Что такое детонация дизельного двигателя common rail

Громкий звук детонации в большинстве случаев можно услышать при работе холодного дизеля на холостом ходу или с небольшой нагрузкой. В этом виновата большая задержка воспламенения, которая, как известно, уменьшается при увеличении давления и температуры. Детонация во время холостого хода не опасна для двигателя и исчезает при повышении нагрузки.

В двигателях с непосредственным впрыском дизельного топлива в воздух в камере сгорания детонацию можно устранить, уменьшив количество топлива, впрыскиваемого во время задержки воспламенения. Основное количество впрыскивается сразу после начала сгорания. Недостатком является невозможность полностью устранить выброс сажи, которая возникает, если у топлива перед воспламенением недостаточно времени для испарения и смешивания с воздухом. Когда температура и давление высоки и нет достаточного количества воздуха для сгорания, возникает реакция крекинга (расщепления молекул), которая приводит к образованию сажи. Сажа сгорает не полностью и попадает в отработавшие газы.

Детонационное сгорание топлива можно также устранить с помощью разделения камеры сгорания. Дизельное топливо впрыскивается в изолированную полость (предварительную камеру) в головке блока цилиндров.

Рис. Разделенная камера сгорания дизельного двигателя

Из-за недостатка воздуха там может гореть не всякое топливо. Вследствие предварительного сгорания в предварительной камере повышаются температура и давление. Топливо, которое не сгорело, через сужение попадает с большой скоростью в основную камеру сгорания, где и догорает до конца. Вследствие растяжения по времени процесса сгорания детонационный шум подавляется даже при использовании топлива с большой задержкой воспламенения. Правда, при этом наблюдается повышенный удельный расход топлива.

Наряду со способами смесеобразования, когда топливо впрыскивается в воздух, существует метод подачи топлива, разработанный в компании «MAN», при котором дизельное топливо впрыскивается так, что тонкой пленкой оседает на поверхности камеры сгорания. При использовании данного метода детонация не возникает, так как топливо сгорает в том объеме, в котором оно испаряется со стенки и смешивается с воздухом. Двигатели, работающие по данному принципу смесеобразования, называются многотопливными двигателями внутреннего сгорания, так в них можно использовать все виды топлива, от смазочного масла и дизельного топлива до бензина.

Производители горючего также прилагают старания, чтобы устранить детонацию. Дизельное топливо после нефтеперегонки имеет диапазон кипения 160-90 °С. Оно содержит много насыщенных углеводородов, которые легко воспламеняются. Плотность дизельного топлива составляет р — 0,83 г/ см3, а его удельная теплота сгорания Нu

42000 кДж/кг. При добавлении присадок для ускорения сгорания воспламеняемость дизельного топлива еще больше увеличивается. Действие присадок заключается в том, что топливо воспламеняется непосредственно при попадании в горячий воздух, а при повышении температуры задержка воспламенения дизельного топлива уменьшается. Для этого достаточно добавить в дизельное топливо присадки для ускорения воспламенения в количестве 0,1-1 объемного процента.

История дизельных моторов Audi началась в 1980 году, когда под капотом Audi 80 появился атмосферный 54-сильный дизель объемом 1,6 литра. Затем инженеры и конструкторы компании взялись за решение самой сложной задачи: разработать компактный и мощный дизельный двигатель с прямым впрыском. В 1989 цель была достигнута и в производство запустили первый в мире турбодизельный двигатель, получивший обозначение TDI. Пятицилиндровый агрегат объемом 2,5 литра с турбонаддувом и промежуточным охлаждением нагнетаемого воздуха имел мощность 120 л.с. и обеспечивал крутящий момент 256 Нм при 2250 оборотах в минуту.

Турбодизельные двигатели сразу же начали пользоваться успехом. Новая на тот момент технология значительно опережала достижения конкурентов как по динамике езды, так и по расходу топлива.

Система Common Rail — Scania XPI

Система Common Rail

Дизель системы Common Rail — это самый современный этап эволюции бензиновых и дизельных двигателей с прямым впрыском топлива. Отличие его от традиционных дизелей с низким давлением подачи топлива в наличии рампы, куда под большим давлением(более 1000 бар) подается дизельное топливо, которое далее распределяется между электрическими форсунками с соленоидными клапанами. Третье поколение систем Common Rail отличается применением пьезоэлектрических инжекторов для увеличения точности впрыска, количественное увеличение фаз впрыска, а также повышения давления подачи топлива в рампу(до 1800 бар). Разновидность для бензиновых двигателей называется Прямой впрыск (FSI,GDI и т.п.).

Читать еще: Что такое bems двигатель

Система прямого впрыска дизельного топлива у Скания разработана совместно с Cummins (Камминз) и называется Scania XPI (экс-пи-уай).

История создания системы впрыска Common Rail

Опытный образец системы Common Rail был разработан в конце 60-х годов Робертом Хубером (Швейцария). Заинтересовавшись идеей Хубера, Швейцарский Федеральный Институт Технологии Ganser продолжил разработку технологии Common Rail. В середине 90-х годов инженеры японской корпорации DENSO, Шохеи Итохе и Масахико Мияки (Shohei Itoh и Masahiko Miyaki), приступили к конструированию системы Common Rail. Практическое завершение их разработок называлось ECD-U2 и использовалось при создании больших транспортных средств (судостроительной, паровозной и большегрузной технике).

Первым опытным образцом с системой Common Rail стал погрузчик Hino Raising Ranger, который поступил в продажу в 1995 году.Независимо от японских конструкторов, также в середине 90-х, итальянские компании Magneti Marelli, Centro Ricerche Fiat и Elasis приняли участие в доработке системы Common Rail. Их проект был настолько перспективен и заманчив, что его приобрела компания Bosch, которая не только завершила доработку и отладку системы, но и запустила ее в массовое производство. В 1997 году Bosch стал производить Common Rail для легковых автомобилей. Первым серийным автомобилем, оснащенным «дизельным инжектором», стал Alfa Romeo 156 с двигателем 1,9 JTD, а чуть позже — Mercedes-Benz С 220 CDI.

Принцип работы системы впрыска Common Rail

Если приводить аналогии простым языком, то Common Rail – это «дизельный инжектор». В обычном дизельном двигателе каждая секция насоса высокого давления нагнетает топливо в «индивидуальный» топливопровод (идущий к определенной форсунке). Внутренний его диаметр обычно составляет 1,6-2 мм, а наружный – 6-7 мм, то есть стенки достаточно толстые. Но когда под высоким давлением в 1300-2000 атмосфер по нему «прогоняется» порция горючего, трубка раздувается, как удав, заглатывающий жертву. И как только эта солярка уходит в форсунку, топливопровод снова сжимается. Поэтому вслед заданной порции топлива к форсунке непременно «подкачивается» крохотная лишняя доза. Эта капля, сгорая, увеличивает расход горючего, повышает дымность мотора, да и процесс ее сжигания далеко не полноценный. Вдобавок сами пульсации отдельных трубопроводов повышают шумность работы двигателя. В системе Common Rail насос высокого давления подает горючее в общий трубопровод – топливную рампу, которая играет роль ресивера. В этом промежуточном звене помещается постоянный объем солярки, которая находится не под пульсирующим давлением, а под постоянным – около 1300 атмосфер. Что же касается форсунок, то они открываются теперь гидромеханическим способом (от повышения давления в трубопроводе) и электронным – от сигнала, подаваемого на соленоид форсунки. Датчики сообщают компьютеру, управляющему работой форсунок, информацию о положении педали акселератора, давлении в рампе, температурном режиме двигателя, его нагрузке и т. д. На ее основе компьютер назначает нужное для работы мотора количество топлива и момент его подачи. Таким образом, «удав» не судорожно проталкивает по пищеводу «пищу», а работает в строгом соответствии с решениями, принимаемыми электронным мозгом.

Датчики системы Common Rail

Основными датчики, которые используются в системе — это датчик давления в рампе, датчик потока воздуха, датчики распредвала и коленвала, температурные датчики двигателя и входящего воздуха, датчик положения педали аккселератора, система подогрева.

Активаторы Common Rail

Соленоиды в системе Common rail должны реагировать в течение пол-секунlы: это инжектора, клапан регулятор давления в рампе, клапан турбонаддува и клапана рециркуляции выхлопных газов.

Инжекторы (форсунки) Common Rail

Инжектора включаются по команде контроллера — блока EDC посредством магнитного соленоида. Гидравлическая сила давления позволяет открывать и закрывать инжектор, однако активация происходит с блока управления. Некоторые инжектора имеют пьезокристаллы. Под влиянием магнитного поля они увеличиваются в размерах. В инжекторе типа Piezo Inline кристалл находится близко к игле и поэтому в нем не используется механических деталей для включения иглы. В ранних системах применялся двойной впрыск — пилотный и основной для предотвращения детонации. В современных системах используется до шести фаз впрыска. Каждый инжектор производится и тестируется в лаборатории, где ему присваивают определенный код по измеренным данным его работы. После замены инжекторов код должен быть прописан в память блока управления с помощью сканера.

Читать еще: Что такое класс качества api для бензиновых двигателей

Кто производит систему Common Rail?

На сегодняшний день существует несколько фирм, которые занимаются системами впрыска Common Rail.

В первую очередь это, конечно, концерн Bosch. Далее (по убывающей в зависимости от количества производимых систем):

— компания DELPHI («дизельное» отделение английской фирмы Lucas);
— японская компания DENSO;
— немецкая фирма Siemens VDO.

Компания SCANIA производит совместно с Cummins свою собственную систему прямого впрыска — Scania XPI.

Какие преимущества у Common Rail по сравнению с другими дизельными системами?

Компьютерное управление подачей топлива позволяет впрыскивать его в камеру сгорания цилиндра двумя точно дозированными порциями, чего раньше сделать было невозможно. Сначала поступает крохотная доза, которая при сгорании повышает температуру в камере, а следом идет главный «заряд». Для дизеля – двигателя с воспламенением топлива от сжатия – это очень важно, так как при этом давление в камере сгорания нарастает более плавно, без «рывка». Вследствие этого мотор работает мягче и менее шумно. Но главное – система Common Rail полностью исключает впрыск в камеру сгорания «досыльной» порции горючего. В результате расход топлива двигателем сокращается примерно на 20%, а крутящий момент на малых оборотах коленвала возрастает на 25%. Также уменьшается содержание в выхлопе сажи и снижается шумность работы мотора.

Очищающая присадка в топливо Bardahl Common Rail Diesel Additive

BARDAHL Common Rail Diesel Additive была специально разработана для тех водителей, которые заботятся о техническом состоянии автомобиля. Применение этого профилактического продукта позволяет избежать повреждения и износ элементов топливной системы «Common rail». Подходит для всех типов дизельных двигателей (HDI, TDI, CDI, TDCI, CRDI, Common Rail, насос-форсунка, турбонаддув и т.д.), с противосажевым фильтром и без. Не ограничивает режимы эксплуатации двигателя.

Особенности

Смазывает верхнюю часть цилиндров и поршневых колец, компенсируя малое содержание серы в современном дизельном топливе.
Снижает нагарообразование на выпускных клапанах, предохраняет седло клапана от преждевременного износа.
Увеличивает цетановое число, устраняет детонацию и самовоспламенение, облегчает воспламенение топливной смеси, способствует более “мягкой” работе двигателя, уменьшению шумности его работы.
Повышает производительность, мощность и приемистость двигателя.
Связывает и выводит воду из топлива, тем самым предотвращает заедание и заклинивание форсунок и топливного насоса.
Снижает предельную температуру фильтруемости дизельного топлива на 7°С (тест IFP № 74709), температуру помутнения (NF-T60105) и температуру застывания в зимний период.
Облегчает холодный запуск при низкой температуре.
Сокращает расход топлива до 5%.
Очищает, защищает и поддерживает топливную систему в чистоте.
Уменьшает количество и токсичность выхлопных газов.

Производитель оставляет за собой право без уведомления менять характеристики, внешний вид, комплектацию товара и место его производства.

В случае, если в описании товара прямо не указано обратное, гарантийный срок на такой товар не установлен.

Стенд для испытания дизельных двигателей

Стенды для дизелей в отличии от стендов для бензиновых двигателей отличаются высоким крутящим моментом на низких оборотах. В основе нагружающего устройства ВСЕГДА должен быть гидротормоз. Некоторые используют обкаточные стенды для испытания дизельных двигателей, но такое решение не позволяет полностью нагрузить двигатель, а точность измерений оставляет желать лучшего. Так что не удивляйтесь, если кривая мощности и крутящего момента недотягивает до паспортной.

Читать еще: Быстрый запуск двигателя liqui moly

Эффекты от применения

Состав «ТНВД» содержит микрчастицы специально подобранных минералов. При добавлении состава в топливный бак эти частицы вместе с потоком топлива попадает в насос. В областях трения, а это прежде всего трение плунжера и плунжерной гильзы, минерал проявляет свои восстановительные функции. В его присутствии на поверхности плунжера образуется микронной толщины металлический защитный слой. Этот слой устраняет микрозадиры и царапины на поверхностях плунжера и гильзы. Это предотвращает или существенно снижает обратный прорыв топлива при работе плунжера.

Схожие процесссы происходят и в других зонах трения: оптимизируются зазоры в насосах подкачки, улучшается прилегание запорных игл в форсунках. Все это позволяет достичь ряда положительных потребительских эффектов:

Восстанавливается давление.

Насос обеспечивает выходное давление в пределах рабочих характеристик, вовремя повышает давление при повышении оборотов. Это обеспечивает нормальное поступление топлива в камеры сгорания.

Повышается мощность и приемистость двигателя.

Восстановление давление улучшает впрыск, обеспечивает своевременную подачу нужного количества топлива. Это улучшает воспламенение и сгорание, приводит к повышению качества сгорания топлива, что обеспечивает повышение мощности при одновременном снижении расхода топлива на 3-5%.

Снижается шум и вибрация рядных и распределительных насосов.

Восстановление оптимального сопряжения плунжерных пар снижает вибрации и, следовательно, шумы при работе насоса;

Уменьшается загрязнение выхлопных газов.

Полное сгорание топлива снижает количество недогоревших частиц топлива в выхлопных газах. Это до 50% снижает их токсичность.

Кроме того, несгоревшее топливо не попадает на лопатки турбины или в сажевые фильтры, что продлевает срок службы этих систем.

Эффективность триботехнического состава была доказана в ходе независимых испытаний:

Диагностика и ремонт системы Common Rail

Помимо износа вращающихся, подвижных сочленений контура впрыска, распространенными причинами неисправности являются базовые узлы (ТНВД, форсунки, помпы). Устранение их выполняется после компьютерной диагностики (КД) методом считывания обнаруженных дефектов и параметров процесса впрыска. Подобный комплекс диагностических процедур выдает перечень неисправностей контура.

КД позволяет получить информацию:

Повышенный расход горючего.
Падение мощности мотора.
Плавающие обороты двигателя на холостых режимах.
Повышенная токсичность отработанных газов.
Остановка машины без причин, трудный пуск машины.

Подвергая дизельный двигатель диагностике, можно получить характеристики технического состояния аппаратуры, включая ТНВД, форсунки, помпы. Достигнуть до 15% экономии топлива, наряду с 35% увеличением мощности двигателя возможно только благодаря давлению и момента впрыска. А эти показатели формируются при проведении стендовых испытаний, непосредственно на сервисных площадках.

Устранение неисправности инжектора состоит из 2-х этапной процедуры:

Претворение входной проверки, во время которой фиксируются дефекты. Параллельно определяется объем предстоящего ремонта, детальный список запасных частей, подлежащих замене. Диагностика выявляет стабильность работы при переменных нагрузках холостого хода, а также герметичность уплотнений, соединений.
Разборка инжектора, замена деталей. Цикл работ выполняется в помещении, исключающим запыленность воздуха. Требования предусматривают проведение процедуры ремонта, соблюдая температурный режим, чистоту воздуха с использованием противопыльных установок.

Непреложным требованием остается применение точных стендовых, испытательных приборов, динамометрических ключей (электронных), наборов инструментария. Стендовая обкатка выявляет многочисленные параметры, включая:

Объем впрыскиваемого и возвращаемого топлива в бак.
Максимальная, средняя нагрузка на холостых оборотах.
Сопротивляемость магнитного анкера на разных режимах, момент подачи впрыска,
Давление, герметичность и другие.

Квалифицированный ремонт системы Common Rail зависит от наличия высокотехнологичных испытательных стендов, а ремонт отдельных узлов выполняется по тестам зарубежных заводов – изготовителей, с включением: