Дизельные автомобили с впрыском

Системы впрыска дизельных двигателей

Концептуально двигатели внутреннего сгорания – бензиновые и дизельные практически идентичны, но существует между ними ряд отличительных особенностей. Одной из основных является разное протекание процессов горения в цилиндрах. У дизеля топливо загорается от воздействия высоких температур и давления. Но для этого необходимо, чтобы дизтопливо подавалось непосредственно в камеры сгорания не только в строго определенный момент, но еще и под высоким давлением. И это обеспечивают системы впрыска дизельных двигателей.

Постоянное ужесточение экологических норм, попытки получить больший выход мощности при меньших затратах топлива обеспечивают появление все новых конструктивных решений в топливной системе дизеля.

Принцип работы у всех существующих видов впрыска дизеля идентичен. Основными элементами питания являются топливный насос высокого давления (ТНВД) и форсунка. В задачу первой составляющей входит нагнетание дизтоплива, благодаря чему давление в системе значительно повышается. Форсунка же обеспечивает подачу топлива (в сжатом состоянии) в камеры сгорания, при этом распыляя его для обеспечения лучшего смесеобразования.

Стоит отметить, что давление топлива напрямую влияет на качество сгорания смеси. Чем оно выше, тем дизтопливо лучше сгорает, обеспечивая больший выход мощности и меньшее содержание загрязняющих веществ в отработанных газах. И для получения более высоких показателей давления использовали самые разные конструктивные решения, что и привело к появлению разных видов систем питания дизеля. Причем все изменения касались исключительно указанных двух элементов – ТНВД и форсунок. Остальные же составляющие – бак, топливопроводы, фильтрующие элементы, по сути, идентичны во всех имеющихся видах.

Типы дизельных систем питания

Дизельные силовые установки могут быть оснащены системой впрыска:

• с рядным насосом высокого давления;
• с насосами распределительного типа;
• с насос-форсунками;
• аккумуляторного типа (Common Rail).

Далее рассмотрим лишь некоторые особенности, которыми обладают указанные системы впрыска дизельных двигателей, а также их положительные и отрицательные качества.

С рядным насосом

Система питания с рядным ТНВД можно считать «родителем» всех остальных, поскольку она является первой, используемой на дизельных моторах. Но сейчас она уже считается устаревшей и практически не используется.

Рядный ТНВД на 8 форсунок

Изначально эта система была полностью механической, но после в ее конструкции начали использоваться электромеханические элементы (касается регуляторов изменения цикловой подачи дизтоплива).

Основная особенность этой системы заключена в насосе. В нем плунжерные пары (прецизионные элементы, создающие давление) обслуживали каждый свою форсунку (количество их соответствовало количеству форсунок). Причем эти пары размещались в ряд, отсюда и название.

К достоинствам системы с рядным насосом можно отнести:

• Надежность конструкции. Насос имел систему смазки, что обеспечивало узлу большой ресурс;
• Невысокая чувствительность к чистоте топлива;
• Сравнительная простота и высокая ремонтопригодность;
• Большой ресурс насоса;
• Возможность работы мотора при отказе одной секции или форсунки.

Но недостатки у такой системы более существенны, что и привело к постепенному отказу от нее и отданию предпочтения более современным. Негативными сторонами такого впрыска считаются:

• Невысокие быстродействие и точность дозировки топлива. Механическая конструкция просто не способна это обеспечить;
• Сравнительно невысокое создаваемое давление;
• В задачу ТНВД входит не только создание давления топлива, но еще и регулировка цикловой подачи и момент впрыска;
• Создаваемое давление напрямую зависит от оборотов коленчатого вала;
• Большие габариты и масса насоса.

Эти недостатки, и в первую очередь – невысокое создаваемое давление, привело к отказу от этой системы, поскольку она просто перестала вписываться в стандарты по экологичности.

С насосом распределенного типа

ТНВД распределенного впрыска стала следующим этапом в развитии систем питания дизельных агрегатов.

Изначально такая система была тоже механической и отличалась от описанной выше лишь конструкцией насоса. Но со временем в ее устройство добавили систему электронного управления, которая улучшила процесс регулировки впрыска, что позитивно сказалось на показателях экономичности мотора. Определенный период такая система вписывалась в стандарты экологичности.

Особенность этого типа впрыска сводилась к тому, что конструкторы отказались от использования многосекционной конструкции насоса. В ТНВД начала использоваться всего одна плунжерная пара, обслуживающая все имеющиеся форсунки, количество которых варьируется от 2 до 6. Для обеспечения подачи топлива на все форсунки, плунжер совершает не только поступательные движения, но еще и вращательные, которые и обеспечивают распределение дизтоплива.

ТНВД с насосом распределенного типа

Позже эта система добавилась новым типом насоса – роторным, у которого устанавливаются несколько плунжеров, но распределенная подача осталась. Это позволило увеличить создаваемое насосом давление.

К положительным качествам таких систем относились:

• Малые габаритные размеры и масса насоса;
• Лучшие показатели по топливной экономичности;
• Использование электронного управления повысило показатели системы.

К недостаткам же системы с насосом распределенного типа относятся:

• Небольшой ресурс плунжерной пары;
• Смазка составных элементов осуществляется топливом;
• Многофункциональность насоса (помимо создания давления он еще управляется подачей и моментом впрыска);
• При отказе насоса система прекращала работать;
• Чувствительность к завоздушиванию;
• Зависимость давления от оборотов двигателя.

Широкое распространение такой тип впрыска получил на легковых авто и небольшом коммерческом транспорте.

Насос-форсунки

Насос-форсунки можно считать отдельной веткой в дизельных системах питания, поскольку в конструкции ТНВД как таковой не используется.

Особенность этой системы заключена в том, что форсунка и плунжерная пара объединены в единую конструкцию. Привод секции этого топливного узла осуществляется от распределительного вала.

Примечательно, что такая система может быть как полностью механической (управление впрыском осуществляется рейкой и регуляторами), так и электронной (используются электромагнитные клапаны).

Некой разновидностью этого типа впрыска является использование индивидуальных насосов. То есть для каждой форсунки предусматривается своя секция, приводимая в действие от распределительного вала. Секция может располагаться непосредственно в ГБЦ или быть вынесенной в отдельный корпус. В такой конструкции используются обычные гидравлические форсунки (то есть, система механическая). В отличие от впрыска с ТНВД, магистрали высокого давления – очень короткие, что позволило значительно увеличить давление. Но такая конструкция особого распространения не получила.

К положительным качествам насос-форсунок питания можно отнести:

• Значительные показатели создаваемого давления (самые высокие среди всех используемых типов впрыска);
• Небольшая металлоемкость конструкции;
• Точность дозировки и реализации многократного впрыска (в форсунках с электромагнитными клапанами);
• Возможность работы двигателя при отказе одной из форсунок;
• Замена поврежденного элемента не сложная.

Но имеются в таком типе впрыска и недостатки, среди которых:

• Неремонтопригодность насос-форсунок (при поломке требуется их замена);
• Высокая чувствительность к качеству топлива;
• Создаваемое давление зависит от оборотов двигателя.

Насос-форсунки получили широкое распространение на коммерческом и грузовом транспорте, а также эту технологию использовали некоторые производители легковых авто. Сейчас она не очень часто используется из-за высокой стоимости обслуживания.

Common Rail

Аккумуляторная система (Common Rail) пока является самой совершенной в плане экономичности. Также она полностью вписывается в последние стандарты экологичности. К дополнительным «плюсам» можно отнести ее применяемость на любых дизельных двигателях, начиная от легковых авто и заканчивая морскими судами.

Система впрыска Common Rail

Особенность ее заключена в том, что многофункциональность ТНВД не требуется, и в его задачу входит только нагнетание давления, причем не для каждой форсунки отдельно, а общую магистраль (топливную рампу), а уже от нее дизтопливо подается на форсунки.

При этом топливные трубопроводы, между насосом, рампой и форсунками имеют сравнительно небольшую длину, что позволило повысить создаваемое давление.

Управление работой в этой системе осуществляется электронным блоком, что значительно увеличило точность дозировки и скорость работы системы.

Положительные качества Common Rail:

• Высокая точность дозировки и использование многорежимного впрыска;
• Надежность ТНВД;
• Нет зависимости значения давления от оборотов мотора.

Негативные же качества у этой системы такие:

• Чувствительность к качеству топлива;
• Сложная конструкция форсунок;
• Отказ системы при малейших потерях давления из-за разгерметизации;
• Сложность конструкции из-за наличия ряда дополнительных элементов.

Несмотря на эти недостатки автопроизводители все больше отдают предпочтение Common Rail перед другими видами систем впрыска.

Источник статьи: http://autoleek.ru/sistemy-dvigatelja/sistema-vpryska/sistemy-vpryska-dizelnyh-dvigatelej.html

Дизели с впрыском XPI: в чем их особенности и почему раньше их было опасно эксплуатировать в России

Начиная с 2019 года Scania ввозит в Россию грузовики нового поколения, оснащенные системой впрыска топлива XPI. Опыт эксплуатации в наших условиях показывает экономичность и надежность техники с перспективной топливной аппаратурой.

Система XPI (Extra-hight Pressure Injection) с давлением впрыска 2400 бар устанавливается на дизельные двигатели Scania семейства DC13. Это DC13 139 (410 л. с.), DC13 143 (450 л. с.) и DC13 146 (500 л. с.). Ее основные отличия от привычной топливной аппаратуры PDE c насос-форсунками — в более точном дозировании заряда в камеру сгорания независимо от скорости и нагрузки двигателя. В результате улучшается экономичность силового агрегата, гибкость его работы, снижается уровень шума и объем вредных выбросов. Важно отметить, что конструкции двигателей с топливными системами PDE и XPI одинакового литража практически не отличаются.

В составе системы XPI имеются звенья низкого (фильтры, подкачивающий насос) и высокого (ТНВД, топливная рампа, трубки, электромагнитные форсунки) давления, а также электронная система управления. Последняя, помимо прочего, обеспечивает многократное дозирование топлива в пределах одного цикла — как правило, речь идет о предварительном, основном и дополнительном впрысках.

Система XPI обеспечивает более точное дозирование подачи топлива в камеру сгорания.

Интересно, что двигатель с таким оборудованием был впервые создан Scania еще в 2007 году. Шведcкие инженеры специально назвали разработанную совместно с Cummins топливную систему XPI, чтобы отличаться от принципиально похожей системы Common Rail (запатентована Bosch), но глобальных различий между решениями нет. Кроме новой системы XPI в двигателях использовались турбина с изменяемой геометрией и система нейтрализации EGR (Exhaust Gas Recirculation) с двухконтурным охлаждением. Понятно, что применение такой связки накладывает определенные требования к качеству топлива и культуре обслуживания. Поэтому изначально поставки данной техники были ориентированы на европейский рынок.

В 2013 году на официальном сайте дистрибьютора в России появилось сообщение с призывом не приобретать автомобили Scania с системой впрыска топлива XPI. По большей части это было связано с тем, что такие автомобили ввозились на территорию РФ посредниками и история их технической эксплуатации была неизвестна. Тем не менее на дилерских СТО грузовики с системой XPI появлялись и, конечно, обслуживалась.

Двигатели c топливной аппаратурой XPI рекомендуется обслуживать только у официальных дилеров Scania.

Основной проблемой двигателей автомобилей Scania прежнего поколения (PGRT-серия), оснащенных топливной аппаратурой XPI, было повреждение деталей серой, содержащейся в топливе, обусловленное наличием системы рециркуляции отработавших газов EGR. На автомобилях нового поколения (NTG-серия) эта проблема решена за счет отказа от EGR в пользу системы SCR (Selective Catalytic Reduction) с реагентом AdBlue, которая не так чувствительна к сере. Влияние качества топлива на эффективность работы силовой установки снижено также благодаря замене турбины с изменяемой геометрией на обычную с перепускным клапаном. В свою очередь, и качество топлива в России стало лучше с переходом на более высокий экологический класс (норма содержания серы с 2015 года — 50 ppm).

С 2018 года по июль 2020‑го в России отгружено свыше 500 автомобилей Scania NTG, оснащенных системой XPI. Результаты внутреннего тест-драйва, проведенного специалистами «Скания-Русь» совместно с дилерами Scania, подтвердили, что модели c XPI выигрывают по экономичности и производительности перед аналогичными с PDE: первые показали наибольший комфорт при эксплуатации и лучшие динамические характеристики, а средний расход сократился примерно на 6 %. В испытании участвовали автопоезда одинаковой конфигурации, испытания проходили в равных условиях.

Спрос на технику Scania с системой XPI нарастает по мере того, как все больше транспортных компаний убеждаются в ее преимуществах. За 2020 год в Россию поставлено более 430 автомобилей с данной топливной системой для различных областей применения. Дилерская сеть Scania, насчитывающая 89 предприятий, успешно обслуживает автомобили с XPI во всех, даже самых отдаленных регионах России.

В автопарке компании «Эко-проект» в Красноярске с ноября 2018 года используются три таких мусоровоза нового поколения. Директор красноярского представительства «Экопроект» Вадим Зоркин готов оценить технику с грифоном на эмблеме. «По нашим оценкам, Scania c системой XPI потребляет топлива, в среднем, на 5–7 литров меньше, чем мусоровозы других марок, то есть экономия — около 15 %, — говорит он. — В целом, автомобили по-настоящему надежные, с высокой производительностью. Их ежедневная эксплуатация позволяет уменьшить резервный автопарк. Также наши водители отмечают, что они отлично маневрируют во дворах и уровень шума один из самых низких среди мусоровозов».

По словам руководителя направления продаж коммунальной, дорожной и специальной техники ООО «Скания-Русь» Олега Родионова, более 150 мусоровозов с системой XPI отгружено предприятиям ЖКХ с момента поставок нового поколения Scania в Россию.

Олег Родионов, руководитель направления продаж коммунальной, дорожной и специальной техники

«Машины работают бесперебойно — в Иркутске, Мурманске, Красноярске, Санкт-Петербурге и многих других городах страны. Действующий с 2016 года в России и странах Таможенного союза запрет на выпуск автомобильного бензина экологическим классом ниже Евро-5 существенно повлиял на качество дизтоплива, и теперь он на большинстве российских АЗС соответствует требованиям двигателя с XPI. C 2020 года систему XPI начали ставить на крюковые погрузчики, так как владельцы техники оптимизируют затраты и очень внимательны к расходу топлива. В Европе клиенты Scania во всех сегментах перешли на двигатели XPI, ведь они дают максимум преимуществ по эффективности и экономии топлива, а еще снижают выбросы в окружающую среду», — подчеркнул Олег Родионов.

Источник статьи: http://5koleso.ru/avtopark/sistema-vpryska-topliva-xpi-sila-iks/