Ecoparcovka.ru

ЭкоПарковка СТО
7 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое система впрыска и дизельный двигатель

Обзор систем впрыска дизельных двигателей

Можно долго и нудно объяснять принцип действия различных систем впрыска применяемых в моторостроении, принцип работы самого двигателя и системы его управления. Из той информации – реально для владельца важна лишь 1/10 часть: количество потребляемого топлива на 100 км пути, вид установленной на моторе системы впрыска топлива, мощность мотора, «живучесть» системы и, если всё же потребуется, стоимость ремонта/новой детали.

На сегодняшний день в моторостроении применяется несколько систем впрыска топлива от 5 основных производителей, представленных в нашей стране. Это компании BOSCH, ZEXEL(Diesel-Kiki), DENSO(NIPPON-DENSO), DELPHI(Lucas), Continental/VDO(Siemens).

Львиную долю рынка занимает концерн BOSCH (Германия) — «пионеры» в серийном производстве топливной аппаратуры (с 1925 г.)

1927 г. Топливный насос для легкового автомобиля Stoewer. При объеме 2.6 литра этот мотор развивал 27 л.с. примерно 20 кВт.

Данная конструкция ТНВД (PE –type) дожила до наших дней, претерпев множество изменений.

Топливный насос для автомобиля MAN TG-A. Мощность 460 л.с. (345 кВт). На данный момент является конечным этапом развития ТНВД с рядной компоновкой. В отличие от предыдущих поколений механизм опережения встроен в корпус. Имеет электромеханическое управление количеством впрыска и углом начала впрыска.

Но в связи с невозможностью обеспечить всё более ужесточающиеся экологические требования, дальнейшая модернизация не проводится. Концерн разработал за прошедший век топливные насосы различных конструкций.

Примерно в те же годы развивается и основной конкурент BOSCH — LUCAS CAV (Великобритания). Создаются и разрабатываются конструкции, принципиально отличающиеся, но выполняющие функции такие же как и немецкие аналоги. Для грузовиков создается ТНВД со съемной головкой высокого давления (аналогичная схема использована в ТНВД Алтайского Завода Прецизионных Изделий и TGL(ГДР) – для IFA). Позднее для тяжелых двигателей была разработана собственная система насос-форсунок и индивидуальных насосов с электроуправляемыми клапанами, построенная по собственной технологии (несмотря на схожесть с немецкими аналогами). Для быстроходных двигателей создается семейство распределительных насосов DPA(лицензионным производством которых занялся венгерский завод «MEFIN»). На смену DPA пришел DPC, а позднее DP 200(210), EPIC (ТНВД с управлением электроклапанами, в России наиболее часто встречается на автомобилях FORD Transit и Mercedes-Benz). Схема оказалась настолько «живучей», что была применена при разработке ТНВД для Common Rail, по такому же принципу создан насос VP44 (BOSCH). В начале 2000 года фирма LUCAS CAV была приобретена американским концерном DELPHI. Продукция концерна поставляется многим автопроизводителям.

Бренд ZEXEL появился в 1939 году, когда японская фирма DIESEL KIKI купила лицензию у BOSCH на производство дизельных топливных насосов высокого давления, и с помощью немецких специалистов организовала их выпуск. В 1990-м году, компания производящая продукцию под маркой Zexel, стала называться Zexel Corporation. В 2000-м году была реорганизована под названием Bosch Automotive Systems Corporation (RBAJ), то есть стала японским отделением корпорации BOSCH. Топливная аппаратура данного производителя хотя и повторяет модельный ряд BOCSH, но имеет ряд конструктивных особенностей. Таких, как система электромеханических регуляторов.

Свою историю компания DENSO начала в 1949 году под названием Nippon Denso. В 1996 она была преобразована в корпорацию DENSO, так как предыдущее название переводилось с японского языка, как «Японские электронные запчасти», что не соответствовало достигнутому уровню развития компании, которая расширила рынок продаж своих комплектующих, кроме Японии, на рынки Европы, Америки и Азии. Долгое время компания производила распределительные насосы по лицензии BOSCH. Но DENSO в 1995 году впервые в мире применила систему Common Rail на серийном автомобиле Toyota – Hino, после чего данная система получила признание во всем мире. По похожей схеме разработана система BOSCH CP2.

Компания SIEMENS AG/VDO представлена на российском рынке в основном системами Common Rail. Принципиальным отличием от остальных производителей является использование управляющего элемента из пьезокристаллического пакета. Это повышает скорость срабатывания управляющего элемента в несколько раз, в сравнении с индуктивными элементами.

Ещё одна компания, активно присутствующая на российском рынке – MOTORPAL(Чехия). Данная фирма выпускает рядные ТНВД для спецтехники и сельхозтехники, а так же Газель (механические насос-форсунки) и УАЗ Hunter(рядный ТНВД). Компания активно проводит разработки альтернативы системе Common Rail (TIER 3).

Ну, вот с производителями ТНВД мы определились, теперь попробуем определиться «что за зверь такой создает давление?».

Рядные ТНВД (PE – type) классификация Bosch

Из названия класса – расположение насосных секций в ряд, по одной на каждый цилиндр. Имеет собственный корпус, кулачковый вал, систему изменения цикловой подачи в зависимости от изменения режима нагрузки на двигатель (центробежный и/или всережимный регулятор), автомат опережения впрыска, топливоподающий насос. В более поздних версиях механические регуляторы уступили место электромеханическим (RE – type).

Распределительные ТНВД (VE – type)

Класс ТНВД применяемый в основном на легковых автомобилях и легком коммерческом транспорте. Имеют один плунжер, могут поддерживать работу от 2 до 6 цилиндров. Плунжер, двигаясь аксиально – создает давление, одновременно вращаясь – распределяет топливо под высоким давлением по цилиндрам. В корпусе конструктивно объединены несколько систем: Приводной вал, топливоподающий насос, центробежный и всережимный регуляторы, автомат опережения впрыска, механизм коррекции цикловой подачи по давлению наддува или в зависимости от положения над уровнем моря, автомат облегчения старта. Несмотря на весьма обширный список устройств, все они расположены в одном корпусе, довольно малого размера и веса. С 1986 года применяются как механические регуляторы, так и электромеханические.

Распределительные ТНВД DP(A/C) –type(VP44/VRZ)

Данный тип был разработан фирмой Lucas CAV. Принципиальным отличием от Bosch VE является использование 2, 3 или 4 радиально движущихся навстречу друг другу плунжеров. Ротор, в котором находятся плунжера, вращаясь, распределяет топливо по цилиндрам. Остальные функциональные возможности и принципы действия систем похожи на описанные выше насосы VE. С разработкой и внедрением быстродействующих клапанов, появились насосы серий EPIC(Lucas), VP44(Bosch), VRZ(ZEXEL), V4(DENSO). Для корректировки погрешностей механической обработки применяется метод программного корректирования.

Насос-форсунки (PDE/UIS)

Данная система объединяет в одном корпусе насосную секцию и форсунку. Привод насосной секции осуществляется от распределительного вала двигателя. Регулировка подачи топлива осуществляется как с помощью зубчатой рейки (регулятор установлен на двигателе), так и с помощью электромагнитного клапана. В насос-форсунках американских двигателей применены гидравлические привода. Система находит применение не только на грузовых автомобилях, но и на легковых (Land Rover, VW) Система выпускается четырьмя производителями — Bosch, Delphi, Continental/VDO, Motorpal.

Индивидуальные насосы (PLD/UPS)

Насосная секция в данной системе, как и в предыдущей, приводится в действие от распределительного вала двигателя (при установке непосредственно в ГБЦ), так и от отдельного кулачкового вала (при установке в отдельный корпус). Для впрыска топлива в цилиндры применяется обычная форсунка. Различие с традиционными системами впрыска состоит в том, что применяется короткая трубка высокого давления с минимальными изгибами, в свою очередь это позволяет добиться более стабильных результатов. Для регулирования количества подачи применяется как зубчатая рейка, так и электроклапан. Наиболее широко эта система применяется на строительной технике и грузовых автомобилях. Таких как DAF XF95, MERSEDES Atego/Actros, RENAULT Magnum.

Common Rail (общая дорога (англ.)). Аккумуляторная система впрыска

На данный момент система является вершиной эволюции ТПА. За счет увеличения давления впрыска (до 2000 бар.) удалось добиться снижения расхода топлива, снижения токсичности выхлопа (за счет выполнения до 9 впрысков за один рабочий такт в цилиндре). Топливные насосы производства BOSCH, DENSO и SIEMENS построены по схожим схемам. DELPHI использует собственную схему, пришедшую от серии DPA/DPC. Впрыск топлива в цилиндры осуществляется через электроуправляемые форсунки SIEMENS и BOSCH используют в своих инжекторах пьезокерамические пакеты, в качестве управляющих элементов. Система применяется практически всеми производителями дизельных моторов, как легковых, так и грузовых автомобилей.

Уважаемый посетитель! Мы физически не можем отвечать на каждый комментарий..
Для того, чтобы Вы могли самостоятельно (или с помощью ближайшего автосервиса) устранить неисправности дизеля, мы разработали ОнлайнДиагностику. Это интерактивное руководство, которое содержит все известные причины неисправностей дизельных двигателей и указывает пути достижения правильной работы конкретного двигателя.

Приглашаем вас воспользоваться ОнлайнДиагностикой прямо сейчас!

Система питания с рядным ТНВД можно считать «родителем» всех остальных, поскольку она является первой, используемой на дизельных моторах. Но сейчас она уже считается устаревшей и практически не используется.

Рядный ТНВД на 8 форсунок

Изначально эта система была полностью механической, но после в ее конструкции начали использоваться электромеханические элементы (касается регуляторов изменения цикловой подачи дизтоплива).

Основная особенность этой системы заключена в насосе. В нем плунжерные пары (прецизионные элементы, создающие давление) обслуживали каждый свою форсунку (количество их соответствовало количеству форсунок). Причем эти пары размещались в ряд, отсюда и название.

