Какой узел дизельного двигателя впрыскивает топливо в камеру сгорания и под каким давлением
Перейти к содержимому

Какой узел дизельного двигателя впрыскивает топливо в камеру сгорания и под каким давлением

  • автор:

Устройство и конструкция форсунок

a — форсунка закрыта; b — форсунка открыта (впрыск).

ustroistvo_forsunok

1 — возврат топлива,

2 — электрические выводы,

3 — электромагнитный клапан,

4 — вход топлива из аккумулятора,

5 — шариковый клапан,

6 — жиклер камеры гидроуправления,

7 — «питающий» жиклер,

8 — камера гидроуправления,

9 — управляющий плунжер,

10 — канал к распылителю,

11 — игла форсунки.

Топливо в форсунку подается через входной штуцер высокого давления (4) и далее в канал (10) и камеру гидроуправления (8) через жиклер (7). Камера гидроуправления соединяется с линией возврата топлива (1) через жиклер камеры гидроуправления 6, который открывается электромагнитным клапаном. При закрытом жиклере (6) силы гидравлического давления, приложенные к управляющему плунжеру (9), превосходят силы давления, приложенные к заплечику иглы (11) форсунки.

В результате игла садится на седло и закрывает проход топлива под высоким давлением в камеру сгорания. При подаче пускового сигнала на электромагнитный клапан жиклер (6) открывается, давление в камере гидроуправления падает, и в результате сила гидравлического давления на управляющий плунжер также уменьшается. Поскольку сила гидравлического давления на управляющий плунжер оказывается меньше силы, действующей на заплечик иглы форсунки, последняя открывается, и топливо через сопловые отверстия впрыскивается в камеру сгорания. Такое косвенное управление иглой форсунки, использующее систему мультипликатора, позволяет обеспечить очень быстрый подъем иглы, что невозможно сделать путем прямого воздействия электромагнитного клапана.

Так называемая «управляющая доза» топлива, необходимая для подъема иглы форсунки, является дополнительной по отношению к действительному количеству впрыскиваемого топлива, поэтому это топливо направляется обратно, в линию возврата топлива через жиклер камеры гидроуправления. Кроме «управляющей дозы» в линию возврата топлива и далее в топливный бак также выходят утечки через направляющие иглы форсунки. К коллектору линии возврата топлива также подсоединяются предохранительный клапан (ограничитель давления) аккумулятора и редукционный клапан ТНВД.

Работа форсунки

Работа форсунки может быть разделена на четыре рабочих стадии при работающем двигателе и создании высокого давления ТНВД:

форсунка закрыта с приложенным высоким давлением;

форсунка открывается (начало впрыска);

форсунка полностью открыта;

форсунка закрывается (конец впрыска).

Эти рабочие стадии являются результатом действия сил, приложенных к деталям форсунки. При остановленном двигателе и отсутствии давления в аккумуляторе форсунка закрыта под действием пружины.

Форсунка закрыта : при закрытой форсунке питание на электромагнитный клапан не подается (рис. a). При закрытом жиклере камеры гидроуправления пружина якоря прижимает шарик к седлу, высокое давление, подаваемое в камеру и к распылителю форсунки из аккумулятора, увеличивается. Таким образом, высокое давление, действующее на торец управляющего плунжера, вместе с усилием пружины держат форсунку закрытой, преодолевая силы давления в камере распылителя.

Форсунка открывается : перед началом процесса впрыска, еще при закрытой форсунке, на электромагнитный клапан подается большой ток, что обеспечивает быстрый подъем шарикового клапана (рис. b). Шариковый клапан открывает жиклер камеры гидроуправления и, поскольку теперь электромагнитная сила превосходит силу пружины якоря, клапан остается открытым, и практически одновременно сила тока, подаваемого на обмотку электромагнитного клапана, уменьшается до тока, требуемого для удерживания якоря. Это возможно потому, что воздушный зазор для электромагнитного потока теперь уменьшается.

При открытом жиклере топливо может вытекать из камеры гидроуправления в верхнюю полость и далее по линии возврата топлива в бак. Давление в камере гидроуправления уменьшается, нарушается баланс давлений, и давление в камере распылителя, равное давлению в аккумуляторе, оказывается выше давления в камере гидроуправления. В результате сила давления, действующая на торец управляющего плунжера уменьшается, игла форсунки поднимается, и начинается процесс впрыска топлива. Скорость подъема иглы форсунки определяется разностью расходов через жиклер и сопловые отверстия. Управляющий плунжер достигает верхнего упора, где остается, поддерживаемый «буферным» слоем топлива, образующимся в результате указанной выше разницы расходов через жиклер и сопловые отверстия. Игла форсунки теперь полностью открыта, и топливо впрыскивается в камеру сгорания под давлением, практически равным давлению в аккумуляторе. Распределение сил в форсунке подобно распределению в фазе открытия.

Форсунка закрывается (конец впрыска) : как только прекращается подача питания на электромагнитный клапан, пружина якоря перемещает его вниз, и шариковый клапан закрывается. Якорь состоит из двух частей, поэтому, хотя тарелка якоря перемещается вниз заплечиком, она может оказывать противодействие возвратной пружиной, что уменьшает напряжения на якорь и шарик. Закрытие жиклера приводит к повышению давления в камере гидроуправления при поступлении в нее топлива через «питающий» жиклер (7). Это давление, равное давлению в аккумуляторе, действует на торец управляющего плунжера, и сила давления вместе с силой пружины преодолевают силу давления, действующую на заплечик иглы форсунки, которая закрывается. Скорость посадки иглы форсунки на седло, то есть скорость закрытия форсунки, определяется расходом через «питающий» жиклер. Впрыск топлива прекращается, как только игла форсунки садится на седло.

Принцип работы (CR)

Создание давления и непосредственный процесс впрыска в аккумуляторной топливной системе Common Rail (CR) полностью разделены. Высокое давление в топливной системе создается независимо от частоты вращения коленчатого вала двигателя и количества впрыскиваемого топлива. Топливо, готовое для впрыска, находится под высоким давлением в топливном аккумуляторе. Количество впрыскиваемого топлива (цикловая подача) определяется действиями водителя, а угол опережения и давление впрыска определяются электронным блоком управления (ЭБУ) на основе программируемых матриц характеристик, хранящихся в памяти микропроцессора. ЭБУ выдает управляющий пусковой сигнал на соответствующие электромагнитные клапаны, в результате чего осуществляется впрыск форсункой в каждый цилиндр.

Аккумуляторная топливная система CR включает в себя следующие элементы электронного управления:

ustroistvo_forsunok_2
ЭБУ; датчик давления наддува;
датчик частоты вращения коленчатого вала; датчик давления в топливном аккумуляторе;
датчик частоты вращения распределительного вала; датчик температуры охлаждающей жидкости.

Используя входные сигналы указанных выше датчиков, ЭБУ регистрирует положение педали акселератора и определяет на данный момент времени рабочую характеристику двигателя и автомобиля как единого целого. На основе полученной информации ЭБУ может через разомкнутые и замкнутые контуры осуществлять управляющие действия с автомобилем и, особенно, с двигателем. Частота вращения двигателя измеряется датчиком частоты вращения коленчатого вала, а порядок чередования вспышек — датчиком частоты вращения (положения) распределительного вала. Электрический сигнал, образующийся на потенциометре педали акселератора, информирует ЭБУ о том, как сильно водитель нажал на педаль, другими словами о его требованиях к величине крутящего момента. Датчик давления наддува обеспечивает ЭБУ данными о количестве воздуха, чтобы адаптировать процесс сгорания соответствию нормам эмиссии вредных веществ. При низких температурах окружающей среды и при холодном двигателе ЭБУ использует информацию датчиков температуры охлаждающей жидкости и температуры воздуха, чтобы адаптировать полученные данные для установки угла опережения впрыска, использования дополнительного впрыска (после основного) и других параметров в зависимости от эксплуатационных условий.


Ремонтопригодность и диагностика системы

Вследствие недостаточно высокого качества топлива или усталости системы (когда система эксплуатируется слишком долго) из строя в первую очередь начинают выходить инжекторы, датчики контроля высокого давления и устройсва, которые создают это высокое давление. ТНВД же здесь довольно стабилен — ошибка многих неопытных дизелистов заключается в том, что они, не разобравшись в сути неисправности, пытаются сразу заменить ТНВД. Этого делать не стоит — вернее, всегда прежде всего надо точно понять, по какой причине возникла проблема и какие действия нужно предпринять для ее устранения. И только потом решаться на крайние меры.

К слову сказать, ТНВД Common Rail очень не любит грязи. Если грязь попадает в ТНВД — пиши пропало, он мгновенно выходит из строя и гонит стружку во всю систему. Замена всей системы (промывка в данном случае недопустима, только полная замена всех трубок, магистралей, бака, насоса, форсунок) — весьма дорогостоящая операция, поэтому советуем обратить особое внимание автовладельцев на использование только безупречно качественного дизтоплива.

Вы спросите: почему не помогает промывка? Дело в том, что промывка не дает возможности полностью избавиться от стружки, которая может снова попасть в систему.

В общем-то, по большому счету, все основные перебои системы связаны именно с плохим топливом. Для различных машин характерны свои последствия. Как показывает опыт, на французских автомобилях чаще всего выходят из строя форсунки — они, как говорится, «подвисают». И самое интересное, что в основном то и пугает людей, — то, что машина сразу глохнет. Это, кстати, еще одна специфическая особенность Common Rail: при кратковременном «подвисании» иглы распылителя нарушается баланс давления в рейке. Падение напряжения замечает датчик контроля давления в рейке, и эта команда, так называемая ошибка первого порядка, заставляет блок управления выключать двигатель. Машина может заглохнуть даже набирая обороты. При этом, что еще более интересно, через какое то время после того, как машина «отстоится», она может спокойно завестись и опять поехать. Хотя в дальнейшем в определенных режимах она с большой вероятностью снова будет глохнуть.

Людей, не знакомых с системой, это, естественно, пугает, они меняют ТНВД, однако ничего не добиваются.

для того, чтобы грамотно разобраться с такой проблемой, необходимо использовать специальное устройство, имитирующее датчик, с помощью которого удастся определить, какая форсунка вышла из строя. Ее можно будет заменить или — после проверки — отремонтировать.

Также случается, что и насосы текут. Устраняется протечка без каких либо проблем — заменой прокладки. А вот случаи усталости насоса, его износа единичны, но если в систему, повторимся, попадают механические частицы — они выводят его из строя сразу.

Диагностика дизелей с системой Common Rail

Для того чтобы точно определить в чем именно заключается неисправность надо принимать во внимание и оценивать состояние трех взаимосвязанных частей:

состояние механических узлов двигателя (турбина, цилиндропоршневая часть дизеля, правильность установки фаз ГРМ),

электронная система управления двигателем (исправность датчиков, проводки),

гидравлическая часть (система топливоподачи, ТНВД, форсунки).

Если проверять подряд все названные компоненты это займет очень много времени. Для того, чтобы ускорить поиск возможных отклонений блок управления снабжен функцией мониторинга исправности датчиков и исполнительных механизмов. При обнаружении блоком отклонений в показании, каких либо датчиков в оперативной памяти прописывается ошибка (каким образом блок выявляет отклонения в показаниях от правдоподобных мы описывали в другой статье). В зависимости от значимости ошибки впрыскивание топлива продолжается или двигатель останавливается. С помощью сканера в меню параметры можно посмотреть реальные показания и реакцию датчиков на различные возмущения. Важной особенностью CR является то что каждая форсунка управляется индивидуально т.е. на каждой форсунке прописываются свои коэффициенты топливо-коррекции по которым можно судить об состоянии каждого цилиндра и соответствующей форсунки.


В качестве примера приведем данные сканирования некоторых параметров в системе CR на холостом ходе:

Частота вращения коленвала 750 об./ мин.
Температура охлаждающей жидкости 88º С
Положение педали подачи топлива 0%
Предписанное давление в аккумуляторе высокого давления 261 бар
Реальное давление 264 бар
Цикловая подача одной форсунки 13.8 МЕ
Скважность управляющего сигнала электромагнитного клапана рег. давления 16%
Коррекция равномерности работы двигателя
Для цилиндра 1 -3.35
Для цилиндра 3 0.00
Для цилиндра 4 2.58
Для цилиндра 2 0.65

Коррекция предназначена для компенсации отклонений по цилиндрам в механике двигателя и гидравлике системы впрыска топлива, возникающих при серийном производстве. Неравномерность определяется с помощью датчика оборотов. Если какой-то цилиндр отличается более чем на 30% от заданного значения, это считается не нормальным и блок управление пытается выправить положение изменением топливоподачи. Если мы обнаружили значительную топливо-коррекцию в каком то цилиндре, это может быть связано или с низкой компрессией в цилиндре (прогар клапана, например) или неисправностью форсунки.

При неисправностях, которые не выводят систему из строя, блок управления ограничивает топливоподачу. К таким дефектам относятся неисправности датчиков температуры, слишком низкое давление наддува, неполадки с замером расхода воздуха, или выход из строя датчика положения педали газа.

Из соображений безопасности система останавливает двигатель при следующих условиях:

выходит из строя форсунка или сильно падает давление в аккумуляторе,

превышение давление топлива в рампе выше МАХ (порядка 1500бар),

выход из строя электромагнитного клапана регулирования давления.

Двигатель невозможно завести при неработающих датчиках оборотов и положения распредвала. Для проверки гидравлической части методы электронной самодиагностики обычно непригодны.


Неисправности, требующие диагностики при помощи гидравлических тестеров:

невозможность запуска двигателя, или двигатель глохнет после запуска: рекомендуется провести тест баланса мощности по цилиндрам при помощи сканера (для систем Бош);

если имеются неисправности, отличающиеся от описанных выше, например, вибрация двигателя, выброс черного/ белого дыма при запуске или на холостом ходу.

Проблема может заключаться в разности количества топлива, проходящего через каждый инжектор.

Процедура диагностики в зависимости от симптома

Двигатель не заводится

Тест линии низкого давления ► Тест обратки инжектора (Статический) ► Тест линии высокого давления.

Двигатель не заводится

Тест линии низкого давления ► Тест обратки инжектора (Динамический) ► Тест линии высокого давления.


Тест линии низкого давления

При тесте линии низкого давления замеряется разряжение на линии всасывания (если топливоподкачивающий насос шестеренчатого типа) или давление (если ТПН электрический). Таким образом можно выявить поломку ТПН, загрязнение фильтров или повреждение топливоподающих трубок.


Тест обратки инжектора (статический)

В этом испытании электрические разъемы форсунок разъединяются, разъем клапана регулировки высокого давления тоже разъединяется. К датчику давления топлива на рампе подключается прибор для измерения давления. Таким образом при проворачивании коленвала в рампе создается высокое давление при отключенных (неуправляемых) форсунках. Если при этом обратки форсунок подключить к мерным мензуркам можно выявить неисправность клапанов управления форсунками (при количестве топлива в обратке 0-200 мл клапан исправен). При данном тесте оценивается также давление которое создается в рампе (1000-1800 бар норма)

Тест обратки инжекторов динамический

При этом тесте на обратки инжекторов также устанавливаются мерные мензурки, как и в предыдущем тесте. После этого двигатель заводится и он работает три минуты на холостом ходе и две минуты на оборотах 2500-3000 об./ мин. Инжектор у которого показания в три раза отклоняются от нормы подлежит замене.

Тест линии высокого давления

Проводится с целью выяснить, насколько большое давление может создавать насос высокого давления. Для проведения теста инжекторы отключаются от рампы и присоединительные штуцера рампы глушатся заглушками. К регулятору давления топлива подключается прибор который блокирует слив топлива в обратку. Далее двигатель вращается стартером в течении 5-6 сек. И при этом производится замер высокого давления. Нормальное давление для системы Bosch 1000-1500 бар. Если давление ниже нормы то причиной может быть ТНВД, регулятор давления или датчик давления топлива для выяснения кто же конкретно проверяем дальше.

Тест регулятора давления топлива

Для его проведения повторяем схему предыдущего опыта, только к обратке регулятора соединяем мерную мензурку. Вращаем стартером двигатель в течении 5 сек и замечаем количество топлива вытекающего с обратки, оно не должно превышать 10 сс.

Проверка механической части дизеля является одинаковой, как и у других дизелей. Обычно она заключается в проверке компрессии и пневмоплотности (для оценки состояния ЦПГ), проверке количества и давления картерных газов (что влияет на расход масла у турбированных моторов), проверке состояния турбины (проверяется износ подшипников и работа регулятора давления надувочного воздуха), и фазы установки ГРМ.

Separ 2000

separ_2000

Вода — источник жизни на Земле. Да, верно. Но если вода окажется в топливной системе автомобиля, то это может привести к быстрой гибели транспортного средства. К сожалению, вода неизбежно попадает в топливо, либо вследствие нарушения технологии его производства и хранения, либо в виде конденсата в результате постоянного нагрева и охлаждения топливного бака.

Схема очистки

Профессионалы понимают, как опасно попадание в топливную систему загрязненного топлива, скапливающегося на дне топливного бака, поэтому рекомендуют не опустошать топливный бак и промывать его не реже одного раза в год.

Но компания ООО «Т-К-Сервис» предлагает более удобный и экономичный выход из ситуации — использование фильтра Separ 2000 .Эта великолепно зарекомендовавшая себя многоступенчатая система решила основную проблему дизеля — она позволяет достигать стопроцентного удаления из топлива главного разрушителя дизельной аппаратуры — воды. Другим загрязнениям Separ 2000 тоже не оставляет шанса.

Separ 2000 существует в двух основных исполнениях — с устройством подогрева топлива и без него.

Separ 2000 без подогрева топлива

Первичное отделение воды и крупных механических включений осуществляется за счет движения топлива сначала по внутреннему (ступени 1 и 2), а затем и внешнему (ступени 3 и 4) спиральному каналу пассивного циклона. Полное отделение остатка воды и мелких включений осуществляется на ступени 5 благодаря оригинальному, запатентованному фирмой Loesing, составу фильтрующей бумаги. Вода накапливается в прозрачном стакане-отстойнике, позволяющем контролировать ее уровень и вовремя открывать сливной кран (обычно — 1 раз за две-три недели). Итоговая степень механической очистки, в зависимости от применяемого фильтрующего элемента, составляет 10, 30 или 60 мкр.

Separ 2000 с подогревом топлива

Механический принцип действия фильтра полностью идентичен описанному выше. Нагревательный элемент, расположенный внутри отстойника Separ 2000 , эффективно подогревает поток топлива, растапливая парафиновые хлопья и предотвращая их новообразование. Тем самым удается избежать забивания фильтра тонкой очистки и других элементов топливной системы автомобиля. Подогрев действует только при работающем двигателе.Управление подогревом осуществляется автоматическим реле, включающим нагревательный элемент при температуре топлива ниже -5º С и выключающим его при температуре выше +10º С. Это означает, что даже если система активирована при температуре топлива выше +10º С, потребления электроэнергии не происходит. О включении нагревательного элемента сигнализирует контрольная лампочка на блоке управления фильтром в кабине водителя. В аварийный случаях, когда температура превышает +80º С, нагревательный элемент отключается с помощью теплового предохранителя, смонтированного внутри корпуса фильтра вместе с реле.

Главные особенности

Помимо высокой степени отделения содержащейся в топливе воды, к основным преимуществам использования фильтра Separ 2000 также можно отнести: компактность конструкции с возможностью различных вариантов подсоединения, возможность многократного использования фильтрующего элемента, простоту монтажа и легкость последующего обслуживания. Применение фильтра обеспечивает полную защиту подкачивающего насоса высокого давления, форсунок, клапанов и поршней от преждевременного износа, что способствует увеличению срока службы дизельной аппаратуры в 4-5 раз. В совокупности с минимальными затратами на встройку и обслуживание, фильтры Separ 2000 .

Применение

Сферы применения фильтра Separ 2000 достаточно обширны. Это транспортные средства (грузовые и легковые автомобили, автобусы), строительные и сельскохозяйственные машины, автопогрузчики, речные и морские суда, компрессоры и генераторы, автозаправочные комплексы и нефтехранилища. Одним словом, фильтр может быть установлен везде, где применяются дизельные двигатели. Сегодня можно с уверенностью говорить о том, что только фильтр Separ 2000 гарантирует заводские нормы расхода топлива, обеспечивает надёжную защиту топливной системы автомобиля и является гарантом безотказной работы двигателя вне зависимости от степени загрязненности топлива залитого в бак.

Что происходит в камере сгорания дизельного двигателя?

Сам процесс горения происходит при наличии нескольких компонентов – материала горения, кислорода в нужном объеме и источника воспламенения. Помимо пламени или искры источником воспламенения может стать нагрев. Как известно, дизельное топливо самовоспламеняется именно от нагрева. Воспламенение происходит в результате сжатия воздуха в цилиндре до нужной температуры. При этом температура воспламенения растет по мере роста давления, а температура самовоспламенения топлива уменьшается с ростом давления. Таким образом, топливовоздушная смесь в дизельном двигателе легко воспламеняется при высоком давлении, и это происходит тем лучше, чем больше разница этих температур.

Стоит сразу оговориться, что дизельный двигатель работает с хорошей отдачей только тогда, когда в нем хорошо сгорает топливо. При этом высокое давление в цилиндре и правильный впрыск топлива являются ключевыми факторами для горения дизтоплива.

Что происходит в камере сгорания дизельного двигателя?

Этот процесс можно описать так. Топливо из форсунки впрыскивается в цилиндр дизельного двигателя, распыляется и самовоспламеняется, и пламя распространяется по всему цилиндру. В этот момент впрыск прекращается, а несгоревшее топливо продолжает догорать. Таким образом, весь процесс горения, которое продолжается совсем короткое время, можно разбить на несколько отдельных этапов.

Этап от впрыска топлива до начала его горения – период задержки воспламенения. В этой фазе форсунки впрыскивают горючее, оно распространяется в виде тумана в воздухе, нагретом высоким давлением. Этот туман состоит из микроскопических капель топлива, но мгновенно оно не воспламеняется, так как прежде ему нужно испариться под воздействием горячего воздуха. Топливо перемешивается с воздухом и нагревается до температуры самовоспламенения. Очень важно, чтобы период задержки воспламенения был максимально коротким, так как именно от эффективности этого этапа зависят последующие этапы горения.

С начала воспламенения и до момента, когда пламя распространилось по всему цилиндру, – это второй этап, называемый периодом распространения пламени. В этот момент смесь воздуха с топливом, образовавшаяся в предыдущий период, начинает возгорать. Она воспламеняется именно в тех местах, где топливо хорошо перемешалось с воздухом. Горение воздушно-топливной смеси повышает температуру внутри цилиндра, а это увеличивает давление в камере сгорания. Из-за этого ускоряются испарение топлива и его перемешивание с воздухом. В это время пламя быстро распространяется по всей топливной смеси, образовавшейся в период задержки воспламенения. В момент начала горения топлива давление в камере сгорания резко увеличивается. Однако, если период задержки воспламенения длится слишком долго, это приводит к неправильной работе всего мотора.

Решения для ремонта

Одна из ключевых особенностей современной системы впрыска дизельных двигателей Common Rail – высокое давление в топливной рампе, достигающее 2500 и более бар. Для его поддержания во многих современных автомобилях (как легковых, так и легких коммерческих) используется топливный насос высокого давления Bosch CP4. Помимо высокой эффективности он обладает еще целым рядом преимуществ по сравнению с моделями предыдущего поколения, включая небольшие габариты и вес. Bosch предлагает эффективные комплексные решения в области обслуживания систем Common Rail в целом, позволяя дизельным мастерским выполнять весь спектр услуг – от первичной диагностики систем впрыска до ремонта инжекторов и ТНВД. Задачу первичной диагностики успешно выполняют системные сканеры Bosch KTS, позволяющие определить неисправность в системе Common Rail благодаря высокоэффективному программному обеспечению Bosch ESI[tronic] 2.0. Дальнейшая локализация проблемы в системе проводится при помощи комплекта Bosch Diesel Set 3.1, который содержит все необходимое для оценки работоспособности ТНВД и клапана регулировки давления. После выявления неисправных узлов и демонтажа инжекторов или топливного насоса высокого давления проводится их проверка на стенде Bosch EPS 708 или 815. Благодаря выпуску специальных наборов дооснащения диагностические стенды Bosch позволяют проводить испытания насосов любых поколений. Новый комплект оборудования Bosch для ремонта ТНВД CP4 позволяет производить проверку, полную разборку и ремонт насоса в точном соответствии с утвержденной технологией ремонта. В состав комплекта входят специализированные инструменты и инструкции для выполнения требуемых процедур.

Третий этап – до момента окончания впрыска – период прямого горения. Форсунка продолжает впрыскивать топливо, которое сгорает немедленно, контактируя с открытым пламенем в камере сгорания. К этому этапу пламя распространяется уже по всей камере, а давление достигает максимального показателя.

Четвертый этап – до окончания горения – называется догорание. На этом этапе несгоревшее топливо должно полностью сгореть. Поршень движется вниз, в результате давление и температура падают. Однако для полного сгорания топлива нужно высокое давление в камере сгорания, которое обеспечивает самовоспламенение топлива, а также правильный впрыск топлива, произошедший в нужный момент и в требуемом объеме. В противном случае распространение пламени существенно повышает температуру в камере сгорания, и топливо загорается немедленно. А когда впрыск заканчивается, оставшееся топливо продолжает гореть.

В случае, когда давление в цилиндре меняется, водитель может услышать длительный стук или металлический звук. Такое возникает в условиях, когда давление в цилиндре понижается и смеси требуется больше времени, чтобы достичь температуры воспламенения. Из-за низкой компрессии удлиняется период самовоспламенения. И когда смесь все же возгорится, количество топлива в камере будет больше, чем то, что необходимо для нормального режима работы. Одномоментно воспламенится большое количество топлива, что приведет к резкому увеличению давления и росту температуры в камере. По этой причине возникает ударная волна, которая действует на днище поршня и стенки цилиндра и производит металлический стук.

По причине низкой компрессии может возникать и белый дым. Это происходит тогда, когда давление падает и топливо не самовоспламеняется при достижении поршня самой высокой мертвой точки. Когда поршень идет вниз, температура падает, и пламя не успевает распространиться. Дизтопливо продолжает испаряться в периоды прямого горения и догорания. Несгоревшее горючее выбрасывается из цилиндра в конце периода дожига, и именно поэтому возникает белый дым. Он может также появиться при позднем впрыске топлива. Компрессия и температура в камере сгорания достигают необходимого уровня, однако из-за слишком позднего впрыска у топлива не остается достаточно времени для того, чтобы испариться. И тогда воспламенение дизтоплива происходит, когда поршень начинает движение вниз. В этот момент давление и температура начинают падать, и пламя не успевает распространиться по всей камере сгорания, а потому и горение быстро прекращается. При этом испарение топлива продолжается, и его несгоревший остаток выбрасывается из цилиндра.

По причине большого объема впрыскиваемого топлива возникает черный дым. Если в камеру сгорания впрыскивается нормальный объем топлива, капли перемешиваются с воздухом, и топливо эффективно сгорает. Но при большом количестве топлива в условиях ограниченного объема кислород в камере полностью выгорает в период горения, а у оставшегося топлива просто не остается достаточно воздуха для перемешивания. А несгоревшее топливо преобразуется в углерод, который и вызывает черный дым.

Повысить КПД

Современные конструкторы ищут способы, чтобы увеличить КПД дизельного двигателя и понизить при этом токсичность отработавших газов в течение всего срока службы автомобиля. Одним из способов повысить КПД двигателя и снизить уровень вредных выбросов является более точное управление системой впрыска топлива. Дизельные форсунки могут распылять топливо до 10 раз в каждом рабочем цикле двигателя, поэтому прецизионное управление каждым отдельным моментом впрыска позволяет еще больше повысить топливную экономичность, снизить уровень вредных выбросов и уменьшить уровень шума в течение всего срока службы двигателя.

Инженеры Delphi разработали технологию управления насос-форсункой с обратной связью, реализуемую посредством аппаратного и программного обеспечения. С ее помощью поддерживается максимальная эффективность впрыска в течение продолжительного времени. Это достигается за счет использования дополнительного электрического провода внутри корпуса насос-форсунки, игла которой действует в качестве «электрического выключателя». Данный процесс обеспечивает передачу сигнала управления в реальном времени, что является более точным и более экономически выгодным решением, чем те, что реализованы в аналогичных системах.

Посылая электрический ток по игле распылителя, Delphi распознает моменты контакта иглы с седлом, ограничителем подъема или нахождения между этими двумя положениями. Этот процесс позволяет системе непрерывно перекалибровывать все моменты подачи топлива на протяжении всего срока службы автомобиля. Сочетание электрического выключателя и нового алгоритма управления создает уникальное решение, которое обеспечивает высокую точность многофазного впрыска. Такая конструкция работает независимо от настроек параметров впрыска и сгорания топлива, а также сложности конструкции двигателя или силовой установки.

Использование в конструкции форсунки «выключателя» и нового алгоритма работы электронного блока управления позволило инженерам добиться снижения уровня вредных выбросов и предложить эффективное решение для сложных технических задач.

Дизельные системы впрыска

Дизельные системы впрыска

Системы впрыска дизельного топлива – далее по тексту также СВДТ – это системы питания ДВС. Функционируют на дизельном топливе – смеси газойлевых соляровых и керосиновых фракций, которые предварительно прошли специальную обработку. Но речь идёт именно о наличии соляровых фракций которые прошли щелостную очистку, а не о классической солярке с недостающим уровнем вязкости и выкипающей при температуре 240-400 °C

Также в дизельных двигателях в качестве альтернативной топливной смеси может использоваться «Bio-Diesel» – смесь моноалкильных эфиров жирных кислот. Как правило, Bio-Diesel делают из рапсового масла.

Принцип работы

Воспламенение – результат сжатия и нагрева дизельного топлива под высоким давлением в цилиндрах. То есть на деле мы имеем дело с самовоспламенением впрыскиваемого топлива при его контакте с горячим воздухом. Все процессы происходят внутри. Этот принцип диаметрально противоположен бензиновым системам, у которых топливо воспламеняется от искры зажигания – внешнего источника.

Чтобы понимать, как функционируют системы впрыска топлива дизельного двигателя, важно чётко разбираться, за что ответственен каждый её элемент.

СДВ.jpg

СВДТ включает в себя:

  1. Топливный бак. В нём непосредственно и хранится топливо.
  2. Насосное оборудование для подкачки топлива из бака.
  3. Фильтры грубой и тонкой очистки топлива. Главная функция – защита от загрязнений форсунок.
  4. ТНВД (топливный насос высокого давления). Самый сложный узел дизельного ДВС. Прямая задача ТНВД – не просто создавать давление, а распределять топливо по цилиндрам, то есть регулировать его объем. Исключение – СВДТ Common Rail. У них сразу создаётся оптимальный уровень давления. А остальные задачи решаются посредством инжектора. Установку ТНВД считают одну из наиболее сложных, но важных задач мастера. Точность взаимного позиционирования кулачкового вала ТНВД по отношению к коленчатому валу двигателя напрямую влияет на мощность ДВС и его топливную эффективность (экономичность).
  5. Форсунку. Корпус с клапаном.
  6. Сливную магистраль. Топливо из камеры управления вытекает через дроссель в сливную магистраль.
  • Давление действует на поршень.
  • Поршень через шатун и кривошип коленчатого вала побуждают двигатель совершать полезную работу.
  • СВДТ дозирует само топливо, ориентируясь на текущую нагрузку ДВС.
  • Впрыск осуществляется на протяжении определенного промежутка времени с заданной интенсивностью.
  • Топливо распределяется по всему объему камеры.
  • Проводится фильтрация топливной смеси.
  • Топливо поступает в насосы, форсунки.

Движение плунжера.jpg

Типы дизельных систем питания

Решающее влияние на конструкцию системы впрыска дизельного двигателя оказывает способ подачи и распыливания.

Существует 4 основных типа СВДТ:

  • С рядным насосом. Системы с рядным ТНВД, работающие за счёт плунжерных пар, количество которых равно количеству цилиндров в системе. “Прародитель” СВДТ.
  • С насосом распределительного типа. Каждая секция взаимодействует с одним цилиндром.
  • Системы с насос-форсунками. ТНВД и форсунки консолидированы в единый узел. Плюс такого решения очевиден: нет препятствий для создания и поддержания высокого давления (включая давление более 2000 кг/см2).
  • Сommon Rail. Системы с электромагнитным клапаном. Обеспечивают электронное управление цикловой подачей. СВДТ знакома потребителю в двух модификациях: селективного и накопительного типа. Разница — в используемых каталитических конвертерах.

ТНВД.png

На рисунке — решения с рядным и распределительным ТНВД.

Если сравнивать рядные насосы и распределительные ТНВД, то важно понимать насосы распределительного типа полезны, когда нужны очень компактные и лёгкие решения. Рядные топливные насосы – при поиске оптимального варианта для ДВС тяжёлой техники.

Но будущее — за Сommon Rail и насос-форсунками. При этом особенно на практике хорошо себя зарекомендовали решения с индивидуальными — PLD-секциями. Плунжерная пара и управляющий элемент у них отделены от впрыскивающего элемента – форсунки, и соединены трубкой высокого давления.

PDL.png

Мастера СТО, принимая на диагностику автомобили с PDL-секций, могут гарантировать клиентам быстрое обнаружение неисправностей и ремонт СВДТ. Это обусловлено тем, что при диагностике и дальнейшем ремонте не нужно “вклиниваться” в головку блока цилиндров. Доступ к узлу – незатруднённый, поэтому сервис – максимально быстрый.

С рядным насосом

Конструкция с рядным насосным оборудованием появилась самой первой. Работает она по такому принципу:

ТНВД с электроуправлением.jpg

  • Цилиндр движется в гильзе, создаёт давление и сжимает топливо.
  • При достижении нужного давления открывается клапан.
  • Дизтопливо поступает к форсункам (количество форсунок в таких конструкциях всегда соответствует количеству плунжерных пар).
  • Первые конструкции с рядным насосом были полностью механические, затем появились устройства с электромеханикой. Это облегчило регулировку цикловой подачи топлива.

ТНВД

Решения сумели зарекомендовать себя как достаточно надёжные и с большим ресурсом, но есть у них и заметные недостатки:

  • большой вес насосного оборудования,
  • проблемы при создании больших показателей давления (особенно, если речь — о полностью механических конструкциях),
  • низкое быстродействие,
  • сомнительная точность дозирования топливной смеси.

Требования к качеству дизельного топлива значительно выше, нежели к бензину. Это можно связать с конструктивными особенностями СВДТ.

Качество процесса сгорания топливной смеси в цилиндре зависит от самого начала подачи дизельной смеси. Управление началом процесса осуществляется посредством регулятора начала подачи.

Регулировка.png

Непосредственно за регулировку объема топлива, подаваемого в цилиндр за один цикл, как понятно из текста выше, отвечает плунжерная пара. Расстояние между втулкой и плунжером очень маленькое (речь идёт о десятых микрона). Такие же цифры характеризуют и точность изготовления распылителей форсунок. Вот почему и требования к качеству дизтоплива очень высокие. Если в нём много примесей, топливная аппаратура быстро выходит из строя.

С насосным оборудованием распределительного типа

Существенно улучшить ситуацию, найти оптимизированное решение, которое позволяет достигать большего давления, позволяют системы впрыска дизельного топлива распределительного типа. Да, существует зависимость давления от оборотов ДВС. Но, главное, в этом случае все под полным контролем.

Устройства с рядным насосом бывают механическими и с электрорегулировкой.

Плунжерная пара у первых ТНВД была всего одна, у более поздних моделей — с ротором — плунжерных пар несколько. Такие решения — более производительные. При этом плунжерная пара (или несколько пар) связаны сразу с несколькими форсунками: двумя, четырьмя, шести.

Плунжер совершает сразу два типа движений — вращательное и поступательное. Таким образом, в зоне его ответственности — как подача, так и распределение топливной смеси.

Узел.jpg

В противовес устройствам с рядным насосом габариты — существенно меньше, топливная экономичность — больше, но надежными такие системы назвать нельзя. Если случается неисправность насоса, то вся СВДТ может выйти из строя.

Ещё один значительный недостаток — чувствительность к завоздушиванию. В свое время это стало серьёзным поводом для “переключения” производителей на СВДТ другого типа (с насос-форсунками и и Сommon Rail).

Насос-форсунки

Насос форсунка.jpg

В СВДТ с насос-форсунками форсунки и плунжеры составляют единую конструкцию. Запуск узла осуществляется от распредвала (за счёт механической рейки + регуляторов или чаще электромагнитных клапанов — последние обеспечивают лучшую производительность и точность дозирования топливной смеси).

Давление можно увеличивать максимально быстро и при этом — на существенные значения. Это возможно благодаря тому, что магистрали высокого давления у СВДТ с насос-форсунками — очень короткие, а усилие от кулачков через коромысло направлено непосредственно к насос-форсунке.

EDC.png

Впрыск — многофазный:

  • Предварительный. Обеспечивает смеси дальнейшую плавность сгорания.
  • Основной. Осуществляется при целенаправленном движении плунжера вниз, направлен на качественное смесеобразование во всех режимах работы ДВС. чем больше давление, тем больше дизеля впрыскивается в камеру ДВС.
  • Дополнительный — очищающий. Плунжер продолжает двигаться вниз. Из фильтра интенсивно уходит сажа.
  • Кстати, у ряда автомобилистов часто возникает вопрос. “Сажа? Но откуда?” Ведь многие годы дизельные ДВС называли более чистыми, нежели бензиновые. Однако во внимание не бралось одно существенное «но». При сильном разгоне образуется достаточно много сажи.

Особенно эта проблема актуальна для решений с механическим управлением дозирования топливной смеси. Если же речь идёт о решениях, управляемых электроникой, всё существенно лучше, выхлопы — чище.

А вот весомый плюс всех решений с насос-форсунками, так это то, что производитель может позволить более высокую мощность ДВС, нежели в случае с рядным и распределительным насосом, дизтоплива водителю требуется меньше, уровень шума существенно уменьшается.

Система впрыска дизельного двигателя Сommon Rail

  1. На первом этапе осуществляется предварительный впрыск небольшой порции топливной смеси.
  2. На втором этапе проводится основной впрыск под высоким давлением. С Common Rail нет проблем достигнуть давления 220 -300 МПа.

Рычаг управления.png

Благодаря организации электронного управления цикловой подачей в случае использования с электромагнитным клапаном можно существенно повлиять на показатель скорости, с которой топливоподающей система реагирует на изменение нагрузки и давления наддува.

Давление наддува.jpg

Сначала в процессе задействован клапан цикловой подачи, а далее в работу вступает тактовый клапан управления моментом подачи.

Common Rail обеспечивает возможность осуществить впрыск предварительной небольшой порции топлива, а только потом переходить к работе к основной порции дизтоплива, легко достичь ровной характеристики горения топливной смеси. Ведь в таких случаях давление получается удерживать практически стабильным.

Как и в случае с насос-форсунками работа ступенчата. Выделяется предварительный (на холостом ходу), основной (при увеличении нагрузки) и дополнительный впрыск (при нагрузке, достигающей плато).

Common Rail.jpg

Дизельные системы впрыска Common Rail создают идеальные условия для того, чтобы СВДТ соответствовали строгим экологическим нормам, ДВС были маломощными, производство компонентов было более дешевым, а диагностика — оперативной. Активным выпуском Common Rail заняты такие мировые гиганты, как BOSCH, DENSO, SIEMENS. СВДТ Common Rail активно устанавливается на Volvo, Volkswagen, Fiat, Toyota, Alfa Romeo, Mazda, Ford, Nissan,Honda, Hyundai, Kia и др.

Комплексно изучить дизельные двигатели автомобилей, включая плунжерное насосное оборудование,систему непосредственного впрыска Common Rail поможет интерактивная электронная программа “Дизельные двигатели автомобилей”

Какой узел дизельного двигателя впрыскивает топливо в камеру сгорания и под каким давлением?

Насос высокого давления впрыскивает топливо в форсунки, распылители создают факел распыла в виде тумана, не более. давление в разных системах разное.

Похожие вопросы

Ваш браузер устарел

Мы постоянно добавляем новый функционал в основной интерфейс проекта. К сожалению, старые браузеры не в состоянии качественно работать с современными программными продуктами. Для корректной работы используйте последние версии браузеров Chrome, Mozilla Firefox, Opera, Microsoft Edge или установите браузер Atom.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *