Тема 2.3. Електронні системи живлення дизельних двигунів. Технічне обслуговування систем
1. Система живлення дизеля.
2. Види систем живлення сучасного дизельного двигуна
3. Насос-форсунка
4. Особливості обслуговування систем з насос-форсунками
5. Система живлення Common Rail
6. ТО системи живлення дизельного двигуна
1. Система живлення дизеля
Найважливішою ланкою дизельного двигуна є система подачі палива, що забезпечує надходження необхідної кількості палива в потрібний момент часу і з заданим тиском в камеру згоряння.
Паливний насос високого тиску (ПНВТ), приймаючи пальне з бака від насоса, що підкачує (низького тиску), в необхідній послідовності по черзі нагнітає потрібні порції солярки в індивідуальну магістраль гідромеханічної форсунки кожного циліндра. Такі форсунки відкриваються виключно під впливом високого тиску в паливній магістралі і закриваються при його зниженні.
Існує два типи ПНВТ: рядні багатоплунжерні і розподільного типу. Рядний ПНВТ складається з окремих секцій по числу циліндрів дизеля, кожна з яких має гільзу і плунжер, що входить в неї, який приводиться в рух кулачковим валом, які отримують обертання від колінвала двигуна. Секції таких механізмів розташовані, як правило, в ряд, звідси і назва - рядні ПНВТ. Рядні насоси в даний час практично не застосовуються з огляду на те, що вони не можуть забезпечити виконання сучасних вимог по екології та шумності. Крім того, тиск уприскування таких насосів залежить від оборотів колінвала.
Рисунок 1 – ПНВТ: рядний багатоплунжерний і розподільного типу
Розподільні ПНВТ створюють значно вищий тиск упорскування палива, ніж насоси рядні, і забезпечують виконання чинних нормативів, що регламентують токсичність вихлопу. Цей механізм підтримує потрібний тиск в системі в залежності від режиму роботи двигуна. У розподільних ПНВТ система нагнітання має один плунжер-розподільник, який здійснює поступальний рух для нагнітання палива і обертальний для розподілу палива по форсунках.
Ці насоси компактні, відрізняються високою рівномірністю подачі палива по циліндрах і відмінною роботою на високих оборотах. У той же час вони пред'являють дуже високі вимоги до чистоти і якості дизпалива: адже всі їхні деталі змащуються паливом, а зазори в прецизійних елементах дуже малі.
Рисунок 2 – Форсунка дизельного двигуна
Жорсткість на початку 90-х законодавчих екологічних вимог, що пред'являються до дизелів, змусило моторостроителей інтенсивно вдосконалювати топливоподачу. Відразу ж стало ясно, що із застарілою механічною системою харчування це завдання не вирішити. Традиційні механічні системи упорскування палива мають істотний недолік: тиск упорскування залежить від частоти обертання двигуна і навантажувального режиму. Це означає, що при низькому навантаженні тиск упорскування падає, в результаті паливо при уприскуванні погано розпорошується, потрапляючи в камеру згоряння занадто великими краплями, які осідають на її внутрішній поверхні. Через це зменшується ККД згоряння палива і підвищується рівень токсичності відпрацьованих газів.
Кардинально змінити ситуацію могла тільки оптимізація процесу горіння паливо - повітряної суміші. Для чого треба змусити весь її обсяг спалахнути в максимально короткий час. А тут необхідна висока точність дози і точність моменту впорскування. Зробити це можна, тільки піднявши тиск упорскування палива і застосувавши електронне управління процесом подачі палива. Справа в тому, що чим вище тиск упорскування, тим краще якість його розпилення, а відповідно - і змішування з повітрям. В кінцевому підсумку це сприяє більш повному згорянню паливо-повітряної суміші, а значить і зменшення шкідливих речовин у вихлопі.
Добре, запитаєте ви, а чому б не зробити таке ж підвищений тиск в звичайному ПНВТ і всієї цієї системи? На жаль, не вийде. Тому що є таке поняття, як "хвильовий гідравлічний тиск". При будь-якій зміні витрати палива в трубопроводах від ПНВТ до форсунок виникають хвилі тиску, що "бігають" по паливопроводу. І чим більний тиск, тим сильніші ці хвилі. І якщо далі підвищувати тиск, то в якийсь момент може статися звичайне руйнування трубопроводів. Ну, а про точність дозування механічної системи упорскування навіть і говорити не доводиться.
2. Види систем живлення сучасного дизельного двигуна
У сучасних дизельних двигунах повсюдно можуть використовуватися одна з двох відомих паливних систем Common Rail (із загальною рампою) і насос-форсунки (де на на кожен циліндр окремо підводиться своя форсунка).
Рисунок 3 – Системи живлення сучасного дизельного двигуна
Вони обидві здатні забезпечити високу екологічність і ККД двигуна. Оскільки ці дизельні системи функціонують і влаштовані так само, але Коммон Рейл більш прогресивна з погляду ефективності і гучності роботи, хоча і програє в потужності, стала дедалі частіше використовуватися на легкових автомобілях, тоді коли насос-форсунки частіше використовуються у вантажівках.
3. Насос-форсунка
В результаті були розроблені два нових типи систем живлення - в першому форсунку і плунжерний насос об'єднали в один вузол (насос-форсунка), а в іншому ПНВТ почав працювати на загальну паливну магістраль (Common Rail), з якої паливо надходить на електромагнітні (або п'єзоелектричні ) форсунки і впорскується по команді електронного блоку управління. Але з прийняттям Євро 3 і 4 і цього виявилося мало, і в вихлопні системи дизелів впровадили сажові фільтри і каталізатори.
Рисунок 4 - Розміщення насос-форсунки в складі головки блоку циліндрів: 1 - клапан електромагнітний високого тиску; 2 - пружина поворотна; 3 - головка блоку циліндрів; 4 - корпус форсунки; 5 - КВД; 6 - розпилювач з голкою; 7 - коромисло приводу; 8 - кулачок; 9 - притискна скоба; 10 - канал зливу палива; 11 - канал подачі палива; 12 - гайка розпилювача; 13 - клапан двигуна.
Насос-форсунка встановлюється в головку блоку двигуна для кожного циліндра. Вона приводиться в дію від кулачка розподільного вала за допомогою штовхача. Магістралі подачі і зливу палива виконані у вигляді каналів в головці блоку. За рахунок цього насос-форсунка може розвинути тиск до 2200 бар. Дозуванням палива, стисненого до такої міри і управлінням кутом випередження впорскування займається електронний блок управління, видаючи сигнали на запірні електромагнітні або п'єзоелектричні клапани насос-форсунок. Насос-форсунки можуть працювати в багатоімпульсному режимі (2-4 вприскування за цикл). Це дозволяє зробити попереднє впорскування перед основним, подаючи в циліндр спочатку невелику порцію палива, що пом'якшує роботу мотора і знижує токсичність вихлопу.
Плюси цієї системи в гнучкому управлінні згоряння палива і відсутності додаткового насоса. Працюючи під тиском 200-220 МПа, насос-форсунка забезпечує дуже високу економічність і чистоту вихлопу. При цьому двигун працює так само тихо і рівно, як бензиновий.
Недолік насос-форсунок:
- залежність тиску упорскування від оборотів двигуна і висока вартість даної технології.
- швидкий знос насосної частини. За статистикою ремонт насос форсунок потрібно частіше, ніж приладів системи Коммон Рейлі;
- високі вимоги до якості солярки;
- погана ремонтопридатність. Відновленню піддаються насосні секції і плунжерні пари. Якщо проблема складніше, доведеться купити досить дорогу нову насос-форсунку.
4. Особливості обслуговування систем з насос-форсунками
Насос-форсунки складаються з трьох підсистем: подачі палива низького тиску, подачі палива високого тиску, подачі повітря і випуску відпрацьованих газів.
Підсистема подачі палива низького тиску необхідна для подачі палива до насоса високого тиску і очищення палива, підсистема подачі палива високого тиску - для створення високого тиску уприскування палива в камеру згоряння.
Підсистема подачі повітря і випуску ОГ включає прилади для очищення повітря, що надходить в циліндри двигуна, і очищення ОГ після випуску їх з циліндрів.
Основні компоненти системи живлення дизельного двигуна з насосом-форсунками показані на рис. 5.
Розташований в баку електричний насос низького тиску 15 підкачує паливо до фільтру. Зворотний клапан 12 запобігає зливу палива з розподільника 7 і трубопроводу низького тиску 14 в бак після зупинки двигуна.
Насос високого тиску 10 служить для забору палива з фільтру і подачі його під підвищеним тиском до насос-форсунок. Редукційний клапан 11 підтримує тиск при підключенні до насос-форсунок палива в межах 0,75 ... 0,85 МПа. Обмежувальний клапан 5 утримує тиск палива в зливному трубопроводі на рівні 0,1 МПа, завдяки йому знижуються пульсації тиску в системі.
Паливопідкачуючі насоси можуть бути як з внутрішнім зачепленням шестерень, так і шиберні. Максимальний тиск, що розвивається насос-форсунками, становить 250,0 МПа.
Основні перевірки таких систем здійснюють з використанням сканера для діагностування електронних систем управління двигуном, проте окремі перевірки можуть бути проведені і більш простими способами.
Рисунок 5 - Система живлення дизельного двигуна з насосом-форсунками:
1 - паливний бак; 2 - паливо провід до додаткового опалювачу; 3 - охолоджувач палива; 4 - датчик температури палива; 5 - обмежувальний клапан в зливному трубопроводі; 6 - зливний трубопровід; 7 - розподільник палива;
8 - трубопровід високого тиску; 9 - насос-форсунка; 10 - насос високого тиску; 11 - редукційний клапан в трубопроводі подачі палива; 12 - зворотний клапан; 13 - паливний фільтр; 14 - трубопровід низького тиску; 15 - насос низького тиску
4.1. Перевірка тиску в системі живлення двигуна
При недостатньому тиску палива можливі наступні несправності:
• нестійка робота двигуна;
• зупинка двигуна на холостому ходу;
• знижена частота обертання колінчастого вала на холостому ходу;
• недостатня прийомистість автомобіля (двигун не розвиває повної потужності);
• ривки і провали в роботі двигуна при русі автомобіля.
Тиск в системі живлення дизельного двигуна створюється і підтримується в дві ступені:
• в трубопроводі низького тиску, розташованому між паливним баком і насосом високого тиску (див. рис. 5), тиск становить 0,30 МПа і підтримується паливним модулем, встановленим в баку. Блок управління двигуном змінює тиск від 0,07 МПа на режимі холостого ходу до 0,30 МПа при підвищених частотах обертання колінчастого вала і навантаженні. Зворотний клапан, встановлений в паливному модулі, обмежує зростання тиску до максимально допустимого значення;
• в трубопроводі високого тиску, розташованому між насосом високого тиску і паливною рампою, тиск становить 0,75 ... 0,85 МПа і підтримується насосом високого тиску, встановленим на голівці блоку циліндрів двигуна.
Спочатку рекомендується перевірити надійність електричних контактів в колодках джгутів проводів вузлів системи упорскування, що відповідають за подачу палива (паливний насос низького тиску, форсунки).
Перевірити тиск палива в трубопроводі низького тиску (перший ступінь) можна манометром зі шлангом-перехідником для підключення до перехідного штуцера насоса високого тиску. Манометр підключають до штуцера насоса в розриві топлівоподводящего трубопроводу, від'єднавши його від штуцера насоса.
Перед перевіркою необхідно знизити тиск в системі; перевірочні роботи проводять через 2 ... 3 год після зупинки двигуна (тиск за цей час знижується практично до нуля). Потім послаблюють хомут кріплення трубопроводу низького тиску, стиснувши пассатижами його відігнуті вусики, від'єднують трубопровід від штуцера насоса високого тиску і під'єднують манометр в розрив між паливним шлангом і штуцером насоса, запускають двигун і вимірюють тиск.
Можливі причини зниження тиску палива:
- несправність регулятора тиску палива;
- засмічення фільтра грубої очистки палива;
- засмічення фільтра тонкого очищення палива;
- несправність паливного насоса.
Величина тиску залежить від технічного стану паливного насоса високого тиску. Для перевірки працездатності насоса викручують контрольну пробку на вихідному штуцері насоса і під'єднують замість неї перехідник шланга манометра. Запускають двигун, встановивши по тахометру частоту обертання колінчастого вала 1500 об / хв. При цій частоті тиск палива, що створюється насосом в нагнітальному трубопроводі, має бути не нижче 0,75 ... 0,85 МПа. Якщо тиск менше вказаного значення, то насос слід замінити.
4.2. Регулювання насос форсунки після установки
Після установки насос-форсунки необхідно встановити регулювальним гвинтом 4 (рис. 6) найменшу відстань а між корпусом камери високого тиску і плунжером в його нижньому положенні.
Завдяки такому регулюванню виключається удар плунжера об дно камери високого тиску в результаті його подовження при нагріванні. Для цього колінчастий вал двигуна повертають настільки, щоб кулачок розподільного вала 2 встановився виступом вгору, а плече коромисла 3 з роликом виявилося в самому нижньому положенні. Потім відпускають контргайку 5 і закручують регулювальний гвинт 4 до упору в плунжер. Після цього викручують регулювальний гвинт на 225° і, не змінюючи його положення, затягують контргайку.