К достоинствам системы с рядным насосом можно отнести:

  • Надежность конструкции. Насос имел систему смазки, что обеспечивало узлу большой ресурс;
  • Невысокая чувствительность к чистоте топлива;
  • Сравнительная простота и высокая ремонтопригодность;
  • Большой ресурс насоса;
  • Возможность работы мотора при отказе одной секции или форсунки.
Читать еще:  Давление в конце сжатия бензинового двигателя

Но недостатки у такой системы более существенны, что и привело к постепенному отказу от нее и отданию предпочтения более современным. Негативными сторонами такого впрыска считаются:

  • Невысокие быстродействие и точность дозировки топлива. Механическая конструкция просто не способна это обеспечить;
  • Сравнительно невысокое создаваемое давление;
  • В задачу ТНВД входит не только создание давления топлива, но еще и регулировка цикловой подачи и момент впрыска;
  • Создаваемое давление напрямую зависит от оборотов коленчатого вала;
  • Большие габариты и масса насоса.

Эти недостатки, и в первую очередь – невысокое создаваемое давление, привело к отказу от этой системы, поскольку она просто перестала вписываться в стандарты по экологичности.

Системы питания дизельных двигателей: обзор

Если разделить системы питания дизельных моторов, которые получили наибольшее распространение, можно выделить следующие решения:

  • Система питания, в основе которой лежит ТНВД рядного типа (рядный ТНВД);
  • Система топливоподачи, которая имеет ТНВД распределительного типа;
  • Решения с насос-форсунками;
  • Топливный впрыск Common Rail (аккумулятор высокого давления в общей магистрали).

Указанные системы также имеют большое количество подвидов, при этом в каждом случае тот или иной тип является основным.

  • Итак, начнем с самой простой схемы, которая предполагает наличие рядного топливного насоса. Рядный ТНВД представляет собой давно известное и проверенное решение, которое используется на дизелях не один десяток лет. Такой насос активно используется на спецтехнике, грузовиках, автобусах и т.д. Если сравнивать его с другими системами, насос достаточно большой по своим габаритам и весу.

В результате предварительно сжатое топливо поступает на форсунку, после чего происходит впрыск. После того, как плунжер начнет двигаться обратно вниз, открывается канал для впуска топлива. Через канал горючее заполняет пространство над плунжером, далее цикл повторяется. Чтобы солярка попадала в плунжерные пары, дополнительно в системе имеется отдельный подкачивающий насос.

Сами плунжеры работают благодаря тому, что в устройстве насоса имеется кулачковый вал. Этот вал работает подобно распредвалу в ГРМ, где кулачки «толкают» клапана. Сам вал насоса приводится от двигателя, так как ТНВД соединен с мотором при помощи муфты опережения впрыска. Указанная муфта позволяет корректировать работу и подстраивать ТНВД в процессе эксплуатации двигателя.

  • Система питания с распределительным насосом не сильно отличается от схемы с рядным ТНВД. Распределительный ТНВД похож на рядный по конструкции, при этом в нем уменьшено количество плунжерных пар.

Другими словами, если в рядном насосе пары необходимы на каждый цилиндр, то в распределительном достаточно 1 или 2 плунжерных пар. Дело в том, что одной пары в этом случае достаточно для подачи горючего в 2, 3 или даже 6 цилиндров.

Дальнейшее развитие этой схемы привело к появлению более современного роторного ТНВД. В таком насосе применен ротор, в котором установлены плунжеры. Указанные плунжеры движутся навстречу по отношению друг к другу, а ротор осуществляет вращение. Так происходит сжатие и распределение солярки по цилиндрам мотора.

Главным плюсом распределительного насоса и его разновидностей является сниженный вес и компактность. При этом настраивать данное устройство сложнее. По этой причине дополнительно используются схемы электронного управления и регулировки.

  • Система питания типа «насос-форсунка» представляет собой схему, где изначально отсутствует отдельный ТНВД. Если точнее, форсунка и насосная секция были объединены в одном корпусе. В основе лежит уже знакомая плунжерная пара.

Также использование насос-форсунок позволяет избавиться от отдельного привода ТНВД. Плунжеры в насос-форсунке приводятся в действие от распредвала ГРМ, который установлен в ГБЦ. Такие особенности позволили дизельным моторам с насос-форсунками получить широкое распространение не только на грузовиках, но и на крупных легковых автомобилях (например, дизельные внедорожники).

  • Система Сommon Rail является одной из самых современных решений в области топливного впрыска. Также данная схема питания позволяет добиться максимальной экономичности одновременно с высоким КПД дизельного двигателя. Параллельно снижается и токсичность отработавших газов.

Система была разработана немецкой фирмой Bosch в 90-х годах. С учетом очевидных преимуществ за короткое время подавляющее большинство дизельных ДВС на легковых и грузовых авто стали оснащать исключительно Сommon Rail.

Общая схема устройства основана на так называемом аккумуляторе высокого давления. Если просто, горючее находится под постоянным давлением, после чего подается к форсункам. Что касается аккумулятора давления, данный аккумулятор фактически является топливной магистралью, куда горючее нагнетается при помощи отдельного ТНВД.

Благодаря тому, что давление в аккумуляторе постоянное, стало возможным реализовать быстрый и «многослойный» впрыск топлива через форсунки. Современные системы в двигателях Common Rail позволяют форсункам сделать до 9 дозированных впрысков.

В результате дизельный двигатель с такой системой питания экономичный, производительный, работает мягко, тихо и эластично. Также использование аккумулятора давления позволило сделать конструкцию ТНВД на дизельных моторах более простой.

Добавим, что высокоточный впрыск на двигателях Common Rail является полностью электронным, так как за работой системы следит отдельный блок управления. В системе используется группа датчиков, которые позволяют контроллеру точно определить, сколько дизтоплива нужно подать в цилиндры и в какой момент.

Плюсы и минусы системы впрыска дизельного топлива

Безусловно, самое весомое преимущество систем впрыска дизельного топлива перед инжекторами бензиновых двигателей – это высокий КПД. Этот показатель на современных дизельных двигателях с аккумуляторным впрыском, турбонаддувом и промежуточным охлаждением достигает 55%, в то время как КПД одного из самых совершенных бензиновых моторов серии TSI от Volkswagen едва дотягивает до 45%. Поэтому дизели могут похвастаться весьма скромным «аппетитом».

Специфика дизельных двигателей в возможности развивать высокий крутящий момент в зоне низких оборотов. Именно по этой причине дизели стали применять на грузовиках и автобусах раньше. При адаптации моторов этого типа для использования в легковых автомобилях инженерам пришлось значительно перерабатывать трансмиссию.

Однако высокий КПД имеет и негативную сторону. Дизели, отдающие мало тепла при работе, плохо нагреваются, из-за чего многим производителям приходится оснащать свои автомобили с дизельными двигателями системами подогрева, работающими от электричества, чтобы обеспечить работу отопительной системы автомобиля.

Применение турбонаддува придало импульс использованию дизельных двигателей в легковых автомобилей, так как позволило добиться от них сопоставимых с бензиновыми моторами динамических характеристик

Еще одна проблема систем впрыска дизельных двигателей – качество топлива. К примеру, в России оно пока оставляет желать лучшего. Основное нарушение — продажа летнего дизтоплива под видом зимнего. Разница эта может быть фатальной для запуска зимой, так как летняя солярка при отрицательных температурах легко замерзает, обездвиживая автомобиль.

Другой недостаток систем впрыска дизельного топлива – сложность и дороговизна ремонта, который могут качественно осуществить лишь немногочисленные специализированные сервисные станции.

Устройство автомобилей

Общие сведения о системе питания Common Rail

Система впрыска Common Rail (Common Rail в переводе с английского — «общий путь», «общая рампа») является современной системой впрыска топлива дизельных двигателей. Впрочем, аналог такой системы применяется и в бензиновых двигателях с принудительным впрыском топлива, т. е. инжекторных двигателях.
Разработчиками системы Common Rail являются специалисты известной германской фирмы Bosch. На серийных автомобилях с применением электронного управления такие системы появились в 1997 году.
В настоящее время работы по применению систем Common Rail ведутся практически во всех фирмах-производителях ТПА (R.Bosch, Lucas, Siemens, L’Orange).

Основное принципиальное отличие системы Common Rail от рассмотренной в предыдущей статье классической системы питания заключается в том, что топливо к форсункам подается не непосредственно от ТНВД, а от общего накопителя – топливной рампы. Топливная рампа (аккумулятор топлива) представляет собой толстостенный цилиндрический сосуд, способный выдерживать высокое давление, развиваемое ТНВД. В рампе поддерживается постоянное давление топлива с помощью ТНВД и регулятора давления, и каждая форсунка соединена топливопроводом с рампой.
В нужный момент блок управления формирует управляющий сигнал на электромагнитный (или пьезоэлектрический) клапан форсунки, форсунка открывается и топливо впрыскивается в цилиндр.
Таким образом, главной отличительной особенностью системы Common Rail является разделение процессов создания давления и впрыска топлива, что позволяет получить ряд преимуществ в работе.

Применение данной системы позволяет снизить расход топлива, токсичность отработавших газов, уровень шума дизеля, а также значительно улучшить его динамические характеристики. По сравнению с обычным дизелем система Common Rail позволяет снизить расход топлива до 40% при уменьшении токсичности отработавших газов и снижении шумности при работе на 10 %.
Главным преимуществом системы Common Rail является возможность управления подачей топлива посредством компьютера (электронного блока управления), что позволяет осуществлять широкий диапазон регулирования давления, количества и момента начала впрыска топлива.

Конструктивно система впрыска Common Rail составляет контур высокого давления топливной системы классического дизельного двигателя. В системе используется непосредственный впрыск топлива, т.е. дизельное топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания.
Система Common Rail включает топливный насос высокого давления, клапан дозирования топлива, регулятор давления топлива (контрольный клапан), топливную рампу и форсунки. Все элементы объединяют топливопроводы.

Читать еще:  Что означает объем двигателя машины

Топливный насос высокого давления (ТНВД) служит для создания высокого давления топлива и его накопления в топливной рампе. На современных дизелях, оборудованных системой питания Common Rail применяют топливные насосы высокого давления радиально-плунжерного или плунжерного типа.
Более подробно о ТНВД радиально-плунжерного типа здесь.

Клапан дозирования топлива регулирует количество топлива, подаваемого к топливному насосу высокого давления в зависимости от потребности двигателя. Клапан конструктивно объединен с ТНВД.

Регулятор давления топлива предназначен для управления давлением топлива в системе, в зависимости от нагрузки на двигатель. Он устанавливается в топливной рампе.

Топливная рампа предназначена для выполнения нескольких функций: накопления топлива и содержание его под высоким давлением, смягчения колебаний давления, возникающих вследствие пульсации подачи от ТНВД, распределения топлива по форсункам.

Форсунка — важнейший элемент системы, непосредственно осуществляющий впрыск топлива в камеру сгорания двигателя. Форсунки связаны с топливной рампой топливопроводами высокого давления. В системе используются электрогидравлические форсунки или пьезофорсунки.
Впрыск топлива электрогидравлической форсункой осуществляется за счет управления электромагнитным клапаном. Активным элементом пьезофорсунки являются пьезокристаллы, значительно повышающие скорость работы форсунки.

Управление работой системы впрыска Common Rail обеспечивает система управления дизелем, которая объединяет датчики, блок управления двигателем и исполнительные механизмы систем двигателя. Основными исполнительными механизмами системы впрыска Common Rail являются форсунки, клапан дозирования топлива, а также регулятор давления топлива.

Принцип действия системы впрыска Common Rail

Принцип работы системы питания Common Rail достаточно прост, и попытки ее применения известны достаточно давно – более полувека назад. Тем не менее, максимального эффекта от использования такой системы питания удается получить лишь с помощью компьютерного управления работой двигателя, поэтому широкое распространение подобные системы получили лишь недавно.
Рассмотрим подробнее работу Common Rail на приведенной ниже схеме (рис. 2).

С помощью топливоподкачивающего насоса (ТПН) топливо закачивается из топливного бака и через фильтр с влагоотделителем подается в радиально-плунжерный насос высокого давления (ТНВД) , который с помощью эксцентрикового вала приводит в движение три плунжера.
Топливный насос высокого давления напрямую связан с распределительным валом и подает порцию топлива в рампу при каждом обороте, а не так как в обычном двигателе один раз за два оборота.
От ТНВД топливо под большим давлением поступает в гидроаккумулятор (топливную рампу), откуда поступает на электро- или пьезогидравлические форсунки, управляемые компьютером.
Излишки топлива от форсунок и ТНВД сливаются в топливный бак через топливопроводы слива (магистраль обратного слива).

Схему можно увеличить в отдельном окне браузера, щелкнув по ней мышкой.

В нужный момент блок управления (ЭБУ) дает команду соответствующим форсункам на начало впрыска и обеспечивает определенную продолжительность открытия клапана форсунки. В зависимости от режимов работы двигателя блок управления двигателем корректирует параметры работы системы впрыска.

Начало впрыска и количество топлива, подаваемого в цилиндры двигателя через форсунки, зависит от начала и продолжительности сигнала электронного блока управления, формируемого на основании информации от датчиков. Этот сигнал зависит от нескольких параметров, в первую очередь — от режима работы двигателя.
Система управления дизелем включает датчики оборотов двигателя, положения коленчатого вала (датчик Холла), положения педали акселератора, расходомер воздуха, температуры охлаждающей жидкости, давления воздуха, температуры воздуха, давления топлива, кислородный датчик (лямбда-зонд) и некоторые другие.

Давление в системе регулируется по сигналу блока управления с помощью регулятора. На холостом ходу оно минимальное, что снижает шум работы форсунок и ТНВД, а при разгоне максимальное для обеспечения лучшей приемистости.

Многократный впрыск в системе Common Rail

Поскольку давление впрыска не зависит от оборотов двигателя и нагрузки, фактическое начало, давление и продолжительность впрыска могут быть свободно выбраны в широком диапазоне значений.
Кроме того, появляется возможность применения предварительного впрыска (или даже нескольких впрысков), регулируемого в зависимости от потребностей двигателя, что приводит к существенному сокращению шума двигателя наряду с улучшением процесса сгорания и сокращением выброса вредных веществ с отработавшими газами.

С целью повышения эффективной работы двигателя в системе Common Rail реализуется многократный впрыск топлива в течение одного цикла работы двигателя. При этом различают: предварительный впрыск, основной впрыск и дополнительный впрыск.

Предварительный впрыск небольшого количества топлива производится перед основным впрыском для повышения температуры и давления в камере сгорания, чем достигается ускорение самовоспламенения основного заряда, снижение шума и токсичности отработавших газов. В зависимости от режима работы двигателя производится:

  • два предварительных впрыска — на холостом ходу;
  • один предварительный впрыск — при повышении нагрузки;
  • предварительный впрыск не производится — при полной нагрузке;
  • основной впрыск обеспечивает работу двигателя в режиме частичных и номинальных нагрузок.

Дополнительный впрыск производится для повышения температуры отработавших газов и сгорания частиц сажи в сажевом фильтре (регенерация сажевого фильтра).

Достоинства и недостатки системы Common Rail

Как уже отмечалось выше, использование в дизелях системы питания Common Rail вместо классической системы питания дает ощутимый прирост мощности, экологичности и экономичности двигателю. Уменьшение расхода топлива, выброса вредных веществ, шума, наряду с повышением динамических показателей достигается возможностью компьютерного управления всеми процессами впрыска, что невозможно осуществить в традиционных системах питания, даже самых сложных и совершенных.

К существенным недостаткам системы Common Rail следует отнести сложность обслуживания, требующего от технического персонала высокой квалификации и необходимость применения специального оборудования для тестирования работы системы. Поэтому, если автомобиль эксплуатируется в условиях ограниченного технического сервиса невысокого уровня, надежнее использовать классическую систему питания.

Следует отметить, что система питания Common Rail подвергает моторное масло значительным тепловым нагрузкам. Из-за более интенсивного горения верхняя часть (головка) поршней нагревается гораздо сильнее, чем у классического дизельного двигателя. Если головка поршня у классического дизеля непосредственного впрыска нагревается до 320-350 °C, при работе с системой питания Common Rail — свыше 400 °С.
В результате моторное масло выгорает и окисляется значительно интенсивнее. По этой причине в смазочной системе дизелей с впрыском типа Common Rail необходимо использовать синтетические или полусинтетические моторные масла.

Перспективы развития системы питания Common Rail

Совершенствование системы питания Common Rail осуществляется по пути увеличения давления впрыска. Очевидно, что чем выше давление в системе в момент впрыска, тем больше топлива успевает попасть в цилиндр за равный промежуток времени и, соответственно, реализовать большую мощность двигателя. Кроме того, впрыск под большим давлением обеспечивает высокое качество распыливания топлива форсункой, что благотворно сказывается на процессах смесеобразования и горения.
В современных двигателях повышение давления впрыска ограничивается прочностью аккумулятора топлива (рампы) и топливопроводов высокого давления, которые подвержены пульсирующим и вибрационным нагрузкам при работе двигателя и способны разрушиться.
Тем не менее, за полтора десятка лет инженерными решениями удалось увеличить давление на впрыске более, чем в полтора раза – у современных дизелей с системой питания Common Rail оно достигает 220 МПа и даже более.

Высокое давление впрыска надежнее обеспечить, используя систему питания типа насос-форсунка, о которой пойдет рассказ в следующей статье.

Документация

Этот пример показывает встроенную многоэлементную дизельную систему впрыска. Это состоит из распредвала, насоса лифта, четырех встроенных насосов закачки и четырех инжекторов.

Модель

Описание системы впрыска

Дизельную систему впрыска, симулированную этой моделью, показывают в схематическом ниже.

Рисунок 1: принципиальная схема системы впрыска

Структура системы воспроизводится от Х. Хайслера, Транспортного средства и Технологии Engine (второй выпуск), 1999, и категоризирована как встроенная многоэлементная система впрыска. Это состоит из следующих основных единиц:

Встроенный насос закачки с четырьмя насосными элементами, одним элементом на цилиндр механизма

Распредвал несет пять бегунков. Первый является эксцентриковым бегунком, чтобы привести в движение насос лифта. Остающиеся четыре управляют ныряльщиками насоса закачки. Бегунки установлены таким способом, которым качающие элементы поставляют топливо в порядке увольнения и в правильный момент в цикле механизма операции. Насос лифта предоставляет топливо к потреблению элементов насоса закачки. Каждый элемент насоса закачки состоит из управляемого бегунком ныряльщика, клапана доставки и блока регулятора. Цель регулятора состоит в том, чтобы управлять объемом топлива, поставленного ныряльщиком цилиндру механизма.

Цель симуляции состоит в том, чтобы исследовать целую работу системы. Цель диктует степень идеализации каждого компонента в системе. Все системные модули будут описаны более подробно в следующих разделах.

Примечание: модель системы не представляет никакой конкретной системы впрыска. Все параметры рабочей области были присвоены на основе практических факторов и не представляют никаких конкретных параметров производителя.

Подсистема распредвала

Модель распредвала создана пяти моделей бегунка. Существует четыре параболических бегунка профиля и один эксцентриковый бегунок. Этот профиль движения вычисляется в зависимости от угла вала, полученного путем интеграции угловой скорости вала. Бегунок, который управляет ныряльщиком насоса закачки, имеет параболический профиль, под которым последователь двигается вперед-назад на постоянном ускорении. Это описано следующей системой уравнений:

положение последователя

диапазон последователя

угол бегунка (со считавшим углом фазы)

запуск дополнительного угла

дополнительный угол

запуск угла сокращения

угол сокращения

В результате в начале дополнительного угла последователь запускает перемещение и достигает его ключевой позиции после того, как вал повернет дополнительный дополнительный угол . Последователь запускает обратный ход в начале угла сокращения , и это берет угол сокращения , чтобы завершить это движение. Различие между концом расширения и запуском сокращения устанавливает жить угол в полностью расширенном положении. Профиль реализован в файле языка Simscape ParabolicCam.ssc использование блока Simscape Component.

