Каковы перспективы развития у дизельных моторов и какие ноу-хау появились в их конструкции? Эти вопросы обсуждали на семинаре, организованном компанией Bosch.
)
)
)
)
)
)
)
)
)
 | | Каковы перспективы развития у дизельных моторов и какие ноу-хау появились в их конструкции? Эти вопросы обсуждали на семинаре, организованном компанией Bosch. |
Mестом проведения семинара стал пресс-центр трассы Формулы-1 в Венгрии. И это не случайно. Ведь все чаще дизельные болиды становятся победителями спортивных состязаний (например, Audi R10 в Ле-Мане и в Себринге). И хотя в Ф-1 этот тип двигателя не прижился, в последнее десятилетие дизельные технологии развиваются впечатляющими темпами.
Модификации легковых авто с дизельными моторами составляют половину новых автомобилей, регистрируемых в Европе. Если бы на таких машинах с меньшим в среднем на 30% расходом топлива ездили все автовладельцы только в одной Германии, экономия горючего составила бы более пяти миллиардов литров в год!
В конечном итоге это принесло бы огромную пользу и окружающей среде, так как дизельные двигатели выбрасывают примерно на 25% меньше углекислого газа – источника парникового эффекта. Решили бы и проблему с увеличенным выбросом дизелями частиц сажи и токсичных химических соединений, которые также загрязняют воздух и отрицательно влияют на здоровье человека. В соответствии с нормами Euro 4 (с 2005 года) выбросы сажи снизились на 90%, другие выбросы (угарный газ, окись азота и углеводороды) – на 95% по сравнению с началом 90-х. Вот почему оправдано вкладывание огромных средств в развитие дизельных технологий. Но остается вопрос: как удалось этому типу ДВС соответствовать постоянно ужесточающимся нормам токсичности и при этом не только не проигрывать в тяговитости и экономичности, но и улучшать эти показатели.
Пути к успеху
После того как разработчики систем питания дизелей узнали в начале 90-х о грядущем ужесточении норм токсичности отработавших газов автомобильных двигателей, возник серьезный вопрос – способен ли этот агрегат стать экологически чище. Сразу же стало ясно, что с классической механической системой питания с ее распределительными топливными насосами высокого давления (ТНВД) и гидромеханическими форсунками эту задачу не решить. Такая система устарела и не способна обеспечить высокую точность дозирования и многократную подачу топлива на одном такте сжатия.
Источник проблемы был выявлен, и ученые занялись поиском способов более своевременного впрыскивания топлива, высокоточного дозирования и т. д. В результате разработали два новых типа систем питания – в первом форсунку и плунжерный насос объединили в один узел, а в другом ТНВД начал работать на общую топливную магистраль (Common Rail), из которой топливо поступает на электромагнитные (или пьезоэлектрические) форсунки и впрыскивается по команде электронного блока управления. Но с принятием Евро 3 и 4 и этого оказалось мало, и в выхлопные системы дизелей внедрили сажевые фильтры и катализаторы (см. АЦ № 44’2006).
Каким же образом новые системы наделили способностью выполнять постоянно ужесточаемые требования экологов? Дело в том, что чем выше давление впрыска, тем точнее дозировка порций топлива и лучше качество его распыления, а соответственно – и смешивания с воздухом. В конечном итоге это и способствует более полному сгоранию топливо-воздушной смеси. Использование режима предварительного впрыскивания топлива позволило значительно уменьшить шумность работы дизеля. Существуют и другие способы решения проблем. Для каждой системы они разные.
Насос-форсунки
Насос-форсунки на каждом цилиндре приводятся в действие кулачковым валом. Объединение насоса и форсунки в одном узле существенно уменьшило объем топлива, который находится между плунжером насоса и распылителем. Это позволило снизить погрешности в процессе топливоподачи, которые происходили из-за сжимаемости топлива и колебаний давления в системе при использовании разделенной топливной аппаратуры. Для повышения точности работы насос-форсунок в них встроили электромагнитные клапаны, которые управляются ЭБУ. Максимальное рабочее давление впрыска в данной системе – 2050 бар.
Приверженцем насос-форсунок является концерн Volkswagen, который начал применять данный тип системы питания с 1998 года сначала на моделях VW (TDI), а затем и на Audi. В 1999 году трехцилиндровый VW Lupo стал первым серийным автомобилем с дизельным мотором, в котором показатели отработавших газов соответствовали нормам Евро 4. В настоящее время мощнейшими дизельными моторами V10 TDI с насос-форсунками оснащаются как легковые автомобили, так и внедорожники концерна. Силовые характеристики этого мотора – весьма впечатляющие. Так, в модели Touareg пятилитровый дизель имеет максимальную мощность 313 л. с. (при 3750 об/мин) и крутящий момент – до 750 Нм (при 2000 об/мин).
По мнению некоторых специалистов, более перспективной является система Common Rail, способная более точно управлять процессом впрыскивания.
Common Rail
Система питания Common Rail (CR) используется в дизелях серийных моделей с 1997 года. В ней топливо из общей топливной магистрали высокого давления впрыскивается под давлением 1300–1800 бар. Дозировка определяется электронным блоком управления системы, который учитывает данные целого ряда датчиков – положения педали акселератора, давления в топливной рампе, температурного режима двигателя, его нагрузки и т. п. На основе этих показаний компьютер определяет нужное для работы мотора количество топлива и момент его подачи.
Данный способ топливоподачи имеет ряд преимуществ. Обеспечивается более точная дозировка порций топлива на разных режимах работы мотора. Для оптимизации и смягчения процесса сгорания топливо можно подавать несколькими разными по объему порциями.
Количество вредных веществ при использовании CR сократили за счет более плавного наращивания давления впрыска топлива инжекторами с новой геометрией. Многократная подача топлива за один такт попутно обеспечивает снижение температуры в камере сгорания, при которой уменьшается образование окиси азота.
Сегодня выпускается два типа систем Сommon Rail – с электромагнитными и пьезоэлектрическими форсунками. Последние отличаются высочайшей скоростью срабатывания, обеспечивающей снижение токсичности выхлопа на 20%, а также увеличение мощности, уменьшение расхода топлива и снижение уровня шума. Кстати, в прошлом году инженеры компаний Bosch и Siemens VDO получили премию президента Германии в области инноваций и передовых технологий Deutscher Zukunftspreis за разработку и внедрение технологии пьезоэлектрического впрыска топлива.
Характеристики двигателя во многом зависят от давления впрыска. Уже сейчас оно увеличено до 1800 бар, а к 2007 году повысится до 2000 бар. В 2008 г. в серию будет запущено четвертое поколение Common Rail с давлением впрыска 2500 бар.
| Принцип работы дизеля | |
| |
|
| Фрагменты истории | |
| |
|
)
)
)
)
| |
| |
|