Удаление воздуха из системы питания дизельного двигателя

Дизельное топливо

Дизельное топливо является одним из продуктов переработки нефти. В нем содержатся различные углеводороды (парафины, нафтены, ароматические и др.). Число атомов углерода, входящих в молекулы дизельного топлива, достигает тридцати. Основное качество дизельного топлива — легкость воспламенения при соприкосновении с горячим воздухом. Воспламеняемость топлива характеризуется цетановым числом. Чем выше это число, тем менее стойки к окислению молекулы топлива и легче оно воспламеняется. У дизельного топлива цетановое число составляет 40 — 50 (чаще всего 45).

Важной характеристикой топлива также является его вязкость при различных температурах. Для обеспечения нормальной работы двигателя топливо не должно застывать при низкой температуре (до -60 °С)

Кроме того, необходимо, чтобы топливо не было токсичным, обладало антикоррозионными и смазывающими свойствами, а также не создавало паровые пробки в топливопроводах при температурах до 50 °С.

Для автотракторных дизелей используется топливо марок А (арктическое), 3 (зимнее) и Л (летнее). Наиболее широко распространено топливо марок З (при отрицательной температуре воздуха) и Л (при температурах выше 0 °С).

Особенности инжектора

Схема топливной системы («Мерседес е200» в том числе) инжекторного типа имеет принципиальное отличие от карбюраторного аналога:

• Во-первых, топливо из бака в ней подается на рампу, к которой подсоединены форсунки-распылители.
• Во-вторых, воздух в камеру сгорания двигателя подается через специальный дроссельный узел.
• В-третьих, уровень давления, создаваемый насосом в системе, в разы больше того, который создает карбюраторный механизм. Это явление объясняется необходимостью обеспечения быстрого впрыска горючего форсункой в камеру сгорания.

Но не только этим отличается от карбюратора инжекторная топливная система. «Шевроле Нива» (схема его топливной указана на фото ниже), как и другие современные авто, имеет в своем распоряжении так называемые «электронные мозги», то бишь ЭБУ. Последний отвечает за сбор и обработку информации со всех существующих датчиков в автомобиле.

Так вот, ЭБУ также управляет впрыском бензина. В зависимости от режима работы электроника самостоятельно определяет, какую именно смесь нужно подать в цилиндр – бедную или обогащенную. Но не только этим отличается схема топливной системы («Форд Транзит» CDi в том числе) инжекторного типа. Она может иметь разное количество распылителей. Об этом мы расскажем в следующем разделе.

ТНВД. Устройство и принцип работы

Топливный насос высокого давления 5 предназначен для точного дозирования топлива и его подачи в форсунки 4 под необходимым давлением и в определенный момент. В рядных двигателях такой насос помещают сбоку от двигателя, на верхней половине его картера. У V-образных двигателей его устанавливают в развале цилиндров. Существует множество типов ТНВД. В частности, на дизели сравнительно небольшой мощности, предназначенные для легковых автомобилей, как правило, устанавливают ТНВД распределительного типа с одним нагнетающим плунжером-распределителем. Однако мощные многоцилиндровые дизели чаще всего оборудованы многоплунжерными насосами. Пример такого ТНВД для шестицилиндрового V-образного дизеля представлен на рисунке.

Насос состоит из корпуса 5 с крышками, шести насосных секций, механизма привода насосных секций и механизма поворота плунжеров. Каждая насосная секция включает в себя плунжер 8, возвратную пружину 11 с опорными шайбами, нагнетательный клапан 3 с седлом, пружиной и упором, а также штуцер 2 и другие вспомогательные направляющие и крепежные детали. Механизм привода насосных секций состоит из кулачкового вала 7 и роликовых толкателей 6 с регулировочными болтами. В механизм поворота плунжеров входят поворотные втулки 10 с зубчатыми венцами и зубчатая рейка 9 с втулками и ограничительным винтом. Вдоль секций в корпусе насоса высверлены два продольных канала 1 и 4, соединенных друг с другом поперечными каналами. Каждый плунжер очень точно подогнан к своей гильзе, что обеспечивает достижение высокого давления с наименьшей утечкой топлива через зазоры.

Насос работает следующим образом. Кулачковый вал приводится во вращение от коленчатого вала двигателя с помощью зубчатой передачи (угловая скорость кулачкового вала в 2 раза меньше скорости коленчатого). Вращаясь, кулачковый вал перемещает своими кулачками роликовые толкатели 6, которые поднимают плунжеры вверх.

Обратный ход толкателей и плунжеров обеспечивается возвратными пружинами. К каналу 4 подводится топливо от топливоподкачивающего насоса, предварительно очищенное в фильтре тонкой очистки.

Когда плунжер находится в нижнем положении, топливо из канала 4 попадает в образовавшуюся надплунжерную полость. При движении плунжера вверх входное отверстие закрывается, и топливо под большим давлением проходит через нагнетательный клапан, штуцер и топливопровод высокого давления к форсунке.

Нагнетание топлива происходит до тех пор, пока надплунжерная полость не соединится со сливным каналом 1 с помощью осевых, радиальных и винтовых проточек в плунжере. При постоянном ходе плунжера, определяемом высотой выступа кулачка, количество подаваемого к форсунке топлива регулируется поворотом плунжера с помощью зубчатой рейки и поворотной втулки с зубчатым венцом. Винтовая проточка в плунжере выполнена так, что по мере его поворота изменяется расстояние от края перепускного отверстия, связанного с каналом 7, до края отсечной кромки винтовой проточки. При этом длина рабочего хода плунжера, во время которого происходит нагнетание топлива, также изменяется.

Для того чтобы топливо, подаваемое в цилиндры, успевало своевременно сгорать, и двигатель развивал наибольшую мощность, необходимо при росте частоты вращения коленчатого вала несколько увеличивать угол опережения впрыскивания топлива.

Регулирование этого угла у насосов с механическим управлением обеспечивается специальной центробежной муфтой, которая устанавливается в корпусе ТНВД и пропорционально частоте вращения коленчатого вала смещает на некоторый угол кулачковый вал насоса в направлении его вращения.

Схема, устройство и принцип работы для дизельного двигателя

Схема топливной системы common rail

Системы подачи дизельного топлива имеют свои особенности. Различают три типа конструкций:

• Сommon rail (или аккумуляторная);
• С насос-форсунками;
• Разделенные.

Common rail

Наиболее популярная топливная система для дизелей – аккумуляторная (или ). Она соответствует более высоким экологическим стандартам. Это обеспечивается благодаря независимости процессов впрыскивания дизеля от режимов работы двигателя.

Конструктивно система питания дизеля common rail имеет два основных контура:

1. Участок низкого давления – состоит из топливного бака, насоса низкого давления, трубопроводов и фильтра.
2. Участок высокого давления – состоит из топливного насоса высокого давления (ТНВД), трубопровода, рампы (аккумулятора) и форсунок.

Принцип работы топливной системы дизеля представляет собой следующую последовательность:

1. Насос низкого давления нагнетает дизель из топливного бака в трубопровод.
2. Проходя по трубопроводу через фильтры грубой и тонкой очистки дизель подается в насос высокого давления.
3. ТНВД подает топливо в форсунки, с помощью которых происходит впрыск в цилиндры.
4. Одновременно с впрыском топлива происходит подача воздуха.

Разделенная и насос-форсунка

Насос-форсунка

Разделенная топливная система состоит из топливного бака, трубопроводов, ТНВД и форсунок. При этом насос и форсунки соединены длинными трубопроводами, рассчитанными на высокое давление. Разделенная схема активно применяется в отечественном автомобилестроении, поскольку отличается низкой стоимостью и простотой конструкции.

В свою очередь, насос-форсунка – устройство, одновременно создающее нужный уровень давления и производящие впрыск топлива. Она располагается в головке блока цилиндров и приводится в действие кулачковым механизмом. Прямая и обратная магистрали при этом реализованы как каналы, находящиеся непосредственно в головке блока.

Этот способ имеет важный недостаток – он характеризуется зависимостью давления от режима работы двигателя.

Описание устройства топливной системы дизеля

Топливная система дизельного мотора состоит из следующих составных частей:

1. Топливный бак.
2. Магистральные топливопроводы.
3. Насос низкого давления.
4. Топливный фильтр грубой, а также тонкой очистки.
5. Насос ТНВД высокого давления.
6. Распыляющие форсунки-дозаторы.

Как было отмечено выше, система разделена на отдельные контуры, работающие в условиях различного давления. Контур низкого давления состоит из:

• топливного фильтра;
• сепаратора;
• специального приводного механизма;
• подогревателя;
• топливного насоса ТННД.

При прохождении топлива через каждый элемент происходят соответствующие преобразования:

1. Благодаря подогреву, холодная загустевшая солярка обретает текучесть.
2. При помощи фильтрующего элемента горючее очищается от инородных включений и прочих загрязнений.
3. Помпа обеспечивает напор топлива, необходимый для подачи во второй отсек повышенного давления.

В конструкцию второго контура входят следующие устройства:

• насос ТНВД (высокого давления);
• фильтр тонкой очистки;
• распыляющие форсунки, обеспечивающие дозированный впрыск топлива;
• система топливопроводных магистралей.

Разжиженное горючее под давлением в расчетном количестве подается в цилиндры по топливопроводным трубкам.

Почему возникает необходимость прокачать топливную систему дизельного ДВС и как это сделать

Как уже было сказано выше, топливо в дизеле подается под высоким давлением. Указанное давление создает ТНВД (топливный насос высокого давления). В том случае, если происходит подсос воздуха, давление в насосе не достигает нужных значений для реализации эффективного впрыска топлива в цилиндры дизельного двигателя.

Естественно, в подобной ситуации дизельный мотор плохо заводится, работа в режиме холостого хода и под нагрузкой может быть нестабильной (дизель троит), обороты начинают плавать, силовой агрегат может глохнуть прямо в движении и т.д. Отметим, что не только завоздушивание проявляется в виде указанных симптомов, однако также вполне может являться одной из причин.

Для решения проблемы понадобится сначала выяснить, есть ли проблемы с герметичностью. Если это так, тогда потребуется удалить воздух из топливной системы дизельного мотора. Чтобы определить, действительно ли в топливную систему попал воздух, на начальном этапе нужно отсоединить топливопроводы высокого давления от форсунок. Затем следует отвернуть гайки, которые крепят трубопроводы.

Далее нужно пригласить помощника, который стартером будет крутить двигатель. Главное, определить, поступает или не поступает горючее из трубопроводов. Если подачи нет, в системе может быть воздух и она нуждается в прокачке.

• Прежде всего, первым прокачивается фильтр топлива. Для этого при помощи ключа немного откручивается винт на корпусе фильтра.
• Далее нужно качать топливо насосом ручной подкачки. Прокачка длится до тех пор, пока через отверстие винта горючее не начнет вытекать, причем без воздушных пузырьков. Теперь винт на корпусе фильтра можно закрутить.

Отметим, что не все дизеля имеют насос ручной подкачки. На таких моторах прокачать топливный фильтр дизеля будет несколько затруднительнее, так как топливоподкачивающий насос в случае завоздушивания фильтра также не работает.

Для решения задачи винт на корпусе фильтра откручивается, далее стартером помощник крутит мотор

Обратите внимание, процедура может занять много времени и существует риск полностью разрядить аккумулятор. По этой причине рекомендуется проводить прокачку стартером в условиях гаража или задействовать бустер (пуско-зарядное устройство), чтобы минимизировать разряд АКБ

Как прокачать ТНВД

После того, как фильтр топлива был прокачан, далее нужно приступать к удалению воздуха из топливного насоса высокого давления.

Сначала потребуется открутить центральный болт, который расположен по центру между штуцерами магистралей высокого давления;
Далее включается зажигание, после чего прокачка осуществляется при помощи ручного подкачивающего насоса. Прокачка длится до тех пор, пока из отверстия под ранее открученный центральный болт не появится горючее.
Теперь болт можно немного закрутить, чтобы было легче контролировать наличие или отсутствие пузырьков воздуха в вытекающем горючем.
Если в процессе прокачки дизельное топливо так и не появилось в отверстии под болт, тогда можно прокрутить двигатель стартером и продолжить прокачку до появления чистого топлива без воздуха.
После того, как пузырьки воздуха исчезнут, болт снова нужно открутить и начать крутить мотор от стартера

При этом следует обратит внимание на то, как солярка выталкивается из отверстия.
В норме горючее должно выходить с пульсацией, дозировано. В этом случае можно предполагать, что ТНВД исправен, а проблемы с работой мотора возникли из-за завоздушивания системы

Болт можно затягивать.

Если же горючее льется постоянно, без перерывов, это может указывать на то, что возникла проблема с ТНВД. В этом случае частой причиной является сломанный плунжер, привод плунжера и т.д.

Топливоподкачивающий насос

Основной топливоподкачавающий насос обеспечивает бесперебойную подачу топлива из баков к ТНВД при работающем двигателе. Он обычно приводится в действие от коленчатого или распределительного вала двигателя. Может применяться и автономный электродвигатель, питаемый от генератора ТС. Использование электропривода обеспечивает равномерную подачу топлива независимо от частоты вращения коленчатого вала и возможность аварийного отключения всей системы. Существуют различные конструкции топливоподкачивающих насосов. Они могут быть:

• шестеренными
• плунжерными (поршневыми)
• коловратными (пластинчатого типа)

Как правило, применяются плунжерные и коловратное насосы.

Плунжерный топливоподкачивающий насос

Плунжерный топливоподкачивающий насос состоит из корпуса 5, плунжера 7 с пружиной 6, толкателя 10 с роликом 77, пружиной 9 и штоком 8, а также клапанов — впускного 4 и нагнетательного 1 с пружинами. Толкатель с плунжером могут перемещаться вверх-вниз. Перемещение вверх происходит при повороте эксцентрика 72, изготовленного как одно целое с кулачковым валом ТНВД; перемещение вниз обеспечивают пружины 6 и 9.

При сбегании выступа эксцентрика с ролика толкателя плунжер под действием пружины б перемещается вниз, вытесняя топливо, находящееся под ним, в нагнетательную магистраль насоса. В это время нагнетательный клапан закрыт, а впускной под действием разрежения над плунжером открыт, и топливо поступает из впускной магистрали в надплунжерную полость. При движении толкателя и плунжера вверх впускной клапан закрывается под действием давления топлива, а нагнетательный, наоборот, открывается, и топливо из надплунжерной полости поступает в нижнюю камеру под плунжером. Таким образом, нагнетание топлива происходит только при движении плунжера вниз.

Если подачу топлива в цилиндры двигателя уменьшают, в выпускном трубопроводе насоса, а значит, и в полости под плунжером давление возрастает. В этом случае плунжер не может опуститься вниз даже под действием пружины 6, и толкатель со штоком перемещается вхолостую. По мере расходования топлива давление в нагнетательной полости понижается, и плунжер под действием пружины 6 опять начинает перемещаться вниз, обеспечивая подачу топлива.

Плунжерный топливоподкачивающий насос обычно совмещен с насосом 2 ручной подкачки топлива. Данный насос устанавливается на входе в основной топливоподкачивающий насос и приводится в действие вручную за счет перемещения поршня 3 со штоком. При движении поршня вверх под ним образуется разрежение, открывается впускной клапан, и топливо заполняет подплунжерное пространство. При перемещении поршня вниз впускной клапан закрывается, а нагнетательный открывается, позволяя топливу пройти далее по топливной магистрали.

Коловратный топливоподкачивающий насос

В мощных быстроходных дизелях применяются в основном коловратные топливоподкачивающие насосы. Ротор 7 насоса приводится во вращение от коленчатого вала двигателя. В роторе имеются прорези, в которые вставлены пластины 6. Одним (наружным) концом пластины скользят по внутренней поверхности направляющего стакана 8, а другим (внутренним) — по окружности плавающего пальца 5, расположенного эксцентрически относительно оси ротора. При этом они то выдвигаются из ротора, то вдвигаются в него. Ротор и пластины делят внутреннюю полость направляющего стакана на камеры А, Б и В, объемы которых при вращении ротора непрерывно меняются. Объем камеры А увеличивается, поэтому в ней создается разрежение, под действием которого топливо засасывается из впускной магистрали. Объем камеры В уменьшается, давление в ней повышается, и топливо вытесняется в нагнетательную полость насоса. Топливо, находящееся в камере Б, переходит от входного отверстия стакана к выходному. При повышении давления в нагнетательной полости до определенного уровня открывается редукционный клапан 2, преодолевая усилие пружины 7, и излишек топлива перепускается обратно во впускную полость насоса. Поэтому в нагнетательной полости и выпускном трубопроводе поддерживается постоянное давление. Перед пуском, когда двигатель и, следовательно, основной топливоподкачивающий насос не работают, топливо через него может прокачиваться предпусковым топливоподкачивающим насосом. В этом случае открывается перепускной клапан 3, преодолевая усилие пружины 4. В закрытом положении тарелка этого клапана перекрывает отверстия в тарелке редукционного клапана.

Неисправности топливной системы

Основная причина любых неисправностей системы питания дизельного двигателя – износ конструктивных элементов и узлов. Типичные неисправности, возникающие после определенного пробега двигателя – износ оси рычага регулятора и выход из строя резинового кольца уплотнения в магистрали низкого давления.

Еще одна распространенная проблема – накопление в узлах и магистралях грязи и нагара, от которых следует регулярно избавлять двигатель путем промывки.

Другие типичные неисправности:

Затрудненный пуск двигателя.

Возможные причины:

• неисправность свечей накаливания;
• неправильный сорт солярки;
• завоздушивание системы;
• износ элементов нагнетания топлива;
• неисправность подкачивающего насоса/ТНВД;
• неверно выставленный угол опережения топливоподачи;
• поломка регуляторов или датчиков системы.

Двигатель потерял мощность.

Вероятные причины:

• износ деталей ТНВД или нарушение регулировки;
• неправильно установленный угол опережения;
• изношенные или вышедшие из строя распылители форсунок;
• слишком низкое давление в системе;
• завоздушивание;
• поломка подкачивающего насоса;
• засорение фильтров.

Слишком большой расход солярки

Причины:

• неправильный угол опережения;
• износ или разрегулирование ТНВД;
• повреждение форсунок или их износ;
• падение давления на впрыске;
• забивание воздушного фильтра;
• плохая компрессия;
• утечки горючего из системы;
• плохая герметичность системы топливоподачи;
• засорение сливного топливопровода (идущего от ТНВД к баку);
• сбой опережения впуска солярки или неверно выставленные обороты холостого хода;
• иные неисправности ДВС.

Жирный черный выхлоп из трубы

Причины:

• неполное закрытие клапанов или образование нагара, ведущее к плохому сгоранию смеси;
• слишком поздний впрыск;
• неверно выставленные зазоры клапанов;
• падение компрессии в цилиндрах;
• плохой топливный факел, формируемый форсунками.

Выхлоп белого или серого цвета, очень дымный.

Причины:

• падение компрессии;
• пробой прокладки ГБЦ;
• неверное опережение подачи топлива;
• двигатель переохлажден и нуждается в прогреве.

Мотор по ощущениям работает слишком «жестко»

Причины:

• впрыск происходит слишком рано;
• смесь в цилиндры поступает неравномерно;
• разрегулированы или неисправны форсунки;
• снижена компрессия.

Двигатель шумит

Причины:

• один или несколько узлов топливной системы загрязнены (фильтры, форсунки);
• система завоздушена;
• неполадки с уплотнительными шайбами распылителей или самими распылителями.

Неровная работа на холостую и при езде

Причины:

• неверно выставлены холостые обороты;
• неполадки с топливопроводом на участке между фильтром и ТНВД;
• повреждение опорной пластины ТНВД;
• неверно выставлено опережение;
• проблема с распылителями или форсунками, общие неполадки в топливной системе;
• неисправность регулятора оборотов коленвала;
• избыточное давление картерных газов.

Двигатель внезапно глохнет

Причины:

• нарушен угол опережения;
• засорен топливный фильтр;
• не подается горючее (например, из-за поломки ТНВД);
• повреждена магистраль впрыска.

Приходится часто менять свечи

Обычно это происходит из-за неисправности форсунок в цилиндрах, соответствующих неисправным свечам.

Большинства неисправностей можно избежать путем своевременного технического обслуживания системы питания дизельного двигателя.

Common Rail

После значительного ужесточения экологических норм для дизельных силовых установок, система питания моторов, работающих на солярке, подверглась изменениям.

Схема подачи топлива, когда смесь воздуха и горючего поступает в рабочую камеру при атмосферном давлении, стала называться Common Rail. Как результат, за счет такого принципа можно снизить расход и увеличить мощность установки. Кроме того, схема получила широкое применение, благодаря снижению шума и увеличению крутящего момента мотора. На сегодня, каждый второй автомобиль оснащен данной системой.

Однако, как и у каждого механизма, есть и недостатки. Например, для этой системы требуется качественное топливо, небольшое загрязнение способно привести к полной остановке агрегата, поскольку работа форсунок будет заблокирована.

Электронный тюнинг двигателя

Современные дизельные двигатели все чаще оснащаются электроникой. Датчики, которые следят за нагрузкой, контролируют количество подаваемого топлива и состав топливного заряда, подают сигналы на центральный блок управления, который подбирает наиболее эффективный и экономичный режим работы. При аккуратном влиянии на эту систему с помощью дополнительного оборудования можно повышать мощность мотора в определенных пределах – это называется чип-тюнинг. Сразу нужно отметить, что чип-тюнинг не всесилен, он может улучшить работу двигателя в пределах заложенного запаса прочности и частенько приводит к преждевременному износу систем.

Для повышения мощности дизельного двигателя могут использоваться специальные модули или блоки:
— блок, изменяющий импульсы управления форсунками;
— блок замещения режимов топливного насоса высокого давления (ТНВД);
— блок, изменяющий показания датчика давления топливного аккумулятора;
— модуль оптимизации режимов.

Первый вариант – наиболее известный среди любителей автотюнинга. Принцип работы такого блока заключается в том, что он блокирует кратковременные импульсы предварительного и последующего открытия иглы форсунки, что снижает расход топлива. Блок можно установить практически на любой модели, но его работа снижает ресурс мотора и сказывается на качестве сгорания топливного заряда.

Второй вариант можно использовать только на определенных моделях двигателей. Принцип действия этого блока заключается в том, что он подает сигнал с заниженными показателями давления в системе, что приводить к его повышению. В этом случае «страдает» ТНВД и форсунки, но мощность двигателя действительно увеличивается, а расход топлива уменьшается.

Третий вариант предусматривает подключение блока, который подает на ЭБУ сигнал о допустимо пониженном значении давления в топливном аккумуляторе. В результате давление автоматически повышается и по-новому определяется время и интенсивность впрыска топлива. При этом повышается мощность и экономится топливо, но снижается ресурс ТНВД и сажевого фильтра, на стенках цилиндра образуется нагар, двигатель начинает «дымиться».

Наиболее безопасным и эффективным является четвертый вариант. Модуль, подключаемый к системе питания, не подменяет нужными цифрами истинные значения рабочих параметров, а посылает сигнал на ЭБУ о необходимости изменения длительности впрыскивания топлива. В отличие от предыдущих блоков, данный модуль не приносит никакого вреда ни двигателю, ни ТНВД, так что ресурс систем и механизмов не уменьшится. Недостатком данного способа повышения мощности является его высокая стоимость, ограниченность в применении и сложность конструкции. Он не дает моментального эффекта – его действие можно почувствовать только через некоторое время.

Есть и другие способы, в том числе и использование оборудования, которое меняет истинное значение стехиометрических величин, но их применение может привести к серьезным проблемам с двигателем.

Одной из серьезных проблем, возникающих у дизельных двигателей — это так называемый «разнос двигателя». Это нештатный режим работы дизельного двигателя, при котором происходит неуправляемое повышение частоты вращения вала двигателя. Такой режим обычно наблюдается после запуска или при резком сбросе нагрузки. Основных причин разноса две: неисправность топливного насоса высокого давления и попадание большого количества моторного масла в камеру сгорания.

Рядный насос

Данный ТНВД представлен в виде нескольких секций по количеству цилиндров. Каждая секция имеет отдельную гильзу и плунжер. Привод плунжера – кулачковый вал, который вращается от силового агрегата. Такие механизмы располагаются в ряд, поэтому и имеют соответствующее название. Их на сегодняшний день фактически не используют в конструкциях. Эти устройства не справляются с современными требованиями по уровню шума и экологичности. Также уровень давления, которое могут создавать такие насосы, зависит от количества оборотов коленчатого вала. Система питания дизельного двигателя «Камаз» имеет насос именно такого типа.