грузовых автомобилей.

Источник: http://dizel-ryazan.ru

Дизельные насосы - Denso

Автомобили, оснащенные дизельными двигателями, составляют львиную долю грузового коммерческого автопарка. Сравнительная дешевизна топлива и превосходные тяговые характеристики дизелей не оставляют шансов другим типам двигателей занять более достойное место в обширной нише коммерческих автомобилей.

Современный дизель – это сложный высокоточный агрегат, все системы которого работают на извлечение максимальной выгоды для его владельца. И весомая заслуга в этом принадлежит компании DENSO. Ведь именно наши инженеры впервые разработали и запатентовали систему подачи топлива в цилиндры дизеля common rail в далеком 1995 году. С тех пор технические специалисты компании постоянно совершенствуют эксплуатационные характеристики системы, давая жизнь ее новым поколениям. Каждое последующее поколение common rail становится еще более экономичным в сравнении с предшественниками и более экологичным в целях соответствия ежегодно ужесточающимся нормам экологических стандартов EURO.

Непрерывная системная работа над модернизацией топливного оборудования позволила сделать его размеры более миниатюрными, что привело к экспансии компонентов системы common rail производства компании DENSO в сегмент легковых автомобилей, в котором они также снискали заслуженную популярность. Элементами производства DENSO на сегодняшний день оснащается большинство японских, корейских и американских легковых автомобилей.

Как работает система common rail?

Принцип работы топливной системы common rail, как и все гениальное, достаточно прост. Она получила свое название благодаря инновационному решению организации подачи дизельного топлива по единой общей топливной магистрали. То есть, топливный насос нагнетает высокое давление горючего в топливной рампе, являющейся общей для всех цилиндров мотора, а блок управления двигателем, получая сигналы от датчиков системы, открывает в нужные моменты времени топливные форсунки. Топливо под высоким давлением впрыскивается непосредственно в цилиндр, наполненный сжатым, и от этого горячим воздухом. От контакта с горячей газовой средой цилиндра топливная смесь самовоспламеняется, заставляя вращаться коленчатый вал двигателя.

Для нормального функционирования системы в ней постоянно должно поддерживаться высокое давление топливной жидкости. Это необходимо, в первую очередь, для повышения экономичности мотора, поскольку при высоких давлениях впрыскивания можно использовать более бедную топливную смесь. А во-вторых – для снижения удельного количества вредных выбросов в атмосферу, поскольку топливо сгорает практически полностью.

Само собой разумеется, что в системе common rail каждый ее компонент выполняет свою роль и по-своему важен для ее полноценного функционирования. Но все же сердцем системы с общей топливной магистралью является топливный насос высокого давления (ТНВД). Поскольку именно он создает условия для эффективного впрыска топлива в цилиндры, в конечном итоге его работа приводит к снижению расхода горючего и минимизации выбросов вредных веществ в атмосферу.

В основе ТНВД находится плунжерная пара, которая представляет собой поршень и цилиндр небольшого размера. Она изготавливается из высококачественной стали с высокой прецизионной точностью, когда между элементами пары обеспечивается минимально возможный зазор.

Эволюция топливных насосов DENSO

Современный топливный насос – это одновременно и компонент сложной системы, которая автоматически управляет работой мотора, и важный исполнительный механизм, мгновенно реагирующий на команды водителя. Нажатие педали акселератора не приводит напрямую к увеличению подачи топлива, а служит лишь внешним управляющим воздействием, на которое реагируют датчики и системы двигателя, внося необходимые коррективы в слаженную работу систем.

В борьбе за экономичность и экологичность дизельных двигателей инженерами компании постоянно совершенствовались как элементы топливной системы в целом, так и насосы высокого давления в частности. Основной задачей инженеров DENSO было увеличение создаваемого насосом давления. Ведь при больших показателях давления в топливной магистрали достигается возможность работы дизеля на более обедненных смесях, и даже на некоторых видах топлива, наносящих меньший вред окружающей среде. Это, в свою очередь, справедливо для биодизельного топлива, получаемого из растительных компонентов.

На сегодняшний день линейка топливных насосов DENSO насчитывает несколько поколений:

Насосы типа НР0

Родоначальники семейства насосов высокого давления DENSO. Конструктивно представляют собой глубокую модернизацию предыдущего поколения рядных насосов, использовавшихся в атмосферных дизельных двигателях. В насосе установлены две плунжерные пары последовательно друг за другом. В корпусе устройства дополнительно организован и подкачивающий насос, который доставляет топливо из бака к области, в которой происходит повышение давления в топливной магистрали. Благодаря такому техническому решению специалистам DENSO удалось решить сразу несколько задач:

  • получить компактную конструкцию;
  • обеспечить плавную подачу топлива в магистраль;
  • получить стабильное давление в топливной рампе.

Насосы типа НР2

Второе поколение насосов отличалось от предшественников добавлением в их конструкцию двух клапанов контроля давления SCV (Suction Control Valve). Основная задача клапана – отправка обратно в бак излишков топлива, образуемых при превышении заданного конструкцией давления в топливной магистрали. Введение в конструкцию насоса клапанов данного типа позволило минимизировать пульсации давления в топливной магистрали, тем самым сделав его более стабильным в топливной рампе системы. В насосах НР2 используются механические клапаны контроля давления. Что касается плунжерных пар, то конструкция не претерпела изменений: пары, как и в предыдущей версии, располагались по рядному принципу.

Насосы типа НР3

Насосы типа НР3 стали очередной вехой совершенствования системы common rail и победой инженеров DENSO. Появившиеся в 2001 году насосы имели совершенно иную конструкцию по сравнению с предыдущими поколениями.

В первую очередь изменения затронули расположение плунжерных пар. Они стали располагаться под углом в 180 градусов относительно друг друга. Поэтому, когда одна пара набирает топливо, вторая в это время нагнетает его в топливную магистраль. Такое решение позволило повысить производительность насоса и существенно поднять рабочее давление в топливной рампе.

Вторым важным отличием стало то, что в системе стали применяться клапаны контроля давления SCV, открытием и закрытием которых управляет электроника автомобиля.

Насосы типа НР4

Четвертое поколение насосов, увидевшее свет в 2004 году, стало логическим продолжением третьего поколения насосов высокого давления. В них, в отличие от предшественников, применено три плунжерных пары, установленных по отношению друг к другу под углом в 120 градусов. Такое техническое решение позволило увеличить мощность насоса в 1,5 раза. Сам принцип действия насоса остался без изменений.

Насосы типа i-ART

Насосы пятого поколения являются частью концепции компании DENSO, получившей название i-ART. Суть концепции заключалась в разработке компонентов топливных систем, которые обеспечат соответствие дизельных двигателей строгим нормам экологической безопасности EURO 6 и даже EURO 7. Техническое решение насоса получило компактный размер, которого удалось достичь благодаря вертикальной установке плунжерных пар.

Выдающиеся эксплуатационные показатели системы common rail новейшего поколения достигаются за счет совместного использования данного типа насосов с топливными форсунками DENSO четвертого поколения, обеспечивающими до 9 открытий форсунки в течение одного цикла впрыска. К тому же это поколение форсунок оснащено встроенными датчиками давления. Компактные датчики, установленные в каждой топливной форсунке, отслеживают и регулируют процесс впрыска топлива в цилиндры со скоростью до 1000 раз в секунду, обеспечивая тем самым подачу оптимального для эффективной работы количества топлива. Как следствие, интеллектуальное управление приводит к уменьшению уровней шума и вибрации работающего мотора, снижению количества выбросов, увеличению экономичности. Дизельные двигатели, оснащенные данной технологией, являются самыми современными моторами в мире. Такие моторы устанавливаются на автомобили автогиганта Volvo, которые по праву считаются эталоном в мире коммерческих грузовиков.

Почему DENSO?

Мы производим топливные насосы и другое оборудование топливных систем дизельных двигателей на протяжении нескольких десятков лет и добились в этой области значительных успехов. Компания DENSO входит в тройку лучших мировых разработчиков и производителей компонентов для систем common rail, является надежным партнером для многих мировых автогигантов.

На протяжении десятилетий корпорация DENSO инвестирует значительные средства в исследования и разработки инновационных систем подачи топлива для создания самых современных, высокоэффективных, мощных, экологичных, экономичных и надежных дизельных двигателей.

Классификация дизельных топливных систем и типичные неисправности