CТОА "АВТОМАСТЕР"

 Ремонт иномарок, ДВС, КПП, ходовой и электрооборудования автомобилей.

Время работы: Понедельник-Суббота с 8:00 до 17:00; Воскресенье - выходной.

Новочебоксарск,
ул. Силикатная 17, 
8-903-357-80-02 (приём заказов),
(8352) 73-35-49 (автозапчасти)

Дизельный двигатель (вопросы эксплуатации)

1. Эволюция дизельных двигателей
2. Эксплуатация дизеля с механическими ТНВД
3. Техническое обслуживание дизелей с электронным ТНВД
4. Common Rail и насос форсунки.

Дизельный двигатель преобразует энергию сгорания дизельного топлива в работу по перемещению автомобиля.

→ Услуги по ремонту дизельных двигателей
Работа дизеля организована по четырехтактному циклу (всасывание, сжатие, рабочий ход, выпуск отработанных газов).
В конце такта сжатия в камеру сгорания (или в предкамеру), через форсунку подается топливо под большим давлением. Это топливо, смешиваясь с воздухом, образует топливовоздушную смесь, которая самовоспламеняется при нагреве (от сжатия) выше точки самовоспламенения.
Отсюда два главных отличия дизеля от бензинового двигателя:
1 Для воспламенения топливной смеси не нужно системы зажигания, а момент «вспышки» зависит от угла опережения впрыска топлива
2 Изменение режима работы двигателя происходит не за счет изменения количества поступившей в двигатель готовой топливовоздушной смеси (как в бензиновом двигателе), а за счет изменения количества подаваемого в камеру сгорания топлива.
Эти отличия обуславливают более высокий КПД дизеля (а значит и экономичность) по сравнению с бензиновым.

Рассмотрим преимущества и недостатки дизеля более детально.

 

Преимущества:
• Отсутствие дроселирования на впуске. На бензиновом двигателе дозирование воздуха поступающего в двигатель происходит за счет перекрытия впускного тракта дросселем, на дизеле такой дроссель отсутствует (или если он есть выполняет совсем другую функцию), отсюда гораздо меньшие потери на всасывание;
• В области частичных режимов дизель работает на сильно обедненных смесях. Выше мы говорили, что для изменения мощности дизеля изменяется количество впрыснутого топлива, но при этом количество подаваемого воздуха на один цикл не изменяется, из-за отсутствия дросселя. Степень преобразование теплоты сгорания в работу, на бедных гетерогенных смесях (за счет неравномерности смешивания воздуха с топливом по объему), выше чем в гомогенных- нормальных, отсюда более высокий термический КПД.
• Выхлопные газы имеют меньшую температуру, поэтому не возникает проблем с надежностью эксплуатации турбокомпрессоров, а использование турбонаддува позволяет опять же повысить литровую мощность и КПД двигателя.
• Номинальный крутящий момент на дизеле достигается при меньших же повысить литровую мощность и КПД двигателя.
• Номинальный крутящий момент на дизеле достигается при меньших же повысить литровую мощность и КПД двигателя.
• Номинальный крутящий момент на дизеле достигается при меньших оборотах и сохраняется на всем протяжении рабочего диапазона оборотов, это обуславливает большую тяговитость дизеля и больший ресурс.

Недостатки:
• Высокая стоимость дизеля по сравнению с бензиновым собратом.
Это вызвано тем что цилиндропоршневая группа более прочная и технологически более сложная, в топливоподающей системе используется очень много прецезионных деталей и узлов.
• Высокая чувствительность (в смысле надежности)дизеля к качеству и чистоте топлива. Например наличие воды в топливе которая попадает в ТНВД сразу выводит аппаратуру из строя.
• Большая мощность на привод ТНВД или насос-форсунок. Помимо потери части мощности это вызывает снижение надежности в Российских условиях эксплуатации. Например, когда неразогретый дизель заводят зимой, нагрузки на привод ГРМ из-за замерзшей солярки многократно возрастают и могут вызвать обрыв ремня ГРМ или поломку насоса высокого давления.

В результате эволюции от дизелей с механическими ТНВД до Common Rail и электронно управляемых насос-форсунок многие недостатки успешно преодолеваются, а достоинства усиливаются, особенно заметно это стало проявляться с появлением электронных систем управления дизелем:

ТНВД до Common Rail Системы топливоподачи дизеля

 

Конструкция цилиндропоршневой группы, системы охлаждения, газораспределительного механизма в большинстве своем имеют традиционную конструкцию и схожи конструктивно с бензиновым двигателем.
Наверное поэтому в эксплуатации и техническом обслуживании эти части дизеля не вызывают особых затруднений.

