Дизелови инжекционни системи. Дизайн, предимства и недостатъци

За разлика от бензиновите двигатели, дизеловите двигатели са имали впръскване на гориво от самото начало. Променени са само инжекционните системи, фитингите и налягането на горивото, подавано към цилиндрите.

Принципът на работа на дизелов двигател, известен като дизелов двигател, е напълно различен от този на бензинов двигател. В камионите за гориво горивно-въздушната смес влиза в горивната камера над буталото. След компресия сместа се запалва поради пробив на електрическа искра на електродите на свещта. Ето защо бензиновите двигатели се наричат ​​още двигатели с искрово запалване (SI).

При дизеловите двигатели буталото в горивната камера компресира само въздух, който под въздействието на огромно налягане (най-малко 40 бара - оттук и името "високо налягане") се нагрява до температура 600-800 ° C. Впръскването на гориво в такъв горещ въздух води до незабавно самозапалване на горивото в горивната камера. Поради тази причина дизеловите задвижващи агрегати се наричат ​​още двигатели с компресионно запалване (CI). От самото начало те се захранваха чрез впръскване на гориво в горивната камера, а не във всмукателния колектор, който подава въздух само към двигателя. В зависимост от това дали горивната камера е разделена или не, дизеловите двигатели са разделени на силови агрегати с индиректно или директно впръскване.

Индиректна инжекция

Дизелът, въпреки че дебютира със система за директно впръскване, не се използва дълго. Това решение предизвика твърде много проблеми и в автомобилната индустрия то беше заменено с индиректно впръскване, патентовано през 1909 г. Директното впръскване остана в големите стационарни и морски двигатели, както и в някои камиони. Дизайнерите на леки автомобили предпочитат дизелите с индиректно впръскване, с по-плавна работа и по-малко шум.

Терминът "индиректно" при дизеловите двигатели означава нещо съвсем различно от това при бензиновите двигатели, където индиректното впръскване е впръскване на смес въздух-гориво във всмукателния колектор. При дизеловите двигатели с индиректно впръскване, както и при дизайните с директно впръскване, горивото, пулверизирано от инжектора, също влиза в горивната камера. Просто той е разделен на две части - спомагателна част, в която се впръсква гориво и основна част, т.е. пространството непосредствено над буталото, в което протича основният процес на изгаряне на горивото. Камерите са свързани помежду си с канал или канали. По форма и функция камерите се делят на предварителни, вихрови и въздушни резервоари.

Последните не могат да се използват, тъй като производството им на практика е спряно. В случай на предкамери и вихрови камери, дюзата се монтира до спомагателната камера и впръсква гориво в нея. Там възниква запалване, след което частично изгореното гориво влиза в основната камера и изгаря там. Дизелите с предкамера или вихрова камера работят гладко и може да имат олекотени колянови системи. Те не са чувствителни към качеството на горивото и може да имат дюзи с опростен дизайн. Те обаче са по-малко ефективни от дизелите с директно впръскване, консумират повече гориво и имат проблеми със стартирането на студен двигател. Днес дизеловите двигатели с индиректно впръскване в леките автомобили са нещо от миналото и вече не се произвеждат. Те рядко се срещат в съвременните автомобили на пазара днес. Те могат да бъдат намерени само в дизайни като индийските Hindustan и Tata, руския UAZ, по-старото поколение Mitsubishi Pajero, продавано в Бразилия, или Volkswagen Polo, предлаган в Аржентина. Използват се в много по-големи количества в автомобилите след продажба.

Директна инжекция

Всичко започна с него. Въпреки това, ползите от директното инжектиране първоначално не са били използвани. Значението на правилното завихряне на горивото не беше известно и неговото изгаряне не беше оптимално. Образуваха се горивни бучки, които допринесоха за образуването на сажди. Процесите на буталото вървяха твърде бързо, двигателите работеха усилено, бързо разрушавайки лагера на коляновия вал. Поради тази причина директното инжектиране беше изоставено, като се предпочете индиректното инжектиране.

Връщането към корените, но в модерна версия, се случва едва през 1987 г., когато Fiat Croma 1.9 TD навлиза в масовото производство. Директното впръскване на гориво изисква ефективно оборудване за впръскване, високо налягане на впръскване, добро качество на горивото и много здрав (и следователно тежък) манивела. Въпреки това осигурява висока ефективност и лесно стартиране на студен двигател. Съвременните решения за дизелови двигатели с директно впръскване се основават основно на напълно плоски глави и бутала с подходящо оформени камери (кухини). Камерите са отговорни за правилната турбуленция на горивото. Директното впръскване е широко използвано днес в дизелови двигатели на леки автомобили.

Директно впръскване - Инжектори с помпа

В традиционните дизелови двигатели различни видове помпи са отговорни за подаването на гориво. В пионерски времена впръскването на горивото се извършва със сгъстен въздух; през 20-те години на миналия век това се прави с преработени маслени помпи. През 300-те години вече широко се използват специални помпи, предназначени за дизелови двигатели. Първоначално се основава на серийни помпи, които създават ниско налягане (до 60 бара). Едва през 1000-те години се появяват по-ефективни помпи с аксиален разпределител (над 80 бара). В средата на седемдесетте те получават механично управление на впръскването, а в средата на осемдесетте получават електронно управление (BMW 524td, 1986).

Помпа-инжектори, използвани в камиони още през 30-те години, бяха малко по-различен начин на впръскване на гориво, те бяха широко използвани в леките автомобили от концерна Volkswagen, за първи път през 1998 г. (Passat B5 1.9 TDI). Накратко, помпа инжектор е инжектор със собствена помпа, която се задвижва от разпределителен вал. По този начин целият процес на херметизиране и впръскване в цилиндъра е ограничен до главата на цилиндъра. Системата е много компактна, няма горивопроводи, свързващи помпата с инжекторите. Следователно няма пулсиране на дюзите, което затруднява регулирането на дозата гориво и течовете. Тъй като горивото частично се изпарява в инжекторната камера, времето за впръскване може да е малко (лесен старт). Най-важното обаче е много високото налягане на впръскване от 2000-2200 bar. Дозата гориво в цилиндъра се смесва бързо с въздуха и гори много ефективно.

Като цяло дизеловият двигател с помпа-инжектор се характеризира с висока ефективност, нисък разход на гориво, висока скорост и възможност за получаване на висока плътност на мощността. Но един инжекторен двигател е скъп за производство, главно поради сложността на главата на цилиндъра. Работата му е тежка и шумна. Когато се задвижват от инжектори, възникват и проблеми с емисиите, което допринесе значително за изоставянето на това решение от VW.

Директно впръскване - Common Rail

Най-важният елемент от системата за впръскване Common Rail е "Common Rail", вид резервоар, известен също като "горивен акумулатор под налягане", в който помпа изпомпва дизелово гориво. Той влиза в дюзите не директно от помпата, а от резервоара, като същевременно поддържа същото налягане за всеки цилиндър.

Образно можем да кажем, че всеки от инжекторите не чака порция гориво от помпата, но все пак има гориво при много високо налягане. Електрическите импулси, които задействат инжекторите, са достатъчни за подаване на гориво към горивните камери. Такава система ви позволява да създавате многофазни инжекции (дори 8 фази на впръскване), което води до много прецизно изгаряне на горивото с постепенно увеличаване на налягането. Много високото налягане на впръскване (1800 bar) позволява използването на инжектори с много малки отвори, които доставят гориво почти под формата на мъгла.

Всичко това се допълва от висока ефективност на двигателя, плавна работа и ниско ниво на шум (въпреки директното впръскване), добра маневреност и ниски емисии на отработени газове. Въпреки това, двигателите с Common Rail изискват най-висококачествено гориво и най-добрите филтри. Замърсителите в горивото могат да унищожат инжекторите и да причинят повреди, които са изключително скъпи за ремонт.