Дизельная топливная аппаратура. Виды топливных систем. Требования к топливным системам

К системе питания дизелей относятся топливо- и воздухоподводящая аппаратура, выпускной газопровод и глушитель шума отработавших газов. В четырехтактных дизелях широкое распространение получила топливоподводящая аппаратура разделенного типа, у которой топливный насос высокого давления и форсунки конструктивно выполнены отдельно и соединены топливопроводами. Топливоподача осуществляется по двум основным магистралям: низкого и высокого давления. Назначение механизмов и узлов магистрали низкого давления состоит в хранении топлива, его фильтрации и подачи под малым давлением к насосу высокого давления. Механизмы и узлы магистрали высокого давления обеспечивают подачу и впрыскивание необходимого количества топлива в цилиндры двигателя.

В настоящее время для питания дизельных двигателей легковых автомобилей применяются следующие виды топливных систем:

• системы питания с топливными насосами высокого давления, имеющими рядное расположение плунжерных пар без электронного управления
• системы питания с топливными насосами высокого давления, имеющими рядное расположение плунжерных пар с электронным управлением
• системы питания с одноплунжерными распределительными топливными насосами высокого давления без электронного управления фирм
• системы питания с одноплунжерными распределительными топливными насосами высокого давления с электронным управлением
• аккумуляторные топливные системы с электронным управлением «Коммон рейл»
• топливные системы с насос-форсунками
• топливные системы насос-форсунка-трубопровод
• газодизельные топливные системы

Развитие систем питания дизельных двигателей с электронным управлением связано главным образом с экологическими нормами, принятыми в большинстве развитых стран мира. По европейским стандартам выбросы токсичных веществ и твердых частиц дизельными двигателями имеют тенденцию к резкому их снижению, что видно из таблице.

Таблица. Нормы выбросов токсичных веществ по Евростандартам.

В борьбе за снижение токсичности отработавших газов конструкторы столкнулись с серьезной проблемой: большинство изменений рабочего процесса дизеля снижает выбросы лишь одного из вышеназванных двух ком­понентов, и экологические нормы не могут быть выполнены регулировками или изменением параметров дизеля. Например, увеличение опережения угла впрыска  уменьшает эмиссию твердых частиц, но увеличивает выбросы окислов азота. Разрешить эту проблему позволили высокое давление впрыска и электронное управление системой подачи топлива. Благодаря повышению давления впрыска улучшается распыление топлива, что способствует более быстрому и полному сгоранию. Это поясняет  почему почти 60 лет (с 1927 по 1985) максимальное давление впрыска составляло 200…500 кгс/см2, а в последние 15 лет превысило 2000 кгс/см2.

Топливные системы с механически­ми регуляторами постепенно снимают с производства. Переход на новый уровень давления и электронное упра­вление потребовал пересмотра тради­ционных конструкций. В ряду распределительных насосов высокого давления самая популярная в мире модель «Бош-VE», ведущая ис­торию с 1976 года, вытесняется более современными электроуправляемыми ТНВД фирм «Бош», «Лукас», «Зексель», «Станадайн».

Уже сейчас ведущие производители заменили механические регуляторы Уатта электронными. Их характеризу­ет гибкость управления, самодиагно­стика, использование резервных программ. Появились и собственные опции  питание каждого цилиндра в соответствии с его техническим состоянием и особенностями изготовления, отключение цилиндров, управление параметрами впрыска и др. Фирма «Бош» уже к 2006 году сократила долю распределительных насосов до 15%; ранее не выпускавшиеся электроуправляемые насос-форсунки и индивиду­альные ТНВД имеют 19% всего объема  а 62% объема выпуска приходится на системы постоянного давления «Коммон-рейл». Электронное управление позволяет на всех режимах работы дизеля гибко изменять характеристику, величину по­дачи, давление и опережение впрыска. В итоге снижаются вредные выбросы, шумность, расход топлива, улучшается пуск дизеля. Автомобиль становится бо­лее скоростным и динамичным.

В настоящее время критериями совершенства топливоподачи являются показатели экономичности, мощности и шумности работы, динамичности транспортного средства, надежности пуска, выбросов токсичных веществ, коэффициент приспособляемости, соблюдение ограничений по давлению в цилиндре, жесткости сгорания, тепловым нагрузкам, температуре газов перед турбиной и прочее.

Для обеспечения заданных показателей к системам питания предъявляется комплекс требований:

• обеспечение гибкого регулирования цикловой подачи в соответствии с заданным скоростным режимом двигателя; обеспечение необходимой внешней скоростной характеристики (не обязательно жестко заданной)
• обеспечение минимальной неравномерности подачи по цилиндрам или, напротив, оптимальная неравномерность подачи и угла опережения впрыска для каждого цилиндра в соответствии с его особенностями конструкции, изготовления и текущего технического состояния
• оптимальное регулирование угла опережения впрыска в соответствии с режимом работы
• автоматизация пуска, необходимое обогащение при пуске, выключение подачи на принудительном холостом ходу, регулирование на переходных режимах
• отключение цилиндров и циклов на частичных режимах
• диагностирование датчиков и исполнительных устройств и компенсация выбывших из строя с помощью резервных программ

Эти условия вызвали самое широкое применение достижений микроэлектроники и вычислительной техники для управления ДВС, что в ряде случаев позволило осуществить управление на программно-адаптивном уровне, т.е. реализовать регулирование с обратной связью. В качестве примера можно привести способность некоторых блоков управления поддерживать стабильными выходные параметры при изменении свойств системы в процессе эксплуатации.

Дальнейшее развитие автомобильной техники неизбежно движется по пути развития комплексных систем управления, причем не только различными системами автомобиля (например, антиблокировочная система тормозов, круизконтроль, управление двигателем и трансмиссией), но также их совокупностью, а в перспективе и автомобилем как единой системой.