РОЖДЕНИЕ ДИЗЕЛЯ

В 1892 году немецкий инженер Рудольф Дизель занялся проектированием более эффективного и экономичного мотора, который пришел бы на замену прожорливым моторам, работающим на бензине и газойле. Идея Дизеля о самовоспламенении топлива легла в основу его разработок. Правда первоначально для зажигания топлива в цилиндрах он планировал использовать аммиак, но рабочий образец двигателя создать не удалось. Позже к нему пришло вдохновение: горячий сжатый воздух идеально смог послужить поставленной цели. Поэтому первые дизельные моторы были отчасти турбированными: огромные компрессоры сжимали воздух и наполняли им рабочие цилиндры. Первым видом топлива, которое использовал дизель, была угольная пыль. Прототип мотора работал на ней хорошо, но недолго: абразивный износ агрегата оказался колоссальным. Следующий вариант двигателя питался керосином. Третий образец, появившийся в 1895 году, охотно работал на тяжелых фракциях нефти (в том числе и солярке), сжатый воздух помогал распылять топливо по рабочему объему цилиндра, использовалось водяное охлаждение агрегата. Позже, в 1896 году, появился окончательный вариант двигателя, работающего от самовоспламенения топливной смеси в цилиндрах. КПД мотора было вдвое большим (34%), чем у лучших паровых машин в то время. Новый мотор в одночасье получил широкое распространение, хотя сложность его массового производства и малая надежность вызвала волну критики в адрес Рудольфа Дизеля.

Дело Дизеля продолжил Проспер Леранж, который усовершенствовал дизельный двигатель предкамерой, форсунками с игольчатым клапаном и т.д.

Другой немецкий инженер, Роберт Бош, в 1923 году совершил настоящую дизельную революцию, разработав несколько конструкций форсунок и относительно миниатюрный топливный насос, позволивший отказаться от громоздких воздушных компрессоров. В 1927 году Роберт Бош представил собственный двигатель с воспламенением от сжатия. Сегодня компания Bosch является ведущим поставщиком на конвейеры компонентов системы подачи топлива Common Rail.

  COMMON RAIL И КОМПАНИЯ

В обычных дизелях в функции топливного насоса входит, во-первых, сжатие топлива до необходимого давления, и, во-вторых, распределение его по форсункам. Система подачи топлива Common Rail обладает некоторыми принципиальными отличиями в своей конструкции. Прежде всего, топливный насос высокого давления лишился функции распределения топлива по форсункам, как в обычных дизелях. Эту задачу отныне решают электромагнитные клапаны форсунок, сигналы которым подает блок электронного контроля двигателя. Насос, варьируя количество подаваемого в общий (Common) для всех форсунок аккумулятор (резервуар, рампу – по-английски Rail) топлива обеспечивает давление согласно заданному блоком электронного контроля значению. Каждая форсунка связана с резервуаром отдельным топливопроводом. Изменение продолжительности управляющего сигнала идущего от блока электронного контроля обеспечивает подачу нужного количества топлива в камеру сгорания. Реализация указанной схемы позволила подавать топливо при давлении и положении коленчатого вала, не зависящих от положения кулачкового вала топливного насоса высокого давления, что значительно расширило возможности организации надлежащего рабочего процесса в камере сгорания для снижения шумности работы, токсичности отработавших газов при приемлемом уровне расхода топлива.

Реклама

Управлением двигателем в системе Common Rail от компании Bosch, а точнее определением параметров топливоподачи, занимается блок электронного контроля EDC (Electronic Diesel Control). Электронный управляющий блок EDC способен варьировать момент подачи топлива, количество впрыскиваний в одном рабочем цикле, адаптировать свой алгоритм работы под конкретные условия эксплуатации силового агрегата и даже под особенности отдельно взятого цилиндра. По его командам смонтированные внутри форсунок соленоидные клапана, используемые в системах 1-го и 2-го поколений, определяют дозы горючего, которые необходимо подать в цилиндры. В третьем поколение системы Common Rail инженеры компании Bosch заменили соленоиды на пьезоэлектрический затвор (также известный как актуатор, или толкатель). Затвор выполняется из специального керамического материала – диэлектрика, в котором наблюдается обратный пьезоэффект. Его суть состоит в том, что под влиянием внешнего электрического поля пьезокристалл способен расширяться. В случае с форсунками Bosch пьезоэлектрический затвор постоянно находится под влиянием электрического поля. Когда по команде EDC поле пропадает, керамический материал сокращается в размерах. При этом под давлением топлива открывается сопло форсунки, и происходит впрыскивание. Системы, укомплектованные такими форсунками, отличаются быстродействием и повышенной точностью дозирования, что позволяет осуществлять до 10 впрыскиваний в одном рабочем цикле.

Сегодня различные модели Common Rail, разработанные компанией Bosch, доступны с давлениями впрыска от 135 до 220 МПа.

  НАСОС-ФОРСУНКИ

Это оригинальные модульные конструкции, в состав которых входят сразу и сама форсунка, и плунжерный топливный насос. По размерам такая конструкция немного больше обычной форсунки дизельного двигателя. На каждый цилиндр устанавливается по одному такому модулю. Принцип работы насос-форсунки прост как никогда. На распределительном валу предусмотрены дополнительные кулачки, которые посредством штанги толкателя и коромысла приводят в действие индивидуальный для каждого цилиндра плунжер насос-форсунки. Закачивание горючего в форсунку происходит при поднятии плунжера под действием пружины обратного хода. В этот момент соленоидный клапан отключен и обеспечивает неограниченный проход потока топлива от насоса к цепи низкого давления системы. Следующий далее поступательный ход кулачка обеспечивает сжатие топлива и впрыск. При этом включается соленоидный клапан и перекрывает канал подачи топлива – тем самым герметизируется цепь высокого давления форсунки. Напор горючего под плунжером невероятно возрастает, в результате чего происходит открытие иглы распылителя и впрыск в камеру сгорания. Работа быстродействующего соленоидного клапана протекает под надзором блока электронного контроля двигателя (EDC), который обеспечивает точную регулировку времени начала впрыска топлива в пределах рабочей зоны определяемой положением и профилем кулачка привода плунжерной пары.

Механизм насос-форсунки позволяет одновременно достигать высокого давления впрыска топлива: от 180 до 220 МПа (в зависимости от модели насос-форсунки) и сокращать потери мощности двигателя сжатием лишь малых доз горючего.