Dīzeļdegvielas iesmidzināšanas sistēmas. Dizains, priekšrocības un trūkumi

Atšķirībā no benzīna dzinējiem, dīzeļdzinējiem jau no paša sākuma bija degvielas iesmidzināšana. Mainījās tikai iesmidzināšanas sistēmas, armatūra un cilindriem piegādātās degvielas spiediens.

Dīzeļdzinēja, ko parasti sauc par dīzeļdzinēju, darbības princips ir pilnīgi atšķirīgs no benzīna dzinēja darbības principa. Degvielas kravas automašīnās degvielas un gaisa maisījums nonāk sadegšanas kamerā virs virzuļa. Pēc saspiešanas maisījums tiek aizdedzināts, jo pie aizdedzes sveces elektrodiem rodas elektriskā dzirkstele. Tāpēc benzīna dzinējus sauc arī par dzirksteļaizdedzes (SI) dzinējiem.

Dīzeļdzinējos virzulis sadegšanas kamerā saspiež tikai gaisu, kas milzīga spiediena (vismaz 40 bāru) ietekmē tiek uzkarsēts līdz 600-800 ° C temperatūrai. Degvielas iesmidzināšana šādā karstā gaisā izraisa tūlītēju degvielas pašaizdegšanos sadegšanas kamerā. Šī iemesla dēļ dīzeļa spēka agregātus sauc arī par kompresijaizdedzes (CI) dzinējiem. Jau no paša sākuma tie tika piegādāti, iesmidzinot degvielu sadegšanas kamerā, nevis ieplūdes kolektorā, kas tikai piegādā gaisu dzinējam. Atkarībā no tā, vai sadegšanas kamera tika sadalīta vai nē, dīzeļdzinēji tika sadalīti spēka agregātos ar netiešu vai tiešu iesmidzināšanu.

Netieša injekcija

Dīzelis, lai arī debitēja ar tiešās iesmidzināšanas sistēmu, netika izmantots ilgi. Šis risinājums radīja pārāk daudz problēmu, un automobiļu rūpniecībā tas tika aizstāts ar 1909. gadā patentētu netiešo iesmidzināšanu. Tiešā iesmidzināšana palika lielos stacionārajos un kuģu dzinējos, kā arī dažās kravas automašīnās. Vieglo automobiļu dizaineri priekšroku deva netiešās iesmidzināšanas dīzeļiem ar vienmērīgāku darbību un mazāku troksni.

Termins "netiešs" dīzeļdzinējos nozīmē pavisam ko citu nekā benzīna dzinējos, kur netiešā iesmidzināšana ir gaisa un degvielas maisījuma iesmidzināšana ieplūdes kolektorā. Netiešās iesmidzināšanas dīzeļdzinējos, tāpat kā tiešās iesmidzināšanas konstrukcijās, ar sprauslu izsmidzinātā degviela nonāk arī sadegšanas kamerā. Tas ir tikai tas, ka tas ir sadalīts divās daļās - palīgdaļa, kurā tiek iesmidzināta degviela, un galvenā daļa, t.i. telpa tieši virs virzuļa, kurā notiek galvenais degvielas sadegšanas process. Kameras ir savstarpēji savienotas ar kanālu vai kanāliem. Pēc formas un funkcijas kameras ir sadalītas sākotnējās, virpuļplūsmas un gaisa rezervuāros.

Pēdējos nevar izmantot, jo to ražošana ir praktiski beigusies. Priekškameru un virpuļkameru gadījumā sprausla tiek uzstādīta blakus palīgkamerai un iesmidzina tajā degvielu. Tur notiek aizdegšanās, tad daļēji sadegusī degviela nonāk galvenajā kamerā un tur izdeg. Dīzeļi ar priekškameru vai virpuļkameru darbojas nevainojami, un tiem var būt vieglas kloķa sistēmas. Tie nav jutīgi pret degvielas kvalitāti, un tiem var būt vienkāršas konstrukcijas sprauslas. Tomēr tie ir mazāk efektīvi nekā tiešās iesmidzināšanas dīzeļi, patērē vairāk degvielas un tiem ir problēmas ar auksta dzinēja iedarbināšanu. Mūsdienās vieglo automašīnu netiešās iesmidzināšanas dīzeļdzinēji ir pagātne un vairs netiek ražoti. Mūsdienu tirgū tie ir reti sastopami mūsdienu automašīnās. Tos var atrast tikai tādos dizainos kā indiešu Hindustan un Tata, krievu UAZ, vecākās paaudzes Mitsubishi Pajero, ko pārdod Brazīlijā, vai Volkswagen Polo, kas tiek piedāvāts Argentīnā. Tos daudz lielākos daudzumos izmanto pēcpārdošanas transportlīdzekļos.

Tieša injekcija

Viss sākās ar viņu. Tomēr tiešās iesmidzināšanas priekšrocības sākotnēji netika izmantotas. Degvielas pareizas virpuļošanas nozīme nebija zināma, un tās sadegšana nebija optimāla. Veidojās degvielas kunkuļi, kas veicināja sodrēju veidošanos. Procesi uz virzuļa gāja pārāk ātri, dzinēji smagi strādāja, ātri iznīcinot kloķvārpstas gultni. Šī iemesla dēļ tiešās injekcijas tika atmestas, dodot priekšroku netiešajai injekcijai.

Atgriešanās pie saknēm, bet modernā versijā, notika tikai 1987. gadā, kad Fiat Croma 1.9 TD nonāca masveida ražošanā. Tiešai degvielas iesmidzināšanai ir nepieciešams efektīvs iesmidzināšanas aprīkojums, augsts iesmidzināšanas spiediens, labas kvalitātes degviela un ļoti spēcīgs (tātad smags) kloķis. Tomēr tas nodrošina augstu efektivitāti un vieglu auksta dzinēja iedarbināšanu. Mūsdienu risinājumi tiešās iesmidzināšanas dīzeļdzinējiem galvenokārt balstās uz pilnīgi plakanām galviņām un virzuļiem ar atbilstošas ​​formas kamerām (dobumiem). Kameras ir atbildīgas par pareizu degvielas turbulenci. Tiešo iesmidzināšanu mūsdienās plaši izmanto vieglo automašīnu dīzeļdzinējos.

Tiešā iesmidzināšana - sūkņa inžektori

Tradicionālajos dīzeļdzinējos par degvielas padevi ir atbildīgi dažāda veida sūkņi. Novatoriskajos laikos degvielas iesmidzināšana tika veikta ar saspiestu gaisu, bet 20. gadsimta 300. gados to veica ar pārveidotiem eļļas sūkņiem. 60. gados jau plaši izmantoja īpašus sūkņus, kas paredzēti dīzeļdzinējiem. Sākotnēji tā pamatā bija sērijveida sūkņi, kas rada zemu spiedienu (līdz 1000 bāriem). Tikai 80. gados parādījās efektīvāki sūkņi ar aksiālo sadalītāju (virs 524 bar). Septiņdesmito gadu vidū viņi saņēma mehānisko iesmidzināšanas vadību, bet astoņdesmito gadu vidū - elektronisko vadību (BMW 1986td, XNUMX).

Jau 30. gados kravas automašīnās lietotie sūkņi-inžektori bija nedaudz atšķirīgs degvielas iesmidzināšanas veids, tos plaši izmantoja vieglajos automobiļos Volkswagen koncerns, pirmo reizi 1998. gadā (Passat B5 1.9 TDI). Īsāk sakot, sūkņa inžektors ir inžektors ar savu sūkni, kuru darbina sadales vārpsta. Tādējādi viss spiediena paaugstināšanas un iesmidzināšanas process cilindrā ir ierobežots ar cilindra galvu. Sistēma ir ļoti kompakta, nav degvielas vadu, kas savieno sūkni ar sprauslām. Līdz ar to nav sprauslu pulsācijas, kas apgrūtina degvielas devas regulēšanu un noplūdes. Tā kā degviela vienības inžektora kamerā daļēji iztvaiko, iesmidzināšanas laiks var būt neliels (viegli iedarbināt). Tomēr vissvarīgākais ir ļoti augstais iesmidzināšanas spiediens 2000-2200 bar. Degvielas deva cilindrā ātri sajaucas ar gaisu un ļoti efektīvi sadeg.

Kopumā sūkņa-inžektora dīzeļdzinējam ir raksturīga augsta efektivitāte, zems degvielas patēriņš, liels ātrums un iespēja iegūt lielu jaudas blīvumu. Bet vienības inžektora dzinēja ražošana ir dārga, galvenokārt cilindra galvas sarežģītības dēļ. Viņa darbs ir smags un skaļš. Ja to darbina vienības sprauslas, rodas arī emisiju problēmas, kas lielā mērā veicināja VW atteikšanos no šī risinājuma.

Tiešā iesmidzināšana - Common Rail

Vissvarīgākais Common Rail iesmidzināšanas sistēmas elements ir "Common Rail" - tvertnes veids, kas pazīstams arī kā "piespiests degvielas akumulators", kurā sūknis iesūknē dīzeļdegvielu. Tas nonāk sprauslās nevis tieši no sūkņa, bet no tvertnes, vienlaikus saglabājot vienādu spiedienu katram cilindram.

Tēlaini var teikt, ka katrs no sprauslām negaida kādu degvielas porciju no sūkņa, bet tik un tā ir degviela ar ļoti augstu spiedienu. Elektriskie impulsi, kas iedarbina sprauslas, ir pietiekami, lai piegādātu degvielu sadegšanas kamerām. Šāda sistēma ļauj izveidot daudzfāzu iesmidzināšanu (pat 8 fāzes vienā iesmidzināšanā), kas noved pie ļoti precīzas degvielas sadegšanas ar pakāpenisku spiediena palielināšanos. Ļoti augstais iesmidzināšanas spiediens (1800 bāri) ļauj izmantot inžektorus ar ļoti mazām atverēm, kas piegādā degvielu gandrīz miglas veidā.

To visu papildina augsta dzinēja efektivitāte, vienmērīga darbība un zems trokšņu līmenis (neskatoties uz tiešo iesmidzināšanu), laba manevrēšanas spēja un zemas izplūdes gāzu emisijas. Tomēr Common Rail dzinējiem ir nepieciešama augstākās kvalitātes degviela un labākie filtri. Piesārņojumi degvielā var sabojāt sprauslas un radīt bojājumus, kuru labošana ir ārkārtīgi dārga.