Оценка топливной аппаратуры различных типов с точки зрения организации управления процессом топливоподачи

Сравнение систем топливоподачи должно проводиться с учетом их технических характеристик. Результаты проведённого анализа систем топливоподачи представлены на плакате №5 графической части проекта. В настоящее время в качестве основного параметра топливной аппаратуры рассматривается максимальное давление впрыскивания. Обеспечение современных жестких требований к токсичности ОГ дизелей возможно только при повышении давлений впрыскивания. Проведенный анализ также показал, что переход от показателей токсичности ОГ, соответствующих требованиям норм EURO - 1, к показателям уровня требований норм EURO - 2 должен сопровождаться повышением максимальных давлений впрыскивания с 70-80 до 90-100 МПа. Дальнейшее улучшение экологических показателей дизелей до уровня требований норм EURO - 3 возможно при повышении максимальных давлений впрыскивания до 110-130 МПа. Такая же закономерность повышения давлений впрыскивания подтверждена исследованиями фирмы ВКМ (США). По данным этой фирмы, при увеличении давления впрыскивания с 50 до 100 МПа эффективность рабочего процесса быстроходного дизеля повышается на 30%, а при дальнейшем повышении этого давления до 150 МПа эффективность рабочего процесса возрастает только на 2%, а затем начинает ухудшаться. При этом значительно возрастают затраты энергии на привод аппаратуры и растут утечки топлива, что ограничивает целесообразное повышение давления впрыскивания уровнем 100-150 МПа.

Из этого следует, что упомянутые давления впрыскивания обеспечиваются и топливной аппаратурой с традиционными ТНВД, и системами топливоподачи аккумуляторного типа. Еще более высокие давления впрыскивания характерны для систем топливоподачи с насос-форсунками, которые фирмой R. Bosch выпускаются в ограниченном количестве. Применение таких неразделенных систем топливоподачи может быть рекомендовано в дизелях с увеличенным рабочим объемом, в которых целесообразный уровень максимальных давлений впрыскивания достигает 150-160 МПа и более.

Как отмечено выше, увеличение давления впрыскивания топлива оказывает противоположное влияние на эмиссию наиболее значимых токсичных компонентов ОГ - твердых частиц (ТЧ) и оксидов азота N0. В Рейнско-Вестфальском ВТУЗ (г. Ахен) исследовался дизель размерности S/D=13,8/12,7, с неразделенной КС и объемным смесеобразованием. Дизель был поочередно оборудован рядным ТНВД типа РР39 фирмы R.Bosch с подвижной отсечной втулкой, регулирующей УОВТ, и насос-форсункой фирмы Lucas. ТНВД обеспечивал максимальные давления впрыскивания до 140 МПа, а насос-форсунка - до 200 МПа. Приведенные характеристики получены путем изменения угла опережения впрыскивания. Исследования показали, что повышение давления впрыскивания и соответствующее уменьшение его продолжительности приводят к уменьшению выбросов ТЧ, но и к одновременному увеличению выбросов NOХ. При переходе с рядного ТНВД на насос-форсунку продолжительность впрыскивания уменьшилась с 36 до 32° п.к.в., выбросы ТЧ снизилась в 3-6 раз, а выбросы NOХ возросли 2-3 раза. Поэтому при выборе типа аппаратуры необходимо учитывать возможность компромисса между эмиссиями этих двух токсичных компонентов ОГ. Преимущества и недостатки различных типов ТПА исследовались фирмой Nissan Disel Со. (Япония) на четырехцилиндровом V-образном дизеле размерности 15/15 (рабочий объем Vh= 2,64 дм3, степень сжатия - 17,3, тороидальная КС). Исследуемый дизель поочередно был оборудован рядным ТНВД, насос-форсунками и аккумуляторной системой типа Common Rail. Рядный ТНВД и система Common Rail исследовались с распылителями, имеющими семь распыливающих отверстий диаметром с dр=0,21 мм, а насос-форсунки - с семиструйным распылителем с dр=0,19 мм. Зависимость давлений впрыскивания от скоростного режима работы дизеля, представленная на плакате, свидетельствует о возможности обеспечения постоянства максимального давления впрыскивания на уровне рф тах=120 МПа при использовании системы Common Rail. Системы топливоподачи с рядным ТНВД и с насос-форсунками имеют характеристики давлений впрыскивания с рф тах=160 МПа на номинальном режиме (при п=2200 мин'1) и с Pф mах=75-90 МПа на режиме с n=1000 мин'1. Таким образом, все три исследуемые системы топливоподачи обеспечивают упомянутый выше требуемый уровень максимальных давлений впрыскивания (100-150 МПа). Возможность обеспечения постоянства рф тах при использовании системы Common Rail является в большей степени теоретической, поскольку на практике давление в аккумуляторе этой системы изменяется в широких пределах: от 50 МПа на режимах с малыми частотой вращения и нагрузкой до 135-140 МПа на номинальном режиме.