1. Шляхи до успіху
2. Насос-форсунки
3. Common Rail

Mестами проведення семінару став прес-центр траси Формули-1 в Угорщині. І це не випадково. Адже все частіше дизельні боліди стають переможцями спортивних змагань (наприклад, Audi R10 в Ле-Мане і в Себринге). І хоча в Ф-1 цей тип двигуна не прижився, в останнє десятиліття дизельні технології розвиваються вражаючими темпами.

Модифікації легкових авто з дизельними моторами складають половину нових автомобілів, що реєструються в Європі. Якби на таких машинах з меншим в середньому на 30% витратою палива їздили всі автовласники тільки в одній Німеччині, економія пального становила б понад п'ять мільярдів літрів в рік!

В кінцевому підсумку це принесло б величезну користь і навколишньому середовищу, так як дизельні двигуни викидають приблизно на 25% менше вуглекислого газу - джерела парникового ефекту. Вирішили б і проблему зі збільшеним викидом дизелями частинок сажі і токсичних хімічних сполук, які також забруднюють повітря і негативно впливають на здоров'я людини. Відповідно до норм Euro 4 (з 2005 року) викиди сажі знизилися на 90%, інші викиди (чадний газ, окис азоту і вуглеводні) - на 95% в порівнянні з початком 90-х. Ось чому виправдано вкладання величезних коштів в розвиток дизельних технологій. Але залишається питання: як вдалося цього типу ДВС відповідати постійно посилюються нормам токсичності і при цьому не тільки не програвати в тяговитости і економічності, але і покращувати ці показники.

Шляхи до успіху

Після того як розробники систем живлення дизелів дізналися на початку 90-х про прийдешнє посилення норм токсичності відпрацьованих газів автомобільних двигунів, виникло серйозне запитання - чи здатна ця агрегат стати екологічно чистіше. Відразу ж стало ясно, що з класичної механічною системою харчування з її розподільними паливними насосами високого тиску (ТНВД) і гідромеханічними форсунками це завдання не вирішити. Така система застаріла і не здатна забезпечити високу точність дозування і багаторазову подачу палива на одному такті стиснення.

Джерело проблеми було виявлено, і вчені зайнялися пошуком способів більш своєчасного впорскування палива, високоточного дозування і т. Д. В результаті розробили два нових типи систем харчування - в першому форсунку і плунжерний насос об'єднали в один вузол, а в іншому ТНВД почав працювати на загальну паливну магістраль (Common Rail), з якої паливо надходить на електромагнітні (або п'єзоелектричні) форсунки і впорскується по команді електронного блоку управління. Але з прийняттям Євро 3 і 4 і цього виявилося мало, і в вихлопні системи дизелів впровадили сажові фільтри і каталізатори (див. АЦ № 44'2006).

Яким же чином нові системи наділили здатністю виконувати постійно посилюються вимоги екологів? Справа в тому, що чим вище тиск упорскування, тим точніше дозування порцій палива і краще якість його розпилення, а відповідно - і змішування з повітрям. В кінцевому підсумку це і сприяє більш повному згорянню паливо-повітряної суміші. Використання режиму попереднього впорскування палива дозволило значно зменшити гучність роботи дизеля. Існують і інші способи вирішення проблем. Для кожної системи вони різні.

Насос-форсунки

Насос-форсунки на кожному циліндрі приводяться в дію кулачковим валом. Об'єднання насоса і форсунки в одному вузлі істотно зменшило обсяг палива, який знаходиться між плунжером насоса і розпилювачем. Це дозволило знизити похибки в процесі подачі палива, які відбувалися через стискання палива і коливань тиску в системі при використанні розділеної паливної апаратури. Для підвищення точності роботи насос-форсунок в них вбудували електромагнітні клапани, які управляються ЕБУ. Максимальний робочий тиск упорскування в даній системі - 2050 бар.

Прихильником насос-форсунок є концерн Volkswagen, який почав застосовувати даний тип системи харчування з 1998 року спочатку на моделях VW (TDI), а потім і на Audi. У 1999 році трициліндровий VW Lupo став першим серійним автомобілем з дизельним мотором, в якому показники відпрацьованих газів відповідали нормам Євро 4. В даний час найпотужнішими дизельними моторами V10 TDI з насос-форсунками оснащуються як легкові автомобілі, так і позашляховики концерну. Силові характеристики цього мотора - досить вражаючі. Так, в моделі Touareg п'ятилітровий дизель має максимальну потужність 313 л. с. (При 3750 об / хв) і крутний момент - до 750 Нм (при 2000 об / хв).

На думку деяких фахівців, більш перспективною є система Common Rail, здатна більш точно управляти процесом впорскування.

Common Rail

Система харчування Common Rail (CR) використовується в дизелях серійних моделей з 1997 року. У ній паливо із загальної паливної магістралі високого тиску впорскується під тиском 1300-1800 бар. Дозування визначається електронним блоком управління системи, який враховує дані цілого ряду датчиків - положення педалі акселератора, тиску в паливній рампі, температурного режиму двигуна, його навантаження і т. П. На основі цих свідчень комп'ютер розпізнає потрібне для роботи мотора кількість палива і момент його подачі .

Даний спосіб подачі палива має ряд переваг. Забезпечується більш точне дозування порцій палива на різних режимах роботи мотора. Для оптимізації та пом'якшення процесу згоряння паливо можна подавати кількома різними за обсягом порціями.

Кількість шкідливих речовин при використанні CR скоротили за рахунок більш плавного нарощування тиску уприскування палива інжекторами з новою геометрією. Декілька подань палива за один такт попутно забезпечує зниження температури в камері згоряння, при якій зменшується утворення окису азоту.

Сьогодні випускається два типи систем Сommon Rail - з електромагнітними і п'єзоелектричними форсунками. Останні відрізняються високою швидкістю спрацьовування, що забезпечує зниження токсичності вихлопу на 20%, а також збільшення потужності, зменшення витрат палива і зниження рівня шуму. До речі, в минулому році інженери компаній Bosch і Siemens VDO отримали премію президента Німеччини в області інновацій і передових технологій Deutscher Zukunftspreis за розробку і впровадження технології п'єзоелектричного уприскування палива.

Характеристики двигуна багато в чому залежать від тиску уприскування. Вже зараз його збільшено до 1800 бар, а до 2007 року підвищиться до 2000 бар. У 2008 р в серію буде запущено четверте покоління Common Rail з тиском уприскування 2500 бар.

Принцип роботи дизеля

На сучасному етапі моторобудування у бензинових і дизельних моторів з'явилося дуже багато спільного. Наприклад, паливо впорскується безпосередньо в циліндри, дозування - декількома порціями, обидва оснащені каталізаторами і лямбда-зондами, топливоподачей управляє електроніка, обробляючи дані одних і тих же датчиків, і т. Д. Але тим не менше працюють вони по-різному.

Способи освіти і займання паливо-повітряної суміші - головні відмінності бензинового і дизельного двигунів. У бензиновому паливо-повітряна суміш запалюється в певний момент від іскрового розряду. У дизелі в циліндр потрапляє чисте повітря, який за рахунок великої ступеня стиснення (20: 1) розігрівається до 750 ° С. Дизпаливо впорскується під високим тиском в камеру згоряння при підході поршня до верхньої мертвої точки. А так як в цьому положенні повітря вже сильно розігрітий, після змішування з ним відбувається займання палива.

Більш висока економічність дизельного двигуна (в середньому на 30%) у порівнянні з бензиновим обумовлена ​​більш високим ККД дизеля (у дизеля - 35-45%, у бензинового - 25-35%).

фрагменти історії

Дизель, Бош, Нобель

Ці три людини, які увійшли в світову історію, мають безпосереднє відношення до створення, удосконалення і просуванню на ринку двигуна, паливо в якому запалюється від стиснення. Рудольф Дизель став творцем цього мотора, який і отримав його ім'я.

На відміну від розробників двигуна внутрішнього згоряння з примусовим займанням паливо-повітряної суміші - самоучок Ленуара і Отто, які йшли до мети методом практичних дослідів, Дизель підходив до проблеми інакше. Він справив необхідні аналітичні та термодинамічні розрахунки. Систематизував матеріал Дизель в 1893 р, в брошурі «Теорія і конструкція раціонального теплового двигуна, покликаного замінити парову машину та інші існуючі в даний час двигуни». Патент на «Робочий процес і спосіб займання одноциліндрового і багатоциліндрового двигуна» було отримано Дизелем роком раніше. Таким чином, новий двигун був готовий, але на папері: у вигляді формул і схем.

Щодо питання, коли дизельний мотор був втілений в металі, існують різні версії. За однією, перший в світі двигун потужністю 2,74 л. с. із запалюванням палива від стиснення був побудований в 1897 р За іншою - перший дизель був виготовлений швейцарською фірмою «Сафір АГ» в 1910 р Однак перший серійний автомобіль з дизельним двигуном був побудований лише в 1923 р

Одна зі спроб Рудольфа Дизеля (1908 р) встановити свій винахід на вантажний автомобіль закінчилася невдачею, після чого автор записав у своєму щоденнику: «уприскування палива без допомоги стиснутого повітря неможливий». Спростував це твердження в 1920 році німецький інженер Роберт Бош, який створив перший багатосекційний паливний насос високого тиску. Він замінив повітряний компресор, який до цього застосовували в дизелі. ТНВД дозволив збільшити частоту обертання коленвала дизельного двигуна, що і дало можливість масово його використовувати в серійних автомобілях. Незважаючи на це бензинові мотори залишилися на перших позиціях і тільки в 50-х і 60-х роках минулого століття дизелі стали широко застосовувати в таксі і невеликих фургонах, а після нафтової кризи 70-х років - і в легкових автомобілях.

А яке ж відношення до біографії дизельного мотора має Альфред Нобель? Справа в тому, що цей великий нафтопромисловець в 70-80 рр. XIX століття купив за 30 тис. Марок у Рудольфа Дизеля права на виробництво і продаж його двигунів в Росії. Він став безкоштовно (!) Пропонувати їх до виготовлення заводам, формуючи таким чином ринок споживачів нафти.

Юрій Дацик
Фото Bosch, AFP

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту і натисніть Ctrl + Enter.