През 1996 г. Volkswagen е първият разработил пътнически дизелов двигател с неразделена горивна камера ("директно впръскване") на Golf от трето поколение. Предимствата на такива двигатели в сравнение с предкамерата са трудни за надценяване. Това е висока ефективност на процеса на горене и съответната ефективност, голям потенциал за повишаване на двигателя и най-добри екологични показатели. Пасивността е „твърдостта“на работата, която се научиха да печелят, и високите изисквания към горивното оборудване.
Преди това такива мотори се използваха главно на камиони. Там ефективността и отличните специфични индикатори отдавна ни позволяват да затворим очите си за малко повече шум и вибрации. В автомобилите от 80-те доминират предкамерните дизелови двигатели, които работят забележимо по-меко.
Дюзите със сложен дизайн осигуряват „директен“дизелов двигател с двуфазна инжекция. Основната доза гориво беше предшествана от така наречения пилот. Така че беше възможно да се намали изпарението на горивото в горивната камера по време на периода на забавяне на самозапалване. Двигателят започна да работи по-меко. Двуфазната инжекция обаче беше само временно решение. Освен това пътеките бяха разделени - някои производители, водени от Volkswagen, избраха дюзи за помпата, разчитайки на високото инжекционно налягане и прецизно дозиране. Останалите избраха система с линия за съхранение „cumul rail“, където с малко по-ниско налягане има повече възможности за контрол на инжектирането.
ОБЩО НАЧИН
Днес система с обща линия е готова да се бори при равни условия с дюзи на помпата. Преди няколко години налягането на инжектиране в системите „Common Rail” не надвишава 130 MPa, но скоро конструкторите достигат прага от 160 MPa. Това обаче не е пикът: Toyota вече обяви 180 MPa (днес дюзите на помпата на серийните мотори са достигнали 205 MPa). Една от първите проби е най-новият двигател D-4D Clean Power.
При дюзите на помпата законът за инжектиране се задава веднъж завинаги от напречното сечение на каналите и коравината на пружините, можете да контролирате само началото на инжектирането и количеството на доставеното гориво. И в повечето използвани в момента вериги с обща линия, соленоидите командват отварянето на дюзите. В Toyota пиезоелементите бързо контролират процеса на инжектиране.
Всяка дюза D-4D Clean Power е снабдена с блок от керамични пиезоелектрически елементи. Когато се прилага напрежение, елементите се разширяват почти моментално, което ви позволява бързо да отворите дюзата. Скоростта на пиезоелектрическите елементи и високото налягане в "общата линия" помага да се инжектира целия обем гориво за по-кратък период от време. Експертите казват, че инжекционната ефективност е подобрена, което допринася за по-финото разпръскване на горивото и ефективното изгаряне. Двигателят D-4D Clean Power също се отличава с намален коефициент на сгъстяване и високо налягане на усилване - в полза на ефективността. А специално проектираните керамични свещи за улесняване улесняват стартирането.
Това са, така да се каже, активни мерки за постигане на рентабилност и високи екологични показатели. Но има и „пасивни”. По време на разработването на D-CAT устройството Toyota получи повече от 1600 патента. Сърцето на системата е четиристепенен каталитичен преобразувател. И след изгаряне и азотни оксиди, и частици сажди! Ефективността на преобразувателя директно зависи от управляващата електроника на "Common Rail". Но дори високите технологии за впръскване не са в състояние да осигурят идеалния състав на отработените газове. Необходимо беше да се оборудва изпускателният колектор с друга пета дюза - инжектор за изпускателни отвори (EPI). Периодично EPI впръсква допълнителна част от горивото и възстановява газовия състав, необходим за ефективната работа на D-CAT конвертора.
Илюстрираме тази сложна конструкция с числа. Първо, в зависимост от режима на работа, токсичността на отработените газове на новите двигатели е с 50–80% по-малка, отколкото изискват строгите европейски Euro IV стандарти. Второ, серийният двигател обещава да надмине мощността на всички конкуренти в „теглова категория“от 1, 9 до 2, 2 литра. Според специалистите на Toyota, мощността на двигателя ще достигне 132 кВт / 180 л. с., а въртящият момент - 400 N.m.
КЪДЕ СВЕТЪТ ЦВЕТЕ?
Дизелите все по-често се появяват под капаците на престижни автомобили, често ставайки един от най-мощните в двигателната гама. Един от лидерите в дизеловото състезание за киловати е BMW. Ярък пример е технологията на Variable Twin Turbo („Biturbo“) във връзка с дизелови двигатели.
Те решават да комбинират старата идея за перфектно балансиран редови шест с усъвършенстваната технология на презареждане в 3-литров двигател за седан BMW и комби. Подробно описахме работата му (ЗР, 2004, № 9). И тук си припомняме постигнатите резултати: 500 Нм въртящ момент вече при 1250 об / мин, 560 Нм при 1750 об / мин. Максимална мощност 200 кВт / 272 литра. а. при 4400 об / мин Този двигател със специфична мощност от 90 литра. s./l и въртящ момент от 187 Нм / л държи неофициален рекорд сред серийните дизели.
Една от най-трудните задачи според фирмата е била синхронизирането на работата на турбините и управлението на байпасния въздушен клапан. Проблемът беше решен с помощта на процесор. Електрониката също позволи на двигателя да се впише в рамките на Euro IV. Разбира се, не без помощта на филтър за твърди частици: всички най-нови дизелови двигатели на BMW са оборудвани с него „по подразбиране“.
Динамичното представяне на BMW 535d е впечатляващо: до 100 км / ч автомобилът ускорява само за 6, 6 с, а максималната скорост вероятно ще бъде по-висока от 250 км / ч, „разрешена” от електрониката.
Основен елемент 100 l. s / l за дизелови двигатели със серийно зареждане все още не са преодолени. Колко дълго може да стои? За да постигне такива характеристики, двигателят трябва да развие налягане на усилване най-малко 200 kPa. За дизайнерите ще бъде трудно да осигурят на двигателя такова високо усилвателно налягане с приемлива, удобна характеристика на външната скорост. Недостатък на известните усилващи устройства - с увеличаване на налягането обхватът на оборотите се стеснява, при който е налице висок момент.
Изисканата система за усилване на BMW е само едно решение. Може би дизайнерите биха предпочели екзотичен турбокомпресор, завъртян от спомагателен електродвигател, или да оборудва колата с някакъв фантастичен вариатор с безпрецедентно широк диапазон от предавки? Или автоматизирана осемстепенна скоростна кутия? Можете също така да включите такъв дизелов двигател в хибридната електроцентрала, който ще коригира „грешната“крива. Инженерите имат какво да мислят, а студентите къде да проявят въображение.
Дори и няколко
През последните години въпросът стана актуален - от колко цилиндъра се нуждае един модерен дизелов двигател в определен клас? Сега те произвеждат не само многоцилиндрови автомобили, но и трицилиндрови „деца“. Броят на последните ще се увеличи в близко бъдеще: естествено аспирираните дизелови двигатели най-накрая се превръщат в минало, а мощността на двулитровите агрегати с презареждане е прекомерна за миниатюрни автомобили. Защо двулитров? С четири цилиндъра те имат обем, близък до оптималния за всеки - 500 cm3. Колкото по-голям е обемът на цилиндъра, толкова по-ефективен ще бъде процесът на горене, но високите скорости не са за двигатели с тежки бутала и свързващи пръти, а размерите на силовия агрегат значително се увеличават. С малка (около 300 см3) термодинамична ефективност забележимо страда, а с нея и икономичност.
Двигателите на Mercedes-Benz Smart Fo-Fo са особено интересни в нестандартния трицилиндров дизайн. Те развиват 50 кВт / 68 л. а. и 70 кВт / 96 л. с., а обемът е доста „възрастен“- 1, 5 литра. Агрегатите са изключително компактни и развиват висок въртящ момент (160 и 210 Нм) при 1600 и 1800 об / мин със среден разход на гориво само 4, 6 литра. Инжекционното налягане в "Common Rail" достига 160 MPa - оттук и изключителната финост на спрея и благоприятните условия на горене.
Но какво да кажем за неуравновесените сили на инерцията? Този проблем се решава чрез балансиране на валове и двумасов маховик. Между другото, сега те не са рядкост при четирицилиндровите двигатели.
„Съвременността“на пътническия дизел се определя не от блока и главата на цилиндъра, а преди всичко от горивното оборудване и контрола на усилването. Без тях не могат да бъдат постигнати рекордни нива. Въпреки това, не отстъпвайте от проблема с горивата. С повишаването на цените на петрола ще се търсят синтетични горива, суровините за които могат да бъдат растителни масла, въглища и природен газ. Петролните компании инвестират много в технологията за алтернативно гориво. Те са създадени да помагат не само за решаване на екологични проблеми, но и за постигане на още по-високи енергийни и икономически показатели.