6.1.1. Общие сведения

Дизельный двигатель — это поршневой двигатель с самовоспламенением от сжатия. Принципиальным его отличием от бензинового является приготовление топливно-воздушной смеси непосредственно внутри цилиндра.

В дизельном двигателе топливо и воздух подаются раздельно. Сначала в цилиндр всасывается воздух, затем он сжимается и только после этого в конце такта сжатия впрыскивается топливо.

Самовоспламенение топлива сопровождается резким, скачкообразным повышением давления в цилиндре — этим объясняется обычно шумная, «жесткая» работа дизельного двигателя. В низкооборотных дизельных двигателях с большим рабочим объемом, которые используются на грузовых автомобилях, этот недостаток проявляется в меньшей степени, и с ним мирятся. В дизельных двигателях легковых автомобилей от него пытаются избавиться применением вихревой камеры, или предкамеры, — небольшого отсека камеры сгорания, в который впрыскивается топливо. Там оно воспламеняется, частично перемешивается с воздухом, после чего распространяется по всему объему цилиндра. Этот способ уменьшает жесткость работы двигателя, но несколько снижает его тепловую эффективность и топливную экономичность. Для более плавного воспламенения топлива используются двухступенчатый впрыск и сложная электронная схема управления.

Характерной особенностью дизельных двигателей является наличие в отработавших газах твердых частиц — сажи. Для полного сгорания дизельного топлива требуется значительное, даже избыточное, по сравнению с бензиновым двигателем, количество воздуха.

Степень сжатия дизельного двигателя в два раза выше, чем бензинового. Высокая, не менее 14 (достигает 25), степень сжатия необходима для увеличения температуры воздуха в цилиндре до величины, достаточной для воспламенения топлива. Обычно в дизельных двигателях степень сжатия составляет 21–22 и ограничивается лишь прочностными характеристиками двигателя.

Устройства для подачи топлива в дизельных двигателях значительно сложнее, чем в бензиновых. Их сложность определяется прежде всего тем, что приходится впрыскивать очень маленькие, всего по нескольку миллиграммов, порции топлива в среду с высоким давлением. Для впрыска и распыления топлива служат форсунки. Высокая степень сжатия требует применения топливных насосов высокого давления — давление в сопле форсунки должно достигать нескольких сотен бар. Все это усложняет и ощутимо удорожает систему подачи топлива и, соответственно, сам дизельный двигатель.

Топливо из топливного бака подается к форсункам топливным насосом высокого давления.

Для уменьшения количества вредных веществ, содержащихся в отработавших газах, на автомобилях с дизельными двигателями устанавливают окислительный каталитический нейтрализатор. Для этой цели также используется способ подмешивания (рециркуляции) отработавших газов к свежему воздуху, поступающему в двигатель, в результате чего уменьшается содержание кислорода в воздухе, который будет подаваться в цилиндры. При уменьшении количества кислорода снижается температура сгорания горючей смеси и, следовательно, уменьшается количество образующихся оксидов азота.

Известны три способа впрыска дизельного топлива в цилиндры двигателя: через форкамеру (предкамеру), вихревую камеру и непосредственный впрыск.

При впрыске дизельного топлива через форкамеру топливо распыляется по ней и мгновенно воспламеняется. Из-за незначительного количества кислорода в форкамере сгорает только часть топлива, остальная часть вытесняется из форкамеры в цилиндр двигателя, где и сгорает полностью.

При впрыске топлива через вихревую камеру процесс сгорания топлива происходит таким же образом, как и при впрыске топлива через форкамеру. Отличие заключается в форме и размерах канала, соединяющего вихревую камеру с камерой сгорания. Канал располагается под углом к оси цилиндра, а форма камеры подобрана так, чтобы при сжатии воздух завихрялся. При впрыске топлива в вихревую камеру оно значительно лучше перемешивается с воздухом, и процесс сгорания протекает более плавно.

При непосредственном впрыске топливо сразу подается в камеру сгорания. Топливный насос подает топливо под давлением около 900 бар, а впрыск топлива осуществляется в две стадии.

Использование двухканальных топливных форсунок дает возможность производить впрыск топлива в две стадии: сначала впрыскивается и воспламеняется небольшая порция, затем подается основная часть. В результате процесс сгорания протекает более плавно. Количество впрыскиваемого топлива регулируется электронной системой управления двигателем на основании информации от датчиков.

Поток воздуха, поступающего в двигатель, во впускных каналах закручивается по спирали для улучшения смесеобразования. Кроме того, при этом облегчается пуск холодного двигателя, а предварительный прогрев двигателя стало необходимо проводить только при температуре воздуха ниже –10 °С.

Перед поступлением в топливный насос высокого давления топливо проходит через топливный фильтр, в котором от него также отделяется вода, которую периодически требуется сливать.

Привод топливного насоса осуществляется зубчатым ремнем. Его внутренние подвижные детали смазываются дизельным топливом.

Система питания автомобиля состоит из многосекционного топливного бака, трубопроводов, топливного фильтра, топливоподкачивающего насоса, топливного насоса высокого давления и форсунок.

Топливный бак расположен под днищем в задней части автомобиля. Система вентиляции топливного бака закрытая. При вентиляции пары топлива из бака улавливаются фильтром с активированным углем — абсорбером.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ Не допускайте попадания дизельного топлива на шланги системы охлаждения. Шланги, на которые длительное время воздействовало дизельное топливо, необходимо заменить. Система питания дизельного двигателя особенно чувствительна к загрязнениям, поэтому при проведении работ на системе соблюдайте максимальную чистоту. Перед разъединением топливопроводов тщательно очистите их от грязи. При снятии элементов системы закройте открытые места тканью, не оставляющей волокон. Не используйте сжатый воздух для очистки элементов системы, установленных на двигателе. При проверке работы форсунок никогда не подставляйте руки или любую часть тела под струю топлива, выходящую из форсунки! Топливо выходит из форсунки под высоким давлением и может вызвать травму. Для защиты глаз от попадания в них топлива пользуйтесь очками. При попадании топлива на кожу промойте ее большим количеством воды. Устанавливайте только чистые детали и узлы системы питания. Запасные детали извлекайте из упаковки непосредственно перед их установкой.

Рис. 5.1. Расположение элементов системы впрыска топлива в моторном отсеке автомобилей с четырехцилиндровыми двигателями: 1 – датчик давления во впускном коллекторе G71 и датчик температуры впускного коллектора G72; 2 – 3-контактный электрический разъем датчика частоты вращения двигателя G28; 3 – 2-контактный электрический разъем датчика подъема иглы G80; 4 – клапан системы рециркуляции отработавших газов N18; 5 – датчик температуры охлаждающей жидкости G62; 6 – 8-контактный электрический разъем датчика температуры топлива G81, регулятора количества N146 и модулятора датчика движения поршня G149; 7 – 3-контактный электрический разъем инжекторного клапана N108 и отсечного топливного клапана N109; 8 – датчик частоты вращения двигателя G28; 9 – блок управления системы прямого впрыска J248 с датчиком высоты F96, реле системы прямого впрыска J322 и предохранитель свечей накаливания; 10 – топливный насос с инжекторным клапаном N108, выключателем топливного клапана N109, датчиком температуры, регулятора количества N146 и модулятора датчика движения поршня G149; 11 – форсунка с датчиком подъема иглы G80; 12 – электромагнитный клапан превышения давления N75; 13 – механический клапан системы рециркуляции отработавших газов; 14 – расходомер воздуха G70

Расположение элементов систем зажигания и впрыска топлива четырехцилиндрового двигателя приведено на рис. 5.1, шестицилиндрового — на рис. 5.2.

Рис. 5.2. Расположение элементов системы впрыска топлива в моторном отсеке автомобилей с шестицилиндровыми двигателями: 1– форсунка с датчиком подъема иглы G80 (третьего цилиндра); 2 – клапан системы повторного сжигания отработавших газов N18; 3 – электромагнитный клапан превышения давления N75; 4 – 2-контактный электрический разъем датчика подъема иглы G80; 5 – 3-контактный электрический разъем датчика частоты вращения двигателя G28; 6 – датчик температуры масла G8; 7 – блок управления системы прямого впрыска J248 с датчиком высоты F96, реле системы прямого впрыска J322 и предохранитель свечей накаливания; 8 – клапан переключения откидной створки впускного коллектора N239 (устанавливается не на все автомобили); 9 – датчик частоты вращения двигателя G28; 10 – датчик давления во впускном коллекторе G71; 11 – вакуумная камера с откидной створкой впускного коллектора (устанавливается не на все автомобили); 12 – топливный насос с блоком управления, электромагнитным клапаном регулятора количества, датчиком скорости вращения топливного насоса, пусковой форсункой и датчиком температуры топлива; 13 – датчик температуры охлаждающей жидкости G62; 14 – расходомер воздуха G70 с датчиком температуры поступающего в двигатель воздуха G42