Устройство автомобилей

Приборы системы питания дизеля

Устройства и приборы низкого давления

Топливные баки

Устройство топливных баков дизельных двигателей аналогично устройству баков системы питания бензиновых двигателей. Обычно емкость топливных баков автомобилей рассчитывают из условия запаса пробега по топливу, которая должна составлять 400…600 км.
Поскольку дизельные двигатели тяжелых грузовиков потребляют большое количество топлива, иногда на автомобиль устанавливают не один, а два бака, которые крепятся к раме автомобиля на специальных кронштейнах при помощи ленточных хомутов. Обычно несколькими топливными баками оснащаются автомобили, предназначенные для дальних перевозок. Очевидно, что слишком большому топливному баку сложнее придать требуемую жесткость, чем двум небольшим, имеющим такой же суммарный объем.

Баки изготавливают при помощи сварки из двух штампованных половин или из трубообразной средней части с приваренными торцами. В верхней части предусмотрена заливная горловина, а в нижней – пробка для слива отстоя или топлива. Горловина может иметь сетчатый фильтр и закрывается крышкой, имеющей «дыхательные» клапаны. Внутри бака размещают перегородки («волнорезы»), препятствующие интенсивным подвижкам топлива при движении автомобиля, а также способствующие увеличению жесткости бака. В баке размещается датчик указателя уровня топлива, корпус которого размещен сверху на баке, здесь же подсоединяется система трубопроводов подачи и слива топлива.

Топливные баки автомобилей, перевозящих опасные грузы (легковоспламеняющиеся жидкости, горючие вещества и т. п.), должны быть защищены от случайных ударов специальными ограждениями, выполняемыми в соответствии с установленными требованиями.

Особенностью топливных баков грузовых автомобилей марки «МАЗ» является то, что в них устанавливаются фильтры грубой очистки топлива.

При необходимости ремонта топливного бака с помощью сварочных работ или применения открытого пламени, из него сливают остатки топлива, тщательно промывают и обрабатывают горячим паром на специализированных участках.

Система очистки топлива

Система питания дизельного двигателя, как, впрочем, любая система питания, использующая впрыск топлива (например, инжекторная), а не карбюрацию, содержит прецизионные узлы и детали, выполненные с высокой степенью точности обработки поверхности. Это необходимо, например, для герметичного закрывания игольчатых клапанов форсунок и для предотвращения утечек в плунжерных парах топливных насосов высокого давления.

Интенсивному износу этих сопрягаемых поверхностей способствует, в первую очередь, наличие в топливе твердых механических примесей, а также примесей, вызывающих закоксовывание отверстий распылителей. Для уменьшения пагубного влияния посторонних примесей в топливе используется его фильтрация перед подачей к приборам, имеющим прецизионные пары и детали.

Как правило, в дизельных двигателях осуществляется многоступенчатая очистка топлива от примесей — сетчатые фильтры на различных участках топливопроводов (в горловине топливного бака, на топливозаборнике, на входе в подкачивающий насос и ТНВД и даже на входе в форсунку), а также грубая и тонкая очистка в специальных фильтрующих элементах.

Состоянию системы очистки топлива в дизелях следует уделять самое пристальное внимание, чтобы не допустить преждевременного отказа деталей и узлов, являющихся дорогостоящими из-за высокой точности изготовления.

Фильтр грубой очистки топлива

Фильтр грубой очистки топлива (рис. 1, а) предназначен для его предварительной очистки. Фильтр состоит из корпуса 2, крышки 4 и фильтрующего элемента 7, представляющего собой металлический каркас 8 с отверстиями, на которые навит хлопчатобумажный шнур. Насосом низкого давления топливо подается к фильтрующему элементу и, пройдя его, поступает в магистраль низкого давления. Фильтр задерживает частицы механических примесей размером более 45 мкм.

Широкое распространение получил фильтр грубой очистки, показанный на рис. 1, в, который задерживает частицы размером более 90 мкм и удаляет воду. Он устанавливается между топливным баком и насосом низкого давления.

Фильтр имеет крышку 4, распределитель 15 потока топлива и фильтрующий элемент 7. Корпус 2 имеет успокоитель 16 и крепится в крышке 4. Большая часть топлива поступает во внутреннюю полость корпуса и проходит через фильтрующий элемент 7 в отводящий канал фильтра.

Другая часть топлива попадает в нижнюю часть корпуса фильтра через зазор между стенкой корпуса и успокоителя, а затем через горловину успокоителя поднимается вверх и вливается в общий поток очищенного топлива.
При резком изменении направления движения топлива частицы воды и включения отделяются (сепарируются) и оседают в отстой. Успокоитель предотвращает интенсивное смешивание отстоя с топливом. Отстой периодически должен удаляться из колпака через сливное отверстие при отворачивании пробки 1.

Фильтр тонкой очистки топлива

Фильтр тонкой очистки топлива выполняет окончательную очистку дизельного топлива перед поступлением его в ТНВД. В системе питания отечественных дизелей, устанавливаемых на грузовые автомобили, распространены два типа фильтров тонкой очистки: одинарный (рис. 1, б) со сменным фильтрующим элементом из прессованной древесной массы и спаренный (рис. 1, г) со сменным бумажным фильтрующим элементом.

Спаренный фильтр состоит из крышки 4, двух колпаков корпуса 2 с фильтрующими элементами 7 для параллельной фильтрации топлива. В дно колпаков приварены стержни 12 со сливными отверстиями, закрываемыми пробками 1. Каждый колпак соединяется с корпусом через прокладку болтами 10. Плотное прилегание фильтрующих элементов к крышке фильтра обеспечивается пружинами 21.

В крышке фильтра имеется клапан-жиклер 18, через который сливается избыточное количество топлива вместе с воздухом, попавшим в систему. Срабатывание клапана происходит при избыточном (0,15…0,20 МПа) давлении в полости крышки.
Клапан регулируется с помощью регулировочной шайбы, устанавливаемой с пружиной 19 внутри пробки 20 клапана. Фильтрующие элементы изготовлены из бумаги (фильтровального картона). Фильтр задерживает 90…94% механических включений и частицы размером 3…5 мкм.

Фильтр тонкой очистки топлива (рис. 1, б) с фильтрующим элементом из прессованной древесины выполнен в виде стального каркаса, имеющего большое число отверстий. Каркас обмотан слоем ткани, поверх которого располагается слой фильтрующей массы, пропитанной специальным связующим веществом.

К крышке 4 фильтрующий элемент поджимается пружиной 14. При работе насоса низкого давления топливо через жиклер 11 подается к фильтрующему элементу, проходит через него и попадает в полость между каркасом 13 и стержнем 12, откуда оно, поднимаясь вверх через канал в крышке 4, по топливопроводу поступает к насосу высокого давления.
Для выпуска воздуха, попавшего в топливо при заполнении и прокачивании системы питания, служит отверстие в крышке, закрываемое пробкой 5. Отстой из фильтра выпускается через нижнее отверстие с резьбовой пробкой 1.
Тонкость очистки данного фильтра – 2…3 мкм.

Фильтры для дизелей: топливные, воздушные, масляные

Любые двигатели внутреннего сгорания комплектуются фильтрами для очистки рабочих сред (воздух, масло, топливо) от посторонних примесей, способных нарушить работу силового агрегата. К дизельным фильтрам предъявляются более высокие требования, чем к бензиновым, особенно это касается топливных очистителей. Причина — очень высокая чувствительность дизелей к качеству горючего материала.

Топливные фильтры дизельного двигателя

Загрязнение дизтоплива неизбежно происходит еще на производстве, даже при точном соблюдении технологий изготовления. В дальнейшем грязь и вода попадают в ДТ при его хранении и транспортировке, а также при заправке автомобиля. Кроме того, при длительном нахождении горючего в резервуаре, происходит окисление, появляются помутнения и образуется осадок. Без качественной фильтрации использовать такое топливо нельзя, иначе двигатель быстро засорится и выйдет из строя.

Виды топливных фильтров для дизелей

Система очистки ДТ включает следующие фильтры:

• грубой очистки (ФГО);
• тонкой очистки (ФТО);
• сепаратор для отделения воды (отстойник).

На многих автомобилях функцию сепаратора и ФГО выполняет одно устройство.

Фильтр грубой очистки

Внутри корпуса детали расположена сеточка-отражатель. В качестве уплотнения используется паронитовая прокладка, обеспечивающая хорошую герметичность. На дне корпусной части имеется клапан, через который нужно периодически удалять скопившуюся грязь.

Дизельный топливный фильтр грубой очистки задерживает имеющиеся в горючем крупные примеси (30–60 мкм), не пропуская их в систему питания. Некоторые модификации ФГО дополнены клапаном редукции впуска, контролирующим уровень давления в механизме топливоподачи.

Фильтр тонкой очистки

ФТО предназначен для окончательной очистки горючего и задержки мелких частиц. Обычно его встраивают в магистраль подачи горючего, значительно реже — в насос.

Деталь состоит из корпуса-стакана с фильтроэлементом из фильтровальной бумаги внутри. Диаметр отверстий в материале не должен превышать 10 мкм — это максимально допустимый размер частиц, которые способны пройти через форсунку и насос. Более крупные включения приведут к засорению механизма.

