Топливоснабжение дизельного двигателя – базовая конструкция Ford Mondeo 3

В противоположность бензиновым двигателям системы впрыска в дизельных двигателях работают с высокими системными давлениями. Топливные насосы, включая и регулирующую периферию, основательно отличаются от своих «бензиновых». В техническом отношении в дизельных двигателях различают рядные ТНВД, плунжерные распределительные топливные насосы, системы Common-Rail и «насос-форсунка». Под капотами обоих Mondeo с дизельными двигателями подачу топлива непосредственно в камеры сгорания производят плунжерные распределительные топливные насосы (Bosch VP30/66 кВт/90 л.с.; Bosch VP44/85 кВт/115 л.с.) по напорным трубопроводам и через форсунки с шестью отверстиями. Топливный насос в DuraTorg приводится с помощью дуплексной цепи от коленчатого вала.

Распределительный ТНВД

Подача и отвод топлива производится раздельно.

На верхней стороне насоса располагается электронный блок управления насосом (PCU). Он использует информацию датчика угла поворота, а также блока управления трансмиссией (РСМ) и обрабатывает ее для генерирования управляющих сигналов для электромагнитного клапана высокого давления и системы регулирования начала подачи топлива.

Одинаковые длины – трубопроводы для подачи топлива к форсункам

Топливо поступает к форсункам по напорным трубопроводам одинаковой длины. Сопла соединены зажимными винтами с головкой блока цилиндров. Медные уплотняющие кольца защищают их концы от прямого контакта с окружающими деталями. Замена уплотняющих шайб обычно производится после каждого демонтажа сопла.

Подача топлива

Топливопроводы от насоса к форсункам.

Форсунки Mondeo имеют относительно тонкую конструкцию (штифтовая форсунка). Направление впрыска из шести отверстий ориентировано примерно в центр на специально профилированную полость камеры сгорания в поршне внутри цилиндра. В 85-кВт-двигателе используются другие варианты форсунок по сравнению с 66-кВт-двигателем. Форсунки по-разному калиброваны, что приводит к различным скоростям прохождения топлива.

Электроника и механика

2,0-литровые DuraTorg-DI-двигатели Ford работают с современной регулирующей техникой. Их блоки управления трансмиссией (РСМ) используют 32-разрядную шину и CAN-шину для передачи данных.

Подробно – управление системой впрыскивания DuraTorg-DI

Датчики и актуаторы под капотом двигателя Mondeo с DuraTorg-DI 85 кВт

Блок управления трансмиссией (РСМ/PATS интегрирован): «Центральный режиссерский пульт» системы управления двигателей DuraTorg-DI располагается сбоку позади боковой обшивки в пространстве для ног спереди справа. Бортовой компьютер со 104 кодами обрабатывает текущий объем данных от различных зон двигателя и сравнивает их с фиксированными, установленными на заводе параметрами. Для системного анализа на станциях Ford используется исключительно диагностический прибор WDS. Его подсоединение производится с помощью 16-полюсного диагностического разъема (DLC) в моторном отсеке.

Температурный датчик головки блока цилиндров (СНТ): СНТ-датчик находится со стороны коробки передач в головке блока цилиндров. Он не выполняет измерений температуры охлаждающей жидкости, как обычно в старых двигателях Ford, а фактическую температуру головки блока цилиндров. Его сигналы оказывают влияние на объем впрыскивания, начало впрыскивания, частоту вращения при холостом ходе, управления свечами накаливания, EGR-систему, а также индикацию температуры охлаждающей жидкости и управление вентилятором радиатора.

Позиционный датчик коленчатого вала (СКР): СКР-датчик регистрирует индуктивно точное угловое положение коленчатого вала, а также текущую частоту вращения двигателя. Его сигналы значимы для объема впрыскиваемой горючей смеси и начала впрыскивания. Датчик располагается сбоку на фланце коробки передач.

Датчик рециркуляции отработанного газа с клапаном (EGR/только двигатель 66 кВт): этот датчик положения передает на РСМ информацию о текущем положении EGR-клапана. Он образует отдельный конструктивный узел с клапаном.

Датчик абсолютного давления во впускном трубопроводе с датчиком температуры впускного воздуха (Т-МАР): Он находится во всасывающем трубопроводе между охладителем наддувочного воздуха и впускным коллектором и выполняет из корпуса работу датчика абсолютного давления во впускном трубопроводе и датчика температуры впускного воздуха. Т-МАР-датчик минимизирует имеющие место потери мощности при движении по горной местности и наклонным участкам дорог благодаря тому, что он мгновенно устанавливает текущее рабочее состояние двигателя при холостом ходе и полной нагрузке. Измеряемым значением является барометрическое давление во впускном трубопроводе. Эти данные записывает и обрабатывает РСМ как опорное давление для соответствующего давления во впускном трубопроводе при различных состояниях нагрузки.

Чтобы учитывать влияние температуры на плотность наддувочного воздуха, IAT-датчик регистрирует температуру наддувочного воздуха. Его сигналы использует РСМ для получения корректирующих параметров при расчете давления наддува. В таком союзе Т-МАР-датчик предоставляет информацию на РСМ, на основе которой рассчитывается объем воздушной массы, наддуваемой в двигатель. Все это оказывает также влияние на количество впрыскиваемого топлива и систему EGR.

Исключительно для двигателя на 85 кВт

85-кВт-ный вариант использует МАР-сигнал дополнительно к управлению давлением наддува в переменном турбонагнетателе. Как только фактическое измеренное значение отклоняется от заданного по параметрической характеристике в РСМ значения, РСМ регулирует давление наддува посредством соответствующего электромагнитного клапана.

Расходомер воздуха (MAF): MAF-датчик работает по принципу нагретой проволоки. Он «вставлен» в воздухопровод позади воздушного фильтра и в основном управляет EGR-системой.

Датчик положения педали акселератора (АРР): для того чтобы изменять мощность двигателя в соответствии с положением педали акселератора, РСМ руководствуется данными о положении АРР-датчика. В принципе этот датчик работает аналогично потенциометру, который посредством трех скользящих контактов измеряет угловые перемещения педали акселератора. При отказе двух контактов двигатель работает только на повышенных оборотах холостого хода. В АРР-датчик встроен выключатель холостого хода и ножной выключатель. РСМ сравнивает сигнал от выключателя холостого хода с сигналом потенциометра на достоверность.

Датчик давления окружающего воздуха (BARO/только для двигателя 85 кВт): Датчик располагается в салоне, в левом кронштейне усилительного элемента передней стойки, за щитком приборов. Во избежание черного дыма он снабжает РСМ текущими значениями господствующего давления окружающего воздуха. На основе посылаемых сигналов бортовая ЭВМ корректирует давление наддува и фактический объем впрыскивания.

Выключатель тормозного освещения и педали тормоза (ВРР): Сигнал от выключателя тормозного освещения включает тормозные фонари и «контролирует» АРР-датчик (проверка достоверности): при любом процессе торможения частота вращения двигателя автоматически падает до уровня холостого хода.

Mondeo с системой регулирования скорости

Для того чтобы не останавливать систему регулирования скорости уже при «ничтожном» давлении на педаль тормоза, на передний план выступает ВРР-выключатель с длинным путем срабатывания. Вначале его сигнал поступает на бортовую ЭВМ, которая выводит из «игры» систему регулирования скорости.

Выключатель положения педали сцепления (СРР): Этот элемент сигнализирует РСМ о том, имеется или отсутствует сцепление. При нажатии на педаль сцепления кратковременно снижается количество впрыскиваемого топлива, чтобы избежать рывков двигателя.

Mondeo с системой регулирования скорости

В комбинации с системой регулирования скорости устанавливается второй СРР-выключатель. Его контакты посредством тормозных фонарей связаны с массой. В положении покоя контакты замкнуты. Только при нажатой педали сцепления выключатель открывается, в результате чего система регулирования скорости делает паузу в своей работе.

Электромагнитный клапан рециркуляции отработанного газа (EGR): Посредством EGR-клапана всасываемый свежий воздух смешивается с частью отработанного газа. Это снижает содержание окислов азота в отработанном газе. Процессом смешивания управляет РСМ: его тактовые сигналы электромагнитный клапан преобразует в точно заданное управляющее пониженное давление для механически работающего EGR-клапана.

Электромагнитный клапан давления наддува (только в двигателе 85 кВт): Чтобы наиболее оптимально согласовать давление наддува турбонагнетателя с состоянием нагрузки двигателя, в 85-кВт-ном двигателе работает не нагнетатель с жесткими направляющими лопастями и байпасным регулированием, а версия с регулируемыми лопастями. Для того чтобы эти лопасти постоянно находились в определенном положении, зависящем от состояния нагрузки двигателя, электромагнитный клапан давления наддува получает тактовые сигналы с соответствующей пространственной параметрической характеристикой РСМ. Он преобразует электрические тактовые сигналы в заданное управляющее пониженное давление, которое влияет на составляющую низкого давления для регулировки давления наддува.

Электромагнитный клапан заслонки впускного трубопровода: как только двигатель останавливается, РСМ посылает на электромагнитный клапан заслонки впускного трубопровода соответствующий сигнал. На его основе клапан действует согласно вакуумной дозе на заслонку впускного трубопровода и закрывает ее на несколько секунд.

Слив обратно в топливный бак – избыточное топливо

В отношении количества топлива можно сказать, что в системах впрыска DuraTorg-DI постоянно курсирует больше топлива, чем это фактически необходимо. Форсунки также впрыскивают не все количество топлива в камеры сгорания: избыточное топливо среди прочего предназначено и для того, чтобы смазывать и охлаждать движущиеся детали топливного насоса и форсунок.

В двигателе DuraTorg-DI Mondeo имеется, впрочем, функция, которая предотвращает полное опорожнение и тем самым «сухую» работу установки. Как только запас солярки достигнет два процента, РСМ устанавливает топливный насос на нулевую подачу. Преимущество: необходимо обычно «проветривать» Mondeo только после замены топливного насоса, в противном случае это для вас выполнит стартер на длинном периоде пуска.

Чтобы при работающем двигателе топливо могло «путешествовать» по системе, дизельные двигатели имеют соответственно подающие и сливные трубопроводы. Также и форсунки интегрированы в них: они имеют сливной патрубок и находятся друг с другом в контакте посредством шлангопровода (трубопровод для слива масла). От правой относительно направления движения форсунки (цилиндр 1) топливо течет по сливному трубопроводу обратно к топливному баку. Сливное отверстие форсунки четвертого цилиндра в соответствии с данным принципом уплотняется запорной пробкой.

Система регулирования двигателя

Питание двигателя – так попадает топливо к форсункам

Топливный насос нагнетает по замкнутой системе трубопроводов (подающий и сливной трубопроводы) дизельное топливо из бака через топливный фильтр к ТНВД. В существующих распределительных ТНВД работу топливного насоса выполняет шиберный насос. Он находится в круглом отверстии непосредственно в корпусе насоса. Поскольку здесь речь идет о всасывающем насосе и компрессоре, то тот же насос также транспортирует дизельное топливо в собственную зону сжатия распределительного ТНВД. Только в двигателе DuraTorg-DI 85 кВт «дизельный товарооборот» в системе поддерживает дополнительный электрический топливоподкачивающий насос, максимальный объем составляет здесь 160 литров/час.

«Чистильщик» перед ТНВД – топливный фильтр с регулировочным клапаном, работающим в зависимости от температуры

Фильтрующий элемент располагается в хорошо доступном для работ по техобслуживанию месте у правого пробойника амортизационной стойки под капотом двигателя. В сливном топливопроводе находится работающий в зависимости от температуры регулирующий клапан. Преимущество: избыточное дизельное топливо попадает теперь назад в топливный бак, если его температура выше 31 °С. Как только топливо охладится до 15 °С, клапан подводит избыточное топливо непосредственно к фильтру и поддерживает тем самым топливо до –35 °С без «дополнительного прогрева» в текучем состоянии.

Вместе с соединительными трубопроводами регулировочный клапан образует отдельный блок. Недостаток: в сервисных центрах необходимо полностью заменять клапан вместе с трубопроводами. Как, впрочем, и топливный фильтр – его нельзя ни обезвоживать, ни промывать: поэтому клапан следует заменять регулярно, поэтому для предусмотрительности от «водных повреждений» возьмите с собой в путешествие и дальние поездки по южным равнинам такой запасной элемент.

Стандарт только в DuraTorg-DI 85 кВт – охладитель топлива

По сравнению с VP 30 в ТНВД VP 44 реализовано более высокое давление. Естественно этот факт определяет рост температур циркулирующего дизельного топлива. Для того чтобы уровень температуры даже при высоких наружных температурах не выходил за рамки, часть сливного трубопровода конструктивно выполнена в качестве «холодной трубы». Она охлаждает стекающее топливо до 10 – 12 °С.

Повышает гидравлический коэффициент полезного действия – топливный насос высокого давления

В качестве «раздатчика указаний» для всех функций насосов используется расположенный с верхней стороны насоса блок управления (PCU), который находится в «электрическом» контакте с периферией двигателя и педалью акселератора. Bosch VP 30/VP 44 в Mondeo управляются с помощью электромагнитного клапана высокого давления, который нагружает осевые поршни. Клапан работает в переменном режиме, открывается и закрывается строго по данным параметрической характеристики, хранимой в PCU.

Впрочем, началом подачи в Mondeo уже больше не командует игольчатый подвижной датчик – команда «Go» непосредственно исходит от блока управления насосом и попадает через электромагнитный датчик высокого давления в гидравлическую систему. Начало подачи топлива определяется по точке момента закрытия электромагнитного клапана, конец подачи задает точка момента открытия, и объем топлива определяется временным интервалом, в течение которого электромагнитный клапан высокого давления закрыт.

Распределительный ТНВД VP 30

Электромагнитный клапан высокого давления

Распределение работы – ротор датчика управляющих импульсов

Для того чтобы каждый цилиндр в правильной последовательности и к нужному моменту времени был «накормлен», ротор датчика управляющих импульсов и датчик угла поворота действуют соответственно как распределитель. Ротор датчика управляющих импульсов соединен непосредственно с приводным валом двигателя, а датчик угла поворота прочно связан с роликовым кольцом. Как только электромагнитный клапан направляет регулятор впрыскивания, поворачивается роликовое кольцо и тем самым датчик угла поворота в положение «рано» или «поздно». Ротор датчика управляющих импульсов имеет на каждый цилиндр «впадину между зубьями». Желанное «предложение» для датчика угла поворота – он сканирует впадины и отправляет соответствующую информацию на PCU для последующего использования. Эти сигналы являются основой для текущего углового положения коленчатого вала, текущей частоты вращения ТНВД и системы регулирования начала впрыскивания.

Ротор датчика управляющих импульсов и датчик угла поворота

Делает резвым холодный дизель – устройство для пуска холодного двигателя

Устройство для пуска холодного двигателя служит той же цели, что и автоматическое устройство для обогащения горючей смеси при пуске в бензиновых двигателях: эти обе системы помогают холодным моторам на переходном этапе. Тем самым, однако, сходство на этом заканчивается. Хотя устройство для пуска холодного двигателя ставит свое использование в зависимости от господствующих температур, тем не менее оно не снижает, например, подачу воздуха в цилиндры, а сразу устанавливает точку момента впрыскивания в направлении «рано». Тем самым распыленное топливо имеет больше времени, чтобы воспламениться в сжатом воздухе и штифтовыми свечами накаливания – двигатель запускается «послушней и ровнее». Кроме того, устройство для пуска холодного двигателя немного увеличивает частоту вращения при холостом ходе и – в зависимости от температуры двигателя – подогревает за известный промежуток времени. Это сокращает шумы двигателя с непосредственным впрыскиванием топлива, улучшает качество холостого хода и снижает эмиссию углерода в период прогрева.

Распыление дизельного топлива – двойные пружинные форсунки

Форсунки являются исключительно последней инстанцией дизельной системы впрыскивания. Они распыляют топливо под высоким давлением в камеру сгорания. Чтобы минимизировать возникающие при сгорании шумы и несколько «укротить» взрывоопасные скачки давления в цилиндрах, форсунки Mondeo оснащаются двумя пружинами. Ход первой пружины установлен таким образом, игла форсунки уже при 222 – 230 бар легко приподнималась со своего седла. Благодаря этому в камеру сгорания попадает небольшое количество топлива и воспламеняется.

«Предварительное впрыскивание» предназначено для плавного роста давления сгорания, так как оно действует, в некоторой степени как «фитиль» в течение нескольких миллисекунд перед основным впрыскиванием, которое происходит при 380 – 398 бар. В Mondeo эти оба процесса впрыскивания «плавно» переходят друг в друга, электромагнитный клапан высокого давления получает для этого второй управляющий импульс. После этого игла распылителя полностью поднимается и впускает основной объем топлива через шесть отверстий из системы впрыска в полость камеры сгорания. Вызванное «предварительным сгоранием» завихрение воздуха увлекает свежие частицы топлива и образуется почти однородная и легко воспламеняемая дизельно-воздушная смесь. Воздействующая на иглы распылителей высокая упругость пружины препятствует тому, чтобы давление сгорания не ответило обратным ударом по топливной системе. Поскольку никогда не впрыскивается весь объем топлива, избыточное топливо стекает – как уже упомянуто выше – по сливному трубопроводу обратно в топливный бак. Заданное время между началом впрыска и моментом зажигания составляет 0,002 секунды. Отсюда понятно, что даже малейшее нарушение функционирования, например, «заедание» иглы распылителя, выведет физически сбалансированный процесс сгорания из равновесия. Потери мощности, черный дым или сильные «шумы иглы» (даже при прогретом двигателе) являются несомненными и «слышимыми» признаками того, что дизельный двигатель находится в таком «состоянии».

Дело для экспертов – ремонт и коррекция дизельной системы впрыскивания

Отдельную дефектную форсунку опытный любитель может обнаружить самостоятельно. Для этого нужно слушать, как «бурчит» двигатель на холостом ходу, и у всех форсунок ряда кратковременно освобождать накидную гайку напорного трубопровода. Если для форсунки, несмотря на снятый трубопровод, частота вращения остается постоянной, то распылитель или клапан соответствующего цилиндра считается дефектным. Поврежденные распылительные форсунки, кроме того, можно распознать по следующим симптомам:

• регулярные дефекты в свечах накаливания,
• постоянный черный дым из выхлопной системы,
• повышенный расход,
• часто перегреваемый двигатель,
• жесткие шумы сгорания (громкое движение иглы),
• спад мощности,
• перерасход.

Если в вашем дизельном Mondeo вы установили наличие вышеуказанных неприятностей, поищите автомастерскую и на месте сообщите специалистам о своих проблемах. Они смогут вам предоставить информацию о подходящих контрмерах.

Разборка распыляющей форсунки – поручите это дело специалисту

Без специальной проверки распылителя можно лишь поверхностно судить о ее функционировании. Естественно, можно обнаружить наружные повреждения или сильные загрязнения. Непосредственный износ, разумеется, имеет место внутри форсунки, на игле, в корпусе распылителя или прижимной пружине. И здесь у вас мало возможностей для исправлений, ибо для этого нужно иметь специальный тест-прибор, с помощью которого можно «отжать» сопло, установить «картину струи» и скорректировать давление впрыскивания. В большинстве случаев будет лучше полностью заменить распылитель. Если вы все-таки собираетесь разобрать эту деталь, то ее «внутренности» не следует на долгое время оставлять «открытыми» на верстаке: обработанные с высокой точностью поверхности иглы распылителя и корпуса форсунки очень чувствительны к воздействию пыли и ржавчины. Всегда устанавливайте новые форсунки с новыми уплотнительными кольцами в головке блока цилиндров. Момент затяжки держателя форсунки составляет 24 Н·м.