«ВПУСКНАЯ СИСТЕМА»

5.1. Назначение впускной системы.

Системы впуска воздуха предназначены для приёма воздушного потока, фильтрации и направления его к впускным клапанам с заданной скоростью и турбулентностью.

5.2. Принципы построения впускных систем.

Впускная система начинается с патрубка, через который в двигатель поступает поток воздуха необходимый для обеспечения процессов горения топлива в цилиндрах двигателя. Патрубок обычно выполнен из пластика или металла и расположен рядом с радиатором охлаждения или в подкапотном пространстве. Весь поступающий воздух проходит через воздушный фильтр и далее по гибкому воздушному патрубку поступает в жёсткий впускной коллектор. Если в системе управления двигателем используется расходомер воздуха, то он располагается непосредственно после воздушного фильтра. Во многих конструкциях двигателей используется воздушный аккумулятор, представляющий собой резервуар с воздухом, предназначенный для устранения возможных пульсаций воздушного потока. Такой резервуар находится между воздушным фильтром и впускным коллектором. В корпус воздушного фильтра или в воздушный патрубок, идущий к впускному коллектору, входит патрубок канала вентиляции картера для направления картерных газов на сжигание в цилиндры двигателя.

Впускной коллектор бензинового двигателя начинается с узла дроссельной заслонки. В этом узле располагается одна или две заслонки. Две заслонки могут использоваться как с одновременным, так и с последовательным открытием. В V-образных двигателях дроссельные заслонки используются по одной на каждую сторону двигателя и открываются одновременно (ФОРД).

В рядных двигателях часто используется последовательное открытие заслонок (АУДИ). На узле дроссельных заслонок располагаются датчики положения дроссельной заслонки, концевики холостого хода (заслонка закрыта полностью), концевики максимальных нагрузок (заслонка открыта более чем на 70%), регуляторы холостого хо-да(механические и электрические), регуляторы холостого хода, использующие температуру охлаждающей жидкости, элементы подогрева воздуха и пр. Современные системы управления используют электрический узел управления дроссельной заслонкой.

В дизельных и в некоторых бензиновых двигателях узла дроссельной заслонки нет.

Впускной коллектор должен быть строго определённой формы, ёмкости и длины. Все параметры впускного коллектора рассчитываются при разработке двигателя. Впускной коллектор заканчивается воздушными каналами, направляющими потоки воздуха к впускным клапанам двигателя. На пути воздушного потока обычно расположен поток распылённого топлива, впрыскиваемого форсункой.

В системах с прямым впрыском и в дизельных двигателях, воздушный поток завихряется и направляется в цилиндр, где и смешивается с топливом. От того, с какой скоростью и турбулентностью воздушный поток соединится с топливом зависят дальнейшие процессы горения и эффективность работы двигателя.

Используются системы изменения длины впускного коллектора, различные внутренние поверхности воздушных каналов для создания вихревых потоков определённой формы.

Во впускной коллектор входят различные патрубки: для измерение разрежения в коллекторе; для использования разрежения в управлении различными диафрагменными клапанами; для направления отработанных газов, на дополнительный дожит.

Впускная система взаимосвязана с другими системами. Для иллюстрации такой связи приведём рабочую схему на рис. 1, на которой показано несколько взаимоувязанных узлов: впускная система, выпускная система, система вентиляции бензобака, система сбора и дожига паров топлива.

1 -впускной коллектор, 2-электропневмоклапан адсорбера, 3-ЭБУ двигателем, 4-адсорбер, 5-вы-пускной коллектор, 6-вакуумный клапан, 7-предох-ранительный клапан, 8-клапан давления, ^топливный бак, 10-тпливный насос.

Пары топлива через предохранительный клапан попадают в адсорбер, где накапливаются в угольном накопителе (до 150 г паров топлива). Предохранительный клапан защищает адсорбер и впускной коллектор от попадания топлива при резких кренах или аварии. ЭБУ при определённых условиях управляет клапаном 2 (Е1701), направляя часть паров на дожиг во впускной коллектор. Элементы топливной и выпускной систем будут рассмотрены в соответствующих разделах.

Рис. 1 Фрагмент рабочей схемы некоторых систем двигателя

Ниже приведена таблица перерасчёта некоторых величин разрежения\давления.

ПОДСИСТЕМА: «ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА» ЭЛЕМЕНТ: «ФОРСУНКА МЕХАНИЧЕСКАЯ»

НАЗНАЧЕНИЕ: Предназначена для распыления, подводимого к ней под высоким давлением, топлива.

ПРИНЦИП РАБОТЫ: Существует много вариантов конструкций форсунок, но принцип работы у всех одинаков: открытие запорного клапана форсунки от давления топлива, независимо от положения впускного клапана. Для каждой модели двигателя выпускаются свои форсунки. Форсунка представляет собой определённой формы ёмкость с топливом. С одной стороны топливо под давлением поступает из дозатора-распределителя через фильтровочную сетку, а с другой стороны в распылённом состоянии попадает во впускной коллектор. Давление открытия форсунки (начало впрыска) отличается для разных типов форсунок и колеблется в пределах : новые -от 2,7 до 5 кгс\ см2, приработавшиеся - от 3 до 3,7 кгс\см2.

РАСПОЛОЖЕНИЕ: Форсунки расположены на впускном коллекторе в районе впускных клапанов. На форсунке одето уплотнительное кольцо, которое при вставке во впускной коллектор не допускает подсос воздуха. Некоторые форсунки имеют металлический наконечник. В некоторых конструкциях систем механического впрыска топлива для лучшего распыла топлива используется дополнительный воздушный канал, проложенный вдоль всего впускного коллектора. В этот канал вставлены пластиковые стаканы, в которые вставлены форсунки. В пластиковых стаканах имеются боковые отверстия для поступления дополнительного воздуха, который улучшает смесеобразование, т.к. смешения бензина с воздухом начинается уже в пластиковом держателе форсунки.

НЕИСПРАВНОСТИ: Обычно форсунки на входе имеют мелкую сетку, которая может забиться мелкими частичками примесей, ржавчины из бака и топливных магистралей или «мусора», содержащегося в топливе.

Если впускная сетка не задержала «мусор», то проходя через запирающий элемент и седло форсунки, эти части получают дополнительный износ из-за абразивных свойств посторонних частиц. Постепенно форма факела меняется или вообще пропадает и форсунка льёт топливо обычной струйкой, что не способствует хорошему смесеобразованию и правильной работе двигателя.

На распылителе форсунки постепенно скапливаются смоляные отложения, тяжёлые фракции топлива. Иногда отложения образовываются в результате использования на двигателе газовой установки.

Важным показателем является производительность форсунки. Для разных типов форсунок эта величина отличается, но ориентировочно объемы следующие: холостойход-25 - 30 смЗ за30 сек., полная нагрузка - 80-100 смЗ за 30 сек. Если на одном двигателе производительность у форсунок отличается более чем на 15 % необходимо менять форсунки.

Неисправностью форсунки можно считать и прокапывание, которое характеризуется тем, что при резком снижении давления (до 2,5 кгс\см2) форсунка должна закрыться и течение одной минуты из распылителя допускается пропуск только одной капли.

МЕТОДИКА ПРОВЕРКИ: Проверку топливной части форсунки можно производить непосредственно на а\м. Под каждой форсункой должна быть мерная ёмкость, а подводимое давление топлива должно быть измерено. Создать на входе в форсунку давление 2,5 кгс\см2. При этом из форсунки не должно капать или литься топливо. Постепенно увеличивать давление топлива на входе в форсунку. Засечь величину давления топлива в момент открытия форсунки, (причём все форсунки, принадлежащие к данному двигателю должны открыться одновременно).

Определить производительность форсунок на максимальных величинах давления топлива и сравнить все величины (производительность, давление открытия) со справочными данными.

Обязательно проверить форму факела и распыла форсунок. Факел должен быть равномерным, ориентирован по центру, а угол распыла топлива примерно 25-35 градусов.

РЕМОНТ: Как временную меру, можно рекомендовать промывку форсунки в промывочной установке. Продувку сжатым воздухом в открытом состоянии с обеих сторон, но обычно всё заканчивается заменой всех форсунок на новые.

ПОДСИСТЕМА: «ТОПЛИВНАЯ СИСТЕМА» ЭЛЕМЕНТ: «РЕГУЛЯТОР ДАВЛЕНИЯ ТОПЛИВА»

НАЗНАЧЕНИЕ: Предназначен для поддержания заданного давления топлива в топливной рейке.

ПРИНЦИП РАБОТЫ: В бензиновых двигателях представляет собой ёмкость, разделённую на две части подпружиненной диафрагмой. Пружина подобрана таким образом, чтобы своей упругостью поддерживать диафрагму в определённой зоне. Одной стороной регулятор давления подсоединён к топливной рейке, а другой - к обратной магистрали для выпуска излишков топлива в топливный бак. Под давлением топлива диафрагма поднимается на определяемую пружиной величину и в нужный момент (давление топлива превысило заданное значение) открывается канал слива топлива в обратную магистраль (область В рис. 1). Часть топлива сливается из топливной рейки, рабочее давление снижается, подпружиненная диафрагма опускается и снова перекрывает канал слива топлива. Далее давление растёт... и т.п.

Регуляторам давления, расположеннным на топливной рейке, сжимать пружину «помогает» и разрежение, создающееся во впускном коллекторе и связанное с регулятором давления вакуумным патрубком (область А рис. 1).

На рис. 1 показаны в разрезе различные конструкции регуляторов давления топлива.

На рис. 2 показан график изменения давления при закрытой и открытой дроссельной заслонке.

При дросселировании, разрежение во впускном коллекторе падает и давление топлива в топливной рейке повышается, т.к. пружина и мембрана освобождаются от «помощи» вакуума. На графике рис.2 показано изменение давления топлива от 2,5 до 3,0 bar, но могут быть и другие значения рабочего давления топлива на холостом ходу, а при дросселировании обычно давление топлива повышается на 0,5 bar для повышения производительности топливной рейки.

В дизельных двигателях электронный регулятор давления топлива может быть установлен в

ТНВД или на топливной рейке системы CR и управляется ЭБУ двигателем. Существует и механический регулятор аварийного сброса давления при отказе электроники.

РАСПОЛОЖЕНИЕ: Обычно расположен на топливной рейке (Т0301), но может располагаться около или внутри топливного бака на выходе из топливного насоса.

НЕИСПРАВНОСТИ: «Зависание» диафрагмы в закрытом или открытом состоянии. При этом давление топлива в топливной рейке или прямой магистрали будет или повышенным, или его совсем не будет.

МЕТОДИКА ПРОВЕРКИ: При повышенном давлении топлива необходимо отсоединить от регулятора давления патрубок слива топлива, установить ёмкость для приёма излишков топлива из регулятора давления. Включить топливный насос, если давление топлива нормализовалось - виновато всё, что после регулятора давления: обратная топливная магистраль, приёмная сетка в топливном баке. Если давление топлива продолжает оставаться высоким, то не исправен регулятор давления топлива.

РЕМОНТ: Как временную меру (доехать до гаража, ближайшего населённого пункта) можно рекомендовать промывку или чистку путём заливки жидкостей типа «Унисма» или «WD 40» в рабочую полость регулятора. Раскачать залёгшую мембрану. На некоторых регуляторах давления топлива имеется регулировочный винт под шестигранник, который видно через трубку обратного слива топлива. Вращая этот винт в прямом и обратном направлениях можно «расшевелить» зависшую диафрагму.

Самый лучший вариант ремонта - установить новый регулятор давления.

Рис. 1 Конструкции регуляторов давления топлива

А - давление топлива, В - разрежение во впускном коллекторе Рис. 2 График зависимости давления топлива от разрежения во впускном коллекторе

ПОДСИСТЕМА: «ТОПАИВНАЯ СИСТЕМА» ЭЛЕМЕНТ: «ТОПЛИВНЫЕ МАГИСТРАЛИ»

НАЗНАЧЕНИЕ: Топливные магистрали предназначены для подачи топлива от топливного бака к устройствам, подающим топливо во впускной коллектор или в цилиндры двигателя (форсунки, карбюраторы) и возврата в бак излишков топлива.

ПРИНЦИП РАБОТЫ: На рис. 1,2,3,4 приведены основные типы построения систем питания бензинового двигателя. Обозначения: 1-по-гружной (внутри топливного бака) насос; 2-под-весной (вне топливного бака) насос; З-топливный фильтр; 4-форсунка; 5-регулятор давления топлива; 6-топливный бак; 7-топливная рейка.

Рис. 1 Топливный насос расположен внутри бака. Система Моно-впрыска

Рис. 2 Топливный насос расположен вне бака. Распределённый впрыск

Рис. 3 Топливный насос расположен внутри бака. Распределённый впрыск

Рис. 4 Топливных насосов два: внутри и вне бака. Система Моно-впрыска

Существуют и другие варианты построения систем питания двигателя топливом:


-два насоса: погружной и подвесной;


- два насоса: оба погружные;


- погружной насос в баке совмещён с топливным фильтром;


- погружной насос в баке совмещён с топливным фильтром и регулятором давления;


- погружной насос в баке регулятор давления и обратная магистраль сразу около бака;


- погружной насос в баке совмещён с топливным фильтром и регулятором давления топлива и обратным сливом топлива. Только прямая магистраль и пр.


РАСПОЛОЖЕНИЕ: Расположены обычно под днищем кузова автомобиля. Магистраль, по которой топливо поступает из бака к двигателю называют подающей или прямой, а другую - называют обратной магистралью. На современных а\м топливный насос обычно расположен внутри топливного бака.


НЕИСПРАВНОСТИ: В обеих магистралях могут быть физические повреждения, вследствие удара днищем о посторонний предмет. Если течи топлива нет, то в изгибе (примятости) может собираться ржавчина, вследствие чего производительность магистралей будет отличаться от нормы и однажды это проявится.


Если засорена подающая магистраль, давление топлива может быть пониженным (особенно на высоких оборотах двигателя). Иногда подающую топливную магистраль повреждают при неквалифицированной замене топливного фильтра.


Если засорена обратная магистраль или патрубок, входящий в топливный бак, то давление топлива будет повышенным, что влечёт за собой повышенный расход топлива и создаст опасные условия эксплуатации автомобиля.


МЕТОДИКА ПРОВЕРКИ: Прямая магистраль проверяется последовательно: давление топлива после насоса, давление топлива после топливного фильтра, давление топлива перед топливной рейкой (такие проверки необходимы для выявления неисправности топливного насоса, топливного фильтра, фильтровочной сетки перед топливным насосом).


Обратная магистраль проверяется, если давление топлива в топливной рейке высокое, а регулятор давления исправен. Для этого снимается с регулятора давления топлива патрубок слива топлива в бак, вместо него устанавливается ёмкость для приёма излишков топлива из рейки. Запустить двигатель и, если давление топлива нормализуется, то необходимо осмотреть обратную магистраль на предмет повреждения или очистить приёмную сетку в топливном баке.


РЕМОНТ: Очистить, выправить, продуть топливные магистрали, при необходимости-заменить повреждённые или изношенные элементы.

«ТОПАИВНАЯ СИСТЕМА» ЭЛЕМЕНТ: «ДЕМПФЕР ТОПЛИВНЫЙ»

НАЗНАЧЕНИЕ: Демпфер или аккумулятор давления топлива предназначен для сглаживания пульсаций топлива в топливной магистрали.

ПРИНЦИП РАБОТЫ: В связи с тем, что топливный насос качает топливо дискретно, т.е. в магистрали присутствует неравномерность давления топлива - «качок» - «пауза», после основного насоса устанавливают топливный демпфер, устройство которого представлено на рис. 1.

Рис. 1 Демпфер топливный 1-пружина, 2-опора пружины, 3-мембрана, 4-подача топлива, 5-слив топлива

В момент «качка» топливного насоса пружина рабочей полости сжимается и полость наполняется топливом. В момент «паузы» топливного насоса пружина разжимается, давит на диафрагму, которая выдавливает топливо из рабочей области в магистраль - тем самым сглаживает пульсации топлива (Рис. 1). Конструкция демпфера может быть и другой, но принцип работы -такой же.


РАСПОЛОЖЕНИЕ: Располагается после топливного насоса или на самом насосе. Если насоса два, го после основного.


НЕИСПРАВНОСТИ: Если автомобиль долго не использовался, то пружина или мембрана могут заржаветь из-за наличия в топливе влаги. Демпферная мембрана может «зависнуть» в закрытом состоянии-топливо в магистрали может подаваться ограниченно или «зависнуть» в открытом состоянии - пульсации сглаживаться не будут.


МЕТОДИКА ПРОВЕРКИ: Использовать два манометра: до и после топливного демпфера. Показания манометра после топливного демпфера должны быть более стабильными.


РЕМОНТ: Иногда удаётся «расшевелить» мембрану путем заливки в рабочую полость химических составов типа «Унисма» или «WD 40», затем воздействовать на мембрану механически не острым предметом через топливные каналы. Без демпфера система работает без заметных сбоев.

«МЕХАНИКА ДВИГАТЕАЯ» ЭЛЕМЕНТ: «ПРИВОД Г Р М»

НАЗНАЧЕНИЕ: Предназначен для создания зависимой связи между ведущим механизмом (коленчатый вал) и ведомым механизмом (распределительные валы, ТНВД дизельного двигателя).

ПРИНЦИП РАБОТЫ: Распределительный вал(валы) связан с коленчатым валом шестерёнчатым механизмом, или цепью со звёздочками, или ремнём ГРМ со шкивами.

Привод зубчатыми шестернями наиболее прост и надёжен, но применяется всё меньше и преимущественно на а\м США. Недостатки: шум при работе, ограниченность расстояния между шестернями, громоздкость конструкции.

Привод роликовой цепью используется на мощных двигателях. Недостатки: сложная конструкция, шумный механизм, увеличенные габариты за счёт использования различных вспомогательных устройств (натяжителей и успокоителей цепного привода). Применяются однорядные и двухрядные цепи.

Рис. 1 Газораспределительный механизм в сборе.
 1,2-звёздочки распределительных валов выпускного и впускного, 3-ролик


натяжителя ремня, 4,5-механизм натяжителя ремня, 6-болт крепления звёздочки и шкива коленвала

Привод зубчатым ремнём получил широкое распостранение из-за простоты конструкции и низкого уровня шума. Недостатком является низкая надёжность. Последствия из-за обрыва ремня обычно катастрофические: «встреча» поршней с клапанами и пр. Зубчатым ремнём приводятся в движение и балансировочные валы.

При установке головки блока или замене рем-ня(цепи) ГРМ необходимо очень внимательно отнестись к установке механизма газораспределения в начальное положение. На всех элементах указаны метки, которые при установке должны совпасть. Обычно поршень первого цилиндра устанавливается в ВМТ(но не всегда!), но часть производителей двигателей устанавливает свой порядок и последовательность установки газораспределительного механизма. Многие двигатели производителей Италии и Франции не имеют вообще никаких меток, а рас-пределительные валы не имеют шпонок для крепления шкивов привода. В добавок к этому на шкивах установлены шестерни с разрезными отверстиями для многовариантности установки фаз газораспределения. Для правильной начальной ориентации распределительных валов применяются кондуктора, закрепляющие их в начальном положении.

Рис. 2 Закрепление коленчатого и распределительного валов.
1- (верхний рисунок) фиксатор распределительных валов в исходном положении. 1- (нижний рисунок) фиксатор коленвала в ВМТ.

РАСПОЛОЖЕНИЕ: Расположен в передней части блока цилиндров двигателя и головки блока.


НЕИСПРАВНОСТИ: Разорван ремень ГРМ или цепь (крайне редко). В такой ситуации степень последствий может быть разной - всё зависит от конструкции двигателя. Самый простой случай - установить новый ремень ГРМ (цепь). Самый сложный-встреча клапанов головки блока с поршнями. Последствия, опять же, зависят от конструкции двигателя: поломка рокеров в механизме привода клапанов (клапана и поршни не страдают); поломка распредвала(клапана и поршни не страдают); загиб клапанов, встретившихся с поршнями(исправность поршней, шатунов под вопросом); загиб клапанов, разрушение поршней, изгиб шатунов, разрушение головки блока и пр.


Вследсгвии слабого натяжения, ремень(цепь) ГРМ может перескочить через зуб в механизме привода. Синхронность работы механизма ГРМ нарушается. Нередко встречаются неисправности, при которых все метки ус тановлены верно, а двигатель не работает. Обычно виной тому срез фик-саторных шпонок коленвала или распредвала, вслед-ствии чего шкивы привода ГРМ остаются в верном положении, а распределительные валы или ко-ленвал сдвигаются относительно установочных мест и система газораспределения нарушается.


МЕТОДИКА ПРОВЕРКИ: В соответствии с технической документацией проверить наличие меток на подвижных элементах - шкивах коленчатого вала, распределительных валов, шкиве ТНВД дизельных двигателей и верность установки бегунка распределителя зажигания бензиновых двигателей. Далее проверить наличие соответствующих меток на неподвижных элементах -блоке цилиндров, крышке головки блока, не подвижной части распределителя зажигания. Проворачивать двигатель вручную до совпадения всех меток механима газораспределения.


РЕМОНТ: При замене ремня ГРМ необходимо в обязательном порядке заменить все ролики, связанные с приводом ремня. Повреждённый ремень ГРМ необходимо осмотреть и выявить причину обрыва. Установка ремня ГРМ начинается с фиксации коленвала и распредвалов. Далее ремень устанавливается на шестерню коленвала; устанавливается противоположная натяжителю сторона; натягивается и устанавливается на шестерню(ни) распредвала(валов). Затем ремень натягивается со стороны натяжителя и отпускается или регулируется положение натяжителя. Проводя все действия, нельзя допускать провисание ремня(цепи) и поворачивания шестерней коленвала и распредвала.


Особенно внимательно надо отнестись к пру-жинно-гидравлическому натяжителю ремня ГРМ (Aisin Warner) Легко сжимаемый натяжитель необходимо заменить на новый. Обычно натяжитель медленно сжимается в тисках и фиксируется специальной шпонкой до момента установки.


Если меток нет и никакой информации по двигателю нет, то необходимо руководствоваться логикой и ранее полученным опытом. Настоятельно рекомендуем обращаться к информационным базам данных (Workshop, Autodata и др.).


После установки механизма ГРМ необходимо обязательно провернуть на два оборота колен-вал двигателя. Проворачивать необходимо медленно, не прилагая силу. Если при проворачивании появилось сопротивление, значит поршень упёрся в клапан. Необходимо вернуться в начальное положение и всё перепроверить. Проворачивая двигатель желательно смотреть на положение кулачков распредвала, рассчитывая, в какой фазе находится каждый цилиндр и вычислять соответствующее положение кулачков (клапанов). Если Вы это всё понимаете, то ошибки не будет.

ПОДСИСТЕМА: «ТОПАИВНАЯ СИСТЕМА» ЭЛЕМЕНТ: «ТОПЛИВНЫЙ БАК»

НАЗНАЧЕНИЕ: Топливный бак предназначен для хранения продукта питания двигателя автомобиля (бензин, дизтопливо, газ). Может быть металлическим или пластмассовым, однообьём-ным или двухобьёмным.

ПРИНЦИП РАБОТЫ: В топливном баке хранится топливо. Внутри топливного бака расположен указатель уровня топлива с поплавковым механизмом и, обычно, потенциометром, по показаниям которого вычисляется количество топлива в баке. В баке может располагаться топливный насос. Перед топливным насосом установлена фильтрующая сетка, которая предотвращает попадание частиц мусора в топливный насос. Если топливный насос подвесной, то топливная магистраль тоже начинается сеткой и выходит из бака в нижней его части. Возврат излишков топлива в бак производится через трубку, расположенную в верхней части бака. Залив топлива производится через специальную горловину бака, которая входит в бак через уп-лотнительное кольцо. На более ранних конструкциях а\м применялись системы вентиляции бака, т.е. удаления паров топлива в атмосферу, при помощи специальных клапанов. В конструкциях современных автомобилей такие клапана не используются. Пары топлива накапливаются в специальном устройстве, называемом адсорбером (рис. 1). При определённых условиях работы двигателя эти газы направляются во впускную систему, смешиваются с поступившим воздухом и попадают в цилиндры двигателя для сжигания.
Топливные баки могут иметь сложную двухобьёмную конструкцию с системой топливных и воздушных соединений, которые должны находиться в рабочем состоянии. Замена топливных насосов и другие ремонтные работы в таких системах необходимо производить только по инструкции производителя, т.к. разборка и сборка требует знаний, аккуратности и внимания.

Рис. 1 Схема топливный бак - адсорбер - клапан адсорбера 1-клапан адсорбера, 2-впускной коллектор, 3-адсорбер, 4-обратный клапан, 5-топливный бак Электронный блок управления 5 подаёт сигнал на клапан 1 (Е1701) и пары топлива поступают из адсорбера во впускной коллектор

БЛОК ЦИЛИНДРОВ ДВИГАТЕЛЯ

НАЗНАЧЕНИЕ: Предназначен для размещения в своём жёстком корпусе цилиндропоршневой группы, кривошшшо-шатунного механизма, систем охлаждения и смазки, а также для крепления различных датчиков и исполнительных элементов на внешней части.

ПРИНЦИП РАБОТЫ: Блок цилиндров обычно изготовляется из серого легированного чугуна. Являясь несущей конструкцией, блок воспринимает нагрузки от вращающихся и движущихся деталей. В верхней части блока цилиндров выполнены резьбовые отверстия для болтов крепления головки блока. В большинстве блоков поршневые гильзы отлиты как единое целое с блоком. Между гильзами и наружными стенками блока расположена рубашка охлаждения, по которой циркулирует охлаждающая жидкость.

Некоторые фирмы используют «мокрые» гильзы. Такие гильзы не закреплены жёстко в блоке цилиндров, а вставлены нижней частью в специальную расточку в блоке и герметизируются резиновым уплотнительным кольцом. Верхняя часть гильзы при этом должна иметь некоторое превышение над плоскостью рубашки блока, а уплотнение по плоскости гильзы достигается деформацией прокладки.

Блоки современных двигателей многих фирм изготовляются из алюминия, с залитыми в него «сухими» тонкостенными гильзами из износостойкого чугуна. Преимуществом таких блоков является стабильность зазора между поршнем и цилиндром в широком диапазоне температур, что повышает ресурс работы двигателя.

Конструкции блоков цилиндров могут быть рядными, V-образными, VR-комбинация рядного и V-образного блоков с углом развала 15-20 град, и оппозитными(противоположными).

Внутри блока цилиндров проходят масляные каналы предназначенные для смазки элементов головки блока.

В нижней части блока цилиндров расположен коленчатый вал, на котором закреплены шатуны с поршнями. К задней части вала прикреплён маховик, предназначенный для сглаживания неравномерности вращения из-за поочерёдного срабатывания цилиндров.

V-образный блок цилиндров. 

 1-постели распределительного вала, 2-заглушки масляных каналов,

3-отверстия системы охлаждения,

4-отверстия для гидротолкателей.

Разъёмный блок двигателя с оппозитным расположением цилиндров.

(СУБАРУ, АЛЬФА-РОМЭО, VW).

При проектировании двигателя конструкторы стараются заложить запас прочности коленвала, надёжное крепление его к блоку и самого блока цилиндров. При работе двигателя на него воздействуют различные силы инерции и центробежные силы. Двигатель считают уравновешенным, если на постоянном режиме работы на его опоры действуют постоянные силы и моменты. В случае неисправности каких-то цилиндров или детонационного горения топлива коленвал получает дополнительные нагрузки. При этом возникают вибрации двигателя, передающиеся на кузов. Снизить вибрации помогают конструкции подушек, на которых крепится двигатель. Для уравновешивания двигателя применяются специальные конструкции коленчатого вала, маховика, подбираются соответствующие массы поршней и шатунов, применяются системы из дополнительных балансировочных валов. Поршневая группа, расположенная в блоке, определяет технический уровень двигателя.


РАСПОЛОЖЕНИЕ: Естественно расположен в моторном отсеке.


НЕИСПРАВНОСТИ: В результате нарушения штатного режима работы возможен локальный или общий перегрев блока цилиндров. Использование некачественных антифризов приводит к эррозии каналов охлаждения блока или образованию накипи на внутренних стенках блока, что приводит к ухудшению теплоотдачи и перегреву.


При сборке двигателя после ремонта необходимо тщательно очистить и продуть резьбовые каналы крепления головки к блоку. Обычно в этих каналах остаётся масло или охлаждающая жидкость и если ее не удалить, то при затягивании болтов крепления головки образуются трещины или передаётся небольшая деформация поршневой гильзе.


Возможно полное разр ушение блока цилиндров вследствии обрыва поршня или шатуна.


Алюминиевые блоки выполнены по высоким технологиям и сильный перегрев может вывести блок из строя или нарушить форму верхней плоскости.


МЕТОДИКА ПРОВЕРКИ: Некоторые изготовители двигателей покрывают блок специальной краской, которая при перегреве осыпается (ВОЛЬВО), поэтому легко определить степень перегрева двигателя.


При разборке\сборке двигателей с алюминиевыми блоками необходимо проверять форму верхней плоскости блока цилиндров.


РЕМОНТ: Ремонт таких блоков можно производить только в специализированных центрах.

Процессы горения топливовоздушной смеси в цилиндрах двигателя. Детонация.

При горении топлива происходят химические реакции с выделением тепла и образованием продуктов сгорания. Процессы воспламенения и горения бензиновой топливовоздушной смеси сложны и иногда труднопредсказуемы из-за многочисленных основных и побочных факторов: формы камеры сгорания, скорости и направления движения смеси в камере сгорания, моменга искрообразования, давления и температуры смеси, степени сжатия, мощности искрового разряда, октанового числа бензина и т.п.

Для воспламенения и правильного горения смеси необходимо, чтобы топливо хорошо испарилось и смешалось с поступающим воздухом ешё на такте сжатия. В конце такта сжатия (поршень приближается к ВМТ) происходит искровой разряд между электродами свечи зажигания. Происходит воспламенение смеси, возникает очаг горения, насыщенный продуктами сгорания и движущийся фронт пламени от места воспламенения в разные стороны. Первоначально скорость распо-странения менее 1 м\сек., но в процессе расширения обьёмов горения скорость фронта пламени возрастает до 80 м\сек. Температура и давление в камере сгорания резко возрастают и, чем выше эти параметры и количество выделившегося при сгорании тепла, тем выше параметры двигателя. Часть тепла уходит с отработанными газами, а часть передаётся в стенки головки блока, клапана, гильзу цилиндра, поршень. Температура газов в камере сгорания достигает 2000 градусов и отвод тепла имеет первостепенную роль. При достижении фронтом пламени более холодных стенок камеры сгорания, количество вступающей в реакцию смеси снизится, т.к. её осталось мало и догорание остатков смеси происходит медленно.

Весь процесс горения занимает 30-50 градусов поворота коленчатого вала. После этого начинается процесс расширения - такт рабочего хода. Для процесса воспламенения и горения очень важен состав смеси-коэффициент избытка воздуха (лямбда), который представляет собой отно шение действительного количества воздуха, поступившего в цилиндр после закрытия впускного клапана, к тому его минимальному количеству, которое теоретически необходимо для полного сгорания поступившего в цилиндр топлива. Для полного сгорания 1 Кг бензина теоретически необходимо 14,7 Кг воздуха, а для полного сгорания дизельного топлива -14,45 Кг воздуха.

Смеси, в которых количество воздуха совпадает с теоретически необходимым, называют «стехиометрическими», т.е для них «лямбда» = 1. Если в смеси воздуха больше теоретически необходимого количества, то их называют «бедными» и, соответственно, «лямбда» больше 1.

В результате сгорания таких смесей кроме a30Ta(N2) и продуктов полного сгорания СО, и Н20, присутствует свободный кислород. Если воздуха меньше, смеси называют «богатыми», т.е. «лямбда» меньше 1.

В результате сгорания в отработанных газах присутствуют продукты неполного окисления: оксид углерода (СО) и свободный водород (Н2). В дизельных двигат елях образовавшийся СО окисляется до СО,, поэтому концентрация СО в отработанных газах дизеля невелика.

Если смесь «бедная» или «богатая», то лишние вещества не участвуют в горении, забирают на себя теплоту, охлаждая смесь и в отработанных газах появляются продукты неполного сгорания топлива -оксид углерода (СО), углеводороды (СН) и т.п. Из-за этого температура и давление в камере сгорания уменьшаются и двигатель теряет часть мощности.

Если смесь «бедная» (лямбда больше чем 1,2) химические реакции горения замедляются или вообще прекращаются. Такие процессы могут происходить в отдельных цилиндрах (пропуски воспламенения) или во всём двигателе с прекращением его работы. При пропусках воспламенения возможны вспышки (хлопки) во впускной или выпускной системах. Вспышки во впускной системе появляются если топливовоздушная смесь горит медленно и она продолжает гореть даже на такте выпуска, а т.к. в любом двигателе существует область перекрытия клапанов, то разогретые продукты горения могут поджечь топливную смесь, поступающую в цилиндр. При этом пламя распос-траняется из цилиндра во впускной коллектор, где и происходит взрыв - «хлопок» на впуске. «Хлопки» могут образовываться и из-за неправильной установки момента зажигания.

При пропусках воспламенения в отдельных цилиндрах смесь сжимается, а затем выталкивается в выпускную систему. Далее, при наличии каталитического нейтрализатора, такая смесь может вспыхнуть от его раскалённых поверхностей и разрушить внутреннюю часть нейтрализатора. Если нейтрализатора нет, то неподожжёштая смесь, скопившись и самовоспламенившись, может разрушить выпускную систему. Самовоспламенение смеси может произойти и в цилиндре двигателя(калильное зажигание) раньше, чем произойдёт момент искрообразования на свече зажигания. Это возможно, если какие-либо элементы камеры сгорания разогреты до температур выше 700 градусов. Такими элементами могут быть тарелки выпускных клапанов, перегретые электроды неверно подобранных свечей зажигания или нагар на стенках камеры сгорания. Калильное зажигание возникает сразу на большой поверхности, и идёт быстрее, чем нормальное, при этом возрастает максимальное давление в цилиндре, растёт температура и, как следствие, перегреваются элементы, находящиеся в камере сгорания иногда, при этом, разрушаясь.

Калильным зажиганием иногда называют самопроизвольную работу двигателя после выключения зажигания. Это происходит из-за поступающего во впускной коллектор топлива - прокапывание форсунок, прокапывания в карбюраторе, неправильные зазоры в приводе клапанов и т.п.

Когда основная фаза сгорания заканчивается, начинается фаза догорания. Давление в камере сгорания сильно увеличивается, повышается температура смеси ещё не вступившей в реакцию горения. При определённых условиях она может стать выше температуры самовоспламенения и смесь вспыхивает.

Если двигатель работает нормально, то быстрое продвижение фронта пламени не приводит к самовоспламенению - не хватит времени. В том случае если применяется низкооктановый бензин или неправильно установлен угол опережения зажиганием, время возникновения реакции самовоспламенения может уменьшиться и самовоспламенение может произойти в части обьёма ещё не горевшей смеси. Горение превращается во взрыв, при котором резко повышается температура и давление. Образуется ударная волна, распос граняю-щаяся со скоростью 1000 м\сек. Во фронте этой ударной волны так же резко возрастают давление и температура и всё воспламеняется на пути ударной волны. Эта волна многократно отражается от стенок камеры сгорания производит звонкий металлический стук (knock) при работе двигателя. Такой процесс называют детонационным сгоранием - "детонацией".

На современных двигателях устанавливаются специальные датчики детонации, работа которых описана в разделе "ЭЛЕКТРИКА ДВИГАТЕЛЯ". Борьба с детонацией: уменьшение камеры сгорания, т.е. расстояние от свечи зажигания до самой удалённой точки камеры становится меньше; использование высокооктановых марок бензина; уменьшение диаметра цилиндра; использование вытеснителей, к которым поршень подходит вплотную, чем способствует быстрому перемещению смеси в другие области, перемешивая и завихряя топливовоздушную смесь; установка двух свечей зажигания на цилиндр; использование электронных систем управления утлом опережения зажиганием в зависимости от сигнала датчика детонации и пр.

Детонация, как правило, возникает- при больших нагрузках на малой и средней частотах вращения коленчатого вала. Ударные волны, перемещающиеся по камере сгорания, ударяют по стенкам и элементам, установленным в камере. Удары являются не только механическими, но и тепловыми. Страдают в первую очередь копрессионные кольца, далее перемычки поршней и т.д.

В дизельных двигателях в цилиндрах сжимается воздух, а топливо впрыскивается перед достижением поршнем ВМТ. Раскалённый воздух поджигает впрыснутое топливо. Требования к топливу описаны в разделе Т0000. На мощность и к.п.д. двигателя сильно влияют следующие параметры: начало впрыскивания; продолжительность и цикловая подача топлива; давление впрыскивания; количество и направление факелов впрыскивания. Для характеристики топливовоздушной смеси, как и для бензиновых двигателей, используют коэффициент избытка воздуха («лямбда»).

Коэффициент полезного действия двигателя внутреннего сгорания.

Двигатели современных автомобилей становятся всё более эффективными. Повышается количество двигателей, использующих дизельное топливо. Гибридные силовые установки уже устанавливаются на серийные автомобили. Более 30 % Европейских а\м используют системы прямого впрыска топлива. Удельная литровая мощность современных двигателей достигает 150 л.с. и, в этой связи, стал снижаться средний рабочий обьём двигателя и составил менее 1800 см3. Конструкторами-разработчиками ДВС ведётся постоянная работа по снижению расхода топлива и потерь мощности в двигателях. Ориенгировочные потери мощности в двигателе внутреннего сгорания: цилинд-ро-поршневая группа-42-50%; насосные потери-14-20%; газораспределительный механизм - 11-16%; привод агрегатов - 10-16%; потери в подшипниках-9-15%; вентиляционные потери-5%.

МЕХАНИКА ДВИГАТЕАЯ

Устройство и работа механической части классического 4-х цилиндрового 4-х тактного 8-ми клапанного бензинового двигателя внутреннего сгорания(ДВС).

Для удобства изучения принципов построения и работы ДВИГАТЕЛЯ вся система условно разделена на подсистемы, которые будут рассмотрены отдельно. Данный раздел посвящен механической части. Устройству и принципам работы двигателей внутреннего сгорания коснёмся в самом общем виде, т.к. издание ориентировано на людей, обязанных иметь базовые знания по этой теме.

Укрупнённо механическую часть двигателя можно разделить на «верхнюю» и «нижнюю» части. К «верхней» части относится головка блока в сборе с клапанным механизмом и распределительными валами. К «нижней» части отнесём блок цилиндров, поршневую группу, коленчатый вал, балансировочный вал (иногда распределительный вал).

Многократно описанный процесс повторим кратко. Полный цикл газообмена осуществляется за 4 такта. Коленчатый вал двигателя поворачивается от действий стартера. Одновременно поворачивается и распределительный вал, связанный с ним цепью, щестернями или ремнём ГРМ в единую механическую систему. При сгорании топливовоздушной смеси в камере сгорания происходит резкое увеличение обьёма газов, которые давят на стенки цилиндров и поршень. В бензиновых двигателях по джиг смеси осуществляется искровым разрядом от свечи зажигания, а в дизельных - от самовоспламенения сжатой в камере сгорания смеси. Поршень движется вниз и через шатун осуществляется превращение возвратно-поступательного движения во вращательное движение коленчатого вала. Такие двигатели называются-поршневыми. На задней части коленчатого вала расположен маховик -массивный металлический диск, предназначенный для сглаживания неравномерного вращения ю-ленвала, возникающего из-за последовательного сгорания смеси в различных цилиндрах. Рассмотрим работу двигателя с момента, когда поршень находится в верхней мёртвой точке (ВМТ).

Первый такт - впуск. Обьём между днищем поршня и поверхностью, ограниченной головкой блока называют камерой сгорания(Усгор). Поршень движется из ВМТ вниз и увеличивает обьём камеры с топливовоздушной смесью, которая всасывается из впускного коллектора и поступает в камеру через открывающийся впускной клапан. В системах с прямым впрыском топлива и дизельных двигателях через впускной клапан поступает только воздух. На клапан воздействует толкатель, прижимаемый кулачком распредвала. В нижней мёртвой точке(НМТ) происходит перекладка поршня д ля движения вверх и обьём камеры с топливо-воздушной смесью максимален (Vmax=Vh + Vcrop), где Vh - обьём камеры при движении поршня от ВМТ к НМТ на высоту «h», т.е. рабочий обьём.

Второй такт - сжатие. Клапана закрываются. Движущийся вверх поршень сжимает топли-вовоздушную смесь (воздух).

При подходе поршня к ВМТ (примерно 5-30 гр. по углу поворота коленчатого вала) происходит воспламенение рабочей смеси от искрового разряда( в дизелях - от высокого давления и температуры). При достижении поршнем ВМТ -обьём камеры достигает минимального значения.      



          открытие впускного клапана                ВМТ      перекрытие клапанов    впуск

Последовательность процессов, проходящих в традиционном двухклапанном двигателе.

Третий такт - рабочий ход. Смесь воспламеняется и за счёт резкого повышения давления в камере сгорания и сил инерции поршень движется вниз и через коленчатый вал совершается полезная работа двигателя. Тепловая энергия преобразуется в кинетическую. Кинетическая энергия поршня преобразуется в энергию вращения коленчатого вала.

Четвёртый такт - выпуск. При подходе поршня к НМТ открывается выпускной клапан и находящиеся под давлением отработанные газы(ОГ) начинают выходить из цилиндра. Поршень перекладывается на движение вверх и вытесняет оставшиеся газы из камеры.

На приведённом выше графике показана последовательность процессов за 4 такта работы двигателя. Для описания некоторых характеристик двигателя применяются следующие величины.

Степень сжатия. Зная величину рабочего объёма (Vh) и величину камеры сгорания (Уcrop) можно вычислить степень сжатия - «Е» (не путать с компрессией).

Е = (Vh + Vcrop) / Vcrop

В бензиновых двигателях степень сжатия колеблется в пределах от 7 до 13 единиц, а в дизельных - от 16 до 24. Повышать степень сжатия для бензиновых двигателей нельзя из-за свойств самовоспламенения бензиновой топливовоздушной смеси при высоком давлении и температуре. Возникает неконтролируемый процесс горения.

Крутящий момент. Расширяющаяся смесь отработанных газов (ОГ) давит на поршень и создаёт на коленвалу через шатун крутящий момент. Для четырёхтактного двигателя крутящий момент (М) определяется уравнением.

М = ( Pep * Vh ) / 4 * П ,

где Рср - среднее давление на поршень, Vh - рабочий обьём двигателя, П (пи) = 3,1415...

У бензиновых двигателей среднее давление от 7 до 13 бар, у дизелей - от 8 до 24 бар. Максимальный крутящий момент определяется конструкцией и достигается при определённых значениях оборотов двигателя.

Мощность. Мощность двигателя (Р) зависит от его крутящего момента (М) и частоты вращения коленвала (п).

Р=2*П*п*М

На разных режимах работы двигателя требуются различные значения одного и того же параметра. При разработке двигателя обычно выбирают компромисный вариант среди разных требований к параметрам. Для улучшения характеристик двигателя на разных режимах работы применяются системы изменения скорости потока воздуха во впускном коллекторе; изменяющиеся фазы газораспределения, позволяющие регулировать степень перекрытия впускных и выпускных клапанов. Разрабатываются различные типы камер сгорания, формы днищ поршней для максимального улучшения перемешивания топливовоздушной смеси и снижения вероятности детонационного горения топлива.

Бензиновые двигатели развивают максимальную мощность (Р) примерно при 10% избытке топлива, а наименьший расход топлива (g) получается примерно при 10% избытке воздуха. Если топливовоздушная смесь слишком богатая, то энергия, заключённая в топливе, плохо используется, а продукты неполного сгорания загрязняют атмосферу. Если смесь слишком бедная, горение замедляется, мощность падает, двигатель перегревается.

На различных режимах работы ДВИГАТЕЛЯ (холостой ход, частичная нагрузка, разгон, полная нагрузка) требуются различные составы рабочей смеси.

Горение смеси - химическая реакция со своей скоростью, температурой, интенсивностью рас-постранения по камере сгорания, поэтому для оптимизации этих процессов применяют различные вытеснители смеси в сторону камеры сгорания, изменяют угол опережения зажиганием до прихода поршня в ВМТ, используют различные способы для турбулизации рабочей смеси.

Система смазки использует масляный насос, приводимый в движение обычно цепным или шестерёнчатым приводом. Иногда масляный насос устанавливается непосредственно на коленчатом валу двигателя.

Система охлаждения двигателя для приведения в движение охлаждающей жидкости использует специальный насос(помпу). Такой насос приводится в действие при помощи ремня ГРМ, приводными ремнями вспомогательных механизмов или другими способами.

Система питания использует различные типы топливных насосов высокого давления.

Пособие по диагностики систем управления двигателем

Проработав не один год на участке диагностики двигателей и электронных систем управления, я хотел бы поделиться опытом и методикой поиска неисправностей при ремонте автомобиля.

Изучив много учебной литературы, я нашёл полезные издания по системам впрыска топлива, по принципам построения механической и электрической частей двигателя, но, к сожалению, я не нашёл учебных пособий, которые имели бы системный подход к проблеме поиска и устранения неисправностей и действительно помогали бы не только в изучении устройства датчиков и исполнительных элементов, установленных в автомобиле, но и обучали бы правильно применять полученные знания.

Основная задача данного пособия объяснить и приучить начинающего специалиста к системному подходу при поиске и устранению неисправностей в автомобиле, т.е. всегда рассматривать объект ремонта как сложную взаимоувязанную систему. Если в автомобиле электронные блоки управления( ЭБУ) используется только для управления двигателем(зажигание, впрыск), то зонами Вашего внимания должны быть - впускная, выпускная, смазки, топливная, охлаждения, электрическая и механическая системы. Если автомобиль современный, то зона Вашего внимания - весь автомобиль (мы не имеем ввиду кресла, крышу, крылья и т.п.), т.к. вся автоэлектроника взаимосвязана и автомобиль может «не ехать» из-за, казалось бы, совсем не относящейся к двигателю системы.

Пособие построено по принципу постепенного погружения в предмет изучения. Вначале общее описание принципов работы двигателя, затем изучение различных типов механической, электрической, топливной, впускной, выпускной, системы охлаждения и смазки двигателя.

Далее следует описание принципов построения и работы конкретных систем управления двигателем с описанием каждого её элемента.

Многие конструкции используют одинаковые элементы, поэтому при описании, мы не будем привязывать устройства к системам, а будем описывать их как отдельные блоки, из которых строятся системы. Кроме этого, при описании работы каждого блока, будут приведены его характеристики, осциллограммы электрической части и методика диагностирования его исправности и способы ремонта.

При написании этого пособия использовались учебная литература и электронные базы данных, а также собственный опыт.

ДВИГАТЕЛЬ автомобиля представляет собой сложную взаимоувязанную систему. Разобьём её условно на подсистемы и изучим каждую в отдельности, попутно повторим школьный курс физики. На рис. 1 представлена структурная схема ДВИГАТЕЛЯ, состоящая из технологических блоков, подсистем : механическая, электрическая, топливная, охлаждения, впускная, выпускная, смазки.

                                                                                                                                                                                    

Некоторые узлы и агрегаты относятся к разным подсистемам, например: электрическая форсунка является элементом ТОПЛИВНОЙ подсистемы, одновременно ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ подсистемы, т.к. управляется электрическими сигналами ЭБУ двигателем. Такие элементы будем подробно описывать в одной подсистеме. Описание каждого элемента имеет своё имя, состоящее из буквы и четырёх цифр. Такое обозначение облегчит поиск информации при работе со справочными таблицами. В пособии описано устройство и порядок ремонта систем управления бензиновыми двигателями легковых автомобилей, а системы управления дизельными двигателями рассмотрены частично. Приведено много электрических и рабочих схем. Советуем внимательно разбираться с каждой из них. Схемы расположены по мере усложнения конструкции систем.

Кроме данной публикации готовится электронная версия, в которой буцет не только учебный материал, а и самообучающаяся экспертная база данных, собирающая в постоянном режиме информацию по диагностике и ремонту и советующая в реальном времени в режиме диалога какие шага необходимо предпринять в процессе диагностики и ремонта автомобиля.

Надеемся, что кто-то найдёт что-то интересное и новое для себя, а для кого-то это будет учебным пособием по освоению не простой профессии ДИАГНОСТА. К сожалению не каждый может овладеть этой профессией. Так же, как и в любой другой профессии, требуется определённый склад ума, умение образно мыслить, желание и интерес к данному виду деятельности.