инженерно-технический центр
+7 (495) 482-17-05

заказать обратный звонок


о нас услуги прейскурант статьи контакты


Диагностика

Ремонт и техническое обслуживание двигателей

Ремонт ТНВД

Ремонт ТНВД и форсунок системы Common Rail

Ремонт насос-форсунок

Ремонт автодорожной и строительной техники

Выезд к заказчику и эвакуация

Качество и гарантия

Запасные части (распродажа)

 

А вместо сердца - дизельный мотор!

Андрей Автомонов
ЗАО "Моторсервис"

С начала 80-х годов минувшего столетия во всём мире началось активное оснащение внедорожников дизельными силовыми агрегатами. Двигатели становятся всё более сложными и "навороченными". Эта статья поможет разобраться в многообразии современных двигателей.

В последние годы модернизация самих дизельных двигателей и внедрение новых систем впрыска топлива с электронным управлением привели к тому, что современный дизель уже не вызывает ассоциации со старым чадящим "Икарусом", за которым приходится тащиться в гору. Высокий крутящий момент в широком диапазоне частот вращения и особенно на низких оборотах, плавная характеристика крутящего момента, доступное топливо - все это обеспечивает заметные преимущества дизельных двигателей перед бензиновыми в первую очередь при установке на автомобили, предназначенные для работы в тяжелых условиях, на которые как раз и рассчитаны внедорожники.

ОСНОВЫ ТЕОРИИ

В основе своей дизельный мотор, как и бензиновый, имеет все атрибуты двигателя внутреннего сгорания. Главное и существенное отличие кроется в изобретении, открытом и 1892 году Рудольфом Дизелем.

Он придумал внутреннее смесеобразование и воспламенение горючей смеси от сжатия. В зависимости от конструкции двигателя и типа смесеобразования степень сжатия для дизелей составляет 16-24 единиц. Эта величина значительно выше, чем у бензинового мотора, у которого она равна 7-13. Воздух при этом сжимается до 30-50 бар, а его температура достигает 700-900 °С. Перед завершением такта сжатия в камеру сгорания под высоким давлением (120-2 000 бар) впрыскивается топливо. Распыляясь по объему камеры сгорания, заполненной нагретым до высокой температуры воздухом, происходит его воспламенение. Такая организация рабочего процесса позволяет использовать более дешевое топливо и работать на обедненных смесях, что обуславливает высокую экономичность дизельного двигателя, который помимо этого обладает и более высокими, нежели у бензинового мотора, экологическими показателями, так как при сгорании дизельного топлива выбросы оксида углерода ничтожны.

ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ

Форма камеры сгорания сильно влияет на качество процесса смесеобразования, а значит и на мощность и шумность работы двигателя. Камеры сгорания дизельных двигателей разделяются на два основных типа: неразделенные и разделенные. Соответственно, моторы с камерами первого типа называются дизелями с непосредственным впрыском, а второго - с предварительным.




До недавнего времени непосредственный впрыск использовался на тихоходных дизелях большого объема. Хотя такие двигатели экономичнее (до 20%) моторов с разделенными камерами сгорания, их применение на небольших дизелях сдерживалось трудностями организации процесса сгорания, а также повышенными шумом и вибрацией, особенно в режиме разгона.





Сейчас благодаря повсеместному внедрению электронного управления процессом дозирования топлива удалось оптимизировать процесс сгорания топливной смеси в дизеле с неразделенной камерой сгорания и снизить шумность до уровня современных требований к двигателю легкового автомобиля. В наше время уже невозможно представить себе сходящий с конвейера внедорожник с дизелем без непосредственного впрыска.




При непосредственном впрыске топливо сразу поступает в камеру сгорания, расположенную в днище поршня. При этом предъявляются высокие требования к подаче топлива и воздуха. Топливо должно равномерно распределяться по объему камеры сгорания и интенсивно перемешиваться с воздухом. Для этого используют форсунки с многоструйным распылителем, а давление открытия в зависимости от системы впрыска достигает 1 700 бар.

Несколько лет назад на рынке легкового машиностроения доминировали дизели с разделенными камерами сгорания. Впрыск топлива в этом случае осуществляется не в надпоршневое пространство, а в специальную камеру сгорания, выполненную в головке блока цилиндров. При этом различают два процесса смесеобразования: предкамерный (его еще называют форкамерным) и вихрекамерный.

При форкамерном процессе топливо впрыскивается в специальную предварительную камеру, ударяется об ее стенки и перемешивается с воздухом. Воспламенившись, смесь поступает по специальным каналам в основную камеру сгорания, где и сгорает полностью.





Во время вихрекамерного процесса сгорание также начинается в специальной отдельной камере, только выполненной в виде полого шара. В период такта сжатия воздух по соединительному каналу поступает в предкамеру и интенсивно закручивается (образует вихрь) в ней. Впрыснутое в определенный момент топливо хорошо перемешивается с воздухом.

Таким образом, при разделенной камере сгорания происходит как бы двухступенчатое сгорание топлива. Это снижает нагрузку на поршневую группу, а также делает звук работы двигателя более мягким. Но, как мы уже упоминали, экономичность такого дизеля хуже, чем у мотора с непосредственным впрыском. Поэтому последние все чаще занимают достойное место под капотом легковых автомобилей и внедорожников, хотя предкамерные дизели все еще выпускаются. Новые же дизельные двигатели разрабатываются только с непосредственным впрыском.

ВЫСОКОЕ ДАВЛЕНИЕ

Важнейшим звеном дизельного двигателя является система топливоподачм, обеспечивающая поступление необходимого количества топлива в нужный момент времени и с заданным давлением в камеру сгорания. Главными ее составляющими являются топливный насос высокого давления (ТНВД) и форсунки.

ТНВД, как это следует из названия, предназначен для создания требуемого высокого давления топлива и подачи его на всех режимах работы двигателя к форсункам, которые в свою очередь впрыскивают его в камеру сгорания. Форсунки и нагнетающие секции ТНВД являются прецизионными деталями, изготовленными с высокой точностью и имеющими микронные зазоры. Поэтому системе питания дизеля приходится уделять большое внимание в обслуживании и ремонте.

На двигателях современных внедорожников применяется несколько основных типов систем нагнетания и подачи топлива. Рассмотрим каждую более подробно.

Принципиальная схема подачи топлива дизельного двигателя:

  1. Топливный бак.
  2. Топливный фильтр.
  3. Топливный насос высокого давления.
  4. Магистраль от ТНВД к форсунке.
  5. Форсунка.
  6. Магистраль слива топлива в бак.

РЯДНЫЕ ТНВД

Данные насосы довольно сложны по конструкции, но являются самыми надежными. Состоят они из отдельных секний по числу цилиндров дизеля, каждая из которых имеет гильзу и входящий в нее плунжер, который приводится в движение кулачковым валом, получающим вращение от двигателя. Начало и окончание цикла нагнетания топлива, а соответственно и подачи в цилиндры, управляется рейкой. Секции таких механизмов расположены, как правило, в ряд, отсюда и название - рядные ТНВД.

Подобные насосы, несмотря на их надежность, в настоящее время уже практически не устанавливаются на легковые автомобили, хотя их все еще можно встретить на двигателях Mercedes OM-606 или Nissan TD-42. К сожалению, даже использование электронного управления рейкой подачи не позволяет этим ветеранам соответствовать современным нормам по токсичности и дымности отработавших газов, предъявляемым к небольшим двигателям. Кроме того, дизели, имеющие рядные ТНВД, не отличаются тихой работой.

РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ТНВД ТИПА VE

Насосы распределительного типа получили наибольшее распространение в топливных системах легковых дизелей в конце прошлого столетия. Они производятся фирмой BOSCH, а также выпускаются по лицензии компаниями DIESEL KIKI и NIPPON DENSO. ТНВД этого типа объединяют в себе шиберный подкачивающий насос низкого давления и единый для всех цилиндров нагнетающий элемент высокого давления. Подкачивающий насос подает топливо из бака в надплунжерную область нагнетающего насоса. Плунжер, выполняя возвратно-поступательные движения, создает большое давление топлива, а поворачиваясь, распределяет его по цилиндрам. Привод плунжера осуществляется за счет его контакта с кулачковой шайбой, которая имеет выступы по числу цилиндров двигателя. Продолжительность впрыска изменяется с помощью специального дозирующего кольца, находящегося на плунжере и связанного с педалью акселератора через систему рычагов. В нынешних модификациях подобных насосов многорычажная система управления дозирующим кольцом заменена на электронный дозатор топлива. Такой ТНВД можно обнаружить, например, под капотом Range Rover 2.5 или Nissan Terrano 2.7.

РОТОРНЫЕ РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНЫЕ ТНВД ТИПА VR С РАДИАЛЬНЫМ ДВИЖЕНИЕМ ПЛУНЖЕРОВ

Насосы серии VR - это устройства, выполняющие все требования, предъявляемые к топливной системе современного дизеля. Они создают значительно более высокое давление впрыска топлива, нежели насосы типа VE или рядные, и обеспечивают выполнение действующих нормативов, регламентирующих токсичность выхлопа. Такие ТНВД устанавливаются на современные высокооборотистые двигатели. Например, их можно встретить на моторах таких внедорожников, как Mitsubishi Pajero 3.0, VW Touareg 2.5, Ope! Frontera 2.2, Nissan Patrol 3.0.

Устроены они следующим образом. Как и впредыдущем случае, топливо засасывается из бака при помощи шиберного подкачивающего насоса. Его ротор установлен на общем приводном валу насоса высокого давления. Далее топливо по каналам в теле насоса поступает к одному из важнейших узлов всего устройства - клапану регулирования внутреннего давления. Не вдаваясь в подробности (иначе потребуется написать отдельную статью), скажем, что этот механизм поддерживает нужное давление в системе в зависимости от режима работы двигателя. Этот параметр крайне существенен для правильного (в требуемый момент времени} впрыска топлива в камеру сгорания. От величины этого давления зависит корректность работы ТНВД, а значит и мотора в целом. Попадая в контур высокого давления насоса, топливо при помощи радиально расположенных плунжеров сжимается до давления впрыска, которое может достигать 1000 бар.

Дозирование топлива в ТНВД подобного типа осуществляется при помощи электромагнитного клапана, который открывается по сигналу блока управления. Это электронное устройство в случае поломки насоса можно перепрограммировать только на специальном дорогостоящем оборудовании, что, к сожалению, является слабым местом этих сложных механизмов. Особенно последнее обстоятельство актуально для нашей страны, где качество солярки пока еще далеко от идеала. Все внутренние детали ТНВД смазываются топливом, подобно тому, как это делает система смазки двигателя. Любой водитель знает, что запускать мотор без масла нельзя. Так и в этом случае: стоит немного покрутить стартером двигатель автомобиля с пустым топливным баком, как насос (весьма дорогое изделие) выйдет из строя.

НАСОС-ФОРСУНКИ

В этом устройстве системы ТНВД и форсунки объединены в единый узел. Такое решение позволяет достичь очень высокой точности дозирования подачи топлива, сжатого до максимального давления. Параметры токсичности выхлопных газов, их дымность, а также шумность работы дизеля, имеющего такую сиетему топливоподачи, будут на высоте.

Насос-форсунка, как нетрудно догадаться, устанавливается в головку блока двигателя для каждого цилиндра. Она приводится в действие от кулачка распределительного вала с помощью толкателя. Так как магистрали подачи и слива топлива выполнены в виде каналов в головке блока, то, разумеется, отсутствуют трубопроводы высокого давления. За счет этого насос-форсунка может развить давление более 2000 бар. Дозированием топлива, сжатого до такой степени, управлением угла опережения впрыска занимается электроника, выдавая сигналы на запорные электромагнитные клапаны насос-форсунок.

Топливная система такого типа по надежности сравнима с классическим рядным ТНВД, так как в ней тоже используется отдельный плунжер на каждый цилиндр.

СИСТЕМА COMMON RAIL

Постоянно возрастающие требования к системам впрыска дизельных двигателей привели к появлению системы, опережающей предшественников по большинству показателей и имеющей значительные возможности для дальнейшего развития. Главными ее отличиями от конкурентов являются способность изменения момента впрыска топлива и высокого давления в широком диапазоне, а также применение многоступенчатого впрыска. В результате повышается мощность двигателя при сокращении расхода топлива, падают шум и вибрации силового агрегата.

Схема размещения элементов системы Common Rail на двигателе:

  1. Датчик массового расхода воздуха.
  2. Электронный блок управления двигателем.
  3. ТНВД
  4. Рампа (аккумулятор давления).
  5. Форсунка.
  6. Датчик оборотов двигателя.
  7. Датчик давления масла.
  8. Топливный фильтр.
  9. Датчик положения педали акселератора.

Принцип действия этой системы следующий. Топливоподкачивающий насос низкого давления (электрический или механический) подает топливо в ТНВД. Последний постоянно нагнетает топливо в магистраль, называемую рампой. Имея значительный объем, рампа является аккумулятором высокого давления. Его величина чутко отслеживается датчиками, передающими сигнал на электронный блок, который управляет работой электромагнитных клапанов, сбрасывающих давление в системе или, наоборот, запирающих ее в зависимости от режима работы двигателя. По коротким магистралям топливо из рампы поступает к форсункам, которые впрыскивают его в камеру сгорания.

Принципиальная схема системы Common Rail:

  1. ТНВД.
  2. Клапан отключения плунжерной секции.
  3. Редукционный клапан.
  4. Магистраль высокого давления.
  5. Рампа (аккумулятор давления).
  6. Датчик давления.
  7. Клапан ограничения давления.
  8. Ограничитель пропускной способности.
  9. Форсунка.
  10. Электронный блок управления двигателем.

В этой системе наиболее сложным элементом является форсунка с электромагнитным клапаном. Зато постоянно подведенное к форсункам высокое давление дает возможность им многократно приоткрываться перед основным впрыском, делая процесс сгорания оптимальным. Многие крупные автопроизводители считают такую систему топливоподачи наиболее перспективной. Видимо, она будет находить все большее применение. Сейчас ее можно встретить на автомобилях BMW X5 3.0, Toyota LC Prado с двигателем 1KD, Mercedes G400.

ФОРСУНКИ

Рассмотрев системы создания высокого давления топлива, стоит сказать несколько слов о форсунках. От исправности этого элемента дизельного двигателя во многом зависит качество подготовленной для воспламенения смеси.

Обычно применяются форсунки с распылителями двух основных типов: штифтовым или многодырчатым. Первые используются в дизелях с разделенной камерой сгорания, а вторые - в моторах с непосредственным впрыском. Распылитель форсунки - очень сложный и высоконагруженный элемент. Мало того, что он должен точно впрыскивать топливо, подающееся под давлением до 2000 бар, так он еще и подвергается высокому нагреву в камере сгорания (до 900 °С). Поэтому распылитель форсунки изготавливается из жаропрочных сталей с прецизионной точностью.

О ТОПЛИВЕ

Магистраль подачи топлива из бака к ТНВД, несмотря на свою простоту, играет важную роль для нормальной работы двигателя. Она должна быть абсолютно герметичной и по возможности иметь минимальное гидравлическое сопротивление. В магистраль включен топливный фильтр. На некоторых внедорожниках в баке устанавливается электрический подкачивающий насос. Как известно, дизельное топливо в Россия ждет лучших времен. Именно из-за этого многие зарубежные производители до сих пор официально не поставляют к нам дизельные версии своих автомобилей. Бывали ситуации, когда из бака машины, привезенной на ремонт на эвакуаторе, сливали топливо, на 2/3 состоящее из воды! Вот почему необходимо уделить особое внимание такому элементу топливной системы, как фильтр. Он предназначен для очистки топлива от твердых частиц и влаги. Прецизионные детали топливной аппаратуры очень чувствительны к загрязнению топлива, а ремонт ее очень дорогой. Естественно, в случае заправки некачественным или грязным топливом фильтр не спасет, но все же продлить эксплуатацию его своевременная замена поможет.

О ВОЗДУХЕ

Как уже было сказано выше, экономичность дизеля обусловлена тем, что он может работать на достаточно обедненных смесях. Для сгорания топлива необходим чистый воздух (идеально - кислород), который на фазе впуска поступает в цилиндр двигателя. Чем больше воздуха поместится в камере сгорания, тем больше топлива можно в ней сжечь. При этом выделится больше энергии, которая преобразуется в поступательное движение поршня - мощность на выходном валу двигателя возрастет.

Воздух в цилиндр может попадать либо путем всасывания на впуске у атмосферных дизелей, либо под давлением, создаваемым нагнетателем. Наверное, читатель уже догадался, что речь пойдет о турбокомпрессоре. Наддув воздуха давно используется на грузовых автомобилях для повышения мощности, так как давление выхлопных газон дизеля в 1,5-2 раза выше, чем у бензинового мотора, что позволяет турбокомпрессору обеспечить наддув с самых низких оборотов. Сейчас и легковой дизель нельзя представить себе без турбины.

Устроен этот непременный атрибут современных дизельных моторов следующим образом. Поток горячих выхлопных газов из двигателя направляется на лопатки турбинной части компрессора, раскручивая их до сотен тысяч оборотов, и проходит дальше в выпускной тракт. Турбинная часть жестко закреплена на валу компрессорной части нагнетателя, которая имеет лопатки обратного направления. Раскручиваясь, они создают давление чистого воздуха во впускном коллекторе, а значит и в камере сгорания. Для того чтобы избыточное давление нагнетаемого в цилиндры воздуха не превышало расрасчетных величин (порядка 1000-1500 мбар), нагнетатели оборудуют специальным клапаном, перепускающим выхлопные газы мимо турбинной части, тем самым снижая ее обороты. Небольшим недостатком турбокомпрессоров этого типа является провал по мощности. Пока двигатель не наберет 2200-2500 об/мин, достаточных для раскручивания нагнетателя, наддув воздуха в цилиндры происходит не слишком эффективно. Чтобы избежать этого, на современных дизелях устанавливаются нагнетатели с изменяемой геометрией турбины. Ее подвижные направляющие лопатки преобразуют сечение каналов, по которым движутся отработавшие газы, что обеспечивает ускорение турбины при малых оборотах двигателя. Но применение данного нагнетателя стало возможным только после внедрения электронного управления дизельным двигателем. У такого турбокомпрессора, несмотря на его высокую эффективность по сравнению с простым, есть и существенный недостаток. В процессе работы мотора постепенно происходит закоксовывание лопаток турбины изменяемой геометрии, что неизбежно ведет к постепенному выходу механизма из строя.

Схема турбокомпрессора с изменяемой геометрией турбины:

  1. Компрессорная часть нагнетателя.
  2. Лопатки турбинной части нагнетателя.
  3. Лопатки изменяемой геометрии.
  4. Мембранный клапан управления лопатками изменяемой геометрии.
  5. Вакуумная магистраль.

ОТДЕЛЬНО O INTERCOOLER

Кажется, что это устройство существует уже целую вечность и каждый знает, для чего оно предназначено. Однако опыт показывает, что многие владельцы дизельных автомобилей всерьез считают, что это радиатор охлаждения турбокомпрессора. Внесем ясность.

При нагнетании воздуха в цилиндры двигателя при помощи турбокомпрессора он сжимается и, соответственно, нагревается. Как известно, горячий воздух имеет меньшую плотность, чем холодный. Значит, в камере сгорания его поместится меньше. Кроме того, повышение температуры негативно сказывается на наполнении цилиндров в целом. Установленный после турбокомпрессора радиатор охлаждения надувочного воздуха, который и называется intercooier, позволяет устранить эти негативные эффекты. Масса воздуха для приготовления рабочей смеси увеличивается, за счет чего могут быть достигнуты более высокие мощностные характеристики, а также меньший расход топлива и дымление.

ВМЕСТО ЗАКЛЮЧЕНИЯ

Современный дизельный автомобиль невозможно представить себе без электронного управления всеми системами. Основными задачами электронного управления двигателем являются регулирование подачи топлива и угла впрыска во всем диапазоне нагрузок и частот вращения коленчатого вала, а также управление турбокомпрессором. Электроника дизеля состоит из трех основных блоков: датчики и устройства для сбора информации, микропроцессорный блок для ее обработки и исполнительные механизмы. В общих чертах работает эта тройка следующим образом.

Блок управления считывает и оценивает сигналы с датчиков сбора информации (датчик оборотов двигателя, температурный, подъема иглы форсунки и прочее). Исходя из полученных данных, микропроцессор рассчитывает количество топлива для впрыскивания и момент начала впрыска. После этого расчетные величины преобразуются в сигналы для исполнительных механизмов (в основном - электромагнитных клапанов).

В отличие от механических дизелей, в которых от педали "газа" к ТНВД подходит трос, в моторах с электронным управлением педаль акселератора - это всего лишь задающее устройство, показывающее блоку управления степень ее нажатия.

Электронная система управления способна к самодиагностике. Микропроцессор постоянно сравнивает уровни сигналов от датчиков с нормативными, заложенными в память, и в случае несоответствия немедленно сигнализирует об этом. Естественно, применение таких систем значительно облегчает поиск неисправностей.

Далее >>

"Полный привод"
октябрь 2005

 


Время работы:
пн-пт с 9:00 до 18:00

Наши адреса:

Москва, Дмитровское шоссе, дом 46, корпус 2, строение 3
+7 (495) 482-17-05

посмотреть на карте

МоторСервис
Москва, Дмитровское шоссе, дом 46, корпус 2, строение 3
Москва, 4-й Лихачевский переулок, дом 4
+7 (495) 482-17-05
mdiesel@df.ru

Яндекс.Метрика