Управление дизельным двигателем
Рециркуляция отработавших газов (EGR)
- Рециркуляция отработавших газов (EGR)
- Screenshot_11.jpg (140.4 КБ) 240 просмотров
Как упоминалось ранее, рециркуляция отработавших газов нейтрализует образование NОx. Система EGR направляет часть выхлопных газов обратно во впускной коллектор при работе двигателя на частичных нагрузках. При этом уменьшается не только содержание кислорода в цилиндре, но и температура фронта пламени и сгорания, что также приводит к снижению выбросов NОx. Если уровень выхлопных газов, направленных на рециркуляцию, превышает 40% объема впускного воздуха, увеличиваются выбросы сажи, СО и НС, растет расход топлива из-за недостаточного количества кислорода. Рециркуляцию организуют путем соединения выпускного и впускного коллекторов. Клапан EGR, который открывается и закрывается электромагнитным клапаном или электрическим клапаном, регулирует поток газа. Следует заметить, что рециркуляция отработавших газов приводит к снижению топливной экономичности и росту выбросов углекислого газа СО2 вместо гораздо более опасного NОx.
Рециркуляция отработавших газов в системах CRDI
- Рециркуляция отработавших газов в системах CRDI
- Screenshot_12.jpg (205.49 КБ) 237 просмотров
На автомобилях с системой непосредственного впрыска аккумуляторного типа (CRDI) рециркуляция отработавших газов осуществляется по замкнутому циклу. Количество воздуха, поступающего в двигатель (степень открытия клапана EGR прямо пропорциональна количеству воздуха) измеряется датчиком массового расхода воздуха, полученные значения сравниваются с заданными данными, хранящимися в памяти ЭБУ двигателя для каждого рабочего режима. Если имеют место отклонения в значениях, ЭБУ корректирует сигнал, подаваемый на электромагнитный клапан EGR. В результате изменяется положение клапана EGR, а количество газов, перепускаемых системой EGR, соответствует требуемой величине. Работа системы EGR будет более точной при применении электрического клапана и при наличии в системе кислородного датчика, который обеспечивает необходимую обратную связь для работы системы. Чтобы газы проходили через систему EGR, необходима разница давлений в выпускном и впускном коллекторах. Она появляется в результате работы заслонки управления воздушным потоком, которая снижает давление воздуха на впуске.
Охладитель системы EGR
В современных дизельных двигателях отработавший газ, проходящий по системе EGR, охлаждается в специальном охладителе. Это дает возможность увеличить количество отработавшего газа, направляемого в цилиндры двигателя.
Замечание
После замены датчика массового расхода воздуха на двигателях, оснащенных каталитическим сажевым фильтром, его параметры должны быть внесены в ЭБУ двигателя повторно с помощью диагностического прибора HI-SCAN Pro. Более подробная информация приведена в заводской инструкции.
Заслонка управления воздушным потоком
- Заслонка управления воздушным потоком
- Screenshot_13.jpg (138.09 КБ) 236 просмотров
Заслонка управления воздушным потоком (с приводом от электромагнитного клапана)
Основное назначение этой заслонки состоит в том, чтобы снизить избыточное давление во впускном коллекторе для правильной работы системы EGR. Заслонка управления воздушным потоком приводится в действие приводом, в котором создается разрежение через электромагнитный клапан. Заслонка работает на низких оборотах двигателя и закрывается в момент останова двигателя.
Заслонка управления воздушным потоком (с приводом от электродвигателя)
На автомобилях, оснащенных сажевым фильтром, положением заслонки управляет электродвигатель. Принцип управления такой же, как и при приводе с электромагнитным клапаном. При осуществлении процесса регенерации сажевого фильтра ЭБУ двигателя прикрывает заслонку для снижения количества поступающего воздуха и повышения температуры ОГ, необходимой для дожигания твердых частиц сажи.
Механизм регулирования завихрения
- Механизм регулирования завихрения
- Screenshot_14.jpg (198.19 КБ) 235 просмотров
На низких оборотах двигателя скорость движения воздуха и его вращательное движение в цилиндре небольшие, а значит и процесс смешивания с топливом малоэффективен, что приводит к снижению мощности двигателя и повышению его токсичности. Механизм регулирования завихрения — это электропривод штока с расположенными на нем 4 заслонками завихрения (по одной на каждый цилиндр). Другие впускные каналы (также по одному на каждый цилиндр) остаются незадействованными (открытыми). На средних оборотах и оборотах холостого хода привод увеличивает скорость вращения воздуха, прикрывая один из впускных каналов, что приводит к росту завихрения, снижению токсичных выбросов и повышению крутящего момента двигателя. Для инициализации и настройки положения электродвигателя привода заслонок и снижения риска его заклинивания из-за отложений, всякий раз при выключении зажигания заслонки полностью открываются.
Замечание
После замены привода механизма регулирования завихрения контрольные значения необходимо ввести в память ЭБУ двигателя при помощи HI-SCAN Pro! Более подробная информация приведена в заводской инструкции.
Нейтрализатор окислительного типа
- Нейтрализатор окислительного типа
- Screenshot_15.jpg (144.19 КБ) 234 просмотра
Особенностью работы дизельного двигателя является образование твердых частиц. В основном твердые составляющие состоят из частиц углерода (сажи) и несгоревших углеводородов, которые откладываются на них, а также различных сульфатов (из-за наличия серы в дизельном топливе). Применение обычного нейтрализатора, покрытого дорогим металлом, приводит к снижению выбросов углеводородов. Часть углеводородов сгорает в кислороде, содержащемся в выхлопных газах. Дизельный двигатель всегда работает с избытком воздуха. Поэтому такие нейтрализаторы не могут использоваться для снижения выбросов NOx. В этом случае необходимо применять нейтрализатор окислительного типа, который не накапливает вредные компоненты, а путем химических реакций обезвреживает их. Этот нейтрализатор называют нейтрализатором окислительного типа, потому что он превращает вредные вещества в безвредные CO2 и H2O посредством реакций окисления. При этом в дизельном двигателе катализатор окисляет оксид углерода СО и углеводороды НС, сконцентрированные на поверхности твердых частиц сажи. В корпусе нейтрализатора, выполненного из нержавеющей стали, содержится пористое ячеистое вещество, которое называют активным. Оно покрыто тонким слоем благородного металла, например, платины или палладия. Существуют и другие способы снижения выбросов токсичных веществ дизельного двигателя, о которых будет рассказано в этом учебном курсе.
Сажевый фильтр каталитического типа
- Сажевый фильтр каталитического типа
- Screenshot_16.jpg (161.86 КБ) 233 просмотра
Как упоминалось ранее, одним из основных загрязняющих веществ дизельного двигателя являются твердые частицы (сажа). Некоторые модели автомобилей оснащаются сажевым фильтром (в зависимости от рынка сбыта/устанавливается по заказу) для задерживания сажи, которая затем дожигается, как только фильтр будет переполнен. Этот процесс называют регенерацией. Сажевый фильтр выполнен из пористой керамики и по конструкции напоминает ячеистую массу нейтрализатора с большим количеством отверстий или пор. Но один из выходов каждой поры перекрыт: у одних каналов — на входе, у других — на выходе. Отработавший газ попадает в каналы, перекрытые на выходе. Эти каналы чередуются с другими, перекрытыми на входе. Отработавший газ проходит через стенки канала и очень большие частицы сажи оседают на внутренних поверхностях каналов и таким образом улавливаются.
Замечание
После замены каталитического сажевого фильтра контрольные значения необходимо ввести в память ЭБУ двигателя при помощи HI-SCAN Pro! Более подробная информация приведена в заводской инструкции.
Вакуумный насос
- Вакуумный насос
- Screenshot_17.jpg (135.17 КБ) 232 просмотра
Автомобили с бензиновым двигателем имеют достаточно высокое разрежение во впускном коллекторе, которое служит источником вакуума. В дизельных двигателях, работающих от самовоспламенения, такого разрежения нет. Поэтому на дизельных двигателях устанавливаются дополнительные вакуумные насосы. Эти насосы создают вакуум для работы пневмоусилителя тормозов и исполнительных устройств, например, клапана EGR. Насос может приводиться от распределительного вала двигателя либо от генератора, к которому он присоединен. Ассиметрично установленный ротор насоса приводит в движение лопасть. Она вращается по криволинейному профилю. На обоих концах лопасти имеются специальные уплотнители. Для смазки внутренних элементов насоса и надежного уплотнения вращающихся деталей насос связан с масляной системой двигателя.
Топливный насос высокого давления распределительного типа
- Топливный насос высокого давления распределительного типа
- Screenshot_18.jpg (208.03 КБ) 231 просмотр
Введение и краткий обзор
ТНВД создает необходимое давление для впрыска топлива. Топливо по топливным трубкам под давлением поступает к форсунке, которая впрыскивает топливо в камеру сгорания. Для того, чтобы удовлетворять все более жестким требованиям, предъявляемым к системам впрыска дизельных двигателей, ТНВД непрерывно совершенствуют. На автомобилях KIA устанавливаются следующие ТНВД распределительного типа:
- – с механическим регулятором (Lucas/Doowon);
- – с электромагнитным регулятором и устройством опережения впрыска (Zexel Covec F).
Приводной вал вращается в подшипниках корпуса насоса и приводит в движение шиберный топливоподкачивающий насос. Внутри корпуса насоса на конце приводного вала расположено кольцо с роликами. Оно не соединено с приводным валом, но может поворачиваться в корпусе насоса. С помощью кулачковой шайбы с торцевыми кулачками, которые перекатываются по роликам кольца и вращаются приводным валом, создается вращательно-поступательное движение, которое передается плунжеру-распределителю. Плунжер перемещается внутри распределительной головки, которая крепится с помощью болтов к корпусу. Регулятор изменяет положение дозирующей муфты на плунжере. В верхней части механизма регулятора находится пружина регулятора, которая соединяется с рычагом управления с помощью вала. Работа топливного насоса зависит от положения рычага управления.
Устройство опережения впрыскивания топлива находится в нижней части корпуса топливного насоса и расположено перпендикулярно его оси. Его работа зависит от давления топлива в корпусе насоса, которое, в свою очередь, определяется подкачивающим насосом и клапаном, регулирующим давление. Это очень важное устройство, так как от него зависит момент и продолжительность впрыскивания топлива.
Привод насоса
ТНВД распределительного типа приводится ремнем от коленчатого вала двигателя. У четырехтактных двигателей он вращается с частотой вдвое меньшей частоты коленчатого вала. Привод не должен проскальзывать, чтобы вращение приводного вала топливного насоса было полностью синхронизировано с перемещением поршня двигателя.
Топливные форсунки
- Топливные форсунки
- Screenshot_19.jpg (228.39 КБ) 230 просмотров
Как упоминалось ранее, топливо под высоким давлением подается к форсункам. В топливной системе дизельного двигателя распылитель, размещенный в корпусе держателя, расположен в камере сгорания двигателя. Он играет важную роль в формировании процесса впрыскивания топлива и соблюдения закона подачи, в оптимальном распыливании и в герметичном разъединении системы питания и камеры сгорания при прекращении подачи. Дизельное топливо впрыскивается под высоким давлением. Для того чтобы сжатый воздух в камере сгорания не попал в систему топливоподачи в момент открытия форсунок, давление в камере распылителя должно быть всегда выше давления в камере сгорания. Этого очень сложно достичь в момент окончания процесса впрыскивания топлива (когда давление впрыскивания падает, а давление в камере сгорания нарастает довольно быстро). Поэтому требуется точный подбор параметров ТНВД, распылителя и нажимной пружины.
Многоструйный распылитель
Струйные распылители применяются в двигателях с разделенными камерами сгорания. Они должны быть установлены определенным образом. Отверстия в распылителе расположены под разными углами, поэтому они должны быть правильно сориентированы в камере сгорания. Распылитель и его крепление фиксируются на блоке цилиндров выступами или полыми винтами. Форсунка впрыска состоит из распылителя и корпуса. Сам распылитель включает в себя корпус и иглу, которая свободно перемещается в направляющем отверстии корпуса и вместе с тем плотно примыкает к седлу распылителя, запирая его отверстия при высоком давлении топливоподачи.
Конец иглы форсунки, расположенной в камере сгорания, представляет собой уплотняющий конус, которым она прижимается к коническому седлу распылителя нажимной пружиной. Диаметр направляющего канала распылителя чуть больше размера его седла. Давление топлива, созданное насосом, воздействует на иглу в области фаски седла (область между направляющим каналом распылителя и иглой в зоне седла). Как только давление топлива превысит силу воздействия нажимной пружины, игла открывается. Металлический стрекочущий звук вызван работой форсунок с высокочастотной вибрацией и распыливанием топлива в цилиндры двигателя. Игла перекрывает подачу топлива, как только его давление станет ниже давления прекращения впрыскивания (последнее ниже давления открытия форсунки). Давление открытия струйной форсунки составляет примерно 150 250 бар, его можно отрегулировать установкой регулировочных шайб под нажимной пружиной.
Штифтовой распылитель
Штифтовые распылители применяются в двигателях с разделенными камерами сгорания (предкамерные или вихрекамерные дизельные двигатели). Распылитель впрыскивает топливо в форме одной струи. Особенностью штифтовой форсунки является то, что количество впрыскиваемого топлива напрямую зависит от высоты подъема ее иглы. В отличие от струйного распылителя, объем топлива которого в момент подъема иглы нарастает резко, штифтовые распылители имеют плавную характеристику количества впрыскивания топлива в диапазоне малых ходов иглы. В этом случае штифтовая игла открывает небольшую кольцевую щель, образованную отверстием распылителя и штифтом. При полном подъеме иглы щель открывается полностью и объем подачи резко нарастает. В определенной мере изменение сечения кольцевой щели зависит от хода иглы и влияет на количество топлива, впрыскиваемого в единицу времени. Вначале форсункой впрыскивается небольшая часть топлива, при этом основная порция топлива впрыскивается в конце. Подобная характеристика подачи положительно влияет на снижение шумности двигателя.
Контур низкого давления
- Контур низкого давления
- Screenshot_20.jpg (177.75 КБ) 229 просмотров
Лопастной (шиберный) топливоподкачивающий насос всасывает топливо из бака. Топливоподкачивающий насос закреплен на приводном валу ТНВД. При вращении приводного вала ТНВД четыре лопасти топливоподкачивающего насоса прижимаются центробежной силой к внутренней стенке эксцентрикового кольца. Лопатки дополнительно прижимаются к внутренней стенке топливом, находящимся в зазоре между обратной стороной каждой лопатки и прорезью ротора. Топливо поступает через входное отверстие в корпусе насоса и попадает в овальную полость, образующуюся между ротором, лопастью и эксцентриковым кольцом. Вращение ротора приводит к тому, что топливо, находящееся в объеме между соседними лопастями, выдавливается в верхнюю овальную полость и через отверстие — внутрь корпуса насоса. Клапан регулирования давления топлива обеспечивает требуемое давление во внутренней полости насоса. Иначе говоря, чем выше частота вращения насоса, тем выше давление в нем. Часть топлива проходит через клапан регулирования давления и возвращается на участок всасывания. Часть топлива также проходит через клапан ограничения слива и возвращается в бак. Для ограничения слива может применяться дроссель или клапан.
Клапан регулирования давления
Клапан регулирования давления расположен очень близко к топливоподкачивающему насосу и связан каналом с его верхней полостью. Это поршень, нагруженный пружиной, который позволяет изменять давление в корпусе насоса в соответствии с количеством подаваемого топлива. Если давление топлива превышает заданное значение, поршень открывает возвратный контур и позволяет топливу перетекать обратно на участок всасывания насоса. Если давление топлива слишком мало, возвратный контур остается закрытым. Давление открытия клапана регулируется путем изменения силы предварительной затяжки пружины.
Ограничение слива топлива
Болт, в котором находится клапан ограничения слива топлива, сообщается с полостью внутри корпуса насоса. Он позволяет изменять количество топлива, возвращающегося в топливный бак через отверстие небольшого диаметра. Это отверстие обеспечивает сопротивление на пути движения избыточного топлива, что помогает поддерживать заданное давление топлива в корпусе насоса. Клапан ограничения слива топлива и клапан регулирования давления выполнены как прецизионные узлы, все детали которых точно подогнаны друг к другу.