Пламя без искры:дизельные технологии

Несмотря на рост популярности электромобилей, ученые-энергетики не видят единой альтернативы для автомобильного топлива из нефти, а значит, одна из ключевых ролей в повышении энергоэффективности транспорта по-прежнему отводится дизельным технологиям

Многие специалисты считают, что будущие нормы по выбросам CO2 в Европе (95 г/км) в 2020 году при минимальных дополнительных затратах будут достижимы только благодаря дизельной технологии.  Что же позволяет двигателю с воспламенением от сжатия держать высокие показатели экологичности и экономичности? Сегодня ни у кого не возникает сомнения, что роль первой скрипки в улучшении этих параметров играют системы впрыска топлива. От их совершенства во многом зависит развитие мирового моторостроения. Основные требования, предъявляемые к дизельным топливным системам, сейчас таковы: обеспечение лучшей экономии топлива, низкий уровень шума, надежность и длительный срок службы. В современных дизельных двигателях применяют три системы впрыска: Common Rail, электронно-управляемые насос-форсунки и единичные насосы в блоке цилиндров.

Производство ТНВД CP1H на заводе Bosch

С ОБЩЕЙ МАГИСТРАЛЬЮ

Система Common Rail, подразумевающая подачу топлива к форсункам от общего аккумулятора высокого давления, позволяет разделить во времени процессы нагнетания и впрыскивания топлива. Это обеспечивает более точную регулировку начала подачи топлива и возможность многократного впрыска в течение одного цикла работы двигателя. Различают предварительный, основной и дополнительный впрыски (последний обычно используется для регенерации фильтра твердых частиц).

Давление топлива в системе Common Rail постоянное, оно не зависит от оборотов и обеспечивается плунжерным насосом (линейный насос на тяжелых и средних дизелях или радиальное плунжерное устройство на легких). Электронное регулирование  производительности насоса позволяет существенно снизить потери в приводе.

В Common Rail используется два типа форсунок — электрогидравлические и пьезоэлектрические. Впрыск топлива электрогидравлической форсункой осуществляется за счет управления электромагнитным клапаном. Активным элементом пьезофорсунки являются пьезокристаллы, значительно повышающие скорость работы устройства (в 4 раза быстрее электромагнитного клапана).

Bosch считается лидером в производстве систем Common Rail. Для получения высокого давления в системе Common Rail может использоваться радиальный насос или линейное плунжерное устройство. Впрыск топлива электрогидравлической форсункой осуществляется за счет электромагнитного клапана. Топливная система Bosch CRSN3-25 с давлением впрыска 2500 бар

Крупнейшими мировыми производителями топливной аппаратуры являются компании Bosch, Denso, Delphi (правопреемник бренда Lucas). Лидером в производстве систем Common Rail считается Bosch. Компания вывела «рейл» на рынок в качестве массового продукта в 1997 году. А в 2005-м штутгартская марка получила отраслевую премию за создание пьезофорсунки. В 2012 году было произведено 75 млн комплектов Common Rail, большая часть из них приходится на системы с электрогидравлическими форсунками (видимо, значительную роль играет вопрос цены).

Несколько слов о новинках. В прошлом году для сегмента средних и тяжелых грузовиков выпущена форсунка CRSN3-25 с максимальным давлением впрыска 2500 бар. Данный продукт имеет три особенности.

Прежде всего, это специальная конструкция канала высокого давления, позволяющая минимизировать утечки топлива в дренажную магистраль. Второй особенностью является возможность более тонкого распыла с более тонкой гармонизацией с системами нейтрализации отработавших газов (например, Denoxtronic) или рециркуляции. Наконец, форсунка CRSN3-25 отличается незначительным падением давления, что особенно важно для быстрых и частных пусков, характерных для режима старт-стоп.

20-миллионный насос CP1H в музее Bosch в пригороде Штутгарта

Если говорить о преимуществах системы Common Rail, стоит упомянуть ее недорогую и несложную адаптацию к двигателям, изначально рассчитанным на ТНВД с механическим управлением и приводом от распределительного вала. Это качество особенно ценно для производителей двигателей, модернизирующих существующие силовые агрегаты под новые экологические нормы. В качестве примеров можно назвать адаптацию Common Rail на двигателях КАМАЗ-740.64, ММЗ Д-245, Д-263 и ЗМЗ-51432.10 для выполнения норм Евро-4.

КАЖДОМУ ЦИЛИНДРУ — СВОЙ НАСОС

Свое место под солнцем в дизельном мире имеют и так называемые интегральные системы. К ним относятся насосфорсунки (PDE) и индивидуальные насосные узлы (PLD). Насос-форсунки, количество которых соответствует числу цилиндров двигателя, устанавливаются в головке блока цилиндров, привод осуществляется от распределительного вала. Быстродействующий соленоидный клапан в соответствии с параметрами, определяемыми в программной карте двигателя, обеспечивает точную регулировку начала впрыска топлива и скорости потока. Кстати, данная конструкция также может применяться для выборочного отключения цилиндров.

Три плунжера насоса СP1N обеспечивают давление в рампе 1450 бар

Индивидуальные насосные узлы состоят из блока высокого давления с электромагнитным клапаном, короткого трубопровода и инжектора. Каждый цилиндр двигателя обслуживается отдельным модулем, выполненным как составная часть блока цилиндров (такое решение обеспечивает повышенную жесткость).

В настоящее время системы PDE и PLD от Bosch можно встретить, в частности, на автомобилях Volkswagen (первоначально разрабатывались для двигателей TDI), грузовиках Iveco (двигатель Cursor) и Mercedes-Benz (Actros, Axor, Atego).

В сегменте тяжелых дизелей главным конкурентом Bosch является английская компания Delphi, которая выпускает насос-форсунки EUI и насосные секции EUP. Топливные системы Delphi установлены более чем на 6 млн грузовиков, сошедших с конвейеров различных производителей. Среди них Volvo Trucks, Renault Trucks, Hyundai и DAF. Для двигателей большой мощности (объемом от 9 до 16 л) Delphi предлагает новую топливную систему F2, которую можно считать неким симбиозом Common Rail и насос-форсунок. Суть решения в соединении насос-форсунок общей рампой высокого давления и сокращении числа насосных элементов (уменьшает потери в приводе). Применительно к 6-цилиндровому двигателю это означает, что работу шести инжекторов обеспечивают всего три насосных элемента. На сегодняшний день система F2 имеет три архитектуры: F2Е — для двигателей с распределительным валом в головке блока цилиндров; F2P — c нижним расположением распределительного вала, F2R — стандартная система Common Rail c рампой и топливным насосом.

Ярославский ЯМЗ-650 с топливной системой Common Rail Bosch

На выставке IAA 2014 в Ганновере Delphi раскрыла некоторые подробности о технологиях следующего поколения. Речь идет о системе с давлением до 3000 бар. Как следует из сообщения компании, следующие системы будут обеспечивать улучшенную гидравлическую эффективность, повышенную надежность в отношении подачи топлива и выбросов вредных веществ, а также будут оснащены клапанами, меньшими по размеру и более легкими по весу, что позволит осуществлять их более быстрое открытие и закрытие, обеспечивая лучшие возможности многократного впрыска топлива.

У ПРАВИЛ ЕСТЬ ИСКЛЮЧЕНИЯ

Нередко автопроизводители отказываются от готовых решений, предлагаемых на рынке, и полностью или в сотрудничестве с партнерами берут на себя разработку топливной аппаратуры. Такой подход особенно характерен для мировых производителей тяжелых двигателей.

Система Delphi F2E: три насоса обеспечивают работу 6 инжекторов

Например, американская компания Caterpillar, наряду с общепризнанными решениями, использует собственную разработку под аббревиатурой HEUI (Hydraulically Electronically Unit Injection). Как понятно из названия, в данной системе используются насос-форсунки с гидроприводом. Теперь вместо кулачка работает своеобразный гидроцилиндр, подпитываемый моторным маслом под давлением более 250 бар (создается специальным насосом). Электромагнитный клапан, управляющий впрыском, перекочевал из топливного канала в масляный, однако это не мешает реализации практически любых алгоритмов впрыска, в том числе многоэтапных. Caterpillar выпускает систему HEUI с 1992 года. Сегодня ей оснащаются хорошо известные в России двигатели С7, С9 и С11. Впрочем, эту систему можно встретить не только на машинах с эмблемой Cat, она также используется на двигателях Perkins, International и Isuzu.

Похожее решение имеет американский бренд PurePower, принадлежащий компании Navistar International. Для тяжелых дизелей марка предлагает электрогидравлическую систему ACR с насос-форсунками и гидроприводом. Система ACR выпускается в двух вариантах: для рядных 6-цилиндровых и для V-образных 8-цилиндровых двигателей. Давление впрыска достигает 2700 бар.

Система Delphi F2P c двумя ТНВД, встроенными в блок цилиндров

Имеются и такие системы, где гидравлика используется не для генерации высокого давления, а для управления впрыском, причем в качестве рабочей жидкости используется дизельное топливо. Такого рода системы под названием HPI (High Pressure Injection) находят применение в двигателях Cummins и Scania (DTC11). Вкратце о том, как это работает. В каждой насос-форсунке две секции: одна — рабочая, из нее топливо направляется в камеру сгорания; вторая — «командная», от объема находящегося в ней топлива (регулируется соленоидным клапаном) зависит момент впрыска и его продолжительность. Система HPI обладает такими ценными качествами, как легкий и недорогой ремонт (соленоиды размещены на блоке, и заменить их не составляет труда), меньший уровень шума.

Плюсом в условиях зимней эксплуатации является подогретое топливо, значительное количество которого, проходя через форсунку, возвращается обратно в бак.

В общем, каждая из современных систем впрыска занимает определенную нишу, но зачастую эти ниши пересекаются. И не исключено, что в недалеком будущем конкуренция между дизельными технологиями обострится.

Линейка инжекторов Delphi для средних и тяжелых двигателей

ЯРОСЛАВСКИЙ COMMON RAIL

На Ярославском заводе дизельной аппаратуры «Группы ГАЗ» в 2013 году был выпущен 1000-й топливный насос системы подачи топлива Common Rail, отвечающий экологическому стандарту Евро-4. Как отметили на предприятии, разработка и промышленное производство такого вида топливоподающих систем из отечественных комплектующих российскими специалистами была выполнена впервые на постсоветском пространстве. При этом насосы высокого давления системы Common Rail созданы на основе серийных насосов «Компакт-40». Новый продукт получил заводское обозначение ТНВД мод. 47, в его производстве применяется большое количество серийных деталей, что позволило использовать имеющиеся металлорежущее оборудование и оснастки, не приобретая новое.

Дизель КАМАЗ-740.64: многоплунжерный насос Bosch CP 3.4 создает максимальное рабочее давление впрыска 1600 бар

Производство топливной аппаратуры мод. 47 осуществлялось в рамках инвестиционного проекта «Организация производства V-образных двигателей ЯМЗ стандарта Евро-4 с топливоподающими системами производства ОАО «ЯЗДА». Сумма инвестиций по проекту — 26 млн руб. В двигательном сегменте потенциальными заказчиками топливной аппаратуры стандарта Евро-4 являются предприятия «Группы ГАЗ», ММЗ, КАМАЗ и другие.

Рядные ТНВД с электронным управлением уступают место более современным системам

Производство Delphi в Стоунхаузе (Англия). Пример нового семейства топливных систем Delphi для двигателей средней мощности

Источник: 5koleso.ru

Вы можете оставить комментарий, или ссылку на Ваш сайт.

Оставить комментарий

Вы должны быть авторизованы, чтобы разместить комментарий.