Двигатель Mazda WL-C - описание конструкции (common rail)

05.06.2012

Система впуска воздуха

Система впуска воздуха служит для подачи воздуха в цилиндры двигателя. Система состоит из воздухозаборника, корпуса воздушного фильтра, турбо- компрессора, привода и заслонок системы изменения интенсивности потока воздуха на впуске VSC (Variable Swirl Control), дроссельной заслонки, впускного коллектора, трубок и шлангов. Для облегчения запуска холодного двигателя во впускные порты установлены свечи накаливания.

Система изменения интенсивности потока воздуха на впуске (VSC)

Система состоит из электропневмоклапана, привода и четырех заслонок, установленных во впускном коллекторе и перекрывающих один из двух впускных портов каждого цилиндра двигателя. Система служит для снижения токсичности отработавших газов на низкой частоте вращения коленчатого вала. На низкой частоте вращения, по сигналу блока управления двигателем, электропневмоклапан открывает вакуумный канал, в результате чего разрежение подается на привод системы VSC.

Под действием разрежения привод, с помощью заслонок закрывает один из впускных портов каждого цилиндра, в результате чего воздух подается в открытый впускной порт с большей интенсивностью и в цилиндре возникает завихрение, способствующее лучшему испарению топлива, распределению топливовоздушной смеси по объему камеры сгорания, а так же способствует снижению дымности.


 Работа системы изменения интенсивности потока воздуха на впуске VSC. Впускной коллектор и система изменения интенсивности потока воздуха на впуске VSC.


Турбокомпрессор с изменяемой геометрией направляющих лопаток
На двигатель WL нового поколения устанавливается турбокомпрессор с системой изменения геометрии (изменения положения лопаток, размещенных в сопловом аппарате) VGT (Variable Geometry Turbocharger). Главные преимущества турбокомпрессора с неизменяемой геометрией заключается в следующем.

При работе на низких оборотах коленчатого вала двигателя для обычного турбокомпрессора с клапаном перепуска отработавших газов (устанавливаемого ранее на двигатели WL-T) существует такое явление, называемое "турбоямой", вызванное уменьшением потока (количества) и давления (а с ним и скорости) отработавших газов. Иными словами, поток отработавших газов недостаточен для вывода турбины, связанной непосредственно с компрессором, на рабочие обороты, на которых и эффективен турбокомпрессор.
Следовательно, давление наддува падает, а с ним уменьшается и наполнение цилиндров, и крутящий момент двигателя. Использование турбокомпрессора с изменяемой геометрией позволяет минимизировать явление "турбоямы" путем изменения проходного сечения в сопловом аппарате турбины. При уменьшении проходного сечения в сопловом аппарате турбины увеличивается давление отработавших газов перед ним, которое затем преобразуется после прохождения через сопловой аппарат в скорость потока, набегающего на колесо турбины.

Скорость колеса турбины увеличивается, увеличивается скорость колеса компрессора, а следовательно, и давление наддува.


Работа турбокомпрессора с изменяемой геометрией направляющих лопаток.


Турбокомпрессор использует энергию отработавших газов для дополнительного сжатия воздуха на впуске и подачи его в цилиндры с большим давлением и плотностью, в результате чего достигается увеличение мощности, снижение расхода топлива и улучшение характеристик двигателя. Изменение давления наддува осуществляется за счет изменения положения направляющих лопаток, установленных на корпусе турбины. Положение направляющих лопаток контролируется блоком управления двигателем с помощью электромагнитного клапана регулирования давления наддува. По сигналу блока управления двигателем, электромагнитный клапан открывается, соединяя вакуумный канал между вакуумным насосом и пневмоприводом направляющих лопаток турбокомпрессора, в результате чего шток привода, связанный с рычагом механизма управления положением лопаток, начинает втягиваться в привод, тем самым регулируя угол открытия направляющих лопаток и давление наддува. В свободном состоянии лопатки турбокомпрессора максимально открыты и направляют большее количество отработавших газов на колесо турбины, в результате чего колесо турбины вращается быстрее под действием энергии небольшого потока отработавших газов. Через вал вращение передается на компрессорное колесо, нагнетающее большее количество воздуха во

впускной тракт, это способствует увеличению давления наддува и наполняемости цилиндров на низких частотах вращения коленчатого вала.

При увеличении частоты вращения коленчатого вала и возрастании потока отработавших газов, блок управления двигателем начинает регулировать угол открытия направляющих лопаток подавая на их привод разрежение через электромагнитный клапан. Под действием штока привода лопатки начинают закрываться вплоть до полного закрытия. Поток отработавших газов направляемых на турбинное колесо уменьшается и давление наддува снижается. В этом режиме турбинное колесо вращается с меньшей частотой вращения при большем потоке отработавших газов. Это необходимо для предотвращения поломки турбокомпрессора в результате перегрузки (превышения максимальной частоты вращения) и повреждения двигателя. После прохождения компрессорного колеса и сжатия, воздух нагревается и его плотность снижается. Для охлаждения наддувочного воздуха и повышения его плотности, после турбокомпрессора установлен охладитель, выполненный из алюминиевого сплава. Это необходимо для улучшения наполнения цилиндров

Система выпуска и снижения токсичности ОГ

Система выпуска отработавших газов служит для очистки цилиндров от продуктов сгорания топливовоздушной смеси. В системе выпуска отработавших газов установлен ряд элементов и систем для снижения содержания токсичных компонентов в отработавших газах. В систему снижения токсичности данного двигателя входят:
- Система рециркуляции ОГ и дроссельная заслонка - снижение содержания
NOx, а так же снижение сажи в ОГ (черный дым).

- Окислительный нейтрализатор - снижение содержания NOx, CH, CO.


Система выпуска отработавших газов.


В двигателе предусмотрена система принудительной вентиляции картера. Система служит для удаления отработавших газов, прорвавшихся из камеры сго- рания в картер двигателя. Для этого к крышке головки блока цилиндров подведен шланг, соединяющийся со впускным коллектором. По шлангу картерные газы поступают во впускной коллектор, а затем в камеру сгорания.

Система рециркуляции ОГ (EGR)
Система рециркуляции отработавших газов EGR (Exhaust gas recirculation) служит для снижения токсичности отработавших газов путем дожигания оксидов азота
NOx в камере сгорания.
Система состоит из клапана системы рециркуляции ОГ с датчиком положения, двух электромагнитных клапанов, охладителя и системы трубок.

С помощью охладителя, снижается температура отработавших газов, что необходимо для предотвращения нагрева воздуха при смешивании его с поступившими на впуск отработавшими газами и соотвестственно улучшения наполнения цилиндров и снижения дымности отработавших газов.

Охлаждение отработавших газов в охладителе EGR осуществляется за счет охлаждающей жидкости, подводимой к охладителю из системы охлаждения двигателя.


Охлаждение отработавших газов в охладителе системы рециркуляции отработавших газов.


Система рециркуляции ОГ управляется блоком управления двигателем с помощью электромагнитных клапанов.


В системе установлен электромагнитный клапан №1 (вакуумный клапан) и электромагнитный управляющий клапан №2 (вентиляционный клапан), с помощью обоих электромагнитных клапанов блок управления двигателем контролирует открытие клапана системы рециркуляции ОГ. По сигналу от блока управления, электромагнитные клапана открываются и закрываются, подавая в диафрагму клапана либо разрежение от вакуумного насоса (через электромагнитный вакуумный клапан) либо атмосферное давление (через вентиляционный клапан, связанный с атмосферой).


Открытием клапана системы рециркуляции ОГ регулируется количество перепускаемых во впускной коллектор и далее в камеру сгорания отработавших газов. В камере сгорания происходит дожигание NOx.


Расчет необходимого открытия клапана системы рециркуляции ОГ производится блоком управления двигателем на основе частоты вращения коленчатого вала, цикловой подачи топлива и показаний датчика массового расхода воздуха.


Клапан системы рециркуляции ОГ.


Для улучшения работы системы рециркуляции ОГ, во впускной тракт установлена дроссельная заслонка с пневмоприводом, управляемая блоком управления двигателем с помощью двух электромагнитных клапанов.


Дроссельная заслонка.


При активации системы рециркуляции ОГ, дроссельная заслонка закрывается, в результате чего во впускном коллекторе создается дополнительное разрежение, способствующее улучшению поступления отработавших газов из системы EGR в камеру сгорания. При работе двигателя на холостом ходу, дроссельная заслонка так же прикрывается, это способствует снижения шума всасываемого воздуха. Применением дроссельной заслонки достигнута плавность выключения двигателя
при его остановке, путем закрытия заслонки и прекращения подачи воздуха в двигатель.

Топливная система "Common Rail"

На двигатель WL-С нового поколения установлена аккумуляторная система впрыска топлива Common Rail фирмы Bosch. Основные функции системы заключаются в оптимальном и правильном управлении процессом впрыска дизельного то- плива в нужный момент и в требуемом количестве, а также при необходимом давлении впрыска, что обеспечивается применением электронной системой управления. Такая организация управления процессом впрыска обеспечивает плавную и экономичную работу дизеля.  В данной аккумуляторной топливной системе Common Rail давление топлива может достигать 160 МПа. Данная система позволяет добиться снижения содержания твердых частиц сажи в отработавших газах и оксидов азота NOx.


Аккумуляторная топливная система Common Rail включает в себя: ступень низкого давления, ступень высокого давления и электронную систему управления двигателем.


Основными элементами данной системы являются электрогидравлические форсунки, ТНВД фирмы Bosch (CP3) (с датчиком температуры топлива и клапаном регулирования давления топлива), аккумулятор топлива (с датчиком давления топлива и редукционным клапаном), датчики и клапана системы управления двигателем и электронный блок управления двигателем.


Схема аккумуляторной топливной системы Common Rail. Поток топлива в ТНВД.


Ступень низкого давления состоит из топливного бака, топливного фильтра и трубопроводов линии низкого давления. Ступень высокого давления в аккумуляторной топливной системе Common Rail включает в себя ТНВД, аккумулятор топлива, форсунки, линии высокого давления и линии возврата топлива.

В штуцер (2) ТНВД для подсоединения шланга подачи топлива из топливного бака, установлен дополнительный топливный фильтр для лучшей фильтрации топлива, перед его подачей в линию высокого давления.


ТНВД


Топливный насос высокого давления приводится через систему шестерен от коленчатого вала и подает топливо под необходимым давлением в аккумулятор топлива.


ТНВД включает в себя топливоподкачивающий насос (накачивающий топливо из топливного бака в плунжерную камеру), датчик температуры топлива, клапан регулирования давления топлива, кулачковый вал и три плунжера (расположенные под углом 120° относительно друг друга), накачивающие топливо под высоким давлением в аккумулятор топлива. 


Шестеренчатый топливоподкачивающий насос в ТНВД.


Количество топлива, подаваемого в плунжерную камеру высокого давления регулируется регулирующим клапаном топливоподкачивающего насоса. Через этот клапан
на повышенной частоте вращения коленчатого вала часть топлива возвращается в линию подачи топлива. Клапан регулирования давления топлива регулирует количество подаваемого к аккумулятору топлива, тем самым поддерживая постоянное давление в аккумуляторе топлива. Клапан управляется блоком управления дви-
гателем, по сигналу которого клапан открывается и лишнее топливо подается в линию возврата.


Подаваемое от топливоподкачивающего насоса топливо проходит во впускной канал внутри насоса. За впускным каналом расположен предохранительный клапан. Если давление, создаваемое топливоподкачивающим насосом, превышает давление открытия предохранительного клапана, то топливо проходит через дроссель клапана в контур смазки и охлаждения ТНВД. Вал привода с эксцентриком перемещает плунжер в соответствии с подъемом эксцентрика. Топливо проходит через впускной клапан (1) ТНВД в камеру высокого давления (5) насосного элемента и, при движении плунжера (8) вниз реализует ход впуска (см. рисунок "Поперечный разрез ТНВД"). Вал ( 6) в корпусе ТНВД установлен в центральном подшипнике. Эксцентрик (7) на валу ТНВД обеспечивает возвратно поступательное движение плунжеров. После достижения нижней мертвой точки НМТ плунжера, впускной клапан закрывается и топливо уже не может выйти из верхней камеры насосного элемента (плунжера). Затем при движении плунжера вверх топливо сжимается, давление повышается и выпускной (нагнетательный клапан) (2) открывается, как только давление превысит его уровень в аккумуляторе топлива. Сжатое топливо поступает затем в контур высокого давления. Плунжер ТНВД продолжает подавать топливо до тех пор, пока не достигнет положения ВМТ (ход нагнетания). После этого давление падает, выпускной клапан закрывается и плунжер перемещается вниз. Когда давление в камере насосного элемента превышает давление подкачки, впускной клапан снова открывается и процесс повторяется. Датчик температуры топлива включает в себя измерительный резистор и питается напряжением 5 В. Сопротивление резистора меняется в зависимости от температуры топлива, что в свою очередь влияет на выходное напряжение (сигнал) посылаемое датчиком на блок управления. Блок управления получает сигнал от датчика и определяет температуру топлива по заложенному в его памяти алгоритму. Данные полученные от датчика температуры топлива используются для расчета цикловой подачи топлива. Топливо от ТНВД под высоким давлением поступает в аккумулятор топлива, откуда оно подается к форсункам. В аккумуляторе топлива поддерживается оптимальное давление (25 - 160 МПа). При превышении давления 195 МПа, часть топлива сливается через редукционный клапан (установленный на аккумуляторе топлива) в линию возврата топлива.


На аккумуляторе топлива установлен датчик давления.


Редукционный клапан


Поперечный разрез ТНВД.


В систему установлены форсунки с электромагнитным управляющим клапаном. Управление форсунками осуществляется блоком управления двигателем. Каждая форсунка состоит из подпружиненного поршня (2), иглы (1), электромагнитного клапана (6) и гидрокамеры (3) (см. рисунок "Работа форсунки"). От аккумулятора топлива в форсунку подается топливо, поступающее к гидрокамере, через отверстие (8) и к игле форсунки. В гидрокамере топливо находится под давлением, равным давлению в аккумуляторе топлива. Когда форсунка закрыта, топливо давит на подпружиненный поршень, который, в свою очередь, воздействует на иглу форсунки, не давая ей открыться. Когда электронный блок управления двигателем выдает управляющий пусковой сигнал на соответствующий электромагнитный клапан форсунки, поднимается якорь (5) с шариковымклапаном (4). Шариковый клапан открывает канал (7), соединяющий гидрокамеру с линией возврата топлива, в результате чего часть топлива сливается и давление в гидрокамере форсунки ослабевает.

В то же время давление топлива, подаваемого к игле форсунки, преодолевает усилие пружины поршня и игла открывается, в результате чего осуществляется впрыск форсункой топлива в цилиндр.


Работа форсунки.


В линию возврата топлива от форсунок установлен обратный клапан. Этот клапан предотвращает поступление топлива, отводимого в линию возврата от форсунок, обратно к форсункам. Блок управления двигателем контролирует количество впрыскиваемого топлива и момент впрыска. Данная топливная система может обеспечить до трех последовательных впрысков (многостадийный впрыск).


Каждая форсунка подсоединена к линии возврата топлива.


Форсунка


Управление впрыском топлива осуществляет блок управления двигателем, на основании сигналов ряда датчиков системы управления двигателем, а так же в зависимости от режима работы двигателя.

Блок управления управляет количеством впрыскиваемого топлива, моментом впрыска и количеством впрысков за один такт в каждом цилиндре отдельно.


Управление количеством впрысков топлива.


Количество впрыскиваемого форсункой топлива определяется временем открытия иглы форсунки, которое в свою очередь зависит от времени, в течение которого блок управления двигателем посылает управляющий сигнал на электромагнитный клапан форсунки. Время открытия иглы форсунки контролируется блоком управления двигателем в зависимости от нажатия педали акселератора и частоты вращения коленчатого вала. В расчетное количество впрыскиваемого топлива вносится корректировка в зависимости от температуры воздуха на впуске, массового расхода воздуха, температуры охлаждающей жидкости и атмосферного давления. Также блок управления вносит корректировку количества впрыскиваемого топлива для каждой форсунки в зависимости от идентификационного кода форсунки, который следует запрограммировать в память блока управления двигателем для каждой форсунки в отдельности. В этом коде зашифрованы механические характеристики, индивидуальные для каждой отдельно взятой форсунки.


Блок управления двигателем постоянно корректирует количество впрыскиваемого в каждый цилиндр топлива в зависимости от изменения частоты вращения коленчатого вала (особенно на холостом ходу), для снижения колебаний частоты вращения и
снижения вибраций.


Момент впрыска рассчитывается блоком управления на основании сигналов различных датчиков, режима работы двигателя, частоты вращения коленчатого вала и количества впрыскиваемого топлива по алгоритму, записанному в памяти блока управления. В расчетное время впрыска топлива вносится корректировка в зависимости от температуры воздуха на впуске, температуры охлаждающей жидкости и атмосферного давления. Давление впрыска напрямую зависитот давления в аккумуляторе топлива и контролируется блоком управления двигателем на основе сигнала датчика давления в аккумуляторе топлива. Давление топлива регулируется блоком управления в зависимости от частоты вращения коленчатого вала и цикловой подачи топлива с помощью клапана регулирования давления топлива, установленного в ТНВД. Создание оптимального давления впрыска топлива для каждого режима работы двигателя, способствует снижению токсичности отработавших газов. Количество впрысков, производимых форсункой в цилиндр, контролируется блоком управления двигателем в зависимости от условий движения автомобиля и служит для снижения вибраций и токсичности отработавших газов. Данная аккумуляторная топливная система позволяет реализовать до трех впрысков в один цилиндр за цикл. В памяти блока управления запрограммированы несколько оптимальных алгоритмов впрыска топлива при различных состояниях. Так, при низкой частоте вращения коленчатого вала и низкой нагрузке производится три впрыска за цикл, для снижения вероятности детонации. При высокой частоте вращения коленчатого вала и высокой нагрузке, для улучшения мощностных показателей и снижения расхода топлива производится только один впрыск за цикл.


Дополнительные функции управления служат для улучшения характеристик по снижению эмиссии вредных веществ в ОГ и расхода топлива или используются для повышения безопасности, комфорта и удобства управления.


Статью "Описание механической части двигателя WL-C автомобилей Mazda BT-50 / Ford Ranger"
Вы можете прочесть здесь

http://autodata.ru/article/all/opisanie_mekhanicheskoy_chasti_dvigatelya_wl_c_avtomobiley_mazda_bt_50_ford_ranger/


Бушин С.Н.
© Легион-Автодата