Common rail toyota land cruiser
TOYOTA KD-FTV. Common Rail.
Интересные происходят вещи с этими Common Rail…
Недавно приехала машина Toyota Land Cruiser c двигателем KD-FTV.
Не первый раз она к нам приежает. Прошлые разы — «как бы за консультацией».
А в этот раз уже за помощью.
Проблема та же, что и у KIA «Sorento» с двигателем 4DCB.
Об этом мы уже рассказывали в прошлой статье «Плохой запуск».
Только этому хозяину машины не надо было бегать с «дихлофосом»
(аэрозолью для запуска двигателя), а просто подкачать помпу ручной подкачки топлива в ТНВД.
А потом «быстро-быстро» бежать и заводить машину.
Со стороны, согласитесь, все это выглядит как-то несолидно.
Машина не старая, выпуска 2001г.
И когда в центре города к автомобилю подходит здоровый, «кучный мужик», задирает капот и начинает качать солярку в насос, а потом очень быстро бежит к ключу зажигания и, если успел, то его « монстер» заведется с « пол пенка».
Ну, а если нет, то процесс продолжается до «победного конца». Вот так он и бегал два месяца.
Пока не надоело.
Или не стало стыдно перед другими обладателями «дизелей», которые хоть и «старее», но заводятся хорошо и стабильно.
Когда сдавшийся и измотанный хозяин машины принял все наши правила ремонта,- вот тогда мы с чистой совестью принялись «творить».
Итак : Toyota Land Cruiser, двигатель KD-FTV, система Common Rail.
Объем двигателя, крутящий момент и тому подобное, наш читатель может узнать из технической документации этой модели. Или найти на популярных страницах в Интернете.
Потому что мы редко обращаем внимание на эти детали — они для нас не слишком существенны, у нас другие задачи.
Гораздо интереснее внутренние проблемы, с которыми приходится сталкиваться.
Первое, что мы сделали, это «компьютерную диагностику двигателя».
Код ов ошибок не обнаружили.
Текущие данные на тот момент нам показались очень скудными и какими-то «урезанными» — все-таки диагностировали сканером Launch Х-431.
Поэтому в разделе «дата» не было коэффициента по коррекции форсунок.
Но было видно давление в топливной рейке: 35МПа на холостых оборотах.
А при запуске 9-17Мпа, — при желаемых 28Мпа.
И , помня прошлый опыт, мы начали с проверки форсунок.
Но на этот раз попытались запечатлеть каждый свой шаг.
Фото 1 
Фото 2
Отображают процесс измерения «перетока» топлива по линии «обратки» форсунок при работающем двигателе и в момент его «остановки».
И вот что у нас получилось. При запуске двигателя процент «утечек» по всем форсункам оказался приблизительно одинаковым (2-3 милл.).
Но когда мы прекращали «крутить стартер» и двигатель останавливался,
форсунки 1, 2, и 4 не сбрасывали топливо в линию возврата.
А третья форсунка сбрасывала топлива в 3 раза больше остальных.
При проверке на стенде мы увидели «нулевой процент утечек».
Стало быть, конструктивно эти форсунки не похожи на те, которые мы делали ранее, и нам, следовательно, предстоит узнать «что-то», что мы ещё не знаем.
И разобраться в том, в чем мы еще не разбирались.
Сейчас мы вам покажем, как они интересны и привлекательны «изнутри».
Форсунки Тайота Ланд Крузер KD-FTV
Фото 3
1. Корпус форсунки.
3. Пружина (правее распылителя)
4. Плунжер «мультипликатор.
5,6,7,8. Элементы камеры управления.
9. Регулировочное кольцо.
10. Электроклапан. 
Фото 4
Фото 4. Та же форсунка но с детальным увеличением ее элементов.
(Описание далее по тексту)
Попытаемся разобраться, как же она работает.
Вот принципиальная схема этой форсунки. 
*а* * b *
1. Электромагнитный клапан.
3. Управляющая камера.
6. Подача топлива.
Состояние (а) показывает начало наполнения
Состояние (б) показывает работу форсунки, когда подается ток на электромагнитный клапан.
И по каналу 6 и (b) топливо попадает к нижней части поршня 5 (канал d).
При этом уменьшается давление в камере управления 3 (камера с), и растёт давление под поршнем (5).
В результате он поднимается и открывает запорную иглу.
А дальше происходит впрыск топлива.
Всё очень просто. При условии, когда мы выключаем зажигание и снимаем напряжение с электромагнитного клапана форсунки, в камере управления должен сохранится «пусковой» — т.е. необходимый объем топлива.
(учитывая безупречную «сопряженность» деталей камеры управления — Фото 4. (элементы 1.2.и 3).
Когда закрыты все управляющие каналы : в этом случае расход топлива на слив обусловлен небольшой порцией, только для разгрузки камеры управления ( в виде утечек).
Но в нормальном состоянии они должны быть на три порядка ниже полезной порции подачи. Что мы и наблюдали при замере утечек на форсунках — Фото (1 и 2). Форсунки 1, 2, и 4, не давали никаких «утечек».
А при неоднократном измерении можно было увидеть появление топлива в «прозрачных трубках»
(фото 1 и 2) — только при третьем запуске и остановке двигателя.
Чего нельзя было сказать о третьей форсунке.
Стало быть, в момент остановки двигателя, из линии возврата топлива в бак не должно быть никаких утечек (или очень незначительные).
Таким образом, в идеале форсунка готова к пуску. При минимальных утечках. А в нашем случае, мы наблюдаем совершено обратное.
При снятии напряжения с электроклапана форсунки, происходит утечка из 3-й форсунки. «Кто» или «что» сбрасывает давление?
И почему «это» не происходит на других форсунках?
В этом нам и предстояло разобраться.
На снимке 5 и 6 мы видим камеру гидроуправления в разобранном виде :
Фото 5 
Фото 6
При разборе камеры гидроуправления форсунки № 3 (Фото 5 — цифра 1),- мы обратили внимание на странный след, оставленный на верхней поверхности одной из пластин камеры управления. Это как бы «сифонность» между двух сопряженных деталей (фото 5 — цифра 1 ) и ( фото 7 — цифра 1).
На фото 6 показана обратная сторона этой же камеры. Но здесь проблемы несколько иного плана. «Разбита» запорная площадка верхней пластины камеры гидроуправления (Фото 6 — цифра 1) и (фото 8 — цифра 1).
Но характер выявленных дефектов не говорил ни о чем. Пока это было только констатация факта. А была ли это истинная причина самой неисправности?
Фото 7 
Фото 8
Этого мы пока не понимали.
При детальном рассмотрение данной проблемы «вооруженным глазом» (1х100) в электронный микроскоп, мы пытались определить глубину вмятины — Фото 7, цифра 1. И понимали отчетливо, что изготовить и заменить эту пластину новой практически невозможно.
А теория и практика образования этой «сифонности» простая:
При впрыске топлива образовывается обратная гидродинамическоя волна в сотни атмосфер в малых объемах.
И что бы не разгружать канал d — рис 1, в пластине сделан жиклер
(фото 5 — цифра 2).
И если представить динамику этой волны, ограниченной жиклером 0,025 мм, то при любом сопряженном усилии, этот эффект «сифон н ости» просто неизбежен.
Что и вызывало побочные эффекты в работе двигателя.
— «жёсткая» работа двигателя при разгоне в режиме 1500 – 2500 об. мин.
Иногда её сравнивают со «стуком клапанов» в бензиновых двигателях.
— неустойчивые «холостые обороты» . При этом иногда прослушивается небольшой стук.
— черный дым при резком нажатии на педаль акселератора.
А при сканировании автомобиля, но уже другим сканером – «Carman Scan -1», мы обратили внимание на коррекцию по впрыску.
Она составляла от 4 до 5%.
От тех, что мы предпологали увидеть, это не более 3%.
И с разностью от 3 до 3,5 %. Но что делать?
Предложить хозяину машины купить новую форсунку?
Или делать старую?
Может быть, я буду опять же не оригинален в своих решениях, но мы предложили ему «сделать форсунку».
Может быть, проще было бы купить новую?
Но чем тогда мы ее сможем «прописать»? (то есть, «адаптировать» к данной системе управления двигателем).
Покупать отдельно дилерский сканер за 200 тыс. рублей не было никакого желания. Хотя мне говорили, что можно менять форсунку и без «прописки». Но не хотелось рисковать лишними затратами на приобретения сканера – если «что-то будет не так».
А теперь о самом ремонте.
Недаром говорят, что «все гениальное просто».
Все вышесказанное по результатам ремонта можно было бы обрисовать в двух словах.
Но наша цель заключается не в объяснении ремонта «на пальцах».
А в нашем отношении к нему.
И прежде чем сделать «последний шаг», приходится взвешивать не только все «за и против», но и последствия своих действий.
По результатам изложенного мы не стали слишком много усердствовать и «изобретать велосипед». А просто взяли и «притерли» все пластины гидрокамеры на шлифовальной шкурке. С зернистостью от 800 до 1500, а последний размер был «чистовой».
Сомнительное, конечно, решение проблемы.
Но иногда и оно приносит свои плоды.
Я не хочу сказать, что мы верили в решение этой проблемы таким вот простым «дедовским» методом.
Но когда поставили форсунку и завели машину — только тогда поняли, что, может быть в нашем случае, это и было единственно верное решение проблемы.
В дальнейшем все произошло как в «сказке».
В последующие дни и по сей день хозяину машины не приходится больше подкачивать топливо помпой.
А гордо подходить к машине, вставлять ключ в замок зажигание и заводить двигатель.
А в завершении хочу вот что сказать: после столь «не загадочного» и совсем не трудоемкого ремонта исчезли многие, если не все проблемы, которые так беспокоили хозяина машины.
Источник
6.8 Топливная система Common Rail
Топливная система Common Rail
Система впрыска топлива Common Rail
1 – топливный насос высокого давления
2 – топливный фильтр
3 – топливный бак с предварительным топливным фильтром и подкачивающим топливным насосом
4 – ECU
5 – блок управления свечами накаливания
6 – аккумуляторная батарея
7 – аккумулятор высокого давления (rail)
8 – датчик давления
9 – клапан ограничения давления
10 – датчик температуры топлива
11 – форсунка
12 – свеча накаливания
13 – датчик температуры охлаждающей жидкости
14 – датчик частоты вращения коленчатого вала
15 – датчик положения распределительного вала
16 – датчик температуры поступающего в двигатель воздуха
17 – датчик давления наддува (BPS)
18 – измеритель расхода воздуха
19 – турбокомпрессор
20 – позиционер EGR
21 – комбинация приборов
22 – датчик положения педали акселератора
23 – тормозные контакты
24 – переключатель на педали сцепления
25 – датчик скорости
26 – блок управления скоростью автомобиля
27 – компрессор кондиционера
28 – блок управления кондиционером
29 – диагностический прибор с разъемом
 | |
Топливная система Common Rail включает ступень подачи топлива под низким давлением и ступень подачи топлива под высоким давлением и ECU (11).
Подача топлива под низким давлением
Подача топлива под низким давлением системы Common Rail включает:
– топливный бак с предварительным топливным фильтром;
– подкачивающий топливный насос;
– топливный фильтр;
– топливопроводы низкого давления.
Подкачивающий топливный насос
Электрический подкачивающий топливный насос с предварительным топливным фильтром непрерывно подает определенное количество топлива из топливного бака к топливному насосу высокого давления. Насос не только подает топливо, но в пределах работы системы безопасности должен прекратить подачу топлива в случае аварии, т.е. при включенном зажигании и остановленном двигателе.
Топливный насос состоит из трех основных элементов:
Недостаточная очистка топлива может привести к повреждению узлов топливного насоса высокого давления, нагнетательных клапанов и распылителей форсунок. Топливный фильтр очищает топливо перед его поступлением в топливный насос высокого давления и таким образом предотвращает преждевременный износ в чувствительных узлах насоса.
Дизельное топливо может содержать воду или в связанной форме (эмульсия), или в свободной форме (например, конденсация паров воды при изменении температуры). Если вода попадет в систему впрыска, это может привести к коррозии элементов системы впрыска, поэтому устанавливается предупредительная сигнализация, которая включает контрольную лампу в комбинации приборов, если необходимо слить воду из топливного фильтра.
Подача топлива под высоким давлением
Подача топлива под высоким давлением системы Common Rail включает:
– топливный насос высокого давления с клапаном регулировки давления;
– топливопроводы высокого давления;
– аккумулятор высокого давления (rail) с датчиком давления, ограничителем давления, ограничителем потока, форсунками;
– возвратный топливопровод.
Топливный насос высокого давления
Топливный насос высокого давления (схематическое изображение продольного сечения)
1 – приводной вал
2 – эксцентриковый кулачок
3 – насосный элемент с плунжером насоса
4 – отсек насосного элемента
5 – всасывающий клапан
6 – выпускной клапан
7 – уплотнение
8 – соединение высокого давления к аккумулятору давления
9 – шариковый клапан
10 – возврат топлива
11 – подача топлива от подкачивающего топливного насоса
12 – предохранительный клапан с дроссельным отверстием
13 – подача топлива под низким давлением к насосному элементу
Топливный насос высокого давления (схематическое изображение поперечного сечения)
1 – приводной вал
2 – эксцентриковый кулачок
3 – насосный элемент с плунжером насоса
4 – всасывающий клапан
5 – выпускной клапан
6 – вход
Топливный насос высокого давления через топливопроводы высокого давления подает топливо под давлением 1350 бар в аккумулятор высокого давления.
Топливный насос высокого давления расположен на границе ступеней низкого и высокого давления топлива. При всех эксплуатационных режимах срок службы топливного насоса соответствует сроку службы автомобиля.
Топливный насос смазывается дизельным топливом. Топливо сжимается тремя поршнями, установленными радиально под углом 120° друг к другу. Насос подает три порции топлива за один оборот коленчатого вала. Для дизельного двигателя с рабочим объемом 2,0 л, работающего с номинальной частотой вращения коленчатого вала и создаваемым давлением 1350 бар, для привода насоса необходима мощность 3,8 кВт с учетом механического к.п.д. приблизительно 90 %.
Подкачивающий топливный насос подает топливо через фильтр с отделителем воды ко входу и предохранительному клапану топливного насоса высокого давления. Топливо через дроссельное отверстие предохранительного клапана смазывает подвижные элементы насоса, а также охлаждает его. Приводной вал с эксцентриковыми кулачками перемещает три плунжера насоса вверх и вниз в соответствии с формой кулачка. Как только давление подачи превышает давление открытия предохранительного клапана (0,5. 1,5 бар), подкачивающий насос заставляет топливо пройти через впускной клапан топливного насоса высокого давления в отсек насосного элемента, поршень которого перемещается вниз (такт впуска). Впускной клапан закрывается, когда поршень насоса проходит через НМТ и, так как топливо не может вытечь из отсека насосного элемента, оно сжимается независимо от давления подачи.
Увеличивающееся давление открывает выпускной клапан и, как только достигается давление, равное давлению в аккумуляторе, сжатое топливо входит в контур высокого давления. Поршень насоса продолжает поставлять топливо, пока не достигает ВМТ (нагнетательный ход), после чего давление уменьшается и выпускной клапан закрывается. Топливо, остающееся в отсеке насосного элемента, расширяется и поршень насоса перемещается вниз. Как только давление в отсеке насосного элемента уменьшается ниже давления, создаваемого подкачивающим насосом, впускной клапан открывается и процесс повторяется.
Так как производительность насоса превышает потребление топлива двигателем, избыточное топливо под высоким давлением через клапан регулировки давления возвращается в топливный бак. Это приводит к ненужному нагреву топлива и снижению общего КПД.
Аккумулятор высокого давления (rail)
1 – аккумулятор высокого давления
2 – вход от топливного насоса высокого давления
3 – датчик давления в аккумуляторе
4 – возврат топлива в топливный бак
5 – к топливной форсунке
Давление, создаваемое топливным насосом высокого давления, распространяется через аккумулятор и топливопроводы к форсунке. Одновременно, за счет объема топлива в аккумуляторе уменьшаются колебания давления топлива, создаваемые топливным насосом высокого давления и открывающимися форсунками. Сжимаемость топлива как следствие высокого давления используется для достижения эффекта аккумулятора. Давление топлива измеряется датчиком и поддерживается на требуемом уровне клапаном регулирования давления.
Топливопроводы высокого давления
Топливопроводы высокого давления предназначены для передачи топлива из аккумулятора высокого давления к форсункам и должны противостоять высокочастотным колебаниям давления, возникающим при работе двигателя. Топливопроводы изготовлены из стали и имеют наружный диаметр 6 мм и внутренний диаметр 2,4 мм. Все топливопроводы высокого давления должны иметь одинаковую длину. Разность расстояния между аккумулятором и каждой топливной форсункой компенсируется за счет изгибания топливопроводов.
1 – электрические контакты
2 – печатная плата и контур цепи
3 – диафрагма с элементом датчика
4 – соединение высокого давления
5 – резьба датчика
Датчик давления передает сигнал ECU, который соответствует реальному давлению в аккумуляторе давления.
Датчик давления состоит из следующих элементов:
– объединенного элемента датчика, приваренного к корпусу;
– печатной платы с электрическим контуром;
– корпуса датчика с электрическим разъемом.
Топливо под давлением через отверстие воздействует на диафрагму датчика, на которой установлен элемент датчика (полупроводниковое устройство) преобразующий давление в электрический сигнал. Через контакты разъема и электрическую цепь генерированный и усиленный сигнал передается ECU. Датчик работает следующим образом: при изменении формы диафрагмы изменяется электрическое сопротивление слоев, приклеенных к диафрагме. Изменение давления на 1500 бар приводит к изменению формы диафрагмы на 1 мм.
В зависимости от прикладываемого давления выходное напряжение датчика изменяется от 0 до 70 мВ и после усиления составляет 0,5–4,5 В. Точное измерение давления в аккумуляторе необходимо для правильного функционирования системы впрыска топлива. В рабочем диапазоне измерительная точность должна находиться в пределах ±2%. При выходе датчика давления из строя клапан регулировки давления переходит в режим «диафрагма» и система впрыска, используя запасную (мягкую) функцию, принимает заранее заданную величину давления.
Клапан ограничения давления
Клапан ограничения давления выполняет ту же функцию, что и клапан избыточного давления. В случае избыточного давления клапан открываясь ограничивает давление в аккумуляторе. Давление открытия клапана ограничения давления – 1500 бар.
Клапан ограничения давления – механическое устройство, включающее следующие элементы:
– корпус с наружной резьбой для вворачивания в аккумулятор давления;
– соединение трубки возврата топлива в топливный бак;
– подвижный плунжер;
– пружину.
Форсунка: A – форсунка закрыта (неподвижное состояние); В – форсунка открыта (впрыск топлива)
1 – возврат топлива
2 – электрический разъем
3 – пусковой элемент (соленоидальный клапан)
4 – вход топлива от аккумулятора давления
5 – шариковый клапан
6 – отверстие утечки
7 – отверстие подачи
8 – отсек управления клапаном
9 – плунжер управления клапаном
10 – канал подачи топлива к распылителю
11 – игла распылителя
Форсунка обеспечивает подачу нужного количества топлива в камеру сгорания. В точно установленный момент ЕCU передает сигнал возбуждения к соленоиду форсунки, что означает начало подачи топлива. Количество впрыскиваемого топлива определяется периодом открытия распылителя и давлением в системе. Топливо, возвращающееся от клапана регулирования давления и ступени низкого давления, подается в коллектор вместе с топливом, которое осуществляло смазку топливного насоса высокого давления.
Форсунка состоит из следующих узлов:
– распылителя;
– гидравлической системы;
– соленоидального клапана.
Топливо от резьбового соединения высокого давления через канал подается к распылителю и через отверстие подачи в отсек управления клапаном. Отсек управления клапаном соединен с возвратным топливопроводом через отверстие утечки, соединенное с соленоидальным клапаном. При закрытии отверстия утечки гидравлическое усилие, прикладываемое к плунжеру управления клапаном, превышает усилие от давления на конусный торец иглы распылителя. В результате игла распылителя опускается вниз и герметично перекрывает подачу топлива под высоким давлением в камеру сгорания.
