Сучасні системи живлення дизелів

Перед кожним рано чи пізно постає питання придбання чогось нового. В нашому разі — це придбання нової техніки з покращеними технічними характеристиками, підвищеної продуктивності, екологічності і ще з низкою переваг, що їх нам так пропагують виробники сучасної техніки. Як відомо, «серцем» будь-якої машини є двигун. Проте двигун — досить складний механізм, що складається з певних систем. Однією з головних систем двигуна є система живлення, від роботи якої залежить «правильна» робота мотора і техніки загалом.

А. Сухина
a.sukhina@univest-media.com,
М. Коровай, технічний директор, компанія «Аверс-Центр»

Сьогодні можна зустріти техніку одного й того самого виробника, одну й ту саму модель з різними двигунами. Як відомо, на двигунах різних фірм-виробників встановлені різні системи живлення. Візьмемо для прикладу трактори Мінського тракторного заводу з двигунами власного виробництва серії Д-, або Deutz. Так, двигун Д-260 має систему живлення з рядним насосом (механічне регулювання), його модифікації Д-260.1S3A, Д-260.1S3В — систему живлення Common Rail. Чого чекати віт такого «розмаїття вибору» і як це впливає на витрати в період експлуатації даної техніки?
Для початку розглянемо, які є системи живлення, та порівняємо їхні переваги й недоліки. На сьогодні відомо чотири типи системи живлення дизельних двигунів:
   із використанням рядних паливних насосів високого тиску (ПНВТ) з механічним регулюванням;
   із використанням роторних насосів з електричним регулюванням;
   Common Rail;
   із використанням насос-форсунок.
Дизельні двигуни зі «старою» системою живлення (механічне регулювання) принципово не здатні вкладатися в рамки висунутих до двигунів вимог щодо економічності, екологічності, захисту навколишнього середовища від шкідливих викидів, рівень яких підвищується з кожним роком. Натомість більш сучасні системи (Common Rail, насос-форсунка), задовольняють дані вимоги і забезпечують відповідну економію пального завдяки підвищеному тиску та електронному керуванню процесом роботи. Адже що більший тиск подавання пального в камеру згоряння, то тоншого його розпилення можна досягти. Це, своєю чергою, сприяє повнішому й ефективнішому згорянню суміші з найменшим викидом шкідливих речовин у довкілля і зростанню потужності за менших витрат пального та рівня шуму. Водночас протягом  моменту впорскування (тобто впродовж часу, коли форсунка відкрита) постійний високий тиск у магістралі дає змогу отримати точне дозування пального. Своєю чергою, створити підвищений тиск та розділити один процес впорскування в системі зі «звичайним» ПНВТ принципово неможливо.

Механічна система живлення
Система живлення тракторних, комбайнових і автомобільних дизелів (із механічним регулюванням), яку застосовували раніше (і використовують ще й понині), майже вичерпала свої можливості. На сучасному етапі розвитку, порівнявши роботу всіх систем живлення, слід зазначити, що система живлення з використанням насоса з механічним регулюванням має всього декілька переваг перед іншими, а саме: високу витривалість, відносно довгий термін експлуатації та невибагливість щодо пального. Про це не потрібно багато розповідати, адже така техніка пропрацювала та й працюватиме ще не один десяток років.
Недоліком системи живлення з механічним регулюванням є те, що під час будь-якої зміни витрати пального в трубопроводах від ПНВТ до форсунок виникають «пульсуючі хвилі» тиску. Такий хвильовий гідравлічний тиск може призвести до руйнування паливопроводів. У зв’язку з цим дана система має обмеження щодо тиску — не більше 300 бар (300 кг/см2). Системи даного типу з більшим значенням тиску в природі не існує.
Моральна застарілість системи подавання пального з механічним регулюванням, підвищення екологічних норм щодо викидів відпрацьованих газів (які так активно впроваджує Європа), підвищення вартості пально-мастильних матеріалів тощо є одними з основних причин, що спонукують до осучаснення таких систем.

Система живлення розподільного типу з використанням роторного нососа
У даному насосі тиск може дещо перевищувати 1000 бар. Завдяки цьому, на відміну від механічного, можна отримати два впорскування пального: попереднє, під час якого подається незначна його кількість і загорається та основна частина пального, яка надходить уже в запалену суміш. Цим самим покращується процес згорання пального (він протікає швидше, і пальне згорає повніше), підвищується ККД роботи двигуна, знижуються рівні шумності та токсичності відпрацьованих газів.
Розподільні паливні насоси високого тиску, на відміну від рядного ПНВТ, мають один або два плунжери, які обслуговують усі циліндри двигуна. Розподільні насоси — меншої маси і габаритних розмірів, а також вони забезпечують рівномірніше подавання пального. З іншого боку, їх вирізняє порівняно низька довговічність сполучених деталей. Усе це обмежує сферу застосування даних насосів: в основному, на двигунах легкових автомобілів.

Система Common Rail
Привабливі можливості щодо оптимізації кута випередження початку вприскування пального, рівномірності його подавання, тиску впорскування досягаються шляхом застосування системи живлення акумуляторного типу, в якій функції створення високого тиску та керування процесами подавання пального відокремлені. Відповідними пристроями комплектуються тепер приблизно 50% дизелів (серед виготовлювачів — такі фірми, як Bosch, Denso, Siemens, Delphi).
Common Rail — це, якщо перекладати з англійської дослівно, — «загальна рейка».
Принцип роботи цієї системи заснований на подаванні пального до форсунок від загального акумулятора високого тиску — паливної рампи («загальної рейки»).
Перша відмінність системи полягає в тому, що тиск у паливній системі створюється і підтримується незалежно ні від частоти обертання колінчастого вала двигуна, ні від кількості пального, що впорскується. Самі форсунки впорскують пальне «по команді» контролера електронного блока управління (ECU) за допомогою вбудованих у них магнітних соленоїдів, активація яких відбувається з блока управління. Пальне, готове для впорскування, постійно перебуває під високим тиском у рампі, куди воно нагнітається спеціальним насосом відразу ж, тільки-но двигун починає робити перші оберти. Далі паливопроводами воно під загальним тиском постійно надходить до форсунок.
Друга головна відмінність системи Common Rail від двигунів зі звичайним ПНВТ кулачкового типу — підіймання голки форсунки здійснюється за допомогою соленоїда, а не просто тиском пального. Циклічність подавання пального (його кількість) визначається діями водія, а кут випередження і тиск впорскування — програмою, закладеною в блок управління.
Система дає змогу застосовувати декілька фаз упорскування за один робочий такт. У ранніх системах було впроваджено подвійне впорскування — пілотне й основне (для запобігання детонації). У сучасніших системах можливе використання до дев’яти фаз упорскування. Тиск у системі живлення Common Rail меже сягати 2000 бар. Уся її робота практично відбувається всередині форсунки без значних руйнівних коливань тиску.

Насос-форсунки
Досить широко застосовують систему живлення із використанням насос-форсунок. Перевагою даної системи живлення є зменшення втрат тиску в паливопроводах від насоса високого тиску.
Впорскування пального насос-форсунками на сьогодні є найсучаснішою та найекономічнішою системою живлення сучасних дизельних двигунів. На відміну від Common Rail, у даній системі функції створення високого тиску й упорскування пального об’єднані в одному пристрої — насос-форсунці. Власне насос-форсунка і становить однойменну систему подавання пального. Застосування насос-форсунок дає змогу підвищити потужність двигуна, знизити витрату пального, викиди шкідливих речовин, а також рівень шуму.
У даній системі живлення для кожного циліндра двигуна призначена своя насос-форсунка. Привід насос-форсунки здійснюється від розподільного вала, на якому є відповідні кулачки. Зусилля від кулачків передається через коромисло безпосередньо насос-форсункам.
Складові насос-форсунки:
   плунжер;
   клапан управління;
   запірний поршень;
   зворотний клапан;
   голка розпилювача.
Керує роботою насос-форсунок система управління двигуном. Блок управління двигуном на підставі сигналів датчиків управляє клапаном насос-форсунки.
Конструкція насос-форсунки забезпечує оптимальне й ефективне подавання пально-повітряної суміші. Для цього в процесі впорскування пального передбачені такі фази:
   попереднє впорскування;
   основне впорскування;
   додаткове впорскування.
Їхні функції: попереднє — потрібне для досягнення плавності згорання суміші під час основного впорскування; основне — забезпечує якісне сумішоутворення за різних режимів роботи двигуна; додаткове — слугує для регенерації (очищення від накопиченої сажі) сажового фільтра.

Отже, основною проблемою виходу з ладу вартісної паливної апаратури є низька якість пального, що сьогодні пропонує вітчизняний ринок. Також слід вказати на бажання користувача зекономити, яке в цілому притаманне кожній людині, і сільгоспвиробники — не виняток.
На пальному, яке наразі є на ринку України, найбільш оптимально працює система живлення з рядним насосом (механічне регулювання). Як бачимо, її ремонт найменш вартісний, до того ж вона стійкіша в роботі (не настільки залежна від якості пального). Якщо порівняти з нею насос-форсунки та систему Common Rail, то для останніх, щоб вийти з ладу, достатньо однієї заправки неякісним пальним. Тож вибирайте розважливо та експлуатуйте з розумом!