Читать еще:  Датчик холостого хода мерс 111 двигатель

Каждый из четырех параболических бегунков возмещен друг от друга углом фазы. Соответствующие положения ныряльщика насоса закачки таким образом также возмещены друг от друга. Достигнуть этого, в течение краткого периода initialization_time после запуска симуляции соответствующая скорость вала инициализации отправляется в каждый параболический бегунок, чтобы вращать его к правильному углу фазы. После initialization_time , основной фрагмент системной симуляции системы впрыскивания топлива начинается.

Следующий график показывает расширение каждого насоса закачки, когда распредвал вращается. Когда расширение является нулем, все топливо было удалено из насоса. Порядок увольнения цилиндров механизма 1-3-4-2.

Профиль эксцентрикового бегунка вычисляется с формулой

где эксцентриситет. Уравнение реализовано с помощью блоков физического сигнала в Библиотеке Основы Simscape.

Снимите подсистему насоса

Модель насоса лифта, который является насосом типа поршня-и-диафрагмы, создана блока Single-Acting Actuator (IL) и двух Запорных клапанов (IL) блоки. Вход модели запорных клапанов и клапаны выхода, установленные с обеих сторон насоса лифта (см. рисунок 1). Контакт между роликом стержня насоса и бегунком представлен блоком Translational Hard Stop. Модели блока Translational Spring две пружины в насосе, которые обеспечивают постоянный контакт между роликом и бегунком.

Подсистема насоса закачки

Встроенный насос закачки является четырехэлементным насосным модулем. Каждый элемент предоставляет топливо к инжектору, который удаляет топливо к его цилиндру механизма. Все четыре элемента идентичны проектом. Подсистема Насоса закачки представляет поршень насоса и механизм управления насоса, в то время как подсистема Инжектора моделирует инжектор, установленный непосредственно на цилиндре механизма (см. рисунок 1).

Поршень насоса колеблется в барреле насоса, управляемом бегунком (см. рисунок 1). Ныряльщик моделируется как блок Single-Acting Actuator (IL). Когда ныряльщик спускается, емкость ныряльщика заполнена топливом, под давлением разработанным насосом лифта. Топливо входит через два отверстия, входной порт и порт разлива (см. рисунок 2 ниже).

Рисунок 2: взаимодействие ныряльщика с отверстиями управления в барреле

Модель механизма управления ныряльщика основана на следующих предположениях:

1. Существует три отверстия переменного сечения, смоделированные Отверстием Золотника (IL) блоки в схеме управления: вставьте порт, порт разлива и отверстие, сформированное спиральной канавкой и портом разлива. Открытия входа и отверстий разлива зависят от движения ныряльщика, в то время как открытие спирального отверстия канавки является функцией движения ныряльщика и вращения ныряльщика. Ради простоты смещение, сгенерированное вращением ныряльщика, представлено как источник линейного движения, которое объединено с перемещением ныряльщика.

2. Фигура ниже показов все размерности, необходимые, чтобы параметрировать Отверстие Золотника (IL) блоки:

Рисунок 3: Схематичный из инжекционных размерностей ныряльщика

где схематические обозначения и соответствующие названия параметра рабочей области

входной диаметр отверстия порта ( inlet_orifice_diameter )

диаметр отверстия порта разлива ( spill_orifice_diameter )

диапазон ныряльщика ( plunger_stroke )

расстояние между входным отверстием и главным положением ныряльщика ( -plunger_stroke + safety_gap + inlet_orifice_diameter + inlet_offset )

расстояние между отверстием порта разлива и главным положением ныряльщика ( -plunger_stroke + safety_gap + spill_orifice_diameter )

расстояние между отверстием порта разлива и верхним ребром спиральной канавки

Входное отверстие обычно располагается выше, чем отверстие разлива. Это представлено параметром рабочей области inlet_offset .

3. В параметризации отверстий ключевая позиция ныряльщика занята как источник, и движение в восходящем направлении рассматривается как движение в положительном направлении. Поэтому вход и отверстия порта разлива должны собираться открыться отрицательным смещением золотника, в то время как спиральное отверстие канавки должно собираться открыться положительным смещением золотника, поскольку это открывается, когда ныряльщик перемещается вверх.

4. Ныряльщиком эффективный диапазон является plunger_stroke — safety_gap — inlet_orifice_diameter — inlet_offset . Расстояние между отверстием порта разлива и верхним ребром спиральной канавки , может быть настроен путем вращения ныряльщика. Эта корректировка моделируется путем сдвига сигнала положения ныряльщика к спиральному отверстию канавки управляющим сигналом. Чем больше управляющий сигнал, тем раньше спиральное отверстие канавки открыто, таким образом уменьшив объем топлива, поставленного цилиндру. Максимальное значение управляющего сигнала равно эффективному диапазону. В этом значении спиральное отверстие канавки остается открытым все время.

Подсистема инжектора

Модель инжектора основана на блоке Single-Acting Actuator (IL) и блоке Needle Valve (IL). Клапан иглы обычно закрывается силой, разработанной к предварительно загруженной пружине. Когда сила, разработанная в полости привода, преодолевает упругую силу, клапан иглы открывает и позволяет топливу быть введенным в цилиндр механизма.

Результаты симуляции от осциллографов

Результаты симуляции от Simscape Logging

Этот график показывает положения и скорости потока жидкости выхода Насоса закачки 1 и Инжектор 1. Эффект профиля бегунка показывают в смещении Насоса закачки 1. Во время второй половины диапазона бегунка топливо выходит из насоса закачки и передает в инжектор. Топливо выходит из инжектора через клапан иглы. Инжектор моделируется как полость привода с предварительно загруженной пружиной, которая действует, чтобы сохранить топливо от насоса закачки временно и продвинуть его из инжектора более гладко.

Классическая система впрыска топлива.

Основана на использовании топливного насоса высокого давления. Он распределяет давление топлива по цилиндрам. В зависимости от схемы работы данного двигателя. Полость ТНВД наполняется топливом при помощи подкачивающего насоса. Который расположен на корпусе ТНВД и приводится в действие от вала ТНВД. Подкачивающий насос закачивает топливо из бака Направляет его в фильтры тонкой очистки. И затем топливо попадает в ТНВД. Полость топливного насоса высоко давления наполняется. В ней находятся плунжерные пары. Они захватывают топливо. И создают высокое давление. Которое и подаётся к форсункам. Форсунка устроена таким образом. Что накапливает получаемое давление от плунжера. И при достижении нужного давления открывает каналы через которые распыляется топливо. Это классическая схема. Насос позволяет менять частоту вращения коленчатого вала двигателя. Путем изменения количества подаваемого топлива в цилиндры.

Кроме этого некоторые насосы имеют возможность изменять угол опережения зажигания. За счет применения центробежных грузиков. При увеличении числа оборотов двигателя происходит смещение вала насоса относительно привода. Эта система рассчитывается на средние показатели работы двигателя. На различных предполагаемых режимах работы. И не может влиять на не предусмотренные нагрузки. Такие как уменьшение или увеличении перевозимого груза. Спуск подъем. Дорожное покрытие. Количество топлива будет соответствовать только количеств требуемых оборотов двигателя.

Соответственно топлива будет либо не хватать. Либо подаваться избыточное количество. В результате не достигается полное сгорание топлива в цилиндрах, и как результат низкий коэффициент полезного действия. Влияющий отрицательно на расход топлива и мощность двигателя и показатели экологии. Требования предъявляемые к экологии в конечном итоге оказались главным фактором эволюции системы впрыска. Чем топливо лучше сгорает в камере сгорания. Тем образуется меньше вредных выбросов окружающую среду. Соответственно чем эффективнее сгорание топлива лучше характеристики двигателя. Конструктора длительное время усовершенствовали систему впрыска дизельного топлива.

Но всё это были как правило вариации на тему ТНВД. Впрыск топлива производился в полном объёме. Поэтому при работе дизельного двигателя слышен характерный стук. Воспламеняется топливо поданное в цилиндр, давление возрастает В ВМТ до максимальной величины. И происходит сильный удар.

Современная система впрыска дизельного двигателя способна производить подачу впрыска в несколько этапов. Как производить производить предварительный поджог топлива. Предварительная подача топлива называется пилотным впрыском. Когда поршень проходит отметку угла опережения зажигания происходит предварительный впрыск топлива. Небольшое количество топлива загорается. Затем даётся еще какое то количество топлива.

Таких предварительных впрысков может достигать до 5. После пилотного впрыска происходит основной впрыск. Уже в горящее топливо. Основное количество топлива быстрее загорается и сгорает более эффективно. В результате двигатель работает плавно без резких ударов. А более полное сгорание топлива обеспечивает низкий уровень выброса вредных веществ и повышение мощностных характеристик двигателя. Подобный впрыск может обеспечить только система Комон рейл

Видео. Fairbanks Morse — вот это звук!

Старый двигатель Fairbanks Morse Model 32D, долгое время работал на ирригационных линиях и перемещал воду на поля, теперь находится двигатель в музее Потсвилля.

Fairbanks Morse and Company — американская производственная компания, действовавшая в конце XIX и начале XX веков. Изначально специализировалась на производстве весов, впоследствии диверсифицировалась в пользу насосов, двигателей, ветряков, кофемолок, мельниц, локомотивов и индустриальных поставок вплоть до своей продажи в 1958 году и использовала торговую марку Fairbanks-Morse.

Корпорация объединяет собой три различных направления, которые могут считаться потомками компании, однако ни одно не является прямым наследником оной. Все виды деятельности разделены между: Fairbanks Morse Engine (FME) — дочерняя компания EnPro Industries, производящая и обслуживающая двигатели, Fairbanks Scales (производство весов), Fairbanks Morse Pumps (производит насосы).

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector