Топливная система TDI с рампой Common Rail, используемая на дизелях концерна VAG, может иметь разную конструкцию. Для базовых двигателей с одноступенчатым наддувом используется одноплунжерный насос. Дизели битурбо оснащаются двухплунжерным насосом и форсунками с большей производительностью. Также есть отличия в конструкции рампы.
Топливная система впрыска с одноплунжерным ТНВД двигателя TDI
Дизели TDI поколения EA288 имеют объем цилиндров 2,0 л и широко используются на продукции концерна VAG. Существует несколько разновидностей двигателей, построенных на одном блоке, но отличающихся мощностью и конструкцией системы впрыска топлива.
На TDI EA288 применена система с аккумулятором давления и механическим топливным насосом с одним или двумя плунжерами. Аппаратура создана и производится компанией Delphi. Система Common Rail стоит и на других дизельных двигателях VAG и других компаний, но обще принципы работы и конструкция одинаковы.
Топливная система управляется электроникой, учитывающей показания множества датчиков.
Например, на EA288 имеется датчик давления в одном из цилиндров, интегрированный в свечу накаливания.
Датчик необходим для точной регулировки момента начала впрыска и дозы топлива, позволяет корректировать работу аппаратуры в зависимости от задержек воспламенения (например, из-за слишком высокой подачи системы рециркуляции или нестабильного качества топлива).
Схема
Запас топлива хранится в пластиковом баке, внутри которого установлен электрический насос низкого давления. На части машин еще один насос расположен вне топливного бака, крепится в районе днища автомобиля.
В состав топливной системы TDI входит фильтр, отделяющий грязь и воду от топлива. Затем оно поступает по трубопроводу к насосу высокого давления. Перед помпой имеется датчик температуры топлива, которое подогревается сразу при заборе из бака для предотвращения засора фильтра частицами парафина при низкой температуре воздуха.
На автомобилях в исполнении для стран с жарким климатом под днищем имеется радиатор для предварительного охлаждения горючего.
Насос накачивает топливо в рампу Common Rail, оснащенную датчиком и регулятором давления, и соединенную трубками с форсунками. Поскольку производительность ТНВД избыточна, то часть топлива сливается из рампы и форсунок по отдельной магистрали в бак. Линия слива находится до топливного фильтра двигателя TDI.
Давление в топливной системе доходит до 2000 бар, а электрический насос создает давление подпитки на уровне 4-6 бар. В случае отключения насоса с электрическим приводом дальнейшая работа топливной системы и двигателя TDI невозможна.
В конструкции топливной системы имеется модуль предпускового прогрева топлива. Поскольку при сжатии температура горючего увеличивается, то часть его возвращается в бак перед фильтром. В результате снижается риск засорения фильтра частицами парафина, выпадающими при охлаждении дизельного топлива (проблема особенно касается летнего сорта горючего). При пуске в камеру сжатия ТНВД подается больше горючего, которое нагревается сжатием и подается по обратной магистрали.
Эффективность работы топливной системы при пуске холодного двигателя повышается за счет установки свечей накаливания. Блок управления подает питание с учетом температуры окружающей среды, свечи прогреваются до +1000⁰С за 2-3 секунды.
Благодаря этому пуск дизеля TDI не слишком отличается от старта бензинового двигателя. После начала работы свечи не отключаются, широтно-импульсный сигнал управления постепенно снижает напряжение накала.
Свечи выключаются через 5 минут работы или после прогрева антифриза до +18⁰С. Их работа позволяет снизить шум двигателя и уменьшает выбросы несгоревшего топлива в атмосферу.
Устройство топливной системы
Система подачи топлива с насосом, оснащенным одним плунжером, используется на двигателях TDI мощностью от 62 до 110 кВт включительно. В рампе предусмотрен один штуцер для соединения с ТНВД. Производительность форсунок 700 мл. Распылитель имеет 8 отверстий для подачи топлива в камеру сгорания.
В зависимости от настроек турбины у дизелей TDI поколения EA288 с одноплунжерным насосом момент от 220 до 340 Н*м.
Для регулирования низкого давления топлива в системе установлен перепускной клапан. Создаваемое насосом давление до 5 бар велико для работы ТНВД при любой нагрузке на двигатель. Перепускной клапан срабатывает при давлении 4,3 бара и сбрасывает избыток топлива в бак. Клапан механического типа оснащен золотником и пружиной, находится в ТНВД.
Одноплунжерный ТНВД
ТНВД топливной системы TDI имеет привод от коленчатого вала с частотой, равной силе оборотов двигателя. Вал насоса оснащен двумя кулачками и воздействует на плунжер через роликовый толкатель. Подача топлива осуществляется импульсами. Применение 2 кулачков позволяет снизить нагрузки и пульсацию давления топлива. Рампа Common Rail является аккумулятором давления, сглаживающим пульсации.
Насос оснащен дозатором подачи топлива. На максимальных оборотах ТНВД подает в систему 0,42 мл горючего за один оборот вала. На корпусе насоса имеются штуцеры для подключения к линии низкого давления, слива избыточного топлива и подачи горючего под высоким давлением в рампу.
Особенность насоса – наличие сопла Вентури, создающего разряжение в линии слива топлива. Зона низкого давления обеспечивает ускорение работы форсунок.
Важный компонент ТНВД – дозирующий клапан. В зависимости от положения клапана меняется количество топлива, подаваемого в камеру сжатия. Клапан имеет электронное управление с широтно-импульсной модуляцией, позволяющей менять алгоритм работы в широком диапазоне (скважность).
Электромагнитная катушка клапана перемещает золотник, корректируя подачу топлива в ТНВД. В случае отказа клапана топливная система переходит в аварийный режим со снижением мощности двигателя TDI.
Топливная рампа
Рампа – трубчатый резервуар, выдерживающий давление топлива свыше 2000 бар. Емкость всего 12,3 мл. Рампа топливной системы TDI соединена с форсунками, с торцов расположены датчик и регулятор давления топлива. Имеется штуцер для подключения к напорной линии, а также предусмотрен штуцер для слива излишков топлива в бак (давление в обратной магистрали не превышает 0,3 бара).
Для старта двигателя необходимо давление топлива не менее 120 бар, при падении его до 100 бар дизель TDI останавливается.
Топливная система впрыска с двухплунжерным ТНВД мотора TDI
Дизели TDI EA288 могут иметь мощность 146 или 150 кВт. В этом случае двигатель оснащается двойным наддувом и модернизированной топливной системой. В конструкции используются форсунки с распылительной головкой, имеющей 8 отверстий, но производительность повышена до 900 мл.
Имеется ряд отличий в остальных компонентах системы, связанных с установкой ТНВД с двумя плунжерами. Доработка обусловлена необходимостью повышения производительности.
Схема
Топливо подается из бака насосом низкого давления через фильтр. Перед ТНВД установлен датчик температуры горючего. Поскольку насос имеет 2 плунжера, то применены 2 линии высокого давления до рампы Common Rail. Рампа соединена с форсунками и имеет увеличенную емкость по сравнению с деталью для одноплунжерной системы TDI.
Устройство топливной системы
Двухплунжерная система TDI не сильно отличается по габаритам от одноплунжерной. Отличить конструкцию можно по двойной магистрали высокого давления между ТНВД и рампой. Рабочие давления в линиях разных топливных систем TDI не отличаются.
Двухплунжерный ТНВД
Насос с двумя плунжерами имеет привод от двигателя. По габаритам и конструкции отличается от одноплунжерного ТНВД. Для привода плунжеров использован ползун.
Суммарная производительность насоса – 0,7 мл за один оборот вала. На корпусе узла установлен электрический дозатор подачи топлива, имеются штуцеры для подачи, слива и нагнетания его в рампу.
Топливная рампа
Рампа двухплунжерной топливной системы TDI отличается увеличенными габаритами и емкостью 18 мл. На корпусе имеются 2 штуцера для соединения с ТНВД. На торцах рампы установлены датчик и регулятор давления. Топливо подается к форсункам по отдельным трубкам. Имеется штуцер для обратной магистрали.
Форсунки силового агрегата TDI
Топливная система TDI с рампой оснащена форсунками, установленными в ГБЦ. Конструкция деталей не зависит от количества плунжеров. Разница заключается в распылительных каналах, от которых зависит производительность подачи. Форсунки подключены к системе электронного управления дизеля TDI.
Устройство
Конструктивно форсунка состоит из корпуса, устанавливаемого в ГБЦ при помощи прижимной планки и болта. На каждой форсунке имеется заводская бирка с кодом, содержащим данные о рабочих характеристиках (индивидуальные коррекции). На верхней части детали есть штуцеры для подачи и слива топлива.
На форсунке топливной системы TDI установлен разъем для подключения к системе управления. Внутри нее есть электромагнитный клапан, регулирующий подачу топлива через иглу и головку распылителя в цилиндр.
Принцип действия
При отсутствии сигнала на катушке электромагнитный клапан закрыт, сообщения между обратной магистралью и управляющей камерой в форсунке нет. Поддерживается высокое одинаковое давление около распылителя и в управляющей камере, что позволяет прижимать клапан к седлу за счет усилия пружины.
При подаче напряжения клапан начинает открываться, преодолевая сопротивление пружины. Отпирание поддерживается разряжением в линии слива, которое обеспечивается соплом Вентури в ТНВД. После открытия канала между управляющей камерой и обратной линией начинается слив топлива. Падение давления горючего в камере снижает усилие на игле, запирающей распылитель.
После того, как давление топлива на иглу станет выше суммарного усилия от пружины и напора топлива в управляющей камере, начинается фаза впрыска топлива в цилиндр. За счет разряжения в сливной линии достигается дальнейшее падение давления в управляющей камере, что повышает скорость подъема иглы и открывания форсунки. В управляющей камере имеется упор для ограничения хода иглы.
Окончание фазы впрыска определяется блоком управления, который отключает подачу питания на катушку. За счет усилия пружины переключающий клапан запирается, перекрывая канал между обратной магистралью и управляющей камерой. Низкое давление в обратной линии позволяет ускорить закрытие клапана.
Увеличение давления в управляющей камере продолжается до момента совпадения с давлением на игле форсунки. В результате пружина прижимает иглу к седлу, форсунка топливной системы TDI переходит в фазу покоя.
Продолжительность впрыска зависит от длительности включения катушки и давления, создаваемого ТНВД в рампе. За один такт может подаваться несколько порций топлива.
Пьезоэлектрические форсунки
На части двигателей TDI в топливную систему входят форсунки пьезоэлектрического типа. Вместо катушек используются пьезокристаллы, скорость реакции которых в среднем в 4 раза превосходит катушки. Еще одно преимущество технологии – снижение массы подвижных деталей.
В результате достигается сокращение времени реакции, появляется возможность увеличения числа подач топлива до 5 раз за рабочий цикл, а также улучшается его дозирование.
В состоянии покоя давление топлива удерживает иглу в закрытом состоянии. При подаче импульса тока с повышенным напряжением (свыше 150 В) на пьезоэлемент происходит его удлинение. Усилие передается на толкатель, управляющий переключающим клапаном. Часть топлива подается в обратную магистраль, что приводит к снижению усилия прижатия иглы и началу впрыска топлива. При отключении питания пьезоэлемент возвращается к исходной длине и впрыск заканчивается.
Пьезофорсунки используются в топливной системе двигателей TDI на автомобилях Audi. На VW чаще ставятся обычные электромагнитные форсунки.
Топливная система мотора TDI: фазы управления
Топливная система должна работать в соответствии с нагрузкой на двигатель TDI. Блок управления учитывает коррекции форсунок (данные вносятся в память, в случае замены форсунки необходимо программировать другие значения), что повышает точность расчета подачи топлива. В результате улучшается экономичность, снижается количество вредных выбросов и достигается равномерная работа дизеля TDI вне зависимости от числа оборотов и нагрузки.
Значения тока в линии управления форсунками зависят от фазы. На этапе открытия клапана сила тока на форсунке доходит до 23 А, а после начала открытия распылителя значение падает до 9 А.
Из-за достаточно высокого тока двигатели TDI имеют повышенные требования к мощности генератора. В электрической системе установлены предохранители, срабатывающие при повышении силы тока сверх допустимого порога.
Обзор системы нейтрализации ОГ двигателя TDI
Топливная система дизеля TDI работает с учетом данных от системы нейтрализации отработавших газов. Двигатель оснащен одиночным или двойным наддувом. Сразу за турбиной расположен нейтрализатор окислительного типа. Предусмотрена установка сажевого фильтра в сборе с системой подачи мочевины, хранящейся в отдельном бачке. Между нейтрализатором и сажевым фильтром расположена гофрированная секция, предотвращающая передачу вибраций от дизеля TDI на выхлопную систему.
Мочевина или жидкость AdBlue подается при помощи насоса к форсунке, расположенной в системе выхлопа. Дозировка впрыска рассчитывается блоком управления в зависимости от режима работы двигателя. Емкость бака составляет около 13 л (для машин с 2-литровым TDI), перезаправка требуется через 5000-6000 тыс. км.
В комбинации приборов имеется сигнальная лампа, указывающая на необходимость доливки жидкости AdBlue.
Сажевый фильтр с нейтрализатором
Двигатели TDI с впрыском мочевины оснащены единым модулем, в котором находится сажевый фильтр и нейтрализатор оксидов азота. Использование системы впрыска мочевины обусловлено необходимостью достижения требований стандарта Евро-6.
Система нейтрализации дизеля TDI является селективной. На начальном этапе достигается снижение содержания оксидов азота в газах за счет использования восстановительного нейтрализатора и подачи жидкости AdBlue. Оксиды преобразуются в экологически безвредные водяной пар и азот – стандартные составляющие атмосферного воздуха.
Сажевый фильтр необходим для улавливания частиц сажи, образующихся при работе дизеля TDI. Фильтр представляет собой керамическую сотовую деталь с большим числом параллельных каналов, закрытую металлическим корпусом. Каналы открыты с одной стороны и расположены в шахматном порядке. Поток отработавших газов проходит через наполнитель, стенки которого пропускают газы и улавливают частицы сажи. По мере загрязнения фильтр самоочищается в режиме пассивной или активной регенерации.
При пассивной очистке не задействуется система управления дизелем TDI. Очистка фильтра идет в автоматическом режиме при повышенной нагрузке на двигатель и увеличении температуры газов до +350⁰С.
Если двигатель не выходит на режим высокой нагрузки, то после загрязнения фильтра до определенной степени запускается активная регенерация. Блок управления подает дополнительное топливо, что позволяет довести температуру газов до +550⁰С и выше.
В результате сажа быстро выжигается и выходит в атмосферу в виде углекислого газа.
Форсунка восстановителя
Восстановителем является мочевина, которая впрыскивается в систему выпуска отработавших газов через форсунку. Форсунка установлена перед блоком сажевого фильтра и восстановительного нейтрализатора, конструктивно представляет собой электромагнитный клапан. Длительность впрыска определяется блоком управления. Сигнал на форсунку имеет широтно-импульсную модуляцию.
Для расчета длительности впрыска используется программа, которая рассчитывает значение содержания оксидов азота в выхлопных газах. Форсунка установлена в специальном кожухе, внутри которого имеются каналы для прохода антифриза. На корпусе предусмотрены штуцеры для подачи мочевины, подвода и отвода охлаждающей жидкости, а также имеется разъем для жгута электропроводки.
При расчете концентрации оксидов азота учитываются данные от датчиков:
- температуры двигателя;
- давления;
- расхода воздуха;
- количества отработавших газов в системе рециркуляции;
- цикловой подачи топлива.
Бак восстановителя
Для хранения мочевины имеется отдельный пластиковый бак с заливной горловиной, выведенной на боковину кузова. Внутри бака есть система обогрева, поскольку жидкость AdBlue имеет высокую температуру кристаллизации. В баке также установлен насос для подачи мочевины и датчик, определяющий качество жидкости. Резервуар располагается под днищем автомобиля. Точное место установки зависит от модели.
Конструкция бака на автомобилях VAG является частично разборной – можно снять насос для ревизии или замены. Остальные элементы меняют вместе с баком.
Модуль подачи системы дозирования восстановителя
Модуль состоит из насоса и нагревательного элемента, снаружи имеется разъем для проводки и штуцер для коммутации трубки подачи мочевины к форсунке. Система обогрева оснащена датчиком для определения температуры жидкости AdBlue. Модуль – важный элемент топливной системы дизеля TDI. В нем установлен датчик для определения уровня мочевины в баке.
Топливная система современных дизелей TDI сложна и требует регулярной проверки в условиях сервиса. При нормальной работе компонентов достигается низкий расход топлива, дизель обеспечивает хорошую динамику.
Работаю в сервисном центре и хочу поделиться одной интересной историей относительно замены двигателя TDI. Не так давно в наш автосервис обратился владелец Ауди с редкой разновидностью этого мотора объемом 1.2 л. Клиент был вынужден заменить силовой агрегат, который не выдержал работы на некондиционном топливе. Для этого контрактник пришлось заказывать и доставлять из Европы. Но после непродолжительной эксплуатации выяснилось, что расход топлива увеличился – почти на 1 л на 100 км. Пришлось разбираться в причинах. При этом отсутствовали отклонения по компрессии, условиях функционирования электронных датчиков, по динамике агрегата. Дело было исключительно в расходе. Проблема оказалась в несоответствии уникального кода топливных форсунок необходимым характеристикам. Когда эти коды заменили, ситуация сразу нормализовалась
На Фольксваген Гольф с двигателем 1.6 TDI, когда менял топливный фильтр, в систему попал воздух. Пришлось долго возиться, прокручивая вал стартером с поочередным откручиванием трубок. В результате ускорил выход из строя ТНВД по причине интенсивного износа плунжерной пары. Посмотрим, насколько сильно это повлияло на срок службы
Для чего применяется датчик давления в одном из цилиндров модели ЕА288 двигателя TDI?
Датчик давления в модели ЕА288 двигателя TDI необходим, чтобы точно рассчитывать время, когда нужно впрыскивать топливо, и определять объем этого впрыска, с последующей коррекцией работы оборудования. Это вызвано наличием некоторой задержки воспламенения по настройкам рециркуляционной системы или нестабильности качества горючего.
Каковы конструктивные особенности топливного насоса высокого давления в двигателях TDI?
ТНВД в двигателях TDI применяется сопло Вентури, создающее разреженность в исходящей магистрали. Это повышает эффективность отработки топливных форсунок.
Отличный технический обзор, все разложено по полочкам. Особенно хочу отметить раздел про фазы управления форсунками. Многие владельцы не понимают, почему у них «умирают» аккумуляторы и генераторы на современных дизелях. А ведь ток до 23 А на форсунку — это серьезная нагрузка на бортовую сеть. При диагностике проблем с запуском или работой двигателя TDI теперь всегда в первую очередь проверяю напряжение и АКБ.
Когда-то выбрала дизель из-за экономичности, но после прочтения таких статей понимаю, что современный TDI — это очень сложный и дорогой в обслуживании агрегат. Меня напугала перспектива возможного ремонта ТНВД или замены форсунок. В итоге продала Golf и перешла на бензиновый автомобиль. Для городской эксплуатации с малыми пробегами, на мой взгляд, это более рациональный выбор.
Ольга, ваш вывод абсолютно верен для ваших условий! А вот в моем случае, когда пробег 5-6 тысяч км в месяц, экономия на топливe существенно перекрывает все возможные риски. Дизель окупает свою сложность именно на больших пробегах. Для города с редкими поездками бензин, однозначно, спокойнее и выгоднее в долгосрочной перспективе.
Проехал на своем Туареге с 3.0 TDI уже больше 200 тысяч км. Главный вывод — качество топлива для таких систем критически важно. Одна заправка плохой соляркой обернулась мне заменой топливного фильтра, промывкой форсунок и сбросом ошибок по сажевому фильтру. С тех пор заправляюсь только на проверенных сетевых АЗС и обязательно добавляю антигель зимой, даже если заявлено «арктическое» топливо.
Спасибо за такой подробный материал! Как раз недавно столкнулся с ошибкой по системе AdBlue. Дилер сразу предложил замену бака с насосом за умопомрачительные деньги. Благодаря статье, я хотя бы понимаю, из каких компонентов состоит эта система и что именно может выйти из строя. Оказалось, проблема была в забитой форсунке восстановителя, которую удалось почистить. Сэкономил очень существенно.