Common Rail: дизельный впрыск. Топливная система дизельного двигателя: как она работает

Топливная система дизельного двигателя обеспечивает появление горючего в цилиндрах. Это главная составляющая всей конструкции автомобиля, который ездит на дизельном топливе. Разберем ее работу и неполадки.

Устройство топливной системы дизельного двигателя в двух словах

Вся схема включает два отдела: низкого и высокого давления. Участок низкого давления подготавливает, а затем переводит топливо на следующий уровень, то есть в систему высокого давления. Она же, в свою очередь, необходима для финального введения топлива в двигатель, непосредственно в камеру сгорания. Чтобы примерно представлять принцип работы всей схемы, рассмотрим, из каких деталей она состоит. В участок низкого давления входит ряд цистерн, насосы, сепаратор, фильтр, подогреватель и топливный привод.

Топливо проходит через каждую деталь, прежде чем отправиться на высшую ступень дизельного двигателя. Следующий этап включает в себя меньший ряд деталей. В принципе, если обобщать, то самая важная часть схемы участка высокого давления – . Уже в него входят различного рода форсунки, и сам насос соединяется с топливным проводом. Но провод уже не входит в этап высокого давления. Также имеются дизельных двигателей, они относятся к последнему этапу.

Как предупредить неисправности топливной системы дизельного двигателя?

Имеется ряд причин, из-за которых могут возникнуть неисправности топливной системы дизельного двигателя. Но самая главная причина – это износ определенных деталей . Первым делом обратите внимание на ось рычага регулятора – она изнашивается быстрее всего. Со временем может потеряться упругость уплотнительного резинового кольца, которое находится на этапе низкого давления. Кроме того, при активной эксплуатации автомобиля происходят различного рода посторонние накопления. Необходимо периодически избавляться от нагара и грязи, так все детали системы будут работать надежнее и дольше.

Заметить какую-либо неисправность просто, если, к примеру, автомобиль стал не так плавно заводиться или периодически во время езды из выхлопной трубы стали раздаваться резкие звуки. Также неполадки в системе проявляются некорректными звуками в двигателе.

Главные причины, из-за которых возникают проблемы с двигательной системой, это неправильная эксплуатация или неквалифицированное обслуживание двигателя. Всем автолюбителям вне зависимости от того, на каком автомобиле они передвигаются, необходимо производить техническое обслуживание после каждых 7500 километров. В техническое обслуживание входит , проверка работоспособности всех деталей, а также ряд других действий. Они обозначены для данного автомобиля в документе его технического обслуживания. Промывка топливной системы дизельного двигателя также отлично подойдет для устранения разного рода неисправностей.

Топливная система дизельного двигателя – ищем поломку

Одна из самых частых проблем, которая может негативно повлиять на устройство топливной системы дизельного двигателя, – это прогар поршня. Чтобы этого избежать, необходимо промывать топливную аппаратуру дизеля раз в два года. Такую процедуру вряд ли вам предоставят при техническом обслуживании, поэтому вам необходимо следить за ее периодичностью самому.

Если же вы все-таки допустили то, что ваша система пришла в негодность, необходимо выполнить ряд действий. Первым делом вам понадобится прокачка топливной системы дизельного двигателя. Если после нее ничего не изменилось, то надо разбираться в проблеме более подробно. Проверьте работоспособность всех контактирующих деталей, проводов, клемм, форсунок. Часто проблема может быть не такой глобальной, какой кажется.

Если же вы понимаете, что проблема довольно-таки серьезная, вам лучше всего будет обратиться в автосервис. Человек, который не имел опыта работы с двигателем автомобиля, вряд ли сам сможет ликвидировать неисправность. Также если вы сами не смогли выявить точную причину, то вам поможет профессиональная диагностика топливной системы дизельного двигателя, которую предоставляет практически каждый автосервис.

У многих автолюбителей со словом "дизель" обычно ассоциируется чадящий КамАЗ. Но время и техника идут вперед, и все больше появляется на дорогах современных автомобилей, у которых лишь характерное постукивание из-под капота выдает тип установленного мотора. В данной статье мы разберем устройство, принцип работы и конструктивные особенности системы питания дизельного двигателя.

Особенности дизельного двигателя, такие как экономичность, высокий крутящий момент во всем диапазоне оборотов и более дешевое топливо, делают его предпочтительным вариантом для современных автомобилей. Современные дизели последних поколений вплотную приблизились к бензиновым моторам по шумности и удельным характеристикам, сохраняя при этом преимущества в экономичности и надежности.

Устройство топливной системы дизеля обусловлено необходимостью обеспечивать более высокое давление горючего.

В ее состав входят следующие приборы системы питания:

1. фильтр грубой очистки;
2. фильтр тонкой очистки;
3. топливный бак;
4. топливный насос высокого давления (ТНВД);
5. подкачивающий насос;
6. форсунки.

Схема работы в целом аналогична схеме, по которой работает топливная система бензинового двигателя. Горючее из бака подается к ТНВД при помощи подкачивающего насоса шестеренчатого или помпового типа. При этом вначале топливо проходит сквозь фильтр грубой очистки, где отсеиваются крупные механические примеси, а непосредственно перед топливным насосом высокого давления стоит фильтр тонкой очистки, задерживающий мелкие посторонние частицы. Повышенные требования к чистоте горючего объясняются желанием продлить срок службы дизеля.

Устройство подкачивающего насоса

Устройство и схема работы шестеренчатого подкачивающего насоса дизеля предельно просты: это две шестерни, находящиеся в постоянном зацеплении. Во время вращения зубья играют роль лопастей и создают ток горючего по топливопроводу к ТНВД.

Главный действующий элемент помпового насоса – поршень, нагнетающий топливо. Для подачи солярки требуется два хода поршня: рабочий (или основной) и вспомогательный.
Производительность подкачивающего насоса дизельного двигателя превышает потребность насоса высокого давления, поэтому часть горючего сливается из магистрали обратно в бак.

ТНВД нагнетает высокое давление в рампе, и солярка в мелкораспыленном состоянии впрыскивается в цилиндры дизеля. В действие данное устройство приводится кулачковым валом, который, в свою очередь, приводится от коленвала двигателя и вращается с меньшей частотой. Кулачок толкает плунжер топливного насоса, который выталкивает дизтопливо к форсункам.

Устройство топливного насоса высокого давления (ТНВД)

Схема внутреннего устройства ТНВД дизеля выглядит следующим образом: внутри корпуса, представляющего собой неподвижную гильзу, расположен плунжер – поршень, диаметр которого значительно меньше его длины. Вместе эти детали образуют плунжерную пару. Они притерты между собой таким образом, что зазор не превышает 4 мкм, благодаря чему не происходит утечки горючего.

Такое устройство позволяло бы обеспечить топливом мотор, работающий постоянно на одних и тех же оборотах, поскольку количество топлива, подающегося за один ход плунжера неизменно. Однако работа дизеля в разных режимах требует и разного количества горючего. Для этого устройство плунжера немного усложнено: на его поверхности имеется спиральная выточка, позволяющая менять величину активного хода при помощи механизма поворота плунжеров.

Форсунка – это устройство, играющее первостепенную роль в процессе снабжения дизеля распыленным топливом. Чем мельче будут частицы, тем качественнее получится рабочая смесь и более устойчивой будет работа дизельного двигателя. Чтобы распыление происходило равномерно во всех направлениях, форсунки изготавливают многодырчатыми.

Схема топливной системы

Система подачи топлива дизельного двигателя имеет свои особенности.

Во-первых, подача горючего в камеру сгорания осуществляется форсункой под колоссальным давлением. Собственно, за счет этого и происходит воспламенение смеси в цилиндрах. На инжекторных же двигателях смесь загорается при помощи искры, создаваемой свечой зажигания.

Во-вторых, давление внутри системы образует ТНВД (топливный насос высокого давления). То есть схема топливной системы (МАЗов и КамАЗов в том числе) такова, что для впрыска используются сразу два наоса. Один из них низкого давления, второй – высокого. Первый (его также называют подкачивающим) осуществляет подачу горючего из бака, а второй непосредственно занимается подачей топлива в форсунки.

Ниже представлена фото-схема топливной системы (КамАЗ 5320): Как видите на фото, здесь используется гораздо больше элементов, чем на карбюраторных авто. Кстати, на некоторых модификациях КамАЗовских двигателей дополнительно устанавливают турбокомпрессор. Последний выполняет функцию снижения уровня токсичности отработавших газов и при этом повышает суммарную мощность ДВС. Такая схема топливной системы (КамАЗ 5320-5410) позволяет нагнетать горючее под более высоким давлением. При этом суммарный расход топлива остается на прежнем уровне.

Работа системы питания

Изначально цилиндры дизеля заполняются воздухом. Поршень в цилиндре идет вверх, сжимая воздух, и при этом повышается температура сжатого воздуха. Причем повышается до такой температуры, которой достаточно для того, чтобы произошло воспламенение дизельного топлива, вернее смеси дизельного топлива и воздуха.

Как только температура доходит до максимальной, а это происходит в конце такта движения поршня, происходит впрыск дизтоплива посредством форсунки. Топливо не просто поступает струей, а распыляется в мелкодисперсное облако. И дальше под воздействием температуры сжатого воздуха происходит объемный взрыв воздушно-топливной смеси. Давление под воздействием взрыва критически вырастает, и именно это давление начинает двигать поршень, который идет вниз, и при этом совершается работа в физическом понимании этого термина.

Подкачивающий насос забирает топливо из топливного бака и направляет его в топливный насос высокого давления (ТНВД). В нем есть несколько секций. Число секций соответствует числу цилиндров в двигателе. Каждая из секций ТНВД работает на один цилиндр дизельного двигателя.

Топливный насос высокого давления (ТНВД) устроен следующим образом. Внутри насоса, по всей его длине в нижней части расположен вращающийся вал, который имеет кулачки. Вал ТНВД получает вращение от распределительного вала двигателя.

Кулачки оказывают воздействие на толкатели, которые, в свою очередь, заставляют работать плунжеры. Плунжер – это, по сути, поршень, который двигается вверх-вниз. Идя вверх, плунжер создает давление топлива внутри цилиндра. И именно это давление выталкивает топливо через топливную магистраль к форсунке.

Топливо, которое приходит в топливный насос высокого давления, находится под низким давлением и его явно не хватает, чтобы заставить топливо не только двигаться к форсунке, но и распыляться. Плунжер в нижней своей фазе подхватывает топливо и двигает его вверх секции (цилиндра). При этом давление значительно вырастает. Причем этого давления уже хватает для того, чтобы произошло качественное распыление дизтоплива внутри цилиндра. Давление топлива внутри секции топливного насоса может достигать показателя 2000 Атм.

Плунжер не только нагнетает топливо, но и регулирует количество подаваемого топлива на форсунку. Для этого у плунжера есть подвижная часть, которая может открывать или закрывать канавки внутри него. И эта подвижная часть соединена с педалью газа в кабине водителя. От угла поворота плунжера зависит степень открытия каналов прохождения топлива и зависит количество топлива, которое будет подаваться на форсунку. Поворот плунжера происходит за счет рейки, которая соединена с рычагом, который, в свою очередь, соединяется с педалью газа в кабине автомобиля.

В верхней части секции ТНВД находится клапан, который открывается под определенным давлением и закрывается, если давления недостаточно. Т.е. если плунжер находится в нижней точке, клапан закрыт и топливо из магистрали, которая идет к форсунке, не может обратно вернуться в ТНВД.

В секции создается давление, которого хватает для того, чтобы был произведен впрыск топлива в цилиндр. Топливо поступает к форсунке по магистрали. И уже форсунка, которая является управляемой, в нужный момент распыляет топливо внутри цилиндра.

Форсунки могут быть с механическим управлением или с электромагнитным управлением.

В обычной механической форсунке открытие отверстия распыления зависит от давления, которое возникло в топливной магистрали. Отверстие форсунки перекрыто иглой, которая соединена с неким подобием поршня, расположенным вверху форсунки. Пока давления нет, игла перекрывает выход топлива через отверстие распылителя. Как только топливо поступает под давлением, поршень идет вверх и тянет иглу. Происходит открытие отверстия, за которым следует распыление.

Свеча накаливания, которая находится в каждом цилиндре, не предназначена для того, чтобы непосредственно воспламенять топливную смесь. Свеча накаливания предварительно разогревает воздух в специальной камере перед тем, как этот воздух попадает в цилиндр.

Если разобраться, свеча накаливания всего лишь облегчает запуск двигателя, поскольку воздух, перед тем как попадать в цилиндр, уже нагрет до определенной температуры. В принципе в достаточно теплую погоду, или когда двигатель горячий, запуск дизеля может произойти и без предварительного подогрева воздуха. Но в холодную погоду, такое невозможно.

Более современная система питания дизельного двигателя предполагает наличие ТНВД, в котором нет секций по количеству цилиндров, зато есть общая магистраль для всех форсунок. Т.е. насос так и создает высокое давление, но оно общее для всех форсунок. И каждый цилиндр имеет индивидуальный впрыск топлива.

Форсунки, которые используются при такой системе, управляются не по механическому принципу, а посредством электрических импульсов, которые на них поступают от блока управления. По сути, в каждой форсунке стоит электромагнитный клапан, который открывает или закрывает распыление топлива.

Электронный блок управления двигателем получает информацию с нескольких датчиков и, переварив информацию, подает сигнал на электромагнитный элемент управления форсунки.

Такая работа системы питания дизельного двигателя наиболее современна и наиболее экономична. Так как никакая механика не сравнится с электроникой.

Прокачка топливной системы

Инструкция:

1. Ослабьте болт «обратки» на самом топливном насосе высокого давления (ТНВД), чаще всего таким болтом является болт на 17, на котором стоит отметка «out». Однако существуют и другие пометки, так что будьте внимательны. Например, на Ниссанах, это болт не на 17, а на 19. Внимательно изучите устройство и инструкцию именно вашей марки автомобиля, чтобы эффективно выполнить прокачку дизеля.

2. Внимательно следите за тем, чтобы топливо начало поступать без пузырьков, тогда можно закончить прокачку. Если же пузырьки не прекращаются, то ищите подсос. Помните, что двигатель запустится только тогда, когда воздушных пузырьков в ТНВД не будет совсем.

3. Если же подкачивающий насос довольно слабый, либо нарушена герметичность клапана, то попробуйте закачать воздух при помощи простого автомобильного насоса, предварительно сняв шланг с ТНВД. Эти действия создадут в баке давление, которое перекачает топливо, а затем и попадет в топливный насос. Здесь вам потребуется еще переходник, который плотно закроет шланг «обратки». Например, сделайте это компрессором, но внимательно следите за тем, чтобы не раздуло топливный бак.

4. Открутите трубки, которые подведены к форсункам. В них содержится остаточный воздух, поэтому для их заполнения вращайте вручную коленчатый вал или же сделайте это при помощи стартера. Не забудьте подвести напряжение к клапану отсечки топлива. Для начала попробуйте пробить воздух путем вращения статора без отсоединения трубок, но это чревато полной разрядкой аккумулятора, поэтому трубки все-таки лучше снять.

5. После появления струйки топлива аккуратно закрутите трубки на прежнее место. Приведите в порядок место работы, закройте капот. Помните, что таким способом вы не только с легкостью запустите мотор, но и сохраните в рабочем состоянии аккумулятор, топливный насос и стартер. С прокачкой топливной системы дизеля разобрались.

Система питания дизельного двигателя видео:

Система Common Rail принципиально является системой непосредственного впрыска дизельного топлива высокого давления, обеспечивающей исключительно хороший распыл топлива и многократное точное дозирование впрыска в пределах одного рабочего цикла. Ключевыми отличиями системы Common Rail от традиционных дизелей с ТНВД с кулачковым приводом и низким давлением подачи топлива являются:

топливо к форсункам подается под очень высоким давлением (до 3000 атмосфер) не непосредственно от ТНВД, а от общего накопителя – топливной рампы или аккумулятора топлива;
применен одноканальный ТНВД, постоянно подающий топливо в магистраль, и прецезионные исполнительные механизмы (ТНВД, форсунки);
высокое давление впрыска обеспечивает исключительный распыл топлива и тем самым лучшее сгорание;
подъём иглы форсунки осуществляется по командам ЭБУ отдельным исполнительным механизмом, а не давлением топлива;
процессы создания давления и впрыска топлива полностю разделены, цикловая подача топлива (количество) определяется действиями водителя, а угол опережения и давление впрыска - программой ЭБУ.

Создать столь высокое давление в системе с «обычном» ТНВД принципиально невозможно, т.к. форсунки в «обычных» системах открываются давлением топлива, и в трубопроводах от ТНВД к форсункам возникают «волны» гидравлического давления, неизбежно приводящие к разрушению трубопровода при превышении некоторого критического порога. В силу этого ограничения «обычных» ТНВД с давлением более 300 атмосфер не существует. Common Rail развивает давление до 3000 атмосфер и работает без значительных колебаний давления.

[свернуть]

Преимущества и недостатки

Раскрыть...

Преимущества системы Common Rail:

постоянно высокое давление в течение всего цикла подачи топлива, что обеспечивает хорошее смесеобразование и полное сгорание смеси на холостом ходу и на малых оборотах с частичной нагрузкой;
момент начала и конца подачи топлива определяется электроникой и может меняться в широких пределах, что позволяет точно дозировать топливо и подавать его несколькими порциями в течение рабочего цикла для более полного его сгорания (до 9 порций топлива за цикл, в ранних системах применялся двойной впрыск - пилотный и основной);
предварительный впрыск топлива перед основной дозой улучшает воспламенение смеси, что снижает шумность;
«послевпрыск» позволяет очищать сажевый фильтр — дополнительная порция топлива, не сгорая в цилиндрах, поступает в фильтр и разогревает его до температур, при которых сажа полностью выжигается;
в целом — снижение расхода топлива и шума двигателя при росте мощности двигателя и крутящего момента, улучшении экологичности;
механически конструкция Common Rail проще, чем у системы ТНВД с форсунками, её ремонтопригодность выше.

Недостатки системы Common Rail:

более сложные форсунки относительно традиционных систем впрыска (требуют более частой замены), более высокая стоимость запчастей;
затруднение или невозможность произвести ремонт или настройку системы собственными силами, т.к. требуется специальный стенд и инструменты, также очень высокие требования к квалификации персонала сервиса для диагностики, ремонта и настройки систем Common Rail;
необходимость для достижения максимального эффекта большого числа разного рода датчиков, активаторов и иных элементов управления: датчик давления в рампе, датчик потока воздуха, датчики положений распредвала и коленвала, температурные датчики двигателя и входящего воздуха, датчик положения педали акселератора, датчик системы подогрева, соленоиды, клапан регулятор давления в рампе, клапан турбонаддува, клапан рециркуляции выхлопных газов;
систему необходимо настраивать под пропускную способность каждой форсунки, в т.ч. после замены форсунок;
отказ системы при разгерметизации любого элемента высокого давления, например, при «зависании» клапана любой форсунки в открытом положении;
высокие требования к качеству топлива, риск поломки системы из-за мелких посторонних частиц в топливе.

[свернуть]

Раскрыть...

Упрощённо конструкцию Common Rail можно описать так:

топливо, готовое для впрыска, постоянно находится под высоким давлением в рампе, куда оно нагнетается специальным насосом сразу же, как только двигатель начинает совершать первые обороты;
по топливопроводам топливо под общим давлением постоянно поступает к форсункам;
форсунки открываются для впрыска по командам ЭБУ.

В целом Common Rail состоит из трех основных частей: контура низкого давления, контура высокого давления и системы датчиков.

В контур низкого давления входят: топливный бак, подкачивающий насос, топливный фильтр и соединительные трубопроводы. Подкачивающий насос засасывает топливо из бака, пропускает его через фильтр тонкой очистки и доставляет под давлением 6–7 бар к контуру высокого давления (ТНВД). Он либо шестеренчатый и тогда встроен в корпус ТНВД, либо электрический и находится в модуле топливозаборника или в магистрали.

Контур высокого давления состоит из ТНВД с контрольным клапаном, аккумуляторного узла высокого давления (рампы) с датчиком давления, форсунок и соединительных трубопроводов высокого давления. Аккумуляторный узел представляет собой длинную трубу с поперечно расположенными штуцерами для подсоединения форсунок и выполнен двухслойным. ТНВД подает топливо в аккумуляторный узел, где оно находится при максимальном давлении (обеспечено контрольным клапаном). Если контрольный клапан ТНВД открывается (по команде ЭБУ), топливо от насоса по сливному трубопроводу поступает обратно в топливный бак. Каждая форсунка соединяется с аккумуляторным узлом отдельным трубопроводом высокого давления, а внутри форсунки имеется управляющий соленоид (электромагнитный либо пьезокристаллический клапан).

На современных дизелях Common Rail применяют ТНВД радиально-плунжерного или плунжерного типа (компактное устройство с одним, двумя или тремя плунжерами и механическим приводом). Корпус ТНВД - из алюминиевого сплава, гильзы плунжеров стальные. Чтобы на холостом ходу и при малых нагрузках насос не гонял топливо зря, на некоторых трехплунжерных ТНВД автоматически отключается одна секция, а двухплунжерные регулируются дозирующими устройствами (клапан дозирования топлива, управляет количеством топлива на входе ТНВД в зависимости от потребностей двигателя).

Уже в режиме прокрутки коленвала стартером ТНВД создает пусковое давление 350–400 атмосфер. На минимальных оборотах холостого хода - до 500–600 атмосфер, а при максимальной нагрузке - до 3000 атмосфер. Величину рабочего давления задает регулятор, расположенный на корпусе ТНВД либо на рампе и подчиненный ЭБУ двигателя на основе сигналов датчика давления в рампе.

Топливная рампа предназначена для выполнения нескольких функций: накопления топлива и содержание его под высоким давлением, смягчения колебаний давления, возникающих вследствие пульсации подачи от ТНВД, распределения топлива по форсункам.

Форсунка непосредственно осуществляет впрыск топлива в камеру сгорания двигателя по командам ЭБУ. Форсунки связаны с топливной рампой топливопроводами высокого давления. Используются электрогидравлические форсунки (клапан электромагнитного типа, относительно «медленный») или пьезофорсунки (клапан на основе пьезокристаллов, обладающий значительно более высоким быстродействием). На современных двигателях успешно применяются оба варианта. Золотник сжимает пружину, игла форсунки открывает путь топливу - и оно впрыскивается в камеру сгорания. Впрыск продолжается, пока клапан форсунки не отключится по команде ЭБУ. Таким образом, именно ЭБУ определяет время начала впрыска и его продолжительность (т.е. — количество топлива в цилиндре), анализируя показания датчиков и производя постоянный контроль работоспособности системы.

В системе управления используется множество датчиков: оборотов двигателя, положения коленчатого вала (датчик Холла), положения распредвала, перемещения педали «газа», давления наддува, температуры воздуха и охлаждающей жидкости, массового расхода воздуха, давления топлива, кислородный датчик (лямбда-зонд).

[свернуть]

Диагностика системы Common Rail

Раскрыть...

Диагностика электронных систем начинается со считывания кодов неисправностей, проверки датчиков, исполнительных механизмов. Особых дизельных сканеров нет, есть универсальные для широкого круга автомобилей либо дилерские - на определенную марку. Для изучения сигнала с проверяемого устройства нужен осциллограф, но выгоднее купить сканер с дополнительной функцией осциллографа.

Давление топлива проверяют манометрами. Низкое - механическим, со шкалой до 10 бар, а высокое - специальным прибором с переходниками и диапазоном не ниже 3000 бар. Измерение количества топлива, сливаемого из форсунок, требует отдельного набора.

Алгоритм поиска неисправности зависит от характера отказа. Если двигатель не заводится, сначала проверяем целостность привода ГРМ. Если стартер вращает коленвал с усилием — привод ГРМ цел, хорошо. Если без сопротивления — плохо: дизельные двигатели «втыковые», при разрушении привода ГРМ поршни гнут клапана.

Если привод ГРМ в порядке, переходим к проверке топливоподачи. Электрический подкачивающий насос включается с поворотом ключа зажигания. При износе или повреждении этого насоса меняется потребляемая им мощность, ЭБУ фиксирует это как неисправность и записывает в память системы её код. Но полностью полагаться на электронику не стоит, поэтому подключаем манометр к магистрали низкого давления (у механического подкачивающего насоса для удобства контроля есть штуцер). Если здесь давление в норме, переходим к ТНВД.

Проверяем давление топлива в рампе в режиме прокрутки коленвала стартером. Эта часть системы оснащена датчиком давления топлива - воспользуемся его услугами. Подключаем к диагностическому разъему сканер и находим нужный параметр. Если он ниже нормы, ищем, где скрывается неисправность. Виноваты могут быть форсунки, электромагнитные клапаны (регуляторы) и сам ТНВД.

Дизель Common Rail бывает невозможно пустить из-за неисправности хотя бы одной из форсунок. Утечка топлива через ее клапан не позволяет давлению в рампе подняться до пусковых значений. Для проверки давления при пуске есть специальный диагностический набор (контрольный манометр, датчик давления, трубки для подключения, заглушки вместо исполнительных механизмов и мерные емкости обратного слива).

Восстановление работоспособности насоса по силам лишь специализированной мастерской - с квалифицированным персоналом и диагностическим оборудованием. Ремонт дорогой, иногда разумнее купить новый ТНВД, но в ходу и отремонтированные или восстановленные изделия.

Изношенные форсунки разумно менять комплектом, при этом разброс цен очень велик. Характеристики каждой новой форсунки необходимо записать в память блока управления двигателем, ибо нет двух форсунок с одинаковой производительностью, что при отсутствии настройки плохо отражается на равномерности работы двигателя и его динамических нагрузках. Хотя в каждом ЭБУ присутствует динамическая адаптация (постоянная корректировка цикловой подачи топлива для равномерной работы мотора), она не может подменить собой начальную настройку системы.

[свернуть]

История

Раскрыть...

В 1934-35 гг. был сконструирован, а в 1936 г. был показан на авиашоу в Париже дизельный двигатель Коатален (L.Coatalen). Отличием дизеля Коаталена от иных дизелей был впрыск топлива в цилиндры не гидравлическим открыванием клапана форсунки, а механическим открыванием и применением гидроаккумулятора, топливо в который нагнетается независимым от распределительной системы ТНВД. Фактически был показан работоспособный двигатель с прообразом системы Common Rail.

Впервые система непосредственного впрыска топлива на дизельных двигателях была разработана и внедрена в 1939 году Советскими инженерами при создании двигателя семейства В-2 (для танка Т-34) на Харьковском паровозостроительном заводе. Позже, в середине XX века, разработки аккумуляторных систем питания проводились в СССР на Коломенском Заводе, однако ввиду недостаточного развития электроники в те времена удачных реализаций подобных систем не было.

Прототип автомобильной системы Common Rail был создан в конце 1960-х годов Робертом Хубером в Швейцарии, далее технологию разрабатывал доктор Марко Гансер из Швейцарской высшей технической школы Цюриха.

В середине 1990-х годов доктор Шохей Ито и Масахико Мияки из корпорации Denso разработали систему Common Rail для коммерческого транспорта и воплотили её в системе ECD-U2, которая стала использоваться на грузовиках Hino Rising Ranger; в 1995 году они продали технологию другим производителям. Поэтому Denso считается пионером в адаптации системы Common Rail к нуждам автомобилестроения.

Технология электронного управления форсунками была детально разработана общими усилиями компаний Magneti Marelli, Centro Ricerche Fiat и Elasis. После того, как Fiat разработал дизайн и концепцию системы, она была продана немецкой компании Robert Bosch GmbH для разработки массового продукта. Это оказалось большим просчетом Fiat, поскольку новая технология стала очень выгодна, но в то время итальянский концерн не имел финансовых ресурсов для завершения работ. Тем не менее, итальянцы первые применили систему Common Rail в 1997 году на Alfa Romeo 156 1.9 JTD и только потом она появилась на Mercedes-Benz C220CDI.

[свернуть]

Раскрыть...

В-2 - советский V-образный 12-цилиндровый четырёхтактный дизельный танковый двигатель водяного охлаждения со струйным распылением топлива. Серийное производство В-2 началось 1 сентября 1939 года. Принят на вооружение РККА в том же году в трёх модификациях: В-2 (500 л.с., основное применение — танк Т-34), В-2К (600 л.с., для тяжелых танков КВ) и В-2В (375 л.с.).

Объём дизеля 38,8 литра, степень сжатия 14 и 15 (разная для левой и правой групп поршней). Номинальная мощность двигателя 450лс при 1750 об/мин, эксплуатационная - 400лс при 1700 об/мин, максимальная - 500лс при 1800 об/мин. Диаметр цилиндра 150 мм. Ход поршней левой группы 180 мм, правой - 186,7 мм. Цилиндры располагались V-образно под углом 60 градусов.

Изначально двигатель разрабатывался для применения на тяжёлых бомбардировщиках, что определило некоторые конструктивные особенности дизеля, нехарактерные для двигателей сухопутных машин, и обусловило весьма высокое техническое совершенство двигателя. Среди них:

облегчённая конструкция с широким использованием лёгких сплавов (в середине войны из-за недостатка алюминия пришлось на время заменить силумин чугуном);
верхнее расположение распределительных валов, по два в каждой головке двигателя (DOHC);
4 клапана на цилиндр;
сухой картер;
непосредственный впрыск топлива, струйное смесеобразование;
привод всех агрегатов и систем двигателя посредством конических зубчатых передач и промежуточных наклонных валов;
использование стальных шпилек в качестве основного силового элемента для стягивания головки, блока цилиндров и картера.

Однако довести мощность до требований авиаторов (1000-1500 л.с.) даже путём применения наддува не удалось, и конструкция двигателя была откорректирована для установки на танки.

Двигатель В-2 является родоначальником целого семейства быстроходных дизелей, применяемых в тяжелом автотранспорте, на речных судах, военной технике, тракторах, железнодорожных локомотивах, генераторных электроустановках. По состоянию на 2012 год дизели Д6, Д12, Д20 продолжают производиться на ОАО «Барнаултрансмаш», а дизели В-31, В-46, В-58, В-59, В-84, В-92С2Ф на ЧТЗ.

Разработанные в основе своей в 30-х годах дизели Д12 и В-2 даже по состоянию на начало XXI века характеризуются высокими удельными параметрами, их удельная масса составляет всего 2,05 кг/лс, а удельный расход топлива - 165 г/лс*ч. Недостатки же обусловлены главным образом технологическими и иного характера ограничениями, имевшимися на момент разработки двигателя и его постановки в производство, в частности:

неэффективная работа маслосъёмных колец устаревшей конструкции и тем самым большой расход масла на угар - 20 г/лс*ч;
сложная схема приводов распределительных валов, содержащая большое количество механических передач (в 1930-х годах ещё не существовало приводных цепей, способных работать на высоких скоростях) и тем самым повышенный уровень шума, низкий ресурс, сложность в обслуживании;
сложный сборный коленвал, стоимость которого составляет около 30% от всего двигателя - в 1930-х годах ещё не существовало способов объёмной штамповки столь крупных деталей;
неэффективная система электростартерного пуска (низкий КПД стартера СТ-712, неоптимальное передаточное число);
высокая скорость роста давления на поршневую группу (т.н. жесткость работы двигателя), ведущая к уменьшению общего ресурса (причина — в не совсем эффективном смесеобразовании из-за выбранной формы камеры сгорания, количества сопловых отверстий и некоторых других деталей);
отсутствие совместной балансировки коленчатого вала и маховика, что не позволяет существенно увеличить ресурс.

За долгие годы серийного выпуска дизелей В-2, Д12 и Д6 их конструкция, несмотря на появление новых материалов и технических решений, позволяющих сравнительно легко устранить указанные недостатки, практически не претерпела изменений.

Рассмотрим устройство дизельного двигателя автомобиля. Современные ав-то-мо-би-ли, которые оснащены дизельными двигателями, имеют ряд преимуществ. Основные – это топливная экономичность и высокий крутящий момент, который «подхватывает» прак-ти-чес-ки с холостого хода. Последние разработки позволили конкурировать дизельным моторам с бензиновыми даже по таким показателям, как шумность и надежность. Уст-ройст-во двигателя автомобиля , работающего на бензине, было подробно рассмотрено ранее.

Базовая конструкция бензинового и дизельного двигателей одинакова. Ос-нов-ная движущая сила – это цилиндро-порш-не-вая группа (ЦПГ) с одним и тем же принципом действия. Отличия начинаются в системе клапанов. Впускные и выпускные клапаны значительно усилены, чтобы вы-дер-жать большую степень сжатия. У «ди-зе-ля» она выше в два раза. По этой же причине дизельный двигатель на порядок тяжелее и габаритнее, чем бензиновый (при равных объемах).

Главное и принципиальное отличие устройства дизельного двигателя заключается в топливной системе. Формирование, подача и возгорание топлива происходит различными способами.

В бензиновом двигателе топливо смешивается с воздухом еще до подачи в цилиндры. А после подачи бензин загорается с помощью искры от свечей зажигания. А в дизельном раздельная подача воздуха и топлива. Воздух поступает в цилиндр первым, где после нагрева до 700-800°С к нему добавляется (впрыскивается под высоким давлением) дизельное топливо. Благодаря высокой температуре воздуха происходит мгновенное воспламенение.

Самовоспламенение солярки сравнимо с небольшим взрывом, что приводит к резкому увеличению давления внутри ЦПГ. Именно по этой причине дизельный двигатель работает громче и жестче. Зато он может работать на обедненных топливных смесях, благодаря чему существенно экономит топливо. За счет меньшего потребления и менее обогащенной смеси у дизельных двигателей вредные выбросы в атмосферу существенно ниже, чем у бензиновых.

Повышенный шум и вибрация, меньше лошадиных сил при равном объеме, плохой запуск при минусовой температуре – это «легендарные» дизельные недостатки. Но это, скорее, относится к предыдущим поколениям моторов. Современные разработки позволили устранить большинство недочетов.

Дизельные двигатели бывают нескольких типов. Отличаются они строением камеры сгорания. Рассмотрим каждый тип более подробно.

1. Непосредственный впрыск в дизельных двигателях

Непосредственный впрыск у дизеля – это когда топливо впрыскивается над поршнем (см. работа порш-ня), а цилиндр выполняет роль камеры сгорания так же как и в инжекторных бензиновых системах. Раньше та-кая технология использовалась только в двигателях ог-ром-но-го объема с низкими оборотами. И не получала широкого распространения.

Сейчас удалось достичь прогресса благодаря электронно-управляемым топливным насосам высокого давления, оптимизации топливной смеси и ряду других новшеств. Мотор с такой системой подачи топлива мо-жет спокойно работать на оборотах до 4500, при этом гораздо улучшились показатели экономичности, шума и вибраций. Правда, стоимость обслуживания также возросла.

2. Раздельная камера сгорания в дизельных двигателях

Тип дизельных двигателей с раз-дель-ной камерой сгорания отличается от непосредственного впрыска наличием дополнительной камеры. Такая камера размещается в головке блока цилиндров и, как правило, является вихревой. Ци-линдр соединен с камерой специальным каналом. Благодаря этому воздух, ко-то-рый подается под давлением, образует вихрь для лучшего воспламенения.

Самовозгорание топлива на-чи-на-ет-ся непосредственно в дополнительной камере и переходит в сам цилиндр. За счет такого порядка давление в цилиндре нарастает постепенно, что позволяет увеличить максимальные обороты. Уровень шума двигателя с такой системой гораздо ниже.

Подавляющее большинство внедорожников и легковых автомобилей оснащается дизельными моторами с раздельной камерой сгорания.

Устройство топливной системы ди-зель-но-го двигателя является его основой. Топливная система состоит из топливного насоса высокого давления, дизельного топливного фильтра и форсунок дизельного двигателя. От состояния этих элементов будет зависеть правильная подача топлива и надежность работы мотора в целом.

Главная задача – это подать нужное ко-ли-чест-во топлива с нужным давлением и в нужный момент времени. Все этапы происходят на большой скорости и под высоким давлением. Чтобы обеспечить достаточную надежность необходимо использование высокоточных и сложных механизмов. Все это складывается в довольно дорогую систему со сложной настройкой. Давайте рассмотрим каждый элемент устройства топливной системы дизельного двигателя отдельно.

Топливный насос высокого давления (ТНВД)

Топливный насос высокого давления - основной дорогой и сложный элемент. Его главная функция – управление подачей топлива с помощью определенных программ. В зависимости от того, как сильно вы давите на педаль газа, насос подает строго необходимое количество топлива форсункам. При этом учитывается температура двигателя, положение дросселя, количество воздуха, давления тур-бо-над-ду-ва и множества других факторов.

Существуют ТНВД нескольких типов, но самый распространенный – это рас-пре-де-ли-тель-ный тип. Его устанавливают практически на все современные легковые и внедорожные авто.

Насосы такого типа заслужили популярность благодаря своей компактности и точности работы. Топливо распределяется по цилиндрам очень равномерно. К тому же за счет скоростных регуляторов топливный насос высокого давления отлично справляется со своей работой на высоких оборотах.

У ТНВД такого типа есть одно слабое место – требовательность к качеству солярки. Все внутренние части насоса смазываются топливом, а некоторые элементы имеют миниатюрные зазоры. Поэтому плохо очищенная солярка низкого качества может очень быстро вывести из строя эту дорогостоящую составляющую топливной системы.

Для эффективной работы всей системы критично важным является состояние форсунок дизельного двигателя. Это высокоточный эле-мент, который подвергается огромным наг-руз-кам. Сама форсунка состоит из корпуса и распылителя. Рабочее давление во всей топ-лив-ной системе определяется регулировкой дав-ле-ния открытия иглы распылителя форсунки. Распылители бывают двух типов – штифтовые и дырчатые. От правильной работы распылителей зависит расход топлива, мощность двигателя и экологические показатели выхлопа.

Игла распылителя двигается строго каждый второй оборот двигателя и не-пос-редст-вен-но попадает в камеру сгорания. Поэтому материалы для изготовления используют очень прочные и устойчивые к высоким температурам. Это не могло не сказаться на стоимости – форсунки дизельного двигателя довольно дорогие.

Дизельный топливный фильтр самый простой элемент системы, но выполняет очень важную роль. Современные ТНВД, как писали выше, очень чувствительны к качеству топлива. Поэтому фильтр должен предотвратить за-со-ре-ние и не только. Дизельные топливные фильтры задерживают не только мусор, но и воду. Вода отделяется от солярки и направляется в спе-ци-аль-ный отстойник, который необходимо время от времени сливать.

Фильтры подбираются строго под оп-ре-де-лен-ную марку двигателя. Они могут отличаться пропускной способностью, степенью фильтрации, чувствительностью к обнаружению воды и другими специфическими па-ра-мет-ра-ми.

В случае проведения сервисных работ может понадобиться удалить остатки воздуха из топливной системы. Для этого предусмотрен насос (см. топливный насос двигателя) с ручной подкачкой, который размещают вверху на корпусе фильтра.

Для условий сурового климата некоторые модели комплектуют электроподогревом фильтра. Такая опция поможет завести машину в мороз, а также устранит кристаллизацию дизельного топлива.

Запуск дизельного двигателя

Для запуска дизельного двигателя необходимы свечи накаливания. Это элементы, которые установлены в камере сгорания. Они активируются при включении зажигания и нагреваются до 900°С за пару секунд. Такой температуры достаточно для са-мо-вос-пла-ме-не-ния топлива.

Существует индикатор готовности к запуску дизельного двигателя на панели при-бо-ров. Пробовать заводить автомобиль следует только, когда погаснет контрольная лампа.

Для обеспечения стабильной работы непрогретого мотора свечи продолжают свою работу еще 20-30 секунд, после чего автоматически отключаются. Предпусковой подогрев последних поколений способен обеспечить запуск дизельного двигателя при морозах до -30°С.

В дизельных двигателях с турбонаддувом турбина позволяет увеличить мощность и элас-тич-ность. Это становится возможным за счет дополнительного нагнетания воздуха в камеру сгорания.

Бывают механические нагнетатели, ко-то-рые приводятся в действие с помощью ремня. Но более распространены турбокомпрессоры, которые работают за счет давления от-ра-бо-тан-ных газов. У дизеля давление выпускной сис-те-мы в два раза выше, чем у бензиновых моторов. Это позволяет работать турбине с минимальными оборотами и избежать эффекта «турбоямы».

За большую мощность дизельного двигателя с турбонаддувом придется платить более качественным моторным маслом (компрессор очень чувствителен к этому па-ра-мет-ру). Также турбина работает под высокой нагрузкой, поэтому ее ресурс редко превышает 150000 км.

Заголовок

В дизельном моторе поступающая смесь загорается самостоятельно. То есть, в этом процессе не участвует искра зажигания. Свечи накаливания, устанавливаемые в цилиндрической головке устройства, необходимы для выполнения важной функции. Главной их задачей является нагревание воздуха, который находится внутри камеры сгорания, когда мотор автомобиля еще полностью не прогрет.

Нагревание воздуха с помощью свечей накаливания немного облегчает возгорание смеси.

Когда же мотор будет запущен, свечи накаливания должны быть отключены в обязательном порядке. В противном случае их нагревательные элементы накалятся, и свечи могут сломаться.

Требования к дизельной топливной смеси

Топливная система дизельного двигателя сможет нормально функционировать только в том случае, если топливо будет подобрано правильно. Использовать бензин не следует, поскольку он не совмещает в себе всех необходимых характеристик.

Дизельное топливо имеет такие преимущества:

Оно обладает большей вязкостью по сравнению с бензином, из-за чего оно медленнее воспламеняется;
При этом температура кипения жидкости является более высокой, а, следовательно, происходит испарение меньшего количества вещества;
Кроме того, из-за специального состава, самовоспламенение становится менее выраженным, а это очень важно для моторов с высокими оборотами. Особенно это заметно при расходе горючего. Также большую роль состав играет и для эксплуатационных характеристик машины. Способность дизельного горючего к самовоспламенению обычно измеряется с помощью цетанового числа. Так, чем оно выше, тем быстрее произойдет самовоспламенение вещества. Как правило, дизельное топливо, которое применяется в автомобилях, не обладает цетановым числом выше 50 единиц;
Одним из главных условий нормальной работы устройства считается чистота смеси. Ведь если в нем будут иметься какие-то посторонние частички, то впрыск горючего будет происходить с некоторыми затруднениями. В результате работа системы будет нарушена. Поэтому следует использовать специальный фильтр, который служит для очистки горючего от различных механических частичек, воды, а также органических примесей.

Условия нормальной работы системы

Чтобы топливная аппаратура дизельных двигателей работала устойчиво, должны быть соблюдены такие условия:

Высокое давление и температура камеры сгорания;
Смешивание жидкости с воздухом в оптимальном объеме;
Угол опережения впрыска обязательно должен соответствовать частоте вращения коленчатого вала;
Параметры воздуха также должны находиться на наиболее благоприятном для работы аппаратуры уровне. Ведь здесь после впуска топлива и его сжатия определяются все необходимые параметры. К таковым относятся: степень сжатия мотора, температура стенок на головке поршня, наполнение камеры воздухом, а также установление его количества.

Наиболее заметное отличие дизельных автомобилей состоит в следующем: степень сжатия, показывающая, насколько уменьшилась емкость цилиндра во время холостого хода, является другой.

Как правило, в бензиновом двигателе она не превышает 10, а в дизельных моторах это число может быть увеличено до 20 и более. Ведь чем выше этот параметр в двигателе, чем больше температура камеры сгорания, тем легче осуществляется воспламенение топливно-воздушной смеси. А соответственно, запуск мотора также происходит намного быстрее, что увеличивает его эксплуатационные характеристики.

Строение системы

Топливная аппаратура состоит из таких элементов:

комплект форсунок;
насос высокого давления;
трубопровод, работающий даже при очень высоком давлении, который соединяет форсунки.

За счет угла опережения впрыска можно узнать, за какую величину, измеряемую в градусах, начинается впрыск топливной смеси в цилиндр. Давление воздуха в системе может быть повышено из-за использования механического или инерционного наддува. Дизельные моторы обычно оснащаются турбокомпрессорами, что необходимо для повышения экономичности в работе устройства, благодаря использованию энергии выхлопных газов, которые еще не успели выйти наружу.

Устройство

Топливная аппаратура включает:

распылитель, имеющий несколько отверстий, через которые струя жидкости попадает в камеру сгорания;
форсунка, которая состоит из распылителя и механизма регулировки давления;
топливный фильтр, очищающий вещество, которое поступает на ТНВД, что защищает систему впрыска от повреждений.

Для чего нужна топливная система?

Назначение аппаратуры заключается в следующем: с помощью механизма происходит транспортировка топлива к форсункам. Это происходит под высоким давлением, которое составляет несколько десятков мегапаскалей.

Важно учитывать, что количество нагнетаемой жидкости не должно быть выше или ниже установленной нормы. То есть, оно должно полностью соответствовать параметрам двигателя. Именно поэтому на ТНВД устанавливается специальный всережимный регулятор. Продолжительность впрыска, а также количество горючего, сосредоточенного в камере, определяются положением цилиндра аппаратуры. А вот начало и конец впрыска можно определить за счет прохождения плунжером необходимых отверстий, которые имеет цилиндр. Еще одним очень важным фактором работы системы считается давление начала открытия форсунки, которое и определяет уровень впрыска.

Регулировка топливной аппаратуры

Этот процесс заключается в том, чтобы диагностировать и отремонтировать форсунки, а также ТНВД. Выполнить такую процедуру в домашних условиях очень сложно, ведь она не только требует определенных умений и навыков – для ее выполнения могут понадобиться специальные инструменты.

Диагностировав систему своевременно, можно предостеречь себя от столкновения с проблемами различного рода. Только после нахождения «слабого звена» можно начинать выполнение и других действий.

Конечно, некоторые операции по ремонту топливной системы можно попытаться осуществить самостоятельно. Однако в таком случае возможен риск повреждения деталей, а значит, усугубления ситуации. Да и вообще, для этого процесса нужно специальное дорогостоящее оборудование, которое не целесообразно покупать только для одного единичного случая.