Тонкости горения

Дизельные двигатели давно и с успехом используются в легковом автопроме. Они стали оптимальным решением с точки зрения обеспечения топливной экономичности и снижения уровня выбросов CO2. Одна из особенностей дизельного мотора заключается в том, что горение топлива в цилиндре такого двигателя происходит без электрического разряда (то есть не требуется свеча зажигания), который является обязательным условием для работы бензинового ДВС.

Сам процесс горения происходит при наличии нескольких компонентов – материала горения, кислорода в нужном объеме и источника воспламенения. Помимо пламени или искры источником воспламенения может стать нагрев. Как известно, дизельное топливо самовоспламеняется именно от нагрева. Воспламенение происходит в результате сжатия воздуха в цилиндре до нужной температуры. При этом температура воспламенения растет по мере роста давления, а температура самовоспламенения топлива уменьшается с ростом давления. Таким образом, топливовоздушная смесь в дизельном двигателе легко воспламеняется при высоком давлении, и это происходит тем лучше, чем больше разница этих температур.

Стоит сразу оговориться, что дизельный двигатель работает с хорошей отдачей только тогда, когда в нем хорошо сгорает топливо. При этом высокое давление в цилиндре и правильный впрыск топлива являются ключевыми факторами для горения дизтоплива.

Что происходит в камере сгорания дизельного двигателя?

Этот процесс можно описать так. Топливо из форсунки впрыскивается в цилиндр дизельного двигателя, распыляется и самовоспламеняется, и пламя распространяется по всему цилиндру. В этот момент впрыск прекращается, а несгоревшее топливо продолжает догорать. Таким образом, весь процесс горения, которое продолжается совсем короткое время, можно разбить на несколько отдельных этапов.

Этап от впрыска топлива до начала его горения – период задержки воспламенения. В этой фазе форсунки впрыскивают горючее, оно распространяется в виде тумана в воздухе, нагретом высоким давлением. Этот туман состоит из микроскопических капель топлива, но мгновенно оно не воспламеняется, так как прежде ему нужно испариться под воздействием горячего воздуха. Топливо перемешивается с воздухом и нагревается до температуры самовоспламенения. Очень важно, чтобы период задержки воспламенения был максимально коротким, так как именно от эффективности этого этапа зависят последующие этапы горения.

С начала воспламенения и до момента, когда пламя распространилось по всему цилиндру, – это второй этап, называемый периодом распространения пламени. В этот момент смесь воздуха с топливом, образовавшаяся в предыдущий период, начинает возгорать. Она воспламеняется именно в тех местах, где топливо хорошо перемешалось с воздухом. Горение воздушно-топливной смеси повышает температуру внутри цилиндра, а это увеличивает давление в камере сгорания. Из-за этого ускоряются испарение топлива и его перемешивание с воздухом. В это время пламя быстро распространяется по всей топливной смеси, образовавшейся в период задержки воспламенения. В момент начала горения топлива давление в камере сгорания резко увеличивается. Однако, если период задержки воспламенения длится слишком долго, это приводит к неправильной работе всего мотора.

Решения для ремонта

Одна из ключевых особенностей современной системы впрыска дизельных двигателей Common Rail – высокое давление в топливной рампе, достигающее 2500 и более бар. Для его поддержания во многих современных автомобилях (как легковых, так и легких коммерческих) используется топливный насос высокого давления Bosch CP4. Помимо высокой эффективности он обладает еще целым рядом преимуществ по сравнению с моделями предыдущего поколения, включая небольшие габариты и вес. Bosch предлагает эффективные комплексные решения в области обслуживания систем Common Rail в целом, позволяя дизельным мастерским выполнять весь спектр услуг – от первичной диагностики систем впрыска до ремонта инжекторов и ТНВД. Задачу первичной диагностики успешно выполняют системные сканеры Bosch KTS, позволяющие определить неисправность в системе Common Rail благодаря высокоэффективному программному обеспечению Bosch ESI[tronic] 2.0. Дальнейшая локализация проблемы в системе проводится при помощи комплекта Bosch Diesel Set 3.1, который содержит все необходимое для оценки работоспособности ТНВД и клапана регулировки давления. После выявления неисправных узлов и демонтажа инжекторов или топливного насоса высокого давления проводится их проверка на стенде Bosch EPS 708 или 815. Благодаря выпуску специальных наборов дооснащения диагностические стенды Bosch позволяют проводить испытания насосов любых поколений. Новый комплект оборудования Bosch для ремонта ТНВД CP4 позволяет производить проверку, полную разборку и ремонт насоса в точном соответствии с утвержденной технологией ремонта. В состав комплекта входят специализированные инструменты и инструкции для выполнения требуемых процедур.

Третий этап – до момента окончания впрыска – период прямого горения. Форсунка продолжает впрыскивать топливо, которое сгорает немедленно, контактируя с открытым пламенем в камере сгорания. К этому этапу пламя распространяется уже по всей камере, а давление достигает максимального показателя.

Четвертый этап – до окончания горения – называется догорание. На этом этапе несгоревшее топливо должно полностью сгореть. Поршень движется вниз, в результате давление и температура падают. Однако для полного сгорания топлива нужно высокое давление в камере сгорания, которое обеспечивает самовоспламенение топлива, а также правильный впрыск топлива, произошедший в нужный момент и в требуемом объеме. В противном случае распространение пламени существенно повышает температуру в камере сгорания, и топливо загорается немедленно. А когда впрыск заканчивается, оставшееся топливо продолжает гореть.

В случае, когда давление в цилиндре меняется, водитель может услышать длительный стук или металлический звук. Такое возникает в условиях, когда давление в цилиндре понижается и смеси требуется больше времени, чтобы достичь температуры воспламенения. Из-за низкой компрессии удлиняется период самовоспламенения. И когда смесь все же возгорится, количество топлива в камере будет больше, чем то, что необходимо для нормального режима работы. Одномоментно воспламенится большое количество топлива, что приведет к резкому увеличению давления и росту температуры в камере. По этой причине возникает ударная волна, которая действует на днище поршня и стенки цилиндра и производит металлический стук.

По причине низкой компрессии может возникать и белый дым. Это происходит тогда, когда давление падает и топливо не самовоспламеняется при достижении поршня самой высокой мертвой точки. Когда поршень идет вниз, температура падает, и пламя не успевает распространиться. Дизтопливо продолжает испаряться в периоды прямого горения и догорания. Несгоревшее горючее выбрасывается из цилиндра в конце периода дожига, и именно поэтому возникает белый дым. Он может также появиться при позднем впрыске топлива. Компрессия и температура в камере сгорания достигают необходимого уровня, однако из-за слишком позднего впрыска у топлива не остается достаточно времени для того, чтобы испариться. И тогда воспламенение дизтоплива происходит, когда поршень начинает движение вниз. В этот момент давление и температура начинают падать, и пламя не успевает распространиться по всей камере сгорания, а потому и горение быстро прекращается. При этом испарение топлива продолжается, и его несгоревший остаток выбрасывается из цилиндра.

По причине большого объема впрыскиваемого топлива возникает черный дым. Если в камеру сгорания впрыскивается нормальный объем топлива, капли перемешиваются с воздухом, и топливо эффективно сгорает. Но при большом количестве топлива в условиях ограниченного объема кислород в камере полностью выгорает в период горения, а у оставшегося топлива просто не остается достаточно воздуха для перемешивания. А несгоревшее топливо преобразуется в углерод, который и вызывает черный дым.

Повысить КПД

Современные конструкторы ищут способы, чтобы увеличить КПД дизельного двигателя и понизить при этом токсичность отработавших газов в течение всего срока службы автомобиля. Одним из способов повысить КПД двигателя и снизить уровень вредных выбросов является более точное управление системой впрыска топлива. Дизельные форсунки могут распылять топливо до 10 раз в каждом рабочем цикле двигателя, поэтому прецизионное управление каждым отдельным моментом впрыска позволяет еще больше повысить топливную экономичность, снизить уровень вредных выбросов и уменьшить уровень шума в течение всего срока службы двигателя. 

Инженеры Delphi разработали технологию управления насос-форсункой с обратной связью, реализуемую посредством аппаратного и программного обеспечения. С ее помощью поддерживается максимальная эффективность впрыска в течение продолжительного времени. Это достигается за счет использования дополнительного электрического провода внутри корпуса насос-форсунки, игла которой действует в качестве «электрического выключателя». Данный процесс обеспечивает передачу сигнала управления в реальном времени, что является более точным и более экономически выгодным решением, чем те, что реализованы в аналогичных системах.

Посылая электрический ток по игле распылителя, Delphi распознает моменты контакта иглы с седлом, ограничителем подъема или нахождения между этими двумя положениями. Этот процесс позволяет системе непрерывно перекалибровывать все моменты подачи топлива на протяжении всего срока службы автомобиля. Сочетание электрического выключателя и нового алгоритма управления создает уникальное решение, которое обеспечивает высокую точность многофазного впрыска. Такая конструкция работает независимо от настроек параметров впрыска и сгорания топлива, а также сложности конструкции двигателя или силовой установки. 

Использование в конструкции форсунки «выключателя» и нового алгоритма работы электронного блока управления позволило инженерам добиться снижения уровня вредных выбросов и предложить эффективное решение для сложных технических задач.

16.08.2016 в 16:00 0
Посмотрите похожие материалы
Подписаться на новостную рассылку
view counter
x
Вход на сайт
x
Регистрация
Информация об учетной записи
Существующий адрес электронной почты. Все почтовые сообщения с сайта будут отсылаться на этот адрес. Адрес электронной почты не будет публиковаться и будет использован только по вашему желанию: для восстановления пароля или для получения новостей и уведомлений по электронной почте.
Укажите пароль для новой учетной записи в обоих полях.
User Roles
Юридическая информация
x
Новостная рассылка

С нами уже 739 профессионалов

CAPTCHA
This question is for testing whether you are a human visitor and to prevent automated spam submissions.
Image CAPTCHA
Введите символы с картинки