Устройство и принцип работы распределенного впрыска топлива MPI

Устройство и принцип работы распределенного впрыска топлива MPI

Системы впрыска топлива под давлением прошли эволюционный путь от простых механических устройств до управляемых электроникой распределённых, индивидуально дозирующих топливо в каждый цилиндр двигателя. Аббревиатура MPI (Multi Point Injection) используется для обозначения принципа подачи бензина электромагнитными форсунками во впускной коллектор, максимально близко к внешней стороне впускного клапана. В настоящее время это самый распространённый и массовый способ организации питания бензиновых моторов.

Устройство подкачивающего насоса и различные типы ТННД

Если говорить о конструкции, топливный насос низкого давления имеет следующие составные элементы:

1. Приводной вал
2. Ротор с лопастями
3. Статор
4. Диск распределения
5. Приводную шестерню-регулятор
6. Соединительные муфты

Принцип действия заключается в том, что сначала начинает двигаться ротор, в результате его лопасти приближаются к статору. В результате под воздействием центробежной силы создаются «камеры» и определенное напряжение. Затем из камер горючее поступает к ТНВД. Для подачи топлива в диске распределения выполнены каналы. Если давление превышает норму, часть горючего перенаправляется на редукционный клапан.

С учетом того, что подкачивающий насос и насос высоко давления связаны, для того, чтобы поддерживать необходимые условия, имеется топливный сливной дроссель. Указанный дроссель представляет собой жиклер, который вкручен в ТНВД.

Данное решение позволяет поддерживать нужные условия в камерах, при этом учитывается зависимость от той скорости, с которой движется приводной вал. Подобная схема хорошо подходит для дизельных моторов, при этом существуют и другие виды подкачивающих насосов.

Разновидности топливных насосов низкого давления

Начнем с того, что топливный насос низкого давления установлен на любом автомобиле, бензиновом (карбюратор, инжектор), так и на многих дизельных, но не на всех. Данное устройство «вытягивает» горючее из топливного бака, после чего топливо проходит через фильтры, попадает в дозирующие системы и подается в двигатель.

При этом подкачивающие насосы бывают механическими и электрическими. На бензиновых карбюраторных ДВС стоит механический насос, на инжекторных моторах подкачивающий топливный насос электрический. Однако если в бензиновых аналогах независимо от типа мотора такой насос является основным, в дизельных двигателях подкачивающий насос подает топливо на ТНВД.

Механический подкачивающий насос, как правило, ставится на блок цилиндров. В действие такое устройство приводит сам двигатель. Если просто, во время вращения мотора происходит нажатие на специальный кулачок насоса, в результате устройство начинает закачивать горючее в карбюратор. Также механический насос имеет специальный рычаг, что позволяет вручную прокачать бензин перед запуском двигателя.

Электрический подкачивающий насос стал необходимостью после того, как появились инжекторные двигатели. Дело в том, что для нормальной работы инжектора топливо должно подаваться на форсунки под более высоким давлением по сравнению с карбюраторными ДВС.

Естественно, слабый по производительности механический насос не способен справиться с такой задачей. Ему на смену пришел электробензонасос. Такой насос фактически представляет собой электродвигатель и насосную камеру, которые объединены в общем в корпусе. Нагнетатель расположен прямо в бензобаке и погружен в топливо. Также в корпус насоса интегрирован датчик уровня топлива и специальная сетка-фильтр для очистки горючего.

Такое решение имеет целый ряд преимуществ, так как устройство более производительное, а также не перегревается от избытков тепла в подкапотном пространстве. Также перед запуском двигателя нет необходимости подкачивать топливо вручную, так как после поворота ключа зажигания подкачивающий насос начинает сразу работать, поднимая давление в системе питания.

Еще следует отметить, что в схеме с электрическим насосом топливо постоянно движется по магистралям, что позволяет поддерживать нормальную температуру горючего и избежать перегрева.

Достоинства двигателей, оборудованных системой впрыска с микропроцессорным управлением

Преимущества, по сравнению с двигателями, оборудованными карбюраторной системой подачи топлива:

• Уменьшение расхода топлива.
• Упрощается запуск двигателя.
• Приближенная к линейной характеристика крутящего момента (улучшаются динамические и мощностные характеристики двигателя).
• Не требует ручной регулировки системы впрыска, т.к. выполняет самостоятельную настройку на основе данных, передаваемых датчиками кислорода.
• Поддерживает примерно стехиометрический состав рабочей смеси, что несколько уменьшает выброс несгоревших углеводородов и повышает экологичность (альфа

Топливные системы дизеля

Все ТС дизеля используют непосредственный впрыск. Объясняется это тем, что внутри дизельных силовых агрегатов применяется сжатие. Топливо должно подаваться в строго определённый момент. Рассмотрим подробнее виды дизельных топливных систем.

Плужерный многосекционный насос

Первая ТС дизельного мотора с ПМН производила впрыск строго в момент, когда та или иная секция насоса выдавливала очередную порцию горючего. ПМН приводился в действие непосредственно от кривошипного вала.

Топливная система с ПМН менее требовательна к качеству горючего, считается более дешёвой. Одновременно с этим, она и менее экологична, хуже обеспечивает машину параметрами рывка. Системы с ПМН не оснащаются турбонагнетателем, что для дизельного агрегата тоже минус.

ТС насос-форсунки

Более совершенная ТС дизельного ДВС, в которой каждая форсунка имеет собственный насос. Такой подход позволяет не ставить длинные топливные приводы высокого давления. Однако стоят форсунки этого типа очень дорого, и при этом, они являются расходниками, которые надо периодически менять. К тому же, ТС подобного типа чересчур требовательна к качеству топлива.

Из плюсов же модернизированной ТС кроме практичности можно назвать повышение надёжности силового агрегата. Так, если один из цилиндров портится, остальные продолжают свою работу, как ни в чём ни бывало.

ТС Common Rail

Самая совершенная ТС дизельного двигателя, подразумевающая наличие общей рампы. Принцип работы схож с непосредственным впрыском бензинового агрегата. В системах Common Rail обязательно наличие ЭТНВД (электрический насос высокого давления), который создаёт давление более 200 ат в топливной рампе. Открытие форсунок осуществляется электросигналами, поступающими непосредственно от БУ силового агрегата.

Из преимуществ Common Rail эксперты выделяют сравнительно высокий КПД, низкий расход солярки и малое количество вредных СО2. Из недостатков – повышенная требовательность к качеству топлива.

Автомобиль может быть оснащён любой из описанных выше систем. Какая бы она ни была, требуется своевременное обслуживание и регулярный технический осмотр, иначе даже самая топовая ТС долго не прослужит.

ОЧИСТКА СИСТЕМЫ ТОПЛИВОПОДАЧИ

Профилактика загрязнений производится заливкой в топливный бак одного из моющих составов, выпускаемых многими производителями. Подобные «очистители инжекторов» целесообразно применять только с начала эксплуатации нового автомобиля.
Использование таких препаратов на автомобилях со значительным пробегом нежелательно, так как может привести к прямо противоположному результату. Загрязнения, скопившиеся в бензобаке и внутри топливопроводов смываются очистителем и могут забить не только сетчатый фильтр бензонасоса, но и остальные элементы системы топливоподачи, в том числе форсунки. Потребуется дорогостоящий ремонт с разборкой, промывкой и заменой фильтров (в лучшем случае).

Промывка топливной системы без разборки двигателя в силу своей простоты и технологичности получила наибольшее распространение. При этом штатный бензонасос автомобиля отключается или соединяется со сливным трубопроводом. Через переходник к входу топливной рампы или моноблока дроссельной заслонки (при центральном впрыске) подсоединяется нагнетательный шланг стенда. Для промывки используется одна из схем подключения:
— одноконтурная (рис а) – только к нагнетательной части топливной системы; в этом случае промываются в основном форсунки (циркуляция промывочной жидкости мала, так как она ограничивается пропускной способностью игольчатого клапана форсунки);
— двухконтурная (рис б) – к нагнетательному и сливному топливопроводам; это обеспечивает циркуляцию промывочной жидкости и очистку всей топливной системы (кроме бензобака, бензонасоса и полнопоточного фильтра).

1 — форсунка;
2 — топливная рампа;
3 — регулятор давления;
4 — емкость с сольвентом;
5 — фильтр;
6 — вентиль;
7 — манометр;
8 — переходник;
9 — топливный насос установки;
10 — подводящий трубопровод;
11 — сливной трубопровод.

Специальное очищающее топливо (моющая жидкость, сольвент) подается из бачка установки под определенным давлением. Процедура очистки, как правило, осуществляется в три этапа:
— работа двигателя в течение 15-20 мин;
— остановка на 15-20 мин для «откисания» загрязнений;
— завершающая работа двигателя 15-20 мин.
Существуют установки, где эффективность промывки повышают, подавая на форсунки электрические сигналы с частотой 11,0-12,5 тысячи импульсов в минуту. На таких частотах клапан форсунки колеблется с максимальной амплитудой, вызывая в протекающей промывочной жидкости кавитацию – образование пузырьков, сопровождаемое их «микровзрывами». Это вызывает разрыхление наслоений, площадь их соприкосновения с промывочной жидкостью увеличивается, значительно улучшается и ускоряется процесс очистки.

Мобильные (переносные) установки подключаются к топливной системе двигателя по одноконтурной схеме. Это связано с тем, что подача промывочной жидкости осуществляется за счет давления воздуха от компрессора. При этом топливопровод обратного слива топлива в бензобак автомобиля заглушается. Иногда устанавливают такое давление промывки, чтобы регулятор давления не открывался и сольвент не сливался в топливный бак автомобиля.
Преимущество таких установок заключается в том, что их можно использовать в любом месте, где находится автомобиль (при наличии компрессора).
Основной недостаток – циркуляция сольвента осуществляется не по всей топливной системе и при этом очищаются в основном только форсунки.

Стационарные установки подключаются по двухконтурной схеме и имеют встроенный насос, обеспечивающий полную циркуляцию промывочной жидкости в топливной системе. При этом ее излишки возвращаются в бачок установки. В этом случае промываются форсунки, топливная рампа, регулятор давления и другие элементы.
Основной недостаток при промывке форсунок без снятия с двигателя определяется тем, что их невозможно диагностировать и следовательно объективно оценить результаты работы. Кроме того, очищаются только их внутренние полости, по которым циркулирует промывочная жидкость. При этом очистка наружных поверхностей распылителей невозможна.
Очистка элементов топливной системы с частичной разборкой осуществляется в случаях, когда промывка без разборки не дает необходимого результата и нормальная работа двигателя после ее проведения не восстанавливается.

Ультразвуковые установки включают в себя ванну для очистки форсунок и стенд для проверки их работоспособности.
После демонтажа с двигателя форсунки устанавливают на стенд так, чтобы топливо распылялось в мерные мензурки. При этом проверяется: форма «факела» топлива;
— «тонкость» распыла на различных режимах;
— герметичность клапанов;
— производительность форсунок.
Форсунки, требующие очистки, погружают распылителем вниз (только на его высоту) в ванну с ультразвуковым излучателем, заполненную специальным составом. На клеммы форсунок периодически подаются управляющие импульсы для открывания ее клапана. После очистки форсунки снова проверяют. Эффективность при этом выше, чем у других способов, кроме того есть возможность контроля их работоспособности.
Недостаток заключается в том, что изоляция обмотки электромагнита может быть повреждена при ультразвуковой обработке, поэтому ее желательно использовать ограниченное число раз.
Промывка и очистка вручную осуществляются с использованием различных очистителей, имеющихся в продаже, в том числе аэрозольных для карбюраторов. При определенных навыках это можно сделать самостоятельно. Некоторые автолюбители промывают и очищают даже форсунки. Для этого используются простейшие самодельные приспособления для:
— подачи очищающей жидкости в форсунку;
— создания электрических импульсов, периодически открывающих и закрывающих игольчатый клапан в процессе промывки.
После очистки форсунок перед установкой их на двигатель желательно заменить сетчатый фильтр и резиновое уплотнение.

Внимание! Нарушение герметичности уплотнительных колец форсунок может привести к пожару из-за подтеканий топлива, поэтому после проведения очистки с разборкой необходимо некоторое время контролировать их состояние.

Топливные системы и форсунки дизелей могут промываться и очищаться с использованием специального оборудования или того же оборудования, что и для впрысковых бензиновых. Основное отличие промывки дизельных и бензиновых форсунок заключается в составе моющих жидкостей и режимах обработки.

Конструкция

Любой обратный клапан (ОК) – это не что иное, как элемент, обеспечивающий движение топлива в одном направлении. Он может перекрывать слив неиспользуемого горючего обратно в топливный бак.

Конструкция его, как правило, подразумевает наличие откалиброванного седла из мягкого металла. Клапан пропускает бензин или солярку в одном направлении, но при остановке двигателя клапан автоматически запирается, и движение жидкости прекращается.

Клапан топливной системы и трубка

Несмотря на простоту конструкции перепускного клапана, его неполадка или банальное отсутствие в системе способно привести к большим трудностям. К примеру, невозможно нормальное функционирование мотора, его запуск усложняется.

Не нужно при этом путать ОК с редукционным клапаном. Последний отвечает за стабильность давления, хотя и функционирует в паре с обратным клапаном.

Подробнее о редукционном клапане. Он отвечает за выравнивание давления на участке топливной рампы, там где топливная жидкость поступает в форсунки. Если бы не было этого клапан, форсунки получали бы горючее под разными давлениями или без него, вследствие чего не могли бы передавать бензин дальше, в камеру.

Редукционный клапан или регулятор давления

Регулятор прекращает подачу горючего на форсунки, когда останавливается двигатель и отключается зажигание. Просто срабатывает запорный механизм, который отсекает часть линии горючего. Бензин остаётся только на участке между топливным насосом и рампой, если исправен ОК. Если нет, топлива в системе не будет, оно утечёт обратно в бак.

Дополнительная система автоматической дозаправки топливом

Для увеличения длительности автономной необслуживаемой работы дизельных электростанций применяются системы топливоподачи: подача топлива в расходный бак ДГУ ручным насосом и подача топлива в расходный бак ДГУ электрическим топливным насосом из внешнего резервуара при помощи автоматики из дополнительного расходного бака или хранилища.

Система автоматической топливоподачи

Система автоматической топливоподачи Состоит из метало трубопроводов, соединительной арматуры, фитингов, электрического насоса 220В, дублирующего ручного насоса, дополнительного топливного фильтра, очищающего топливо от случайно попавших мелких механических примесей, отекающего электроклапана, датчиков уровня топлива, клапаном нормального закрытого.

Электрический насос подключается к щиту собственных нужд ЩСН. Включение насоса осуществляется как вручную, включением кнопки на корпусе насоса, так и автоматически со щита управления автоматической топливо подкачкой ЩТП. В топливный бак электростанции установлены датчики уровня топлива типа ДГС-М-24М, всего 2 шт. – датчик нижнего уровня топлива «аварийный», датчик нижнего уровня топлива, датчик верхнего уровня топлива, датчик верхнего уровня топлива «аварийный». Принцип работы системы автоматической топливоподкачки основан на срабатывании датчиков верхнего и нижнего уровней топлива, при понижении уровня топлива и срабатывании датчика нижнего уровня включается электрический насос и открывается клапан, при достижении уровня топлива до верхнего датчика, отключается электронасос и обратный клапан. Датчик верхнего уровня топлива «аварийный» является дублирующим датчиком датчика верхнего уровня топлива. Сигналы от них анализируются установленным щитом топливоподкачки ЩТП, который в свою контролирует работу всех исполнительных элементов. На блоки управления S4008 топливоподкачки установлена световая сигнализация о наличии питания 220В с ЩСН и светосигнальная лампа «Авария», сигнализирующая о неисправности в системе автоматической топливоподкачки. Датчик, насос защищены автоматическими выключателями Q13. Ручной топливоподкачивающий насос включен в общую систему подкачки топливом. Для осуществления топливоподкачки при помощи ручного насоса, необходимо перекрыть кран электрического насоса – расположен на магистрали около электрического насоса, и открыть кран ручного насоса. При отсутствии топлива в топливном баке ниже уровня нижнего аварийного датчика необходимо произвести подкачку топлива из внешней емкости с помощью ручного насоса, либо электрическим насосом, путем включения переключателя на ЩСН.

Топливный бак ДГУ оснащен системой дренажного слива топлива, состоящий из крана, металлической трубы и фитингов. Для слива топлива с топливного бака электростанции необходимо произвести подключение внешнего трубопровода к фитингу с резьбой 1”, расположенном на торце контейнера в специальной нише и открыть кран, находящийся на топливном баке. Положение рукоятки на кране «поперек» означает – закрыто, вдоль – открыто.

Расходный топливный бак оснащен устройством верхнего перелива топлива и соединен с системой дренажного слива топлива, который будет работать и при отказе автоматики. В случае перелива топлива при заправке топливного бака электростанции любым из способов заправки, излишки топлива по специальной магистрали попадают в систему трубопровода дренажного слива. Система не имеет кранов.

Дыхательная система топливного бака ДГУ служит для удаления паров и поступления воздуха через клапан СМДК, установленный на внешней торцевой стене контейнера. Система состоит из металлической трубы, фитингов, отводов, дыхательного клапана с огнепреградителем (CVLR-50). Клапан имеет разборное соединение (для транспортировки контейнера).

Пример размещения дополнительного топливного бака на 900л в блок-контейнере типа «Север» (произв-ва ООО «ЗЭО «Электроспецтехника») с наладкой системы автоматической подкачки дизтоплива в штатный бак ДГУ представлен схематично на рисунке. Также можете ознакомиться с реальным реализованным проектом нашего предприятия, где дополнительный топливный бак на 1000л и автоматическая система топливоподкачки позволили увеличить время автономной работы ДГУ Wilson P800P1 в блок-контейнере типа «Север» БКС-8 до 16 часов.

Все системы топливо подкачки, верхнего перелива топлива, фитинги для подключения внешнего трубопровода, дренажного слива топлива имеют информационные таблички, знаки.

Используйте заземляющие устройства, соблюдайте правила хранения ЛВЖ, применяйте средства индивидуальной защиты.

Система ручной топливоподачи

В самых простых случаях, когда не нужно обеспечивать для ДГУ третью степень автоматизации и вместо автоматики за процесс топливо подачи будет ответственен сотрудник эксплуатирующей организации, для заполнения штатного топливного бака ДЭС нужно воспользоваться заливной горловиной бака, ручным насосом или электрическим насосом – в зависимости от Ваших условий заправки.

Ручной насос для закачки или подкачки топлива

Предназначен для ручной закачки дизтоплива в штатный топливный бак дизельной электростанции. Монтируется на раме электростанции. Состоит:

1. Соединительный топливопровод
2. Монтажная пластина
3. Соединительный штуцер №1
4. Ручной насос
5. Соединительный штуцер №2

Электрический насос (переносной) для закачки топливом

Предназначен для равномерной с одинаковым давлением закачки топлива в штатный топливный бак дизель-генератора, питается напряжением 220В. Не требует установки на ДГУ, соединяется напрямую к бочке с дизтопливом или другой ёмкости. Состоит:

1. Заправочный пистолет раздаточный
2. Счетчик жидкости МТ-1
3. Электрический насос
4. Обратный клапан с фильтром
5. Соединительные топливопроводы (шланги)
6. Соединительные штуцеры

Цена электрического насоса напрямую зависит от его производительности. Для перекачки вязкого дизтоплива лучше покупать динамический насос.

Все выше перечисленные примеры применения систем топливоподачи для нужд дизельных электростанций представлены для ознакомления и не охватывает все особенности объекта Заказчика. Предприятие «Электроспецтехника» на своей производственной площадке в г. Екатеринбурге готово разработать, скомплектовать и смонтировать Ваш индивидуальный вариант топливоподачи. Для расчета стоимости можете обратиться в любой из филиалов компании.