Начало подачи и момент начала впрыскивания дизельного двигателя

Начало подачи и момент начала впрыскивания

Момент начала впрыскивания

Момент начала впрыскивания топлива в камеру сгорания существенно влияет на начало сгорания топливовоздушной смеси и имеете с тем — на уровень эмиссии ОГ, расход топлива и шум сгорания. Соответственно момент начала впрыскивания играет большую роль с точки зрения оптимизации работы дизеля.

Момент начала впрыскивания, когда форсунка открывается и начинает впрыскивать топливо в камеру сгорания, определяется по углу поворота коленчатого вала относительно ВМТ поршня. Положение поршня относительно ВМТ при впрыскивании оказывает влияние на смесеобразование наряду с конфигурацией впускного канала, движением воздуха в камере сгорания, плотностью этого воздуха и его температурой.

Качество смеси воздуха и топлива зависит также от момента начала впрыскивания топлива (угла опережения впрыскивания). Последний, таким образом, влияет на уровень эмиссии сажи, продуктов неполного сгорания, оксидов азота (NOx), несгоревших углеводородов (СН) и оксида углерода (СО).

Оптимальные значения углов опережения впрыскивания меняются в зависимости от нагрузки на двигатель (рис.1),что требует их регулирования. Необходимые величины устанавливаются отдельно для каждого типа двигателя и образуют поле характеристик, которое определяет момент начала впрыскивания в зависимости от нагрузки на двигатель, частоты вращения коленчатого вала и температуры охлаждающей жидкости (рис.2). При этом наряду с требуемой мощностью принимаются во внимание расход топлива, а также уровень эмиссии вредных веществ и шум.

Нормы Евро 3

В поле характеристик дизеля оптимальные значения начала сгорания для достижения низкого расхода топлива находятся в пределах 0...8° угла поворота коленчатого вала до ВМТ поршня. С учетом этого факта и ограничений по эмиссии ОГ требуются следующие моменты начала впрыскивания.

Двигатели легковых автомобилей с непосредственным впрыском топлива:

• нулевая нагрузка — от 2° до ВМТ до 4° после ВМТ;

• частичная нагрузка — от 6° до ВМТ до 4° после ВМТ;

• полная нагрузка — 6... 15° до ВМТ.

Двигатели грузовых автомобилей с непосредственным впрыском топлива(без рециркуляции ОГ):

• нулевая нагрузка — 4... 12° до ВМТ;

• полная нагрузка — от З...6° до ВМТ до 2° после ВМТ.

На холодном двигателе угол опережения начала впрыскивания увеличивается на 3...100. Продолжительность сгорания при полной нагрузке соответствует40...60° угла поворота коленчатого вала.

Раннее начало впрыскивания

В момент прохождения поршнем ВМТ устанавливается наивысшая температура сжатия. Если сгорание начинается задолго до ВМТ, сильное повышение давления сгорания действует как отрицательная сила по отношению к движению поршня. Затраченное на это количество тепла уменьшает КПД двигателя и повышает, таким образом, расход топлива. Кроме того, такой резкий подъем давления сгорания приводит к повышению уровня шума работы дизеля.

Сдвиг начала сгорания на более ранний угол повышает температуру в камере сгорания. В результате растет уровень эмиссии NOx и уменьшается выделение СН (рис. 1).

boschdiesel 58

Рис.1 Пример исполнения:

аN  оптимальный момент впрыскивания по эмиссии ОГ при нулевой нагрузке, когда уменьшается содержание N0,

aV  оптимальный момент впрыскивания по эмиссии OГ при полной нагрузке, когда уменьшается выброс CH


Позднее начало впрыскивания

Более позднее начало впрыскивания при нулевой нагрузке может привести к неполному сгоранию и соответственно к повышению уровня эмиссии не полностью сгоревших углеводородов (СН), поскольку температура в камере сгорания быстро снижается (рис. 1).

Характеристики изменения удельного расхода топлива, эмиссии углеводородов, уровней дымности и NOх рассматриваются в разделе «Протекание впрыскивания», где определяется компромисс при выборе угла опережения впрыскивания для конкретного двигателя и величины допуска на него.

Для получения на выпуске минимального количества синего и белого дыма на холодном двигателе требуется более ранее впрыскивание и/или предварительное впрыскивание. Для уменьшения уровня эмиссии вредных веществ и уровня шума при частичной нагрузке часто требуется другой угол опережения впрыскивания, нежели при полной нагрузке. Поле характеристик момента начала впрыскивания для легкового автомобиля (рис. 2) схематически показывает зависимость угла опережения впрыскивания от температуры охлаждающей жидкости, нагрузки на двигатель и частоты вращения коленчатого вала.

boschdiesel 59

Рис.2

1. Холодный пуск (<0 "С) 2. Полная нагрузка 3. Частичная нагрузка


Начало подачи

Наряду с моментом начала впрыскивания часто рассматривается также термин «начало подачи». Он подразумевает момент начала движения топлива от ТНВД. Так как в старых системах впрыска на неработающем двигателе начало подачи проще было определять как фактическое начало впрыскивания, оценка момента начала впрыскивания осуществлялась по моменту начала подачи с учетом сдвига по времени за счет определенной длины магистралей высокого давления между ТНВД и форсунками (прежде всего, при использовании рядных и распределительных ТНВД). Определенный сдвиг между моментами начала подачи и начала впрыскивания составляет период задержки впрыскиванияСдвиг по времени начала впрыскивания по отношению к началу подачи.

Время движения волны давления от ТНВД к форсунке зависит от длины магистрали и определяет (в градусах угла поворота коленчатого пала) задержку впрыскивания при различных частотах вращения коленчатого вала. С увеличением частоты вращения возрастает и угол задержки воспламенения. Сдвиг по времени начала воспламенения по отношению к началу впрыскивания.

Оба фактора должны компенсироваться, для чего система впрыска должна компенсировать начало подачи и, соответственно начало впрыскивания в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, нагрузки на двигатель и температуры охлаждающей жидкости.