За последние годы дизельные двигатели претерпели настолько масштабные изменения, что сегодня вряд ли у кого повернется язык назвать оборудованные ими легковые автомобили «медленными керосинками». Достаточно заглянуть в таблицы технических характеристик современных дизелей с турбонаддувом — и все станет понятным сразу. По мощности, динамике и скоростным характеристикам они уже почти не уступают бензиновыми, обладая при этом значительным превосходством в крутящем моменте, особенно на низких и средних оборотах. Все это вместе, а также низкая, относительно бензина, стоимость топлива делает дизель, как считают многие специалисты, комфортным двигателем будущего.

Отчасти подтверждением этому становится тот факт, что на наших дорогах мы встречаем все больше и больше автомобилей разных марок с шильдиком-аббревиатурой TDI, CDI, DI-D и прочими тому подобными D.

На одной рейке.

Однако, несмотря на все усовершенствования, до сих пор одним из серьезных недостатков дизелей является повышенная шумность и высокий, относительно бензиновых, уровень выбраций. Тем не менее прогресс не стоит на месте, и разработчики дизельных моторов занимаются их постоянным усовершенствованием.

Огромным шагом вперед несколько лет назад стало внедрение новой системы питания — так называемой Common Rail, или, как ее еще называют, «насос-рейка». Которая, в свою очередь, тоже прогрессирует очень активно. Если в первом поколении систем впрыска высокого давления Common Rail давление впрыска составляло порядка 1350 бар, то для второго поколения реальностью стали 1650 бар.

Более того, сейчас стало возможным использовать до семи тактов впрыска вместо трёх за один рабочий процесс. Благодаря этому появляются новые возможности для увеличения номинальной мощности двигателя и еще более точного контроля за составом выхлопных газов.

Оба этих параметра напрямую связаны с процессом сгорания. Для его оптимизации необходимо прежде всего ускорить время реакции форсунки впрыска. Сделать это позволяют новые форсунки-инжекторы на пьезоэлементах.

Без непосредственного впрыска и турбонаддува не было бы столь высоких нынешних характеристик дизельных двигателей легковых автомобилей. Но поскольку кроме крутящего момента и мощности необходимым параметрам должны соответствовать отработавшие газы и уровень шума вибраций, открывается широкое поле для дальнейшего совершенствования систем впрыска. Самым последним достижением в этой области является топливный насос высокого давления системы Common Rail с пьезофорсунками.

Гармония сгорания.

В системах Common Rail первых поколений общее количество горючей смеси, впрыскиваемой в цилиндр, разделялось на предварительное и основное. Однако более гармоничной является такая схема сгорания, когда во время одного рабочего такта горючая смесь будет разделена на возможно большее количество частей. До сих пор добиться этого было невозможно по причине инерционности традиционных форсунок с электромагнитным управлением.

Относительно недавно было найдено интересное техническое решение. Выход из ситуации позволяет найти так называемый «пьезопринцип». Который всем нам давно и хорошо знаком на примере широко распространенных зажигалок с пьезоэлементом. Исполнительные пьезоэлементы форсунок используют все тот же, открытый в конце XIX века принцип обратного пьезоэффекта. («Пьезо» в переводе с греческого означает «давить».)

Если подать электрический заряд на кристалл кварца, то его атомная структура меняется в течение нескольких миллисекунд. Благодаря смещению электрически заряженных ионов кристаллическая решетка растягивается. После того как кристалл будет разряжен под воздействием повторно поданного напряжения, он возвращается к первоначальным размерам. Именно это свойство пьезокристаллов применяется в форсунках для регулировки подачи горючей смеси. Исполнительный элемент форсунки имеет в высоту от 30 до 40 мм и состоит из более чем ста слоев кристаллов. После подачи напряжения он удлиняется в общей сложности на 0,04 мм. Совсем, казалось бы, немного. Но и этих сотых долей миллиметра хватает для того, чтобы точно открывать и закрывать форсунку.

Благодаря тому, что пьезофорсунки имеют намного меньшее время срабатывания, чем традиционные электромагнитные, стало возможным разделение горючей смеси на несколько отдельных микродоз: после многократных предварительных впрыскиваний очень небольших количеств горючей смеси следуют либо основное впрыскивание, либо при необходимости многие так называемые «послевпрыскивания». Объем топлива, попадающего в цилиндр в момент каждого предварительного впрыскивания, составляет всего один кубический миллиметр. Это делается для равномерного распределения давления в камере сгорания и, соответственно, уменьшения шума, создаваемого в процессе сгорания. Послевпрыскивания, в свою очередь, служат для снижения токсичности отработавших газов. Если в конце цикла сгорания произвести еще одно впрыскивание в цилиндр, то оставшиеся частицы сгорают лучше. Кроме того, в случае, когда во впускной системе установлен фильтр для улавливания несгоревших частиц, такая технология за счет высокой температуры способствует его очистке. Это особенно актуально для двигателей с большим рабочим объемом.

Эту технологию разработала и начала производить известный поставщик компонентов систем питания автомобилей — фирма Siemens VDO Automotive. Конвейерные поставки таких форсунок уже начались, ими в нынешнем году будут комплектоваться дизели автомобилей французской группы PSA («Пежо» и «Ситроен»).

Пьезобудущее.

Однако резкий скачок в прогрессе дизельных моторов, произошедший в начале третьего тысячелетия, не ограничивается одним лишь пьезовпрыском. Представители руководства Siemens VDO Automotive AG по этому поводу отмечают, что преимущество пьезоприводов форсунок заключается в том, что они дают инженерам возможность вплотную подойти к решению проблемы шумности и снижения вредных выбросов, так как пьезофорсунки создают очень широкие перспективы для работы непосредственно над причиной их возникновения — процессом сгорания топлива.

Остальные компоненты системы Common Rail — также разработанные и произведенные Siemens — соответствуют наивысшим требованиям. К примеру, диаметр наименьшего отверстия распылителя, через который горючая смесь попадает в камеру сгорания, — всего 0,12 мм. Допуск при изготовлении распылителей составляет тысячные доли миллиметров. В будущем форсунки, имеющие до восьми распылителей, позволят еще более точно распылять горючую смесь.

Насос, который подает горючую смесь с заданным давлением, обладает производительностью до 95% и возможностью регулирования объема подачи. Таким образом, рассеиваемую мощность можно удерживать на низком уровне даже при высоких оборотах двигателя.

Если обратить внимание на трех- и четырехцилиндровые дизельные двигатели автомобилей с рабочим объемом 1 литр и более, как те, что применяются на легковых автомобилях концерна Volkswagen, то становится очевидным, что будущее в этой области принадлежит пьезофорсункам. Благодаря им уже недалек тот день, когда «тупые» и «неповоротливые» прежде дизеля начнут на равных конкурировать с бензиновыми собратьями. А по выполнению норм токсичности система Common Rail с пьезофорсунками уже вплотную подошла к тем, что предъявляются стандартами Euro 4 и Euro 5.

В заключение можно отметить и еще один качественный скачок в развитии дизельных моторов, произошедший за последние два года. Современные технологии дают возможность в производстве блоков цилиндров двигателей заменить чугун на алюминий. Такие разработки уже предлагают на своих серийных автомобилях некоторые ведущие автомобилестроители мира, например DaimlerChrysler, Volkswagen, Toyota и Volvo. За счет применения алюминия масса двигателя может быть уменьшена почти на 40% от массы чугунного.
Иными словами, дизель — в массы!

Прочитано раз: 25; За сегодня: 1