Система питания дизельного двигателя- устройство и неисправности

Предпусковой топливоподкачивающий насос

Перед пуском двигателя заполнение системы топливом и подача его к ТНВД осуществляются с помощью предпускового топливоподкачивающего насоса 70. Ранее были широко распространены насосы плунжерного и диафрагменного (мембранного) типов с ручным приводом. Однако в настоящее время все чаще применяются центробежные крыльчатые насосы с приводом от электродвигателя, питаемого электрической энергией аккумуляторной батареи. Они обеспечивают более быструю прокачку топлива, не требуют затрат мускульной энергии механика-водителя и могут использоваться в качестве аварийных при отказе основного топливоподкачивающего насоса.

ТНВД. Устройство и принцип работы

Топливный насос высокого давления 5 предназначен для точного дозирования топлива и его подачи в форсунки 4 под необходимым давлением и в определенный момент. В рядных двигателях такой насос помещают сбоку от двигателя, на верхней половине его картера. У V-образных двигателей его устанавливают в развале цилиндров. Существует множество типов ТНВД. В частности, на дизели сравнительно небольшой мощности, предназначенные для легковых автомобилей, как правило, устанавливают ТНВД распределительного типа с одним нагнетающим плунжером-распределителем. Однако мощные многоцилиндровые дизели чаще всего оборудованы многоплунжерными насосами. Пример такого ТНВД для шестицилиндрового V-образного дизеля представлен на рисунке.

Насос состоит из корпуса 5 с крышками, шести насосных секций, механизма привода насосных секций и механизма поворота плунжеров. Каждая насосная секция включает в себя плунжер 8, возвратную пружину 11 с опорными шайбами, нагнетательный клапан 3 с седлом, пружиной и упором, а также штуцер 2 и другие вспомогательные направляющие и крепежные детали. Механизм привода насосных секций состоит из кулачкового вала 7 и роликовых толкателей 6 с регулировочными болтами. В механизм поворота плунжеров входят поворотные втулки 10 с зубчатыми венцами и зубчатая рейка 9 с втулками и ограничительным винтом. Вдоль секций в корпусе насоса высверлены два продольных канала 1 и 4, соединенных друг с другом поперечными каналами. Каждый плунжер очень точно подогнан к своей гильзе, что обеспечивает достижение высокого давления с наименьшей утечкой топлива через зазоры.

Насос работает следующим образом. Кулачковый вал приводится во вращение от коленчатого вала двигателя с помощью зубчатой передачи (угловая скорость кулачкового вала в 2 раза меньше скорости коленчатого). Вращаясь, кулачковый вал перемещает своими кулачками роликовые толкатели 6, которые поднимают плунжеры вверх.

Обратный ход толкателей и плунжеров обеспечивается возвратными пружинами. К каналу 4 подводится топливо от топливоподкачивающего насоса, предварительно очищенное в фильтре тонкой очистки.

Когда плунжер находится в нижнем положении, топливо из канала 4 попадает в образовавшуюся надплунжерную полость. При движении плунжера вверх входное отверстие закрывается, и топливо под большим давлением проходит через нагнетательный клапан, штуцер и топливопровод высокого давления к форсунке.

Нагнетание топлива происходит до тех пор, пока надплунжерная полость не соединится со сливным каналом 1 с помощью осевых, радиальных и винтовых проточек в плунжере. При постоянном ходе плунжера, определяемом высотой выступа кулачка, количество подаваемого к форсунке топлива регулируется поворотом плунжера с помощью зубчатой рейки и поворотной втулки с зубчатым венцом. Винтовая проточка в плунжере выполнена так, что по мере его поворота изменяется расстояние от края перепускного отверстия, связанного с каналом 7, до края отсечной кромки винтовой проточки. При этом длина рабочего хода плунжера, во время которого происходит нагнетание топлива, также изменяется.

Для того чтобы топливо, подаваемое в цилиндры, успевало своевременно сгорать, и двигатель развивал наибольшую мощность, необходимо при росте частоты вращения коленчатого вала несколько увеличивать угол опережения впрыскивания топлива.

Регулирование этого угла у насосов с механическим управлением обеспечивается специальной центробежной муфтой, которая устанавливается в корпусе ТНВД и пропорционально частоте вращения коленчатого вала смещает на некоторый угол кулачковый вал насоса в направлении его вращения.

Карбюратор

Представляет собой прибор, служащий для подготовки топливно-воздушной смеси надлежащего состава. Воздух перемешивается в карбюраторе с жидким топливом, например, с бензином в необходимых пропорциях, а затем поступает к цилиндрам ДВС. Такое смешивание заложено как основополагающий принцип действия карбюратора.

Сегодня существует множество вариантов конструктивного исполнения данного прибора. Но, наиболее востребованным остается поплавковый карбюратор. Работает по следующему принципу.

Бензин, нагнетаемый бензонасосом, поступает в поплавковую камеру карбюратора, в которой необходимый уровень горючего поддерживается при помощи специального поплавка и игольчатого клапана. Когда расход бензина увеличивается, поплавок меняет свое положение, одновременно приоткрывается клапан, и в поплавковую камеру поступает новая порция топлива.

После того, как бензин залит до необходимого уровня, поплавок всплывает, клапан закрывается, и через входное отверстие прекращается подача топливной жидкости. Если утрировать, то действие поплавковой камеры карбюратора максимально схоже с принципом работы сливного бачка унитаза.

По распылительной трубке горючее из поплавковой камеры проникает в смесительную камеру, где микшируется с поступившей из воздушного фильтра очищенной порцией воздуха.

Непосредственное смешивание происходит следующим образом. При первом движении поршня от верхней до нижней мертвой точки клапан находится в открытом положении. При перемещении поршня вниз происходит всасывание очередной порции воздуха, которая пропускается через фильтр.

Затем при помощи диффузора движение воздуха значительно увеличивается, происходит его «закручивание», которое позволяет «зацепить» бензин из распылителя, при этом активно с ним перемешаться. При последующем движении поршня эта смесь через открытый клапан впуска проникает к цилиндрам. Все это происходит в смесительной камере, которая на языке автослесарей называется «кухней» карбюратора.

Количество горючего, поставляемого к цилиндрам, регулируется установленной дроссельной заслонкой, которая механически связана с педалью газа. Когда водитель нажимает на педаль, открывается заслонка, увеличивается содержание топливно-воздушной смеси, попадающей к цилиндрам, двигатель, соответственно, набирает обороты.

В случае отпускания педали происходит закрывание дроссельной заслонки, а значит, содержание смеси значительно снижается. В этом случае двигатель сбрасывает обороты.

Стоит отметить, что уровень бензина в поплавковой камере расположен ниже маркера выходного отверстия распылителя. Именно это предотвращает риск протекания топливной смеси при неработающем двигателе, даже если автомобиль находится наклонно.

Современные конструкции карбюраторов способны обеспечивать создание топливно-воздушной смеси в правильных пропорциях при всех рабочих режимах двигателя, что обеспечивает максимально корректную его работу.

Камера сгорания

В зависимости от вида камеры сгорания различают камеры раздельного типа и камеры нераздельного типа. Раздельная камера сгорания представляет собой дополнительную камеру небольшого объема, которая соединяется каналом с верхней частью цилиндра. Эта камера обычно находится в полости ГБЦ. Топливо через форсунку впрыскивается именно в эту, так называемую, предкамеру. В момент воспламенения топлива продукты горения распространяются по соединительному каналу в цилиндр и давят на поршень.

Основным плюсом таких моторов является мягкость работы. То есть во время работы такого двигателя почти не слышен характерный «дизельный стук». Это обусловлено тем, что взрывная волна при воспламенении топлива образуется внутри предкамеры и не воздействует непосредственно на поршень. На таких моторах в распылителях форсунок было, как правило, одно отверстие, что упрощало и удешевляло их изготовление. Но были и минусы в такой конструкции. Это сложность изготовления самой предкамеры и её рубашки охлаждения.

Моторы с раздельными камерами сгорания обладали довольно высоким расходом топлива.
Двигатели с нераздельными камерами сгорания получили большее распространение. Такие моторы чаще называют двигатели с непосредственным впрыском. То есть на них топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр в надпоршневое пространство. Камера сгорания может быть выполнена в днище поршня, в полости ГБЦ или частично там и там. По геометрической форме камеры сгорания могут быть разные. В некоторой степени это зависит от формы факела распыла топлива форсункой. Некоторые формы камеры сгорания способствуют образованию завихрений внутри цилиндра, что улучшает сгорание топлива.

Двигатели с непосредственным впрыском обладают рядом преимуществ по отношению к моторам с раздельными камерами сгорания. Самый главный показатель – это экономичность. Нераздельная камера сгорания имеет компактную форму, поэтому обладает малыми тепловыми потерями при работе двигателя. Это позволяет мотору быстрее выходить на рабочий тепловой режим и соответственно меньше тратить топлива. При нераздельной камере сгорания уменьшается высота ГБЦ и сложность её изготовления. Одним из минусов таких моторов является высокие ударные нагрузки, которые действуют на КШМ.

При использовании в форсунках распылителей с несколькими отверстиями малого диаметра удалось обеспечить более плавное горение топлива. Что послужило снижению ударных нагрузок, действующих на КШМ. Но производство таких форсунок довольно трудоемко и предъявляет к себе высокую точность изготовления, что сказывается на их стоимости. Тем не менее, именно моторы с непосредственным впрыском получили большое распространение в современном автомобилестроении. Такие моторы постоянно модернизируются и получают новые технологии, в частности по повышению прочности материалов КШМ.

Топливный насос низкого давления дизельного двигателя

Насос ТННД также входит в состав системы питания дизеля. Он устанавливается в непосредственной близости к насосу ТНВД, соединен с ним с помощью патрубков, через которые циркулирует топливо. Дизельное топливо нагнетается из бака при помощи специальной помпы. Топливный ТННД часто называют подкачивающий насос дизельного двигателя, в его состав входят две рабочие шестерни, находящиеся в постоянном зацеплении. При их вращении создается поток солярки, направленный в сторону ТНВД.

Если замечено, что производительность топливоподкачивающего механизма ТННД снизилась, его рекомендуется демонтировать для дальнейшей очистки и промывки. Более серьезный ремонт состоит в замене элементов, вышедших из строя, на новые детали, входящие в состав специальных ремонтных комплектов.

Фильтр тонкой очистки топлива

Для окончательной  очистки топлива на дизеле установлен фильтр тонкой очистки ФТ – 75А.

Который представляет собой чугунный корпус, в который ввернут штуцер. На штуцер устанавливается неразборной бумажный фильтрующий элемент ЭФТ – 75А. Фильтрующий элемент закрывается стаканом, который поджимается к корпусу стяжным болтом. Для уплотнения между корпусом и стаканом установлено кольцо. Отверстие для стяжного болта для слива топлива из фильтра закрыто пробкой. В отверстия корпуса фильтра ввернуты болты крепления топливопровода. На корпусе фильтра для выпуска воздуха при заполнении системы топливом имеется продувочный вентиль, состоящий из специального болта, шарика и иглы.

Нагнетаемое подкачивающим насосом топливо по топливопроводу поступает в фильтр. Пройдя через фильтрующий элемент, чистое топливо по каналу стяжного болта поступает в топливопровод подвода топлива к ТНВД.

Типы систем питания

Различают следующие виды систем питания двигателя, отличающиеся местом образования смеси:

1. внутри двигательных цилиндров;
2. вне двигательных цилиндров.

Топливная система автомобиля при образовании смеси за пределами цилиндра разделяется на:

• топливную систему с карбюратором
• с использованием одной форсунки (с моно впрыском)
• инжекторную

Назначение и состав топливной смеси

Для бесперебойной работы двигателя автомобиля необходима определенная топливная смесь. Она состоит из воздуха и топлива, смешанных по определенной пропорции. Каждая из этих смесей характеризуется количеством воздуха, приходящегося на единицу топлива (бензина).

Для обогащенной смеси характерно наличие 13-15 частей воздуха, приходящихся на часть топлива. Такая смесь подается при средних нагрузках.

Богатая смесь содержит менее 13 частей воздуха. Применяется при больших нагрузках. Наблюдается увеличенный расход бензина.

У нормальной смеси характерно наличие 15 частей воздуха на часть топлива. Обедненная смесь содержит 15-17 частей воздуха и применяется при средних нагрузках. Обеспечивается экономный расход топлива. Бедная смесь содержит более 17 частей воздуха.

Режимы работы системы питания

В зависимости от целей и дорожных условий водитель может применять различные режимы движения. Им соответствуют и определенные режимы работы системы питания, каждому из которых присуща топливно-воздушная смесь особого качества.

1. Состав смеси будет богатым при запуске холодного двигателя. При этом потребление воздуха минимально. В таком режиме категорически исключается возможность движения. В противном случае это приведет к повышенному потреблению горючего и износу деталей силового агрегата.
2. Состав смеси будет обогащенным при использовании режима «холостого хода», который применяется при движении «накатом» или работе заведенного двигателя в прогретом состоянии.
3. Состав смеси будет обедненным при движении с частичными нагрузками (например, по равнинной дороге со средней скоростью на повышенной передаче).
4. Состав смеси будет обогащенным в режиме полных нагрузок при движении автомобиля на высокой скорости.
5. Состав смеси будет обогащенным, приближенным к богатому, при движении в условиях резкого ускорения (например, при обгоне).

