04.12.2007

О том, что опережение впрыска топлива для дизельных двигателей очень важно, объяснять никому не надо. Естественно, для каждой частоты вращения двигателя оптимальным будет какое-то определенное значение угла опережения, например, для холостого хода 800 об/мин – это 3°, 1000 об/мин - 4°, 1500 об/мин - 5° и т.д. Для достижения такой зависимости, которая, кстати, не является линейной, в корпусе ТНВД есть специальный механизм. Впрочем, это просто поршень (иногда в литературе его именуют таймером), который перемещается внутри ТНВД давлением топлива и через специальный поводок на тот или иной угол разворачивает специальную шайбу с волновым профилем. Будет поршень задвинут дальше – волна шайбы чуть раньше набежит на плунжер, тот начнет движение и раньше начнет подавать топливо к форсунке. Другими словами, угол опережения впрыска зависит от давления топлива внутри корпуса ТНВД и от степени износа волнового профиля шайбы. С давлением топлива, как правило, никаких проблем не бывает. Ну, разве что засорится топливный фильтр, заклинит в открытом состоянии плунжерок редукционного клапана или западут лопасти питающего насоса (внутри ТНВД).(РИС 38, РИС39)

рис. 38 рис.39

Рис. 38. Чтобы полностью проверить редукционный клапан, его можно вывернуть из ТНВД. Плунжер внутри этого редукционного клапана не должен быть заклинен. Так это или не так, можно проверить, надавив на плунжер спичкой. Под воздействием руки плунжер должен легко перемещаться, сжимая пружину.
Рис. 39 . Выкручивать редукционный клапан на уже снятом насосе не сложно. Проделать то же, не снимая ТНВД, уже сложнее.

Все эти проблемы возникают довольно редко и легко вычисляются. Оценить состояние топливного фильтра можно легко и однозначно, если перевести двигатель на внешнее питание, то есть под капот двигателя поместить пластиковую бутылку с дизельным топливом, а трубки питания ТНВД и «обратки» отсоединить от своих штатных мест и опустить в эту бутылку. После этого запускаем двигатель и проверяем его работу. Можно даже проехать несколько километров. Если в поведении двигателя ничего не изменилось, значит, топливный фильтр и все, что расположено дальше, к топливному баку, исправно. Кстати, если в бутылку с топливом добавить 30-50% любого моторного масла, то ТНВД будет вынужден подавать более густое топливо (смесь солярки с маслом). И если в ТНВД есть какой-то износ (например, плунжерных пар), износ этот как бы станет сказываться в меньшей степени, и работа двигателя станет лучше. Например, двигатель в горячем состоянии запускается очень тяжело. Причиной этого часто является недостаточный объем подаваемого топлива вследствие износа главной плунжерной пары. И если с густым топливом этот дефект (тяжелый запуск) почти исчезнет, можно с уверенностью снимать ТНВД и менять ему изношенную пару. Хотя в этом случае в ТНВД обычно надо менять все, и его проще выкинуть, чем чинить и потом регулировать. Впрочем, об этом уже выше писалось.

Состояние редукционного клапана (может находиться в заклиненном состоянии) и питающего насоса, можно оценить, используя насос ручной подкачки топлива. Если работа двигателя изменится после того, как вы при работающем двигателе начнете качать ручным насосом, т.е. начнете вручную поднимать давление в корпусе ТНВД, значит или клапан, или насос неисправен. Редукционный клапан легко вывернуть, не снимая ТНВД, и проверить. Только на большинстве дизельных двигателей фирмы «

Mitsubishi » для этого приходится тонким зубилом удалять уголок кронштейна, после чего головка редукционного клапана становится доступной для специального ключа. Кстати, этот редукционный клапан можно вывернуть и с помощью длинного бородка (зубильца), не используя ключ. (РИС.40)

Рис. 40. Поднять давление в корпусе ТНВД можно путем осаживания заглушки (1) редукционного клапана (2) тонким бородком. В результате этих ударов пружина (3) сильнее надавит на плунжер (4) и тот перекроет отверстие для сброса топлива (5). Чтобы вернуть заглушку обратно (снизить давление в корпусе ТНВД), надо сильнее пробить заглушку вниз, чтобы она сжала пружину полностью и надавила на плунжер таким образом, чтобы вытолкнуть стопор (6). После этого и плунжер и пружина легко вываливаются. Дальше надо перевернуть редукционный клапан и тонким бородком пробить заглушку обратно. Далее все собрать на место и повторить попытку регулировки давления.

Там все уплотнения сделаны на резиновых колечках (ториках) и сильной затяжки не требуется. Если этот клапан целый, его плунжер не заклинен в открытом положении, то следует подозревать неисправность питающего насоса. При условии, что при подкачке топлива работа двигателя становится ровнее. Правда, если из линии перелива (обратки) при работе двигателя льется топливо с пузырьками воздуха, то в первую очередь надо устранить подсос воздуха. Потому что если будет подсос воздуха, то сложно создать требуемое давление в ТНВД, даже с полостью исправным питающим насосом. Но проблемы с подсосом воздухом – это отдельная тема. Тут только заметим, что подсос воздуха, даже при внешнем питании, т.е. когда канистра с топливом находится выше ТНВД, возможен через сальник ТНВД и через не плотности центральной заглушки на чугунной части ТНВД. Эта заглушка используется для точной установки ТНВД по углу подачи топлива (ее вывинчивают, устанавливают микрометрическую головку и меряют ход плунжера, эта процедура описана почти во всех руководствах по ремонту ТНВД). При полностью исправном ТНВД, даже если он был ранее завоздушен, через 10 минут работы двигателя в линии перелива пузырьков воздуха нет.

Итак, угол опережения впрыска зависит от оборотов двигателя. Для экономии топлива, достижения высокой мощности и в плане экологии будет лучше, если этот угол опережения будет изменяться с учетом и других условий работы двигателя, таких, как величина нагрузки на двигатель, давление наддува, температура и др. Но полностью учет всех этих условий возможен только у ТНВД с электронным управлением. У обычных механических учитывается только давление топлива в корпусе ТНВД и, на более современных агрегатах, температура охлаждающей жидкости двигателя. Поршень в нижней части ТНВД перемещается в зависимости от давления топлива и через специальный стальной «палец» немного разворачивает профильную шайбу (эту же шайбу принудительно поворачивает поводок от механизма прогревного устройства). В результате волновой выступ шайбы будет раньше набегать на плунжер, и тот раньше начнет свое движение. Вся эта система была рассчитана и сделана на заводе и худо-бедно справлялась со своими обязанностями. До тех пор, пока не начался интенсивный износ. Интенсивным он стал потому, что в ТНВД стало поступать топливо без смазки (наше «сухое» зимнее топливо, так же как и керосин, почти не содержит тяжелых фракций, которые и обеспечивают смазку всех трущихся деталей), топливо с воздухом и просто грязное топливо (с абразивом). Впрочем, обычная старость тоже делает свое дело. В результате выступ на шайбе начинает чуть позже набегать на плунжер и тот в свою очередь начинает чуть позже свое движение. Другими словами начинается более поздний впрыск. Начало этого явления выглядит так. Двигатель работает на холостом ходу и, вследствие разного износа форсунок, немного трясется. Добавляем ему оборотов. Примерно на 1000 об/мин двигатель перестает трястись и как бы замирает – работает ровненько – ровненько. Еще повышаем обороты. И вдруг в диапазоне 1500 – 2000 об/мин появляются вздрагивания. Эти вздрагивания (тряска) могут появляться как при плавном, но интенсивном, так и при медленном повышении оборотов. Во время тряски из выхлопной трубы идет синий дым. Когда двигатель полностью прогреется, тряска в районе 1500 – 2000 об/мин исчезает. Это в самом начале развития дефекта. Потом тряска не пропадает и после прогрева двигателя. Точно такая же тряска появляется, если поднять давление впрыска на форсунках. В этом случае, если ТНВД изношен, тоже получится поздний впрыск топлива. Избавляемся мы от этого явления, повернув корпус ТНВД на более ранний впрыск. Иногда приходится доворачивать ТНВД почти до упора. Но прежде чем это сделать, послушайте работу двигателя. Когда у дизельного двигателя слишком ранний впрыск, он начинает работать более жестко (еще говорят, что у него стучат клапана). И если вы убедитесь, что оборотов за 50-100 до начала тряски эта жесткая составляющая в акустическом фоне дизеля исчезла, значит точно надо поворачивать ТНВД. Тут следует заметить, что у изношенных дизелей зазор поршень – цилиндр очень большой и поэтому они начинают работать жестко даже при абсолютно правильном угле опережения впрыска. Использование для установки опережения впрыска стробоскопа в нашем случае не совсем оправдано. Не будем говорить о том, что стробоскопы более уверенно ловят своим микрофоном стук уже сильно изношенной форсунки. Если же форсунка в приличном состоянии, а трубка подачи топлива закреплена штатно, лампа стробоскопа, как правило, дает сбои. Установить с помощью стробоскопа можно опережение впрыска при холостом ходе. Именно это опережение дается в технической документации. Но износ в ТНВД неравномерный. И очень часто установив опережение по метке с помощью стробоскопа при оборотах холостого хода, мы не избавляемся от тряски на оборотах, вызванной поздней подачей топлива. Поэтому мы и рекомендуем выставлять опережение на слух. При том износе, который имеют эксплуатируемые нами дизеля, это более приемлемый способ. Ведь только таким образом можно скомпенсировать поздний впрыск, вызванный низким давлением топлива в корпусе ТНВД из-за износа питающего насоса. Это почти то же самое, что и регулировка опережения зажигания у бензинок. Вы можете с помощью приборов установить опережение зажигания только при оборотах холостого хода (а другого и не предлагается руководствами по ремонту), но из-за неисправности, например, центробежного регулятора, машина ехать не будет. Ясно дело, что его надо чинить или менять. Но можно, повернув трамблер, выставить на слух приемлемый угол опережения зажигания. Разница только в том, что у бензиновых двигателей критерием правильности установки опережения зажигания без использования приборов будут детонационные стуки и мощность двигателя, а у дизелей – тряска, дымность и стуки в двигателе.

Выше уже упоминалось, что большинство проблем ТНВД происходят из-за всяческого рода утечек и протечек. Износился, например, плунжер, возникла протечка, вот и не создает он давление. А если заменить топливо более густым? Тогда повышенные зазоры в сопрягаемых деталях как бы станут меньше. И ТНВД заработает так, будто у него и нет никакого износа. Сделать топливо густым очень просто. Добавьте, как говорилось выше, в него любого моторного масла. Конечно, ездить так не хочется – слишком дорогое топливо получается (да и хлопотно это, постоянно приготавливать густое топливо). Но для проверки состояние ТНВД (как и для успешной продажи сильно подержанного автомобиля на базаре) этот прием полезен. В холодное время года мы, из-за природной лени, для того, чтобы сделать топливо густым, просто охлаждаем ТНВД. Например, приходит машина с дизельным двигателем с жалобой на то, что плохо заводится, если постоит минут пять, но двигатель еще горячий. Мы заводим эту машину (действительно, иногда приходится крутить стартером секунд 30), прогреваем ее еще минут 10 и глушим. После этого открываем ей капот и снегом охлаждаем ТНВД. В течение тех же 5 минут. Если после этой операции двигатель запустится лучше, чем в первый раз, уже можно говорить о сильном износе ТНВД. Конечно, оба эти трюка (с густым топливом и с охлаждением ТНВД) не описываются в заводских руководствах по ремонту двигателя и, поэтому их нельзя считать очень уж научными. В тех руководствах измеряется объем подачи топлива при запуске (есть в технических данных такой параметр – объем подачи при скорости вращения 200 об/мин) и проверить этот параметр в домашних условиях тоже несложно. Для этого надо выкрутить все свечи накаливания и снять трубку с одной форсунки. Потом на эту трубку надеть корпус одноразового медицинского шприца и стартером покрутить двигатель. Естественно, считая «пшики». 200 «пшиков», это, конечно, много. Достаточно и 50, а потом полученный результат сравнить с техническими данными. При этом можно считать, что объем впрыска при 200 об/мин для всех японских дизелей, если у них одинаковый объем, будет один и тот же. Если объем вашего двигателя чуть другой, несложно составить пропорцию с объемом дизеля, данные на который у вас имеются. Все это мы тоже проделываем, когда горячий двигатель плохо заводится, хотя, как следует из практики, можно все проверить и проще. Используя снег и моторное масло. Другими словами, если работа ТНВД с густым топливом становится более приемлемой, надо проверять объем впрыска. Лучше, конечно, это все сделать на стенде (там можно провести проверить все режимы работы у ТНВД), но в режиме запуска (т.е. при 200 об/мин) проверку можно сделать и в гараже.

Итак, если у дизельного двигателя есть тряска в районе 1500 – 2000 об/мин, сопровождаемая к тому же синим цветом выхлопных газов, надо ремонтировать топливную систему. И в частности, сделать впрыск топлива раньше. Для этого в простейшем случае надо повернуть ТНВД на более ранний впрыск.

Корниенко Сергей, г. Владивосток, диагност
© Легион-Автодата

Первое и главное отличие дизельного агрегата от бензинового - это система зажигания или, другими словами, то, как топливо воспламеняется в двигателе.

В моторе, который использует дизельное топливо, воспламенение происходит от того, что солярка контактирует с нагретым от сжатия воздухом, который накапливается внутри цилиндра мотора.

Когда говорят о регулировке системы зажигания в дизельном моторе, под этими словами подразумевают процесс изменения угла опережения впрыск топлива, подающегося в конкретный момент - в самом конце сжатия воздуха.

Если угол установлен неправильно и заметно отличается от необходимых параметров, то впрыск топлива произойдет несвоевременно, что помешает нормальной работе двигателя и может вызвать самые печальные для дальнейшей эксплуатации последствия.

Также неправильно выставленный угол приводит к неполному сгоранию топлива в цилиндрах.

Существует такое понятие, как ранее или позднее зажигание .

Другими словами, система зажигания в дизельном моторе - это один из самых важных компонентов. За подачу топлива в таком двигателе отвечает специальный насос высокого давления - ТНВД.

Этот прибор вместе с форсунками и определяет дозировку солярки, которая подается в мотор.

Часто водителю приходится сталкиваться с тем, что необходимо своими собственными руками выставить зажигание, например, если необходимо заменить ремень ГРМ.

Во втором случае необходимость регулировки системы появляется в случае демонтажа топливного насоса.

При разборе топливной аппаратуры первым делом нужно обязательно запомнить все метки. Это можно легко сделать при помощи маркера или краски. Главное - поставить метки точно там, где они необходимы.

Благодаря этому сборка системы зажигания и топливной системы пройдет очень просто, а также это даст возможность в дальнейшем избежать осложнений с запуском мотора.

Регулировку системы зажигания можно проводить разными способами.

Первый метод - это установка угла точно по означенным меткам. Второй способ - постепенный подбор правильного положения регулировочной муфты.

В статье будут рассмотрены оба метода.

При самостоятельной установке угла по отметкам необходимо будет сместить насос для подачи топлива. Этот способ больше применим для дизельных моторов с механической аппаратурой подачи топлива.

Для того чтобы отрегулировать опережение впрыска, нужно плавно поворачивать приводную муфту насоса высокого давления вокруг оси.

Есть и другой вариант - это поворот шкива распредвала по отношению к ступице. Такие варианты регулировки подходят для конструкций, не имеющих жесткого крепления этих деталей.

Итак, регулируя зажигание на агрегате, первым делом нужно добраться до задней части мотора, найти там маховик и если требуется, освободить его от защитного кожуха. После этого необходимо найти стопор и установить его в специальную прорезь, но еще не стопорим моховик.

Когда это сделано, при помощи инструмента (ключа) надо начать прокручивать маховик. При вращении вместе с ним будет крутиться и коленчатый вал. Вращать нужно до того момента, пока маховик не застопорится.

После его остановки нужно обратить пристальное внимание на вал насоса. Если после вращение шкала на муфте привода заняла положение сверху, это означает, что метка, установленная на фланце топливного насоса, совместилась с нулевой отметкой на приводе.

Если метки совмещены, можно спокойно закручивать болты крепежа.

Однако если после всех процедур они расходятся, то требуется снова поднять стопор маховика и продолжить прокрутку коленчатого вала, контролируя при этом положение шкалы на приводе.

Если все сделано правильно, то после затягивания болтов крепления маховик освобождают от стопора и поворачивают коленчатый вал на 90°. После этого стопор снова размещают в пазе.

Теперь можно установить защиту маховика обратно и попробовать запустить двигатель. Если мотор начал работать, нужно проанализировать, как он это делает. Если все было выполнено без ошибок, то двигатель будет работать очень мягко, не прерываясь.

При втором методе регулировки зажигания угол выставляется опытным путем.

Допустим, если мотор не работает, тогда шкив насоса высокого давления медленно начинают прокручивать на некоторое количество зубьев относительно ремня ГРМ. После этой операции снова пробуют завести мотор. Если он работает спокойно, без стуков, то все хорошо.

При наличии явного стука можно попробовать еще крутануть шкив. Появление при запуске двигателя дыма будет означать, что выставлен поздний угол опережения.

В этом случае нужно провернуть шкив ровно на один зуб в сторону вращения.

После каждого этапа регулировки нужно пробовать зажигание и оценивать его работу.

Указанные выше методы выставления угла впрыска топлива на дизельном двигателе для многих автовладельцев не являются сложными, однако если все вышесказанное представляет для вас сложность, то обратитесь к хорошему мотористу и не обязательно, чтобы он работал в автосервисе.

Не малое количество современных автомобилей умеют ездить на дизеле и поэтому многие автолюбители хотят знать о такой процедуре как - установка угла опережения впрыска топлива. Определение и его правильная установка имеет краеугольное значение для качественной работы дизельного движка. Тут стоит заметить тот факт, что определенная частота вращения имеет свой собственный, универсальный.

Существуют уже устоявшееся показатели, так, например, для 800 оборотов в минуту, а это холостой ход, угол опережения будет равен 3 градусам, для 1000 оборотов он увеличивается до 4 градусов, при 1500 становится уже 5 градусов.

Вопреки расхожему мнению данная зависимость не является линейной, что можно проследить на показанном выше примере. Для выставления самого оптимального угла для данного крутящего момента в ТНДВ устанавливается механизм, хотя если быть точными, то это самый простой поршень, который иногда зовут таймером. Его перемещение зависит от потока топлива, и это в свою очередь разворачивает волновую шайбу на определенный уровень.

Общий принцип работы очень прост, при более дальнем задвиге поршня набег волны шайбы на плунжер будет более быстрым, тот же,в свою очередь раньше начнет подачу топлива к форсункам.

Суть УОВ

Установка угла опережения впрыска топлива? Что же дает эта процедура и почему все так яро хотят подкорректировать этот пресловутый угол? Его оптимальное определение позволяет достаточно , а также увеличить номинальную мощность автомобиля. Большинство не устраиваются так, чтобы минимизировать расход этого самого дизеля.

Производители таких движков за частую смотрят на максимальное давление, а также на такой показатель как скорость нарастания давления при сгорании топлива. Так же свою лепту вносит и жесточайший контроль за выбросом в атмосферы отработанных при сгорании NОх.

В процессе подобных нюансов сам смысл опережения впрыска понемногу теряется. Хотелось бы заметить ещё и то, что отечественные производители тракторов исключили острую необходимость в установке и доводки угла опережения впрыска. Всему виной жесткие конструктивные особенности, которые не позволяют совершать грубых ошибок в процессе настройки впрыска. А как вообще можно охарактеризовать данный угол опережения?

Всё описанное выше можно описать как один цикл поворота коленчатого вала начиная с момента подачи дизеля, и заканчивая постижением рабочего поршня Верхней Мертвой Точки, она же ВМТ в одном из цилиндров.

{banner_content}

Разновидности

В виду всего это было создано 2 типа углов опережения впрыска, это динамический и статический. Статический вариант устанавливает по специальным меткам, а также в соответствии с показателями приборов.

Второй вариант имеет другой принцип работы, он опережается либо при подъему форсунковой иглы, либо по факту начала впрыска. В то же самое время статическом варианте угол примерно равняется ожидаемому моменту начала подачи топливной жидкости, а также закрытием клапана впускного типа.

Все эти системы достаточно сложные для изучения и самостоятельной замены или модернизации, так что без знания дела в эту область лучше всего не углубляться.

Вариации и решения проблем

Не смотря на всё это стоит уяснить, что регулировка углов в любых движках выполняется в узком диапазоне, который жестко привязан к начальным, заводским значениям. Самыми проблемными в плане установки угла определения впрыска являются легковые автомобили, в которых имеет цепной, либо ременный привод ТНВД. При таком раскладе даже самая незначительная ошибка в расчете и установке уровня просто не даст двигателю запуститься.

Самым явным тому примером является установка угла опережения впрыска топлива в рядные ТНВД , не смотря на то, что они не являются особенно распространенными. В них практически невозможно гибкое регулирования угла опережения, так, как это реализовано в распределительных двигателях. Но, данная проблема была решена фирмой Caterpillar, проблема решалась достаточно легко по средствам простой гидроформулы с применением спиральных шлиц, которые управляются электронной системой.

Что же касается популярного регулирования угла опережения по средствам насосной секции, то оно было изобретено и внедрено в двигатели фирмы Zexel (это японская фирма, которая ранее носила название Diesel Kiki ).

Исходя из всего этого производить процедуру настройки и корректировки углов лучше всего в автомастерских, так как не каждый человек сумеет произвести её в домашних условиях.

Что же касается непосредственно самой установки, то она производится в 6 следующих шагов:

• Закрепляется нанос на самом движке, но при этом механизм привода с шестернями распределения не соединяется;
• Далее следует установка моментоскопа на самую первую секцию движка, затем он заполняется топливом. После этого провести вращение кулачкового вала, такая процедура позволит определить момент начала подачи топлива, после его определения необходимо остановить вал;
• Следующим шагом станет разметка шкива привода вентилятора, который находится на движке. Это делается при вращении коленчатого вала дизеля с одновременной установкой первого цилиндра в верхней мертвой точке. После этого размечается отметка на опережение на расстоянии 2,5–2,7 см.

Далее нужно будет сделать совмещение 2 меток, той, что находится на блоке, и той, что находится на шкиве. Это делается при вращении коленчатого вала и доводки кривошипного механизма

Следующим шагом будет соединение регулировочной шайбы с её шестерней. Закрепление производится при помощи болтов.

Топливо в двигателе сгорает не мгновенно. У дизельного двигателя наилучшие мощностные и экономические показатели работы, если топливо сгорает при нахождении поршня около верхней мертвой точки .

Чтобы обеспечить выполнение этого требования, нужно чтобы угол опережения впрыска топлива подавал его с опережением , до прихода поршня в верхнюю мертвую точку.

Величину опережения подачи топлива в дизельном двигателе, выраженную в градусах угла поворота коленчатого вала, называют углом опережения впрыска .

У каждого дизельного двигателя, для главного режима работы, определенный угол опережения впрыска. При изменении угла опережения, снижаются мощностные и экономические показатели дизеля.

Величина угла опережения впрыска зависит от:

• давления впрыска
• химического состава топлива
• температуры воздуха в конце такта сжатия
• числа оборотов дизеля
• количества подаваемого топлива.

Оптимальные условия сгорания

Если впрыскивать топливо в слишком рано, когда температура сжимаемого воздуха недостаточно высока, топливо будет плохо испаряться и часть его до самовоспламенения успеет осесть на стенках камеры. В этом случае горючее сгорает частично и работа дизеля ухудшается . Кроме того, из-за начавшегося сгорания топлива повышается давление газов в камере, которые будут противодействовать движению поршня, до прихода в верхнюю мертвую точку.

Работа дизеля ухудшается также и при слишком позднем впрыске . Топливо в этом случае сгорает при такте расширения , когда скорость сгорания понижается, а поверхность соприкосновения горячих газов со стенками цилиндра увеличивается. В этом случае много тепла будет отдано в охлаждающую воду и выброшено с отработавшими газами.

Чтобы форсунка впрыскивала с требуемым опережением, топливному насосу необходимо подавать горючее еще раньше , так как от момента начала подачи топлива насосом до впрыска из форсунки проходит некоторое время.

Угол, на который повернется коленчатый вал от положения, соответствующего началу подачи топлива насосом, до положения, при котором поршень придет в верхнюю мертвую точку, называют углом опережения подачи.

Угол опережения подачи топлива, больше угла опережения впрыска.
В конструкции или его привода предусматривается устройство, позволяющее изменять угол опережения подачи топлива.

Для каждого типа дизеля в зависимости от режимов работы, существуют подходящие значения угла опережения подачи топлива.

Угол опережения впрыска (УОВ) и нагрузка в дизельном двигателе

(Примечание: данная статья является общепознавательной и не привязана к какой либо марке автомобиля)

Странно слышать мнение специалиста, диагноста, ремонтника о том, что угол опережения впрыска в дизельном двигателе при его работе изменяется только в зависимости от частоты вращения его коленчатого вала.

Несомненно, частота вращения коленчатого вала является одним из основных параметров (характеристик), учитывающихся при организации горения топливовоздушной смеси в камере сгорания двигателя как дизельного, так и бензинового.

От частоты вращения коленчатого вала - скорости движения поршня в цилиндре двигателя - зависит количество рабочего тела в камере сгорания двигателя и его температура.

С увеличением частоты вращения коленчатого вала абсолютные длительности задержек воспламенения (в миллисекундах) сокращаются, но относительные длительности в градусах оборота коленчатого вала возрастают. Не надо забывать и о таком моменте, как задержка впрыскивания (время между началом подачи топлива насосом и впрыском топлива форсункой в камеру сгорания).

ЧЕМ ВЫШЕ ЧАСТОТА ВРАЩЕНИЯ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА, ТЕМ РАНЬШЕ НУЖНО ВПРЫСНУТЬ В КАМЕРУ СГОРАНИЯ ТОПЛИВО И НАОБОРОТ.

Можно ли при организации горения в цилиндрах дизельного двигателя ограничиться регулировкой УОВ по частоте вращения коленчатого вала? Или, может быть, есть ещё что-то, что требует нашего внимания?

Внимания требуют особенности смесеобразования и горения в камере сгорания дизельного двигателя.

Прежде всего, дизель относится к двигателям с внутренним смесеобразованием и впрыском топлива в конце такта сжатия. На смесеобразование отводится всего 1 - 3 мс или 12 - 25° по углу поворота коленчатого вала двигателя. Это в 20 - 30 меньше, чем в двигателях с внешним и внутренним (впрыск в такте впуска) смесеобразованием (большинство бензиновых двигателей работают на гомогенных - однородных топливовоздушных смесях).

Дизельный двигатель способен работать на обедненных смесях с коэффициентом избытка воздуха на холостом ходу и при нулевой нагрузке=10. Значение для дизелей с наддувом при полной нагрузке находится в пределах .. = 1,15 - 2,0. То есть состав топливовоздушной смеси изменяется от очень бедной до бедной.

Благодаря гетерогенному (неоднородному) составу топливовоздушной смеси (ТВС) в камере сгорания дизельного двигателя имеются области с богатой и бедной смесью, области, где только воздух или только дизельное топливо. И, конечно же, имеются так необходимые для своевременного воспламенения области топливовоздушной смеси (ТВС) со стехиометрическим составом. То есть целый набор составов смесей.

Эти условия справедливы как для двигателей с раздельными камерами сгорания, так и для дизельных двигателей с непосредственным (прямым) впрыском. Именно неоднородный состав топливовоздушной смеси (ТВС) позволяет дизельному двигателю работать на обеднённых смесях.

С другой стороны, тот же неоднородный состав смеси (ТВС) при меньших значениях является одним из

основных недостатков дизелей - невозможности полного и бездымного сгорания топливовоздушной смеси (ТВС).

Кроме визуального подтверждения написанного, я хочу показать Вам с помощью диаграммы основные процессы, происходящие в камере сгорания дизельного двигателя.

Речь не будет идти о «взрывах». Будем говорить об управляемых и контролируемых событиях, происходящих во времени параллельно и последовательно. Нужно увидеть этот график и запомнить. Особенно важны температурные изменения у дизеля.

На рис.1 представлена типичная диаграмма изменения в цилиндре двигателя давления р и средней температуры t газов в функции угла ф, показан характер изменения во времени количества ст поданного в камеру сгорания топлива, скорость его подачи, коэффициента активного тепловыделения X и скорости тепловыделения

Для наглядности и простоты восприятия диаграмма нарисована в развёрнутом виде. Рассматривать её необходимо слева направо.

Поршень движется к верхней мёртвой точке, давление и температура рабочего тела растут, и если в точке 1 не будет впрыска топлива, то при движении поршня от ВМТ к НМТ давление и температура будут уменьшаться (обозначено пунктирной линией).

Подача топлива начинается в точке 1, в точке 2 появляются первые языки пламени.

Этот периодназывается задержкой воспламенения и он характеризуется тем, что поршень приближается к ВМТ, объём камеры сгорания уменьшается, температура и давление растут.

Рис. 1

Количество топлива ст в этот период подаётся незначительное, но с большой скоростью

Температура в камере сгорания (в связи с впрыском) несколько снижается, а соответственно и давление сжимаемого воздуха вследствие затраты тепла на нагревание и испарение топлива.

От точки 2 до точки 3 - фаза быстрого сгорания

Она характеризуется тем, что поршень «переваливает» ВМТ, то есть объём камеры сгорания сначала уменьшается, а затем начинает увеличиваться.

Давление при движении поршня от ВМТ достигает максимальных значений, температура продолжает расти. Этот период характеризует «жесткость» процесса сгорания в дизеле.

В этот период в камеру сгорания впрыскивается основное количество топлива ст с максимально возможной скоростью, Скорость тепловыделения резко возрастает и достигает максимальных значений, а затем начинает уменьшаться. Коэффициент активного тепловыделения X растёт.

От точки 3 до точки 4 - фаза замедленного горения

Она характеризуется тем, что поршень движется от ВМТ к НМТ, объём камеры сгорания увеличивается. Давление р расширяющихся газов уменьшается, а их температура t достигает максимума.

В этой фазе заканчивается впрыск топлива.

В конце фазы замедленного горения наблюдается некоторое увеличение скорости тепловыделения , связанное с дополнительной турбулиза-цией заряда в начале нисходящего хода поршня. Коэффициент активного тепловыделения X растёт.

От точки 4 и до открытия выпускного клапана - фаза догорания

Она характеризуется тем, что поршень движется к НМТ - объём камеры сгорания увеличивается, давление и температура уменьшаются. Коэффициент активного тепловыделения X стабилизируется (коэффициент активного тепловыделения X характеризует связь между процессами сгорания и использованием выделяющегося тепла - смотри специальную литературу).

Горение - сложный физико-химический процесс, который протекает в газовой фазе. То есть сначала жидкое топливо должно превратиться в пар, а затем в результате химических реакций превратиться в горючую смесь способную при сгорании совершать механическую работу.

Жидкое топливо, впрыснутое в камеру сгорания, дробится на мелкие капли, распределяется по ней, нагревается и испаряется. В этом заключается суть физических процессов, и они протекают с поглощением тепла.

Процессы окисления имеют многостадийный характер и являются цепными. В результате химических реакций (протекают с выделением тепла) образуется ряд активных промежуточных химических продуктов (перекисей, альдегидов, спиртов и т.п.) способствующих дальнейшему ходу реакций.

Самовоспламенение есть конечным результатом развития этих реакций.

Истинная последовательность элементарных стадий в реакциях окисления и горения моторных топлив изучена ещё не полностью, однако характерным для большинства химических реакций является зависимость их скоростей от температуры и давления.

Сказанное выше совсем не означает, что физические и химические процессы осуществляются последовательно. Всё происходит почти одновременно. Химическая составляющая процесса горения несколько отстаёт в силу того, что сначала, всё-таки должно появиться в камере сгорания жидкое топливо. Более мелкие капли испаряются первыми. Как правило, эти мелкие капли группируются по краям факела впрыскиваемого форсункой топлива. Динамика развития топливного факела в механической системе такова, что он не может мгновенно занять объём камеры сгорания в цилиндре двигателя, сначала незначительное количество топлива под высоким давлением впрыскивается в цилиндр. Этому способствует закон подачи топлива (каждой фазе горения своё количество топлива), выраженный конструктивно в деталях механических систем впрыска. Впрыск дизельного топлива в этих системах осуществляется непрерывно.

В распределительных ТНВД с электромагнитными клапанами возможно осуществление предварительного впрыска топлива. Насос-форсунки легковых автомобилей обеспечивают предварительный впрыск с помощью гидромеханического привода.

Аккумуляторные системы впрыска дизельного топлива выгодно отличаются от всех предыдущих систем тем, что, кроме предварительного и основного впрысков, обеспечивают ещё и дополнительные. В отличие от применявшегося ранее на некоторых марках автомобилей двухступенчатого впрыска, в условиях непрерывной подачи топлива в аккумуляторных системах предварительный впрыск - раздельный.

Но сейчас не об этом.

Так вот, предварительное количество топлива с большой скоростью впрыскивается в нагретую плотную газовую среду, разрушается и испаряется. Обладая небольшой кинетической энергией, это малое (1-4 мм 3) количество топлива не способно пробиться сквозь плотный воздух и остаётся в районе форсунки и свечи накаливания. В процессе смесеобразования всегда образуются зоны, где X = 0,85...0,9. Эти зоны служат центрами воспламенения окружающей более обеднённой смеси.

Ко времени основного впрыска топлива топливо, впрыснутое в камеру сгорания предварительно, уже готово к воспламенению и воспламеняется. В камере сгорания резко повышаются давление и температура, что способствует значительному сокращению задержки воспламенения основного впрыска. Дизельное топливо под высоким давлением при основном впрыскивании, обладая большей кинетической энергией, пробивается сквозь всё более уплотняющуюся (уже горящую) газовую среду ко всем удалённым от форсунки зонам камеры сгорания.

Движение воздуха, заданное конструкцией впускного коллектора, движением поршня в такте сжатия многократно усиливается движущимися от точек воспламенения в разных направлениях расширяющимися продуктами сгорания. Массы воздуха, находящиеся в турбулентном движении, пульсирующие газовые потоки пронизываются топливными факелами (отверстий в распылителе может быть от 4 до 10; в большинстве случаев - 6ч-8.) В этих условиях топливо, которое продолжает впрыскиваться, сгорает практически мгновенно.

Давление в цилиндре нарастает своевременно, плавно и без шума.

СКОРОСТЬ ГОРЕНИЯ ЖИДКОГО ТОПЛИВА ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ

СКОРОСТЯМИ ЕГО ИСПАРЕНИЯ И СМЕШЕНИЕМ ОБРАЗУЮЩИХСЯ ПАРОВ С ВОЗДУХОМ

Это справедливо для двигателей внутреннего сгорания, работающих на лёгком и тяжёлом видах жидкого топлива.

Впрыск топлива в камеру сгорания дизельного двигателя влечёт за собой

падение температуры (испарение топлива сопровождается поглощением тепла).

Величина падения температуры зависит от нагрузки.

Это особенно заметно при переходных режимах, связанных с увеличением нагрузки.

На стр. 58 Первого издания книги BOSCH «Системы управления дизельными двигателями» (перевод с немецкого издательства «За рулем», 2004год) показана характеристика момента начала впрыскивания в зависимости от частоты вращения коленчатого вала и нагрузки на двигатель легкового автомобиля при холодном пуске и рабочей температуре.

1) холодный пуск (<0 °С);

Рис. 2

Несложно заметить, что при частоте вращения коленчатого вала 1000 об/ мин при частичных нагрузках (3) и полной нагрузке (2) требуется свой, соответствующий нагрузке, УОВ топлива. То есть большее количество топлива необходимо впрыснуть в камеру сгорания двигателя раньше для того, чтобы пик давления расширяющихся при сгорании газов «держать» за ВМТ.

Холодный пуск дизельного двигателя не намного отличается от бензинового. Недостаток тепла в камере сгорания и, в связи с этим, плохие условия для испарения дизельного топлива компенсируются его большей цикловой подачей. Большее количество топлива (нужная концентрация паров за счёт увеличенной подачи топлива), его более ранний впрыск (1) и системы подогрева воздуха - штатные функции всех без исключения систем ускорения холодного пуска.

Таким образом, ПРИ ВПРЫСКЕ ТОПЛИВА В ТАКТЕ СЖАТИЯ В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ НАБЛЮДАЮТСЯ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ.

Появляется необходимость в корректировке УОВ дизельного топлива.

При испытании топливных насосов высокого давления на стенде необходимо пользоваться таблицами или картами заданных контрольных параметров. В них указываются условия, при которых испытываемый ТНВД должен соответствовать табличным данным.

ФУНКЦИИ ТНВД ТИПА VE, ЯВЛЯЮЩИЕСЯ ПРЕДМЕТОМ ВНИМАНИЯ

Исправность элементов, отвечающих за высокое давление;

Исправность элементов, отвечающих за давление в ТНВД;

Исправность элементов автомата опережения;

Производительность насоса;

Работа регулятора частоты вращения.

Эти показатели рассматриваются при заданных частотах вращения и полной нагрузке.

В 1978 году на ТНВД типа VE появилось отключаемое устройство регулирования начала подачи, зависящее от нагрузки.

Позже появились корректоры типа LFB (устройство изменения момента начала подачи топлива, в зависимости от нагрузки). Эти устройства предназначены для коррекции момента начала подачи топлива в зависимости от нагрузки для уменьшения шума и особенно эмиссии ОГ.

Что означает слово коррекция? Коррекция - внесение поправок в действие измерительных приборов, регуляторов и т. п. в зависимости от изменения условий их эксплуатации.

При проверке ТНВД проверяются корректоры по нагрузке и другие облагораживающие устройства.

Интересные результаты можно получить, сравнивая давление в ТНВД типа VE с корректором по нагрузке и без него на минимальных оборотах холостого хода. Так вот, с корректором давление в ТНВД на холостом ходу -1,5ч-2,0 bar, а без корректора - 2,5ч-3,8 bar. То есть поршень автомата опережения топливного насоса высокого давления без корректора уже находится в положении «раньше» с расчётом на увеличение цикловой подачи топлива.

Вы знаете, что давление в ТНВД типа VE влияет на изменение УОВ в динамике. Чем выше частота вращения вала-тем выше давление в топливном насосе и тем на большее расстояние перемещается гидравлический поршень автомата опережения - раньше впрыск.

ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ КОРРЕКТОРА

Повышение давления в ТНВД при пуске;

Повышение давления в ТНВД при увеличении нагрузки;

Понижение давления в ТНВД при уменьшении нагрузки.

Давление в ТНВД изменяется в пределах 1 н-2 bar.

Это позволило:

Обеспечить более ранний впрыск дизельного топлива при пуске (тем самым улучшив его);

Уменьшить давление в ТНВД на холостом ходу и, как следствие, уменьшить шумность работы дизельного двигателя на этом режиме;

Варьировать между положениями «раньше» или «позже» в зависимости от нагрузки. При уменьшающейся нагрузке (от полной к частичной) и при неизменном положении педали подачи топлива, начало подачи смещается в положение «позже». С увеличением нагрузки - в положение «раньше». И, как результат, работа двигателя становится мягче, и уменьшается токсичность ОГ в режиме частичных нагрузок.

Признаюсь честно, что до четвёртого Слёта диагностов не задумывался об особенностях устройства муфты регулирования опережения впрыском рядных ТНВД. Мне казалось естественным понимание того, что угол опережения впрыска топлива зависит от многих факторов. В том числе, от частоты вращения коленчатого вала двигателя и нагрузки. При более тщательном рассмотрении вопроса регулирования УОВ всплыл вопрос: как именно осуществляется это регулирование? Ведь в конструкции рядного ТНВД предусмотрен только регулятор частоты вращения. Устройство по регулированию угла опережения впрыском вынесено за пределы ТНВД.

Так вот о муфте... Муфта - как муфта, ничего особенного: пружины, грузы. Состоит из двух подвижных относительно друг друга половин с одним центром (двигатель ОМ 602.911). И работает просто: чем выше частота вращения коленчатого вала-тем дальше от центра муфты перемещаются грузы и поворачивают вторую половину муфты (вместе с валом ТНВД) по ходу вращения - раньше впрыск топлива.

Подумалось о корректоре, но места, удобного для его монтажа, в этой муфте я не обнаружил. Сложное это мероприятие в рядном ТНВД - организовать корректирование УОВ по нагрузке. Но с появлением рядного ТНВД с дополнительной (регулирующей) втулкой это стало реальностью.

«...С помощью электроники появляется возможность ввести дополнительную (в сравнении со стандартным ТНВД) коррекцию регулирования работы дизеля. ...» (стр.177, Первое издание книги BOSCH «Системы управления дизельными двигателями», перевод с немецкого издательства «За рулем», 2004 год).

Этими примерами я хочу сказать, что конструктивно в элементах простых механических топливных насосов высокого давления, отвечающих за регулирование УОВ в динамике, учтены колебания температуры в камере сгорания двигателя, зависящие от количества впрыснутого в неё топлива. В своё время подобные решения вполне устраивали производителей автомобилей и покупателей.

Время идёт - всё меняется.

Считаю, что рассматривать все процессы, происходящие в камере сгорания двигателя, зависящие от частоты вращения, необходимо отдельно от процессов, происходящих при изменении нагрузки.

Для понимания сути происходящего. Разделить эти процессы нельзя.

Изменение количества рабочего тела влечет за собой изменение частоты вращения коленчатого вала. Даже в режиме нулевой нагрузки.

На стр. 58 Первого издания книги BOSCH «Системы управления дизельными двигателями», перевод с немецкого издательства «За рулем», 2004год, сказано: «...Оптимальные значения углов опережения впрыскивания меняются в зависимости от нагрузки на двигатель, что требует их регулирования. Необходимые величины устанавливаются отдельно для каждого типа двигателя и образуют поле характеристик, которое определяет момент начала впрыскивания в зависимости от нагрузки на двигатель, частоты вращения коленчатого вала и температуры охлаждающей жидкости...».

Тридцать восемь лет назад говорилось о регулировке УОВ в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя и от нагрузки. Возможности по организации оптимального горения топливовоздушной смеси в цилиндрах двигателя в то время были совсем иные, чем сегодня.

Владимир Белоносов