W 1996 roku Volkswagen jako pierwszy opracował pasażerski silnik wysokoprężny z niepodzielną komorą spalania („wtrysk bezpośredni”) w Golfie trzeciej generacji. Zalety takich silników w porównaniu z komorą wstępną są trudne do przecenienia. Jest to wysoka wydajność procesu spalania i odpowiednia wydajność, duży potencjał do zwiększenia silnika i najlepsza wydajność środowiskowa. Pasywność to „sztywność” pracy, którą nauczyli się wygrywać, oraz wysokie wymagania dotyczące wyposażenia paliwowego.
Wcześniej takie silniki były używane głównie w ciężarówkach. Tam wydajność i doskonałe wskaźniki od dawna pozwalają nam zamknąć oczy na nieco więcej hałasu i wibracji. W samochodach z lat 80. dominowały silniki komorowe z silnikami wysokoprężnymi, które działały zauważalnie łagodniej.
Dysze o złożonej konstrukcji zapewniały „bezpośredni” silnik Diesla z wtryskiem dwufazowym. Główną dawkę paliwa poprzedził tzw. Pilot. Dzięki temu możliwe było zmniejszenie parowania paliwa w komorze spalania w okresie opóźnienia samozapłonu. Silnik zaczął pracować łagodniej. Jednak wtrysk dwufazowy był jedynie rozwiązaniem tymczasowym. Ponadto ścieżki były podzielone - niektórzy producenci, kierowani przez Volkswagena, wybrali dysze pomp, opierając się na wysokim ciśnieniu wtrysku i dokładnym dawkowaniu. Reszta wybrała system z linią magazynową „cumul rail”, w której przy nieco niższym ciśnieniu jest więcej opcji sterowania wtryskiem.
OGÓLNY SPOSÓB
Dzisiaj system o wspólnej linii jest gotowy do walki na równych warunkach z dyszami pompowymi. Kilka lat temu ciśnienie wtrysku w systemach „Common Rail” nie przekroczyło 130 MPa, ale wkrótce projektanci osiągnęli próg 160 MPa. Nie jest to jednak szczyt: Toyota ogłosiła już 180 MPa (dziś dysze pomp silników seryjnych osiągnęły 205 MPa). Jedną z pierwszych próbek jest najnowszy silnik D-4D Clean Power.
W dyszach pompowych prawo wtrysku jest ustalane raz na zawsze na podstawie przekroju kanałów i sztywności sprężyn, można jedynie kontrolować początek wtrysku i ilość dostarczanego paliwa. W większości obecnie używanych obwodów ze wspólną linią elektromagnesy sterują otwieraniem dysz. W Toyocie elementy piezoelektryczne szybko kontrolują proces wtrysku.
Każda dysza D-4D Clean Power jest wyposażona w blok ceramicznych elementów piezoelektrycznych. Po przyłożeniu napięcia elementy rozszerzają się niemal natychmiast, co pozwala szybko otworzyć dyszę. Szybkość elementów piezoelektrycznych i wysokie ciśnienie na „wspólnej linii” pomaga wtryskać całą objętość paliwa w krótszym czasie. Eksperci twierdzą, że wydajność wtrysku jest lepsza, co przyczynia się do dokładniejszej atomizacji paliwa i wydajnego spalania. Silnik D-4D Clean Power wyróżnia się również zmniejszonym stopniem sprężania i wysokim ciśnieniem doładowania - z korzyścią dla wydajności. Specjalnie zaprojektowane ceramiczne świece żarowe ułatwiają rozruch na zimno.
Są to, że tak powiem, aktywne środki służące osiągnięciu rentowności i wysokiej efektywności środowiskowej. Ale są też „pasywne”. Podczas opracowywania urządzenia D-CAT Toyota otrzymała ponad 1600 patentów. Sercem systemu jest czterostopniowy katalizator. I dopalanie, tlenki azotu i cząsteczki sadzy! Skuteczność konwertera zależy bezpośrednio od elektroniki sterującej „Common Rail”. Ale nawet technologie z wysokim wtryskiem nie są w stanie zapewnić idealnego składu spalin. Konieczne było wyposażenie kolektora wydechowego w kolejną piątą dyszę - wtryskiwacz portu wylotowego (EPI). Okresowo EPI wtryskuje dodatkową porcję paliwa i przywraca skład gazu niezbędny do skutecznego działania konwertera D-CAT.
Tę złożoną konstrukcję ilustrujemy liczbami. Po pierwsze, w zależności od trybu pracy, toksyczność spalin w nowych silnikach jest o 50–80% mniejsza niż wymagają surowe europejskie normy Euro IV. Po drugie, seryjny silnik obiecuje przewyższyć moc wszystkich konkurentów w „kategorii wagowej” z 1, 9 do 2, 2 litra. Według specjalistów Toyoty moc silnika wyniesie 132 kW / 180 l. s. i moment obrotowy - 400 n.m.
GDZIE WIEJE WIATR?
Diesle coraz częściej pojawiają się pod maskami prestiżowych samochodów, często stając się jednymi z najpotężniejszych w gamie silników. Jednym z liderów wyścigu diesla o kilowaty jest BMW. Uderzającym przykładem jest technologia Variable Twin Turbo („Biturbo”) w odniesieniu do silników Diesla.
Postanowili połączyć starą ideę idealnie wyważonego rzędowego Six z zaawansowaną technologią doładowania w 3-litrowym silniku do BMW 535d sedan i kombi. Szczegółowo opisaliśmy jego pracę (ЗР, 2004, nr 9). I tutaj przypominamy osiągnięte wyniki: 500 Nm momentu obrotowego już przy 1250 obr / min, 560 Nm przy 1750 obr / min. Maksymalna moc 200 kW / 272 litrów. z przy 4400 rpm Ten silnik o określonej mocy 90 litrów. s./l a moment obrotowy 187 Nm / l jest nieoficjalnym rekordem wśród seryjnych silników wysokoprężnych.
Według firmy jednym z najtrudniejszych zadań było zsynchronizowanie pracy turbin i sterowanie bocznym zaworem powietrza. Problem został rozwiązany za pomocą procesora. Elektronika pozwoliła również dopasować silnik do ramy Euro IV. Oczywiście nie bez filtra cząstek stałych: wszystkie najnowsze silniki wysokoprężne BMW są wyposażone w „domyślnie”.
Dynamiczne osiągi BMW 535d są imponujące: do 100 km / h samochód przyspiesza w zaledwie 6, 6 s, a maksymalna prędkość będzie prawdopodobnie wyższa niż 250 km / h „dozwolona” przez elektronikę.
Kamień milowy 100 l. s / l dla seryjnych doładowanych silników wysokoprężnych nie został jeszcze pokonany. Jak długo on może stać? Aby osiągnąć takie cechy, silnik musi wytworzyć ciśnienie doładowania wynoszące co najmniej 200 kPa. Projektantom trudno będzie zapewnić silnik o tak wysokim ciśnieniu doładowania z akceptowalną, wygodną zewnętrzną charakterystyką prędkości. Wada znanych urządzeń wspomagających - wraz ze wzrostem ciśnienia zawęża się zakres obrotów, w którym dostępny jest wysoki moment.
Wyrafinowany system doładowania w BMW to tylko jedno rozwiązanie. Być może projektanci woleliby egzotyczną turbosprężarkę, napędzaną przez pomocniczy silnik elektryczny, lub wyposażyli samochód w fantazyjny wariator o niespotykanie szerokim zakresie przełożeń? A może automatyczna ośmiobiegowa skrzynia biegów? Możesz także włączyć taki silnik wysokoprężny do elektrowni hybrydowej, który skoryguje „niewłaściwą” krzywą. Inżynierowie mają coś do przemyślenia, a uczniowie, gdzie pokazać wyobraźnię.
Dziwne
W ostatnich latach pytanie stało się istotne - ile cylindrów potrzebuje nowoczesny silnik Diesla w danej klasie? Teraz produkują nie tylko samochody wielocylindrowe, ale także trzy cylindrowe „dzieci”. Liczba tych drugich wzrośnie w najbliższej przyszłości: naturalnie wolnossące silniki wysokoprężne w końcu stają się przeszłością, a moc dwulitrowych doładowanych jednostek jest zbyt duża w przypadku miniaturowych samochodów. Dlaczego dwulitrowy? Cztery cylindry mają objętość zbliżoną do optymalnej dla każdego z nich - 500 cm3. Im większa pojemność cylindra, tym bardziej wydajny będzie proces spalania, ale wysokie prędkości nie są przeznaczone dla silników z ciężkimi tłokami i korbowodów, a wymiary jednostki napędowej są znacznie zwiększone. Przy małej (około 300 cm3) wydajności termodynamicznej wyraźnie odczuwa się, a wraz z nią ekonomię.
Silniki Mercedes-Benz Smart Fo-Fo są szczególnie interesujące w niestandardowym trzycylindrowym projekcie. Rozwijają 50 kW / 68 l. z i 70 kW / 96 l. z., a objętość jest dość „dorosła” - 1, 5 litra. Jednostki są wyjątkowo kompaktowe i osiągają wysoki moment obrotowy (160 i 210 Nm) przy 1600 i 1800 obr / min przy średnim zużyciu paliwa zaledwie 4, 6 litra. Ciśnienie wtrysku w „Common Rail” osiąga 160 MPa - stąd wyjątkowa dokładność rozpylania i korzystne warunki spalania.
Ale co z niezrównoważonymi siłami bezwładności? Problem ten rozwiązano przez wyważenie wałów i dwumasowego koła zamachowego. Nawiasem mówiąc, teraz nie są one rzadkością w silnikach czterocylindrowych.
O „nowoczesności” pasażerskiego oleju napędowego decyduje nie blok i głowica cylindrów, ale przede wszystkim wyposażenie paliwowe i kontrola doładowania. Bez nich nie można osiągnąć rekordowych poziomów. Nie należy jednak pomijać problemu z paliwem. Wraz ze wzrostem cen ropy naftowej popyt na paliwa syntetyczne będzie poszukiwany, a surowcami, na które mogą być oleje roślinne, węgiel i gaz ziemny. Firmy naftowe dużo inwestują w technologię paliw alternatywnych. Zostały zaprojektowane, aby pomóc nie tylko rozwiązać problemy środowiskowe, ale także osiągnąć jeszcze wyższą moc i wskaźniki ekonomiczne.