Силовой агрегат. Система впрыска топлива.

В противоположность двигателям внутреннего сгорания системы впрыска топлива дизельных двигателей работают с более высоким давлением в системе. Таким образом, топливные форсунки распыляют топливо под давлением 140 бар в вихревые камеры дизельного двигателя автомобиля Fiesta. Чтобы реализовать соответственно высокие давления в системе, топливные насосы высокого давления (ТНВД) и их периферийные устройства принципиально отличаются в дизельных двигателях от двигателей внутреннего сгорания. Распределительный ТНВД распределяет и впрыскивает определенными порциями дизельное топливо в вихревые камеры отдельных цилиндров. От ТНВД топливо под большим давлением подается непосредственно к топливным форсункам.

Рис. 8.12. Схема системы питания дизельного двигателя: 1 – топливный фильтр; 2 – топливный насос высокого давления; 3 – калиброванное отверстие; 4 – возвратный трубопровод; 5 – форсунка; 6 – трубопровод возврата топлива; 7 – топливный бак; 8 – трубопровод подачи топлива

Из топливного бака дизельное топливо по трубопроводу 8 (рис. 8.12) подается в топливный фильтр 1. Затем очищенное дизельное топливо подается в топливный насос высокого давления (ТНВД) 2. Лишнее топливо через калиброванное отверстие 3 по возвратному трубопроводу 4 возвращается в топливный бак. Сжатое ТНВД до высокого давления топливо по трубопроводу 6 подается в форсунку 5. Незначительное количество топлива, оставшееся около иглы распылителя форсунки, также возвращается в топливный бак.

Возврат лишнего топлива в топливный бак

При работе дизельного двигателя нагнетается значительное количество топлива, излишки которого по возвратному трубопроводу возвращаются в топливный бак. Форсунки не впрыскивают поданное к ним топливо в вихревые камеры: лишнее топливо используется для смазки подвижных частей топливного насоса высокого давления и форсунок. Для возврата излишков топлива форсунки имеют специальные возвратные патрубки и соединены шлангами между собой. Топливо возвращается в бак от форсунки первого цилиндра.

Путь топлива от топливного бака к форсунке

Рис. 8.13. Топливный насос высокого давления (ТНВД) в разрезе: 1 – приводной вал; 2 – подача топлива; 3 – редукционный клапан; 4 – ручка тяги ручного управления акселератором; 5 – центробежный регулятор; 6 – отверстие возврата топлива; 7 – электромагнитный клапан прекращения подачи топлива; 8 – топливопроводы к форсункам; 9 – плунжер распределительного ТНВД; 10 – кулачковая шайба; 11 – муфта опережения момента впрыска топлива (здесь для лучшего представления повернута на 90°); 12 – ролик; 13 – подкачивающий лопастный насос (также повернут на 90°)

Топливоподкачивающий лопастный насос служит для подачи топлива из бака и вместе с нагнетательным регулирующим клапаном создает давление в полости топливного насоса высокого давления (ТНВД), которое возрастает прямо пропорционально частоте вращения коленчатого вала (рис. 8.13). Всасывающий топливный насос расположен в корпусе топливного насоса высокого давления.

Плунжер распределительного ТНВД

Насос распределительного типа включает только один плунжерно-втулочный комплект для питания всех цилиндров. Плунжер находится в полости топливного насоса высокого давления. В принципе он выполняет роль распределителя зажигания в бензиновых двигателях. Конструктивной особенностью плунжера распределительного ТНВД является множество каналов и канавок. Специальное расположение плунжера распределительного ТНВД обеспечивает выполнение им двух функций. Он открывает путь топлива в полость и через форсунки распыляет топливо в вихревых камерах головки цилиндров.

Плунжер распределительного ТНВД не только создает требуемое давление топлива во время его рабочего хода, но и одновременно, вращаясь, распределяет его по отдельным выходным отверстиям. Плунжер распределительного ТНВД вращается с частотой в два раза меньшей, чем коленчатый вал двигателя. 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, т.е. распределение и подачу топлива. Насос продолжает подачу топлива во время рабочего хода до тех пор, пока выпускное отверстие плунжера остается закрытым. Топливо устремляется в направлении того цилиндра, который находится в такте сжатия. Движение вперед плунжера распределительного ТНВД уменьшает одновременно объем перед поршнем: теперь сжатое топливо поднимает иглу форсунки и топливо распыляется в вихревой камере. Топливный насос прекращает подачу топлива, как только выпускное отверстие совмещается с отверстием в регулирующей втулке. Далее плунжер распределительного ТНВД, попадая в выемку кулачковой шайбы, отходит назад, и в его полость попадает новая порция топлива.

Функционирование плунжера распределительного ТНВД

Рис. 8.14. Схема функционирования плунжера распределительного ТНВД: 1 – электромагнитный клапан прекращения подачи топлива; 2 – плунжер распределительного ТНВД; 3 – отверстие; 4 – канал; 5 – трубопровод возврата топлива в топливный бак; 6 – камера высокого давления; 7 – форсунка

При повороте плунжера 2 (рис. 8.14) распределительного ТНВД наполнительное отверстие 3 через канавку в плунжере совмещается с каналом 4. Теперь топливо под давлением, созданным подкачивающим лопастным насосом, попадает в камеру высокого давления 6 перед плунжером распределительного ТНВД и заполняет все пространство. Таким образом, заполнение полости перед сжатием топлива закончено.

Рис. 8.15. Схема функционирования плунжера распределительного ТНВД: 1 – плунжер распределительного ТНВД; 2 – электромагнитный клапан прекращения подачи топлива; 3 – распределительный канал; 4 – канал выпускного отверстия; 5 – трубопровод возврата топлива в топливный бак; 6 – камера высокого давления; 7 – форсунка

После заполнения плунжер 1 (рис. 8.15) распределительного ТНВД продолжает вращение и наполнительное отверстие закрывается плунжером. Далее в задней части топливного насоса высокого давления выступы кулачковой шайбы набегают на ролики и плунжер распределительного ТНВД, соединенный неподвижно с кулачковой шайбой, передвигается вперед. Давление в камере высокого давления повышается до требуемого значения, и в это время канал 3 совмещается с каналом выпускного отверстия 4. Далее сжатое топливо через трубопровод высокого давления подается к форсунке 7. Незначительное количество оставшегося топлива по возвратному трубопроводу 5 возвращается в топливный бак. Электромагнитный клапан прекращения подачи топлива должен быть открыт, иначе топливо не сможет попасть в камеру высокого давления.

Электромагнитный клапан прекращения подачи топлива

Рис. 8.16. Расположение разъема (2) электромагнитного клапана (1) остановки двигателя

Перед тем как топливо попадает в наполнительный канал плунжера распределительного ТНВД, оно проходит через открытый электромагнитный клапан прекращения подачи топлива. До тех пор пока на клапан подается напряжение, топливо может проходить через него беспрепятственно. После отключения напряжения электромагнитный клапан 1 (рис. 8.16) закрывается и перекрывает подачу топлива к плунжеру распределительного ТНВД. Если при проверке фаз газораспределения необходимо провернуть коленчатый вал двигателя стартером, для исключения пуска двигателя отсоедините разъем 2 от электромагнитного клапана остановки двигателя.

Центробежный регулятор частоты вращения коленчатого вала двигателя

Для обеспечения нормальной работы дизельного двигателя на различных режимах и подачи требуемой порции топлива в строго определенный момент распределительные ТНВД оснащены центробежным регулятором. Его грузики перемещаются наружу под действием центробежной силы и воздействуют на регулировочный золотник, который открывает отверстие в плунжере распределительного ТНВД и таким образом всегда добавляет топливо из полости насоса.

Если частота вращения коленчатого вала двигателя повышается по отношению к положению педали управления подачей топлива, регулятор закрывает отверстие, и частота вращения снова уменьшается. При пуске двигателя отверстие полностью открыто и двигатель получает максимальное количество топлива до тех пор, пока не будет достигнута частота вращения холостого хода. При работе двигателя на всех режимах центробежный регулятор всегда сравнивает частоту вращения коленчатого вала с положением педали управления подачей топлива. Аналогичным образом центробежный регулятор ограничивает максимальную частоту вращения, которая для дизельного двигателя автомобиля Fiesta составляет 5 350+50 мин^-1.

Муфта регулировки момента опережения впрыска топлива

С целью обеспечения нормального процесса сгорания и резервирования времени, необходимого для приготовления топливовоздушной смеси, начало впрыска топлива необходимо производить до прихода поршня в верхнюю мертвую точку. Для этого служит муфта опережения впрыска топлива, которая сдвигает впрыск на более раннее начало и достигает эффекта, похожего на работу регулятора опережения зажигания в двигателях внутреннего сгорания. Муфта опережения впрыска топлива расположена в корпусе топливного насоса высокого давления.

Устройство, облегчающее пуск холодного двигателя

Устройство, облегчающее пуск холодного дизельного двигателя, выполняет ту же роль, что и автоматическое пусковое устройство в двигателях внутреннего сгорания, однако на этом их сходство и заканчивается. Применение устройства, облегчающего пуск холодного дизельного двигателя, зависит от температуры воздуха. Не уменьшая притока воздуха в цилиндры двигателя, оно смещает момент впрыска топлива в направлении более раннего впрыска. Таким образом, распыленное топливо имеет больше времени для воспламенения в сжатом воздухе и в подогретых свечами накаливания вихревых камерах, при этом двигатель пускается более надежно и мягко. Кроме того, устройство, облегчающее пуск холодного двигателя, незначительно увеличивает частоту вращения холостого хода: коленчатый вал двигателя вращается с частотой 1100 мин^-1.

Форсунки

Рис. 8.17. Форсунка, установленная на двигателе: 1 – впрыскивающий нагнетательный трубопровод; 2 – заглушка на патрубке возврата топлива 4-го цилиндра; 3 – трубопровод возврата топлива; 4 – корпус форсунки

Форсунки (рис. 8.17) являются заключительным элементом системы впрыска топлива дизельного двигателя. Они распыляют топливо под высоким давлением в вихревые камеры отдельных цилиндров. Если давление в системе превышает 143 бар, происходит повреждение подпружиненной иглы распылителя и сопла, в результате чего топливо вытекает из системы впрыска. Для предупреждения противотока горящих газов, когда сопло форсунки все еще открыто, давление в камере повышенного давления форсунки должно быть выше, чем давление в камере сгорания. Это особенно важно в конце впрыска, когда уменьшается давление впрыска, сопровождаемое чрезмерным возрастанием давления продуктов сгорания. Оно может быть обеспечено только тщательным согласованием работы топливного насоса, распылительного сопла и иглы. Циркулирующее в системе питания топливо также производит смазку и охлаждение всех подвижных частей. Так как общая масса топлива никогда не впрыскивается, лишнее топливо возвращается в топливный бак. Время между началом впрыска и воспламенением составляет 0,002 с. Поэтому даже незначительный сбой в работе системы впрыска топлива приводит к нарушению нормальной работы двигателя. Черный дым из выхлопной трубы и шумная работа дизельного двигателя свидетельствуют о необходимости проверки и регулировки системы впрыска топлива.

Определение неисправной форсунки

Определить неработающую форсунку можно следующим образом. Пустите двигатель и оставьте его работать на холостом ходу. По очереди ослабьте накидные гайки крепления трубопроводов высокого давления к форсункам. При ослаблении гайки на исправной форсунке частота вращения коленчатого вала двигателя должна заметно уменьшиться. Если при ослаблении гайки частота вращения коленчатого вала двигателя не изменяется, значит, проверяемая форсунка неисправна.

Определить неисправные форсунки можно также по следующим симптомам:

• постоянно обгорающему наконечнику свечи накаливания;
• постоянному дыму черного цвета из выхлопной трубы;
• увеличенному расходу топлива;
• частому перегреву двигателя;
• жестким шумам в процессе сгорания топлива;
• снижению мощности.

При наличии любого из перечисленных признаков неисправности дизельного двигателя автомобиля Fiesta посетите автомастерскую для получения квалифицированного заключения о наличии неисправности и мерах по ее устранению.

Ремонт форсунки

Стандартные корпуса форсунок включают сопло распылителя и запорную иглу. Игла форсунки свободно перемещается в пределах направляющего канала распылителя и в то же самое время обеспечивает герметизацию в условиях высокого давления впрыска. В нижней части иглы имеется коническое уплотнение. Пружиной форсунки игла прижимается к соответствующей по форме поверхности распылителя, когда форсунка находится в закрытом положении. Конические поверхности распылителя и иглы обеспечивают контакт с высоким удельным давлением и эффективной герметизацией. Форсунка открывается, когда сила давления топлива на уплотняющую поверхность превышает силу пружины форсунки. Она останется открытой до тех пор, пока давление в системе не уменьшится до величины ниже давления открытия.

Рис. 8.18. Детали форсунки: 1 – корпус; 2 – корпус распылителя; 3 – игла распылителя; 4 – вставной блок корпуса форсунки; 5 – упорный болт; 6 – нажимная пружина форсунки; 7 – установочный диск; 8 – верхняя часть корпуса

Без специального оборудования можно только визуально определить изношенную форсунку по внешним локальным повреждениям или сильным загрязнениям. Однако форсунки обычно изнашиваются во внутренней части распылителя, игле распылителя и нажимной пружине. Для регулировки измерения и давления впрыска, т.е. изменения усилия нажимной пружины, необходимо использовать специальное оборудование. В большинстве всех случаев лучше заменить неисправную форсунку. Если вы решили разобрать форсунку, не держите открытыми детали на верстаке больше времени, чем требуется, так как обработанные с высокой точностью поверхности иглы распылителя и корпуса крайне восприимчиво реагируют на пыль или ржавчину. Для разборки форсунки отверните ее верхнюю часть от корпуса и достаньте все внутренние детали форсунки (рис. 8.18). Момент затяжки крепления верхней части форсунки к корпусу составляет 80 Н•м.