Система подачи топлива дизельного двигателя

Система подачи топлива дизельного двигателя

Система подачи топлива дизельного двигателя заклю­чается в фильтрации, накоплении и подаче топлива в систему впрыска под давлением, соответствующим любым рабочим условиям. В некоторых случаях осуществляется охлаж­дение топлива, возвращаемого в топливный бак. Система подачи топлива включает сле­дующие основные компоненты (см. рис.1 «Топливная система автомобиля с системой впрыска топлива с общей топливной магистралью»): топливный бак, фильтр грубой очистки (не для системы насос-форсунок легковых авто­мобилей), предварительный насос (опция, на легковых автомобилях может устанавливаться в топливном баке), топливный фильтр, насос подачи топлива (низкого давления), клапан регулирования давления (перепускной кла­пан), охладитель топлива (опция) и топливо­проводы низкого давления.

 

 

Топливная система автомобиля с системой впрыска топлива с общей топливной магистралью

Отдельные компоненты могут быть объе­динены в функциональные узлы (например, насос подачи топлива с ограничителем дав­ления). В осевых и радиально-поршневых распределительных насосах и, частично, в системе общей топливной магистрали, насос подачи топлива встроен в насос высокого давления.

Системы подачи топлива значительно раз­личаются в зависимости от используемой си­стемы впрыска топлива, см. рис.2 «Топливная система автомобиля с системой впрыска топлива с насос-форсунками для легковых автомобилей») и 3 «Топливная система автомобиля с системой впрыска топлива с радиально — поршневым топливным насосом высокого давления» (си­стемы с общей топливной магистралью, с насос-форсунками и с радиально-поршневым ТНВД, соответственно).

Топливная система автомобиля с системой впрыска топлива с насос-форсунками для легковых автомобилей

Система подачи топлива (ступень низкого давления)

 

Назначением насоса подачи топлива в сту­пени низкого давления (предварительного насоса) является снабжение компонентов высокого давления достаточным количе­ством топлива при любых условиях работы, с низким уровнем шума, под требуемым дав­лением и на протяжении всего срока службы автомобиля. В зависимости от области при­менения, используются насосы различных типов.

Электрические топливные насосы

 

Одноступенчатый электрический топливный насосЭлектрические топливные насосы (см. рис.4 «Одноступенчатый электрический топливный насос») различных типов применяются для двигате­лей с искровым зажиганием. Для дизельных двигателей обычно применяются роторные роликовые насосы.

Примеры использования:

  • в качестве дополнительного насоса для распределительного топливного насоса (только в случае длинных топливопроводов или большой разницы по высоте между топливным баком и топливным насосом);
  • в системах впрыска топлива с насос- форсунками (для легковых автомобилей);
  • в системах впрыска топлива с общей то­пливной магистралью (для легковых авто­мобилей).

Шестеренчатый насос

 

Шестеренчатый топливный насосШестеренчатый насос устанавливается прямо на двигателе или, в случае общей топливной магистрали, встраивается в топливный насос высокого давления. Он приводится во враще­ние механически, посредством муфты, зубча­той передачи или зубчатого ремня.

Основными компонентами насоса являются два входящих в зацепление друг с другом зуб­чатых колеса, вращающихся в противополож­ных направлениях (см. рис.5 «Шестеренчатый топливный насос»), которые подают топливо во впадины между зубьями со стороны всасывания в сторону нагнетания. Линия кон­такта зубчатых колес обеспечивает уплотнение между сторонами всасывания и нагнетания, что предотвращает обратный поток топлива.

Производительность насоса приблизи­тельно пропорциональна частоте вращения коленчатого вала. Поэтому подача топлива регулируется при помощи ограничителей на стороне всасывания или перепускного кла­пана на стороне нагнетания.

Примеры использования:

  • в системах с одноцилиндровыми насосами высокого давления на коммерческих ав­томобилях (системы с насос-форсунками или отдельным топливным насосом высо­кого давления);
  • частично, в системах с общей топливной магистралью (для коммерческих, легковых и внедорожных автомобилей).



Лопастной насос подачи топлива

 

Лопастной насосЛопастной насос подачи топлива (см. рис.6 «Лопастной насос») устанавливается на приводном вале в распре­делительном топливном насосе высокого давления. На приводном вале на сегментной шпонке установлено рабочее колесо. Эксцен­триковое кольцо, установленное в корпусе, окружает рабочее колесо.

Под действием центробежных сил, созда­ваемых во время вращения, четыре лопасти рабочего колеса прижимаются к эксцентрико­вому кольцу. Топливо, находящееся между об­ратной стороной лопастей и рабочим колесом, способствует выдвижению лопастей наружу.

Топливо проходит через впускной канал и серпообразную полость в пространство, об­разуемое рабочим колесом, лопастью и экс­центриковым кольцом. Силы вращательного движения вытесняют топливо, находящееся между лопастями, в верхнюю серпообразную полость и далее в выпускной канал.

Пример использования: в качестве насоса предварительной подачи топлива, встраиваемого в распределительный насос высокого давления.

 

Роторный насос с запорными лопастями

 

Роторный насос с запорными лопастямиВ роторном насосе с запорными лопастями (см. рис.7 «Роторный насос с запорными лопастями»), две лопасти прижимаются пружинами к ротору. По мере поворота ротора объем на стороне всасывания увеличивается, и топливо засасывается в две камеры. На стороне нагнетания объем уменьшается, и топливо вытесняется из камер. Роторный насос с запорными лопастями осуществляет подачу топлива с очень низкой скоростью.

Пример использования: на легковых ав­томобилях, совместно с системами впрыска топлива с использованием насос-форсунок.

 

 

Сдвоенный топливный насос

 

Сдвоенный топливный насосСдвоенный топливный насос (см. рис.8 «Сдвоенный топливный насос») пред­ставляет собой узел, состоящий из насоса подачи топлива и вакуумного насоса для уси­лителя тормозов. Он встраивается в головку блока цилиндров и приводится во вращение от распределительного вала двигателя.

Сам топливный насос представляет собой роторный насос с запорными лопастями или шестеренчатый насос, и даже при низких скоро­стях вращения (вовремя проворота двигателя стартером) подает топливо в количестве, доста­точном для надежного пуска двигателя. Подача топлива пропорциональна скорости вращения.

Насос содержит ряд клапанов и дроссе­лирующих каналов. Максимальное количе­ство подаваемого топлива ограничивается дросселирующим каналом на стороне вса­сывания. Максимальное давление в ступени высокого давления ограничивается клапаном сброса давления. Пузырьки паров топлива уничтожаются в дросселирующем канале линии возврата топлива. В случае попадания в топливную систему воздуха (например, при полном опорожнении топливного бака) клапан регулирования низкого давления остается закрытым. Воздух вытесняется из топливной системы через перепускной канал давлением топлива.

Пример использования: на легковых авто­мобилях, совместно с системами впрыска топлива с использованием насос-форсунок.

 

Клапан регулирования низкого давления

 

Клапан регулирования давленияКлапан регулирования низкого давления (см. рис.9 «Клапан регулирования давления»), также называемый перепускным ограничителем, устанавливается в линии возврата топлива. Он обеспечивает требуемое рабочее давление в ступени низкого давления в си­стеме впрыска топлива с насос-форсунками при любых рабочих условиях и равномерное наполнение насос-форсунок топливом.

Плунжер аккумулятора клапана открыва­ется при давлении 300-350 кПа (3-3,5 бар). Небольшие колебания давления в объеме ак­кумулятора компенсируются пружиной. При давлении 4-4,5 бар открывается уплотнение, что вызывает заметное увеличение расхода. Для установки значения давления откры­тия служат два регулировочных винта.

Охладитель дизельного топлива

 

Контур охлаждения топливаВысокое давление в форсунках в системах впрыска топлива с насос-форсунками для лег­ковых автомобилей и в некоторых системах с общей топливной магистралью вызывает столь интенсивный нагрев топлива, что перед его возвратом в топливный бак требуется охлаж­дение. Топливо, возвращаемое из форсунок в топливный бак, проходит через охладитель (теплообменник) и отдает тепло охлаждающей жидкости, циркулирующей в контуре охлажде­ния топлива. Этот контур отделен от системы охлаждения двигателя, поскольку при нормаль­ной рабочей температуре двигателя темпера­тура жидкости в системе охлаждения двигателя слишком высока для охлаждения топлива. Кон­тур охлаждения топлива соединяется с систе­мой охлаждения двигателя у расширительного бачка. Бачок обеспечивает заполнение контура охлаждения топлива охлаждающей жидкостью и компенсирует любые изменения, вызванные колебаниями температуры (см. рис. 10 «Контур охлаждения топлива»).

Система фильтрации дизельного топлива

Так же как для двигателей с искровым зажи­ганием, для дизельных двигателей необхо­димо обеспечить защиту топливной системы от загрязнения. Загрязнения могут проник­нуть в топливную систему во время заправки автомобиля или попасть в топливный бак через систему вентиляции топливного бака. Функция топливного фильтра заключается в фильтрации твердых частиц с целью защиты от повреждения системы впрыска топлива.

