Двигатели внутреннего сгорания являются наиболее распространенным типом силовых агрегатов, используемых либо в промышленности, либо в энергетике, либо для оснащения различных транспортных средств. Дизельный двигатель — один из самых распространенных типов двигателей внутреннего сгорания.
Его популярность обусловлена сочетанием экономичности, надежности и высокой эффективности. Топливная система по праву считается фундаментальной частью дизельного двигателя. Поэтому имеет смысл рассмотреть этот конструктивный элемент силового агрегата более подробно.
Отличия бензинового и дизельного двигателей
Но прежде чем перейти к описанию принципа работы и устройства топливной системы дизельного двигателя, желательно перечислить основные отличия двух наиболее распространенных типов силовых агрегатов. К ним относятся:
- Механизм работы. В бензиновом двигателе, в том числе в самом популярном — инжекторном, воздушно-топливная смесь воспламеняется за счет искры, вырабатываемой свечой зажигания при температуре около 500 градусов, создаваемой наддувом. Подобный процесс в дизельном двигателе осуществляется за счет самовоспламенения, которое происходит при более высокой температуре, на уровне 900 градусов. Последнее достигается за счет сжатия только воздуха, поступающего в камеру сгорания, внутри которого затем распыляется дизельное топливо.
- Эффективность. Принципиальная разница, которая выражается в сниженном расходе топлива примерно на 15-20%, характерном для дизельного двигателя. Следовательно, даже с учетом выравнивания стоимости качественного бензина и дизельного топлива использование рассматриваемого двигателя значительно дешевле.
- Экологическая совместимость. Еще один критерий, который в современных условиях приобретает особую актуальность. Дизельный двигатель внутреннего сгорания в современной комплектации сводит к минимуму количество вредных выбросов.
- Безопасность. Дизельное топливо испаряется медленнее, что в сочетании с отсутствием системы зажигания сводит к минимуму или устраняет риск возгорания.
- Продолжительность жизни. В случае использования качественного топлива дизельный двигатель намного долговечнее бензиновой силовой установки.
Приведенный выше список содержит преимущества дизельного двигателя перед бензиновым. Но есть несколько недостатков. Главный из них — более сложная конструкция, в которой сразу два недостатка. Первый — это увеличение стоимости, конкретная величина которой зависит от модели ДВС. Во-вторых, высокие требования к качеству и регулярности технического обслуживания автомобиля, предполагающие частую замену фильтров и масла.
Еще один недостаток, типичный для российских климатических условий, — сложность взлета при очень отрицательных температурах. Выбор в пользу дизельного или бензинового двигателя зависит от личных предпочтений будущего автовладельца.
Единственное, что следует отметить в конце раздела, — это впечатляющий список преимуществ для каждого из вариантов. Поэтому дизельное топливо широко используется для оснащения различных типов автомобилей и спецтехники.
Схема работы топливной системы
Современные дизельные двигатели используют разные типы топливных систем. Наиболее распространены четыре:
- рядный ТНВД (сокращенно ТНВД);
- насос-форсунки;
- CommonRail (часто используется слитное написание этих слов);
- ТНВД распределительного типа.
Несмотря на некоторые отличия, все они обеспечивают примерно тот же механизм работы, что и система питания, установленная в дизельном двигателе. Его основной принцип — разделение двигателя на два отсека. Один из них связан с низким давлением топлива и воздуха, второй — с высоким. Функционал первой секции системы — подготовка и очистка топлива, второй — придание ему необходимых характеристик для самовоспламенения.
Общий механизм работы топливной системы дизеля довольно прост. Топливо перекачивается из бака, проходит через два фильтра очистки — грубой и тонкой очистки, после чего с помощью ТНВД подается непосредственно в форсунки.
Последние предназначены для распыления и впрыска топлива в цилиндры. Туда же поступает и предварительно сжатый воздух, что приводит к самовозгоранию образовавшейся внутри топливовоздушной смеси.
Во время сгорания он приводит в движение поршень цилиндра, который приводит в движение коленчатый вал. Так работает двигатель внутреннего сгорания, который преобразует тепловую энергию в механическую, а поступательное движение поршней — во вращательное.
Что входит в топливную систему дизельного двигателя
Для большей наглядности механизма действия дизельного двигателя необходимо рассмотреть основные элементы топливной системы. Это даст вам лучшее понимание того, что делает двигатель таким эффективным.
Топливный бак
Предназначен для размещения и хранения дизельного топлива, которое часто называют просто дизельным топливом. Подключается к топливной системе трубопроводами. Ключевые требования к танку — прочность, надежность и вместимость. Последний параметр определяет максимальное пройденное расстояние, но регулируется общей массой заправки топлива, которая зависит от грузоподъемности транспортного средства.
Магистральные топливопроводы
Обеспечивает движение дизельного топлива в отсеке высокого давления. Сначала по трубопроводам топливо поступает от фильтров к форсункам. Затем он распыляется и впрыскивается в камеру сгорания. Особенностью дизелей является подача топлива с запасом.
В результате излишки сбрасываются вместе с воздухом, не попавшим в камеру сгорания, в бак по специальному трубопроводу, называемому выхлопом. Ключевой функцией ТНВД является нагнетание топлива под давлением, которое необходимо для самовоспламенения топливовоздушной смеси в камере сгорания. Без точного выполнения этого условия невозможно достичь требуемого КПД всего двигателя.
Современные дизельные двигатели обычно комплектуются форсунками с двумя типами распределителей: типовым или многоходовым. Несмотря на конструктивные отличия, речь идет о работе в очень сложных и суровых условиях. Они возникают в прямом контакте с камерой сгорания и, как следствие, подвергаются серьезным нагрузкам от воздействия высоких температур и давлений.
Еще одно обязательное требование к форсункам — обеспечение герметичности конструкции, при этом требуется чередование распылительной иглы.
добиться выполнения обоих условий можно только при очень высокой точности изготовления отдельных деталей, а в качестве сырья используются специальные сплавы. У них улучшенные характеристики по прочности и термостойкости.
Что такое система CommonRail
Одной из причин стремительного роста популярности и спроса на дизельные двигатели стало изобретение нового способа подачи топлива, который получил название CommonRail (на практике используются разные написания, как отдельные, так и твердые). Разработку проводили в 90-х годах инженеры одного из мировых лидеров по производству двигателей внутреннего сгорания — немецкой компании BOSCH.
Сегодня он используется в подавляющем большинстве дизельных двигателей и фактически стал стандартом для этого типа трансмиссии. Другие варианты топливных систем — с рядным или распределительным ТНВД, а также насос-форсунка — используются все реже и только для определенных моделей автомобилей или спецтехники.
Термин CommonRail переводится как «common rail» или «общая рама», что наглядно демонстрирует ключевую особенность конструкции дизельного двигателя. Он заключается в оснащении двигателя дополнительным элементом — общей магистралью, подключенной к форсункам, и отдельным ТНВД. Благодаря последнему можно быстро достичь необходимого уровня давления в топливной системе и поддерживать стабильное значение этого параметра.
В результате повышается КПД и эффективность подачи топлива к форсункам и последующего впрыска смеси в камеру сгорания. Таким образом, можно добиться более плавной и эффективной работы дизельного двигателя при упрощении его конструкции. Еще одним важным преимуществом CommonRail является практически полная автоматизация управления и контроля над работой системы.
В то же время это приводит к еще более высоким требованиям к качеству дизельного топлива и установленных фильтров, а также к небольшому удорожанию электроники, необходимой для эффективной работы двигателя. Но полученный на выходе эффект в плане повышения экономичности, комфорта использования и производительности во много раз компенсирует небольшое удорожание дизельного двигателя.
Заключение
Современный дизельный двигатель — это технически сложное устройство, сочетающее в себе экономичность и высокий КПД. Столь впечатляющий результат его практического использования во многом определяется выдающимися характеристиками топливной системы, прежде всего — основного на сегодня типа CommonRail.
Логическим следствием этого является широкое использование дизельных двигателей при производстве самых разнообразных транспортных средств — от легковых и грузовых автомобилей до специальной техники — строительной, дорожной, подъемной и любой другой.
