Какое давление впрыска топлива
Перейти к содержимому

Какое давление впрыска топлива

  • автор:

Какое давление впрыска топлива

Топливная система дизельного двигателя или система питания предназначена для обеспечения запаса топлива на автомобиле, его очистки топлива и равномерного распределения по цилиндрам двигателя строго дозированными порциями в соответствии с порядком работы, скоростным и нагрузочным режимом работы двигателя. Основные отличия дизельного двигателя от бензинового состоят в следующем: в дизельном двигателе чистый воздух засасывается в цилиндры и в них подвергается очень высокому сжатию. Вследствие этого в цилиндрах создается температура, превышающая температуру воспламенения дизельного топлива.

В грузовом автомобиле, систему питания дизельного двигателя составляют следующие элементы:

— фильтры для тонкой и грубой очистки топлива

— насосы для подкачки топлива

— топливный насос высокого давления (ТНВД)

— трубопроводы высокого и низкого давления

С помощью топливоподкачивающего насоса топливо поступает из бака в систему питания дизельного двигателя через фильтры, в которых происходит грубая и тонкая очистка топлива. Для транспортировки топлива служат магистрали низкого и высокого давления. Первая из них обеспечивает хранение и фильтрацию топлива, а так же доставку под низким давлением к насосу высокого давления. По второй осуществляется подача топлива в цилиндры двигателя. ТНВД подаёт топливо по соответствующей магистрали к головкам цилиндров, в которых расположены форсунки. Благодаря чему в определённый момент происходит впрыск топлива и его распыление в камерах сгорания. При подкачке из бака топливо с избытком поступает в ТНВД.

Система впрыска

Система подачи топлива перекачивает дизель из топливного бака в ТНВД под низким давлением. Топливный насос создает необходимое для впрыскивания высокое давление топлива. В большинстве систем топливо нагнетается через трубопроводы высокого давления к форсункам и впрыскивается в камеры сгорания под давлением 1200- 2200 бар. На мощность вырабатываемую двигателем, а также на шум, возникающий в процессе сгорания существенно влияет качество топлива, время впрыска и протекание процесса впрыскивания и сгорания.

Основное различие между системами впрыска состоит в механизме создания высокого давления. В отличие от старых систем впрыска, частично оснащенных механическим управлением, в современных системах впрыска используется электронное управление.

Виды систем впрыска:

Топливная система с рядным насосом состоит из подкачивающего насоса низкого давления, топливного насоса высокого давления, топливных трубок высокого давления и форсунок. Управление топливным насосом осуществляется с помощью электроники.

Топливная система с индивидуальным ТНВД(UPEC).Индивидуальные топливные системы рассчитаны на работу с одной форсункой для каждого цилиндра. Что позволяет оптимально адаптировать подобные системы к соответствующим двигателям. Индивидуальные насосы, как все одноцилиндровые, не имеют собственного кулачка. Их приводные кулачки расположены на распределительном валу механизма газораспределения дизеля.

Распределительные топливные системы.Распределительные ТНВД оснащаются единым нагнетающим элементом высокого давления для всех цилиндров. Топливо нагнетается через магистрали высокого давления к форсункам и впрыскивается в камеры сгорания. Распределительные ТНВД характеризуются высокой мощностью, большой цикличностью, малым весом и минимальными конструктивными размерами.

Топливные системы с насос-форсунками (PDE). Топливный насос высокого давления и форсунка объединены в единый агрегат. Насос-форсунки устанавливаются в каждом цилиндре двигателя, что позволяет электронному блоку управлять топливоподачей индивидуально для каждого цилиндра. Регулируется, как цикловая подача каждой насос-форсунки, так и момент впрыскивания топлива в каждый цилиндр двигателя.

Топливная система с насос-форсунками открытого типа (HPI). В этой системе распылитель форсунки открыт в процессе фазы заполнения. Ее особенность заключается в том, что в ней цилиндры распределены на две группы. Насос-форсунки каждой группы цилиндров управляются своей парой клапанов. Один из них регулирует количество топлива, подаваемое в цилиндры двигателя, а второй момент впрыска топлива. Таким образом, топливная система состоит из 6-ти насос-форсунок открытого типа, 4-х электромагнитных клапанов управляющих насос форсунками, и топливоподкачивающего насоса.