Рассмотрим наименее понятную с точки зрения обычного водителя систему, которая на наш взгляд является главной в организации правильной работы дизеля - это система топливоподачи.

Системы топливоподачи с механическими ТНВД

Алгоритм работы таких систем следующий:
Топливоподкачивающий насос (ТПН) подает топливо из бака к топливному насосу высокого давления (ТНВД) под небольшим давлением.
В ТНВД топливо сжимается до высокого давления (~180 бар) и распределяется в нужном количестве к нужному цилиндру.
Впрыск топлива в цилиндр осуществляют механические форсунки.

Работа ТНВД:
Начало подачи осуществляется с определенным опережением, до прихода поршня к ВМТ.
Это опережение может в некоторых насосах изменяться, в зависимости от оборотов двигателя.
Количество топлива которое поступает в цилиндр в данный момент времени зависит от двух факторов:
1. Режима работы двигателя
(холостой ход, режим пуска, частичные нагрузки, полная мощность, режим ограничения топливоподачи, или отсечка). Режим работы определяется по положению педали газа (пожелание водителя), температуре охлаждающей жидкости, состоянию двигателя (работает или нет).
2. Оборотов двигателя.
При одном и том же положении педали газа топливоподача может сильно изменяться.
Например, если нагрузка при фиксированном положении педали газ меньше, чем может развить двигатель, обороты начнут расти. При достижении максимальных оборотов включается режим отсечки и топливоподача уменьшается до нуля.
Если нагрузка наоборот превышает ту мощность, которую двигатель выдает, обороты начнут уменьшаться. Это является сигналом для регулятора - увеличить топливоподачу (режим прямой коррекции).
Если при увеличении топливоподачи мощности двигателя все таки не хватает и обороты падают, включается отрицательный корректор, который уменьшает топливоподачу, для предотвращения дымления двигателя.

Учетом всех этих факторов, в механических ТНВД, занимается «регулятор оборотов», который в зависимости от оборотов двигателя и положения педали газа перемещает рейку на нужную топливоподачу.
В составе механического регулятора имеются топливные корректоры (прямой и обратный), которые корректируют топливоподачу в зависимости от нагрузки на двигатель, при фиксированном положении педали газа.
Топливоподача корректируется также турбокорректором, в зависимости от давления наддува.
Для каждого типа двигателя регуляторы имеют свои характеристики, которые отражаются на диаграммах топливоподача-обороты двигателя (или в тест-планах).
По конструкции насосы бывают:
рядные
(когда на каждый цилиндр работает своя насосная секция) и
одноплунжерные, в этом случае насосная секция выполняет также функцию распределения топлива по цилиндрам.
Регуляторы оборотов хотя и имеют общие закономерности работы (на основе центробежных регуляторов), по конструкции сильно различаются.
В СССР и России сложилась своя школа ТНВД (для двигателей ЯМЗ, КаМАЗ, СМД, Д-245 и т.д.).
Из зарубежных наиболее часто встречаются насосы Bosch, рядные тип PE (в основном для грузовиков: Евро КаМАЗ, Икарус, грузовые иномарки) и одноплунжерные, тип VE (или его японский аналог Zexel).

В процессе работы с ТНВД могут быть связаны следующие проблемы:
• Износ плунжерных пар. Достигает критической величины при пробеге 350-400тыс.км., первым признаком этого является то, что двигатель начинает плохо заводиться, потом ухудшается тяга. Попытка устранить неисправность, увеличивая подачу (регулировкой), обычно результатов не дает. Рецепт один – замена плунжерных пар.
• Разрегулировка регулятора вследствие износа подшипников и деталей регулятора.
В этом случае требуется переборка насоса.

Методика устранения неисправностей следующая:
1. Испытуемый ТНВД устанавливается на стенд, с помощью которого имитируется работа насоса на различных оборотах и на различных режимах, подачи топлива в контрольных точках сверяются с нормативными (по тест плану).
Если подачи не соответствуют норме, выясняем причину этого. Изменяя подачу регулировкой и тестируя насос повторно, можно определить критический износ плунжерных пар.
2. Если плунжера нуждаются в замене - разбираем насос, дефектуем детали регулятора, меняем все изношенное и опять собираем.
При сборке насоса необходимо выдерживать определенные размеры в рычагах регулятора (базовые размеры).
3. Регулировка насоса заключается в регулировке равномерности подач (если насос рядный), регулировке начального угла впрыска, регулировке подач на различных режимах работы.
За каждый режим работы отвечает своя пружинка в регуляторе, поэтому чтобы регулировать подачу на определенном режиме необходимо хорошо знать кинематическую схему (нужно знать какую пружинку натягивать или какой винт подкрутить).
Заключительной стадией является регулировка турбокорректора.
Для этого необходимо не только вращать насос с определенными оборотами, но и имитировать определенное давление воздуха на диафрагму корректора.
Диагностический стенд таким образом должен обладать необходимой мощностью, чтобы вращать испытуемый ТНВД, иметь возможность плавно регулировать обороты приводного вала, иметь измерительную систему, для определения подачи топлива за определенное количество циклов, иметь систему терморегулирования топлива (т.к. регулировки производятся при определенной температуре топлива), иметь вакумный насос для регулировки турбокорректора.

Работа форсунок.
Форсунки, в системах с механическими ТНВД, выполняют пассивную роль и в управлении топливоподачей не участвуют.
Тем не менее, от исправности форсунок эксплуатационные характеристики дизеля сильно зависят.
Дело в том, что форсунке приходится работать в очень агрессивной среде с большими перепадами температур, поэтому со временем в распылителе образуется слой отложений (кокс), который изменяет пропускную способность и может даже привести к заеданию иглы распылителя.
Другой неисправностью является износ запирающего конуса иглы и седла распылителя, из-за высокой вибронагруженности этого узла.
В силу вышеназванных причин форсунки выходят из строя намного раньше ТНВД (примерно 150-200тыс.км.), поэтому ремонтировать их приходится чаще.

Для ремонта форсунок требуется испытательный стенд, с помощью которого в форсунке может создаваться давление превышающее давление открытия иглы распылителя.
Обычно проверяются герметичность иглы распылителя при давлении ниже начала распыления и качество распыления топлива (факел).
Если форсунка тесты не проходит, меняется распылитель, после чего регулируется давление открытия иглы распылителя.
Если форсунка двух ступенчатая (с предвпрыском), в этом случае регулируется сначала одна пружина (первая ступень), потом суммарное усилие двух пружин.

ТНВД с электронным управлением

 

ТНВД с механическим управлением имеют множество недостатков,
перечислим некоторые из них:

• Угол опережения впрыска изменяется в лучшем случае как функция оборотов двигателя и не учитываются такие факторы как температура двигателя, давление наддува, режим работы
• Дозирование топлива, осуществляемое механическим регулятором, также не учитывает многие «тонкие факторы» температура, расход воздуха и т.д.
• Невозможно взаимодействовать с другими системами, например с системой рециркуляции отработанных газов (для снижения токсичности отработанных газов).
• Сложные механические системы подвержены износу, что вызывает необходимость периодических регулировок. Кроме того, отсутствует адаптация системы к изменениям, которые происходят в межремонтный период (например, при небольшом износе плунжеров их производительность меняется, машина вроде бы едет хорошо, никаких проблем не заметно, но оптимальность теряется).

В связи с вышеназванными недостатками появились ТНВД с электронным управлением. Первоначально взяли за базу обычный ТНВД. Убрали механический регулятор, рейку теперь стал перемещать электромагнит, регулятор опережения впрыска также стал с электронным управлением (на рядных насосах методом перемещения электромагнитом гильзы плунжера).

Приведем для примера ТНВД дизеля Hino Toyota ТНВД с электронным управлением

ТНВД дизеля

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Узел управления ТНВД

Из рисунков видно, что плунжер имеет возможность вращаться вокруг своей оси, таким образом, осуществляется дозирование топливоподачей.
Ответная плунжеру деталь - дозирующая втулка, также может перемещаться (вверх, вниз) с помощью электропривода.
Таким образом, регулируется угол опережения впрыска.
Управляет этими двумя электромагнитами электронная система, которая учитывает обороты двигателя, температуру охлаждающей жидкости, давление воздуха во впускном коллекторе.
Важным преимуществом является то, что отсутствует механическая связь между педалью газа и топливной рейкой.

Водитель перемещая педаль газа задает только крутящий момент (или если упростить обороты), к которому двигатель должен стремиться, а контролер уже высчитывает оптимальный алгоритм,чтобы достичь этот крутящий момент наибыстрейшим образом.
Для контроля того как выполняются команды блока управления имеется датчик обратной связи (датчик положения рейки).
Система управления ТНВД имеет систему самодиагностики, подобно той как на инжекторном бензиновом двигателе.
Фирма Bosch также разработала как одноплунжерные, так и рядные насосы с электронным управлением на основе уже существующих механических насосов.

Для контроля истинного угла момента впрыска может использоваться датчик обратной связи, который монтируется на форсунке первого цилиндра.

Для диагностики самого ТНВД необходим всё тот же испытательный стенд, с помощью которого насос необходимо вращать на разных оборотах и измерять подачу топлива за определенное число циклов.
Для имитации сигналов блока управления используется специальный генератор сигналов. Это необходимо для того, чтобы можно было, при испытании и регулировке насоса, топливную рейку и управляющий шток выставлять в определенное положение.

Следующим этапом эволюции было появление роторных насосов, которые имеют ряд преимуществ по сравнению с вышеописанными.
Например, ТНВД типа VP фирмы Bosch работает следующим образом:
Топливо из бака подается лопастным насосом, через открытый управляющий электроклапан, на вход насоса высокого давления. Насос высокого давления роторного типа (т.е. имеется несколько плунжеров, которые при вращении вала совершают радиальные движения и сжимают таким образом топливо). Вал насоса и распределитель топлива по цилиндрам составляют одно целое. В определенный момент времени (с учетом опережения впрыска) клапан перекрывает низкое давление и начинается нагнетание. Далее следует впрыск топлива в тот цилиндр куда его распределяет распределитель. Через некоторое время (пропорциональное количеству подаваемого топлива) клапан соединяет полости низкого и высокого давления и впрыск прекращается.
Опережение впрыска определяется тем моментом, когда плунжеры начинают движение на сжатие топлива. Плунжеры совершают поступательные движения при воздействии на них профильного кольца, которое может перемещаться вокруг оси на небольшой угол (~20градусов), таким образом, перемещая это кольцо, мы можем регулировать угол опережения впрыска.
Перемещением кольца через гидроусилитель управляет соответствующий электроклапан.
Таким образом, в управлении участвуют два электроклапана, первый определяет дозу топливоподачи, второй угол опережения впрыска.
Клапана управляются с помощью широтоимпульсного сигнала.
Блок управления состоит из двух частей: оконечные каскады управления электромагнитами установлены на самом насосе, а вычислительная часть стоит отдельно.

ТНВД распределительного типа

Преимуществами данной схемы являются:
• Большая долговечность насоса. Так как насосная и распределительная функция выполняются отдельными частями насоса, а плунжерных секций три или четыре то нагрузка на эти части меньше.
• Большее давление впрыска, а следовательно и лучшее качество распыления топлива .
• Возможность адаптации насоса к каждой форсунке индивидуально. Нет необходимости настраивать топливоподачу насоса на стенде. Возможность адаптации топливоподачи при текущем износе деталей насоса.

Насос-форсунки

В последние годы получили широкое распространение системы топливоподачи с электронно управляемыми насос-форсунками.
В данной схеме топливоподачи насос высокого давления и форсунка объединены в один узел. Начало подачи топлива и количество регулируются одним электроклапаном по сигналам от блока управления.
Наиважнейшим преимуществом насос форсунок является то, что система управления полностью электронно управляемая. Это позволяет осуществлять многоступенчатый впрыск топлива ( для снижения шумности работы двигателя) и максимально оптимизировать топливоподату с учетом очень многих факторов.
Расчет топливоподачи и угла опережения впрыска максимально приближен к идеалу на любых режимах работы двигателя (на основе самоадаптации).
Точность расчетов топливоподачи проверяется с помощью датчика обратной связи (лямда-зонд), что раннее использовалось только на бензиновых двигателях. Благодаря этим факторам удалось еще более расширить рабочий диапазон оборотов (двигатель набирает номинальный крутящий момент уже при 2000об\мин ), что обеспечивает больший комфорт движения (меньше количество переключений) и лучшую экономичность.

Насос-форсунки

КлапанаГРМ

 

Система не требует трудоемких регулировок на стенде, все регулировки и диагностика осуществляются с помощью сканера.
Единственная проблема в диагностировании данной системы это проверить исправность самой насос форсунки.
Для этого необходимо установить ее с помощью специальной приставки на стенд и имитировать с помощью специального генератора сигналов управление электроклапаном.
Не имея данного оборудования можно проверить форсунку только косвенно, например, отключая по очереди форсунки и отслеживая на сколько упадут обороты двигателя, или измеряя температуру выпускного коллектора при прогреве холодного двигателя.
Блок управления помимо насос-форсунок осуществляет управление давлением наддува (для исключения таких явлений как «турбояма») и системой рециркуляции отработанных газов (для достижения норм токсичности Евро3).

Привод насос-форсунок осуществляется обычно от валов газораспределительного механизма при этом на приводном ремне возникают значительные колебания нагрузки (пульсации), для снижения уровня этих пульсаций используют приводные шестерни эллиптической формы.

 

 

Станция Технического Обслуживания Автомобилей "АВТОМАСТЕР". Новочебоксарск, ул. Силикатная 17, 
8-903-357-80-02 (приём заказов), (8352) 73-35-49 (автозапчасти)