Worldautocar<br />Автосервис в Снегирях. Автосервис в Снегирях. Система предпускового подогрева дизельного двигателя.

Система предпускового подогрева дизельного двигателя.

В этой статье мы расскажем об устройстве систем предварительного подогрева воздуха в камерах сгорания дизельного двигателя . Начнем с двигателя AGR 1996 года выпуска и закончим последней моделью дизельного двигателя , платформы ЕА 288 , которые начали производить примерно в 2014 году

Принцип работы дизельного двигателя – На такте впуска в цилиндры поступает чистый воздух , затем этот воздух сжимается на такте сжатия и в результате этого нагревается до высокой температуры…..может достигать 900 градусов и далее , в конце такта сжатия в этот горячий воздух в камере сгорания впрыскивается жидкое топливо , которое самовоспламеняется…..все….дизельный двигатель работает……

Температура воздуха в камере сгорания крайне важна для воспламенения топлива, соответственно при низких температурах окружающей среды необходимо повышать температуру воздуха в камере сгорания, для этого и используется система предпускового подогрева….

На рисунке показана схема этой системы. Каждый цилиндр имеет свечу подогрева , они соединены параллельно, суммарный ток потребления примерно 40 ампер , или 10 ампер на свечу. Свечи включаются в зависимости от температуры, при проворачивании коленчатого вала.

Можно выделить три различных фазы работы свечей накаливания:

Управление системой:

Управление системой свечей накаливания осуществляется электронным блоком управления. Предпусковой подогрев включается только в случае, если температура охлаждающей жидкости ниже +10 °C. Чем холоднее охлаждающая жидкость, тем дольше длится предпусковой подогрев.

За предпусковым подогревом следует период запала длительностью 5 секунд.

Послепусковой подогрев включается при температуре охлаждающей жидкости ниже +20 °C, если двигатель запускается на время около 30 секунд. В общей сложности период послепускового подогрева может длиться до 90 секунд, в зависимости от температуры охлаждающей жидкости. Послепусковой подогрев выключается, как только частота вращения двигателя превысит 2500 об/мин.

На других моделях дизельных двигателей эти цифры могут отличаться….На пример 1,4 TDI модель AMF , 55 кВт или 1,9 TDI, 74 кВт , модель ATD, оба с насос форсунками  и нормы токсичности ЕВРО 3 ,схема системы очень похожа и система работает по следующим принципам…

Если температура охлаждающей жидкости ниже +9°C, при включении зажигания включаются свечи накаливания. Включается контрольная лампа свечей накаливания. После окончания предпускового нагрева свечами накаливания контрольная лампа выключается и двигатель можно запускать. Свечи накаливания включаются при каждом запуске двигателя независимо от того, были ли они включены перед запуском. Свечи накаливания включаются для уменьшения шума сгорания топлива, для улучшения характеристик двигателя на холостом ходу и уменьшения содержания углеводородов в отработавших газах.

Длительность фазы послепускового включения свечей накаливания составляет не более четырех минут или она прекращается, когда обороты двигателя достигают 2500 об/мин.

Очень похоже на описанное выше и работа системы двигателя 2,8 TDI, модель AUH , 116 кВт , Common rail , ЕВРО 3. Примерно 2000-2002год.

 

Далее примерно в 2004 году появляются дизельные двигатели с насос-форсунками, норма токсичности ЕВРО 4. Первые дизели Volkswagen c 4 клапанами на цилиндр . Пример – двигатель BKD, 103 кВт.

На двухлитровом дизеле TDI мощностью 103 кВт применена новая система облегчения пуска с свечами накаливания.

Отличительной особенностью этой системы является сокращенное до минимума время подготовки дизеля к пуску. Она позволяет запускать дизель практически при всех климатических условиях так же быстро, как бензиновый двигатель. При этом не нужно долго ждать, пока разогреются свечи накаливания.

Одно из 6 сопел форсунки служит для образования "запального" факела, благодаря которому существенно облегчается пуск холодного двигателя и улучшается его работа в процессе прогрева.

К преимуществам новой системы облегчения следует отнести:

Блок управления свечами накаливания получает необходимую для его работы информацию от блока управления двигателем, который определяет необходимость включения свечей перед пуском двигателя, продолжительность их включения, а также частоту и скважность подаваемых на них импульсов питания.

Блок управления свечами накаливания выполняет следующие функции:

1. Включает и выключает свечи накаливания по сигналу с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), а имено:

2. Выключает свечи при чрезмерно высоком напряжении подводимого к ним питания и при их перегреве.

3. Контролирует каждую свечу в отдельности, а именно:

Свечи накаливания являются компонентами системы облегчения пуска.

Вводимое в камеру сгорания тепло, полученное в результате преобразования электроэнергии, создает оптимальные условия для воспламенения впрыснутого топлива.

Свеча накаливания состоит из корпуса, штифта с нагревательной и регулирующей спиралью и контактного вывода.

Новые свечи накаливания рассчитаны на номинальное напряжение 4,4 В. В отличие от обычных саморегулируемых свечей штифтового типа они оснащены укороченными на одну треть регулирующей и нагревательной спиралями. Благодаря этому удалось сократить время их разогрева до 2 секунд.

Ввиду применения 4клапанной системы газораспределения найти место для размещения свечи накаливания в головке цилиндров затруднительно. В данном случае это удалось сделать, применив свечи накаливания с уменьшенным диаметром корпуса.

Двухлитровый дизель TDI укомплектован 6 сопловыми форсунками. Одно из сопел расположено так, что образуемый на его выходе факел проходит на оптимальном для воспламенения расстоянии от свечи накаливания. Этот "запальный" факел существенно облегчает пуск двигателя и улучшает его работу при прогреве.

Если температура охлаждающей жидкости не превышает 14°C, при включении электропитания автоматически вступает в действие система облегчения пуска с свечами накаливания.

Включение свечей производится их блоком управления по сигналу ШИМ, вырабатываемым блоком управления двигателем. Подача напряжения питания на свечи производится в виде импульсов, ширина которых изменяется в соответствии с управляющим сигналом ШИМ.

В первой фазе предпускового разогрева свечей накаливания, длительность которой не превышает двух секунд, на них подается напряжение порядка 11 В. В последующих фазах работы свечей блок управления снижает напряжение питания в соответствии с условиями работы двигателя.

После пуска двигателя свечи накаливания остаются включенными, благодаря чему снижается производимый двигателем шум и уменьшается выброс несгоревших углеводородов. При этом блок управления двигателем изменяет питание свечей в зависимости от нагрузки и частоты вращения последнего. При работе двигателя свечи накаливания охлаждаются потоками воздуха, обтекающими их в процессе газообмена. Если не изменять напряжение питания, температура свечей снижается при повышении частоты вращения коленчатого вала.

Чтобы противостоять этим факторам, блок управления двигателем повышает напряжение питания свечей в соответствии с много параметровой характеристикой, а именно, в зависимости от нагрузки двигателя и частоты вращения его вала.

При температуре охлаждающей жидкости свыше 20°C свечи накаливания не включаются.

После пуска двигателя они остаются включенными не дольше трех минут.

У некоторых дизельных двигателей , с насос-форсунками имевшими пьезо клапаны , например BMR, BRD, BMM , это 2,0 TDI 125 кВт , ЕВРО 4 ,сажевый фильтр . 2007….Использовались новые керамические свечи накаливания.

Они отличаются высокой износостойкостью и долгим сроком службы. Кроме того, преимуществами этих свечей накаливания являются улучшение характеристик запуска холодного двигателя и снижение токсичности отработавших газов.

Конструкция:

В конструкцию свечи накаливания входит корпус свечи, контактный штырь и нагревательный керамический элемент. Нагревательный элемент состоит из изолирующей защитной керамики и внутренней токопроводящей нагревательной керамики. Нагревательная керамика заменяет собой управляющую и нагревательную спирали.

Последствия неисправности:

Если блок управления свечей накаливания определяет слишком высокий ток или напряжение подключённой свечи накаливания, сигналы управления на эту свечу не подаются.

Необходимо следить за тем, чтобы керамические свечи накаливания устанавливались только на двигатели, разработанные для применения таких свечей. Установка несоответствующих керамических свечей накаливания на двигатели неизбежно приводит к ухудшенному запуску холодного двигателя. Это объясняется тем, что блок управления двигателя не может использовать весь потенциал таких свечей.

Следует обратить внимание на то, что керамические свечи накаливания двигателей TDI с 2 и 4 клапанами на цилиндр отличаются длиной резьбовой части. Керамические свечи накаливания чувствительны к удару и изгибу.

Сравнение:

По сравнению с металлической свечой накаливания керамическая свеча накаливания обеспечивает большую температуру накаливания при одинаковом напряжении.

Принцип работы:

Предпусковой нагрев свечами накаливания:

Управление керамическими свечами накаливания осуществляется блоком управления двигателя посредством блока управления свечей накаливания J179 с помощью сигналов с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). При этом напряжение на отдельной свече регулируется частотой ШИМ-сигнала. Для быстрого запуска двигателя при температуре ниже 14°C максимальное напряжение для прогрева составляет 11,5 В. При таком напряжении обеспечивается быстрый прогрев свечи накаливания (не более 2 с) до температуры свыше 1000°C. В результате обеспечивается быстрый предварительный прогрев всех цилиндров двигателя.

Накаливание после пуска двигателя:

При непрерывном снижении частоты управляющего сигнала напряжение сигнала с широтно-импульсной модуляцией поддерживается на номинальном уровне 7 В. На этапе накаливания после пуска двигателя температура керамической свечи накаливания достигает 1350°C. В течение не более 5 минут после пуска двигателя этот период длится до температуры охлаждающей жидкости 20°C. Высокая температура накаливания приводит к снижению содержания диоксида углерода в отработавших газах и уровню шума при сгорании на этапе прогрева.

Промежуточное накаливание:

Для восстановления сажевого фильтра свечи накаливания получают сигнал от блока управления двигателя на промежуточное накаливание. Благодаря промежуточному накаливанию на этапе восстановления фильтра улучшаются условия сгорания. Благодаря тому, что керамические свечи накаливания отличаются превосходными характеристиками износостойкости, работа свечей на этапе восстановления фильтра не снижает их срока службы.

Следующий двигатель 2,0 турбо дизель CBBB/CEGA 125 кВт, ЕВРО 5 первое поколение дизельных двигателей Common Rail, концерна Volkswagen, платформа ЕА 189, пьезо форсунки и двигатели второго поколения этой платформы с электромагнитными форсунками…..виновники  «дизельного» скандала в США…..

Система управления похожа на предыдущую…..но есть одно важное отличие….

Принцип работы:

Предварительное накаливание:

Управление свечами накаливания осуществляется от блока управления двигателя J623 посредством блока управления свечей накаливания J179 с помощью сигналов с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ), сдвинутых по фазе. При этом напряжение на отдельной свече регулируется частотой ШИМ-сигнала. Для быстрого запуска двигателя при температуре ниже 18°C максимальное напряжение для прогрева составляет 11,5 В. При таком напряжении обеспечивается быстрый прогрев свечи накаливания (не более 2 с) до температуры свыше 1000°C. В результате обеспечивается быстрый предварительный прогрев всех цилиндров двигателя.

Накаливание после пуска двигателя:

При непрерывном уменьшении коэффициента заполнения ШИМ-сигнала напряжение на свече накаливания изменяется в зависимости от режима работы двигателя от 4,4 В до номинального значения. После пуска двигателя свечи накаливания продолжают работать до достижения температуры охлаждающей жидкости 18°C, но не более 5 минут. После пусковое накаливание способствует уменьшению выброса углеводородов и снижению шумности двигателя во время прогрева.

Нагрев свечей накаливания сдвинутыми по фазе сигналами:

Чтобы не перегружать бортовую сеть, нагрев свечей накаливания осуществляется сдвинутыми по фазе сигналами. При этом задний фронт сигнала для одной из свечей запускает импульс для нагрева следующей свечи.

 И скорее всего, этот рисунок из учебной программы Volkswagen  требует уточнения, порядок включения не 1-2-3-4, а соответствует порядку работы цилиндров двигателя 1-3-4-2.  Для этого надо использовать сигнал датчика положения распред. вала - датчика холла G 40. Он входит в состав системы управления двигателем, есть на электро схеме, но может быть и без него обходятся…..ибо в структуре системы управления предварительным подогревом, в учебной программе Volkswagen не показан……Возможно и в этих учебных программах бывают опечатки…..

Аналогично система предпускового подогрева работала и на другом двигателе 1,2 TDI , модель CFWA, Common rail, ЕВРО 5, три цилиндра…..

На осциллограммах напряжения и тока снятых со свечей накала видна первая стадия нагрева. Суммарный ток потребления 90 А, более 20 ампер на свечу , затем он снижается и нагрев идет, скорее всего, в соответствии с порядком работы цилиндров

Здесь видно ,что когда нагрев идет скорее всего по порядку работы цилиндров ,он осуществляется ШИМ сигналом, ток потребления одной свечи около 20 А.

И последняя инновация в системе предпускового подогрева…на дизельных двигателях платформы ЕА 288.

Например 1,6 TDI, модель CRKA, 66 кВт, Common rail, ЕВРО 6 ……примерно 2014 год.

Для точного управления впрыском топлива блок управления двигателя учитывает ход изменения давления в цилиндре во время сгорания. Данные о фактическом значении давления в цилиндре блок управления двигателя получает от датчика давления в камере сгорания цилиндра 3 G679. Этот датчик установлен в корпусе свечи накаливания цилиндра 3. Сведения о давлении в цилиндре во время сгорания дают возможность системе управления адаптировать момент впрыска топлива в зависимости от интенсивности рециркуляции ОГ, качества топлива и износа деталей в течение всего срока эксплуатации двигателя. На основании сигналов датчика давления в камере сгорания цилиндра 3 G679 и датчика числа оборотов двигателя G28 блок управления двигателя рассчитывает картину давления в каждом из цилиндров по цифровой модели. Исходя из разницы заданных и действительных параметров рассчитываются корректирующие значения для момента впрыска и длительности использования форсунки.

Преимущества управления сгоранием топлива в зависимости от давления в цилиндрах:

• Прецизионная регулировка момента впрыска и количества впрыскиваемого топлива.

• Адаптация допусков количества впрыскиваемого топлива форсунок по мере эксплуатации двигателя.

• Более стабильная и равномерная работа двигателя по всем цилиндрам.

• Адаптация впрыска к задержке воспламенения в результате высокой степени рециркуляции ОГ и различий в качестве топлива.

• Управление режимами, предъявляющими определённые требования к работе двигателя, и сменой таких режимов (например, регенерация накопительного нейтрализатора NOx или регенерация сажевого фильтра) без воздействия на динамические свойства автомобиля.

Принцип действия:

Принцип измерения давления датчиком давления в камере сгорания цилиндра 3 G679 основан на том, что нагревательный стержень является подвижным в осевом направлении и может передавать силу давления газов в цилиндре на измерительную мембрану. На этой мембране находятся тензорезисторы, которые меняют своё электрическое сопротивление при деформации. На основании измеренного сопротивления электронная схема датчика генерирует и передаёт в блок управления двигателя аналоговый электрический сигнал, соответствующий давлению в камере сгорания.

Использование сигнала:

Сигнал датчика давления в камере сгорания цилиндра 3 G679 используется блоком управления двигателя для расчёта поправок при регулировании впрыска топлива.

Последствия отсутствия сигнала:

При отсутствии сигнала от этого датчика управление сгоранием топлива в зависимости от давления в цилиндрах не выполняется. Это может выражаться в менее равномерной работе двигателя.

И в заключение ….на двигателях EURO 6 ULEV таких чудо, свечей с датчиками давления четыре штуки …..то есть в каждом цилиндре.

Спасибо за внимание . 

 Обзор составили - Сергей Александров и Сергей Чернов.