Характеристики впрыска в традиционных топливных системах
В традиционных топливных системах, использующих многоплунжерные рядные или ТНВД распределительного типа, характеристика впрыска топлива включает в себя только один главный впрыск, без предварительного и вторичного, то есть является однофазным (рис. 3). В ТНВД распределительного типа с электромагнитным клапаном управления подачей может быть обеспечена организация двухфазного впрыска с фазой предварительного впрыска. В традиционных топливных системах дизелей процессы создания высокого давления и обеспечения требуемой подачи топлива связаны между собой работой кулачкового привода и плунжера (плунжеров) ТНВД. Это оказывает следующее влияние на характеристики впрыска:
- давление впрыска увеличивается с увеличением частоты вращения и цикловой подачи;
- в период процесса впрыска давление впрыска увеличивается и затем падает при посадке иглы форсунки на седло.
Следствиями такого процесса являются:
- меньшее количество топлива впрыскивается при меньшем давлении, по сравнению с впрыском большого количества топлива (рис. 3);
- максимальная величина давления (пик кривой давления) более чем в два раза превышает среднее давление впрыска;
- в соответствии с требованиями для эффективного сгорания топлива кривая давления впрыска является практически треугольной.
Максимальная величина давления впрыска является решающим фактором, определяющим нагрузку на ТНВД и его компоненты.
Для топливной системы в целом это важно с точки зрения качества топливовоздушной смеси, образующейся в камере сгорания.
Характеристики впрыска в топливной системе Common Rail
По сравнению с традиционными топливными системами, для получения идеальных характеристик впрыска к топливной систем е CR предъявляются следующ ие требования:
- независимо друг от друга величина подачи (количество впрыскиваемого топлива) и давление впрыска топлива должны определяться для всех эксплуатационных условий работы двигателя (что обеспечивает свободу достижения идеального состава топливовоздушной смеси);
- в начале процесса впрыска величина подачи должна быть по возможности минимальной (предварительный впрыск в период задержки воспламенения между началом впрыска и началом сгорания).
Эти требования выполняются в аккумуляторной топливной системе CR с двухфазным впрыском ( р ^ . 4 и 6).
Топливная система Common Rail является модульной системой, и следующие ее компоненты являются ответственными за обеспечение характеристик впрыска:
- форсунки с электромагнитным управлением, установленные в головке блока цилиндров;
- аккумулятор топлива;
- ТНВД.
Для обеспечения работы топливной системы также требуются следующие компоненты:
В топливных системах дизелей легковых автомобилей для создания высокого давления топлива используются радиально-плун- жерные ТНВД. Процесс создания высокого давления в системе CR осуществляется независимо от процесса впрыска. Привод вала ТНВД осуществляется непосредственно от коленчатого вала двигателя с постоянным передаточным отношением. Тот факт, что подача топлива в аккумулятор является равномерной, означает, что по сравнению с обычными топливными системами, ТНВД в системе Common Rail имеет значительно меньшие размеры, а также то, что его привод не подвергается высоким нагрузкам от сил давления.
Форсунки соединяются с аккумулятором топлива короткими трубками линии высокого давления и, что особенно важно, включают в себя электромагнитный клапан, который включается в работу по сигналу ЭБУ в момент начала впрыска. Впрыск прекращается при обесточивании электромагнитного клапана по сигналу ЭБУ. Поскольку в топливной си стеме поддерживается постоянное высокое давление топлива в аккумуляторе, величина подачи является прямо пропорциональной периоду времени работы электромагнитного клапана (дозирование временем открытия форсунки). Этот процесс абсолютно не зависит от частоты вращения вала двигателя или ТНВД.
Требуемая быстрота срабатывания электромагнитного клапана достигается использованием электропитания с высокими напряжениями и токами. Это означает, что фаза пуска электром агнитного клапана должна быть соответствующ им образом спроектирована в ЭБУ.
Величина угла опережения впрыска контролируется соответствующ ей системой, предусмотренной в системе электронного управления дизелей (EDC). Для этого в системе используются датчики частоты вращения коленчатого вала и положения распределительного вала.
Предварительный впрыск топлива
Угол опережения предварительного впрыска (запальной порции топлива) может составить 90" по углу поворота коленчатого вала (п.к.в.) до ВМТ. Если угол опережения впрыска оказывается меньше 40” п.к.в. до ВМТ, то капли топлива могут осаждаться на поверхности поршня и стенках цилиндра, что может привести к разжижению моторного масла.
При наличии предварительного впрыска в камеру сгорания впрыскивается небольшое количество дизельного топлива (1...4 ммз), что приводит в результате к улучшению эффективности сгорания, а также к достижению следующих показателей:
- благодаря началу реакций горения давление сжатия немного увеличивается, что, в свою очередь, приводит к уменьшению периода задержки воспламенения после основного впрыска;
- процесс сгорания протекает более мягко как результат уменьшения максимального давления сгорания (уменьшается жесткость процесса сгорания).
Такое протекание рабочего процесса снижает шум процесса сгорания, уменьшает расход топлива и во многих случаях снижает эмиссию вредных веществ с ОГ. В случае однофазного впрыска, без использования предварительного впрыска, имеет место плавный подъем кривой давления впрыска непосредственно перед ВМТ и относительно резкий подъем, максимальный пик давления после ВМТ (рис. 5). Такой резкий подъем давления в цилиндре способствует появлению значительного шума сгорания дизеля.
Как показано нехарактеристике изменения давления в цилиндре (рис. 6), использование предварительного впрыска топлива приводит к тому, что давление вблизи ВМТ достигает более высокого значения, и дальнейшее повышение давления сгорания воспламеняется, но, благодаря теплу ОГ, хорошо в них испаряется. Во время такта выпуска образовавшаяся смесь ОГ и топлива удаляется из цилиндра через выпускной клапан в выпускную систему, при этом часть топлива возвращается в цилиндр через систему рециркуляции ОГ и производит, таким образом, эффект, подобный предварительному впрыску. При условии установки соответствующего каталитического нейтрализатора NOx дополнительная доза топлива используется в ОГ как агент, снижающий содержание NOx в ОГ.
Поскольку слишком поздний вторичный впрыск может приводить к разбавлению масла, такой процесс впрыска должен быть одобрен производителем двигателя.
