Яків Білоконь, канд. техн. наук, доцент (Україна)
Потенціал традиційної (з механічним регулюванням) системи живлення тракторних, комбайнових і автомобільних дизелів майже вичерпаний, що неабияк приковує увагу провідних виробників, які готові до операції паливоподавання залучити електронне керування.
Як відомо, система живлення дизеля складається з підсистеми фільтрації й подавання у циліндри повітря та підсистеми, яка забезпечує зберігання, фільтрацію й подавання під високим тиском у циліндри палива. Апаратура, оснащена відповідними пристроями керування, визначає такі важливі параметри роботи, як потужність і крутний момент, паливну економічність та токсичність відпрацьованих газів, пускові якості й теплову напруженість двигуна.
Привабливі можливості щодо оптимізації кута випередження початку впорскування палива та тиску подавання вбачають під час застосування системи живлення акумуляторного типу (розробляють понад 60 останніх років), у якій функції створення високого тиску та керування процесами паливоподавання відокремлені між собою (тиск впорскування може бути в межах 24 – 180 МПа, а циклова подача – від 1 до 80 мм3).
Серед виробників таких систем відомі фірми Bosh, Denso, Siemens, Delphi. Одна з особливостей паливної підсистеми Common Rail (ППCR), розробленої компанією Bosch, полягає в наявності гідроакумулятора у вигляді резервуара (рампи) у лінії подавання від паливного насоса високого тиску (ПНВТ) до форсунок. Тиск палива у порожнині гідроакумулятора підтримується стабільним незалежно від частоти обертання колінчастого вала двигуна (досягається можливість отримання досить високого рівня крутного моменту на низькочастотних режимах роботи). Електронне керування системою забезпечує високу точність дозування подаваного у циліндри палива (поліпшуються процес згоряння й ощадливість витрачання палива). Упорскування під досить високим тиском (у межах 135 МПа) забезпечує належну дрібність розпилювання, що, окрім повноти згоряння, сприяє зменшенню шкідливих викидів у навколишнє середовище.
ППCR діє так: підкачувальний насос засмоктує паливо з бака і спрямовує його до ПНВТ, який нагнітає паливо в порожнину гідроакумулятора, а далі – за командою спеціальних, керованих електричними імпульсами, пристроїв (актюаторів) – через форсунки у циліндри дизеля. Підконтрольний тиск у спільній магістралі (гідроакумуляторі) залежить від балансу між кількістю палива, впорскуваного форсунками та того, що надходить від ПНВТ. На вході насоса розміщений запобіжний клапан із дроселем, який протидіє спаданню тиску. Рухомі з’єднання змащуються паливом (що підвищує вимоги до його якості).
Гідроакумулятор, виготовлений із високоякісної сталі (може бути двошаровим, внутрішній – з хімічно інертного матеріалу), знижує пульсацію тиску палива. Стабілізація тиску забезпечується клапаном, керованим комп’ютером (як варіант – клапан може бути розташований у ПНВТ). За інформацією від одного подавача, електронний блок керування визначає тиск у гідроакумуляторі (за зростання тиску понад унормованого клапан відкривається і відбувається випускання палива – спадання рівня тиску).
Форсунки – надто важливі складники будь-якої системи живлення. У ППCR застосовують форсунки, які за принципом керування голкою розпилювача поділяють на електрогідравлічні (ЕГФ) та (менш поширені) електромеханічні. Принцип дії ЕГФ такий: за виникнення у котушці електромагніту електричного імпульсу напругою 80 В відбувається впорскування палива через отвори розпилювача. Коли немає електричного імпульсу, голка розпилювача завдяки пружині утримує вихідні отвори в закритому стані. Завдяки швидкій дії електромагнітного кулькового клапана (приблизно 0,3 мс) забезпечується висока точність параметрів упорскування.
Розділення циклового подавання палива на декілька впорскувань дає змогу зменшити жорсткість процесу згоряння в циліндрах і поліпшити рівномірність розподілу палива (за мінімальних об’єму та часу). Для розподілення процесу впорскування на декілька фаз у нових поколіннях форсунок CR застосовують п’єзоелементи (декількашарові кристали кварцу), які здатні під дією струму подовжуватися на 0,04 мм за частки мілісекунди, чого достатньо для реалізації ступеневого впорскування палива (знеструмлення повертає кристал до початкових розмірів). У такій конструкції електромагнітні клапани мають мініатюрні розміри й розміщені поблизу голок розпилювачів.
За зростання екологічних вимог до двигунів мають зменшуватися шкідливі викиди з відпрацьованими газами. Певними чинниками задоволення цих вимог є як підвищення тиску впорскування з оптимальним регулюванням на різних режимах роботи дизеля, так і застосування палива відповідної якості. Відтак буде доречним згадати кілька важливих унормованих параметрів палива.
За стандартом EN 590, запровадженим у країнах ЄС у 1996 р., мінімальний рівень цетанового числа (ЦЧ) – 51, масовий вміст сірки – не більше як 0,05%.
Довідка
Цетанове число характеризує інтенсивність процесів окиснення палива під час підготовки його до згоряння у циліндрах двигуна (самозаймистість, що залежить від вуглеводневого й фракційного складу та вмісту присадок). Збільшення ЦЧ сприяє поліпшенню пускових характеристик і якіснішому згорянню; зменшення – підвищує жорсткість роботи дизеля. За збільшення вмісту сірки прискорюється спрацювання механізмів двигуна та нагароутворення, а також зростає токсичність відпрацьованих продуктів. За зменшення ЦЧ – погіршується змащувальна здатність палива (тому до складу палива вводять відповідні присадки).
Об’єм власного виробництва дизельного палива у нашій країні не забезпечує потребу, тому велику його частку імпортують (показники якості встановлюють країни-виробники).
У системі CR тиск упорскування дизельного палива у циліндри високий, але вона дуже чутлива до невідповідності палива і його чистоти (виникає низка проблем, зокрема – вартісний ремонт складників ППCR). Для очищення палива застосовують фільтри, термін заміни яких рекомендовано скорочувати (ціна ремонту складних пристроїв із прецизійними парами деталей засвідчує, що економія на фільтрах загрожує дуже неприємними наслідками).
Вода в дизельному паливі викликає корозію деталей, оскільки там можуть розмножуватися мікроорганізми. Ще більша шкода паливній системі може бути внаслідок того, що за високого тиску вприскування вода, наявна в паливі, зумовлює кавітаційні явища, активізуючи корозію металу.
Довідка
Вода у дизельному паливі може бути як власне вільна, так і у вигляді емульсії. Вільна потрапляє в бак у процесі заправлення. Емульгована – утворюється внаслідок того, що певна частка палива, яку забирають із бака, незабаром туди повертається зливними магістралями, але вже підігрітою в пристроях системи живлення. За збільшення перепаду температури зовні та всередині бака волога з повітря, що там міститься, конденсується, її краплі розміром 180 – 260 мікрон осідають на дно, а менші перебувають у зваженому стані (можливо надовго).
Зважаючи на це провідні фірми монтують (або встановлюють на СТО як додаткове обладнання) попереду паливного фільтра тонкого очищення фільтр-сепаратор, оснащений клапаном чи пробкою для зливання води. Фільтри-сепаратори, виготовлені з використанням целюлози і скловолокна (зовнішні шари) та нетканого водовідштовхувального синтетичного волокна (внутрішні шари), відділяють до 95% води.
Тут варто нагадати про важливість регулювань клапанів гідроакумулятора та форсунок. Для діагностування та тестування у сервісних і ремонтних майстернях має бути відповідне комп’ютерне обладнання, манометр високого тиску, набір мензурок, мультиметр, набір спеціального інструменту для демонтажу і монтажу складників CR та ін.
Порушення роботи форсунок CR можуть бути спричинені механічними відхиленнями (заклинювання рухомих деталей, тріщини тощо), електричними відхиленнями (невідповідний опір котушки або п’єзоелемента, коротке замикання чи обрив кола) або гідравлічними (втрата герметичності, протікання тощо). Рекомендована певна послідовність діагностичних перевірок: електричні з’єднання; опір котушки чи п’єзоелемента; герметичність форсунки; якість розпилювання палива; продуктивність. Для діагностування досконалим вважається пристрій, створений сумісно з виробниками форсунок CR – AMCRIT (All Makes Common Rail Injector Test). У конструкції використані новітні технологічні рішення, відтак різні умови (зокрема температурні) не впливають на результати вимірів.
