Топливные системы. На «огневом» рубеже.
| Рост цен на моторное топливо давно привлекает всеобщее внимание к дизельным силовым агрегатам, заставляя разгораться спорам вокруг дизельных технологий с удвоенной силой. Что же позволяет двигателю с воспламенением от сжатия сохранять высокие показатели экономичности и экологичности сегодня? Последние 15 лет главной движущей силой прогресса в автопроме стали экологические нормы. Современные моторы должны быть не только экологически чище предшественников, но при этом еще и мощнее и экономичнее. А этого можно добиться, если повышать точность работы системы топливоподачи при одновременном улучшении смесеобразования за счет лучшего распыла топлива и применения сложных алгоритмов впрыска. Сегодня тройка крупнейших разработчиков и производителей топливной аппаратуры — Bosch, Delphi и Denso — как будто соревнуются в показателях давления впрыска — параметре, считающемся одним из главных резервов снижения токсичности и повышения экономичности дизеля. Поднять планку давления не так просто, если учесть что требуется, во-первых, сохранить прежний уровень механических потерь в приводе, а во-вторых, решить ряд технологических задач — микронные допуски при изготовлении большинства деталей требуют высокоточного оборудования. Общие цели преследуются двумя основными путями: созданием топливных систем аккумуляторного типа (Common Rail) и усовершенствованием конструкции индивидуальных насос-форсунок. Коньком дизельного направления концерна Bosch является система Common Rail. В 1997 году немецкие инженеры вывели эту систему на рынок в качестве массового продукта для легковых автомобилей, серийное производство «грузовой» Common Rail первого поколения с давлением впрыска 1400 бар стартовало также в 1997 году. На сегодняшний день общее количество выпущенных комплектов системы Common Rail превышает 60 млн единиц. Напомним, что в отличие от других систем впрыска Common Rail разделяет по времени процессы впрыска и генерации давления. Каждый инжектор снабжается топливом под высоким давлением из общей магистрали, благодаря чему возможна очень точная регулировка момента впрыска и количества топлива, а также гибкое управление предварительным и основным и дополнительным впрысками. Среди прочих преимуществ подобной технологии — возможность недорогой и несложной адаптации системы Common Rail для моторов, изначально использующих насосы впрыска 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 подтверждения можно привести примеры использования Common Rail на двигателях КАМАЗ-740.64, ММЗ Д-245 и Д-263. Чем выше давление впрыска, тем точнее дозируется топливо и тем эффективнее протекает процесс сгорания. В 2005 году Bosch выпустил на рынок третье поколение системы Common Rail с давлением впрыска 1800 бар, предназначенное для легких и средних грузовых автомобилей. В условиях постоянного ужесточения предельных показателей выброса вредных веществ во всем мире Bosch непрерывно разрабатывает все более современные системы впрыска. Например, в прошлом году для сектора средних и тяжелых грузовиков выпущены две новых модификации Common Rail третьего поколения — CRSN3-20 и CRSN3-22 с показателями максимального давления впрыска в 2000 и 2200 бар соответственно. Для создания высокого давления могут использоваться два типа насосов: звездообразный СР4 (такой же, как в легковых автомобилях) или рядный CPN 5 (позиционируется как усиленное исполнение). Несмотря на более высокое давление впрыска, насосы потребляют такую же, как в предыдущих модификациях, или даже меньшую мощность, благодаря чему увеличивается КПД системы в целом. В сочетании с электронным блоком управления двигателя Bosch EDC и системой нейтрализации отработавших газов Bosch Denoxtronic такие системы позволяют грузовикам и спецтехнике уже сегодня соответствовать будущим стандартам эмиссии, в частности Евро-6 (вступает в силу в 2012 г.) и US 10. К 2012 году Bosch планирует вывести на рынок четвертое поколение системы Common Rail — CRSN4 с давлением впрыска до 2500 бар. Конструктивной особенностью инжектора CRSN4 является встроенный напорный резервуар, сокращающий обратный ход к циклу низкого давления. Это позволяет дополнительно сократить мощность, потребляемую приводом насоса высокого давления. Внешняя геометрия и монтажные габариты инжектора такие же, как у предыдущего поколения, а значит, конструкторы могут адаптировать двигатели к новым системам с еще более высоким давлением без значительных доработок. Помимо систем Common Rail концерн Bosch выпускает насос-форсунки (UIS) и индивидуальные насосные узлы (UPS). Общий тираж этих изделий на сегодня превышает 18 млн экземпляров. Система (UIS), объединяющая в одном узле ТНВД, инжектор и электромагнитный (или пьезоэлектрический) управляющий клапан, устанавливается на каждый цилиндр. Плунжер насоса приводится в действие распределительным валом двигателя и генерирует давление до 2200 бар. Система UPS состоит из блок-насоса с встроенным электромагнитным клапаном, короткого трубопровода и инжектора. UPS также устанавливается на каждый цилиндр, приводится от распределительного вала, а давление впрыска достигает 2200 бар. В настоящее время системы UIS и UPS от Bosch можно встретить, в частности, на автомобилях Volkswagen (первоначально разрабатывались для двигателей TDI), грузовиках Iveco (двигатель Cursor) и Mercedes-Benz. В секторе тяжелой коммерческой техники главным конкурентом Bosch является компания Delphi. Топливные системы Delphi установлены более чем на 5 млн грузовиков, сошедших с конвейеров различных производителей. Среди них Volvo Trucks, Renault Trucks, Hyundai и DAF. Одна из оригинальных разработок Delphi — система F2, рассчитанная на максимальное давление впрыска 3000 бар. Эту конструкцию можно считать симбиозом системы Common Rail и насос-форсунок. Суть идеи сводится к двум принципиальным моментам: разделению нагнетательного и инжекторного блока насос-форсунки и соединения форсунок общей магистралью высокого давления. Применительно к 6-цилиндровому мотору это означает, что работу шести инжекторов обеспечивают всего три насосных элемента. В результате достигаются упрощение конструкции распределительного вала, снижение затрат мощности на привод и уменьшение шума. На сегодняшний день система доступна в двух вариантах исполнения: F2P — для двигателей с распределительным валом в головке блока цилиндров; F2E — c нижним расположением распредвала. В конце минувшего года Delphi официально объявила о получении крупного заказ на оба варианта новой системы, и таким образом эти изделия благополучно перешли из разряда опытно-конструкторских разработок в обойму серийной продукции. Зачастую двигателестроители отказываются от готовых решений, предлагаемых индустрией автокомпонентов, и полностью или в сотрудничестве с партнерами берут на себя разработку топливной аппаратуры. Такой подход особенно характерен для мировых производителей тяжелых двигателей. Остановимся на нескольких, на наш взгляд, самых интересных примерах. Традиционно выпускающая тяжелые двигатели американская компания Caterpillar использует собственную разработку, получившую название HEUI (Hydraulically Electronically Unit Ingection). В противоположность европейцам, искавшим принципиально новые пути, американские инженеры постарались максимально использовать возможности уже существующих систем. Они не стали полностью отказываться от насос-форсунок, но оснастили их гидроприводом. Теперь вместо кулачка работает масло из системы смазки двигателя, подаваемое по специальной магистрали под давлением более 250 бар. Оно действует на поршень, перемещающий топливный плунжер, который благодаря меньшему диаметру создает высокое давление впрыска — более 2000 бар. Поскольку давление в масляной магистрали намного превышает рабочее для системы смазки, оно создается специальным насосом, который выполнен в виде навесного агрегата и совмещен с другим насосом, подающим топливо к форсункам. 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 россиянам двигатели С7, С9 и С11. Впрочем, эту систему можно встретить не только на машинах с эмблемой Cat. В частности, она используется на двигателях Perkins, International и Isuzu. Если говорить о современном развитии электрогидравлических технологий впрыска, то следует упомянуть новый бренд PurePower, принадлежащий компании Navistar International. Недавно под маркой PurePower на рынке появилась топливная система ACR, основу которой составляют индивидуальные электронно-управляемые насос-форсунки, приводимые в действие гидравликой. Система ACR выпускается в двух вариантах: для рядных 6-цилиндровых и для V-образных 8-цилиндровых двигателей. Давление впрыска достигает 2700 бар. Гидравлика может использоваться не только для генерации высокого давления, но и для управления насос-форсунками. Такого рода электрогидравлические системы находят применение в двигателях Cummins и Scania. Возьмем для примера необычную систему впрыска под названием HPI (High Pressure Injection), встречающуюся, в частности, на двигателе Scania DTC11. Изюминка конструкции HPI, разработанной совместно с Cummins, скрыта в оригинальном гидравлическом управлении насос-форсунками. В каждой две секции: одна предназначена для «рабочего» топлива (далее оно направится в камеру сгорания), а от переменного объема другой зависит момент впрыска. Сколько подать топлива в одну и другую половинку форсунки, определяет электронный блок. Он открывает и закрывает электромагнитные клапаны, дозирующие топливо, — всего их четыре, по паре на каждые три цилиндра. Такова роль электроники, а непосредственно форсункой управляет гидравлика. Она достаточно «сильна», чтобы работать с давлением более 1800 бар, и способна сдвигать начало и окончание впрыска. Это, собственно, и отличает новинку от «электронных» аналогов. Система 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. Добавим, что система управления двигателем ЕDС S6 разработана непосредственно фирмой Scania. Итак, сегодня каждая из современных систем впрыска занимает определенную нишу. Но в большинстве случаев эти ниши пересекаются. И не исключено, что в недалеком будущем конкуренция между дизельными технологиями обострится. | |
|
| |
| Просмотров: 1615 | |
| Всего комментариев: 0 | |