Топливная система Common Rail. Требованию экологических норм Евро 4-5 способствовали разработке топливной системы Common Rail, которая существенно отличается от всех предыдущих. В системе впрыска с аккумулятором высокого давления функции создания высокого давления и впрыска разделены. Давление впрыска создается и регулируется автономным ТНВД независимо от частоты вращения коленчатого вала и величины цикловой подачи. Эта система предоставляет большие возможности для варьирования параметров впрыска топлива. Гибкая система, адаптирующая топливную систему к двигателю. Это достигается благодаря следующим возможностям:

— высокое давление впрыска топлива (до 1600-1800 бар.)

— адаптация давления впрыска к условиям работы двигателя (200-1800 бар.)

-предельный угол опережения впрыска топлива

— возможность осуществлять несколько предварительных впрысков (даже вторичных впрысков с большой задержкой)

Таким образом, система Common Rail позволяет увеличивать удельную мощность двигателя, снижать расход топлива, уменьшать уровень шума и выброса вредных веществ.

Неисправности топливной системы

Основная причина выхода из строя топливной системы европейских грузовиков – использование некачественного дизеля, что приводит к различным неисправностям. Основные признаки неисправности топливной системы: увеличение расхода топлива, потеря мощности, неравномерная работа двигателя, повышенное дымообразование. Ремонт топливной системы рекомендуется проводить в специализированных сервисах для коммерческого транспорта, где есть в наличии диагностическое оборудование и квалифицированные специалисты.

Основные причины выхода из строя топливной системы:

— Содержание воды в дизельном топливе и попадание ее в форсунки

— Плохая фильтрация топлива из-за использования некачественных топливных фильтров

— Потеря давления (герметичности) во впускном тракте (от трубопровода до ДВС)

При неисправности топливной системы специалисты советуют в первую очередь проверять не насос-форсунки, а провести комплексную диагностику на станции технического обслуживания:

— Проверить уровень давления в топливном насосе низкого давления (ТННД).

— Проверить герметичность системы впуска от турбокомпрессора до ГБЦ.

— Проверить гильзо-поршневую группу ДВС. Следует обратить внимание, на то происходит ли при работе двигателя выброс паров масла из сапуна, так называемое «сапунение».

— И только после вышеперечисленного проверить исправность насос-форсунок и форсунок. Если сразу заменить форсунки без комплексной диагностики и устранения настоящей причины неисправности топливной системы, то через месяц форсунки могут снова выйти из строя. Как правило, в форсунке разрушения происходят в электромагнитной части, ломается распылитель, разрушается клапанный узел. В этом случае необходима диагностика каждой форсунки, ведь с помощью компьютерной диагностики достаточно сложно выявить такие неисправности.

— Проверить правильность установки топливного фильтра тонкой очистки. Водители, самостоятельно устанавливая фильтр, зачастую делают это неправильно, поэтому процедуру замены топливного фильтра рекомендуется делать на СТО.

— Ремонт системы Common Rail специалисты настоятельно рекомендуют делать в автосервисе, так как система оснащена электронным клапаном управления и самостоятельные попытки ремонта только ухудшат ситуацию. Как правило, система выходит из строя из-за низкого качества топлива, поэтому на грузовиках, на которых установлена система Common Rail, топливные фильтры меняют чаще. Помните, что в случае необходимости замены электронной форсунки следует менять их комплектом. Если заменить только одну форсунку, то она будет брать на себя большую нагрузку и быстрее выйдет из строя. К тому же, может увеличится нагрузка на цилиндры и двигатель, что приведет к необходимости капитального ремонта ДВС. Так же не стоит забывать, что срок службы форсунок примерно одинаков и если одна из них вышла из строя, то и у остальных ресурс работы быстро закончится.

Сергей Горелов, механик-диагност топливной аппаратуры компании «Коммерческий транспорт»:

«Самостоятельная промывка водителями топливной системы европейских грузовиков с помощью специальных присадок, может привести к выходу из строя этой системы через 3-4 месяца. Присадки смывают масляные отложения от стенок топливного бака, топливных фильтров и проводов. Масло и различные примеси попадают в форсунки, где при высокой температуре эта смесь «закоксовывается» и выводит форсунку из строя. Поэтому мы не рекомендуем водителям самостоятельно проводить промывку топливной системы. На СТО механики проведут профессиональную очистку и ремонт топливной системы. Во время исправления дефектов может осуществляться: регулировка механизмов распределения давления в системе впрыска, тестирования на специализированных стендах, отработка количества подаваемого топлива и пр.».

Чтобы продлить срок эксплуатации топливной системы необходимо: своевременно проводить ее комплексную диагностику (каждые 60 000-120 000 км), проверять регулировку клапанов и насос-форсунок, регулярно менять топливные фильтры в соответствии с рекомендациями производителей, а при использовании российского дизельного топлива в два раза чаще.

Топливные и воздушные фильтры

Топливо, поступающее к насосу высокого давления и форсункам, не должно содержать механических примесей, вызывающих повреждение или повышенный износ деталей топливной аппаратуры. Поэтому в системе питания дизелей топливо многократно фильтруют. На двигателях обычно устанавливают два последовательно работающих топливных фильтра: грубой и тонкой очистки.

Топливные фильтры кроме защиты от частиц износа должны иметь достаточную емкость для хранения отсеиваемых частиц, так как в противном случае они могут быть закупорены еще до окончания срока службы. В случае постепенной закупорки топливного фильтра уменьшается подача топлива и снижается мощность двигателя. Поэтому в любой системе впрыска важно использовать топливный фильтр, подходящий именно для нее. Установка несоответствующих фильтров в лучшем случае ухудшит работу двигателя, а в худшем может иметь очень серьезные и затратные последствия от необходимости замены деталей до замены всей системы впрыска. Из-за того, что по сравнению с бензином дизельное топливо содержит намного больше загрязняющих веществ и более высокого давления впрыска, системы питания грузовиков требуют большей защиты от частиц износа. Поэтому, дизельные топливные фильтры изготавливаются со сменными фильтрующими элементами. Современные системы впрыска требуют обеспечения фильтрующей способности от 65% до 98% . Еще одной важной функцией дизельных топливных фильтров является отделение воды, присутствующей в топливе. Когда вода соединяется с серой, содержащейся в «солярке», образуется серная кислота вызывающая коррозию деталей. Фильтр обычно устанавливается в контуре низкого давления в моторном отсеке между топливоподкачивающим насосом и ТНВД. Широко распространены резьбовые топливные фильтры со сменным элементом, последовательно установленные фильтры и неметаллические фильтрующие элементы.

Фильтр грубой очистки топлива. Этот элемент топливной системы предназначается для отсеивания из топливной смеси частиц пыли, грязи, мусора, ржавчины и воды. Попадание этих веществ в систему подачи топлива позволяет избежать создания пробок в топливных трубках, а также засорения форсунок. Отделение воды из дизеля осуществляется с помощью фильтрующего водоотталкивающего материала. Сепарированная вода и крупные механические примеси собираются в водосборнике внизу корпуса фильтра. В некоторых случаях для контроля воды в водосборнике используется датчик наличия воды в топливе. Слив воды осуществляется вручную, путем открытия сливной пробки или нажатия на кнопку.

Фильтр тонкой очистки топлива.Пройдя через фильтр грубой очистки, топливо нагнетается подкачивающим насосом в фильтр тонкой очистки. Очищение дизеля в фильтре тонкой очистки является финальной стадией очищения от механических примесей перед тем, как топливо поступит в ТНВД.

Современные топливные фильтры выполняют следующие дополнительные функции:

— Предварительный подогрев топлива электрическим способом, охлаждающей жидкостью или возвращающимся потоком топлива.

— Информирование об интервале технического обслуживания с помощью измерения дифференциального давления.

— Применение заполняющих и прокачивающих устройств. После замены фильтрующего элемента топливная система заполняется и прокачивается ручным подкачивающим насосом, который обычно встроен в крышку корпуса фильтра.

Топливные фильтры подлежат регулярной замене. Их следует менять в соответствии с рекомендациями производителей грузовиков (примерный срок замены около 15 000 — 20 000 км пробега). При замене фильтрующего элемента необходимо выполнять очистку корпуса фильтра. После замены фильтра необходимо заполнить корпус дизельным топливом и удалить воздух из системы. Замену топливного фильтра специалисты советуют делать на СТО.

Ведущие европейские производители качественных топливных фильтров: Mann+Hummel, Mahle/Knecht, Hengst.

Качественное дизельное топливо является еще одним важным условием обеспечения длительного срока службы и бесперебойного функционирования систем впрыска.

Отличительные характеристики качественного дизельного топлива:

— высокое цетановое число

— относительно низкая температура конца кипения

— незначительные отклонения плотности и вязкости

— низкое содержание ароматических и полиароматических углеводородов

— низкое содержание серы

Воздушный фильтр фильтрует всасываемый двигателем воздух и предотвращает попадание в двигатель: минеральной пыли, масляного тумана, аэрозолей, нагара дизельного топлива, пыльцы и других загрязнителей. Благодаря очистке воздуха сокращается износ, например, трущихся пар в подшипниках, поршневых колец и стенок цилиндра. Кроме того, воздушный фильтр защищает термопленочный датчик массового расхода воздуха, предотвращая отложения в нем пыли, которая может вывести его из строя.

Воздушный фильтр глубокого слоя в отличие от поверхностных фильтров задерживает частицы в структуре фильтрующего материала. Фильтрующие элементы разрабатываются в соответствии с требованиями производителей двигателей и обеспечивают минимальную потерю давления и высокую эффективность фильтрации (на 99,95%) независимо от интенсивности воздушного потока. Ведущие европейские производители качественных воздушных фильтров: Mann+Hummel, Mahle/Knecht, Hengst.

Качественные фильтры в основном состоят из целюлозного волокна, подвергнутого специальному тиснению и пропитанного смолой для достижения водостойкости, механической и химической стойкости. В последнее время при изготовлении фильтров применятся синтетические, композитные и нановолоконные материалы. Низкокачественные фильтры пропускают большее количество частиц пыли и могут порваться.

Топливная система — достаточно сложна и чувствительна к условиям эксплуатации. Износ, повреждение, загрязнение топливной системы может привести, в том числе к капитальному грузовому ремонту. Частота ремонта этой системы зависит от качества используемых запчастей и комплектующих. Владельцам грузового транспорта не стоит экономить на топливных и воздушных фильтрах и устанавливать расходные материалы от проверенных европейских производителей. Помните, что своевременная диагностика позволит выявить неисправности топливной системы и избежать дорогостоящего ремонта.

Чтобы избежать серьезных проблем из-за неисправностей в системе топливоподачи и простоя грузовика стоит использовать качественное топливо и своевременно проводить диагностику и ТО (менять фильтры) Следует регулярно проводить диагностику и своевременно устранять неполадки в топливной системе. Лучше всего для ремонта топливной системы грузового авто обратиться на станцию технического обслуживания.На СТО компании «Коммерческий транспорт» работы производят квалифицированные специалисты, имеющие знания и опыт в ремонте системы топливоподачи европейского грузового транспорта.

Как можно оценить качество распыливания не снимая форсунку с двигателя?

У форсунки хороший распыл топлива, если начало давления впрыска топлива равно номинальному или близко к нему. При впрыске изменение колебания стрелки манометра стабильны на предельно коротком интервале показаний или отсутствуют. Хорошо слышен «звонкий звук» впрыска.

Если давление впрыска занижено на 30..50 % от номинального значения, и стрелка манометра колеблется в интервале от нуля до зафиксированного максимального значения, то это свидетельствует о низком качестве распыливания топлива (форсунка «льет»), о зависании иглы распылителя в верхнем открытом положении или о заклинивании иглы в нижнем закрытом положении.

Хорошее распыление топлива при впрыскивании в атмосферу как при испытании форсунок на дизеле, так и при их проверке на стенде характеризуется следующими признаками:

  • туманообразное состояние топлива в струе;
  • отсутствие различимых глазом отдельных вылетающих капель и местных сгущений топлива;
  • четкий, резкий звук (отсечка) при впрыскивании;
  • отсутствие подтекания топлива при выходе струи из отверстий распылителя перед началом и по окончанию впрыскивания.

Для оперативной диагностики дизельных форсунок с электронной системой управления впрыском Common Rail применяют тестер обратной подачи топлива.

Данный тестер предназначен для диагностики дизельного двигателя с 4 или 6 форсунками, рядного или v-образного. Служит для измерения значения перелива непосредственно на транспортном средстве. Тестер подключается к обратной ветви слива топлива с форсунок и собирает это топливо в специальные, прозрачные, калиброванные мензурки или колбы (для каждой форсунки предназначена своя емкость). Сравнивая количество жидкости по окончании теста можно быстро и легко определить неисправную форсунку. Также с помощью данного прибора возможно одновременное измерение количества топлива, проходимого через обратную ветвь форсунки за определенный промежуток времени.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

1. Отсоединить обратные топливопроводы (обратную ветвь) от форсунок, заглушить их и присоединить на их место приспособление с колбами и крепежной рампой с помощью прозрачных шлангов со штуцером. В зависимости от производителя топливной аппаратуры подберите необходимые штуцеры из комплекта адаптеров в приборе.
2. Следует исключить попадание воздуха в отсоединенный обратный топливопровод.
3. Проверить герметичность соединений.
Далее производится 2 вида тестирования форсунок: статический и динамический.

СТАТИЧЕСКИЙ ТЕСТ:

Стартером прокрутить двигатель два раза по 5 сек.
Если в трубках топлива не более 20 см, то форсунки в норме, при условии, что ТНВД накачивает давление не менее 1000 бар. Если 20 и выше, то форсунка умирает.

ДИНАМИЧЕСКИЙ ТЕСТ:

Мотор должен быть прогрет. Запускаем двигатель и и он работает три минуты на холостом ходе и две минуты на оборотах 2500-3000об/мин. Инжектор у которого показания в три раза отклоняются от нормы подлежит замене. При этом необходимо наблюдать за количеством топлива в мерных мензурках и не допускать его перелива.

7. После проведения замеров следует восстановить ранее отсоединенный обратный топливопровод.
8. Проверить герметичность восстановленного соединения.

Адаптеры входящие в комплект прибора позволяют применять его на большинстве систем Common Rail всемирно известных производителей легковых и коммерческих автомобилей, дорожной, строительной и сельскохозяйственной техники.

Диагностика и ремонт механических форсунок дизелей

Форсунка это элемент который непосредственно производит впрыск в камеру сгорания дизельного двигателя. Часто обладатели дизельных автомобилей грешат на ТНВД хотя это не всегда правильно. Форсунка это конечный элемент топливной аппаратуры в который подается высокое давление топлива. От форсунки зависит работа ДВС.

Если давление открытия форсунки упало , то соответственно форсунка откроется раньше . В результате может появиться черный дым. Если давление открытия форсунки завышено то, форсунка откроется позже, что в свою очередь приведет к белому дыму.

Теперь представим что на двигателе форсунки отрегулированы под разное давление. Казалось бы вы выставили предварительный угол впрыска согласно технической документации но двигатель работает с перебоями и непонятно почему дымит то черным то белым , ответ напрашивается сам по себе одни форсунки открываются позже другие раньше. Как — бы вы не регулировали угол впрыска топлива положительных результатов вы не добьетесь.

Признаки засорения форсунок дизеля

Образование твёрдых отложений в распылительной части форсунок — объективный процесс, свойственный любому двигателю, оснащённому системой впрыска. В России данная проблема усугубляется нестабильностью и нарушениями технологии производства и транспортировки топлива.
Наличие отложений в канале и распылителе форсунки приводит к нарушению формы факела распыливания и уменьшению её пропускной способности. Типичными симптомами проявления данной неисправности являются:

  • ухудшение пусковых характеристик двигателя (особенно в холодное время года);
  • подёргивания и провалы при ускорении и на переходных режимах;
  • ухудшение динамики и уменьшение мощности двигателя;
  • увеличение расхода топлива;
  • ухудшение равномерности работы двигателя на холостом ходу (необязательно).

Игнорирование перечисленных симптомов и продолжение эксплуатации автомобиля вызывает следующие последствия:

  • перегрев и повреждение нейтрализатора выхлопных газов;
  • пробой изоляции высоковольтных компонентов системы зажигания (провода, наконечники, катушки, бегунок распределителя и т.п.);
  • повреждение деталей ЦПГ вследствие возникновения очагов детонации (в большей степени характерно для турбированных двигателей).

К великому сожалению в России часто явление, что автомобили приезжают не на диагностику, а уже на ремонт, хотя многих затратных ремонтов можно было избежать своевременно проверив топливную аппаратуру.

Давление впрыска

Эффективность рабочего процесса дизеля зависит не только от характеристики подачи и момента впрыска топлива, но и от качества распыливания. Топливо должно быть распределено по всему объему камеры сгорания. В каждой единице объема сжатого воздуха должно содержаться одинаковое количество как можно более мелких частиц впрыскиваемого топлива.

Топливо дробится и равномерно распределяется в камере сгорания топливоподающей аппаратурой и возникающими в камере воздушными вихрями. В частности, в вихрекамерных двигателях топливо дополнительно дробится потоками воздуха, перетекающего из рабочего цилиндра в камеру, и при обратном прохождении газов из камеры сгорания.

Эффективность распыливания топлива повышается с увеличением числа оборотов двигателя.

Качество распыливания топлива определяют тонкостью и однородностью, дальнобойностью и углом конуса струи, а также относительным распределением топлива по длине и в поперечном сечении струи.

Тонкость распыливания топлива оценивается средним диаметром капли. Чем меньше диаметр, тем тоньше распыливание. Однородность распыливания определяется пределами изменения величины диаметра капель: чем меньше разница между наибольшим и наименьшим диаметрами капель в струе, тем однороднее распыливание.

Под дальнобойностью струи понимается глубина проникновения конца струи в толщу воздуха в зависимости от времени.

Углом конуса называют угол между касательными к контуру струи, сходящимися у сопла форсунки.

Форма и характер разрушения струи в процессе проникновения ее в камеру сгорания зависят от давления впрыска, противодавления, т. е. плотности среды, в которую впрыскивается топливо, скорости вращения кулачкового вала, вязкости топлива и конструкции сопла.

Давлением впрыска называется давление топлива перед сопловым отверстием в момент впрыска. Величина давления впрыска зависит от величины давления начала отрыва иглы форсунки, т. е. от регулировки форсунки и скоростного режима. С повышением давления впрыска увеличивается скорость истечения топлива и уменьшается средний диаметр капель см рис.

Зависимость скорости Wф движения переднего фронта факела и диаметра dK капель топлпва от давления Рф впрыска

Зависимость скорости Wф движения переднего фронта факела и диаметра dK капель топлпва от давления Рф впрыска.

Распределение капель разного размера в струе топлива зависит от перепада давления (рис. 6). По оси абсцисс отложен средний диаметр капель dк, по оси ординат — отношение А объема капель одинакового диаметра к объему всех капель в этой части струи в %. Чем выше перепад давлений, тем меньше диаметр капель и тем однороднее распыливание.

При уменьшении перепада давлений средний диаметр капель возрастает, ухудшается однородность распыливания и повышается дальнобойность струи. Особенно большое значение эти факторы имеют для двигателей непосредственного впрыска. Для двигателей вихрекамерного смесеобразования их влияние сказывается в меньшей степени, так как качество смесеобразования улучшается благодаря воздушным вихрям.

Если у вихрекамерных двигателей дальнобойность струи мала, то топливо распределяется в небольшом объеме камеры сгорания и на ее периферии появляются зоны с избытком воздуха, в центре же камеры может быть недостаток его. Сгорание в этом случае будет перемещаться в такт расширения. При большой дальнобойности струи топливо попадает на стенки камеры сгорания и днище поршня, что для этого типа двигателей нежелательно.

Экономичность двигателя при этом ухудшается. Дальнобойность струи для каждого типа дизелей должна представлять собой определенную величину. Однако она не является постоянной, а зависит от давления впрыска, быстроходности двигателя, величины подачи топлива.

При увеличении давления впрыска возрастает перепад давления в сопле форсунки и в камере сгорания, что и приводит к увеличению дальнобойности факела распыленного топлива.

Зависимость дальнобойности факела от давления впрыска за время 0,0025 сек при постоянном противодавлении показана на рисунке 7. С увеличением давления дальнобойность возрастает. При повышении скорости вращения кулачкового вала топливного насоса увеличивается скорость движения плунжера, а это также способствует росту дальнобойности струи (рис. 8).

Давление начала впрыска оказывает влияние на момент начала и продолжительность впрыска, тонкость и однородность распыливания топлива и резкость отсечки. Подача топлива за цикл возрастает по мере снижения давления начала впрыска (рис. 9). В этом случае игла форсунки поднимается раньте и садится в гнездо позже.

Поздняя посадка вызывается значительным снижением давления конца впрыска при малом давлении начала впрыска. При снижении давления начала впрыска ухудшается запуск двигателя.

Регулирование давления впрыска в топливной рампе

Регулирование давления впрыска в топливной рампе

Благодаря очень высокой плотности энергии сжатый природный газ (СПГ) прекрасно подходит для использования в качестве автомобильного топлива. Его октановое число примерно 120, а теплота сгорания от 9,000 до 11,000 ккал/кг или от 38 до 47 МДж/кг.

Кроме того, при сжигании СПГ выделяется значительно меньше СО2, чем, например, при сгорании бензина. А поскольку СПГ сравнительно дешевое топливо, растет интерес производителей к разработке транспортных средств, способных работать на этом теплоносителе.

Основная задача при оптимизации работы двигателя внутреннего сгорания на СПГ ― регулирование давления впрыска в топливной рампе.

СПГ хранится примерно при 200 бар и впрыскивается при давлении от 2 до 9 бар в зависимости от характеристик двигателя: низкое давление эффективно для экономичного вождения на низких скоростях, а более высокое давление требуется, когда нужна большая мощность и крутящий момент.

Давление открывает потенциал сжатого природного газа

Рис. 1: пример двухтопливной системы для бензина и СПГ (источник фото: Bosch Mobility Solutions)

Эффективность сгорания в цилиндре двигателя сильно зависит от температуры и давления СПГ: увеличение давления при постоянном объеме приведет к увеличению массовой плотности газа, тем самым увеличивая теплотворность. Несмотря на то что начальная температура и давление впрыска могут изменяться, если они не будут точно откалиброваны при разработке, транспортные средства, работающие на СПГ, столкнутся с потерей мощности и плохой управляемостью.

Впрыск СПГ под давлением

Как правило, СПГ подается из бака высокого давления через регулятор давления в топливную рампу. Для эффективного сгорания топлива количество впрыскиваемого природного газа всегда должно соответствовать массе воздуха, необходимой двигателю. Поэтому в электронном управлении двигателем обычно используется расходомер воздуха, чтобы определить точное количество необходимого воздуха и количество инжектируемого СПГ.

При инжекции в центральную точку СПГ подается из распределителя природного газа во впускной коллектор. Датчик среднего давления измеряет давление и температуру в распределителе, позволяя инжекторам природного газа доставлять точное количество необходимого топлива.

Впрыск может осуществляться и без распределителя, путем выравнивания каждого инжектора с соответствующим цилиндром. С помощью этого многоточечного впрыска газ впрыскивается под давлением во впускной коллектор каждого цилиндра "бегунка" вверх по впускному клапану.

Поскольку изменения давления оказывают значительное влияние на рабочие характеристики двигателя, крутящий момент и выбросы выхлопных газов (CO, CO2, NOx и углеводороды) должны регистрироваться во время испытаний двигателя.

Оптимизация давления в рампе для любых условий вождения

Для оптимизации системы СПГ важно, чтобы на этапах проектирования и испытаний давление внутри рампы было точно измерено в различных отверстиях дроссельной заслонки и в перекрестной зависимости от крутящего момента двигателя и соответствующих выбросов выхлопных газов. Поэтому большинством разработчиков востребованы высококачественные датчики давления. Важно, чтобы они предоставляли точные показания в широком диапазоне измерений и были устойчивы к воздействию повышенных температур.

Хотя повышение давления СПГ снижает выбросы СО2, НС и NOx, содержание СО в выхлопных газах возрастает, поэтому крайне важно точно регистрировать эффекты модуляции давления впрыска СПГ.

Во время тестирования регулятор давления используется для контроля давления впрыска, которое измеряется точно откалиброванным датчиком давления, расположенным в направляющей, а аналоговый расходомер (как правило, производительностью 2,5 м3/ч) используется для измерения и контроля скорости воздуха на входе. Динамометрический стенд используется для записи крутящего момента двигателя.

В течение всего испытания температура газа и скорость потока поддерживаются постоянными: 22°C и 0,1 SCFH (ст. фут3/ч) соответственно. Мощный нагнетатель используется для поддержания температуры двигателя во время испытания, а оборудование для проверки выбросов присоединяется к выхлопному отверстию для регистрации содержания CO, CO2, углеводородов и NOx в выхлопных газах.

Процесс довольно сложный и требует измерения давления в рампе, крутящего момента и выбросов в сотнях точек открытия дроссельной заслонки, чтобы составить эффективный документ со всеми требованиями по двигателю. Измерение, запись и ввод полученных данных в соответствующие таблицы ― трудоемкая задача, поэтому разработчики часто обращаются к инструментам моделирования для ускорения разработки. После сбора базовых данных можно сгенерировать бесконечное количество симуляций в реальном времени, которые будут применены к любому аспекту цикла разработки: от первоначальной концепции до проектирования, тестирования и валидации с использованием аппаратно-циклического тестирования.

Хорошо разработанная программа испытаний, использующая датчики давления лабораторного класса и испытательное оборудование, демонстрирует рабочие характеристики и управляемость транспортных средств, работающих на СПГ.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *