מערכות הזרקת דיזל. עיצוב, יתרונות וחסרונות

בניגוד למנועי בנזין, למנועי דיזל הייתה הזרקת דלק מההתחלה. רק מערכות ההזרקה, האביזרים ולחץ הדלק שסופק לצילינדרים השתנו.

עקרון הפעולה של מנוע דיזל, המכונה בדרך כלל מנוע דיזל, שונה לחלוטין מזה של מנוע בנזין. במשאיות דלק, תערובת הדלק והאוויר נכנסת לתא הבעירה שמעל הבוכנה. לאחר הדחיסה, התערובת נדלקת עקב התמוטטות ניצוץ חשמלי באלקטרודות המצת. זו הסיבה שמנועי בנזין נקראים גם מנועי הצתת ניצוץ (SI).

במנועי דיזל, הבוכנה בתא הבעירה דוחסת רק אוויר, אשר בהשפעת לחץ עצום (לפחות 40 בר - ומכאן השם "לחץ גבוה") מחומם לטמפרטורה של 600-800 מעלות צלזיוס. הזרקת דלק לאוויר חם כזה מביאה להצתה עצמית מיידית של הדלק בתא הבעירה. מסיבה זו, מערכות הנעה דיזל מכונות גם מנועי הצתת דחיסה (CI). כבר מההתחלה הם סופקו באמצעות הזרקת דלק לתא הבעירה, ולא לסעפת היניקה, המספקת רק אוויר למנוע. תלוי אם תא הבעירה היה מחולק או לא, מנועי דיזל חולקו ליחידות כוח עם הזרקה עקיפה או ישירה.

הזרקה עקיפה

דיזל, למרות שהופיע לראשונה עם מערכת הזרקה ישירה, לא היה בשימוש זמן רב. פתרון זה גרם ליותר מדי בעיות ובתעשיית הרכב הוא הוחלף בהזרקה עקיפה שנרשמה בפטנט ב-1909. הזרקה ישירה נותרה במנועים נייחים וימיים גדולים, כמו גם במשאיות מסוימות. מעצבי מכוניות נוסעים העדיפו דיזל עם הזרקה עקיפה, עם פעולה חלקה יותר ופחות רעש.

המונח "עקיף" במנועי דיזל פירושו משהו שונה לחלוטין מאשר במנועי בנזין, כאשר הזרקה עקיפה היא הזרקה של תערובת דלק אוויר לסעפת היניקה. במנועי דיזל בהזרקה עקיפה, כמו בעיצובי הזרקה ישירה, הדלק המפורק על ידי המזרק נכנס גם לתא הבעירה. רק שהוא מחולק לשני חלקים - חלק עזר, אליו מוזרק דלק, והחלק העיקרי, כלומר. החלל ישירות מעל הבוכנה שבו מתרחש התהליך העיקרי של שריפת הדלק. החדרים מחוברים ביניהם באמצעות ערוץ או ערוצים. לפי הצורה והתפקוד, החדרים מחולקים למאגרים ראשוניים, מערבולת ואוויר.

זה האחרון לא יכול לשמש, שכן הייצור שלהם כמעט הופסק. במקרה של תאי קדם ותאי מערבולת, הזרבובית מותקנת ליד תא העזר ומזריקה לתוכו דלק. שם מתרחשת הצתה, ואז הדלק שנשרף חלקית נכנס לתא הראשי ונשרף שם. דיזלים עם תא מקדים או תא מערבולת פועלים בצורה חלקה ועשויים להיות בעלי מערכות ארכובה קלות משקל. הם אינם רגישים לאיכות הדלק וייתכן שיש להם חרירים בעיצוב פשוט. עם זאת, הם פחות יעילים מדיזל עם הזרקה ישירה, צורכים יותר דלק ומתקשים להתניע מנוע קר. כיום, מנועי דיזל בהזרקה עקיפה במכוניות נוסעים הם נחלת העבר ואינם מיוצרים עוד. הם נמצאים רק לעתים רחוקות במכוניות מודרניות בשוק כיום. ניתן למצוא אותם רק בעיצובים כמו הינדוסטאן וטאטה ההודית, UAZ הרוסי, מיצובישי פאג'רו מהדור הישן שנמכר בברזיל, או פולקסווגן פולו המוצעת בארגנטינה. הם משמשים בכמויות גדולות בהרבה בכלי רכב לאחר שוק.

הזרקה ישירה

הכל התחיל איתו. עם זאת, היתרונות של הזרקה ישירה לא נוצלו בתחילה. החשיבות של ערבוב נכון של הדלק לא הייתה ידועה ושריפתו לא הייתה מיטבית. נוצרו גושי דלק, שתרמו להיווצרות פיח. התהליכים על הבוכנה עברו מהר מדי, המנועים עבדו קשה, והרסו במהירות את מיסב גל הארכובה. מסיבה זו נזנחה הזרקה ישירה, והעדפה הזרקה עקיפה.

חזרה לשורשים, אבל בגרסה מודרנית, התרחשה רק ב-1987, כאשר פיאט קרומה 1.9 TD נכנסה לייצור המוני. הזרקת דלק ישירה דורשת ציוד הזרקה יעיל, לחץ הזרקה גבוה, דלק באיכות טובה ומערכת ארכובה חזקה מאוד (ולכן כבדה). עם זאת, הוא מספק יעילות גבוהה והתנעה קלה של מנוע קר. פתרונות מודרניים למנועי דיזל בהזרקה ישירה מבוססים בעיקר על ראשים ובוכנות שטוחים לחלוטין עם תאים (חללים) בעלי צורה מתאימה. החדרים אחראים לטורבולנציה הנכונה של הדלק. כיום נעשה שימוש נרחב בהזרקה ישירה במנועי דיזל של מכוניות נוסעים.

הזרקה ישירה - מזרקי משאבה

במנועי דיזל מסורתיים, סוגים שונים של משאבות אחראים על אספקת הדלק. בתקופות החלוציות, הזרקת הדלק נעשתה באוויר דחוס; בשנות ה-20 של המאה הקודמת נעשה זאת באמצעות משאבות שמן שעוצבו מחדש. בשנות ה-300 כבר נעשה שימוש נרחב במשאבות מיוחדות המיועדות למנועי דיזל. בתחילה הוא התבסס על משאבות טוריות היוצרות לחץ נמוך (עד 60 בר). רק בשנות ה-1000 הופיעו משאבות יעילות יותר עם מפיץ צירי (מעל 80 בר). באמצע שנות השבעים הם קיבלו בקרת הזרקה מכנית, ובאמצע שנות השמונים קיבלו בקרה אלקטרונית (BMW 524td, 1986).

מזרקי משאבה ששימשו במשאיות כבר בשנות ה-30 היו דרך שונה במקצת של הזרקת דלק, הם היו בשימוש נרחב במכוניות נוסעים על ידי קונצרן פולקסווגן, לראשונה ב-1998 (Passat B5 1.9 TDI). בקיצור, מזרק משאבה הוא מזרק עם משאבה משלו, המונע על ידי גל זיזים. לפיכך, כל תהליך הלחץ וההזרקה לצילינדר מוגבל לראש הצילינדר. המערכת מאוד קומפקטית, אין קווי דלק המחברים את המשאבה למזרקים. לכן, אין פעימת פיות, מה שמקשה על ויסות מינון הדלק והדליפות. מכיוון שהדלק מתאדה חלקית בתא מזרק היחידה, תזמון ההזרקה עשוי להיות קטן (התחלה קלה). עם זאת, החשוב ביותר הוא לחץ ההזרקה הגבוה מאוד של 2000-2200 בר. מינון הדלק בצילינדר מתערבב במהירות באוויר ונשרף ביעילות רבה.

ככלל, מנוע דיזל משאבה מאופיין ביעילות גבוהה, צריכת דלק נמוכה, מהירות גבוהה ואפשרות לקבל צפיפות הספק גבוהה. אבל מנוע מזרק יחידה יקר לייצור, בעיקר בגלל המורכבות של ראש הצילינדר. העבודה שלו קשה וקולנית. כאשר מופעל על ידי מזרקי יחידה, נוצרות גם בעיות פליטות, מה שתרם רבות לנטישת הפתרון הזה של פולקסווגן.

הזרקה ישירה - רכבת רגילה

המרכיב החשוב ביותר של מערכת הזרקת ה-Common Rail הוא "Common Rail", סוג של מיכל המכונה גם "צובר דלק בלחץ", שאליו משאבה שואבת סולר. הוא נכנס לחרירים לא ישירות מהמשאבה, אלא מהמיכל, תוך שמירה על אותו לחץ עבור כל צילינדר.

באופן פיגורטיבי, אנו יכולים לומר שכל אחד מהמזרקים אינו מחכה למנת דלק מהמשאבה, אך עדיין יש לו דלק בלחץ גבוה מאוד. הדחפים החשמליים המפעילים את המזרקים מספיקים כדי לספק דלק לתאי הבעירה. מערכת כזו מאפשרת ליצור הזרקות רב-פאזיות (אפילו 8 שלבים להזרקה), מה שמוביל לשריפה מדויקת מאוד של דלק עם עלייה הדרגתית בלחץ. לחץ ההזרקה הגבוה מאוד (1800 בר) מאפשר שימוש במזרקים בעלי פתחים קטנים מאוד המספקים דלק כמעט בצורת ערפל.

את כל זה משלימים יעילות מנוע גבוהה, ריצה חלקה ורמת רעש נמוכה (למרות הזרקה ישירה), יכולת תמרון טובה ופליטת פליטה נמוכה. עם זאת, מנועי מסילה משותפת דורשים את הדלק האיכותי ביותר ואת המסננים הטובים ביותר. מזהמים בדלק עלולים להרוס את המזרקים ולגרום לנזק יקר מאוד לתיקון.