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.

От бензинового является принцип поджига дизтоплива. Зажигание топливно-воздушной смеси в дизельном двигателе реализовано посредством самовоспламенения солярки от контакта с предварительно сжатым и нагретым в результате такого сжатия воздухом в цилиндрах.

Выставление зажигания на дизельном двигателе подразумевает изменение угла опережения впрыска топлива, которое подается в четко заданный момент в конце такта сжатия. Если угол выставлен отлично от оптимальных параметров, тогда топливный впрыск окажется несвоевременным. Результатом станет неполноценное сгорание смеси в цилиндрах, что вызывает разрушительный дисбаланс в работе двигателя.

Следует помнить, что даже незначительные отклонения при выставлении угла впрыска топлива могут привести к серьезной поломке дизельного двигателя.

Получается, под системой зажигания дизельного двигателя стоит понимать важнейший элемент системы питания силового агрегата – . В большинстве дизелей именно данное устройство в комплексе с дизельными форсунками отвечает за своевременную дозированную подачу солярки в цилиндры мотора.

Читайте в этой статье

Как выставить угол опережения впрыска на дизеле

Необходимость установки зажигания на дизеле своими руками зачастую возникает в таких случаях:

зажигание дизеля требуется откорректировать параллельно замене зубчатого ремня ГРМ;
после демонтажа ТНВД нет возможности установить шкив топливного насоса согласно специальным меткам;

Одной из рекомендаций перед началом любых работ, связанных с разбором топливной аппаратуры дизеля, выступает острая необходимость четок отметить и освежить все метки. Для этого достаточно нанести небольшие штрихи при помощи краски или качественного маркера. Это облегчит последующую обратную сборку и установку шкива ТНВД, что автоматически исключит или сведет к минимуму потенциальные сбои зажигания.

Выставлять зажигание на дизеле можно несколькими способами:

строго по меткам (при условии наличия таковых);
методом подбора опытным путем;

Установка угла по меткам

Первый способ самостоятельного выставления угла зажигания дизеля (момента впрыска дизтоплива) по меткам подразумевает смещение топливного насоса. Такой способ подходит для дизельных ДВС, в которых установлена механическая топливная аппаратура.

Угол опережения впрыска регулируется благодаря повороту ТНВД вокруг оси. Также возможен способ, когда поворачивается зубчатый шкив распредвала по отношению к ступице. Этот способ подходит для тех конструкций, в которых насос и шкив не имеют жесткого крепления.

Для регулировки зажигания на дизеле своими руками необходимо обратиться к задней части ДВС и добраться до , при необходимости демонтировать с него защитный кожух.
Далее понадобится обнаружить стопор на маховике, который опускается в специальную прорезь.
После этого маховик нужно проворачивать вручную (при помощи ключа или другого приспособления). Проворачивание маховика означает, что вращается коленчатый вал ДВС. Крутить нужно по часовой стрелке до момента, когда сработает верхний стопор-фиксатор.
Затем обращаем внимание на вал привода ТНВД. Возможно, что шкала на приводной муфте, посредством которой передается вращение, занимает верхнее положение. В таком случае метка на фланце ТНВД совмещается с нулевой меткой на приводе.
После совмещения меток крепежные болты можно затягивать. Отличное от верхнего положение установочной шкалы на приводной муфте означает, что стопор маховика нужно поднять, после чего коленчатый вал двигателя снова проворачивается на один оборот. Далее снова контролируется положение шкалы.
После затяжки болтов приводной муфты стопор на маховике поднимается, коленчатый вал поворачивается на 90°, затем стопор размещается в пазу.

Завершающим этапом становится установка защиты маховика на место и затяжка крепежных болтов. Далее двигатель запускается, анализируется его работа. Агрегат на холостом ходу должен работать ровно и мягко, без провалов и дерганий. Жесткая работа дизеля, сопровождающаяся , недопустима.

Далее нужно проверить правильность настройки в движении, избегая серьезных нагрузок. Прогрейте двигатель до рабочей температуры и оцените приемистость силовой установки, реакции на нажатие педали газа. Также необходимо следить за цветом выхлопных газов, так как поздний угол опережения топливного впрыска будет сопровождаться .

Подбор правильного угла впрыска

Настроить угол зажигания на дизеле опытным путем можно следующим образом:

После установки шкива осуществляются попытки завести дизель. Если мотор не заводится, тогда шкив ТНВД проворачивают относительно ремня на несколько зубьев (2-4). Затем мотор пробуют завести снова.
Кода мотор после описанных выше манипуляций запустился, оцените его работу. Присутствие явных детонационных стуков означает, что шкив топливного насоса нужно проворачивать на зуб или два в противоположную вращению сторону. Появление густого серого дыма может указывать на поздний угол опережения впрыска. В подобной ситуации шкив насоса проворачивается на один зуб по направлению вращения.

Отсутствие положительных сдвигов в работе мотора потребует осуществления проворота топливного насоса вокруг оси. Путем таких проворачиваний необходимо вывести мотор на оптимальный режим работы. Лучшим вариантом станет работа дизеля в таком режиме, когда остается совсем немного до начала проявления детонации. Сами детонационные стуки хорошо заметны в звуке работы ДВС.

Второй доступный способ предполагает следующие шаги:

Осуществляется демонтаж трубки высокого давления с форсунки первого цилиндра. На снятую трубку необходимо плотно надеть прозрачный пластиковый шланг и расположить в вертикальном положении.
После этого можно включить зажигание и провернуть шкив насоса. Шкив вращается максимально мягко, медленно и аккуратно.
Далее необходимо следить за уровнем топлива в трубке и выявить верхнюю границу.
Заметив, когда уровень солярки в трубке самый высокий, на шкиве необходимо сделать метку.
Затем по меткам нужно выставить коленчатый и распределительный вал двигателя.

После запуска оценивается работа двигателя. В случае определения раннего или позднего угла топливного впрыска операцию по настройке следует повторить.

Система зажигания двигателя – отличие «дизеля» от бензинового мотора

Из-за указанных различий в самом процессе воспламенения бензинового и дизельного топлива в двигателе, можно отметить разницу и в строении зажигания. Очевидно хотя бы то, что такой системы, как в бензиновом авто, состоящей из прерывателя-распределителя, коммутатора или же датчиков импульсов, в дизельной машине нет. Однако зимой иногда с трудом удается , из-за того, что воздух слишком холодный, поэтому устанавливают специальную систему предварительного подогрева, чтобы увеличивать температуру воздуха в камере сгорания.

Можно сказать, что установка зажигания на дизельном двигателе – это не что иное, как выбор угла опережения впрыска горючего. А достигается это регулированием положения поршня, в момент впрыскивания «дизеля» в цилиндр. Это очень важно, так как при неправильном выборе угла впрыскивание будет несвоевременным, и, как следствие, топливо не будет сгорать до конца. А это негативно отразится на слаженной работе цилиндров.

Допустив незначительную ошибку, всего-то в один градус, можно спровоцировать выход из строя всего силового агрегата, из-за чего потребуется капитальный ремонт.

Система зажигания дизельного двигателя – устройство и принцип регулировки

Подытоживая, можно сказать, что система зажигания дизельного двигателя включает насос высокого давления (ТНВД), посредством которого и происходит ввод горючего в камеру сгорания. Современные автомобилисты находят в таком устройстве системы эффективность и экономичность расхода топлива, поэтому дизельные моторы становятся более популярными. Именно из-за увеличивающегося числа пользователей мы решили приоткрыть секреты обслуживания описанной системы зажигания.

Если в автомобиле стоит дизельный силовой агрегат с механической топливной аппаратурой, то регулировать угол опережения впрыска можно посредством поворота насоса вокруг своей оси. Еще можно поворачивать зубчатый шкив относительно ступицы. Если же ТНВД и зубчатый шкив жёстко закреплены, тогда регулировка происходит только за счет углового сдвига зубчатого шкива распределительного вала. Но это все лирика, пора перейти к действиям.

Регулировка зажигания дизельного двигателя – инструкция для решительных

Дизельного двигателя может производиться и самостоятельно. Для начала следует поднять крышку капота и зафиксировать ее на опорной стойке. Сверху слева на задней части двигателя необходимо найти маховик (массивное колесо), на корпусе кожуха которого расположено механическое устройство. Шток этого устройства требуется сначала приподнять и развернуть на 90 градусов, затем опустить в прорезь, которая находится на корпусе.

Теперь снимите грязезащитный щиток, для этого на кожухе маховика ключом 17 мм нужно открутить два болта (проще подобраться к этому месту из-под машины). В отверстие маховика через прорезь кожуха следует вставить металлический стержень и поворачивать коленвал двигателя. Направить его нужно слева направо, пока его ход не будет застопорен штоком фиксатора сверху .

Теперь самое время посмотреть на вал привода насоса для горючего, он расположен сверху от развала блока цилиндров (ось, от которой ряды цилиндров расходятся). Если установочная шкала приводной муфты (фланца, который служит для передачи вращений от приводного вала) ТВНД повернута вверх, то в этом случае риску на фланце топливного насоса следует совместить с нулевой меткой привода и затянуть два крепежных болта. Если установочная шкала приводной муфты не повернута вверх, тогда потребуется приподнять стопор, а коленвал двигателя повернуть на один оборот, и следом все вышеперечисленные действия необходимо повторить в том же порядке.

Как только болты приводной муфты затянули, нужно поднять вверх стопор маховика, повернуть на 90 градусов и опустить в паз. На кожухе маховика снизу можно вернуть на свое место грязезащитный щиток (крепится болтами). Теперь капот автомобиля пора закрыть, работа закончена. Остается завести автомобиль и проверить четкость срабатывания системы.

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

В такте впуска дизельный двигатель впускает только воздух. В такте сжатия этот воздух нагревается до температуры настолько высокой, что дизельное топливо, впрыснутое в цилиндр в конце такта сжатия, воспламеняется самостоятельно. Количество топлива в двигателе дозируется с помощью топливного насоса высокого давления (ТНВД). Топливо впрыскивается под высоким давлением через форсунку в камеру сгорания.

Впрыск топлива должен происходить следующим образом:

с точно дозированным количеством топлива в соответствии с нагрузкой двигателя;
в требуемый период времени;
в точно определенный период времени;
способом, соответствующим конкретному процессу сгорания.

Рис. Схема системы топливоподачи дизельного двигателя:
1. Топливный бак; 2. Топливоподкачивающий насос (топливный насос низкого давления); 3. Топливный фильтр; 4. Рядный ТНВД; 5. Устройство опережения момента впрыска; 6. Регулятор; 7. Держатель форсунки с форсункой; 8. Возвратный топливопровод; 9. Накальная свеча с закрытым элементом; 10. Аккумуляторная батарея; 11. Выключатель предварительного накала и стартера; 12. Блок управления предварительным накалом.

ТНВД и регулятор, соединенные с управляющей (контрольной) зубчатой рейкой являются ответственными за то, чтобы указанные условия выполнялись. Количество топлива, впрыснутого за один ход плунжера ТНВД, примерно пропорционально крутящему моменту двигателя.

Если на двигателе используется механический (центробежный) регулятор числа оборотов, то рейка управления соединяется с педалью акселератора («газа») через регулятор.

Рис. Замкнутый контур управления для механического регулятора:
1. Дизельный двигатель; 2. Рядный ТНВД; 3. Регулятор; 4. Обороты двигателя; 5. Количество впрыскиваемого топлива; 6. Педаль акселератора; 7. Ход управляющей рейки; 8. Давление подаваемого воздуха; 9. Желаемое число оборотов; 10. Атмосферное давление; 11. Управление крутящим моментом; 12. Подача при полной нагрузке; 13. Начальное количество.

У электронного регулятора (EDC) педаль акселератора оснащена датчиком, соединенным с электронным блоком управления (ЭБУ или ECU). Когда водитель нажимает на педаль газа, то перемещение преобразуется в соответствующий ход рейки с учетом оборотов двигателя в данный момент времени.

Почему дизельному двигателю нужен регулятор?

У дизельного двигателя не существует положения управляющей рейки, которое бы позволило дизельному двигателю точно поддерживать свои обороты без помощи регулятора. На холостом ходу, к примеру, без регулятора числа оборотов, обороты двигателя будут либо падать, пока двигатель не остановится, либо будут продолжать увеличиваться, что, в конце концов, приведет к саморазрушению двигателя.

Последняя возможность обязана тому, что дизель работает с избытком воздуха, что означает отсутствие эффективного дросселирования поступающей в двигатель смеси при возрастании его оборотов.

К примеру, если холодный двигатель был заведен и остался работать на холостом ходу, тогда как продолжает впрыскиваться начальное количество топлива, то характерное трение вскоре начнет снижаться. То же самое относится к нагрузке двигателя от приводимых от него агрегатов, таких как генератор, воздушный компрессор, ТНВД и т.д. Это означает, что если положение управляющей реики осталось неизменным и рейка не втягивалась для уменьшения количества подаваемого топлива (как сделал бы регулятор), то обороты двигателя будут возрастать все больше и больше (из-за указанного выше падения трения), пока они не достигнут точки саморазрушения. Другими словами, является обязательным, чтобы дизель был оснащен регулятором числа оборотов. В настоящее время для рядных ТНВД используются либо механические (центробежные) регуляторы либо система электронного управления дизельным двигателем (EDC).

Пневматические регуляторы, управляемые давлением впускного коллектора устанавливались ранее на небольшие ТНВД. От них пришлось отказаться в результате возросших требований к точности регулирования и к работе регулятора.

Нет сомнений, что когда к двигателю приложена нагрузка, ТНВД должен всегда обеспечивать двигатель необходимым количеством топлива. Все рядные ТНВД имеют отдельную плунжерную пару (плунжер (3) и гильза (1)), называемую еще нагнетательной секцией (элементом), для каждого цилиндра двигателя.

Плунжер двигается в направлении подачи топлива с помощью кулачкового вала, приводимого в движение от двигателя, и возвращается обратно под действием возвратной пружины. Так как ход плунжера не может быть изменен, то количество нагнетаемого топлива может быть отрегулировано только путем изменения эффективного (активного) хода плунжера.

Рис. Работа регулятора

Плунжеры снабжены наклонным спиральным вырезом (каналом), так что требуемый эффективный ход подбирается путем поворота плунжера. Поворот осуществляется с помощью управляющей зубчатой рейки (5), которая находится в зацеплении с плунжером и сама двигается продольно с помощью регулятора. Вращение плунжера перемещает спираль (вырез) (4) для управления моментом окончания подачи (известного также как сброс или открывание отверстия в гильзе) и количеством подачи. Подача начинается в тот момент, когда верхний край плунжера закрывает входное отверстие (2) в стенке гильзы.

В случае максимальной подачи (с) сброс не происходит вплоть до максимального эффективного хода плунжера, другими словами, с максимально возможным количеством подаваемого топлива. При частичной подаче (Ь) сброс происходит раньше в зависимости от положения плунжера при повороте. В конечном положении, что требуется для нулевой подачи (а), т.е. в момент, когда двигатель должен быть остановлен, продольный паз плунжера расположен прямо напротив входного отверстия. Это означает, что нагнетательная камера над плунжером соединяется с топливной магистралью в течение всего хода плунжера, т.е. топливо не подается.

Существует несколько различных конфигураций спирали.

В случае плунжера только с нижней спиралью (вырезом) подача топлива начинается в одинаковой точке хода плунжера вверх, тогда как конец подачи происходит раньше или позже в зависимости от поворота плунжера. Когда плунжер имеет верхнюю спираль (вырез), то может изменяться начало подачи. Имеются также плунжеры, снабженные как верхней, так и нижней.

Снижение оборотов регулятора

Каждый двигатель имеет кривую (характеристику) крутящего момента в соответствии с его максимальной отдачей мощности. Каждое значение оборотов двигателя связано с данным максимальным крутящим моментом. Если нагрузка на двигатель снимается при данных оборотах двигателя, а управляющая рейка соответствующим образом не регулируется, то обороты двигателя могут лишь увеличиваться в пределах управляемого диапазона до числа, определенного заводом-изготовителем двигателя (т.е. от nv — оборотов при полной нагрузке до n1 — низких оборотов холостого хода). Увеличение оборотов двигателя пропорционально изменению нагрузки, т.е. чем больше уменьшение нагрузки двигателя, тем больше увеличение оборотов двигателя.

Этот эффект известен как эффект снижения оборотов и относится к регуляторам с характеристикой снижения оборотов. Снижение оборотов регулятора в основном относится к максимальным оборотам при полной нагрузке (нормированные обороты) и подсчитывается следующим образом:

б = (n10-nv0) / nv0 или б (n10-nv0) / nv0 * 100%

где б — коэффициент снижения оборотов, его называют также просто снижением оборотов); n10 — повышенных оборотов холостого хода (максимальных); nv0 — число максимальных оборотов при полной нагрузке.

Говоря в общем, достаточно большое снижение оборотов увеличивает стабильность общего контура (цепи) управления (регулятор, двигатель и приводимый им в движение агрегат или автомобиль). С другой стороны, снижение оборотов ограничивается условиями работы. Для примера: примерно от 0 до 5% — для двигателей генераторных установок и примерно от 6 до 15% — для автомобильных двигателей.

Рис. Обороты при полной нагрузке с соответствующим управлением оборотами холостого хода:
1. Крутящий момент Md; 2. Обороты двигателя.

Рис. Увеличение оборотов для различных снижений оборотов:
1. Крутящий момент Md; 2. Обороты двигателя; слева — малое снижение оборотов; справа — большое снижение оборотов.

Рис. Снижение оборотов регулятора R Q V:
1. Снижение оборотов; 2. Обороты ТНВД

На рисунках введены следующие обозначения:

nvu — минимальные обороты при полной нагрузке,
nu — любое значение оборотов при полной нагрузке,
nv0 — максимальные обороты при полной нагрузке,
n — низкие обороты на холостом ходу,
n1 — любое значение оборотов на холостом ходу.
n10 — повышенные обороты холостого хода (максимальные).

На рисунке показана практическая иллюстрация эффектов снижения оборотов. При установке требуемых оборотов двигателя на фиксированной величине, действительное число оборотов двигателя изменяется в пределах области снижения оборотов, когда нагрузка двигателя изменяется.

Рис. 1. Крутящий момент Md; 2. Обороты двигателя, n; 3. Диапазон снижения оборотов; 4. Максимальная разница в оборотах; 5. Реальные обороты; 6. Полная нагрузка; 7. Частичная нагрузка; 8. Отсутствие нагрузки; 9. Время t; 10. Установочные обороты.

Функции регулятора

Основной задачей каждого регулятора числа оборотов является ограничение максимальных оборотов двигателя. Другими словами, регулятор должен обеспечивать, чтобы обороты двигателя никогда не превышали максимальных значений, предусмотренных заводом-изготовителем. В зависимости от его типа, регулятор может иметь и другие функции, такие как поддержание определенных оборотов двигателя, например, на холостом ходу или поддержание диапазона оборотов между низкими и высокими оборотами холостого хода (максимальными). Регулятор может также иметь другие функции и функции, выполняемые электронным регулятором (EDC), являются гораздо более широкими, чем функции у механического (центробежного) регулятора.

Различные требования, предъявляемые к регуляторам, стали причиной развития различных типов регуляторов, перечисленных ниже:
регуляторы максимальных оборотов. Эти регуляторы разработаны только для ограничения максимальных оборотов двигателя;
регуляторы минимальных и максимальных оборотов.

Кроме максимальных оборотов эти регуляторы также управляют низкими оборотами холостого хода, регуляторы изменяемых оборотов. Эти регуляторы кроме максимальных оборотов и низких оборотов холостого хода также управляют оборотами в промежуточной области, комбинированные регуляторы. Они представляют собой комбинацию регулятора максимальных и минимальных оборотов и регулятора изменяемых оборотов, регуляторы для стационарных силовых установок. Они разработаны для двигателей генераторных установок в соответствии с немецким стандартом DIN 6280. Кроме своей основной задачи, этот регулятор также имеет несколько других функций управления. Они включают в себя автоматическую подачу и отсечку дополнительного топлива, требуемого для запуска и изменение подачи топлива при полной нагрузке в зависимости от оборотов двигателя (управление крутящим моментом), от давления нагнетаемого воздуха или атмосферного давления. Для выполнения этих задач требуется дополнительное оборудование.

Рис. Регулировка максимальных оборотов:
1. Ход управляющей рейки; 2. Остановка; 3. Полная нагрузка; 4. Контролируемая область; 5. Полная нагрузка; 6. Без нагрузки; 7. Обороты двигателя.

В зависимости от снижения оборотов, когда нагрузка на двигатель убирается, то максимальные обороты при полной нагрузке nv0 не достигают величины n10 (повышенные обороты холостого хода — максимальные). Регулятор подгоняет их до этого требуемого значения, передвигая управляющую рейку в направлении остановки (прекращая подачу топлива). Управление (регулировка) в области между nvo и пю называется регулировкой максимальных оборотов. Чем выше снижение оборотов, тем выше увеличение оборотов между nvo и n10.

Когда требуется специальное применение (например, в автомобилях с коробкой отбора мощности), то регулятор может поддерживать обороты двигателя в пределах требуемой области (2) между оборотами холостого хода и повышенными оборотами холостого хода (максимальными), (1 — ход управляющей рейки).

Рис. Регулировка промежуточных оборотов

Обороты двигателя (5), таким образом, колеблются только в пределах рабочей области между nv. (полная нагрузка-3) и n1 (без нагрузки-4) в зависимости от нагрузки.

Регулирование может также иметь место и в самой низкой области оборотов двигателя.

Рис. Управление низкими оборотами холостого хода: 1. Ход управляющей рейки; 2. Область управления; 3. Полная нагрузка; 4. Без нагрузки; 5. Обороты двигателя.

После запуска холодного двигателя, когда управляющая рейка перемещается из пускового положения в положение В, сопротивление двигателя на трение остается достаточно высоким, Это значит, что количество подаваемого топлива для устойчивой работы двигателя будет немного выше того, которое обычно соответствует регулировочной точке L для низких оборотов холостого хода, а обороты двигателя будут немного ниже. При прогреве уменьшение трения будет причиной увеличения оборотов двигателя, и управляющая рейка передвинется обратно в положение L. Это установка низких оборотов холостого хода для двигателя, находящегося при рабочей температуре.

Управление крутящим моментом

Управление крутящим моментом используется для обеспечения полного использования воздуха для сгорания, поступившего в цилиндр двигателя. В таком случае процесс управления не актуален, но на регулятор накладывается более одной функции регулировки. Он разработан для количества топлива, подаваемого для режима полной нагрузки, т.е. для максимального количества топлива, впрыскиваемого в области нагрузок двигателя и которое может сгореть без чрезмерного дымообразования. В общем, потребность в топливе «атмосферного» (т.е. без наддува) дизельного двигателя снижается с ростом оборотов двигателя (уменьшенная относительная скорость воздушного потока, ограничения по температуре, изменяемое смесеобразование). С другой стороны, при постоянном положении управляющей рейки количество топлива, впрыскиваемого ТНВД, увеличивается в определенной области, когда обороты возрастают. Это происходит из-за эффекта дросселирования у отверстия для сброса (сливного отверстия) плунжерной пары ТНВД. Однако впрыскивание избыточного топлива приводит к выбросам дыма и перегреву двигателя. Это означает, что количество впрыскиваемого топлива должно быть адаптировано к потребности двигателя в топливе.

Рис. а) Потребность двигателя в топливе; б) Подача топлива в режиме полной нагрузки без управления крутящим моментом; с) Подача топлива в режиме полной нагрузки с управлением крутящим моментом; 1. Количество подаваемого топлива; 2. Начало управления крутящим моментом; 3. Конец управления крутящим моментом; 4. Область управления крутящим моментом; 5. Обороты двигателя.

У регуляторов числа оборотов с управлением крутящим моментом управляющая рейка передвигается в области управления крутящим моментом на фиксированную величину (так называемый ход управления крутящим моментом) в направлении остановки (отсечки подачи топлива). Таким образом, когда обороты возрастают (от n1, до n2), количество подаваемого топлива уменьшается (принудительное управление крутящим моментом или управление крутящим моментом в направлении управления). Когда обороты двигателя падают (с n2 до n1), подача увеличивается.

Рис. 1. Управление ходом рейки; 2. Начало управления крутящим моментом; 3. Конец управления крутящим моментом; 4. Ход управления крутящим моментом; 5. Обороты двигателя.

Конструкция и расположение приборов для управления крутящим моментом изменяются в соответствии с типом регулятора. Кривая крутящего момента с и без управления крутящим моментом показана на рисунке. Максимальный крутящий момент достигается во всем диапазоне показанных оборотов без превышения пределов дымности.

Рис. 1. Крутящий момент двигателя Md; 2. Начало управления крутящим моментом; 3. Конец управления крутящим моментом; 4. С управлением крутящим моментом; 5. Без управления крутящим моментом; 6. Обороты двигателя.

На двигателях, оснащенных турбонагнетателем с приводом от выхлопных газов, имеющих высокий коэффициент наддува, потребность в топливе на режиме полной нагрузки в областях низких оборотов возрастает настолько, что стандартное увеличение подачи топлива от ТНВД становится недостаточной. В таких случаях управление крутящим моментом должно регулироваться в зависимости от оборотов двигателя или давления нагнетаемого воздуха.

В зависимости от преобладающих условия это осуществляется с использованием либо регулятора, либо компенсатора давления во впускном коллекторе (LDA) или обоих этих устройств.

Рис. Характеристики подачи топлива:
а) Потребность двигателя в топливе; б) Подача в режиме полной нагрузки без управления крутящим моментом; с) Подача в режиме полной нагрузки с управлением крутящим моментом; c1 — отрицательное (свободное) управление крутящим моментом; с2 — принудительное (положительное) управление крутящим моментом; 1. Количество подаваемого топлива; 2. Управление крутящим моментом; 3. Отрицательное; 4. Положительное; 5. Обороты двигателя.