В составе элемента имеются два штуцера: впускной и выпускной. По первому горючее попадает внутрь очистителя, через второй — очищенный материал выходит наружу и по топливопроводу направляется в нагнетатель и форсунку.

На некоторых зарубежных автомобилях устанавливаются трёхштуцерные ФТО. Третий штуцер предназначен для сброса жидкости обратно в бак. Это бывает, когда рабочее давление в механизме питания превышает максимально допустимое значение. Автомобили российского производства такими фильтрами не комплектуются.

Очиститель является неразборным, обслуживанию и ремонту не подлежит. Его замена производится в соответствии со сроками, установленными руководством по эксплуатации автомобиля.

Срок службы топливных фильтров для дизелей

В сравнении с бензиновыми очистителями, ресурс которых при использовании качественного горючего может достигать 90 тыс. км пробега, фильтры горючего для дизельных силовых агрегатов приходят в негодность гораздо быстрее. Интервал их замены, в зависимости от марки элемента и модели автомобиля, составляет обычно 15–30 тыс. км. Если для заправки приходится использовать ДТ низкого качества, эксплуатационный ресурс еще меньше.

Определить, что очиститель топлива на дизельном силовом агрегате не справляется со своей функцией, можно по ряду признаков:

• снижение тяги ДВС;
• ухудшение приемистости;
• увеличенный расход горючего;
• появление рывков при движении;
• плавающие обороты при работе мотора на холостом ходу;
• замедленная реакция двигателя на нажатие педали газа.

Все эти симптомы с большой вероятностью свидетельствуют о засоре ТФ и указывают на необходимость проверки его состояния.

Воздушный фильтр дизельного двигателя

Состоит из корпуса, внутри которого расположен фильтрующий элемент. Очиститель может иметь кольцевую или цилиндрическую форму. В первом случае крышка корпусной части закручена сверху винтами, во втором — с двух сторон установлены резиновые уплотнения в форме колец.

Воздух во время работы силового агрегата поступает через приемный патрубок внутрь корпуса. При прохождении потока через фильтроэлемент происходит отделение посторонних примесей, после чего очищенный воздух направляется во впускной коллектор мотора.

Если воздушный фильтр дизеля сильно забит, он перестает справляться со своей функцией, и двигатель засоряется, что со временем приводит к серьезным неисправностям. Поэтому фильтрующий элемент необходимо периодически доставать из корпуса и осматривать его поверхность.

Возможность обслуживания зависит от модели. Если фильтроэлемент можно очищать, а его ресурс еще не выработан, запчасть извлекают из корпуса и продувают сжатым воздухом. Корпусную часть промывают горячей водой или дизтопливом и тщательно просушивают. После этого элемент ставят обратно и закрывают деталь крышкой.

Если обслуживание не предусмотрено, загрязненный фильтр нужно заменить. Сроки замены указаны в технической документации автомобиля. При работе в условиях сильной запыленности их следует сократить в 1,5–2 раза.

Масляный фильтр дизельного двигателя

Предназначен для отделения содержащихся в масле загрязнений, таких как пыль, металлическая стружка, продукты коксования. Масляные фильтры различаются по конструкции и объему проходящего масла.

Конструктивно масляный фильтр дизеля может быть разборным и неразборным. Основное отличие первых — возможность обслуживания при засорении. Вторые приходится менять, даже если ресурс еще не выработан. Существуют также модульные очистители, которые можно разбирать частично, но они имеют высокую стоимость.

По объему проходящей смазки маслофильтры бывают полно- и частичнопоточными. Полнопоточный включается последовательно в магистраль и пропускает через себя весь объем циркулирующей смазки, быстро очищая ее. Минус таких деталей — они засоряются быстрее частичнопоточных. Последние подключаются параллельно и очищают одновременно лишь часть потока. Основное преимущество частичнопоточных деталей — высокое качество очистки и длительный срок службы. Их недостатком является довольно низкая скорость фильтрации.

Масляный фильтр меняется одновременно с моторной смазкой, сроки замены указаны в руководстве по эксплуатации автомобиля.

Система питания дизельного двигателя

Когда в 1897 г. Рудольф Дизель создал первый работоспособный двигатель, он не мог предвидеть, какие изменения претерпит его идея. Особенно большие изменения в системе питания дизелей произошли в последние годы, что сделало эти двигатели более пригодными для применения не только на грузовых, но и на современных легковых автомобилях. Более дешевое топливо, высокая экономичность дизельных двигателей, по сравнению с бензиновыми, всегда привлекали автомобилистов, но широкое применение дизелей сдерживалось присущими им недостатками — шумностью при работе, повышенным дымлением и сложностью пуска холодного двигателя. Современные конструкции дизелей в большинстве не имеют этих недостатков.
Система питания дизеля обеспечивает подачу очищенного дизельного топлива к цилиндрам, сжимает его до высокого давления, подает его в мелкораспыленном виде в камеру сгорания и смешивает с горячим (700–900 °С) от сжатия в цилиндрах (3–5 МПа) воздухом так, чтобы оно самовоспламенилось. После завершения рабочего хода необходимо очистить цилиндры от продуктов сгорания.
Дизельное топливо отличается от бензина более высокой плотностью и смазывающей способностью. Для оценки способности дизельного топлива к самовоспламенению служит цетановое число. Существующие дизельные топлива имеют цетановое число 45–50; при этом для современных дизельных двигателей предпочтительнее более высокие числа.

Варианты впрыска топлива в камеру сгорания дизеля.
Разделенная (а) и неразделенные (б, в) камеры сгорания:
а — вихревая (фирма «Перкинс»);
б — дельтавидная (двигатель Д-245);
в — тороидальная (двигатель КамАЗ);
1 — вставка вихревой камеры;
2 — головка цилиндров;
3 — форсунка;
А — полость вихревой камеры;
Б — полость в поршне

Существует два варианта процесса смесеобразования в дизелях, обусловленных формой камеры сгорания. В первом варианте топливо впрыскивается в предварительную камеру (предкамеру), а во втором варианте впрыск топлива осуществляется непосредственно в камеру сгорания, выполненную в поршне.
Двигатели, выполненные по первому варианту, называются дизелями с разделенной камерой сгорания и обозначаются IDI (In Direct Injection), а выполненные по второму варианту — дизелями с непосредственным впрыском — DI (Direct Injection). Дизели с разделенной камерой сгорания мягче работают и меньше шумят. Тем не менее, двигатели с непосредственным впрыском все более широко используются на автомобилях, потому что их топливная экономичность примерно на 20 % выше.
Основной функциональной задачей систем питания двигателей обоих типов является подача точного количества топлива в соответствующий цилиндр и в точно определенное время. В высокооборотных дизелях легковых автомобилей процесс впрыска занимает всего тысячную долю секунды, и при этом впрыскивается только небольшая доза топлива.

Схема системы питания дизеля:
1 — топливный бак;
2 — подкачивающий насос;
3 — топливный фильтр;
4 — топливный насос высокого давления;
5 — форсунка;
6 — сливная магистраль

Для облегчения пуска дизеля в холодное время часто применяются свечи накаливания, которые отличаются от искровых свечей зажигания тем, что они являются просто электрическими нагревателями и подогревают холодный воздух перед подачей его в цилиндры двигателя в процессе пуска. Топливный бак должен удовлетворять требованиям безопасности. Топливо из бака поступает в нагнетательный трубопровод, а затем к топливному фильтру, с помощью подкачивающего насоса. Топливный фильтр должен очистить топливо от возможных загрязнений, чтобы механические примеси не попали в ТНВД и далее. К топливному баку присоединяется также сливной трубопровод, по которому в бак сливаются излишки топлива из ТНВД и форсунок.
Самым сложным и дорогим устройством системы питания дизеля является топливный насос высокого давления (ТНВД). При создании первых стационарных двигателей Рудольф Дизель выяснил, что для надежного самовоспламенения топлива оно должно подаваться в цилиндр под высоким давлением. В его конструкциях для этого использовался мощный и громоздкий компрессор. В 20-е годы. Роберт Бош разработал компактный и надежный ТНВД. Первый серийный ТНВД для грузового автомобиля был выпущен фирмой Bosch еще в 1927 году, а в 1936 был налажен выпуск ТНВД для легковых автомобилей.
ТНВД не только создает давление топлива, но и распределяет его по форсункам соответствующих цилиндров в соответствии с порядком работы двигателя. Форсунки соединяются с ТНВД трубопроводами высокого давления. Форсунки входят своей нижней частью — распылителями — в камеры сгорания. Распылители имеют очень маленькие отверстия, необходимые для того, чтобы топливо поступало в камеру сгорания в мелко распыленном виде и легко воспламенялось.
Воздушный фильтр устанавливается на впускном трубопроводе двигателя и очищает поступающий в цилиндры воздух. Выпускная система содержит трубопроводы, глушитель и часто оборудуется каталитическими нейтрализаторами и другими устройствами для снижения количества вредных веществ в отработавших газах.