СИСТЕМА ПИТАНИЯ ДИЗЕЛЬНОГО ДВИГАТЕЛЯ. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ

Рис. 5.25. Схема системы питания дизельного двигателя: 1 – топливный бак; 2 – топливоподкачивающий насос; 3 – трубопровод подачи топлива к дополнительному отопителю; 4 – трубопровод низкого давления; 5 – охладитель топлива; 6 – топливный фильтр; 7 – топливоподающий насос высокого давления; 8 – датчик температуры топлива; 9 – трубопровод повышенного давления; 10 – сливной трубопровод; 11 – насос-форсунки; 12 – ограничительный клапан в сливном трубопроводе; 13 – топливная рампа

Обязательным условием эффективного сгорания является хорошее смесеобразование. Для этого топливо должно подаваться в цилиндр в нужном количестве, в нужный момент и под высоким давлением. Уже при незначительных отклонениях от требуемых параметров распыления топлива отмечается увеличение содержания вредных веществ в отработавших газах, повышение шумности процесса сгорания и увеличение расхода топлива. Важным моментом для процесса сгорания в дизельном двигателе является малая величина задержки самовоспламенения. Задержка самовоспламенения представляет собой промежуток времени между началом впрыска топлива и началом повышения давления в камере сгорания. Если в этот временной промежуток подается большое количество топлива, то это ведет к резкому повышению давления в камере сгорания и, следовательно, к увеличению уровня шума процесса сгорания.
Для достижения максимально возможной плавности протекания процесса сгорания перед основным впрыском осуществляется предварительный впрыск малого количества топлива под небольшим давлением. Благодаря сгоранию этого малого количества топлива в камере сгорания повышаются давление и температура. Вследствие этого происходит ускоренное самовоспламенение топлива, поданного в ходе основного впрыска. Предварительный впрыск и наличие паузы между предварительным и основным впрыском способствует тому, что давление в камере сгорания повышается не скачкообразно, а относительно равномерно. Вследствие этого достигается снижение шумности процесса сгорания и уменьшение эмиссии окислов азота.
При основном впрыске необходимо достичь хорошего смесеобразования для возможно полного сгорания топлива. Благодаря высокому давлению впрыска достигается очень тонкое распыление топлива, что позволяет получить весьма равномерную смесь топлива и воздуха. Полное сгорание топлива обеспечивает уменьшение выброса вредных веществ и повышение мощности двигателя.
Для хорошей работы двигателя важно, чтобы в конце процесса впрыска давление впрыска резко упало, а игла распылителя быстро возвратилась в исходное положение. При этом предотвращается попадание топлива в камеру сгорания под низким давлением и с плохим распылением. Такое топливо сгорает не полностью, что ведет к увеличению токсичности выхлопа.
Процесс впрыска топлива, обеспечиваемый системой впрыска с применением насос-форсунок, с уменьшенным давлением при предварительном впрыске, повышенном давлении и быстром протекании процесса основного впрыска способствует улучшению показателей работы двигателя.
К насос-форсунке от насоса высокого давления 7 топливо подается под давлением до 750 кПа (7,5 кгс/см² ). Насос-форсунка собственным плунжером и системой клапанов в момент впрыска создает давление до 2000 кПа (20,0 кгс/см² ), что обеспечивает максимально тонкое распыление топлива, благодаря чему двигатель достигает высоких мощностных, экономических и экологических показателей.
Насос-форсунки установлены в гнезда головки блока 1 (рис. 5.26) и имеют жесткий механический привод от распределительного вала 2, на кулачки которого своими роликами опираются коромысла 3. Второе плечо каждого коромысла через регулировочный винт 5 воздействует на плунжер 4 (рис. 5.27) насоса-форсунки.

Рис. 5.26. Расположение насос-форсунки на двигателе и ее привод: 1 – головка блока цилиндров; 2 – распределительный вал; 3 – коромысло привода насос-форсунки; 4 – насос-форсунка; 5 – регулировочный винт; 6 – каналы подвода и слива топлива

Рис. 5.27. Насос-форсунка: А – канал обратного слива топлива; Б – канал подвода топлива; В – демпферная зона распылителя; Г – камера высокого давления; 1 – кулачок распределительного вала; 2 – коромысло; 3 – регулировочный винт; 4 – плунжер; 5 – возвратная пружина плунжера; 6 – игла электромагнитного клапана; 7 – электромагнитный клапан; 8 – перепускной клапан; 9 – пружина распылителя; 10 – игла распылителя; 11 – головка блока цилиндров; 12 – теплоизоляционная прокладка; 13 – уплотнительные кольца

Профиль кулачков распределительного вала подобран таким образом, чтобы обеспечить резкий подъем коромысла (обеспечивается резкое перемещение вниз плунжера форсунки, благодаря чему быстро достигается высокое давление) и плавное опускание (плавное перемещение плунжера форсунки вверх, что позволяет топливу заполнить камеру высокого давления Г без образования пузырьков воздуха).
Топливо подается в насос-форсунку по каналу Б, выполненному в головке блока цилиндров, от насоса высокого давления 7 (см. рис. 5.25). При рабочем ходе плунжера насос-форсунки топливо сжимается в камере высокого давления Г (см. рис. 5.27) и при подъеме иглы 10 распылителя подается в камеры сгорания в виде тонкораспыленного факела. Излишки топлива сливаются из форсунки по каналу А.
Управляет насос-форсунками электронный блок системы управления двигателем с помощью электромагнитного клапана 7, который установлен на каждой форсунке. Блок изменяет количество подаваемого топлива в зависимости от положения педали акселератора, нагрузки на двигатель и его температурного состояния.