Выбор условий работы системы питания, таким образом, должен быть оправдан необходимостью движения в определенном режиме. » alt=»»>

Инжекторные топливные системы

Инжекторные топливные системы в настоящее время применяются гораздо чаще карбюраторных, особенно на бензиновых двигателях легковых автомобилей. Впрыск бензина во впускной коллектор инжекторного двигателя осуществляется с помощью специальных электромагнитных форсунок (инжекторов), установленных в головку блока цилиндров и управляемых по сигналу от электронного блока. При этом исключается необходимость в карбюраторе, так как горючая смесь образуется непосредственно во впускном коллекторе.

Рекомендуем: Устройство и принцип работы современного гидротрансформатора

Различают одно- и многоточечные системы впрыска. В первом случае для подачи топлива используется только одна форсунка (с ее помощью готовится рабочая смесь для всех цилиндров двигателя). Во втором случае число форсунок соответствует числу цилиндров двигателя. Форсунки устанавливают в непосредственной близости от впускных клапанов. Топливо впрыскивают в мелко распыленной виде на наружные поверхности головок клапанов. Атмосферный воздух, увлекаемый в цилиндры вследствие разрежения в них во время впуска, смывает частицы топлива с головок клапанов и способствует их испарению. Таким образом, непосредственно у каждого цилиндра готовится топливовоздушная смесь.

В двигателе с многоточечным впрыском при подаче электропитания к электрическому топливному насосу 7 через замок 6 зажигания бензин из топливного бака 8 через фильтр 5 подается в топливную рампу 1 (рампу инжекторов), общую для всех электромагнитных форсунок. Давление в этой рампе регулируется с помощью регулятора 3, который в зависимости от разрежения во впускном патрубке 4 двигателя направляет часть топлива из рампы обратно в бак. Понятно, что все форсунки находятся под одним и тем же давлением, равным давлению топлива в рампе.

Когда требуется подать (впрыснуть) топливо, в обмотку электромагнита форсунки 2 от электронного блока системы впрыска в течение строго определенного промежутка времени подается электрический ток. Сердечник электромагнита, связанный с иглой форсунки, при этом втягивается, открывая путь топливу во впускной коллектор. Продолжительность подачи электрического тока, т. е. продолжительность впрыска топлива, регулируется электронным блоком. Программа электронного блока на каждом режиме работы двигателя обеспечивает оптимальную подачу топлива в цилиндры.

Для того чтобы идентифицировать режим работы двигателя и в соответствии с ним рассчитать продолжительность впрыска, в электронный блок подаются сигналы от различных датчиков. Они измеряют и преобразуют в электрические импульсы значения следующих параметров работы двигателя:

• угол поворота дроссельной заслонки
• степень разрежения во впускном коллекторе
• частота вращения коленчатого вала
• температура всасываемого воздуха и охлаждающей жидкости
• концентрация кислорода в отработавших газах
• атмосферное давление
• напряжение аккумуляторной батареи
• и др.

Двигатели с впрыском бензина во впускной коллектор имеют ряд неоспоримых преимуществ перед карбюраторными двигателями:

• топливо распределяется по цилиндрам более равномерно, что повышает экономичность двигателя и уменьшает его вибрацию, вследствие отсутствия карбюратора снижается сопротивление впускной системы и улучшается наполнение цилиндров
• появляется возможность несколько повысить степень сжатия рабочей смеси, так как ее состав в цилиндрах более однородный
• достигается оптимальная коррекция состава смеси при переходе с одного режима на другой
• обеспечивается лучшая приемистость двигателя
• в отработавших газах содержится меньше вредных веществ

Вместе с тем системы питания с впрыском бензина во впускной коллектор имеют ряд недостатков. Они сложны и поэтому относительно дорогостоящи. Обслуживание таких систем требует специальных диагностических приборов и приспособлений.

Наиболее перспективной системой питания топливом бензиновых двигателей в настоящее время считается довольно сложная система с непосредственным впрыском бензина в камеру сгорания, позволяющая двигателю длительное время работать на сильно обедненной смеси, что повышает его экономичность и экологические показатели. В то же время из-за существования ряда проблем системы непосредственного впрыска пока не получили широкого распространения.

Система питания бензинового двигателя

Системы питания бензиновых двигателей бывают двух типов — карбюраторная и впрысковая (инжекторная). Поскольку на современных автомобилях карбюраторная система уже не применяется ниже рассмотрим лишь основные принципы ее работы. При необходимости вы легко сможете найти дополнительную информацию по ней в многочисленных специальных изданиях.

Система питания бензинового двигателя, независимо от типа двигателя внутреннего сгорания, предназначена для хранения запаса топлива, очистки топлива и воздуха от посторонних примесей, а также подачи воздуха и топлива в цилиндры двигателя.

Для хранения запаса топлива на автомобиле служит топливный бак. На современных автомобилях применяются металлические или пластмассовые топливные баки, которые в большинстве случаев расположены под днищем кузова в задней части.

Систему питания бензинового двигателя можно условно разделить на две подсистемы — подачи воздуха и подачи топлива. Что бы ни случилось, в любой ситуации наши специалисты по выездной тех помощи на дорогах москвы приедут и окажут необходимую помощь.

Система подачи воздуха практически одинакова для всех типов двигателей внутреннего сгорания. Воздух, предназначенный для подачи в цилиндры двигателя, очищается от пыли воздушным фильтром, который расположен в моторном отсеке автомобиля. Воздух очищается сменным фильтрующим элементом, который выполнен из специальной бумаги с мелкими порами. Из следующей главы можно будет узнать электронная система управления двигателем — что это такое и как осуществляется диагностика электронной системы управления двигателем.

Дальнейший путь очищенного воздуха зависит от типа системы питания и будет рассмотрен ниже. А в одной из следующих глав можно будет узнать система питания дизельного двигателя: устройство системы питания дизельного двигателя.

Воздухоочиститель

Для очистки всасываемого в цилиндр воздуха на дизеле установлен воздухоочиститель сухого  типа с применяемым в качестве фильтрующего элемента бумажных фильтр – патронов.

Воздух проходит предварительную в предочистители типа “Инерционная щетка” с эжекционным удалением отсепарированной пыли.

Предочиститель устанавливается на переходную трубу воздухоочистителя и крепится стяжным хомутом.

Для предотвращения засорения сетки воздухоочистителя пожнивными остатками на воздухоочиститель одевается защитный чехол.

Окончательную очистку воздух проходит в воздухоочистителе, который состоит из корпуса, внутри которого с помощью стяжного болта закреплены два фильтр – патрона: основной и предохранительный. Уплотнение фильтр – патронов с корпусом обеспечивается уплотнительными кольцами, приклеенным к торцам фильтр – патронов, а по стяжному болту – уплотнительными шайбами. Крышка поджимается к корпусу маховичком или барашковой гайкой с уплотнительной шайбой, наворачиваемой на стяжной болт. Фильтр – патроны воздухоочистителя состоят из наружной и внутренней сеток, бумажной фильтрующей шторы, заключенной внутри сеток и донышек, скрепленных герметично эпоксидной смолой или  полиэтиленом.

Воздух под действием разряжения, создаваемого во всасывающем коллекторе, пройдя через предочиститель, попадает внутрь корпуса воздухоочистителя. Проходя последовательно через фильтр – патроны, воздух очищается от пыли через выходной патрубок и поступает в турбокомпрессор. При этом предохранительный фильтр – патрон выполняет роль гарантийного элемента для защиты от пыли, в случае повреждения основного фильтр – патрона.

Турбокомпрессор

На дизеле установлен турбокомпрессор ТКР 8,5Н использующий энергию выпускных газов для наддува воздуха в цилиндры дизеля. Увеличивая весовое количество воздуха, поступающего в цилиндры, турбокомпрессор способствует повышению мощности дизеля.

Турбокомпрессор состоит из центробежного одноступенчатого компрессора с лопаточным диффузором и радиальной центростремительной турбины.

Корпус турбины отлит из чугуна, имеет газопроводящий спиральный канал (улитку) и фланец для крепления к выпускному коллектору. Проточная часть турбины для прохода выпускных газов образована корпусом турбины, сопловым венцом и колесом турбины.

Корпус компрессора отлит из алюминиевого сплава, имеет центральный входной патрубок и спиральный канал с выходным патрубком. Проточная часть компрессора образована корпусом компрессора, диском диффузора и колесом компрессора.

Корпусы турбины и компрессора крепятся  к  среднему корпусу, отлитому из алюминиевого сплава. Вал ротора турбокомпрессора вращается в бронзовом подшипнике типа качающейся  втулки. Подшипник установлен  в центральной бабышке среднего корпуса с определенным зазором. От вращения и осевого перемещения он удерживается фиксатором.

Подшипник турбокомпрессора смазывается маслом поступающим из масляного фильтра турбокомпрессора по каналу, просверленного в фиксаторе. Из турбокомпрессора масло по маслоотводящей трубке сливается в картер дизеля.

Колесо турбины отлито из жаропрочной легированной стали и приварено к валу ротора. Колесо компрессора отлито из алюминиевого сплава и крепится на валу ротора специальной гайкой.

В турбокомпрессоре предусмотрены контактные газомасленые уплотнения состоящие из втулки, втулки уплотнения, маслоотражателя, диска уплотнения и уплотнительных колец.