Угол впрыска дизельного двигателя на что влияет
Система впрыска дизельного двигателя
Система впрыска дизельного двигателя отличается от бензинового. В камере сгорания дизельного двигателя происходит воспламенение топлива. В бензиновом поджигается топливная смесь. Приготовленная, вне камеры сгорания и в определенном соотношении.
Поэтому воспламенение топлива дизельного двигателя имеет свои особенности. Основываются ни на физических свойствах воздуха и непосредственно дизельного топлива. Эти свойства определяют конструктивные особенности. Различных систем впрыска топлива.
Воспламенение дизельного топлива.
Поршень сжимает воздух в камере сгорания. Поршневая группа позволяет создать компрессию в камере сгорания выше 25 вар. Если это происходит. Температура сжимаемого воздуха поднимается до 700- 900 градусов по цельсию.
Нагрев воздуха в камере сгорания
Как происходит воспламенение.
Сжатый воздух нагрет до температуры 700-900 градусов. В момент когда поршень начинает подходить к верхней мертвой точке. Форсунка впрыскивает топливо под давлением. Топливо распыляется на мелкие капли. Капля от движения начинает испаряться и вокруг неё образуется облако пара. Температура воспламенения дизельного топлива составляет 350 градусов по Цельсию. То есть при температуре сжатого воздуха даже в 500 градусов. Пары топлива гарантированно самовоспламеняются. И от горения начинают расширяться. Создаётся давление в цилиндре. К моменту когда поршень подойдет к верхней мертвой точке. Топливо воспламенится все полностью и создаст максимальное давление в камере сгорания. Это давление и будет совершать работу двигателя. По мере удаления поршня от верхней мертвой точки топливо догорает. Создавая тем самым дополнительное давление на поршень.
Качество сгорания топлива во многом определяет давление с которым происходит впрыск топлива в камеру сгорания. Чем быстрее и эффективнее сгорает топливо тем выше создаваемое им давление. Чем выше давление распыления в форсунках. Тем капли мельче и быстрее движутся. Соответственно быстрее сгорают. Поэтому при одном и том же объёме камеры сгорания можно достичь повышение мощности двигателя за счет увеличения давления впрыска топлива.
Увеличение мощности двигателя
Современные системы впрыска позволяют поднять давление распыления до 2000 Вар. Выше создать давление не получается из за конструктивных особенностей двигателя внутреннего сгорания. То есть двигатель может не справиться с возникающим давлением и разрушится
Увеличение объёма воздуха в камере сгорания
Мощность двигателя можно повысить за счет увеличения объема воздуха поступающего в камеру сгорания. Так как воздух содержит кислород. И чем его больше тем интенсивнее происходит сгорание топлива. Цилиндр имеет рабочий объём, который изменить нельзя. Но можно в этот объём разместить большее количество воздуха. Если предварительно его сжать.
Происходит это с помощью турбокрмпрессора. Он создаёт избыточное давление поступающего в цилиндр воздуха. В результате его попадет большее количество. Если бы поршень закачивал воздух самостоятельно. Но в результате попадания воздуха в турбокомпрессор он нагревается от температуры турбины и от создаваемого им сжатия. Требуется его охлаждение.
При охлаждении движение молекул замедляется. В результате чего они начинают занимать меньший объём в пространстве. Технически охлаждение воздуха происходит путем применения радиатора. Его называют интеркулер. В интеркулере воздух охлаждается встречным потоком воздуха. При движении автомобиля. Сжатый воздух дополнительно охлаждается и подаётся в цилиндры. Но применение интеркулера возможно только при наличии турбокомпрессора. Потому что если применять его отдельно, он затруднит поступление воздуха в цилиндры. И повышения мощности не произойдет.
Топливо попавшее в цилиндр должно сгореть полностью. От этого зависит эффективная работа двигателя. Безусловно дополнительная порция воздуха помогает это сделать. Но не решает проблемы в целом. Двигатель работает в разных режимах. При увеличении оборотов. Уменьшается время на горение топлива. А не полное его сгорания снижает мощность работы. В связи с уменьшением возникающего давления на поршень. Автомобили несут на себе разную нагрузку. При одних и тех же оборотах двигателя требуется разное количество топлива для движения автомобиля. Поэтому постоянно разрабатываются различные системы впрыска топлива. Которые пытаются более точно регулировать объём поступающего топлива в цилиндры. При работе на разных режимах работы двигателя.
Классическая система впрыска топлива.
Основана на использовании топливного насоса высокого давления. Он распределяет давление топлива по цилиндрам. В зависимости от схемы работы данного двигателя. Полость ТНВД наполняется топливом при помощи подкачивающего насоса. Который расположен на корпусе ТНВД и приводится в действие от вала ТНВД. Подкачивающий насос закачивает топливо из бака Направляет его в фильтры тонкой очистки. И затем топливо попадает в ТНВД. Полость топливного насоса высоко давления наполняется. В ней находятся плунжерные пары. Они захватывают топливо. И создают высокое давление. Которое и подаётся к форсункам. Форсунка устроена таким образом. Что накапливает получаемое давление от плунжера. И при достижении нужного давления открывает каналы через которые распыляется топливо. Это классическая схема. Насос позволяет менять частоту вращения коленчатого вала двигателя. Путем изменения количества подаваемого топлива в цилиндры.
Кроме этого некоторые насосы имеют возможность изменять угол опережения зажигания. За счет применения центробежных грузиков. При увеличении числа оборотов двигателя происходит смещение вала насоса относительно привода. Эта система рассчитывается на средние показатели работы двигателя. На различных предполагаемых режимах работы. И не может влиять на не предусмотренные нагрузки. Такие как уменьшение или увеличении перевозимого груза. Спуск подъем. Дорожное покрытие. Количество топлива будет соответствовать только количеств требуемых оборотов двигателя.
Соответственно топлива будет либо не хватать. Либо подаваться избыточное количество. В результате не достигается полное сгорание топлива в цилиндрах, и как результат низкий коэффициент полезного действия. Влияющий отрицательно на расход топлива и мощность двигателя и показатели экологии. Требования предъявляемые к экологии в конечном итоге оказались главным фактором эволюции системы впрыска. Чем топливо лучше сгорает в камере сгорания. Тем образуется меньше вредных выбросов окружающую среду. Соответственно чем эффективнее сгорание топлива лучше характеристики двигателя. Конструктора длительное время усовершенствовали систему впрыска дизельного топлива.
Современная система впрыска дизельного двигателя способна производить подачу впрыска в несколько этапов. Как производить производить предварительный поджог топлива. Предварительная подача топлива называется пилотным впрыском. Когда поршень проходит отметку угла опережения зажигания происходит предварительный впрыск топлива. Небольшое количество топлива загорается. Затем даётся еще какое то количество топлива.
Таких предварительных впрысков может достигать до 5. После пилотного впрыска происходит основной впрыск. Уже в горящее топливо. Основное количество топлива быстрее загорается и сгорает более эффективно. В результате двигатель работает плавно без резких ударов. А более полное сгорание топлива обеспечивает низкий уровень выброса вредных веществ и повышение мощностных характеристик двигателя. Подобный впрыск может обеспечить только система Комон рейл
Система Комон рейл
Управление впрыском топлива происходит при помощи электронного блока управления. Количество подаваемого топлива учитывается от числа оборотов двигателя, скорости движения и возникающих нагрузок в процессе движения автомобиля. Система впрыска дизельного двигателя комон рейл позволят достичь максимально возможного давления впрыска топлива. Поэтому она и получила широкое распространение на современных двигателях.
Система common rail принцип работы
Насос создаёт высокое давление не для каждой форсунки в отдельности а для всех сразу. Давление аккумулируется в расширительной трубке рейле. Все форсунки соединены с рейлом. Впрыск топлива осуществляется за счет работы электро магнитного клапана в форсунках. Управление клапанами осуществляет электронный блок. На основании данных которые он получает от датчиков.
В зависимости от полученных данных ЭБУ определяет время открытия и закрытия форсунок. То есть количество необходимого топлива. Угол опережения зажигания.
Достигается максимальное сгорание топлива на разных режимах работы двигателя.
Устройство системы комон рейл
Система комон рейл состоит из элементов низкого и высокого давления топлива.
Элементы низкого давления обеспечивают подачу топлива до насоса высокого давления. Низкое давление является составной частью нагнетания высокого. То есть оно должно иметь определённую величину. Чтобы насос высокого давления эффективно работал.
В систему низкого давления входят топливоподводящие трубки. Фильтра грубой и тонкой очистки топлива. И как правило шестеренный насос низкого давления.
Элементы высокого давления производят нагнетание рабочего давления топлива в камере сгорания.
В связи с тем что система подводит давление к форсункам одновременно. Затрудняется поиск неисправностей. Если одна форсунка вышла из строя. Например перестала сдерживать рабочее давление. Двигатель работать не сможет. Потеря давления в одной форсунке не позволит создать давление во всей системе.
Неплотное соединение между элементами высокого давления так же позволит создать давление нагнетания.
Например очень часто форсунки подключаются к рейл при помощи удлинителей(морковок) Форсунка имеет конусное отверстие. И в это отверстие прилегает конус удлинителя. Если в соединении трубки удлинителя и форсунки будет повреждение. И трубка не плотно приляжет к форсунке. Давление в системе уже не создаться. И двигатель не заведется. Все соединения должны быть надёжными и предельно прочными. Попадание малейших частиц грязи приведет к неисправности. Иногда требуется ремонт форсунок. Их снимают везут в мастерскую. Соединительные трубки остаются в пыли и грязи ждать форсунки. При установке отремонтированных форсунок их прикручивают как они и лежали. Мотор естественно не заводится из за попавшей грязи в форсунки. А винить начинают мастеров. Диагностика неисправности системы впрыска комон рейл производится при помощи тестера. Который считывает коды ошибок выдаваемых электронным блоком. Но этих данных бывает недостаточно для определения истинной причины неисправности.
Система впрыска дизельного двигателя подвергается постоянной эволюции. Связано это с требованиями экологии. По уменьшению вредных выбросов отработанных газов. А это в свою очередь и есть путь к повышению эффективности работы двигателя и экономии топлива.
Угол опережения впрыска (УОВ) и нагрузка в дизельном двигателе
(Примечание: данная статья является общепознавательной и не привязана к какой либо марке автомобиля)
Странно слышать мнение специалиста, диагноста, ремонтника о том, что угол опережения впрыска в дизельном двигателе при его работе изменяется только в зависимости от частоты вращения его коленчатого вала.
Несомненно, частота вращения коленчатого вала является одним из основных параметров (характеристик), учитывающихся при организации горения топливовоздушной смеси в камере сгорания двигателя как дизельного, так и бензинового.
С увеличением частоты вращения коленчатого вала абсолютные длительности задержек воспламенения (в миллисекундах) сокращаются, но относительные длительности в градусах оборота коленчатого вала возрастают. Не надо забывать и о таком моменте, как задержка впрыскивания (время между началом подачи топлива насосом и впрыском топлива форсункой в камеру сгорания).
ЧЕМ ВЫШЕ ЧАСТОТА ВРАЩЕНИЯ КОЛЕНЧАТОГО ВАЛА, ТЕМ РАНЬШЕ НУЖНО ВПРЫСНУТЬ В КАМЕРУ СГОРАНИЯ ТОПЛИВО И НАОБОРОТ.
Можно ли при организации горения в цилиндрах дизельного двигателя ограничиться регулировкой УОВ по частоте вращения коленчатого вала? Или, может быть, есть ещё что-то, что требует нашего внимания?
Внимания требуют особенности смесеобразования и горения в камере сгорания дизельного двигателя.
Благодаря гетерогенному (неоднородному) составу топливовоздушной смеси (ТВС) в камере сгорания дизельного двигателя имеются области с богатой и бедной смесью, области, где только воздух или только дизельное топливо. И, конечно же, имеются так необходимые для своевременного воспламенения области топливовоздушной смеси (ТВС) со стехиометрическим составом. То есть целый набор составов смесей.
Эти условия справедливы как для двигателей с раздельными камерами сгорания, так и для дизельных двигателей с непосредственным (прямым) впрыском. Именно неоднородный состав топливовоздушной смеси (ТВС) позволяет дизельному двигателю работать на обеднённых смесях.
С другой стороны, тот же неоднородный состав смеси (ТВС) при меньших значениях 
является одним из
Кроме визуального подтверждения написанного, я хочу показать Вам с помощью диаграммы основные процессы, происходящие в камере сгорания дизельного двигателя.
Речь не будет идти о «взрывах». Будем говорить об управляемых и контролируемых событиях, происходящих во времени параллельно и последовательно. Нужно увидеть этот график и запомнить. Особенно важны температурные изменения у дизеля.
На рис.1 представлена типичная диаграмма изменения в цилиндре двигателя давления р и средней температуры t газов в функции угла ф, показан характер изменения во времени количества ст поданного в камеру сгорания топлива, скорость его подачи
, коэффициента активного тепловыделения X и скорости тепловыделения
Для наглядности и простоты восприятия диаграмма нарисована в развёрнутом виде. Рассматривать её необходимо слева направо.
Поршень движется к верхней мёртвой точке, давление и температура рабочего тела растут, и если в точке 1 не будет впрыска топлива, то при движении поршня от ВМТ к НМТ давление и температура будут уменьшаться (обозначено пунктирной линией).
Подача топлива начинается в точке 1, в точке 2 появляются первые языки пламени.
Этот период
называется задержкой воспламенения и он характеризуется тем, что поршень приближается к ВМТ, объём камеры сгорания уменьшается, температура и давление растут.
Количество топлива ст в этот период подаётся незначительное, но с большой скоростью 
Температура в камере сгорания (в связи с впрыском) несколько снижается, а соответственно и давление сжимаемого воздуха вследствие затраты тепла на нагревание и испарение топлива.
Она характеризуется тем, что поршень «переваливает» ВМТ, то есть объём камеры сгорания сначала уменьшается, а затем начинает увеличиваться.
Давление при движении поршня от ВМТ достигает максимальных значений, температура продолжает расти. Этот период характеризует «жесткость» процесса сгорания в дизеле.
В этот период в камеру сгорания впрыскивается основное количество топлива ст с максимально возможной скоростью
, Скорость тепловыделения 
резко возрастает и достигает максимальных значений, а затем начинает уменьшаться. Коэффициент активного тепловыделения X растёт.
Она характеризуется тем, что поршень движется от ВМТ к НМТ, объём камеры сгорания увеличивается. Давление р расширяющихся газов уменьшается, а их температура t достигает максимума.
В этой фазе заканчивается впрыск 
топлива.
В конце фазы замедленного горения наблюдается некоторое увеличение скорости тепловыделения 
,, связанное с дополнительной турбулиза-цией заряда в начале нисходящего хода поршня. Коэффициент активного тепловыделения X растёт.
Жидкое топливо, впрыснутое в камеру сгорания, дробится на мелкие капли, распределяется по ней, нагревается и испаряется. В этом заключается суть физических процессов, и они протекают с поглощением тепла.
Процессы окисления имеют многостадийный характер и являются цепными. В результате химических реакций (протекают с выделением тепла) образуется ряд активных промежуточных химических продуктов (перекисей, альдегидов, спиртов и т.п.) способствующих дальнейшему ходу реакций.
Самовоспламенение есть конечным результатом развития этих реакций.
Истинная последовательность элементарных стадий в реакциях окисления и горения моторных топлив изучена ещё не полностью, однако характерным для большинства химических реакций является зависимость их скоростей от температуры и давления.
Сказанное выше совсем не означает, что физические и химические процессы осуществляются последовательно. Всё происходит почти одновременно. Химическая составляющая процесса горения несколько отстаёт в силу того, что сначала, всё-таки должно появиться в камере сгорания жидкое топливо. Более мелкие капли испаряются первыми. Как правило, эти мелкие капли группируются по краям факела впрыскиваемого форсункой топлива. Динамика развития топливного факела в механической системе такова, что он не может мгновенно занять объём камеры сгорания в цилиндре двигателя, сначала незначительное количество топлива под высоким давлением впрыскивается в цилиндр. Этому способствует закон подачи топлива (каждой фазе горения своё количество топлива), выраженный конструктивно в деталях механических систем впрыска. Впрыск дизельного топлива в этих системах осуществляется непрерывно.
В распределительных ТНВД с электромагнитными клапанами возможно осуществление предварительного впрыска топлива. Насос-форсунки легковых автомобилей обеспечивают предварительный впрыск с помощью гидромеханического привода.
Но сейчас не об этом.
Так вот, предварительное количество топлива с большой скоростью впрыскивается в нагретую плотную газовую среду, разрушается и испаряется. Обладая небольшой кинетической энергией, это малое (1-4 мм 3 ) количество топлива не способно пробиться сквозь плотный воздух и остаётся в районе форсунки и свечи накаливания. В процессе смесеобразования всегда образуются зоны, где X = 0,85. 0,9. Эти зоны служат центрами воспламенения окружающей более обеднённой смеси.
Ко времени основного впрыска топлива топливо, впрыснутое в камеру сгорания предварительно, уже готово к воспламенению и воспламеняется. В камере сгорания резко повышаются давление и температура, что способствует значительному сокращению задержки воспламенения основного впрыска. Дизельное топливо под высоким давлением при основном впрыскивании, обладая большей кинетической энергией, пробивается сквозь всё более уплотняющуюся (уже горящую) газовую среду ко всем удалённым от форсунки зонам камеры сгорания.
Давление в цилиндре нарастает своевременно, плавно и без шума.
СКОРОСТЬ ГОРЕНИЯ ЖИДКОГО ТОПЛИВА ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ
СКОРОСТЯМИ ЕГО ИСПАРЕНИЯ И СМЕШЕНИЕМ ОБРАЗУЮЩИХСЯ ПАРОВ С ВОЗДУХОМ
Это справедливо для двигателей внутреннего сгорания, работающих на лёгком и тяжёлом видах жидкого топлива.
Впрыск топлива в камеру сгорания дизельного двигателя влечёт за собой
падение температуры (испарение топлива сопровождается поглощением тепла).
Величина падения температуры зависит от нагрузки.
Это особенно заметно при переходных режимах, связанных с увеличением нагрузки.
На стр. 58 Первого издания книги BOSCH «Системы управления дизельными двигателями» (перевод с немецкого издательства «За рулем», 2004год) показана характеристика момента начала впрыскивания в зависимости от частоты вращения коленчатого вала и нагрузки на двигатель легкового автомобиля при холодном пуске и рабочей температуре.
3) частичная нагрузка. Рис. 2
Несложно заметить, что при частоте вращения коленчатого вала 1000 об/ мин при частичных нагрузках (3) и полной нагрузке (2) требуется свой, соответствующий нагрузке, УОВ топлива. То есть большее количество топлива необходимо впрыснуть в камеру сгорания двигателя раньше для того, чтобы пик давления расширяющихся при сгорании газов «держать» за ВМТ.
Таким образом, ПРИ ВПРЫСКЕ ТОПЛИВА В ТАКТЕ СЖАТИЯ В КАМЕРЕ СГОРАНИЯ НАБЛЮДАЮТСЯ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ.
Появляется необходимость в корректировке УОВ дизельного топлива.
При испытании топливных насосов высокого давления на стенде необходимо пользоваться таблицами или картами заданных контрольных параметров. В них указываются условия, при которых испытываемый ТНВД должен соответствовать табличным данным.
ФУНКЦИИ ТНВД ТИПА VE, ЯВЛЯЮЩИЕСЯ ПРЕДМЕТОМ ВНИМАНИЯ
— исправность элементов, отвечающих за высокое давление;
— исправность элементов, отвечающих за давление в ТНВД;
— исправность элементов автомата опережения;
— работа регулятора частоты вращения.
Эти показатели рассматриваются при заданных частотах вращения и полной нагрузке.
В 1978 году на ТНВД типа VE появилось отключаемое устройство регулирования начала подачи, зависящее от нагрузки.
Позже появились корректоры типа LFB (устройство изменения момента начала подачи топлива, в зависимости от нагрузки). Эти устройства предназначены для коррекции момента начала подачи топлива в зависимости от нагрузки для уменьшения шума и особенно эмиссии ОГ.
При проверке ТНВД проверяются корректоры по нагрузке и другие облагораживающие устройства.
ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ КОРРЕКТОРА
— повышение давления в ТНВД при пуске;
— повышение давления в ТНВД при увеличении нагрузки;
— понижение давления в ТНВД при уменьшении нагрузки.
Давление в ТНВД изменяется в пределах 1 н-2 bar.
— обеспечить более ранний впрыск дизельного топлива при пуске (тем самым улучшив его);
— уменьшить давление в ТНВД на холостом ходу и, как следствие, уменьшить шумность работы дизельного двигателя на этом режиме;
Признаюсь честно, что до четвёртого Слёта диагностов не задумывался об особенностях устройства муфты регулирования опережения впрыском рядных ТНВД. Мне казалось естественным понимание того, что угол опережения впрыска топлива зависит от многих факторов. В том числе, от частоты вращения коленчатого вала двигателя и нагрузки. При более тщательном рассмотрении вопроса регулирования УОВ всплыл вопрос: как именно осуществляется это регулирование? Ведь в конструкции рядного ТНВД предусмотрен только регулятор частоты вращения. Устройство по регулированию угла опережения впрыском вынесено за пределы ТНВД.
Этими примерами я хочу сказать, что конструктивно в элементах простых механических топливных насосов высокого давления, отвечающих за регулирование УОВ в динамике, учтены колебания температуры в камере сгорания двигателя, зависящие от количества впрыснутого в неё топлива. В своё время подобные решения вполне устраивали производителей автомобилей и покупателей.
Считаю, что рассматривать все процессы, происходящие в камере сгорания двигателя, зависящие от частоты вращения, необходимо отдельно от процессов, происходящих при изменении нагрузки.
Для понимания сути происходящего. Разделить эти процессы нельзя.
Изменение количества рабочего тела влечет за собой изменение частоты вращения коленчатого вала. Даже в режиме нулевой нагрузки.
На стр. 58 Первого издания книги BOSCH «Системы управления дизельными двигателями», перевод с немецкого издательства «За рулем», 2004год, сказано: «. Оптимальные значения углов опережения впрыскивания меняются в зависимости от нагрузки на двигатель, что требует их регулирования. Необходимые величины устанавливаются отдельно для каждого типа двигателя и образуют поле характеристик, которое определяет момент начала впрыскивания в зависимости от нагрузки на двигатель, частоты вращения коленчатого вала и температуры охлаждающей жидкости. ».
Тридцать восемь лет назад говорилось о регулировке УОВ в зависимости от частоты вращения коленчатого вала двигателя и от нагрузки. Возможности по организации оптимального горения топливовоздушной смеси в цилиндрах двигателя в то время были совсем иные, чем сегодня.