Система впорскування з вихровою камерою
Мал. 4.60. Розріз головки циліндрів з вихровою камерою: 1 – форсунка; 2 – свічка розжарювання; 3 – вихрова камера з впускним каналом; 4 – циліндр
У дизелів з вихровою системою (Мал. 4.60) камеру згоряння розділено. Вихрова камера з'єднана з надпоршневим простором, і при підході поршня до верхньої точки у ній створюється вихровий потік, який ефективно змішує паливо з повітрям. Суміш, спалахнувши, проходить в основну камеру згоряння. Двигуни з вихровою камерою добре зарекомендували себе, особливо на великих обертах (більше 5000 хв-1).
Система упорскування з форкамерою (передкамерою)
Мал. 4.61. Розріз головки циліндрів із форкамерою: 1 – форсунка; 2 – свічка розжарювання; 3 – форкамера з впускним каналом; 4-циліндр
При форкамерній системі (Мал. 4.61), яка застосовується на дизельних двигунах Mercedes, робочі камери розділені, як і вихрові системи. Форкамера знаходиться зверху у головці блоку циліндрів. Запалення палива в камері згоряння відбувається через тонкі сопла, що йдуть від форкамери.
Пряме впорскування
При прямому упорскуванні паливо подається в камеру згоряння та згоряє миттєво.
Дана система має високу економічність, але вона має свої недоліки: високий рівень шуму двигуна, особливо при пуску та різкому підвищенні оборотів.
Система Common Rail
Мал. 4.62. Пряме впорскування в системі Common Rail: 1 – форсунка; 2 – впускний патрубок; 3 – поршень зі спеціальним виточенням
Мал. 4.63. Схема системи Common Rail: 1 – загальна паливна рампа; 2 – датчик тиску; 3 – насос; 4 – форсунка; 5 – регулювальний клапан тиску
Система Common Rail (Мал. 4.62, 4.63, 4.68) не тільки забезпечує економічність та мінімальний викид екологічно шкідливих газів, але й за комфортом та рівнем шуму роботи двигуна перевершує сучасні дизельні двигуни з форкамерним упорскуванням. Тому дизельні двигуни CDI посіли основне місце у розвитку моторобудування Mercedes-Benz.
«Common Rail» означає «Загальна магістраль». Якщо в системах з прямим упорскуванням паливо під тиском подавалося на кожну форсунку окремо, то в системі Common Rail паливо незалежно від черговості впорскування знаходиться в загальній паливній рампі, так званому акумуляторі.
Електронне управління регулює тиск упорскування залежно від кількості обертів та навантаження двигуна. Сенсорні датчики, що приймають дані про режим роботи розподільного та колінчастого валів, видають команди на оптимальний упорскування згідно з режимом роботи двигуна. Причому подача палива та впорскування незалежні один від одного.
Мал. 4.64. Основні елементи системи Common Rail: 1 – насос високого тиску; 2 – нагнітальний насос; 3 – форсунка; 4 - магнітний клапан дозуючої системи; 5 – зворотний паливопровід; 6 – трубопровід високого тиску; 7 – датчик тиску палива; 8 – акумулятор тиску; 9 – клапан регулювання тиску палива
Особливістю цієї розробки є спеціальний накопичувач (акумулятор) 8 (Мал. 4.64), в якому завжди зберігається тиск до 1350 бар. Це необхідно для того, щоб у магістралі, яка з'єднує насос із форсунками, завжди знаходилося паливо під потрібним тиском, готове до упорскування.
Магістраль з'єднується із форсунками. На кожній форсунці стоїть магнітний клапан, який регулює тиск та кількість подачі палива. Мікрокомп'ютер керує роботою клапана виходячи з режиму роботи та навантаження двигуна. Ця система суттєво підвищила економічність роботи двигуна та сприяла значному зменшенню викиду в атмосферу шкідливих газів.
Паливні насоси високого тиску (ТНВД)
ТНВД служать для подачі дизельного палива до форсунок під високим тиском (близько 120 бар). 4- та 5-циліндрові двигуни оснащуються розподільним ТНВД. У 6-циліндрового двигуна стоїть рядний ТНВД. Усі ТНВД розташовані ліворуч на двигуні і наводяться ланцюгом від колінчастого валу. При цьому частота обертання валу ТНВД вдвічі менша за частоту обертання колінчастого валу. ТНВД мають електронне керування.
ТНВД розподільчого типу
Двигуни Е 220 D та E 290 TD забезпечені ТНВД розподільчого типу (Мал. 4.64, 4.65). ТНВД має вбудовані паливопідкачуючий насос і датчик температури, за допомогою якого видається сигнал на припинення подачі палива. Зовні розташовані електромагнітні клапани, один для зупинки двигуна, другий для подачі палива. Подачу палива ТНВД здійснює через тонкі канали у відповідний циліндр.
Мал. 4.65. ТНВД розподільного типу, що встановлюється на моделях E 220D та E 290 TD
Вал насоса з'єднаний з каналом головки, і поршні нагнітальні відокремлені один від одного під тиском палива (близько 8 бар), Поки виступи на кулачковій шайбі не роблять зусилля на опорні торці. Під час повороту валу нагнітальний канал закривається та відкривається канал високого тиску.
У головці розподільчого насоса знаходяться 4 (або 5 – для 5-циліндрового двигуна) нагнітальних каналів і відповідно їм 4 (5) канали високого тиску. Як тільки кулачки на кулачковій шайбі поєднуються з опорними виступами, поршні починають стискати паливо, тиск підвищується, і при досягненні близько 120 бар відбувається упорскування.
Кількість палива, що впорскується, визначається довжиною ходу нагнітального поршня, який регулюється осьовим переміщенням опорних виступів. Осьова установка валу розподільного насоса регулюється двома магнітними клапанами та поворотною пружиною регулятора кількості палива.
Кут випередження упорскування палива регулюється положенням кулачкової шайби по відношенню до голівки розподільчого насоса. Поворотом шайби проти напрямку обертання встановлюється більш ранній час упорскування, відповідно до напрямку обертання - пізніше. Поворот кулачкової шайби навколо осі валу здійснюється за допомогою регулювального клапана та поворотної пружини. При встановленні в положення «раннє» регулювальний клапан буде відкритий, тиск підвищиться, і регулюючий поршень піде вліво. При закритті клапана тиск знижується і поршень під дією пружини йде вправо.
Рядні ТНВД
Мал. 4.66. ТНВД розподільного типу, що встановлюється на моделях Е 220 D та E 290 TD, в розрізі
На моделях Е 300 D встановлюється рядний ТНВД (Мал. 4.66) з електронним управлінням - ERE (Elektronisch geregeltes Reien-Einspritzsystem). Рядні ТНВД мають окрему насосну секцію для кожного циліндра, яка подає паливо до відповідної форсунки сталевим трубопроводом високого тиску. Основними вузлами ERE-системи є рядний ТНВД та блок електронного управління системою упорскування.
Мал. 4.68. Рядний ТНВД (ERE) в розрізі: 1 – приймальна частина для з'єднання трубопроводу високого тиску з форсункою; 2 – нагнітальний клапан; 3 – плунжер; 4 – механізм регулювання числа оборотів (ERE); 5 – керуюча рейка; 6 – важіль установки плунжера; 7 – роз'єм; 8 – роликовий штовхач; 9 – пружина плунжера; 10 – паливний насос; 11 – електрогідравлічний регулятор; 12 – кулачковий вал
У нижній частині насоса встановлено кулачковий вал 12 (Мал. 4.68). За допомогою його кулачків наводяться насосні секції відповідно до черговості впорскування. Основними частинами насосної секції є: нагнітальний клапан 2, циліндр та плунжер 3, поворотна плунжерна втулка та пружина 9.
Коли плунжер знаходиться у нижньому положенні, через впускний отвір порожнина над ним заповнюється паливом. Кулачок валу насоса переміщає штовхач догори, пружина плунжера стискається, плунжер перекриває впускний отвір, тиск зростає.
Коли тиск досягне 120 бар, піднімається голка форсунки і паливо надходить у передкамеру. Упорскування здійснюється до тих пір, поки плунжер не відкриє випускний отвір регулювання подачі палива. У цей момент тиск над плунжером різко падає, клапан нагнітальний закривається, попередньо пропустивши невелику кількість палива назад в циліндр. Тиск у паливній трубці та форсунці різко падає. Форсунка закривається.
Плунжер має на бічній поверхні гвинтоподібний шліфований канал, і в залежності від положення плунжера вихідний отвір регулювання подачі палива залишається деякий час закритим. Шлях, який проходить плунжер при закритому отворі, називається ходом нагнітання. Чим більший хід нагнітання, тим більше палива впорскується в циліндр двигуна.
Поворотні втулки плунжерів всіх насосних секцій пов'язані через короткий важіль з рейкою, що управляє. При складанні насоса поворотні втулки встановлюються таким чином, що всі насосні секції нагнітають однакову кількість палива.
Рейка регулювання подачі палива є важливою частиною ТНВД, за допомогою якої відбувається дозування палива, що нагнітається, в кожен циліндр. Керуюча рейка з'єднується з педаллю акселератора через електронно-керований регулятор числа обертів (ERE).
Мал. 4.67. Рядний ТНВД типу ERE, що встановлюється на моделі Е 300D
Регулятор числа обертів
Електронний регулятор числа обертів знаходиться із задньої сторони паливного насоса та керує рейкою. Регулятор управляється прямокутною імпульсною напругою з частотою близько 190 Гц. Залежно від режиму змінюється сила дії виконавчого магніту, і він, долаючи зусилля пружини, просуває рейку у напрямку «Start» або, відповідно, «Volllast» (повне навантаження). Довжина ходу рейки становить 19,5 мм.
Зниження рівня шуму роботи двигуна
У раніше застосовуваних ТНВД із прямим упорскуванням при великому тиску (до 145 бар), шум роботи двигуна був набагато вищим, ніж у форкамерних моделей. Система Common Rail перед основною порцією палива впорскує невелику так звану пілотну дозу палива, яка забезпечує «підігрів» камери згоряння. Завдяки цьому створюються оптимальні умови для займання основного палива, воно займається набагато швидше, оскільки тиск і температура піднімаються плавно, а не стрибкоподібно. Це впливає не тільки на зниження шуму, але і на зменшення токсичності газів, що відпрацювали.
Тому фахівці Mercedes-Benz вжили додаткових заходів щодо зниження рівня шуму двигуна. До них відносяться спеціальний шумопоглинаючий кожух (демпфер) головки циліндрів та впускного колектора, посилення картера та кришки розподільчого валу.