При открытии соленоидального клапана форсунки открывается отверстие утечки, что приводит к снижению давления в отсеке управления клапаном, в результате чего также уменьшается гидравлическое давление на плунжер. Как только гидравлическое усилие становится ниже усилия от давления на конусный торец иглы распылителя, игла распылителя открывается и топливо впрыскивается в камеру сгорания. Это непрямое управление иглой распылителя с использованием гидравлической системы увеличения усилия применяется потому, что силы, которые требуются для быстрого открытия иглы, не могут быть генерированы непосредственно соленоидальным клапаном. Так называемое количество топлива для управления, необходимое для открытия иглы распылителя, подается в дополнение к количеству топлива, которое необходимо фактически ввести в цилиндр, и оно через отверстие утечки, соединенное с соленоидальным клапаном, подается в возвратный топливопровод.
В дополнение к количеству топлива для управления также происходит потеря топлива в направляющих толкателя клапана и игле распылителя.
Действие форсунки при работе двигателя и создании давления топливным насосом высокого давления подразделяется на следующие четыре этапа:
– форсунка закрыта (с приложением высокого давления);
– форсунка открывается (начало впрыска топлива);
– форсунка открыта полностью;
– закрытие форсунки (окончание впрыска топлива).
При выключенном двигателе и отсутствии давления в аккумуляторе давления пружина распылителя закрывает форсунку.
В неподвижном состоянии соленоидальный клапан форсунки не возбуждается и поэтому закрыт. Отверстие утечки закрыто и пружина клапана прижимает шарик к гнезду отверстия утечки. Высокое давление от аккумулятора давления увеличивается в отсеке управления клапаном и одновременно присутствует в объеме отсека иглы распылителя. Давление от аккумулятора давления, прикладываемое в торцевой поверхности плунжера управления, вместе с силой пружины иглы распылителя удерживает иглу в закрытом положении, противодействуя против сил открытия, приложенных в стадии давления.
Форсунка находится в неподвижном положении. Соленоидальный клапан возбуждается током, который обеспечивает быстрое открытие клапана. Немедленно большой ток, подаваемый к соленоиду, уменьшается до тока, достаточного для удержания соленоидального клапана в открытом положении. Когда открывается отверстие утечки, топливо вытекает из отсека управления клапаном в полость, расположенную над клапаном, и оттуда через возвратный трубопровод в топливный бак.
Усилие, созданное соленоидом, превышает усилие пружины и открывается отверстие утечки, что приводит к снижению давления в отсеке управления клапаном, в результате чего также уменьшается гидравлическое давление на плунжер. Как только гидравлическое усилие становится ниже усилия от давления на конусный торец иглы распылителя, игла распылителя открывается и топливо впрыскивается в камеру сгорания.
Скорость открытия иглы распылителя определяется разностью в скорости потока через отверстие утечки и отверстие подачи. Плунжер управления достигает верхнего положения, где имеется подушка топлива, образованная потоком топлива между отверстиями утечки и подачи топлива. В этом положении распылитель форсунки полностью открыт и топливо впрыскивается в камеру сгорания под давлением, равным давлению в аккумуляторе давления.
После прекращения подачи напряжения к соленоидальному клапану клапанная пружина перемещает якорь вниз и шарик закрывает отверстие утечки. Якорь состоит из двух частей. Однако, несмотря на то, что пластина якоря управляется плечиком при перемещении вниз, он может «отпружинить» с возвратной пружиной так, что не появятся силы, действующие вниз на якорь и шарик.
При закрытии отверстия утечки гидравлическое усилие, прикладываемое к плунжеру управления клапаном, превышает усилие от давления на конусный торец иглы распылителя. В результате игла распылителя опускается вниз и герметично перекрывает подачу топлива под высоким давлением в камеру сгорания. Скорость движения иглы распылителя определяется потоком через отверстие подачи.
Источник