Топливный насос высокого давления 7 (см. рис. 5.25), скомпонованный в одном блоке с вакуумным насосом, расположен на головке блока цилиндров. Топливный насос подает топливо из бака к насос-форсункам. Оба насоса имеют общий привод от распределительного вала.
Топливный насос конструктивно выполнен как роторный насос. При таком устройстве уплотняющие ротор шиберные заслонки прижимаются к ротору пружинами. Преимущество такой конструкции перед лопастными насосами заключается в том, что уже при небольшой частоте вращения насос подает топливо. Лопастные насосы засасывают топливо лишь тогда, когда частота вращения вала насоса достаточна для того, чтобы лопасти поджимались к статору. Топливные каналы внутри насоса выполнены таким образом, что ротор даже при пустом баке всегда заполнен топливом. Благодаря этому всегда возможно мгновенное засасывание топлива после заполнения осушенного топливного бака.
Топливный насос работает по принципу всасывания при увеличении объема камер и подачи при уменьшении их объема. Топливо засасывается и подается попеременно двумя камерами из четырех. Всасывающие и напорные камеры разделены шиберными заслонками.

В питающей магистрали на головке блока размещена топливная рампа 13 (см. рис. 5.25). Ее назначение – равномерно распределять топливо по насос-форсункам.
Топливный насос высокого давления подает топливо в питающую магистраль в головке блока. В питающей магистрали топливо течет по внутренним стенкам рампы в направлении 1-го цилиндра двигателя. Через отверстия в стенках топливо подается в кольцевую полость между топливной рампой и стенками головки блока. Здесь топливо смешивается с нагретым топливом, которое выдавлено от насос-форсунок в питающую магистраль. Благодаря этому достигается одинаковая температура топлива, поступающего к насос-форсункам. Ко всем насос-форсункам подается одинаковое количество топлива. Благодаря этому достигается равномерная работа двигателя.

Из-за высокого давления в насос-форсунках топливо нагревается настолько, что его следует охладить, прежде чем слить в топливный бак. Для этого предназначен охладитель топлива 5 (см. рис. 5.25). В нем охлаждается сливаемое топливо, благодаря чему топливный бак и датчик указателя уровня топлива защищены от слишком горячего топлива.
Отводимое от насос-форсунок топливо проходит через охладитель и передает избыточное тепло охлаждающей жидкости в контуре охлаждения топлива. Контур охлаждения топлива отделен от контура охлаждения двигателя. Это необходимо, потому что температура охлаждающей жидкости при работающем двигателе слишком велика для охлаждения топлива.

Топливный фильтр 6 (см. рис. 5.25) защищает систему питания от загрязнения и воды, таким образом предотвращая износ ее деталей.

Обратный клапан, установленный в топливном насосе 7 высокого давления, предотвращает слив топлива из распределителя и подающего трубопровода в бак после остановки двигателя.
Редукционный клапан, расположенный в топливном насосе 7 высокого давления, поддерживает давление подаваемого к насос-форсункам топлива на уровне 750 кПа (7,5 кгс/см² ).
Ограничительный клапан 12 (см. рис. 5.25) сохраняет давление топлива в сливном трубопроводе на уровне 100 кПа (1,0 кгс/см²). Благодаря ему снижаются пульсации давления в системе.

Топливоподкачивающий насос 2 (см. рис. 5.25) служит для забора топлива из топливного бака и подачи его под повышенным давлением к топливному насосу 7 высокого давления.

Воздушный фильтр установлен в правой части моторного отсека на специальном кронштейне. Фильтрующий элемент бумажный, плоский, с большой площадью фильтрующей поверхности. Фильтр соединен резиновым гофрированным воздухоподводящим рукавом с входным патрубком турбокомпрессора.

Дизельные двигатели автомобилей VW Transporter комплектуют турбокомпрессорами компании KKK (Германия) с изменяемой геометрией, представляющими собой высокоточный узел. Турбокомпрессор обеспечивает подачу воздуха в цилиндры под повышенным давлением, что улучшает наполнение цилиндров и, следовательно, повышает мощность двигателя. Геометрию направляющего аппарата турбины изменяет электронный блок управления двигателем с помощью электропривода, в соответствии с нагрузкой двигателя.

Для охлаждения воздуха наддува, чем достигается увеличение КПД системы наддува, перед радиатором системы охлаждения установлен радиатор охлаждения наддувного воздуха (интеркулер).