Топливная система дизельного двигателя: устройство и виды

Топливная система дизельного двигателя — это контур, который забирает солярку из бака, очищает её, поднимает давление до сотен или тысяч бар и в нужный момент впрыскивает строго отмеренную порцию прямо в цилиндр, а излишки возвращает в бак. Основных звеньев пять: подкачивающий насос низкого давления (ТННД), фильтры с влагоотделителем, топливный насос высокого давления (ТНВД), форсунки и линия обратного слива. Поколения систем различаются тем, где создаётся давление и кто управляет моментом впрыска: у рядного и распределительного насосов это механика, у насос-форсунок давление создаётся в самой форсунке, у Common Rail насос держит давление в общей рампе, а впрыском управляет электроника. По хронологии Bosch давление выросло со 100 с небольшим бар в 1927 году до 2500 бар в 2014-м.

Путь топлива: от бака до форсунки

Контур делится на две части: низкого и высокого давления.

Низкое давление. Подкачивающий насос забирает топливо из бака и подаёт его к ТНВД. На старых системах он механический и часто встроен в сам ТНВД, на современных стоит электрический. Перед насосом высокого давления топливо проходит фильтр грубой очистки и фильтр тонкой очистки, в который обычно встроен отстойник для воды. В составе Common Rail Bosch перечисляет предфильтр, топливный фильтр и электрический подкачивающий насос как отдельные компоненты подачи.

Высокое давление. ТНВД сжимает топливо до давления впрыска. В системе Common Rail по описанию Bosch насос подаёт топливо в рампу, рампа работает как гидроаккумулятор, давление в ней контролирует датчик, а регулирует клапан управления давлением. Форсунки с электромагнитным управлением впрыскивают топливо при давлении до 2500 бар и способны сделать до 10 впрысков за один рабочий цикл. Вся система работает по командам электронного блока управления.

Обратный слив. Часть топлива, которую подали, но не впрыснули, уходит обратно в бак. Это излишки ТНВД и управляющий расход форсунок. Заодно обратка отводит тепло: топливо, прошедшее через насос и форсунки, возвращается в бак нагретым.

Отдельно о проверке обратки. Во многих сервисах замеряют, сколько топлива уходит в слив с каждой форсунки, и сравнивают форсунки между собой. Если одна сливает заметно больше соседних, её отправляют на стенд.

Четыре поколения аппаратуры

Ниже хронология из материала Bosch о росте давления в дизельных двигателях. В таблице только то, что там указано: тип аппаратуры, первое серийное применение и давление.

Зачем нужен такой рост, в том же материале Bosch объясняет так: чем выше давление впрыска, тем тоньше можно сделать форсунку и распылитель, тем мельче распыл и лучше смесь топлива с воздухом.

Чем поколения отличаются по устройству, видно из общего принципа их работы.

• Рядный ТНВД. На каждый цилиндр приходится своя плунжерная пара в общем корпусе, плунжеры приводятся от кулачкового вала. От насоса к каждой форсунке идёт своя трубка высокого давления. Форсунка механическая: открывается, когда давление топлива пересиливает пружину.
• Распределительный ТНВД. Один плунжер создаёт давление для всех цилиндров по очереди, а распределитель направляет порции к нужной форсунке. Насос компактнее рядного.
• Насос-форсунка. Насос и распылитель объединены в одном корпусе над цилиндром, плунжер приводится от распределительного вала. Длинных трубок высокого давления нет.
• Common Rail. Создание давления отделено от впрыска. Насос держит давление в рампе постоянно, а начало, количество и продолжительность впрыска задаёт блок управления. По описанию Bosch, это разделение и даёт гибкость в выборе момента и количества впрыска.

Как распыленное топливо воспламеняется и почему часть его не догорает даже при избытке воздуха, разобрано в статье принцип работы дизельного двигателя.

Что аппаратура требует от топлива

Плунжерные пары ТНВД и иглы распылителей смазываются самим топливом, а зазоры в них измеряются микрометрами. Поэтому для топливной системы важны не только цетановое число и плотность, но и смазывающая способность, содержание воды и механических примесей.

Нормы для летнего и межсезонного топлива (сорта A–F) по таблице 1 ГОСТ 32511-2013 «Топливо дизельное ЕВРО. Технические условия». У зимних классов 0–3 и арктического класса 4 плотность, вязкость и цетановое число нормируются отдельно, в таблице 3, поэтому зимнее топливо с этой таблицей не сверяют.

Смазывающую способность по ГОСТ ISO 12156-1 оценивают по диаметру пятна износа на испытательном шарике: чем меньше число в микрометрах, тем лучше топливо смазывает. Нормы цетанового числа для зимних и арктических классов собраны в статье цетановое число дизельного топлива, а как плотность меняется с сезоном, разобрано в материале плотность дизельного топлива.

Обслуживание: что меняется от поколения к поколению

Чем выше рабочее давление, тем меньше зазоры в паре плунжер — гильза и в распылителе и тем меньше частица абразива или капля воды, которой достаточно, чтобы повредить деталь.

Рядные и распределительные насосы терпимее к топливу, чем Common Rail, но их тоже смазывает солярка, и вода с абразивом выводят из строя и их. Фильтр тонкой очистки и слив отстоя из влагоотделителя нужны на любом дизеле, старом и новом. Интервалы задаёт регламент производителя конкретного автомобиля, а при заправках на непроверенных станциях отстой сливают чаще.

Зимой к этому добавляются парафины. Летнее топливо на морозе мутнеет, кристаллы забивают фильтр тонкой очистки, и двигатель глохнет от нехватки подачи, хотя в баке топливо есть. Что делать в этом случае и когда помогает присадка, разобрано в статье антигель для дизельного топлива.

Отложения на распылителях искажают факел распыла: вместо мелкодисперсного тумана форсунка выдаёт струю крупных капель. Что из этого снимает очиститель в бак, а что требует стенда, описано в материале очиститель форсунок для дизеля в бак. Последствия неполного сгорания доходят до выпуска, в том числе до сажевого фильтра.

Топливный тракт и впускной тракт

Топливная система — не единственный путь, по которому в цилиндр приходит то, что потом горит. Воздух идёт через впуск, и туда же подаёт газ водородный генератор.

Водородный генератор ВГА разлагает воду электролизом на водород и кислород. Через баблер смесь поступает во впускной коллектор вместе с воздухом, подачу дозирует ШИМ-контроллер. Газ вырабатывается только при работающем двигателе и нигде не хранится. В топливную систему генератор не вмешивается: ТНВД, рампу и форсунки он не затрагивает и снимается без следов. Как устроен цикл генератора, разобрано в статье как работает водородный генератор.

Частые вопросы

Из чего состоит топливная система дизеля? Из бака, подкачивающего насоса низкого давления, фильтров грубой и тонкой очистки с влагоотделителем, ТНВД, форсунок и линии обратного слива. В системе Common Rail к ним добавляются рампа, датчик давления в рампе, клапан управления давлением и электронный блок управления.

Какое давление впрыска у Common Rail? По данным Bosch, система CRS3-25 работает при 2500 бар. Системы Common Rail с электромагнитными форсунками рассчитаны на давление до 2500 бар, а модульная система для коммерческого транспорта — на 1800–2500 бар в зависимости от исполнения.

Чем насос-форсунка отличается от Common Rail? В насос-форсунке давление создаётся отдельно для каждого цилиндра в момент впрыска, плунжер приводится от распредвала. В Common Rail насос держит давление в общей рампе постоянно, а моментом и длительностью впрыска управляет электроника.

Почему вода в солярке опасна для ТНВД и форсунок? Прецизионные пары смазываются самим топливом. Вода эту смазку нарушает и вызывает коррозию. По ГОСТ 32511-2013 в летнем и межсезонном топливе допускается не более 200 мг воды на килограмм, а остальное должен задержать влагоотделитель.

Влияет ли водородный генератор на топливную аппаратуру? Нет. ВГА подаёт водородно-кислородную смесь через баблер во впускной коллектор, в топливную систему не вмешивается и снимается без следов.

Куда смотреть дальше

Если на дизеле исправна топливная аппаратура, работают датчики и ЭБУ не перепрошит под фиксированную подачу, генератор подбирается по объёму двигателя и виду техники: VGA-120 на двигатели от 2 до 6,5 л, VGA-160 на Газель и лёгкий коммерческий транспорт с двигателями от 2 до 5 л, VGA-240 от 6,5 л, VGA-320 для тяжёлой техники с двигателями от 5 л. Обслуживание: долив дистиллированной воды (1 л на 5000 км на легковых и 2 л на грузовых) и замена раствора каждые 25 000–30 000 км. Характеристики собраны в карточках моделей, расчёт под вашу технику — на странице стоимости.