По сравнению с системами впрыска то­плива двигателей с искровым зажиганием системы впрыска топлива дизельных двига­телей, в связи с очень высокими давлениями впрыска, требуют повышенной защиты от износа и более высокой степени фильтрации топлива. Кроме того, степень загрязнения ди­зельного топлива, как правило, значительно выше, чем у бензина.

Конструкция системы фильтрации дизельного двигателя

 

Фильтр дизельного топливаТопливные фильтры дизелей выполняются бы­стросменными (см. рис. 11 «Фильтр дизельного топлива»). В качестве сменных элементов широко применяются быстросменные фильтры с болтовым креплением, проходные фильтры и неметаллические фильтрующие элементы, устанавливаемые в корпусах из алю­миния, пластмассы или листовой стали (в со­ответствии с повышенными требованиями к предотвращению тяжелых последствий при стол­кновениях). Предпочтение отдается спиральным, V-образным фильтрующим элементам. Фильтры дизельного топлива устанавливаются в контуре низкого давления: в системах всасывания перед насосом подачи топлива, а в системах нагнета­ния — после электрического топливного насоса. В настоящее время имеет место тенденция к уста­новке фильтра в системах нагнетания.

Конструктивные требования

В течение нескольких последних лет требова­ния к тонкости фильтрации стали более стро­гими в связи с появлением систем с общей топливной магистралью с более высокими давлениями впрыска и новейших систем впрыска топлива с насос-форсунками для легковых и коммерческих автомобилей. В за­висимости от условий эксплуатации (степени загрязнения топлива, продолжительности пе­риодов простоя двигателя и т.д.) для новых систем требуется степень фильтрации 85 и 98,6 % (частиц размером 3-5 мкм, см. стан­дарт ISO/TR 13353: 1994). Топливные филь­тры, устанавливаемые на автомобили по­следних поколений, в связи с увеличенными интервалами замены, должны быть способны накапливать большие объемы частиц и эффективно задерживать частицы сверхмалого размера. Этого можно достигнуть, только ис­пользуя специальные фильтрующие среды, например, состоящие из большого количе­ства слоев синтетического микроволокна. Например, это могут быть многослойные синтетические микроволокна, гарантирую­щие максимальную степень удерживания частиц путем отделения их от топлива внутри отдельных слоев фильтрующего материала.

В настоящее время типичные интервалы за­мены фильтрующих элементов составляют от 60 000 до 90 000 км пробега. В регионах с пло­хим качеством дизельного топлива, таких как Восточная Европа, Китай, Индия и США, эти интервалы значительно короче. При использо­вании биодизельного топлива рекомендуется сократить интервалы замены в два раза.



Отделение воды

Другой важной функцией топливного фильтра для дизельного двигателя является удаление из топлива разного рода эмульсий и воды с целью предотвращения коррозии. Эффектив­ное отделение не менее 93 % воды при номи­нальном расходе (испытания в соответствии с ISO 4020) особенно важно для распредели­тельных топливных насосов высокого давле­ния и систем с общей топливной магистралью. Отделение воды осуществляется посредством коалесценции на фильтрующем материале (образования капель воды вследствие раз­личных поверхностных натяжений воды и то­плива). Вода скапливается в камере в нижней части корпуса фильтра (см. рис.11). В некото­рых случаях для контроля уровня воды исполь­зуются датчики проводимости. Вода сливается вручную через сливную пробку или электро­магнитный клапан, управляемый кнопкой.

На автомобилях, предназначенных для эксплуатации в особо тяжелых условиях, на стороне всасывания устанавливается дополнительный фильтр грубой очистки с водоот­делителем. Тонкость фильтрации фильтра соответствует тонкости фильтрации филь­тра тонкой очистки. Такие фильтры грубой очистки в основном устанавливаются на ком­мерческих автомобилях, предназначенных для эксплуатации в странах, где имеет место низкое качество дизельного топлива.

Дополнительные функции

Топливные фильтры последнего поколения об­ладают дополнительными функциями, такими как подогрев топлива для предотвращения закупоривания парафином в условиях низких температур. Подогрев топлива может осущест­вляться электрическим нагревателем или горя­чим топливом, возвращаемым из двигателя. В первом случае в фильтре устанавливаются на­греватели типа РТС (с положительным темпе­ратурным коэффициентом). Во втором случае требуется установка клапана с биметалличе­ским элементом или воскового термоэлемента, открывающегося при низких температурах и по­зволяющего топливу возвращаться к фильтру.

К дополнительным функциям также от­носятся индикация необходимости замены посредством измерения перепада давления и удаления из системы воздуха.

В следующей статье я расскажу о главной передаче.

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *