СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТОПЛИВНЫХ СИСТЕМ ДИЗЕЛЕЙ ТЯЖЕЛЫХ ГРУЗОВИКОВ
Для достижения экологических требований Евро-6 давление в топливных системах дизелей уже поднялось до 2700 бар, Delphi и другие компании ведут разработку систем с давлением 3000 бар. Но какое давление будет необходимо в будущем?
«Есть работы, показывающие преимущества высоких давлений», — говорит Дэвид Дрейпер. При определенных обстоятельствах и сценариях последующей обработки отработавших газов более высокое давление может привести к некоторым улучшениям характеристик двигателя. Однако в настоящий момент нет ощущения, что давление впрыска будет в ближайшее время значительно превышать 3000 бар.
Давление впрыска в топливных системах дизелей Евро-6 установилось в диапазоне от 2500 до 2700 бар. Некоторые производители тяжелых коммерческих транспортных средств, в частности Iveco, добились выполнения норм Евро-6 без рециркуляции отработавших газов (EGR), что снизило необходимость применения более высокого давления впрыска топлива. Ивековская система HI-eSCR (High Efficiency SCR) позволяет обходиться только селективным каталитическим нейтрализатором (Selective Catalytic Reduction) без применения системы рециркуляции отработавших газов (EGR). Система EGR разбавляет топливо-воздушный заряд отработавшими газами. Система SCR воздействует исключительно на отработавшие газы. Двигатели Iveco Cursor Евро-6, установленные на грузовиках Iveco Stralis, оснащаются топливной системой Common Rail с давлением впрыска 2200 бар. В систему очистки отработавших газов входят: сажевый фильтр (DPF), дизельный катализатор (DOC) и очистительный катализатор для нейтрализации аммиака (CUC).
Для двигателей, которые почти не используют систему EGR, максимальные давления впрыска топлива — 2200 бар и ниже. Это привело к тому, что давление впрыска стало ниже, чем оно было в течение последних семи-восьми лет. «Наряду с этим, снижение давления впрыска топлива повлекло за собой необходимость изменить характеристики впрыска и расход топлива через сопла распылителей форсунок. Это породило целый комплекс проблем, которые должны были быть решены производителями, решившими отказаться от систем рециркуляции отработавших газов — no-EGR — или применяющими EGR с небольшой пропускной способностью — low-EGR», — говорит Дэвид Дрейпер. Директор инженерного отдела Delphi считает, что такие решения изменили подходы всех производителей моторов.
Дрейпер также считает, что в настоящее время все производители присматриваются к обеим технологиям обработки отработавших газов: no-EGR/low-EGR и EGR с системой селективного каталитического восстановления (SCR). «Выбор одной или другой технологии зависит от того, что вы хотите от двигателя и автомобиля, — поясняет Дрейпер. — В то время как некоторые люди говорят, что нет никаких трудностей при отказе от рециркуляции, наш опыт показывает, что существует проблема BSFC², которая сегодня возникает при соблюдении требований Евро-6 на двигателях без EGR. Мы не видим путь, при котором двигатель no-EGR действительно может работать с той же эффективностью».
Дэвид Дрейпер считает, что в настоящее время существует примерно пять или шесть вариантов развития тяжелых дизелей, и такая ситуация сохранится до 2020 г. Современные двигатели обновятся примерно через три года. Новые моторы появятся в промежуток между 2018 и 2020 гг. С точки зрения перспектив развития систем впрыска топлива, современные системы обеспечивают хорошую эффективность и низкие потери.
«Существует вариант оставить почти все как есть, — говорит Дрейпер. — Есть вещи, которые мы можем сделать, чтобы улучшить характеристики впрыска без увеличения давления. Мы видим тенденцию, которая, возможно, приведет к увеличению циклов впрыска. Мы, наверное, сделали бы впрыск более эффективным путем улучшения конструкции наших форсунок. Некоторые производители компонентов и оборудования, возможно, будут пробовать использовать большее давление впрыска и захотят его поднять до 2700-2900 бар».
Рассматривая новые или глубоко модернизированные двигатели, конструкторы стремятся найти оптимальное решение интеграции топливной системы в двигатель. Сегодня некоторые компоненты системы впрыска выглядят так, как будто они просто закреплены на двигателе в качестве опционального оборудования. В перспективе топливные системы или ее компоненты будут интегрированы в блок двигателя как его неотъемлемая часть.
Дэвид Дрейпер в качестве примера более глубокой интеграции топливной системы, чем это было раньше, приводит 11-литровый двигатель Paccar MX-11. Дизель производится в Европе компанией DAF с 2013 г. Преимущество интеграции заключается в том, что систему впрыска можно дополнительно использовать в качестве охлаждающей и смазочной систем двигателя. Это также дает большую термостабильность для топливной системы. Кроме этого, есть преимущества компоновки. Топливный насос встроен в блок двигателя и его не надо приводить ремнем — может освободиться место для другого навесного оборудования. Интеграция также позволяет снизить уровень шума, генерируемого топливным насосом.
Delphi весной прошлого года представила топливную систему для двигателей рабочим объемом от 9 до 16 л с максимальным давлением впрыска 1800-2000 бар. Новая топливная система Common Rail, разработанная Delphi для дизелей рабочим объемом от 7 до 16 л, предлагается в трех вариантах: двумя системами с распределенными топливными насосами DPCRS (Distributed Pump Common Rail Systems), в которых давление впрыска создается отдельными насосами высокого давления, и с отдельным насосом RPCRS (Remote Pump Common Rail System). Последний вариант похож на традиционные системы Common Rail. Первоначально система Delphi будет работать с давлением 2700 бар, затем давление увеличат до 3000 бар для двигателей более высокого экологического класса, чем Евро-6.
Примечание:
2. BSFC (Brake Specific Fuel Consumption) — показатель топливной эффективности двигателя внутреннего сгорания. BSFC вычисляется как отношение показателя расходуемого топлива, выраженного в граммах за секунду г/с — Fuel rate, на мощность двигателя в ваттах — Power
