Дизельный двигатель: устройство, принцип работы, преимущества

Признаки неисправности дизельного двигателя

Запуск двигателя затруднен

Износ нагнетательных элементов насоса высокого давления. Неправильный угол опережения подачи топлива в двигателе. Износ распылителей, вызывающий плохое распыление топлива. Слишком низкое давление впрыска.

Нехватка топлива перед насосом высокого давления из-за попадания воздуха в систему подачи топлива. Неисправности подкачивающего топливного насоса. Слишком малая доза топлива при запуске, вызванная неправильной работой регулятора. Загустение топлива зимой. Неисправны свечи накаливания.

Снижение мощности двигателя

Износ прецизионных элементов топливного насоса высокого давления или регулятора. Неправильная регулировка насоса или всережимного регулятора. Неправильный угол опережения впрыска. Износ или повреждение распылителей. Чрезмерное снижение давления впрыска. Недостаточное количество топлива, подаваемого системой нагнетания, из-за засорения топливного фильтра, недостаточной производительности подкачивающего топливного насоса или попадания воздуха в топливную систему.

Повышенный расход топлива

Неверный угол опережения впрыска. Износ нагнетательных элементов насоса высокого давления. Неправильная регулировка насоса высокого давления. Износ или повреждение распылителей. Слишком большое снижение давления впрыска. Загрязнен воздушный фильтр. Утечка топлива. Недостаточная компрессия.

Черный дымный выхлоп

Плохое смесеобразование в камере сгорания из-за нагара или неплотного закрытия клапанов. Поздний впрыск топлива. Плохое распыление топлива форсунками. Неверные зазоры в клапанах. Недостаточная компрессия.

Серый или белый дымный выхлоп

Неверное опережение впрыска. Недостаточная компрессия. Пробита прокладка головки блока. Переохлаждение двигателя.

Жесткая работа двигателя

Слишком ранний впрыск топлива. Большая разница между дозами топлива, впрыскиваемого в разные цилиндры двигателя. Неправильная работа некоторых форсунок. Недостаточная компрессия.

Перегрев двигателя

Неправильный угол опережения впрыска. Плохое распыление топлива форсунками (струя вместо «факела»).

Не развивается полная мощность двигателя

Короткий ход у педали акселератора, неправильно отрегулирована тяга педали акселератора. Загрязнен воздушный фильтр. Воздух в системе питания. Повреждены топливопроводы. Неисправны крепления распылителей (форсунок). Распылители неисправны. Сбит угол опережения впрыска топлива. Неисправен топливный насос высокого давления.

Повышенный расход топлива

Негермётична система питания. Забит топливопровод слива (от насоса к топливному баку). Высокие обороты холостого хода или же сбито опережение впрыска. Плохо работает двигатель. Неисправны распылители, неисправны форсунки. Неисправен топливный насос высокого давления.

Повышенный шум двигателя

Загрязнения в системе питания, вследствие чего не работают распылители. Уплотнительные шайбы под распылителями отсутствуют или плохо установлены, распылитель слишком сильно (слишком слабо) завернут в головку цилиндров. Воздух в системе питания.

Неравномерная работа двигателя на холостом ходу

Неправильно установлены обороты холостого хода. Затруднен ход педали акселератора. Ослаб топливопровод подачи топлива между топливным насосом высокого давления и топливным фильтром. Повреждена опорная пластина насоса высокого давления. Неисправности в подаче топлива. Неисправны распылители, неисправны форсунки. Неправильное опережение впрыска.

Колебания частоты оборотов коленчатого вала

Износ регулятора оборотов. Разрегулирование или износ системы впрыска. Чрезмерное сопротивление перемещению элементов в системе регулирования. Попадание воздуха в топливную систему. Избыточное давление газов в картере.

Внезапная остановка двигателя

Смещение угла опережения нагнетания (нарушение соединения насоса с приводом). Засорение топливного фильтра и нехватка топлива, подаваемого в насос. Отсутствие подачи топлива, вызванное повреждением топливного насоса высокого давления или подкачивающего насоса. Повреждение трубопровода впрыска. Износ и перекос поршня-разделителя, ротора или поршней насоса высокого давления.

Часто выходят из строя калильные свечи

Неисправны форсунки в соответствующих цилиндрах.

Невозможно заглушить двигатель

Неисправен запорный электромагнитный клапан.

Повышается уровень моторного масла в картере

Течь через уплотнитель цепного или шестеренчатого привода насоса высокого давления.

Слабое торможение двигателем

Засорены сливные топливопроводы. Неверно установлены ускоренные обороты холостого хода.

Конструкция с особенностями

Для начала отметим, что использовались трехцилиндровые и четырехцилиндровые высокооборотные двигатели внутреннего сгорания, чего не скажешь о первом одноцилиндровом, в сравнение не идет даже двухцилиндровый дизельный двигатель.

Клапаны стали играть большую роль, их пришлось усилить, что изменило их характеристику. Так как они, помогая поршню сжиматься, направляя в цилиндры горючее, стали намного больше выполнять работы. Поэтому у дизельного двигателя размеры больше чем у бензинового мотора, хотя камера внутреннего сгорания такая же.

Есть данные о недостатках. Это:

• Во-первых, большая вибрация и сильный шум.
• Во-вторых, всего лишь двухлитровая мощность
• В-третьих, медленный старт холодного мотора.

Но современных устройствах уже решили подобные вопросы, результаты их решения стали оптимальными.

Главное отличие между разными дизелями, это то, как устроена камера сгорания. Есть дизели с неразделенным устройством сгорания, это возможность непосредственного впрыска, то есть поршень получает дозу горючего, так как камера сгорания находится прямо в поршне. Если обороты малые, то это лучший вариант, который может иметь двухтактный дизельный двигатель.

В случае, когда камера сгорания разделена, такое устройство у авто более распространено. Оно считается более оптимальным у двухлитрового мотора. Ведь впрыск осуществляется в особое место, чаще в вихревую камеру, которая находится в головке блока цилиндров. Там есть особый канал, который направляет горючее туда, где образуется вихревая сила, ведь в блок попадает атмосферный воздух, в итоге происходит самовозгорание горючего. Благодаря огромному сжатию, в камере сгорания поднимается температура воздуха, благодаря чему и воспламеняется дизельное топливо.

Воспламеняется горючее в вихревой емкости, а потом догорает уже в камере сгорания. Давление в цилиндрах не превышает допустимого значения, поэтому шум у современного мотора ниже, чем на старых вариантах. Подобные устройства составляют сегодня основное множество.

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:

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.

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.

Схема системы питания

Схема системы питания дизельного двигателя включает в себя основные компоненты, в число которых входят:

• Бак для топлива;
• Фильтры очистки топлива (грубой и тонкой);
• Насос топливный, подкачивающий;
• Насос топливный, создающий высокое давление (ТНВД);
• Форсунки;
• Трубопровод для перекачки топлива под низким давлением;
• Трубопровод высокого давления;
• Фильтр воздушный

Схема топливной системы имеет вспомогательные компоненты, к которым можно отнести электрические насосы, детали выпуска отработанных газов, фильтры очистки от сажи, глушители и т.п. Общее устройство системы питания предполагает деление топливной аппаратуры на две группы:

• Аппаратура, подводящая топливо;
• Аппаратура, подводящая воздух.

Топливная аппаратура дизельных двигателей может иметь различное устройство, система разделённого типа, на сегодняшний день является наиболее распространенной. Для этой системы характерно разделение ТНВД и форсунок на отдельно функционирующие устройства.

Топливо проходит путь по путепроводам высокого и низкого давления. Проверка шлангов подачи топлива является обязательным условием эксплуатации силовой установки.

Хранение, фильтрация и подача к ТНВД происходит при невысоком давлении. После чего, топливный насос поднимает давление в системе для правильного дозирования и подачи порции топлива в камеру сгорания в нужный момент.

Систему питания дизельного мотора обслуживает два насоса:

• Насос, создающий высокое давление;
• Насос, подкачки топлива.

Насос подкачки топлива осуществляет подачу солярки из бака к фильтрам грубой и тонкой очистки и дальше к насосу, создающему высокое давление. Этот путь жидкость проходит с относительно невысоким показателем давления.

Проходя ТНВД, давление топлива нагнетается до высокого уровня. Порядок работы цилиндров определяет подачу рабочей смеси. Насос, создающий высокое давление имеет несколько секций, каждая из которых отвечает за определённый цилиндр двигателя.

Устройство системы питания дизельного двигателя, осуществляющего два такта, может иметь неразделённый тип. Для таких систем применяется специальное устройство, насос-форсунка. Это своего рода объединение топливного насоса, создающего высокое давление и форсунки в один прибор.

Конструктивный принцип работы системы питания дизельного двигателя, получившего наибольшее распространение, предусматривает расположение форсунок в головке блока цилиндров. Основная задача такого расположения, точное распыление топлива в камере сгорания. К ТНВД, поступает большой объём солярки, её излишки отводятся обратно в бензобак по дренажным трубам.

Форсунки могут быть двух типов:

• Закрытого типа;
• Открытого типа.

Более широкое применение имеют форсунки закрытого типа. В устройстве таких форсунок есть специальная запорная игла, которая закрывает отверстие подачи топлива. Поэтому, полость форсунки соединяется с камерой сгорания только при открытии отверстия и впрыске жидкости.

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.

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.

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.

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.

Установка ТНВД на двигатель

После ремонта и регулировки ТНВД устанавливается на двигатель, с которым он может быть связан ременным, цепным или шестеренчатым приводом.
Для этого необходимо совместить установочные метки ТНВД с метками механизма газораспределения двигателя. Данные о взаимном расположении установочных меток можно подчерпнуть в справочной литературе и на электронных носителях информации, например, Autodata. Там же существуют данные о моментах затяжки присоединительных винтов ТНВД.
Если ТНВД связан с двигателем ременной передачей необходимо установить ремень с заданным усилием. Нарушение этого условия может привести к серьезным поломкам ТНВД и двигателя.
После установки насоса на двигатель, для механических ТНВД и ТНВД с электронным регулятором требуется точная регулировка угла опережения впрыска (УОВ) на двигателе. Для механических ТНВД используется статический и динамический способы регулировки. Для рядных ТНВД статический способ осуществляется с помощью моментоскопа, а для распределительных применяется специальная индикаторная головка.
Динамический способ установки угла впрыска производится на холостых оборотах двигателя с помощью специального стробоскопа. Данные об установочных углах для обоих способов определяются через программу Autodata.
Для электронных ТНВД оптимальный метод установки УОВ осуществляется с помощью диагностических сканеров, например, KTS фирмы Bosch.
При установке ТНВД системы Common Rail на двигатель точной регулировки угла опережения впрыска не требуется.

ООО «Дизель-Сервис» предлагает полный спектр услуг по снятию, установке, профилактике, диагностике и агрегатному ремонту ТНВД следующих типов:

• VE фирмы BOSCH европейских автопроизводителей, а также фирм ZEXEL и DENSO азиатских автопроизводителей для легковых автомобилей, микроавтобусов, малогабаритных грузовиков и спецтехники;
• рядных механических ТНВД для легковых автомобилей и микроавтобусов MERCEDES и др.;
• электронных ТНВД типа VE BOSCH для европейских автомобилей и VE ZEXEL и VE DENSO для некоторых моделей японских и корейских автомобилей.
• ТНВД для автомобилей, оснащенных системой Common Rail фирмы BOSCH.

ООО «Дизель-Сервис» имеет оборудование и специнструмент для снятия и установки большинства видов топливных насосов, а также свой топливный цех по агрегатному ремонту и диагностике ТНВД. Наши специалисты, имеющие огромный опыт по диагностике и ремонту ТНВД, в сжатые сроки и с хорошим качеством произведут ремонт топливной аппаратуры по умеренным ценам. На все виды работ имеются гарантийные обязательства.

Оплата может производиться по наличному и безналичному расчету.

Ремонт ТНВД

Способы устранения неисправностей топливного насоса высокого давления зависят от типа устройства, а также причины поломки. Перечислим наиболее распространенные ремонтные меры.

Замена плунжерной пары своими руками

Перед выполнением самостоятельной проверки (без использования специального стенда) необходимо иметь под рукой слесарные инструменты и новую плунжерную пару, а также иметь опыт выполнения ремонтных работ. Описание проверки состояния топливного насоса высокого давления опишем на примере распространенного ТНВД Bosch.

Ремонт ТНВД Bosch

Необходимо понимать, что демонтаж насоса зависит от конкретной модели и даже двигателя автомобиля, поэтому процедура будет описана в общих чертах. Так, для замены плунжерной пары (наиболее частый тип ремонта) необходимо:

снять клеммы с аккумуляторной батареи автомобиля;
отсоединить от насоса высокого давления все провода и шланги, подходящие к нему;
демонтировать детали, которые препятствуют его демонтажу из машины;
открутить крепежные средства и выполнить демонтаж насоса;
аккуратно разобрать насос, при этом важно не потерять мелкие детали, а также запомнить последовательность разборки (можно фотографировать этот процесс поэтапно на телефон);
открутить и демонтировать плунжер из насоса;
почистить все детали насоса от грязи (можно воспользоваться для этого специальными карбклинерами или подобными очистителями);
проверить ролики, подшипники и рейки на насосе, на них не должно быть значительного износа;
демонтировать со старой плунжерной пары клапана и так называемую «глушилку», после чего установить их на новую пару;
выполнить монтажные работы в обратном порядке.

Обратите внимание, что замену плунжерной пары можно выполнять лишь в случае, вы полностью уверены в том, что этот узел частично вышел из строя, поскольку он стоит немалых денег.

Заедание рейки

Если вы обнаружили, что заедает рейка, то первое что сделать — найти место ее «прикипания». Сделать это можно, если подкачивать зубчатый венец относительно рейки в соответствующей секции. Если рейка не заедает, то там будет небольшой зазор.

Самостоятельный ремонт в данном случае вряд ли возможен. Однако в любом случае необходимо демонтировать насос и показать его специалисту!

Профилактические меры

Как известно, профилактика — это лучший ремонт, поэтому для экономии финансов и обеспечения нормальной работы двигателя желательно выполнять несложные профилактические меры, способствующие продлению срока службы топливного насоса высокого давления. В частности:

промывку топливной системы необходимо выполнять приблизительно один-два раза в год;
обязательно вовремя менять топливный фильтр (чистить его нежелательно, потому что мелкие частички грязи, скорее всего, останутся на фильтре);
использовать качественное топливо (на любой заправке есть документация, в которой указывается, как давно было привезено топливо, а также дана информация о его составе, допусках и сезонности);
в зимнее время важно пользоваться зимним дизельным топливом, либо для понижения температуры замерзания (повышения текучести) солярки можно пользоваться специальными составами — антигелями;
желательно оставлять машину на длительную стоянку (особенно в холодное время) с полным баком, поскольку за ночь на внутренних стенках бака образуется конденсат влаги, который стекает вниз и смешивается с топливом, вместо этого можно пользоваться упомянутыми выше удалителями влаги;
не допускать критического снижения уровня топлива в баке;
в зимнее время обязательно нужно прогревать двигатель в течение нескольких минут до движения, учитывая показания приборов температуры охлаждающей жидкости и давления масла;
применять специальные смазывающие присадки для дизельного топлива, если есть подозрения на низкое качество солярки.

Перечисленные выше меры будут способствовать нормальной работе не только насоса высокого давления, но и всей топливной системы автомобиля в целом.

Особенности и требование к дизельному топливу

Процесс воспламенения в дизельном агрегате происходит самостоятельно, свеча зажигания из него полностью исключена. Для подогрева воздуха, поступающего в цилиндр, может быть установлена свеча накаливания, сделано это с целью помочь мотору быстрей прогреться, при холодном запуске. При прогреве установки, свечи отключают.

Устройство топливной системы дизельного двигателя, в частности, требования, предъявляемые к ней, в основном зависят от специфических особенностей топлива. Дизель представляет собой смесь фракций, в основном керосина и газойля, полученных после извлечения из нефти бензина.

Солярка, в сравнении с бензином, обладает такими свойствами и требованиями:

Большой вязкостью, в результате чего процесс воспламенения проходит медленней;
Высокой температурой кипения, следовательно, испаряемость её ниже;
Способность самостоятельно воспламеняться, пожалуй, самое главное свойство. Показатель оценивается цетановым числом, в современных видах топлива оно имеет значение 45-50, чем оно выше, тем лучше топливо.
Чистота, это одно из главных условий нормальной подачи топлива в силовую установку. Она осуществляется посредством топливного насоса, создающего высокого давления (ТНВД), он сжимает солярку, повышая давление, после чего форсунка подаёт и распыляет её в виде тумана непосредственно в камере сгорания. Смешиваясь с горячим воздухом и одновременно сжимаясь до давления от 3 до 5 МПа, топливо само воспламеняется. При несоблюдении чистоты, подача топлива будет сильно усложнена, как результат, вся работа системы нарушена и остановлена

Поэтому в дизельных моторах очень важно использовать качественные фильтры очистки горючего от механических примесей, парафина, воды.
Высокая плотность;
Хорошая смазывающая способность, благодаря которой срок службы дизельных силовых установок намного превосходит бензиновые аналоги;
Температура застывания. Этот показатель позволяет разбить топливную смесь на сорта: летние, зимние, арктические.