САУ ДИЗЕЛЕЙ

Новые системы топливоподачи дизелей

На мировом рынке, вытеснив традиционные дизели, прочно заняли свое место три вида дизеля: с системой питания Common Rail (около 75% автомобильных и тракторных дизелей); с насос-форсун - ками — UJS (Unit Injection System) — дизели с литражом более 5...6 л, а также дизели с индивидуальными (столбиковыми) насосными секциями (дизели UPS— Unit Pump System), которые нашли применение в двигателях с большим диаметром цилиндра, мощное более 500 кВт: локомотивы, судовые двигатели и т.п. Под воздействием электроники они значительно изменили конструкцию, да и рабочий процесс.

Система Common Rail (CR)

Система Common Rail(CR) разработана фирмой Bosch в 1997 г. Применяется в дизелях на тракторах и автомобилях многих фирм. По данным фирмы Bosch, в 2005 г. более 60% дизелей автомобилей и тракторов уже выпускались с этой системой.

Общая схема (рис. 3.18) очень похожа на схему двигателя с впрыскиванием бензина. Она относится к аккумуляторным системам. ТНВД 4 постоянно нагнетает топливо в аккумулятор, давление в котором поддерживает регулятор давления 8. Постоянное давление в системе CR обеспечивает постоянную скорость впрыскивания (см. п. 3.1.2) Общая схема системы Common Rail

Рис. 3.18. Общая схема системы Common Rail:

1 — микропроцессор; 2 — топливный бак; 3 — подкачивающий насос (ТННД); 4 — топливный насос высокого давления (ТНВД); 5—магистраль высокого давления; 6 — датчик давления топлива; 7 — аккумулятор; 8 — регулятор давления; 9 — сливная магистраль; 10 — форсунка с электронным управлением; 11 — каналы связи МП с датчиками и исполнительными механизмами

Из этого уравнения можно сделать вывод, что чем больше перепад давления, тем выше скорость вылета струи топлива из сопла, а это обеспечивает хорошее дробление топлива.

Весь комплекс датчиков, МП СУ, форсунок и других элементов (различных реле) показан на рис. 3.19.

Датчики. В основном это датчики того же назначения, что и в двигателях ВИЗ. Дополнительно к инжекторной системе впрыскивания бензина в систему введены датчики: датчик давления турбокомпрессора (наддува) ДДН, датчик давления в аккумуляторе ДД Вх, датчик температуры топлива в аккумуляторе ДТТ.

Датчик наддува ДДН дает сигналы МП о необходимости изменения подачи топлива в зависимости от давления воздуха, попадающего в цилиндры после турбокомпрессора (ТКР). Датчик давления в аккумуляторе ДДВх позволяет М П управлять работой Д ВС на частичных режимах, т.е. при недогрузке двигателя. Датчик температуры топлива в аккумуляторе ДТТ служит для учета влияния модуля упругости жидкости (модуль второго рода), который зависит от ее температуры.

Блок-схема системы управления дизеля

Рис. 3.19. Блок-схема системы управления дизеля: ДС — датчик синхронизации; ДЦр — датчик педали акселератора; ДМР — датчик массового расхода воздуха; ДНО — датчик начала отсчета; ДДН — датчик давления нагнетателя; ДДВх — датчик давления на входе; ДТТ — датчик температуры топлива в аккумуляторе; ДТОж — датчик температуры охлаждающей жидкости

Исполнительные механизмы. Во-первых, в этих системах значительно (в 2—3 раза) увеличено давление впрыскивания. Это обеспечивает большую скорость впрыскивания и, следовательно, более мелкое дробление топлива. Ранее этого не позволяли сделать длинные топливопроводы высокого давления, которые «дышат» во время работы — меняют свой объем при прохождении волны давления. Это демпфирует, снижает давление. Поэтому в системе CR и с индивидуальными ТН ВД топливопроводы короткие (около 100 мм вместо 750... 1000 мм у стандартной системы), а у насос-форсунок их вообще нет. Короткие трубопроводы высокого давления (40... 100 мм) обеспечивают минимизацию свободных объемов, что позволяет достичь очень высоких значений давления. Постоянная скорость впрыскивания при столь высоком давлении обеспечивает хорошее дробление топлива за весь период впрыскивания и его последующее сгорание. Все это резко уменьшает образование и выброс сажи (дымление).

Одним из недостатков традиционной системы дизелей считалась высокая токсичность, а точнее — выброс сажи (дымление). Сама по себе сажа безвредна , но хорошо адсорбирует токсические вещества. Сажа формируется при недожигании крупных капель топлива, которые обязательно образуются в традиционной системе. На рис. 3.20 показаны осциллограммы изменения давления под иглой форсунки в традиционной системе (кривая а), в системе Common Rail (кривая б) и при насос-форсунке (кривая в).

Сравнительная характеристика впрыскивания

Рис. 3.20. Сравнительная характеристика впрыскивания: а — традиционная система; б — система CR; в — насос форсунки с пьезоуправлением:

дф — давление впрыскивания; hu — подъем иглы ?,.....t5 — время подхода волны

давления, начало подъема иглы, начало впрыскивания, отсечки подачи, закрытие сопл;

I, II, III — фазы впрыскивания

В традиционной системе регулируют подачу плунжером с отсечной кромкой. Во время к игле форсунки подходит от плунжерной пары волна давления, давление под иглой резко нарастает. При т2 поднимается игла и открывает сопла — это начало впрыскивания, давление несколько падает, а затем резко возрастает до 50...70 МПа. В момент времени т3 проходит отсечка подачи, давление падает до остаточного р , которое потом остается в топливопроводе до следующей подачи. В начале подачи (период т3 и чуть позже) и в конце подачи (период т4...т5) есть моменты, где перепад давления маленький (относительно), значит, и скорость выхода топлива через сопла будет маленькой, т.е. будут образовываться крупные капли. Поэтому дизель дымит всегда! (Весь вопрос — насколько?)

В системе CR (см. кривую б) давление в аккумуляторе 120... 150 МПа. В момент открытия иглы форсунки давление несколько падает, но все равно перепад давления очень высок, что обеспечивает сразу высокую скорость впрыскивания топлива и высокую степень дробления топлива. Все это резко снижает сажеобразование; двигатели, по крайней мере, вписываются в нормы ЕВРО-4.

Кривые в соответствуют работе насос-форсунки и системам с индивидуальными секциями (индивидуальные ТНВД) и форсунками с пьезоуправлением. Характер подачи похож на работу традиционной форсунки, но со значительно большими давлениями. Во-первых, давление начала впрыскивания повышено до 25... 30 МПа; во-вторых, максимальное давление доведено до 150...300 МПа. В-третьих, быстродействие управления позволяет сделать не только однофазовое, но и двух- и даже трехфазовое впрыскивание.

У дизелей различают по распределению дозы впрыскивания по углу поворота коленчатого вала однофазный, двух- и трехфазный впрыск (рис. 3.21).

Осциллограмма давления под иглой форсунки и дифференциальные

Рис. 3.21. Осциллограмма давления под иглой форсунки и дифференциальные (I/) и интегральные (G) характеристики подачи в традиционной системе (а); дифференциальные 2-фазная в системе СИ (б) и 3-фазная подача насос-форсунки с пьезоуправлением (е)

Однофазный впрыск (см. рис. 3.21) присущ классическим дизелям — вся цикловая подача непрерывно подается через форсунку. Эта система дает подачу в первый период сгорания до 50...70% всей цикловой подачи. Это приводит к жесткой работе дизеля, повышенной шум- ности, а среднее давления впрыскивания 40...50 МПа, что не обеспечивает хорошего дробления топлива, ухудшает сгорание и вызывает значительное дымление дизеля.

Двухфазный впрыск (с электронным управлением): сначала подается 15...25% всей цикловой подачи (рис. 3.20, в и 3.21, б), а потом, после вспышки — остальная часть. Это снижает жесткость работы дизеля и шумность. Высокое давление впрыскивания обеспечивает

юо

хорошее дробление топлива, более полное его сгорание, меньшее дымление и, соответственно, лучшую экономичность.

При трехфазном впрыске (рис. 3.20 и 3.21, в в опытных моделях) 5... 10% цикловой подачи впрыскивают перед выпуском отработавших газов для дожигания остатков цикловой подачи.

Второй и третий способы возможны только при электронном управлении, более того — при пьезоуправлении. Обратите внимание: вторая фаза происходит после ВМТ, что способствует резкому снижению NOx. Правда, при этом ухудшается экономичность двигателя, но... за экологию «надо платить». Чем? Дополнительным расходом топлива. Такой способ позволяет выполнить нормы ЕВРО-4.

Форсунки. Команду на открытие и закрытие форсунки дает МП по сигналам датчиков и в соответствии с программами, заложенными в ПЗУ. Особенностью этих форсунок является то, что они открываются клапанами с приводом от ЭМ-катушеек (электромагнитный клапан) либо от столбика пьезокристаллов.

Несмотря на то что скорость тока в проводах катушки очень высокая, однако все-таки требуется определенное время для прохождения сигнала, создания магнитного поля, коэрцитивной силы, способной преодолеть инерционность ярма катушки, массы клапана, пружины, массы иглы. Время от выдачи команды МП до открытия форсунки незначительное — в пределах 2...3° утла п.к.в. (поворот коленчатого вала).

Система показана, как принято многими фирмами, — впрыскивание начинается после ВМТ, что дает резкое снижение температуры газов при сгорании, а это резко снижает оксиды азота, т.е. это сделано из-за экологии.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >