Система HEUI – впрыск XXI века по-американски

Когда говорят «развитое государство», то обычно подразумевают, что эта страна имеет могучую промышленность, и не задумываются о том, что вместе с экономической мощью государство получило немалый комплекс экологических проблем. Потому-то в этих самых «развитых странах» главным двигателем прогресса становится не столько конкуренция, сколько экологическое законодательство. А оно с каждым годом становится все суровее и суровее, ибо как ни крути, а дышать-то надо...

Добиться соответствия постепенно ужесточающимся экологическим нормам вроде бы несложно. Достаточно ограничить максимальную подачу топлива опрелеленным пределом, более низким, чем предел дымности. При этом потеряется часть мощности и незначительно ухудшится экономичность, но до поры до времени такие потери можно компенсировать за счет турбонаддува. Именно таким путем сегодня идут российские моторостроители, добившиеся соответствия своей продукции нормам Euro-1.

Но США и Западная Европа – не Россия, и там нужно выдерживать конкуренцию с очень сильными соперниками, да и Euro-1 для них уже пройденный этап. Значит, моторы будущего должны быть не только экологически чище предшественников, но при этом еще и мощнее, и экономичнее. А этого можно добиться, если повышать точность работы системы топливоподачи при одновременном улучшении смесеобразования за счет лучшего распыла топлива и применения сложных алгоритмов впрыска. И тогда не страшны не только нормы Euro-3, но даже и Euro-4.

Перечисленные условия означают, что давление впрыска должно превышать 1000 кгс/см², управление им требуется электронное, а от механического привода плунжеров следует отказаться. Система Common Rail – это одно из возможных решений, ориентированное на сравнительно небольшие и быстроходные дизели легковых автомобилей и небольших грузовиков. Другое решение предлагает фирма Caterpillar, традиционно выпускающая более тяжелые двигатели.

Созданная Caterpillar система впрыска топлива получила название HEUI (произносится как «хъюи»), или если полностью, то Hydraulically actuated Electronikally controlled Unit Ingection, что можно перевести как «Устройство впрыска с гидроприводом и электронным управлением». Она родилась, поскольку возникла угроза потери конкурентоспособности для самого маленького и самого популярного двигателя компании – шестилитрового 3116B.

В противоположность европейцам, искавшим принципиально новые пути, американские инженеры постарались максимально использовать возможности уже существующих систем. Они не стали полностью отказываться от насос-форсунок, но оснастили их гидроприводом. Теперь вместо кулачка работает масло из системы смазки двигателя, подаваемое по специальной магистрали под давлением более 230 кгс/см² (3 300 фунтов на кв. дюйм). Оно действует на масляный плунжер, перемещающий плунжер топливный, который благодаря меньшему диаметру создает высокое давление впрыска – более 1400 кгс/см² (20 000 фунтов на кв. дюйм).

Насос-форсунка с гидроприводом и электромагнитным управлением – главный элемент HEUI

Электромагнитный клапан, управляющий впрыском, перекочевал из топливного канала в масляный. При этом он находится под традиционным для гидросистем давлением, что положительно сказалось на его работе. Теперь могут быть реализованы практически любые заданные алгоритмы впрыска.

Давление в масляной магистрали намного превышает рабочее для системы смазки и создается специальным насосом. Он выполнен в виде навесного агрегата и подает к насос-форсункам также и топливо под давлением, близким к давлению масла. Вместе с насос-форсунками этот узел составляет механическую основу системы.

Контроль за давлением в масляной магистрали осуществляется с помощью электромагнитного клапана электронным блоком. Блок управляет также работой насос-форсунок и задает закон впрыска, который в системе HEUI двухэтапный. Сначала производится «пилотный впрыск» небольшой дозы горючего. Благодаря этому сгорание основной порции топлива проходит лучше.

Электромагнитные клапаны насос-форсунок и масляной магистрали высокого давления – это те устройства, с помощью которых электронный блок и управляет всей работой двигателя. Чтобы делать это должным образом, он учитывает целый ряд параметров: частоту вращения коленчатого вала, температуру наддувного воздуха и охлаждающей жидкости, положение педали «газа».

Однако возможности блока управления намного шире. Он получает информацию от спидометра и тахометра, спид-сенсора автомобиля, датчиков в трансмиссии и тормозной системе. Все получаемые данные хранятся в памяти. Поэтому с помощью компьютера можно легко настраивать систему топливоподачи. Вдобавок с помощью блока управления руководители фирмы могут контролировать работу машины и ее оператора. Таким образом, хорошо защищенный от вмешательства «ябедник» уже встроен в двигатель и нет нужды оплачивать специальное устройство.

Благодаря HEUI давление впрыска не зависит от числа оборотов двигателя. HEUI наделяет мотор хорошей экономичностью при отличных экологических показателях, обеспечивает легкий запуск на морозе и в жару, отсутствие белого дыма в выхлопе и хорошую работу в горных условиях.

Caterpillar выпускает систему с 1992 года. В качестве стандартного оборудования ее ставят на самый совершенный и наиболее технически насыщенный двигатель компании – 3126В. Но может ею комплектоваться и хорошо известный россиянам 3116В. Благодаря HEUI шестилитровый мотор приобрел буквально «второе дыхание» и снимать его с производства фирма пока не собирается. Впрочем эту систему можно встретить не только на машинах с маркой «CAT». Она устанавливается на дизелях автомобилей Isuzu, а также Ford (с двигателями Navistar International).

В сравнении с Common Rail система HEUI выглядит более сложной. Действительно, она имеет не одну, а целых две «общих магистрали» – масляную и топливную, связанные между собой насос-форсунками с гидроприводом. Для сравнительно небольших дизелей легковых автомобилей такая система выглядит громоздкой. Однако не будем забывать, что на более тяжелых моторах подвижные части форсунок крупнее, а потому добиться хорошего быстродействия электромагнитной форсунки для Common Rail очень сложно. И сегодня еще нет уверенности, что европейская система сможет конкурировать с американской в этой сфере.

Сейчас каждая из систем впрыска XXI века занимает собственную нишу. Впрочем HEUI уже устанавливается на легковые автомобили Isuzu. Так что в следующем тысячелетии конкуренция между этими двумя подходами неизбежно обострится.