Система управления дизельным двигателем инфинити


Дизельные двигатели в последние годы становятся все более популярными на многих рынках
в первую очередь в связи с их высокими характеристиками топливной экономичности.
Учитывая это, возникает вопрос, почему понадобилось так много времени, чтобы
общественное мнение начало воспринимать дизельные двигатели как серьезную альтернативу
бензиновым для установки на легковые автомобили?
Корни этой проблемы лежат в том, что в течение многих лет люди рассматривали дизельный
двигатель как экологический грязный, выбрасывающий газы с неприятным запахом,
отличающийся высоким уровнем шума и токсичности отработавших газов. Поэтому такое
отношение можно было назвать вполне оправданным.
Для решения этих проблем двигателестроительная промышленность решила применить
разработку новых базовых технологий, относящихся как к конструкции двигателя, так и к
системам топливоподачи.
Дизельный двигатель V9X рабочим объемом 3,0 литра с непосредственным впрыскиванием
топлива и системой топливоподачи Common Rail, который в настоящее время устанавливается
на автомобилях Infiniti, представляет собой лучший образец такого развития. Как мы увидим
далее, в этом двигателе используются самые последние технологии с целью обеспечения
высочайшего качества с точки зрения показателей работы двигателя и удобства для водителя.
Данный документ предназначен для обучения. Несмотря на то, что его создатели приложили
все усилия, чтобы обеспечить точность содержания, необходимо постоянно пользоваться
соответствующими выпусками ESM.
Однако прежде чем мы начнем изучать указанные технологии, необходимо напомнить о
некоторых фундаментальных различиях между бензиновым и дизельным двигателем.
При сжатии газа его температура повышается пропорционально тому, насколько он сжимается
(степени сжатия).
Дизельное топливо воспламеняется при температуре примерно 220°C.
Степень сжатия бензинового двигателя примерно равна 10.
Степень сжатия дизельного двигателя примерно равна 25.
У дизельного двигателя такая степень сжатия позволяет достичь температуры воздуха
примерно 750°C.
На самых последних дизельных двигателях, использующих современную топливную
аппаратуру, степень сжатия составляет примерно 16. У дизельного двигателя Infiniti V9X
степень сжатия равна 15,6.
При приведении проверки компрессии на двигателе Infiniti V9X давления конца сжатия в
цилиндрах должны примерно равняться 26 барам или 377 фунтам на кв. дюйм с максимально
допустимым различием по цилиндрам 5 бар или 73 фунта на кв. дюйм. При проведении
тестов всегда используйте соответствующий выпуск ESM для получения правильных цифр.
Если результаты ниже этих цифр, воздух будет недостаточно сжат для получения требуемой
температуры, что приведет к неполному сгоранию.
В отличие от бензиновых двигателей, дизельные двигатели не имеют дроссельной заслонки
для регулирования расхода воздуха. Если условно считать, что турбокомпрессор отсутствует,
и рассматривать безнаддувный двигатель, его цилиндры наполняются воздухом, имеющим
атмосферное давление.
Атмосферное давление равно 1 бару на уровне моря (14,71 фунта на кв. дюйм).
Поэтому один цилиндр шестицилиндрового двигателя объемом 3000 куб. см будет вмещать
500 куб. см воздуха (500 мл).
Расчет производится следующим образом:
3000 куб. см = 6 x 500 куб. см.
Поэтому при атмосферном давлении каждый цилиндр будет наполняться 500 куб. см
воздуха.
Термический КПД
Если сравнить термический КПД бензинового и дизельного двигателя, то можно увидеть
некоторые заметные различия:
Потери теплоты в охлаждающую
жидкость
31 33
Потери на трение 11 10
Потери теплоты с отработавшими
газами
24 33
Общие потери 66 76
Термический КПД 34 24
Из показанной выше таблицы видно, что ни один из двигателей не обладает высокой
эффективностью превращения в полезную мощность теплоты, получаемой от сгорания
топлива. Однако дизельный двигатель примерно на 10% эффективнее, чем бензиновый, что
объясняет лучшую топливную экономичность дизельного двигателя.
Дизельный двигатель Infiniti V9X имеет величину термического КПД порядка 45 - 50%.
Характеристики дизельного топлива
Точкой вспышки называется температура, при которой топливо выделяет горючие газы.
Точкой воспламенения называется температура, при которой происходит самовоспламенение
дизельного топлива. При смешивании топлива с воздухом эта температура равна примерно
220°C.
Цетановое число (ЦЧ) определяет способность дизельного топлива к самовоспламенению.
Цетановое число для типичного дизельного топлива равно 45. Данное число рассчитывается
путем сравнения воспламеняемости исследуемого топлива с воспламеняемостью двух других
топлив следующим образом:
• Цетан: Топливо с высокой способностью к самовоспламенению, имеет ЦЧ=100
• Метилальфанафталин: Топливо с низкой способностью к самовоспламенению, имеет ЦЧ=0
• Высокое цетановое число = низкая задержка воспламенения.
• Низкое цетановое число = высокая задержка воспламенения.
Топлива с высоким цетановым числом обеспечивают лучшее качество сгорания за счет
сокращения в дизельном двигателе периода задержки воспламенения, фазы сгорания,
которая будет поясняться позже, а также за счет снижения скорости повышения давления
и максимального давления сгорания в цилиндре. В результате двигатель работает более
«мягко», и его эффективность повышается.
Фильтруемость топлива иногда называется «температурой начала парафинообразования»
(cloud point) или «парафинизации» (waxing). Это происходит, когда температура топлива
слишком низкая, и более тяжелые парафины в топливе начинают отделяться и затвердевать.
В дальнейшем это приводит к забиванию топливных фильтров и остановке двигателя.
Поэтому, чтобы избежать этой проблемы, поставщики топлива добавляют присадки в топливо.
Состав топлива меняется в течение года, чтобы соответствовать изменению температуры
воздуха.
• Фильтруемость летнего дизельного топлива сохраняется вплоть до температуры –5°C.
• Фильтруемость зимнего дизельного топлива сохраняется вплоть до температуры –14°C.
Фазы сгорания
При рассмотрении характеристик топлива упоминался термин «период задержки
воспламенения». Для лучшего понимания этого вопроса на представленной ниже диаграмме
подробно показано изменение давления в цилиндре в ходе фазы сгорания.
Из представленного выше графика видно, что существуют три фазы сгорания. Они имеют
следующие названия:
• Период задержки воспламенения - впрыснутое топливо смешивается со сжатым впускным
воздухом и нагревается от контакта с ним.
• Период распространения пламени - топливовоздушная смесь воспламеняется, что
вызывает быстрое повышение давления в течение нескольких градусов поворота
коленчатого вала (дизельный стук).
• Непосредственное (диффузионное) сгорание - впрыскивание топлива продолжается после
ВМТ. Топливо сгорает сразу после попадания в цилиндр, что приводит к перемещению
поршня в цилиндре вниз.
Преимущества дизельных двигателей с непосредственным
впрыскиванием топлива
В течение многих лет производители отдавали предпочтение дизельным двигателям с
непосредственным впрыскиванием топлива. Эти двигатели, использующие механическое
управление, имели достаточно высокие показатели мощности и топливной экономичности
и сравнительно низкий уровень шума. Применение электронного управления позволило
производителям добиться еще лучших показателей мощности и экономичности при
использовании непосредственного впрыскивания топлива.
Дизельный двигатель Infiniti V9X
Начало производства этого двигателя в 2010 г. было важной вехой в развитии линейки
продукции Infiniti и свидетельствовало о привязанности марки к европейскому рынку. Этот
двигатель представляет собой дальнейшее развитие дизельного двигателя Renault объемом
3,0 литра с непосредственным впрыскиванием топлива и применением многих изменений в
конструкции компонентов и узлов, что привело к повышению мощности, крутящего момента и
других показателей работы. Это первый дизельный двигатель, применяемый компанией Infiniti.
Технические характеристики двигателя
Код двигателя V9X
Конфигурация двигателя
Компактный V6 с углом развала 65° и продольным
расположением
Цилиндр 1 Со стороны привода ГРМ справа
Рабочий объем, см3 2993
Диам. цилиндра x ход поршня, мм 84 x 90
Диаметр отверстия для гильзы в блоке
(bore pitch), мм
92
Степень сжатия 15,6
Макс. мощность 175 кВт при 3750 об/мин
Макс. крутящий момент 550 Нм при 1750 об/мин
Конфигурация коленчатого и
распределительных валов
2 распределительных вала в головке цилиндров,
24 клапана, цепной привод
Впускная система
Турбокомпрессор с регулируемой геометрией
с жидкостным охлаждением и охладителем
надувочного воздуха
Система топливоподачи Bosch EDC 16CP42
Выполняемая норма токсичности Euro 5
Меры предосторожности
При проведении работ с двигателем V9X и его системами нужно учитывать следующее:
• Подождите четыре минуты после выключения зажигания, прежде чем отсоединять
аккумуляторную батарею. Невыполнение этого требования может привести к выходу из
строя компьютера управления двигателем (ECM), поскольку ему требуется напряжение
аккумуляторной батареи в течение некоторого периода после выключения зажигания.
• Подождите 15 минут после выключения зажигания, прежде чем отсоединять
аккумуляторную батарею, если автомобиль двигался с высокой нагрузкой двигателя.
Турбокомпрессор имеет жидкостное охлаждение, и насос его системы охлаждения работает
в течение нескольких минут после выключения зажигания. Невыполнение этого требования
приведет к сокращению срока службы турбокомпрессора и также может вывести из строя
компьютер ECM.
• Не нажимайте на педаль акселератора во время запуска двигателя или перед его
остановкой, поскольку это может вывести из строя турбокомпрессор.
• Запрещено разбирать топливный насос высокого давления или форсунки.
• Запрещено снимать датчик давления в топливном аккумуляторе с топливного аккумулятора.
• Запрещено измерять сопротивление датчика давления в топливном аккумуляторе,
поскольку такой тест приводит к выходу из строя датчика.
• Запрещено проводить работы с системой топливоподачи при работающем двигателе.
Давление топлива в системе может достигать порядка 1800 бар или 26100 фунтов на кв.
дюйм.
• Поскольку применяются топливные форсунки пьезоэлектрического типа, их запрещено
отсоединять при работающем двигателе.
• Обязательно соблюдение чистоты внутри и вокруг системы топливоподачи. Попадание
грязи и других частиц приведет к выходу из строя прецизионных элементов.
• В случае разгерметизации или отсоединения компонентов топливной системы обязательно
закройте отверстия с помощью заглушек и уплотнительных пробок, имеющихся в
специальных комплектах запчастей.Обзор системы
Основные требования для работы дизельного двигателя включают наличие воздуха, топлива
и условий для воспламенения. Постоянно ужесточающееся экологическое законодательство
требует ограничения токсичных выбросов, и это обеспечивается дальнейшим развитием
технологий управления двигателями совместно с использованием рециркуляции отработавших
газов EGR (exhaust gas recirculation) и дизельных фильтров твердых частиц DPF (diesel
particulate filter). Повышение мощности достигается за счет применения турбокомпрессора с
регулируемой геометрией и жидкостным охлаждением, а также промежуточного охлаждения
надувочного воздуха.
Другие значительные усовершенствования данного дизельного двигателя включают свечи
накаливания, обеспечивающие надежный запуск холодного двигателя и устойчивую работу на
холостом ходу, регулируемые опоры двигателя с электронным управлением, снижающие шум
и вибрацию.
На диаграмме, представленной на следующей странице, показаны компоненты, которые
используются для электронного управления дизельным двигателем V9X и соответствующими
системами.
http://infiniti-akpp.ru/contact.php