Рисунок 6 - Схема насос-форсунки: 1 - камера високого тиску; 2 - кулачок розподільного вала; 3 - коромисло; 4 - регулювальний гвинт; 5 - контргайка;
6 - плунжер; а - найменша відстань.
Очищення насос-форсунок здійснюється в ультразвукової ванні, при цьому корпус форсунок, по можливості, повинен бути спрямований сопловими отворами вниз.
При огляді насос-форсунки на поршні і на пластині накопичувача, на сідлі голки і голці не повинно бути слідів тріщин, корозії та інших ушкоджень. Сідло поршня клапана не повинно прироблятися до пластини клапана. Поршень клапана і голка форсунки повинні легко переміщатися. Голка форсунки не повинна прироблятися до упорної шайбі, на якій не повинно бути слідів кавітації.
5. Система живлення Common Rail
Система живлення Common Rail використовується в дизелях серійних моделей з 1997 року. Common Rail - це метод впорскування палива в камеру згоряння під високим тиском, не залежних від частоти обертання двигуна або навантаження. Головна відмінність системи Common Rail від класичної дизельної системи полягає в тому, що ПНВТ призначений тільки для створення високого тиску в паливній магістралі. Він не виконує функцій дозування циклової подачі палива і регулювання моменту уприскування. Система Common Rail складається з резервуара - акумулятора високого тиску (іноді його називають рампою), паливного насоса, електронного блоку управління (ЕБУ) і комплекту форсунок, з'єднаних з рампою. У рампі блок управління підтримує, змінюючи продуктивність насоса, постійний тиск на рівні 1600-2000 бар при різних режимах роботи двигуна і при будь-якій послідовності уприскування по циліндрах. Відкриттям-закриттям форсунок управляє ЕБУ, який розраховує оптимальний момент і тривалість вприскування, на підставі даних цілого ряду датчиків - положення педалі акселератора, тиску в паливній рампі, температурного режиму двигуна, його навантаження і т. П. Форсунки можуть бути електромагнітними, або більш сучасними - п'єзоелектричними. Головні переваги п'єзоелектричних форсунок - висока швидкість спрацьовування і точність дозування. Форсунки в дизелях c Common rail можуть працювати в багатоімпульсному режимі: в ході одного циклу паливо впорскується кілька разів - від двох до семи. Спочатку надходить крихітна, всього близько міліграмма, доза, яка при згорянні підвищує температуру в камері, а слідом йде головний «заряд». Для дизеля - двигуна із запалюванням палива від стиснення - це дуже важливо, тому що при цьому тиск в камері згоряння наростає більш плавно, без «ривка». Внаслідок цього мотор працює м'якше і менш шумно, знижується кількість шкідливих компонентів у вихлопі. Декілька подань палива за один такт попутно забезпечує зниження температури в камері згоряння, що призводить до зменшення утворення окису азоту-однієї з найбільш токсичних складових вихлопних газів дизеля. Характеристики двигуна з Common Rail багато в чому залежать від тиску уприскування. В системах третього покоління воно становить 2000 бар. Найближчим часом в серію буде запущено четверте покоління Common Rail з тиском уприскування 2500 бар.
За прогнозами компанії Robert Bosch GmbH, частка дизельних двигунів із системою Common Rail на ринку у 2019 р. досягне 83% (у 2008 р. ця цифра становила всього 24%). Тож нині практично кожен виробник дизельних двигунів різних класів, від малих легкових і до великих суднових, використовує систему Common Rail та позначає її власною абревіатурою. Ось лише деякі з них: Daimler: CDI, CRD; Fiat: JTD, Ecotec CDTi, TTiD, DDiS; Ford Motor: TDCi; General Motors: CDTi, VCDi; Hyundai та Kia: CRDi; Mazda: CiTD; Mitsubishi: DI-D; Toyota: D-4D; Skoda: TDI; Volkswagen Group: TDI.
Будова й принцип роботи системи
Будова. Паливна система (рис.7) складається із двох контурів: низького тиску – електронасос (1) у паливному баку та паливний фільтр (2) і контуру високого тиску – паливний насос високого тиску (ПНВТ) (3), клапан дозування (4), датчик тиску палива (5), паливна рампа (6), регулятор тиску палива (контрольний клапан) (7), форсунки (8). Усі елементи з’єднані паливопроводами і приводяться в дію системою електронного регулювання роботи двигуна із датчиками керування та виконавчими механізмами.
Рисунок 7 – Схема паливної системи Common Rail
Жовтим кольором показаний контур низького тиску, червоним - контур високого тиску, коричневим - зворотний злив палива в бак.
1-Паливопідкачуючий насос. 2-Паливний фільтр. 3-Паливний насос високого тиску. 4-Клапан дозування. 5-Датчик тиску палива в рампі. 6-Акумулятор високого тиску - паливна рейка. 7-Регулятор тиску (контрольний клапан).
8-Інжектори (форсунки).
Магістральний ПНВТ використовується в системі подачі палива Common Rail. Робота магістрального ПНВТ полягає в нагромадженні палива в паливній рампі, потім подається на форсунки. Тиск в магістральному паливному насосі високого тиску складає приблизно 1800 Мпа.
ПНВТ (3) служить лише для створення високого тиску (величина якого може бути різною, й у кожного виробника своя) палива і подавання його до паливної рампи. Він на відміну від класичного ПНВТ не виконує функції дозування палива та регулювання моменту його впорскування.
Магістральний насос буває одно-, дво- або трьох плунжерним. Приводиться магістральний ТНВД від кулачкового вала.
Рисунок 8 – Схема магістрального ПНВТ Common Rail
1 – привідний кулачковий вал, 2 – ролик, 3- плунжерна пружина, 4 – плунжер,
5 – штуцер напірної магістралі, 6 – випускний клапан, 7 – впускний клапан,
8 – електромагнітний клапан дозування палива, 9 – фільтр тонкої очистки палива, 10 – перепускний клапан, 11 – штуцер зворотнього паливопроводу,
12 - штуцер випускного паливопроводу.
Коли кулачки впливають на плунжер, той переміщується вниз, відбувається розширення компресійної камери, тиск падає і створюється розрядження, яке призводить до відкриття впускного клапана, і паливо починає надходити.
Коли плунжер піднімається - тиск зростає і клапан закривається. Коли тиск досягає необхідної позначки, паливо через випускний клапан нагнітається в паливну рампу.
Процес подачі палива в магістральному ТНВД регулюється дозуючим паливним клапаном, відкриття і закриття, якого здійснюється за допомогою електроніки.
Клапан дозування (4) (рис.7) конструктивно об’єднаний із ПНВТ і регулює кількість палива, яке надходить до ПНВТ залежно від потреби (режиму роботи) двигуна, зливаючи його надлишок у бак. Датчик тиску (5) слідкує за тиском палива у контурі високого тиску.
Паливна рампа (6) виконує декілька функцій: накопичення палива та утримання його під високим тиском; зм’якшення коливань тиску, що виникають внаслідок пульсації подавання від ПНВТ; розподілення палива між форсунками.
Регулятор тиску (7) встановлено у паливній рампі й призначений він для: регулювання тиску і накопичення палива у системі залежно від навантаження двигуна; зменшення коливання тиску, яке відбувається від подавання ПНВТ.
Форсунки (електромагнітні або п’єзоелектричні) (8) – один із найважливіших елементів системи. Вони безпосередньо впорскують паливо у камеру згоряння двигуна. А впорскування палива електрогідравлічними форсунками здійснюється електромагнітним клапаном. Активним елементом п’єзофорсунки є п’єзокристали, які значно підвищують швидкість її роботи.
Рисунок 9 – Схема електромагнітної форсунки Common Rail
1 - повернення палива, 2 - електричні виводи, 3 - електромагнітний клапан,
4 - вхід палива з акумулятора, 5 - кульковий клапан, 6 - жиклер камери гідрокерування,7 - «живильний» жиклер, 8 - камера гідрокерування,
9 - керуючий плунжер, 10 - канал до розпилювача,11 - голка форсунки.
Паливо в форсунку подається через вхідний штуцер високого тиску (4) (див.рис.9) і далі в канал (10) і камеру гідрокерування (8) через жиклер (7). Камера гідрокерування з'єднується з лінією повернення палива (1) через жиклер камери гідрокерування 6, який відкривається електромагнітним клапаном. При закритому жиклері (6) сили гідравлічного тиску, прикладені до керуючого плунжеру (9), перевершують сили тиску, прикладені до заплічок голки (11) форсунки.
В результаті голка сідає на сідло і закриває прохід палива під високим тиском в камеру згоряння. При подачі пускового сигналу на електромагнітний клапан жиклер (6) відкривається, тиск в камері гідрокерування падає, і в результаті сила гідравлічного тиску на керуючий плунжер також зменшується. Оскільки сила гідравлічного тиску на керуючий плунжер виявляється менше сили, що діє на заплечик голки форсунки, остання відкривається, і паливо через соплові отвори впорскується в камеру згоряння. Таке непряме управління голкою форсунки, що використовує систему мультиплікатора, дозволяє забезпечити дуже швидкий підйом голки, що неможливо зробити шляхом прямого впливу електромагнітного клапана.
Так звана «керуюча доза» палива, необхідна для підйому голки форсунки, є додатковою по відношенню до дійсної кількості палива, що впорскується, тому це паливо прямує назад, в лінію повернення палива через жиклер камери гідрокерування. Крім «керуючої дози» в лінію повернення палива і далі в паливний бак також виходять витоки через напрямні голки форсунки. До колектора лінії повернення палива також приєднуються запобіжний клапан (обмежувач тиску) акумулятора і редукційний клапан ПНВТ.
Робота форсунки
Робота форсунки може бути розділена на чотири робочих стадії при працюючому двигуні і створенні високого тиску ПНВТ:
- форсунка закрита з доданим високим тиском;
- форсунка відкривається (початок уприскування);
- форсунка повністю відкрита;
- форсунка закривається (кінець уприскування).
Ці робочі стадії є результатом дії сил, прикладених до деталей форсунки. При зупиненому двигуні і відсутності тиску в акумуляторі форсунка закрита під дією пружини.
Форсунка закрита: при закритій форсунці живлення на електромагнітний клапан не подається (рис. а). При закритому жиклері камери гідрокерування пружина якоря притискає кульку до сідла, високий тиск, що подається в камеру і до розпилювача форсунки з акумулятора, збільшується. Таким чином, високий тиск, що діє на торець керуючого плунжера, разом із зусиллям пружини тримають форсунку закритою, долаючи сили тиску в камері розпилювача.
Форсунка відкривається: перед початком процесу упорскування, ще при закритій форсунці, на електромагнітний клапан подається великий струм, що забезпечує швидкий підйом кулькового клапана (рис. b). Кульковий клапан відкриває жиклер камери гідрокерування і, оскільки тепер електромагнітна сила перевершує силу пружини якоря, клапан залишається відкритим, і практично одночасно сила струму, що подається на обмотку електромагнітного клапана, зменшується до струму, необхідного для утримування якоря. Це можливо тому, що повітряний зазор для електромагнітного потоку тепер зменшується.
При відкритому жиклері паливо може випливати з камери гідрокерування в верхню порожнину і далі по лінії повернення палива в бак. Тиск в камері гідрокерування зменшується, порушується баланс тисків, і тиск в камері розпилювача, що дорівнює тиску в акумуляторі, виявляється вище тиску в камері гідрокерування. В результаті сила тиску, що діє на торець керуючого плунжера зменшується, голка форсунки піднімається, і починається процес вприскування палива. Швидкість підйому голки форсунки визначається різницею витрат через жиклер і соплові отвори. Керуючий плунжер досягає верхнього упору, де залишається, підтримуваний «буферним» шаром палива, що утворюється в результаті зазначеної вище різниці витрат через жиклер і соплові отвори. Голка форсунки тепер повністю відкрита, і паливо впорскується в камеру згоряння під тиском, практично рівним тиску в акумуляторі. Розподіл сил в форсунки подібно розподілу в фазі відкриття.
Форсунка закривається (кінець уприскування): як тільки припиняється подача живлення на електромагнітний клапан, пружина якоря переміщує його вниз, і кульковий клапан закривається. Якір складається з двох частин, тому, хоча тарілка якоря переміщається вниз заплечиком, вона може створювати протидію поворотною пружиною, що зменшує напір на якір і кульку. Закриття жиклера призводить до підвищення тиску в камері гідрокерування при вступі до неї палива через «живильний» жиклер (7). Це тиск, що дорівнює тиску в акумуляторі, діє на торець керуючого плунжера, і сила тиску разом з силою пружини долають силу тиску, що діє на заплечик голки форсунки, яка закривається.
Швидкість посадки голки форсунки на сідло, тобто швидкість закриття форсунки, визначається витратою через «жививлячий» жиклер. Впорскування палива припиняється, як тільки голка форсунки сідає на сідло.
Роботу системи впорскування Common Rail забезпечує система електронного керування двигуном, що об’єднує блок керування, датчики (положення і частоти обертання колінчастого вала двигуна, положення педалі акселератора, температури холодильної рідини, тиску й температури повітря, тиску палива та ін.) й виконавчі механізми систем двигуна. Блок керування двигуном враховує і прораховує щосекунди різні фактори: температуру, тиск, крутний момент, тиск на педаль подавання палива тощо. На основі цих даних система керування регулює момент упорскування, кількість палива та сам принцип його подавання. Саме цим і досягається оптимальний для кожного режиму роботи двигуна результат.
