Диагностирование системы питания дизельных двигателей

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Назначение системы питания дизельного двигателя

1.1 Системы питания топливом

1.2 Системы питания воздухом

2. Обоснование необходимости диагностирования системы питания дизельных двигателей грузовых автомобилей

3. Физические принципы диагностирования системы питания дизельных двигателей грузовых автомобилей

4. Методы, средства, оборудование для диагностирования системы питания дизельного двигателя

5. Технология диагностирования системы питания дизельного двигателя

Заключение

Список информационных источников

Введение

Уровень автомобилизации мирового современного общества предъявляет повышенные требования к надежности автотранспортных средств, к обеспечению технико-экономических свойств и к снижению техногенного воздействия, прежде всего - выбросов вредных веществ в окружающую среду.

Грузовой автомобильный транспорт играет существенную роль в транспортном комплексе нашей страны, обслуживая предприятия и организаций всех форм собственности и население.

Согласно оценкам, вклад автомобильного транспорта в перевозки грузов составляет 75-77%.

Отечественное и мировое автомобилестроение в настоящее время отказывается от использования несовершенных систем питания дизельных двигателей внутреннего сгорания и переходит к использованию более современных, в том числе и электронных систем питания дизельных двигателей грузовых автомобилей.

В то же время, наблюдения показали, что усложнение системы привело к увеличению функциональных и параметрических отказов.

Это предопределяет необходимость усовершенствования существующих и разработки новых методов и средств диагностирования системы питания дизельных двигателей.

Задача обеспечения качества диагностических работ системы питания может быть успешно реализовано только на основе использования современных информационных технологий, в основу которых положены достижения отечественной и зарубежной систем диагностирования техники.

Однако, не смотря на вышесказанное, в нашей стране и в настоящее время еще широко используется грузовая автотехника выпущенная в 90-и и даже 80-е годы, что не позволяет отказываться от хорошо известных, внедренных ранее, методов и средств диагностирования системы питания дизельных двигателей. Таким образом, вопросы диагностирования системы питания дизельных двигателей грузовых автомобилей, проблемы создания новых, надежных, методов диагностирования всегда будут оставаться актуальными.

1. Назначение системы питания дизельного двигателя

Система питания топливом дизельного двигателя предназначена для размещения, очистки и своевременной подачи топлива в цилиндры в нужном количестве и под достаточным давлением на всех режимах его работы при любой температуре окружающего воздуха.

Система питания дизельного двигателя состоит из:

- системы питания топливом (рисунок 1);

- системы питания воздухом (рисунок 6).

1.1 Системы питания топливом

Схема системы питания топливом двигателя грузового автомобиля приведена на рисунке 1. В общем случае в систему питания топливом входят узлы, размещенные вне двигателя (на раме или в корпусе машины), и на двигателе. К первым относятся топливные баки 1, бачок 7 для сбора топлива, предпусковой топливоподкачивающий насос 10, топливораспределительный кран 11, топливопроводы низкого давления и некоторые другие узлы. Ко вторым в первую очередь относятся основной топливоподкачивающий насос 8, топливный насос высокого давления (ТНВД) 5, форсунки 4 и топливопроводы высокого давления.



Рисунок 1. Схема системы питания топливом двигателя грузового автомобиля:

1 -- топливные баки; 2 -- кран для выпуска воздуха; 3 -- фильтр тонкой очистки; 4 -- форсунки; 5 ТНВД; 6 -- двигатель; 7 -- бачок для сбора топлива; 8 -- основной топливоподкачивающий насос; 9 -- фильтр грубой очистки; 10 -- предпусковой топливоподкачивающий насос; 11 -- топливораспределительный кран; топливные трубопроводы обозначены сплошной линией; трубопроводы для удаления воздуха из системы обозначены пунктиром.

При работе двигателя топливо из топливных баков забирается основным топливоподкачивающим насосом и под давлением 0,05…0,1 МПа подается

ТНВД. По пути из баков к насосу топливо проходит через топливораспределительный кран, предпусковой топливоподкачивающий насос и фильтр 9 грубой очистки. Если на ТС установлен только один топливный бак или несколько баков, сообщающихся друг с другом, то топливораспределительный кран отсутствует. Перед поступлением в ТНВД из насоса топливо очищается от мельчайших примесей в фильтре 3 тонкой очистки. Нагнетательные секции ТНВД, приводимого в действие от коленчатого вала двигателя, в определенные моменты согласно рабочему циклу и порядку работы двигателя подают топливо под высоким давлением (до 50 МПа и более) в необходимом количестве к форсункам. Через форсунки, ввернутые в головку блока цилиндров, топливо впрыскивается в камеры сгорания в те моменты, когда в цилиндрах завершается такт сжатия.

Перед пуском двигателя заполнение системы топливом и подача его к ТНВД осуществляются с помощью предпускового топливоподкачивающего насоса. После пуска этот насос не функционирует.

Если в ТНВД и трубопроводы высокого давления, соединяющие его с форсунками, попадает воздух, то подача топлива в цилиндры нарушается. Следовательно, нарушается и нормальный режим работы двигателя. С целью предотвращения попадания воздуха в ТНВД на пути топлива к нему помещают воздухоотстойник, расположенный в самой высокой точке системы. Обычно воздухоотстойник размещают в крышке фильтра тонкой очистки. Перед пуском двигателя в случае необходимости скопившийся в воздухоотстойнике воздух отводят в воздушные полости топливных баков 1 через кран (клапан) 2 для выпуска воздуха. Для этого при неработающем двигателе открывают кран (клапан) и с помощью предпускового насоса прокачивают систему. В этом случае топливо вытесняет воздух из воздухоотстойника в воздушную полость топливного бака через топливораспределительный кран (как показано на рисунке) или напрямую.

Топливо, просочившееся в форсунках между иглой и распылителем, отводится по сливным трубопроводам в специальный бачок 7 или в какой-либо основной топливный бак.

Топливные баки служат для хранения топлива. Они могут иметь различную конфигурацию и вместимость в зависимости от конструкции конкретного транспортного средства. Общая вместимость топливных баков определяется запасом хода машины (обычно не менее 500 км). Чаще всего баки изготавливает из листовой стали или высокопрочного пластика, стойкого к воздействию химически активного топлива. Для предотвращения коррозии внутренние поверхности стальных баков покрывают бакелитовым лаком, оцинковывают или лудят. С целью увеличения жесткости баков на их стенках иногда выштамповывают желоба, а внутри устанавливают несплошные перегородки, которые к тому же уменьшают площадь свободной поверхности топлива и ослабляют его колебания во время движения ТС.

Наливные горловины топливных баков обычно снабжают сетчатыми фильтрами. В нижней части баков размещают отстойники. Если бак имеет значительную вместимость, то слив топлива осуществляется через отверстие с пробкой и шариковым клапаном, расположенное выше отстойника. В этом случае используется специальный ключ-трубка со шлангом. Воздушное пространство баков соединяется с атмосферой через дренажные трубки или другие специальные устройства, которые должны исключать возможность попадания огня во внутреннюю полость бака и вытекания топлива при резких толчках транспортного средства, а также (по возможности) обеспечивать очистку воздуха, поступающего в баки. Для замера количества топлива в баках раньше применялись измерительные стержни. В настоящее время для этой цели чаще всего используются электрические датчики поплавкового типа, посылающие электрический сигнал, пропорциональный уровню топлива, к соответствующему указателю на приборной панели ТС.

Основной топливоподкачавающий насос обеспечивает бесперебойную подачу топлива из баков к ТНВД при работающем двигателе. Он обычно приводится в действие от коленчатого или распределительного вала двигателя. Может применяться и автономный электродвигатель, питаемый от генератора автомобиля.

Использование электропривода обеспечивает равномерную подачу топлива независимо от частоты вращения коленчатого вала и возможность аварийного отключения всей системы.

Существуют различные конструкции топливоподкачивающих насосов. Они могут быть шестеренными, плунжерными (поршневыми) или коловратными (пластинчатого типа). Как правило, применяются плунжерные и коловратное насосы.

Рисунок 2. Схема плунжерного топливоподкачиваюгцего насоса:

1 -- нагнетательный клапан; 2 -- корпус насоса ручной подкачки топлива; 3 -- поршень насоса ручной подкачки топлива; 4 -- впускной клапан; 5 -- корпус топливоподкачивающего насоса; 6, 9 -- пружины; 7 -- плунжер; 8 -- шток; 10 -- толкатель; 11 -- ролик; 12 -- эксцентрик кулачкового вала.

Плунжерный топливоподкачивающий насос состоит из корпуса 5, плунжера 7 с пружиной 6, толкателя 10 с роликом 11, пружиной 9 и штоком 8, а также клапанов -- впускного 4 и нагнетательного 1 с пружинами. Толкатель с плунжером могут перемещаться вверх-вниз. Перемещение вверх происходит при повороте эксцентрика 12, изготовленного как одно целое с кулачковым валом ТНВД; перемещение вниз обеспечивают пружины 6 и 9.

При сбегании выступа эксцентрика с ролика толкателя плунжер под действием пружины б перемещается вниз, вытесняя топливо, находящееся под ним, в нагнетательную магистраль насоса. В это время нагнетательный клапан закрыт, а впускной под действием разрежения над плунжером открыт, и топливо поступает из впускной магистрали в надплунжерную полость. При движении толкателя и плунжера вверх впускной клапан закрывается под действием давления топлива, а нагнетательный, наоборот, открывается, и топливо из надплунжерной полости поступает в нижнюю камеру под плунжером. Таким образом, нагнетание топлива происходит только при движении плунжера вниз.

Если подачу топлива в цилиндры двигателя уменьшают, в выпускном трубопроводе насоса, а значит, и в полости под плунжером давление возрастает. В этом случае плунжер не может опуститься вниз даже под действием пружины 6, и толкатель со штоком перемещается вхолостую. По мере расходования топлива давление в нагнетательной полости понижается, и плунжер под действием пружины 6 опять начинает перемещаться вниз, обеспечивая подачу топлива.

Плунжерный топливоподкачивающий насос обычно совмещен с насосом 2 ручной подкачки топлива. Данный насос устанавливается на входе в основной топливоподкачивающий насос и приводится в действие вручную за счет перемещения поршня 3 со штоком. При движении поршня вверх под ним образуется разрежение, открывается впускной клапан, и топливо заполняет подплунжерное пространство. При перемещении поршня вниз впускной клапан закрывается, а нагнетательный открывается, позволяя топливу пройти далее по топливной магистрали.

В мощных грузовых дизелях применяются в основном коловратные топливоподкачивающие насосы (рисунок 3.). Ротор 7 насоса приводится во вращение от коленчатого вала двигателя. В роторе имеются прорези, в которые вставлены пластины 6. Одним (наружным) концом пластины скользят по внутренней поверхности направляющего стакана 8, а другим (внутренним) -- по окружности плавающего пальца 5, расположенного эксцентрически относительно оси ротора. При этом они то выдвигаются из ротора, то вдвигаются в него. Ротор и пластины делят внутреннюю полость направляющего стакана на камеры А, Б и В, объемы которых при вращении ротора непрерывно меняются. Объем камеры А увеличивается, поэтому в ней создается разрежение, под действием которого топливо засасывается из впускной магистрали. Объем камеры В уменьшается, давление в ней повышается, и топливо вытесняется в нагнетательную полость насоса. Топливо, находящееся в камере Б, переходит от входного отверстия стакана к выходному. При повышении давления в нагнетательной полости до определенного уровня открывается редукционный клапан 2, преодолевая усилие пружины 7, и излишек топлива перепускается обратно во впускную полость насоса. Поэтому в нагнетательной полости и выпускном трубопроводе поддерживается постоянное давление. Перед пуском, когда двигатель и, следовательно, основной топливоподкачивающий насос не работают, топливо через него может прокачиваться предпусковым топливоподкачивающим насосом. В этом случае открывается перепускной клапан 3, преодолевая усилие пружины 4. В закрытом положении тарелка этого клапана перекрывает отверстия в тарелке редукционного клапана.

Рисунок 3. Схема коловратного топливоподкачивающего насоса

1 -- пружина редукционного клапана; 2 -- редукционный клапан; 3 -- перепускной клапан; 4 -- пружина перепускного клапана; 5 -- плавающий палец; 6 -- пластина; 7 -- ротор; 8 -- направляющий стакан; А--В -- камеры насоса

Перед пуском двигателя заполнение системы топливом и подача его к ТНВД осуществляются с помощью предпускового топливоподкачивающего насоса 10. 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.

Очистка топлива от механических примесей и воды происходит в фильтрах грубой 9 и тонкой 3 очистки. Фильтр грубой очистки, устанавливаемый перед основным топливоподкачивающим насосом 8, задерживает частицы размерами 20… 50 мкм, на долю которых приходится 80…90 % массы всех примесей. Фильтр тонкой очистки, помещаемый между основным топливоподкачивающим насосом и ТНВД, задерживает примеси размерами 2…20 мкм.

В настоящее время в силовых установках с дизелями применяют следующие типы фильтров грубой очистки: сетчатые, ленточно - и пластинчато - щелевые.

У сетчатых фильтров фильтрующим элементом является металлическая сетка. Из нее можно образовывать концентрические цилиндры, через стенки которых продавливается топливо, или дискообразные секции, нанизанные на центральную трубу с отверстиями в стенке, соединенную с выходным трубопроводом. В ленточно - щелевом фильтре фильтрующим элементом служит гофрированный стакан с намотанной на него профильной лентой. Через щели между витками ленты, образованными за счет ее выступов, топливо из пространства, окружающего фильтрующий элемент, попадает во впадины между гофрированным стаканом и лентой, а затем -- в полость между дном и крышкой стакана, откуда удаляется через выпускной трубопровод.

Фильтрующий элемент пластинчато-щелевого фильтра представляет собой полый цилиндр, составленный из одинаковых тонких кольцевых дисков с отгибными выступами. За счет этих выступов между дисками образуются зазоры. Топливо поступает к наружным и внутренним поверхностям цилиндра и, проходя через щели между дисками, очищается. Очищенное топливо через торцевые отверстия в дисках направляется в верхнюю часть фильтра к выходному отверстию.

Очень часто фильтр грубой очистки совмещают с отстойником для воды, находящейся в дизельном топливе. В этом случае необходимо периодически отворачивать пробку отстойника для удаления из него скопившейся воды.

В фильтрах тонкой очистки в качестве фильтрующих элементов обычно используют картонные элементы типа «многолучевая звезда» или пакеты из картонных и фетровых дисков. Реже применяют каркасы с адсорбирующей механические примеси набивкой (например, минеральной ватой), каркасы с тканевой или нитчатой обмоткой и др.

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.

На двигателях грузовых автомобилей особо широко применяются насосы с рядным расположением плунжерных пар, кулачковый вал приводит в действие один плунжер, подающий топливо только к одному цилиндру двигателя. Другая конструкция ТНВД с рядным расположением плунжерных пар может регулировать фазы впрыскивания в дополнение к изменению количества топлива. Насос распределительного типа характеризуется механическим или электронным регулятором и интегральным устройством, управляющим углом опережения впрыскивания. Одноплунжерный насос распределительного типа с вращающимся плунжером обычно применяется для высокооборотных двигателей легковых автомобилей и малотоннажных грузовиков. Центральный плунжер, приводимый в движение от кулачкового диска, создает давление и распределяет топливо по отдельным цилиндрам, а дозатор или электромагнитный клапан регулирует количество впрыскиваемого топлива. Насос распределительного типа с радиальным расположением плунжерных пар встречаются на дизелях с высокой частотой вращения коленчатого вала для легковых автомобилей и малотоннажных грузовиков с непосредственным впрыскиванием топлива.

Элементы насоса в обоих типах систем изготавливаются с высокой точностью для обеспечения продолжительного срока службы и стабильности работы, точного регулирования момента отсечки и количества впрыскиваемого топлива, а также равномерности дозирования по отдельным цилиндрам. Имеются также насосы с рядным расположением плунжерных пар и распределительного типа, приводимые в действие от кулачкового вала двигателя. Другой концепцией впрыскивания топлива представляется система насос-форсунка, в которой насос и форсунка объединены в один узел. Насос-форсунка устанавливается в головке каждого цилиндра. Устройство приводится распределительным валом двигателя, непосредственно толкателем или косвенно при помощи коромысла (рокера).

Насосы с рядным расположением плунжерных пар

Каждый насос высокого давления с рядным расположением плунжеров имеет плунжерную пару для каждого цилиндра двигателя. Приводимый в движение двигателем кулачковый вал вызывает движение плунжера, повышающего давление топлива. Возврат его в первоначальное положение осуществляется пружиной. Плунжер подгоняется к втулке с такой точностью (зазор составляет 3...5 мкм), что он фактически работает без утечек даже при высоком давлении и на любых частотах вращения коленчатого вала двигателя. Рабочий ход плунжера является постоянным.

Рисунок 4. Насос с рядным расположением плунжерных пар:

1- втулка нагнетательного клапана: 2 - опорный торец пружины: 3 - нагнетательный клапан: 4 - втулка плунжера: 5 - плунжер насоса; 6 - рычаг со сферической головкой; 7 - управляющая рейка; 8 - поворотная втулка; 9 - управляющий пояс плунжера: 10 - пружина плунжера: 11 - седло пружины: 12 - роликовый толкатель; 13 - кулачковый вал.

Рисунок 5. Регулирование подачи топлива в ТНВД с рядным расположением плунжерных пар

1 - из топливного канала: 2 - к форсунке: 3 - втулка: 4 - плунжер: 5 - нижняя регулирующая спиральная выемка: 6 - вертикальная канавка.

Количество подаваемого топлива регулируется посредством поворота плунжера - спиральная выемка изменяет его действительный рабочий ход. Активная работа насоса начинается, когда верхняя кромка плунжера закрывает впускное отверстие. Прорезь соединяет камеру выше плунжера с зоной ниже пространственной спиральной выемки.

Рисунок 6. ТНВД с рядным расположением плунжерных пар с механическим регулятором (центробежного типа):

1- топливный бак: 2 - регулятор: 3 - топливоподкачивающий насос; 4 - ТНВД; 5 - муфта опережения впрыскивания: 6 - привод от двигателя; 7 - топливный фильтр: 8 - перепускной канал: 9 - форсунка: 10 - линия возврата топлива; 11- пиния избыточного потока. Для регулирования подачи топлива используются плунжеры с различными типами спиральных канавок. В плунжерах только с нижней спиральной канавкой начало подачи топлива всегда происходит при том же такте сжатия, а при вращении плунжера может изменяться опережение или запаздывание впрыска топлива. При верхнем расположении спиральной канавки изменяется начало впрыска топлива. Имеются также плунжеры с верхним и нижним расположением спиральных канавок.

Рядный ТНВД с дополнительной втулкой

Такой насос для управления углом опережения впрыскивания осуществляет регулировку закрытия отверстия (начало подачи топлива). Выпускное отверстие в корпусе насоса включено в золотник каждого плунжерно-втулочного комплекта. Управляющий вал с рычагами регулирует положение всех скользящих контактов одновременно посредством смещения скользящего контакта вверх или вниз, вводя опережение или запаздывание начала подачи топлива. Поворот вала производится электромагнитным механизмом. Датчик перемещения иглы контролирует начало впрыскивания непосредственно в форсунке. Он передает соответствующий сигнал к ECU в целях регулирования тока возбуждения соленоида для достижения совместимости с заданными исходными величинами. Датчик частоты вращения коленчатого вала подает точную информацию о продолжительности впрыскивания топлива по отношению к ВМТ посредством импульсов от контрольных меток на маховике.

Рисунок 7. Рядный ТНВД с электронным управлением цикловой подачей топлива:

1 - рейка; 2- исполнительный механизм; 3 - кулачковый вал; 4 - датчик частоты вращения коленчатого вала; 5 - ECU. Входные/выходные величины: а - отключение при избыточной подаче; b - повышение давления; с - скорость движения автомобиля; d - температура (вода, воздух, топливо): е - изменение впускаемого количества топлива; f - скоростной режим: g - перемещение рейки; h - положение соленоида; i - индикатор расхода топлива и частоты вращения; к - диагностика; i- положение дросселя; m - заданный скоростной режим; n - сцепление, тормоза, торможение двигателем.

ТНВД распределительного типа (VE)

Такой насос применяется для 3, 4, 5 и 6- цилиндровых дизельных двигателей грузовых автомобилей мощностью до 20 кВт на цилиндр. Насосы распределительного типа для двигателей с непосредственным впрыском обеспечивают давление до 700 бар при частоте вращения до 2400 мин-1.

Насос распределительного типа включает только один плунжерно-втулочный комплект для питания всех цилиндров.

Рисунок 8. Плунжер с регулирующей втулкой: 

а - начало подачи топлива; b- конец подачи топлива; 1 - регулирующая спиральная канавка; 2 - регулирующая втулка; 3 - выпускное отверстие; 4 - регулирующая канавка; 5 - плунжер насоса.

Плунжер не только создает требуемое давление топлива во время его рабочего хода, но и одновременно, вращаясь, распределяет его по отдельным выходным отверстиям. Во время одного оборота ведущего вала плунжер совершает количество тактов, равное числу цилиндров двигателя. Ведущий вал вращает кулачковую шайбу и плунжер, с которым она соединена. Выступы на кулачковой шайбе обеспечивают осевое перемещение плунжера и его вращение (распределение и подачу топлива). Насос продолжает подачу топлива во время рабочего хода до тех пор, пока выпускное отверстие плунжера остается закрытым, и прекращает подачу топлива, как только выпускное отверстие совмещается с отверстием в регулирующей втулке. Регулятор определяет положение регулирующей втулки, которая перемещается на плунжере.

Рисунок 9. Рядный насос с регулирующей втулкой: 

1 - плунжер насоса; 2 - контрольная втулка; 3 - управляющий шток регулирующей втулки; 4 - регулирующая рейка.

Распределительный насос с аксиальным плунжером

Такой насос представляет дальнейшее развитие концепции наддува в ранее рассмотренных насосах распределительного типа с электронным управлением. В нем добавлены: соленоидный клапан высокого давления; электронной блок управления (ECU); датчик угла поворота. Соленоидный клапан закрывается, определяя начало подачи топлива. Скорость впрыскивания соответствует продолжительности закрытия клапана. Давление впрыскивания топлива достигает 1200 бар.



Рисунок 10. Роторный ТНВД распределительного типа с электромагнитным управлением:

1 - датчик (угла/времени); 2 - ECU; 3 - ротор; 4 - игла соленоидного клапана; 5 - кожух распределителя; 6 - соленоид управления давления: 7 - устройство для регулирования опережения впрыскивания топлива: 8 - радиально-плунжерный насос; 9 - управляющий электромагнитный клапан; 10 -обратный клапан.

Распределительный роторный ТНВД

Такие насосы предназначены для двигателей с непосредственным впрыском топлива с высокими рабочими характеристиками. Уровни давления со стороны насоса достигают 1000 бар, хотя соответствующие величины в распылителе могут повышаться до 1500 бар. Ввиду того, что кулачковый механизм имеет непосредственный привод, отклонения от заданных законов подачи топлива минимальны. Электромагнитное управление обеспечивает быстрое реагирование на открытие и закрытие плунжерной камеры.

Насос-форсунки с клапанным регулированием цикловой подачи

Новое поколение систем впрыскивания топлива на основе одного насоса, регулируемого по времени, для современных легковых и грузовых автомобилей с дизелями с непосредственным впрыском характеризуется модульной конструкцией; эти системы включают электронно-управляемый блок насос-форсунки (PDE) и блок насоса (PLD).

Рисунок 11. Блок насос-форсунки (РDЕ): 

1 - пружина; 2 - корпус насоса; 3 - плунжер насоса; 4 - головка цилиндра; 5 - держатель пружины; 6 - стяжная гайка; 7 - статор; 8 - якорная пластина; 9 - игла соленоидного клапана; .10- стяжная гайка соленоидного клапана; 11 - заглушка канала высокого давления; 12 - заглушка канала низкого давления; 13 - упор иглы соленоида; 14 - сужение; 15 - возврат топлива; 16 - подача топлива; 17 - инжектор; 18 - нажимной штифт: 19 - прокладка; 20 - распылитель.

Электронно-управляемый блок насос-форсунки представляет собой одноцилиндровый ТНВД. Этот блок характеризуется интегральным соленоидным клапаном и предназначен для установки непосредственно на головке цилиндров дизеля. Кронштейны, работающие на растяжение, удерживают отдельные модули, которые имеют раздельные цепи подачи топлива для каждого из цилиндров двигателя. Кулачок на распределительном валу приводит в действие индивидуальную для каждого цилиндра насос-форсунку непосредственно через коромысло или косвенно посредством штанги толкателя и коромысла. Быстродействующий соленоидный клапан, в соответствии с параметрами, определяемыми в программной карте двигателя, обеспечивает точную регулировку времени начала впрыска топлива и скорости потока. В отключенном положении соленоидный клапан обеспечивает неограниченный проход потока топлива от насоса к цепи низкого давления системы. Соленоидный клапан включается во время хода подачи плунжера насоса, перекрывая перепускной клапан, таким образом, герметизируя цепь высокого давления. Топливо затем подается к форсунке, как только превышается давление открытия распылителя. То есть впрыск топлива начинается, когда соленоидный клапан закрывается. 

Насос-форсунка используется при давлениях впрыскивания топлива до 160 МПа (180 МПа для перспективных моделей). Эта конструкция также может применяться для выборочного индивидуального отключения цилиндра (при частичных нагрузках).

Аккумуляторная топливная система типа "Common Rail"

Системы с аккумулятором делают возможным объединение системы впрыскивания топлива дизеля с различными дистанционно выполняемыми функциями и в то же время позволяют повышать точность управления процессом сгорания топлива. Отличительная характеристика системы с общим трубопроводом заключается в разделении узла, создающего давление, и узла впрыскивания. Это делает возможным повысить величину давления впрыскивания топлива. 



Рисунок 12. Система впрыскивания с общей рейкой и аккумулятором давления:

1 - топливный бак; 2 - фильтр; 3 - топливоподкачивающий насос; 4 -насос высокого давления; 5 - редукционный клапан; 6 - датчик давления; 7- аккумулятор; 8 -форсунки; 9 - ввод данных от измерительных датчиков; 10 - ECU. 

Основу системы составляет резервуар (аккумулятор). Этот резервуар включает компоненты распределительного трубопровода (общая рейка), линии подачи топлива и форсунки. Плунжерный насос высокого давления (линейный насос на грузовых автомобилях, радиальное плунжерное устройство на легковых автомобилях) создает давление; этот насос может предназначаться для работы при низких значениях крутящего момента в целях существенного уменьшения потребности в тяговом усилии. 

Давление системы, создаваемое ТНВД, распространяется через аккумулятор и топливопроводы к форсунке. Форсунка обеспечивает подачу нужного количества топлива в камеру сгорания. В точно установленный момент ECU передает сигнал возбуждения к соленоиду форсунки, означающий начало подачи топлива. Количество впрыскиваемого топлива определяется периодом открытия распылителя и давлением в системе.

Форсунка служит для подачи топлива в цилиндр двигателя под высоким давлением в мелкораспыленном виде. Типичная форсунка (рисунок 13.) включает в себя корпус 5 с распылителем 3, направляющим штифтом 4 и накидной гайкой 2, иглу 1 распылителя со штоком 6, пружину 7 с опорной шайбой, регулировочным винтом 9 и втулкой 8, колпачковую гайку 10 и топливоприемный штуцер 12 с сетчатым фильтром 11. Распылитель и игла должны быть очень точно подогнаны друг к другу. В верхней части распылителя имеются один кольцевой и несколько (чаще всего три) вертикальных топливных канала, а в нижней части -- центральные входной и выходной каналы с распыляющими отверстиями. Диаметр этих отверстий составляет 0,2…0,4 мм. Игла своим нижним конусным концом закрывает выходной канал. Распылитель плотно прикрепляется к корпусу-форсунки с помощью накидной гайки. Топливный канал корпуса соединяется с кольцевым каналом распылителя через его вертикальные каналы. Правильное положение распылителя относительно корпуса обеспечивает направляющий штифт.

Рисунок 13. Форсунка:

1 -- игла распылителя; 2 -- накидная гайка; 3 -- распылитель; 4 -- направляющий штифт; 5 -- корпус форсунки; 6 -- шток; 7 -- пружина; 8 -- втулка; 9 -- регулировочный винт; 10 -- колпачковая гайка; 11 -- сетчатый фильтр; 12 -- топливоприемный штуцер.

Топливо, подаваемое к форсунке по топливоприемному штуцеру, проходит через сетчатый фильтр и по топливным каналам корпуса верхней части распылителя поступает в его кольцевую полость. По достижении необходимого давления в этой полости, действующего кроме прочего на конический поясок иглы, она поднимается вверх, преодолевая сопротивление пружины. В это время открывается выходной канал, и топливо через него и распыливающие отверстия поступает в камеру сгорания цилиндра двигателя.

После прекращения подачи топлива насосной секцией ТНВД и падения давления игла снова садится в свое седло, прекращая впрыскивание топлива. Просочившееся через неплотности топливо поступает в верхнюю часть форсунки и через отверстия в винте 9 и гайке 10 по специальному трубопроводу сливается в бачок 7 для сбора топлива.

Современные жесткие требования к уровню выбросов вредных веществ двигателями внутреннего сгорания вынудили конструкторов дизелей искать новые решения в области топливной аппаратуры для них. Дело в том, что даже самые совершенные ТНВД не могут обеспечить такого давления топлива, при котором оно распылялось бы настолько мелко, что могло бы полностью сгореть в камере сгорания.

Неполное сгорание приводит к большему расходу топлива, а самое главное -- к повышению в отработавших газах концентрации вредных веществ, в частности сажи. В связи с этим в настоящее время для дизелей с непосредственным впрыском все чаще применяется так называемая аккумуляторная система питания топливом.

Основное отличие такой системы от «классической» заключается в наличии общей топливной рампы (аккумулятора давления), в которой во время работы двигателя создается очень высокое давление.

Топливная рампа соединена трубопроводами высокого давления с электронно-управляемыми топливными форсунками, иглы которых перемещаются с помощью электромагнитов по сигналам от компьютера (электронного блока) управления двигателем. Такая система питания топливом позволяет оптимизировать работу двигателя практически по всем параметрам.

1.2 Системы питания воздухом

В систему питания дизельного двигателя воздухом входят воздушный фильтр, впускные трубопроводы, а у двигателей с наддувом -- также и турбокомпрессор, нагнетающий воздух в цилиндры двигателя.

Воздушный фильтр в общем виде (рисунок 6) может состоять из корпуса 3, крышки 1 и сменного фильтрующего элемента 2, состоящего из двух перфорированных стальных кожухов и гофрированного картона между ними. Патрубок 7 предназначен для отсоса пыли из корпуса фильтра.

Рисунок 14. Воздушный фильтр:

1 -- крышка; 2 -- фильтрующий элемент; 3 -- корпус; 4 -- диффузор; 5, 6, 7 -- патрубки.

Воздух поступает в фильтр через патрубок 5, очищается в нем и выходит через патрубок 6.

Турбокомпрессор.

На дизельных двигателях грузовых автомобилей установлен турбокомпрессор, использующий энергию выхлопных газов для наддува воздуха в цилиндры дизеля. Турбокомпрессор (рисунок 15.) состоит из центробежного одноступенчатого компрессора и радиальной центростремительной турбины.

Рисунок 15. Турбокомпрессор:

1 - диск; 2 - корпус; 3 - стопорное кольцо; 4 - фиксатор; 5 - средний корпус; 6 - втулка; 7 - колесо турбины с валом; 8 - корпус турбины; 9 - подшипник; 10 - маслоотражатель; 11 - уплотнительное кольцо; 12 - колесо компрессора; 13 - гайка; 14 - втулка; 15 - диффузор.

Принцип работы турбокомпрессора заключается в том, что выхлопные газы из цилиндров под давлением поступают через выхлопной коллектор в камеры газовой турбины. Расширяясь, газы вращают колесо центробежного турбокомпрессора. Центробежный турбокомпрессор через воздухоочиститель всасывает воздух, сжимает его и подает под давлением в цилиндры дизеля. Подшипник турбокомпрессора смазывается маслом, поступающим по трубопроводу от центробежного масляного фильтра. Из турбокомпрессора масло по маслоотводящей трубке сливается в картер дизеля. Колесо турбины 7 отлито из жаропрочного никелевого сплава и приварено к валу ротора. Колесо компрессора 12 отлито из алюминиевого сплава и закреплено на валу ротора с помощью специальной гайки 13.В турбокомпрессоре предусмотрены контактные газомасляные уплотнения с пружинными кольцами 11. Со стороны турбины уплотнительные кольца установлены в канавке втулки 6,напрессованной на вал ротора Со стороны компрессора уплотнительные кольца установлены в канавке втулки 14. Для повышения эффективности масляного уплотнения со стороны компрессора зона уплотнительного кольца отделена от зоны активного выброса масла из подшипника маслоотражателем 10, образующим дополнительный лабиринт.

2. Обоснование необходимости диагностирования системы питания дизельных двигателей грузовых автомобилей

Любая машина (механизм) может быть в двух состояниях - исправном и неисправном. Машина исправна, если она соответствует всем предъявляемым к ней требованиям.

На систему питания приходится до 9% неисправностей автомобилей с дизельными двигателями. Характерными неисправностями являются: нарушение герметичности и течь топлива, особенно топливопроводов высокого давления; загрязнение воздушных и особенно топливных фильтров; попадание масла в трубонагнетатель; попадание масла в трубонагнетатель; износ и разрегулировка плунжерных пар насоса высокого давления; потеря герметичности форсунок и снижение давления начала подъема иглы; износ выходных отверстий форсунок, их закоксовывание и засорение. Эти неисправности приводят к изменению момента начала подачи и и впрыскивания топлива ,неравномерности работы топливного насоса по углу и количеству подаваемого топлива, ухудшению качества распыливания топлива. Что прежде всего вызывает повышение дымности отработавших газов и в незначительной степени приводит к повышению расхода топлива и снижению мощности двигателя (на 3- 5 %).

Надежность узлов и компонентов системы питания дизельных двигателей, устанавливаемых на современные автомобили достаточно высока, поэтому при своевременном диагностировании, выполнении замены изношенных и вышедших из строя в результате старения материалов деталей вероятность внезапного их отказа значительно мала. Отказы редко происходят спонтанно и обычно являются следствием иногда продолжительного развития дефекта.

Основополагающим шагом при диагностировании системы питания, выявлении причин отказа является выбор точки начала поисков. Часто причина оказывается лежащей на поверхности, однако в некоторых случаях приходится потрудиться, проводя значительные исследования. Автолюбитель, произведший полдюжины случайных проверок, замен и исправлений вполне имеет шанс обнаружить причину отказа (или его симптом), однако такой подход нельзя назвать разумным, ввиду его трудоемкости и бесцельности затрат времени и средств. Гораздо эффективнее оказывается спокойный логический подход, своевременное диагностирование узлов и элементов системы питания.

3. Физические принципы диагностирования системы питания дизельных двигателей грузовых автомобилей

Диагностирование системы питания включает в себя: проверку герметичности системы и состояния топливных и воздушных фильтров, проверку топливоподкачивающего насоса, а также насоса высокого давления и форсунок.

Негерметичность части системы находящейся под высоким давлением, проверяется визуально по подтеканию топлива при работающем двигателе. Негерметичность впускной части (от бака до топливоподкачивающего насоса), приводящая к подсосу воздуха и нарушению работы топливоподкачивающей аппаратуры проверяют с помощью специального прибора - бачка. Часть магистрали, находящейся под низким давлением, можно проверить на негерметичность и при неработающем двигателе путем опрессовки ручным топливоподкачивающим насосом.

Состояние сухих воздушных фильтров проверяют по разрежению за фильтром при помощи водяного пьезометра ( должно быть не более 700 мм вод. столба).

Состояние топливных фильтров можно проверить на холостом ходу двигателя по давлению за фильтром (допускается не мене 150 кПа), а более точно по перепаду давления до и после фильтра (не более 20 кПа). Более низкое давление свидетельствует также о неисправной работе топливоподкачивающего насоса, который после переборки в условиях цеха при испытаниях на специальном стенде должен обеспечивать (при 1050 об/мин) не менее 50 кПа, напор не мене 400кПа и подачу не ниже 25 см на 100 рабочих ходов (приведенные нормативы - для восьмицилиндровых двигателей МАЗ и КамАЗ).

Контроль насоса высокого давления и форсунок непосредственно на автомобиле проводят при превышении двигателем норм по дымности и с целью выявления неисправностей и оптимизации технических воздействий по обслуживанию и ремонту топливной аппаратуры. Наибольшее распространение получил метод, основанный на анализе изменения давления, фиксируемого при помощи специального датчика, устанавливаемого у форсунки в разрыв нагнетательного топливопровода Диагностирование по указанному методу осуществляется при помощи упрощенных аналоговых приборов с одним встраиваемым датчиком и стробоскопом (типа К261), обеспечивающих определение частоты вращения коленчатого вала двигателя, установочного угла опережения впрыска топлива, возможности проверки качества работы регулятора частоты вращения и автоматической муфты опержения впрыскивания топлива, а также давления начала впрыскивания по каждому цилиндру (при перестановке датчика).

При отсутствии средств диагностирования для снижения дымности необходимо провести трудоемкие профилактические работы, в первую очередь по форсункам и насосу высокого давления с их снятие и последующей переборкой и испытаниями в условиях цеха. Снятая форсунка проверяется: на герметчность при давлении 30 МПа, при этом время падения давления от 28 до 23 МПа должно быть не менее 8 с; на начало подъема (давление впрыскмивания), которое должно составлять (16,5 +0,5) МПа для двигателей КамАЗ, на качество распыла, который должен быть четким, туманообразным и ровным по поперечному сечению конуса, иметь характерный «металлический» звук. Давление впрыскивания форсунки регулируют путем изменения толщины регулировочных шайб, установленных под пружину, или с помощью регулировочной гайки.

Наиболее сложной и ответственной являются цеховая проверка и регулировка насоса высокого давления на начало подачи, ее равномерность и собственно подача топлива, осуществляемая на специальных стендах. Неточность интервала между началом подачи топлива каждой секций относительно первой не должна превышать 20, а неравномерность при установке рейки в положение максимальной подачи - не более 5%. На стенде регулируются пусковая и максимальная цикловая подача топлива, а также работа регулятора топлива (выключение подачи топлива при остановке двигателя, автоматическое выключение подачи топлива при установленных максимальной частоте вращения коленчатого вала двигателя и частоте начала работы автоматического регулятора).

Установлено, что причиной чрезмерной дымности отработавших газов является недостаточная точность регулировки топливных насосов высокого давления при ремонте, а также значительные отклонения по величине пропускной способности рабочих (устанавливаемых на дизель) форсунок и топливопроводов. Вследствие этого имеет место имеет место прежде всего большая неравномерность по величине цикловой подачи топлива между отдельными цилиндрами дизеля, что в свою очередь приводит к увеличению удельного расхода топлива (ухудшение топливной экономичности).

Основную долю погрешности при регулировки ТНВД и форсунок на безмоторном стенде вносят форсунки с топливопроводами высокого давления, чтобы устранить этот недостаток в международной практике применяют системы эталонирования ДТА (система контрольных образцов).

Эта система позволяет снизить погрешности регулировки топливной аппаратуры. Однако применение стендовых эталонов требует производить корректировку значений цикловых подач топливных насосов высокого давления с учетом комплектности стендовых эталонов. В данной работе разработана методика корректировки регулировочных параметров ТНВД и сформированы таблицы регулировочных параметров ТНВД.

4. Методы, средства, оборудование для диагностирования системы питания дизельного двигателя

Приборы системы питания дизельного двигателя принципиально отличаются от подобных для карбюраторного двигателя. Поэтому использование диагностической аппаратуры для систем питания карбюраторных двигателей невозможно для систем питания дизельных двигателей.

В систему питания дизельного двигателя входят приборы, оказывающие влияние на расход топлива, такие как воздухоочиститель, фильтры предварительной и тонкой очистки топлива, подкачивающий насос, топливный насос высокого давления и форсунки, регулятор частоты вращения двигателя и привод. Наиболее интенсивному изнашиванию подвергаются плунжерные пары топливного насоса и форсунок, теряют свою упругость пружины. Нарушение герметичности и засорение элементов топливной системы приводит к перебоям в работе двигателя, а нарушение регулировок начала, величины и равномерности подачи топлива, угла опережения впрыска, давления начала подъема иглы форсунки, а также минимальной частоты вращения коленчатого вала в режиме холостого хода - к повышению расхода топлива и дымному выпуску отработавших газов.

Внешние признаки неисправной работы приборов системы питания дизельных двигателей приведены в таблице 1.

Таблица 1. Признаки нарушения нормальной работы системы питания дизельного двигателя и необходимые технические воздействия

Внешние признаки (симптомы) нарушения нормальной работы	Структурные изменения взаимодействующих элементов	Необходимые диагностические, профилактические и ремонтные воздействия
Затрудненный пуск двигателя. Неустойчивая работа двигателя	Нарушение герметичности топливной системы	Проверить герметичность, при необходимости закрепить элементы
Двигатель глохнет или не развивает достаточной мощности	Засорение фильтрующих элементов (топливных, воздушных) фильтров	Промыть или заменить фильтрующие элементы
Двигатель глохнет, не развивает достаточной частоты вращения коленчатого вала	Отказ в работе топливного насоса	Снять и разобрать насос, при необходимости заменить детали
Двигатель работает неравномерно и не развивает мощности	Засорение фильтров, форсунок	Проверить состояние фильтров
Затрудненный пуск и неравномерная работа двигателя	Нарушение нормальной работы форсунок	Снять форсунки и проверить на приборе
Неравномерная и «жесткая» работа двигателя, выпуск черного цвета	Нарушение угла опережения впрыска топлива	Проверить и отрегулировать установку угла опережения впрыска
Неравномерная работа двигателя со стуками и дымным выпуском	Нарушение регулировки реек топливного насоса	Проверить и отрегулировать равномерность подачи топлива в цилиндры
Двигатель чрезмерно увеличивает частоту вращения, идет «вразнос»	Нарушение работы регулятора	Проверить и отрегулировать регулятор или отремонтировать
Двигатель не развивает мощности, в воздухоочистителе темное масло	Загрязнение воздухоочистителя	Промыть фильтрующий элемент, залить масло

Контроль работы фильтров предварительной и тонкой очистки топлива и технические воздействия заключаются в ежедневном сливе отстоя, промывке фильтрующих элементов при ТО-1 и замене их при выполнении операций ТО-2.

Засорение воздухоочистителя приводит к понижению мощности двигателя и перерасходу топлива. Воздухоочиститель проверяют при работе на запыленных дорогах при ТО-1, в условиях зимнего периода при ТО-2.

Давление топлива в магистрали низкого давления проверяют подключением контрольного манометра между фильтром тонкой очистки и топливным насосом; при частоте вращения кулачкового вала 105010 об/мин максимальное давление должно быть не менее 4 кгс/см². Топливный насос высокого давления должен обеспечивать равномерную подачу дозированных порций топлива к форсункам под высоким давлением в порядке работы двигателя в момент, соответствующий концу такта сжатия в цилиндрах.

При выполнении ТО-2 в случае повышенного расхода топлива насос высокого давления рекомендуется снимать с места и диагностировать на стенде. Проверка и регулировка начала подачи топлива производится с помощью моментоскопа (рисунок 16.) в следующей последовательности:

Рисунок 16. Моментоскоп

1 - стеклянная трубка; 2 - переходная трубка; 3 - топливопровод высокого давления; 4 - шайба; 5 - накидная гайка

- отключить автоматическую муфту опережения впрыска;

- повернуть кулачковый вал насоса по часовой стрелке (со стороны привода). Первая секция отрегулированного насоса начинает подавать топливо за 38-39° до оси симметрии профиля кулачка;

- определить профиль симметрии кулачка первой секции, для чего установить моментоскоп на секции и, поворачивая вал насоса по часовой стрелке, следить за уровнем топлива в трубке моментоскопа; - момент начала движения топлива в моментоскопе зафиксировать на градуированном диске, закрепленном на валу насоса; - повернуть вал по часовой стрелке на 90°. Затем повернуть вал против часовой стрелки до начала движения топлива в моментоскопе и зафиксировать это положение на диске;

- отметить на градуированном диске середину между зафиксированными точками, которая определяет ось симметрии профиля кулачка первой секции;

- приняв угол, при котором первая секция начинает подачу топлива условно за 0°, определить начало подачи топлива в остальных секциях двигателя ЯМЗ_236 в следующем порядке: для четвертой секции 45°, второй - 120, пятой - 165, третьей - 240 и шестой - 285°.

Неточность угла между началом подачи топлива любой секции насоса относительно первой не более 20°. Регулировка начала подачи топлива производится регулировочным болтом толкателя. При вывертывании болта - подача ранняя, при ввертывании - поздняя.

Для двигателя ЯМЗ-238 начало подачи каждой последующей секции в соответствии с порядком работы секции должно происходить через 45° по отношению к предыдущей.

Техническое состояние форсунок определяют при выполнении ТО-2. Неисправную форсунку можно определить путем последовательного отключения цилиндров из работы. Для этого необходимо ослабить гайку у топливопровода высокого давления проверяемой форсунки так, чтобы топливо выходило наружу, минуя форсунку, что вызовет выключение цилиндра двигателя. Если при выключении двигателя изменения в работе двигателя не будет - форсунка неисправна, если же увеличатся перебои и неравномерность работы - форсунка исправна.

Для объективной проверки технического состояния форсунки с целью определения герметичности, давления начала подъема иглы форсунки и качества распыливания используют прибор КП_1609А (рисунок 17).



Рисунок 17. Прибор КП_1609А для проверки и регулировки форсунок

1 - бачок для топлива, 2 - проверяемая форсунка, 3 - монометр 4 - рычаг, 5 - корпус прибора

При определении герметичности форсунки прибором КП_1609А необходимо:

- установить форсунку на прибор;

- завертывая регулировочный винт форсунки, одновременно рычагом 4 увеличивать давление до 300 кгс/см²;

- прекратить подкачку, наблюдая за снижением давления;

- при достижении 280 кгс/см2 включить секундомер, а при давлении 230 кгс/см² выключить. Время падения давления топлива для изношенных форсунок должно быть не менее 5 с, а для новых распылителей - не менее 15 - 20 с. Быстрое падение давления указывает на нарушение герметичности сопряжений форсунки.

Увлажнение носика распылителя свидетельствует о неплотном прилегании запорной части иглы, что устраняется притиркой. Выход топлива из-под гайки пружины указывает на неплотность прилегания направляющей части иглы к корпусу распылителя форсунки. Давление начала подъема иглы форсунки, равное 150 ± 5 кгс/см², проверяют по его значению в момент начала впрыска топлива в следующей последовательности:

- установить форсунку на прибор;

- снять колпак форсунки и отпустить контргайку регулировочного винта пружины; рычагом 4 прибора медленно повышать давление, наблюдая за показаниями манометра 3, и определить давление начала подъема иглы, при котором начинается впрыск топлива;

- установить требуемое давление форсунки регулировочным винтом. При малом давлении впрыска регулировочный винт ввертывают отверткой, при большом - наоборот;

- затянуть контргайку (момент затяжки 7-8 кгс м) и вновь проверить давление начала подъема иглы.

Качество распыливания топлива считается удовлетворительным, если топливо впрыскивается в атмосферу в туманообразном состоянии и равномерно распределяется по поперечному сечению конуса струи. Начало и конец впрыска должны быть четкими, понижение давления при впрыске топлива должно быть 8-17 кгс/см², без подтекания топлива.