РЕВОЛЮЦИЯ С ВОСПЛАМЕНЕНИЕМ ОТ СЖАТИЯ
РЕВОЛЮЦИЯ С ВОСПЛАМЕНЕНИЕМ ОТ СЖАТИЯ
ТЕХНИКА
/НОУ-ХАУ
РЕВОЛЮЦИЯ С ВОСПЛАМЕНЕНИЕМ ОТ СЖАТИЯ
ТОПЛИВНАЯ АППАРАТУРА ДИЗЕЛЕЙ Последнего поколения
ТЕКСТ / ЛЕОНИД ГРЕХОВ, Д. Т. Н.
За последние 5 лет ушедшего столетия авто дизели сделали рывок в собственном развитии. Некогда маломощный, гулкий мотор сейчас вовсю соперничает с бензиновыми собратьями, как и раньше опережая их в экономичности. "Неплохим тоном" сейчас считается внедрение новейших открытых камер сгорания, регулирование фаз газораспределения и длины впускных каналов. Обязателен наддув с промежным остыванием, при этом регулируют его не обычным перепуском газов мимо турбины, а поворотом направляющих лопаток компрессора либо турбины, подкруткой турбокомпрессора электродвигателем и т.п. Обязательная черта современных дизелей - топливные системы последнего поколения.
ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ
Высококачественный скачок дизелестроения простимулирован экологическими нормами. К примеру, в Европе выбросы окислов азота и жестких частиц дизелями снизились за 10 лет в 10 раз (!). В борьбе за чистоту выхлопа конструкторы столкнулись с суровой неувязкой: большая часть конфигураций рабочего процесса дизеля понижает выбросы только 1-го из 2-ух компонент. К примеру, повышение опережения впрыска уменьшает эмиссию частиц, но наращивает выбросы NOx. Разрубить гордиев узел позволили высочайшее давление впрыска и электрическое управление. Благодаря увеличению давления улучшается распыление горючего, что содействует более резвому и полному сгоранию. Это объясняет, почему практически 60 лет (с 1927 по 1985) наибольшее давление впрыска составляло 20-50 МПа, а в последние 10 лет возросло до 200 МПа (рис. 1).
Электрическое управление позволяет на всех режимах работы дизеля гибко изменять характеристику, величину подачи, давление и опережение впрыска. В конечном итоге понижаются вредные выбросы, шумность, расход горючего, улучшается запуск дизеля. Автомобиль становится более высокоскоростным и оживленным.
Топливные системы с механическими регуляторами равномерно снимают с производства. Переход на новый уровень давления и электрическое управление востребовал пересмотра обычных конструкций. Отказались от рядных насосов высочайшего давления (ТНВД) с регулировочным лючком, ведущих родословную от насоса серии А компании "Бош" 1927 года. Наиблежайшие его родственники сейчас имеют жесткий глухой корпус, толстый вал с вогнутыми кулачками, высочайшие моновтулки плунжеров, могут снабжаться 2-ой рейкой, управляющей опережением впрыска.
В ряду распределительных насосов высочайшего давления самая пользующаяся популярностью в мире модель "Бош-VE", ведущая историю с 1976 года, вытесняется более современными электроуправляемыми ТНВД компаний "Бош", "Лукас", "Зексель", "Станадайн".
Превосходное - ПРОСТО
Чуток подробнее - о 2-ух более современных и многообещающих конструкциях. 1-ая - насос-форсунка с быстродействующим электроуправляемым клапаном (рис. 2). Конкретно с насос-форсунки "Детройт Дизель" для карьерных самосвалов началось их шествие по миру. Такие системы прижились на движках грузовых и легковых автомобилей. Они перескочили уровень давлений впрыска 200МПа, позволяют выполнить двухфазный впрыск, снизив шумность работы и выбросы NOx.
При всей простоте система на сей день более эффективна и пока только она позволяет выполнить многообещающие требования Eврo IV.
Из-за особенностей сборки трудно расположить насос-форсунку соосно цилиндру, ее сервис затруднено. Но высочайшее качество впрыска (узкий распыл) и способности электрического управления обеспечивают, кроме больших экологических параметров, очень маленький расход горючего. Автомобиль "Фольксваген-Лупо" с таковой системой питания расходует в городском цикле 3,0 л/100 км (ЗР, 2001, № 5).
Фирмами "Бош" и "Лукас" освоены ТНВД с быстродействующим клапаном управления сливом (рис. 3). Личные насосы, придя на замену блочным, позволили сделать маленький нагнетательный трубопровод. Это приблизило их по свойствам к насос-форсункам - к примеру, по давлению впрыска (150МПа и выше). Насосы приводятся распределительным валом, размещаются поблизости "собственного" цилиндра и работают с обыкновенными форсунками. Сохраняются обычная простота головки цилиндров, удобство обслуживания, применимость имеющихся топливных щитов, а необходимость в механической регулировке насоса отпадает.
В таких ТНВД отсутствуют выточки на плунжерах, механизмы поворота плунжеров, автоматические регуляторы. Их возникновение на рынке - приговор "двухреечным" насосам и, по всей видимости, обычным рядным ТНВД. Единственный непростой элемент - клапан управления. Он должен срабатывать за 0,1 мс, не испытывать воздействия гидравлических сил при больших давлениях, иметь легкий и мощнейший электропривод.
COMMON RAIL -
Отлично ЗАБЫТОЕ Старенькое
Аккумуляторные топливные системы с фуррором применялись в 50-е годы на движках морских судов. На новеньком техническом уровне, с применением электрического управления они появились на серийных автомобилях в 1997 году. О таких системах, нареченных "коммон рейл" (в осмысленном переводе - "общий аккумулятор"), журнальчик уже писал (ЗР, 1997, №8). Конкретно они, кроме регулирования величины и опережения подачи, могут управлять чертой и давлением впрыска.
На рис. 4 - схема системы "коммон рейл". Более сложные, дорогие и нетрадиционные ее элементы - ТНВД и электрогидравлическая форсунка. Радиально-плунжерный насос при помощи эксцентрикового вала приводит в движение три плунжера. В нем располагают также регулятор производительности и подкачивающий шестеренчатый насос. Принцип деяния электрогидравлической форсунки труднее. В отличие от бензиновых электромеханических форсунок, тут электромагнит при давлении 135 МПа не в состоянии поднять запорную иглу, потому употребляется принцип гидроусиления (рис. 5).
Сейчас "коммон рейл" реализует не только лишь двухфазный впрыск для понижения шумности либо выбросов NOx, да и трех-пятифазный. Готовятся системы с 15 маленькими импульсами впрыска - так формируется более предпочтительная для каждого режима дизеля черта впрыска.
КАЖДОМУ ЦИЛИНДРУ - СВОЮ ДИЕТУ
Уже на данный момент ведущие производители поменяли механические регуляторы Уатта электрическими. Их охарактеризовывает упругость управления, самодиагностика, внедрение запасных программ. Появились и собственные функции: питание каждого цилиндра в согласовании с его техническим состоянием и особенностями производства, отключение цилиндров, управление параметрами впрыска и др.
Наикрупнейшие мировые производители выпускают весь диапазон топливных систем. Какие из сейчас всераспространенных не приживутся, а какие станут пользующимися популярностью? Рядные насосы уже покинули класс легковых автомобилей и вытесняются с грузовиков. Распределительные ТНВД пока остаются более массовыми, но из-за большей трудности и накладности их роль и тем паче перспективы быстро сужаются. Самых новых и современных роторных насосов это задело даже в основном. Компания "Бош" планирует уже к 2006 году уменьшить долю распределительных насосов до 15%; ранее не выпускавшиеся электроуправляемые насос-форсунки и личные ТНВД завоюют 19% всего объема, а 62% объема выпуска будет приходиться на "коммон рейл".
Будущее российских дизелей не настолько прогнозируемо. На дизель ГАЗ-560 взамен "механической" чешской насос-форсунки просится новенькая, с электрическим управлением: она даст возможность изменять опережение впрыска. Для всех транПодвесканых дизелей применима и желательна "коммон рейл". На опытнейшем ЗМЗ-514 она уже работает. Но забугорные комплектующие очень подымут стоимость российских движков, а собственных готовых изделий и технологической базы нет. К огорчению, очень медлительно внедряются самые подходящие для Рф ТНВД с быстродействующими клапанами слива. Одно из разъяснений этого в том, что потребитель не заинтересован в современных движках. С учетом цены он совершенно точно выбирает устаревшие. Ситуацию могли бы поправить только муниципальные меры по стимулированию разработки, производства и, главное, приобретения новейшей техники.
Рис. 1. Ужесточение экологических норм потребовало прирастить давление впрыска. А это в свою очередь простимулировало внедрение новых систем подачи горючего.
Рис. 2. Насос-форсунки DDEC-II компании "Детройт Дизель Аллисон" с быстродействующим клапаном. При движении плунжера 3 электромагнит 1 закрывает клапан 2 и горючее устремляется не на слив, а в распылитель 5. При выключении электромагнита клапан раскрывается и через канал 4 отсекается подача. Момент включения электромагнита обусловливает опережение впрыска, момент выключения - величину подачи.
Рис. 3. Личный ТНВД с быстродействующим клапаном.
Рис. 5. Электрогидравлическая форсунка. При подаче на электромагнит 1 напряжения раскрывается маленький сливной шариковый клапан 2. Давление в камере управления 3 падает, и запорная игла 6 под действием высочайшего давления в кармашке распылителя 7 раскрывается. Чем подольше она открыта, тем больше подача и мощность дизеля. При выключении электромагнита клапан 2 запирается, давление в камере управления восстанавливается через жиклер 4. Мультипликатор 5 увеличенного поперечника стремительно закрывает иглу.
Рис. 4. Схема системы "коммон рейл".
ТЕХНИКА
/НОУ-ХАУ
РЕВОЛЮЦИЯ С ВОСПЛАМЕНЕНИЕМ ОТ СЖАТИЯ
ТОПЛИВНАЯ АППАРАТУРА ДИЗЕЛЕЙ Последнего поколения
ТЕКСТ / ЛЕОНИД ГРЕХОВ, Д. Т. Н.
За последние 5 лет ушедшего столетия авто дизели сделали рывок в собственном развитии. Некогда маломощный, гулкий мотор сейчас вовсю соперничает с бензиновыми собратьями, как и раньше опережая их в экономичности. "Неплохим тоном" сейчас считается внедрение новейших открытых камер сгорания, регулирование фаз газораспределения и длины впускных каналов. Обязателен наддув с промежным остыванием, при этом регулируют его не обычным перепуском газов мимо турбины, а поворотом направляющих лопаток компрессора либо турбины, подкруткой турбокомпрессора электродвигателем и т.п. Обязательная черта современных дизелей - топливные системы последнего поколения.
ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ
Высококачественный скачок дизелестроения простимулирован экологическими нормами. К примеру, в Европе выбросы окислов азота и жестких частиц дизелями снизились за 10 лет в 10 раз (!). В борьбе за чистоту выхлопа конструкторы столкнулись с суровой неувязкой: большая часть конфигураций рабочего процесса дизеля понижает выбросы только 1-го из 2-ух компонент. К примеру, повышение опережения впрыска уменьшает эмиссию частиц, но наращивает выбросы NOx. Разрубить гордиев узел позволили высочайшее давление впрыска и электрическое управление. Благодаря увеличению давления улучшается распыление горючего, что содействует более резвому и полному сгоранию. Это объясняет, почему практически 60 лет (с 1927 по 1985) наибольшее давление впрыска составляло 20-50 МПа, а в последние 10 лет возросло до 200 МПа (рис. 1).
Электрическое управление позволяет на всех режимах работы дизеля гибко изменять характеристику, величину подачи, давление и опережение впрыска. В конечном итоге понижаются вредные выбросы, шумность, расход горючего, улучшается запуск дизеля. Автомобиль становится более высокоскоростным и оживленным.
Топливные системы с механическими регуляторами равномерно снимают с производства. Переход на новый уровень давления и электрическое управление востребовал пересмотра обычных конструкций. Отказались от рядных насосов высочайшего давления (ТНВД) с регулировочным лючком, ведущих родословную от насоса серии А компании "Бош" 1927 года. Наиблежайшие его родственники сейчас имеют жесткий глухой корпус, толстый вал с вогнутыми кулачками, высочайшие моновтулки плунжеров, могут снабжаться 2-ой рейкой, управляющей опережением впрыска.
В ряду распределительных насосов высочайшего давления самая пользующаяся популярностью в мире модель "Бош-VE", ведущая историю с 1976 года, вытесняется более современными электроуправляемыми ТНВД компаний "Бош", "Лукас", "Зексель", "Станадайн".
Превосходное - ПРОСТО
Чуток подробнее - о 2-ух более современных и многообещающих конструкциях. 1-ая - насос-форсунка с быстродействующим электроуправляемым клапаном (рис. 2). Конкретно с насос-форсунки "Детройт Дизель" для карьерных самосвалов началось их шествие по миру. Такие системы прижились на движках грузовых и легковых автомобилей. Они перескочили уровень давлений впрыска 200МПа, позволяют выполнить двухфазный впрыск, снизив шумность работы и выбросы NOx.
При всей простоте система на сей день более эффективна и пока только она позволяет выполнить многообещающие требования Eврo IV.
Из-за особенностей сборки трудно расположить насос-форсунку соосно цилиндру, ее сервис затруднено. Но высочайшее качество впрыска (узкий распыл) и способности электрического управления обеспечивают, кроме больших экологических параметров, очень маленький расход горючего. Автомобиль "Фольксваген-Лупо" с таковой системой питания расходует в городском цикле 3,0 л/100 км (ЗР, 2001, № 5).
Фирмами "Бош" и "Лукас" освоены ТНВД с быстродействующим клапаном управления сливом (рис. 3). Личные насосы, придя на замену блочным, позволили сделать маленький нагнетательный трубопровод. Это приблизило их по свойствам к насос-форсункам - к примеру, по давлению впрыска (150МПа и выше). Насосы приводятся распределительным валом, размещаются поблизости "собственного" цилиндра и работают с обыкновенными форсунками. Сохраняются обычная простота головки цилиндров, удобство обслуживания, применимость имеющихся топливных щитов, а необходимость в механической регулировке насоса отпадает.
В таких ТНВД отсутствуют выточки на плунжерах, механизмы поворота плунжеров, автоматические регуляторы. Их возникновение на рынке - приговор "двухреечным" насосам и, по всей видимости, обычным рядным ТНВД. Единственный непростой элемент - клапан управления. Он должен срабатывать за 0,1 мс, не испытывать воздействия гидравлических сил при больших давлениях, иметь легкий и мощнейший электропривод.
COMMON RAIL -
Отлично ЗАБЫТОЕ Старенькое
Аккумуляторные топливные системы с фуррором применялись в 50-е годы на движках морских судов. На новеньком техническом уровне, с применением электрического управления они появились на серийных автомобилях в 1997 году. О таких системах, нареченных "коммон рейл" (в осмысленном переводе - "общий аккумулятор"), журнальчик уже писал (ЗР, 1997, №8). Конкретно они, кроме регулирования величины и опережения подачи, могут управлять чертой и давлением впрыска.
На рис. 4 - схема системы "коммон рейл". Более сложные, дорогие и нетрадиционные ее элементы - ТНВД и электрогидравлическая форсунка. Радиально-плунжерный насос при помощи эксцентрикового вала приводит в движение три плунжера. В нем располагают также регулятор производительности и подкачивающий шестеренчатый насос. Принцип деяния электрогидравлической форсунки труднее. В отличие от бензиновых электромеханических форсунок, тут электромагнит при давлении 135 МПа не в состоянии поднять запорную иглу, потому употребляется принцип гидроусиления (рис. 5).
Сейчас "коммон рейл" реализует не только лишь двухфазный впрыск для понижения шумности либо выбросов NOx, да и трех-пятифазный. Готовятся системы с 15 маленькими импульсами впрыска - так формируется более предпочтительная для каждого режима дизеля черта впрыска.
КАЖДОМУ ЦИЛИНДРУ - СВОЮ ДИЕТУ
Уже на данный момент ведущие производители поменяли механические регуляторы Уатта электрическими. Их охарактеризовывает упругость управления, самодиагностика, внедрение запасных программ. Появились и собственные функции: питание каждого цилиндра в согласовании с его техническим состоянием и особенностями производства, отключение цилиндров, управление параметрами впрыска и др.
Наикрупнейшие мировые производители выпускают весь диапазон топливных систем. Какие из сейчас всераспространенных не приживутся, а какие станут пользующимися популярностью? Рядные насосы уже покинули класс легковых автомобилей и вытесняются с грузовиков. Распределительные ТНВД пока остаются более массовыми, но из-за большей трудности и накладности их роль и тем паче перспективы быстро сужаются. Самых новых и современных роторных насосов это задело даже в основном. Компания "Бош" планирует уже к 2006 году уменьшить долю распределительных насосов до 15%; ранее не выпускавшиеся электроуправляемые насос-форсунки и личные ТНВД завоюют 19% всего объема, а 62% объема выпуска будет приходиться на "коммон рейл".
Будущее российских дизелей не настолько прогнозируемо. На дизель ГАЗ-560 взамен "механической" чешской насос-форсунки просится новенькая, с электрическим управлением: она даст возможность изменять опережение впрыска. Для всех транПодвесканых дизелей применима и желательна "коммон рейл". На опытнейшем ЗМЗ-514 она уже работает. Но забугорные комплектующие очень подымут стоимость российских движков, а собственных готовых изделий и технологической базы нет. К огорчению, очень медлительно внедряются самые подходящие для Рф ТНВД с быстродействующими клапанами слива. Одно из разъяснений этого в том, что потребитель не заинтересован в современных движках. С учетом цены он совершенно точно выбирает устаревшие. Ситуацию могли бы поправить только муниципальные меры по стимулированию разработки, производства и, главное, приобретения новейшей техники.
Рис. 1. Ужесточение экологических норм потребовало прирастить давление впрыска. А это в свою очередь простимулировало внедрение новых систем подачи горючего.
Рис. 2. Насос-форсунки DDEC-II компании "Детройт Дизель Аллисон" с быстродействующим клапаном. При движении плунжера 3 электромагнит 1 закрывает клапан 2 и горючее устремляется не на слив, а в распылитель 5. При выключении электромагнита клапан раскрывается и через канал 4 отсекается подача. Момент включения электромагнита обусловливает опережение впрыска, момент выключения - величину подачи.
Рис. 3. Личный ТНВД с быстродействующим клапаном.
Рис. 5. Электрогидравлическая форсунка. При подаче на электромагнит 1 напряжения раскрывается маленький сливной шариковый клапан 2. Давление в камере управления 3 падает, и запорная игла 6 под действием высочайшего давления в кармашке распылителя 7 раскрывается. Чем подольше она открыта, тем больше подача и мощность дизеля. При выключении электромагнита клапан 2 запирается, давление в камере управления восстанавливается через жиклер 4. Мультипликатор 5 увеличенного поперечника стремительно закрывает иглу.
Рис. 4. Схема системы "коммон рейл".