Принцип роботи. Паливо з бака забирається електронасосом низького тиску (1) (див. рис.7) і через паливний фільтр (2) надходить до ПНВТ (3), який подає його у паливну рампу (6). На основі сигналів, що надходять від датчиків, блок керування двигуном визначає необхідну кількість палива, яку ПНВТ постачає через клапан дозування (4) для підтримання необхідного тиску у рампі залежно від витрати палива. Паливна рампа (6) з’єднана паливопроводами високого тиску з електромагнітними або п’єзоелектричними форсунками (8). У необхідний момент блок керування дає команду відповідним форсункам розпочати впорскування палива і забезпечує певну тривалість відкриття клапана форсунки. Відповідно до режиму роботи двигуна блок керування коректує параметри роботи системи впорскування. Для підвищення ефективності роботи двигуна у системі Common Rail відбувається багаторазове впорскування палива протягом одного робочого циклу двигуна, яке за фазами подавання поділяється на попереднє, основне та додаткове впорскування.
Попереднє впорскування незначної кількості палива здійснюється перед основним для підвищення температури і тиску в камері згоряння, чим досягається прискорення самозаймання основного палива, зниження шуму й токсичності відпрацьованих газів. Залежно від режиму роботи двигуна здійснюється:
– два попередніх впорскування – на холостому режимі;
– одне попереднє впорскування – за збільшення навантаження;
Основне впорскування забезпечує роботу двигуна під час його повного навантаження.
Додаткове впорскування здійснюється задля підвищення температури відпрацьованих газів і згоряння часток сажі у сажовому фільтрі (регенерація сажового фільтра).
Переваги системи Common Rail
– тиск, за якого відбувається впорскування палива, можна безперевно підтримувати незалежно від частоти обертання колінчастого вала двигуна, і він залишається практично постійно високим протягом усього циклу подавання палива, що особливо важливо для стабілізації горіння на холостому ходу і на малий обертах під час роботи з частковим навантаженням;
– момент початку й кінця подавання палива може регулюватися у широких межах, що дає змогу точніше дозувати паливо, а також здійснювати подавання його декількома порціями протягом робочого циклу задля повнішого згоряння;
– більш високий ККД двигуна (близько 45%) порівняно з традиційними системами (до 35%), у результаті чого підвищується потужність двигуна до 40%;
– двигун працює тихіше (шум знижується приблизно на 10%);
– робота двигуна стає більш м’якою, що підвищує довговічність його циліндро-поршневої групи;
– завдяки вдосконаленому подаванню палива, його витрата зменшується на 10 – 15%;
– великий крутний момент;
– вміст шкідливих речовин у відпрацьованих газах зменшується до 50%.
Недоліки Common Rail
– підвищені вимоги до чистоти та якості дизельного палива. Найбільш уразливими деталями системи є форсунки, регулятор високого тиску і клапан аварійного зменшення тиску. За виходу з ладу однієї або декількох із цих деталей можливі такі дефекти: пуск двигуна ускладнюється або стає неможливим; з’являються «провали» під час руху; робота двигуна стає жорсткою, виникає підвищена димність. Несправність форсунок може призвести до серйозних неполадок, таких як прогорання й оплавлення поршня;
– складніші форсунки потребують відносно частішої заміни порівняно з традиційними;
– велика кількість різного виду датчиків, активаторів та інших елементів керування ускладнює будову й технічне обслуговування системи;
– відносно висока ціна деталей і запасних частин системи;
– неможливість провести ремонт або налагодження системи власноруч, тому що потрібні спеціальні стенди та інструменти;
– все ще недостатній рівень кваліфікації персоналу для діагностики, ремонту й налагодження систем Common Rail у багатьох спеціалізованих сервісах.
6. ТО системи живлення дизельного двигуна
Діагностика електронних систем починається зі зчитування кодів несправностей, перевірки датчиків, виконавчих механізмів. Особливих дизельних сканерів немає, є універсальні для широкого кола автомобілів або дилерські - на певну марку. Для вивчення сигналу з пристрою, що перевіряється потрібен осцилограф, але вигідніше купити сканер з додатковою функцією осцилографа.
Тиск палива перевіряють манометрами. Низький - механічним, зі шкалою до 10 бар, а високий - спеціальним приладом з перехідниками і діапазоном НЕ нижче 3000 бар. Вимірювання кількості палива, що зливаються з форсунок, вимагає окремого набору пристосувань.
Алгоритм пошуку несправності залежить від характеру відмови. Якщо двигун не заводиться, спочатку перевіряємо цілісність приводу ГРМ. Якщо стартер обертає колінвал із зусиллям - привід ГРМ цілий, добре. Якщо без опору - погано: дизельні двигуни «втиковий», при руйнуванні приводу ГРМ поршні гнуть клапана.
Якщо привід ГРМ в порядку, переходимо до перевірки подачі палива. Електричний насос, що підкачує включається з поворотом ключа запалювання. При зносі або пошкодженні цього насоса змінюється споживана їм потужність, ЕБУ фіксує це як несправність і записує в пам'ять системи її код. Але повністю покладатися на електроніку не варто, тому підключаємо манометр до магістралі низького тиску (у механічного насоса, що підкачує для зручності контролю є штуцер). Якщо тут тиск в нормі, переходимо до ПНВТ.
Перевіряємо тиск палива в рампі в режимі прокрутки колінвала стартером. Ця частина системи оснащена датчиком тиску палива - скористаємося його послугами. Підключаємо до діагностичного роз'єму сканер і знаходимо потрібний параметр. Якщо він нижчий за норму, шукаємо, де ховається несправність. Винні можуть бути форсунки, електромагнітні клапани (регулятори) і сам ПНВТ.
Дизель Common Rail буває неможливо пустити через несправність хоча б однієї з форсунок. Витік палива через її клапан не дозволяє тиску в рампі піднятися до пускових значень. Для перевірки тиску при пуску є спеціальний діагностичний набір (контрольний манометр, датчик тиску, трубки для підключення, заглушки замість виконавчих механізмів і мірні ємності зворотного зливу).
Відновлення роботи насоса під силу лише спеціалізованій майстерні - з кваліфікованим персоналом і діагностичним обладнанням. Ремонт дорогою, іноді розумніше купити новий ПНВТ, але в ходу і відремонтовані або відновлені вироби.
Зношені форсунки розумно змінювати комплектом, при цьому розкид цін дуже великий. Характеристики кожної нової форсунки необхідно записати в пам'ять блоку управління двигуном, бо немає двох форсунок з однаковою продуктивністю, що при відсутності настройки погано відбивається на рівномірності роботи двигуна і його динамічних навантаженнях. Хоча в кожному ЕБУ присутній динамічна адаптація (постійне коректування циклової подачі палива для рівномірної роботи мотора), вона не може підмінити собою початкову настройку системи.
Обслуговування дизельних двигунів
ЩТО. У автомобілів з дизельним двигуном перевірити рівень оливи в ПНВТ і регуляторі частоти обертання колінчастого вала двигуна. При постановці автомобіля на стоянку злити відстій з паливних фільтрів.
ТО 1. Оглянути прилади системи живлення, їх кріплення і герметичність з'єднань. Перевірити дію приводу насоса високого тиску. У автомобілів з дизельним двигуном злити відстій з паливного бака і корпусів фільтрів тонкої і грубої очистки палива, перевірити рівень масла в паливному насосі високого тиску та регуляторі частоти обертання колінчастого вала двигуна.
ТО 2. Перевірити: кріплення і герметичність паливного бака, з'єднань трубопроводів, паливних насосів, форсунок, фільтрів, муфт приводу; справність механізму управління подачею палива і дія зупинки двигуна. Через одне ТО-2 зняти і перевірити форсунки.
Перевірити також: циркуляцію палива (при необхідності обпресувати систему); надійність пуску двигуна і відрегулювати мінімальну частоту обертання колінчастого вала в режимі холостого ходу; роботу двигуна, ТНВД і регулятора частоти обертання колінчастого вала, визначити димність відпрацьованих газів.
Через одне ТО-2 перевірити кут випередження впорскування палива. Перевірити рівень масла в паливному насосі високого тиску та регуляторі частоти обертання колінчастого вала двигуна.
СО. Перевірити стан і дію кранів, а також зливних пристроїв у системах живлення. Очистити (при необхідності) паливний бак і продути топлівопроводи (восени). Зняти паливний насос, промити і перевірити стан і роботу на стенді (восени).
Контрольні запитання:
1. Як відбувається живлення паливом дизельного двигуна?
2. Які є види ссистем живлення сучасного дизельного двигуна?
3. Як працює насос-форсунка?
4. Переваги та недоліки насос-форсунок.
5. Особливості обслуговування насос-форсунок.
5. Перерахувати основні елементи системи CommonRail.
6. Особливості будови паливного насоса високого тиску.
7. Особливості будови форсунки CommonRail.
8. Будова електронної гідравлічної системи упорскування.
9. Переваги та недоліки системи CommonRail
10. Особливості обслуговування системи CommonRail.