Подача воздуха в двигатель: устройство и схема работы

Четырехтактный процесс в дизеле

В четырехтактном дизеле (рис. 2 «Рабочий цикл четырехтактного дизеля«) клапа­ны механизма газораспределения управ­ляют впуском воздуха и выпуском ОГ. Они открывают или закрывают впуск­ные и выпускные каналы головки цилин­дров. Каждый впускной и выпускной ка­нал может иметь один, два или три кла­пана.

Пример HTML-страницы

Рис. 2 : а — впуск; b — сжатие; с — рабочий ход; d — выпуск.  1. Впускной распределительный вал. 2. Форсунка. 3. Впускной клапан. 4. Выпускной клапан. 5. Выемка в днище поршня. 6. Поршень. 7. Стенка цилиндра. 8. Шатун. 9. Коленчатый вал. 10. Выпускной распределительный вал. а — угол поворота коленчатого вала. d — диаметр цилиндра. М — крутящий момент. s — ход поршня. V_c — объем камеры сгорания. V_h — рабочий объем. ВМТ — верхняя мертвая точка поршня. НМТ — нижняя мертвая точна поршня.

Первый такт — впуск (а)

Поршень 6, находящийся в верхней мер­твой точке (ВМТ), движется вниз и уве­личивает объем цилиндра. Дроссельная заслонка отсутствует, и воздух через от­крытый впускной клапан 3 поступает не­посредственно в цилиндр. В нижней мертвой точке (НМТ) поршня объем ци­линдра достигает своего максимального значения (V_h + V_c).

Второй такт — сжатие (Ь)

Клапаны механизма газораспределения закрыты. Движущийся поршень сжима­ет заключенный в цилиндре воздух, ко­торый, сообразно степени сжатия (от 6 у больших двигателей до 24 у двигателей легковых автомобилей), нагревается до высокой температуры, максимально до­ходящей до 900°С. В конце процесса сжа­тия форсунка впрыскивает топливо в ра­зогретый воздух под высоким давлением (в настоящее время приблизительно до 2000 бар).

В ВМТ поршня объем цилиндра до­стигает минимального значения (объем камеры сгорания V_c )

Третий такт — рабочий ход (с)

После задержки воспламенения (не­сколько градусов угла поворота коленча­того вала) начинается рабочий ход. Тон­ко распыленное дизельное топливо вос­пламеняется в сильно сжатом горячем воздухе в камере сгорания и сгорает, вследствие этого заряд топливовоздуш­ной смеси в цилиндре продолжает разо­греваться дальше и давление в цилиндре поднимается еще выше. Освобожденная при сгорании энергия определяется ко­личеством впрыснутого топлива (каче­ственное регулирование). Под действием давления поршень движется вниз, при этом тепловая энергия преобразуется в кинетическую. Кривошипно-шатунный механизм преобразует кинетическую энергию поршня в энергию вращения коленчатого вала.

Четвертый такт — выпуск (d)

Рис. 4

Уже незадолго до нижней мертвой точки поршня открыва­ется выпускной клапан 4. Находящиеся под давлением горячие газы начинают выходить из цилиндра. Движущийся вверх поршень вытесняет остальные ОГ. После двух оборотов коленчатого вала новый рабочий цикл начинается с такта впуска.

Кулачки впуска и выпуска распреде­лительного вала служат для открытия и закрытия клапанов. У двигателей с од­ним распределительным валом движе­ние от кулачков чаще всего передается на клапаны с помощью коромысел. Фа­зы газораспределения включают н себя моменты открытия и закрытия клапа­нов по отношению к положению колен­чатого вала (рис. 4 «Диаграмма фаз распределения четырехтактного дизеля«), поэтому они указы­ваются в градусах угла поворота колен­чатого вала. Распределительный вал приводится от коленчатого вала зубчатым ремнем, цепью или набором шестерен. При четы­рехтактном процессе рабочий цикл со­вершается за два оборота коленчатого ва­ла, поэтому распределительный вал вра­щается с вдвое меньшей частотой, чем коленчатый. Передаточное отношение между коленчатым и распределительным валами составляет, таким образом, 2:1.

При переходе от такта выпуска к так­ту впуска все клапаны некоторое время открыты одновременно — этот момент называется перекрытием клапанов. При этом оставшиеся в камере сгорания отработавшие газы вытесняются свежим зарядом воздуха в выпускной коллектор, одновременно охлаждая цилиндр.

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).

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.

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.

Болт можно затягивать.

В ситуации, когда топливо не появляется в отверстии, высока вероятность выхода из строя подкачивающего насоса, который интегрирован в ТНВД. Как в первом, так и во втором случае, ТНВД необходимо снимать, после чего в сервисе производится диагностика и ремонт насоса высокого давления.

После прокачки ТНВД и закручивания болта, нужно будет ослаблять штуцера на топливопроводах и отводить каждый в строну. Далее помощник крутит мотор стартером до того момента, пока горючее не начнет вытекать через штуцер. Если солярка не вытекает, нужно еще выкрутить штуцер накидным ключом. Далее прокачка повторяется.

Убедившись в том, что топливо пошло через открученный штуцер, указанный штуцер закручивается, после чего аналогичные действия поочередно выполняются с другими штуцерами. Успешным результатом можно считать такой, когда дизтопливо подается из всех штуцеров в то время, когда стартер вращает коленвал.

Теперь можно вернуть накидные гайки топливопроводов на штуцеры ТНВД, после чего производится затяжка. Двигатель нужно продолжать крутить стартером, параллельно накидные гайки топливопроводов ставятся на форсунки.

Также отметим, что стартеру каждые 15 сек. непрерывной работы рекомендуется давать передышку около 60-120 сек. Игнорирование данной рекомендации может привести к поломкам стартера или значительному сокращению его ресурса.

Впускная система

Впускная система (другое наименование – система впуска) предназначена для впуска в двигатель необходимого количества воздуха и образования топливно-воздушной смеси. Термин «впускная система» появился с развитием конструкции двигателей внутреннего сгорания, особенно с появлением системы непосредственного впрыска топлива. Оборудование для питания двигателя воздухом перестало быть просто воздуховодом, а превратилось в отдельную систему.

В своей работе система впуска взаимодействует со многими системами двигателя, в том числе с системой впрыска, системой рециркуляции отработавших газов, системой улавливания паров бензина, вакуумным усилителем тормозов. Взаимодействие перечисленных систем и еще ряда других систем обеспечивает система управления двигателем.

Для улучшения наполнения цилиндров воздухом, повышения мощности в конструкции системы впуска современных бензиновых и дизелных двигателей используется турбонаддув.

Всасывание воспламенение

Основное отличие дизельного двигателя от бензинового заключается в способе подачи топливовоздушной смеси в цилиндр и способе ее воспламенения. В бензиновом двигателе топливо смешивается с всасываемым воздухом до попадания в цилиндр, получаемая смесь поджигается в необходимый момент свечой зажигания.

На всех режимах, за исключением режима полностью открытой дроссельной заслонки, дроссельная заслонка ограничивает воздушный поток, и наполнение цилиндров происходит не полностью.

В дизеле воздух подается в цилиндр отдельно от топлива и затем сжимается. Из-за высокой степени сжатия в дизеле (обычно 20:1), воздух от сжатия нагревается до температуры свыше 700°С.

Вы можете быть удивлены тем, что простая операция сжатия воздуха может сильно разогреть его, но для любого велосипедиста нет ничего необычного в том, что сжатый воздух разогревается, что легко обнаружить, пощупав велосипедный насос после накачки шины.

Вернемся к дизельному двигателю. Когда поршень поднимается в верхнюю мертвую точку (конец такта сжатия), топливо под очень высоким давлением впрыскивается в камеру сгорания в распыленном до мельчайших частиц состоянии. Топливо смешивается с воздухом, и, так как температура воздуха очень высокая, происходит сгорание топливовоздушной смеси. При сгорании смесь выделяет энергию, которая движет поршень вниз (рабочий ход).

При снижении температуры воздуха текучесть дизельного топлива ухудшается из-за образования парафина. Из-за этого дизельное топливо становится густым и забивает топливный фильтр. По этой причине фирмы-производители дизельного топлива добавляют в него зимой специальные присадки, которые повышают текучесть топлива и гарантируют надежный запуск до температуры минус 22°С Если при неожиданном похолодании (ниже -10°С) в баке находится летнее топливо, то нужно добавить в бак специальную разжижающую присадку, следуя инструкциям ее производителя.

При запуске двигателя в холодную погоду температура сжатого воздуха в цилиндре может оказаться недостаточной для воспламенения топлива. Решить эту проблему помогает система предварительного накала (подогрева). Двигатели могут быть оснащены автоматической системой предварительного подогрева, в которой использованы электрические накальные свечи, подогревающие воздух в камерах сгорания непосредственно до запуска двигателя и во время его. В большинстве дизелей не применяется дроссельная заслонка во впускном коллекторе.

Исключение составляют двигатели, в которых применяется пневматический регулятор, работа которого зависит от разрежения во впускном коллекторе. Также редко дроссельная заслонка используется для создания разрежения, необходимого для работы усилителя тормозов (обычно для этой цели используется отдельный вакуумный насос). Кроме исключения свечей зажигания, дизельный двигатель имеет и другие преимущества.

Самое большое из них состоит в том, что из-за сжатия поступающего воздуха в гораздо большей степени, чем в бензиновом двигателе (типичная степень сжатия составляет около 14:1 на больших двигателях и около 24:1 на небольших современных двигателях) дизель является более термически эффективным двигателем. Это значит, что он выдает большую мощность от заданного количества топлива.

Результатом является следующее: автомобиль с дизельным двигателем пройдет на данном количестве топлива большее расстояние, чем такой же автомобиль с бензиновым двигателем того же рабочего объема.

Сборка мотора

Сборка производится в прямо противоположном порядке:

• Подшипники нагреваются с помощью специального трансформатора, а потом насаживаются, нет необходимости покупать трансформатор – его можно изготовить самостоятельно.
• После установки подшипника наденьте крышку спереди, и тогда подшипник зайдет в предназначенное для него гнездо.
• Нагрейте полумуфту и посадите на место, установите ротор обратно, шплинтуя шпонкой.
• Наденьте вторую крышку, затяните болты, простукивая аккуратно с помощью молотка или небольшой кувалды.
• Проверните вал рукой, чтобы определить, насколько свободно он вертится, при перекосе вал будет тормозить.
• Если все нормально, закрепите движок болтами и апробируйте, выполнив пробный пуск, убедившись, что все выровнялось, дайте движку поработать в течение 15 минут.

Зная, как отремонтировать асинхронный электродвигатель, вы сможете починить долговечный электромотор разнообразных устройств таких, как заточные станки или мини-пилорамы. К самым простым и распространенным неполадкам относятся перегоревший предохранитель или сработавшая защита.

Обзор элементов системы впуска двигателя

Резонатор

Представляет собой пластиковый воздухозаборник, который, как правило, установлен под фарами возле радиаторов. Патрубок устанавливается по ходу движения автомобиля, чтобы захватывался поток воздуха.

Конструкция воздухозаборника осуществлена таким образом, чтобы избежать попадания воды в цилиндры.

Корпус воздушного фильтра

Пластиковый короб, в котором устанавливается фильтр. Корпус максимально герметичен, обычно имеет отстойник для мусора.

Фильтр расположен во всей площади корпуса, в составе которого целлюлозная бумага с прорезиненными краями. Рассчитан фильтр таким образом, чтобы обеспечить необходимое сопротивление.

Дроссельный патрубок

Обычно представляет собой гофрированный патрубок. В гофре имеется отдельный патрубок, через который во впускной коллектор попадают картерные газы. К патрубку присоединяется ДМРВ, крепится хомутами с двух сторон во избежание подсоса неучтенного воздуха.

ДМРВ

Датчик имеет в своей основе платиновую проволоку и никелевую сетку в качестве чувствительного элемента. Работа датчика заключается в подсчете впускаемого воздуха, а полученная информация уже передается на электронный блок управления.

Получив данные от датчика массового расхода воздуха, блок управления уже знает, в каком количестве подать топливо.

Дроссельная заслонка

Дроссельная заслонка нужна для дозирования впускаемого воздуха, непосредственно влияющее на количество впрыскиваемого топлива.

За положением открытия заслонки отвечает электронный потенциометр ДПДЗ (датчик положения дроссельной заслонки). В зависимости от открытия заслонки корректируется количество подачи топлива.

Устанавливаемый либо на дросселе, либо на коллекторе, регулятор холостого хода (РХХ), отвечает за поток воздуха в обход закрытого дросселя в режиме холостого хода.

Впускной коллектор

Впускной коллектор равномерно распределяет воздух по цилиндрам, создавая необходимую геометрию потока, а также играет роль в смесеобразовании.

Может быть пластиковым или железным. У современных двигателей ресивер с изменяемой геометрией потока воздуха, а за геометрию отвечают двигающиеся шторки.