Двигатели common rail
За последние 15 лет дизельные двигатели прошли настоящую эволюцию. Они прошли путь от зловонных шумных и грязных агрегатов до современных форм. Посмотрите, сколько дизелей продается сегодня во всем мире!
Дизельные двигатели
Базовый дизайн бензинового и дизельного двигателя остается одинаковым. Оба имеют по два или по четыре клапана, которые подают смесь в цилиндры, те двигают коленвал. Но в дизеле газовая смесь не воспламеняется за счет свечи зажигания, она только сжимается. Как только цилиндр подается в верхнюю точку топливо распыляется из инжектора в камеру сгорания, где оно смешивается с горячим сжатым воздухом и самовоспламеняется. Для этого сила сжатия в дизельном двигателе должна быть во много раз сильнее, чем в бензиновом. Обычно используется отношение компрессии от 16:1 до 24:1, что создает давление на уровне 150 бар. Оно генерирует температуру в 250 градусов, поскольку при такой температуре начинается горение большинства газов, нетрудно сделать вывод, что воспламенение начинается как только цилиндр достигнет верхней точки, где фиксируется максимальное давление.
Дизельные двигатели сконструированы так, чтобы развивать высокие обороты на низких скоростях работы двигателя, что приводит к высокой экономии топлива. Это достигается за счет использования технологии Common rail вместе с эффективной технологией турбонаддува. На диаграмме показано как оборотистость повысилась с 70 Nm/литра до 182 Nm/литра за последние 20 лет. А потребление топлива упало на 60%! Если провести сравнение с бензиновыми двигателями (которые работают по стехиометрическому принципу 14,7:1), в дизелях используется очень обедненная смесь. Отношение воздуха к топливу в дизелях на полной нагрузке колеблется от 17:1 до 29:1, а на холостом ходе или без нагрузки до 145:1. Однако в камере сгорания локализованная смесь меняет свое отношение. Невозможно достигнуть однородной смеси топлива и воздуха в пределах камеры сгорания. Для сокращения числа отклонений состава смеси впрыск представляет собой серию мелких впрысков топлива. Высокая сила давления создает хорошую сегментацию топлива.
Впрыск
Дизеля не имеют дроссельной заслонки. Вместо этого, процесс сгорания контролируется следующими факторами:
⋅ Синхронизация впрыска
⋅ Продолжительность впрыска
⋅ Карта впрыска по инжекторам
С помощью электронного блока управления в системах common rail можно контролировать каждый фактор индивидуально.
Синхронизация впрыска
Синхронизация впрыска является основным фактором контроля выхлопа, потребления топлива и шумности. Оптимальная синхронизация начала впрыска зависит от нагрузки на двигатель. В автомобильных двигателях, которые работают без нагрузки, точка оптимального угла зажигания находится от 2-х градусов коленвала перед верхней точкой цилиндра до 4 градусов после того, как цилиндр пройдет верхнюю мертвую точку. В условиях частичной нагрузки угол колеблется от 6 градусов до верхней точки и до 4 градусов после верхней точки. На полной нагрузке угол зажигания должен быть в пределах 6-15 градусов до верхней мертвой точки. Продолжительность горения 40-60 градусов оборота коленвала. Если впрыск произошел слишком рано, то сгорание произойдет в момент, когда поршень еще поднимается. Это приведет к снижению эффективности и увеличит расход топлива. Быстрый подъем цилиндра увеличит шумность. Позднее зажигание снижает обороты и приводит к неполному сгоранию и выбросу несгоревших гидрокарбонов.
Продолжительность впрыска
В обычных двигателях количество впрыскиваемого топлива прямо пропорционально времени открытия инжектора. В дизеле впрыск варьируется в зависимости от потока топлива в зависимости от разницы давления впрыска и в камере сгорания, плотности топлива (в зависимости от температуры), динамических свойств давления топлива. Также контроль осуществляется и через открывание инжектора.
Карта впрыска
Дизельные инжектора на подают топливо в камеру сгорания за одно открытие. Они имеют несколько фаз: Первая фаза предварительного впрыска — короткий импульс, который снижает шумность и позволяет сократить выброс Nox. Основная часть топлива подается во время основной фазы впрыска, а затем происходит финальный впрыск топлива. Он необходим для сокращения вредного выхлопа путем его выжига в каталическом конвертере-накопителе, поднимает температуру выхлопного газа для регенерации фильтра взвешенных частичек. Он происходит вплоть до 180 градусов оборота коленвала. Объем впрыска колеблется в пределах 1 мм³ до 50 мм³ на полной нагрузке. Продолжительность впрыска 1-2 миллисекунды.
Описание системы
В отличие от традиционных дизельных двигателей, которые управляются блоком управления, common rail подает топливо на форсунки через накопительную рампу, поэтому они похожи на бензиновые двигатели. Поскольку разделены функция образования высокого давления и функция впрыска, системы common rail могут подавать топливо в широком диапазоне угла зажигания и уровня давления. Диаграмма показывает простую систему common rail.
Механический насос(1) создает давление, которое подает топливо в рампу(3). Клапан контроля потока топлива(4) поддерживает давление на уровне, которое задано блоком управления(8). Рампа подает топливо на инжектора(5). Датчики информируют ЭБУ о достигнутом давлении(2), скорости двигателя(9), положении распредвала(10), уходе педали акселератора(11), давлении надува(12), температуре впускного воздуха(13), температуре охлаждающей жидкости(14). Позиции 6 и 7 — топливный фильтр и топливный бак. Более сложные системы используют дополнительные датчики: cкорости, внешней температуры, широкополосный кислородный датчик, датчик разницы давления (определяет засорение катализатора или фильтра частичек в выхлопе). На диаграмме не указаны свечи накаливания. Они используются, только если внешняя температура падает ниже 0 градусов. Блок управления может контролировать давления турбины, рециркуляцию выхлопного газа и заслонки впускного коллектора.
Источник: //www.cpclub.ru/forum/showthread.php?t=1223