Общо описание на начина на работа на дизеловия двигатил – исторически преглед

Дизеловия двигател работи като вкарва въздух в цилиндрите без да вкарва гориво (за разлика от бензиновия двигател). След което въздуха се сгъстява много повече, отколкото в бензинов двигател, когато буталото достигне почти най-високата точка на компресия, започва до се впръсква гориво под високо налягане. За мили секунда от започване на впръскването, горивото се възпламенява  силно сгъстен въздух. Възпламеняването продължава докато продължава впръскването на гориво, след това буталото тръгва надолу, изтласквано от горещите газове. Следва отваряне на изпускателния клапан, което отвежда изгорелите газове извън цилиндъра. Това е основния начин на функциониране  на 48к.с. 1.5л дизелов двигател произвеждан през 1976г. VW Rabbit ... не особено бърза кола.

Колкото повече гориво се впръсква, толкова повече се нагряват газовете по време на разширителния такт и толкова повече мощност се генерира. Но за да изгаря горивото и да отделя топлина е нужен въздух. Ако бъде впръскано прекалено много гориво, вместо повече мощност се получава черен дим. Увеличаването на количеството впръсквано гориво само прави дима по черен.

Въвежда се турбокомпресора, устройството което прави съвременния дизелов мотор много по перспективен, вкарвайки повече въздух в цилиндрите, позволявайки повече гориво да изгори, преди да бъде достигната точка на черния дим. През средата на 80-те VW монтира турбо на 1,6л дизелов двигател, което заедно с увеличено количество впръсквано гориво довежда до мощност от 68к.с. Има и версия „екодизел” продавана в Щатите, коятo също има турбо, но количеството гориво не е увеличено в интерес на по- малко черен дим от ауспуха.

Как да бъде подобрен турбодизеловия двигател? Въведен е интеркулера. Турбокомпресорът увеличава налягането на въздуха, но в процеса на сгъстяване въздухът се нагорещява. Интеркулерът отнема част от тази топлина, като увеличава плътността на въздуха, въпреки налягането да остава същото. Количеството но впръскваното гориво може да бъде увеличено още повече.

Има поговорка „нищо не може да замени увеличението на работния обем” и тъй през 1993г. Обемът на 4 цилиндровия турбодизелов двигател на VW  е увеличен до 1,9л, със стандартен турбокомпресор, но без интеркулер двигателят достига 75к.с.

По това време се случва революция в топлинната ефективност на вредните  емисии – това е електронно контролираният двигател на VW  с директно впръскване на горивото или накратко TDI. VW прилага директното впръскване в своите дизелови двигатели, контролирайки шума и емисиите в изгорелите газове с помощта на сложна електроника. Завихрянето необходимо за да се смеси въздуха и горивото за част от мили секунда се постига чрез куполообразна камера на всяко бутало (дъното на цилиндровата глава е напълно плоско). Огромната температура генерирана от детонацията – способна да разбие или разтопи буталата, ако не бъде контролирана – е овладяна частично чрез внимателно подбран дизайн на разпръсквачите, буталата и електронния контрол. За охлаждането много помага интеркулера, както маслени разпръсквачи, насочващи струя масло към долната част на буталата.

Фактори ограничаващи мощността на дизеловите двигатели

•  Изходния пушек. При прекалено много гориво и недостатъчно въздух, особено ако горивото продължи да се впръсква след като буталото тръгне надолу.....води до плътен черен пушек. При стандартните настройки на 90к.с. TDI двигател количеството на горивото е силно намалено за да се постигне приемливо ниво на пушек. Количеството на на черния дим се влияе не само от съотношението въздух/ гориво, но и от настройката на края на периода на впръскване. Гориво впръскано рано и под подходящ ъгъл се смесва и изгаря много по-добре от гориво, което е впръскано късно.

• Температурата на изходните газове. Колкото се увеличава количеството нa горивото, толкова повече продължава впръскването след като буталото е започнало да се движи надолу, талкова повече се увеличава температурата на отходните газове. Прекалена високата температура може да доведе до разтопяване на отходната перка на турбо компресора.

•      Максимално налягане на цилиндрите. За да се предотврати черния дим се увеличава налягането на турбото и предварението на впръскването на горивото, до известна степен това е възможно. Но достигането на максималното налягане на цилиндрите е лесно достижимо и горепосочените факти допринасят за това. Прекалено много налягане в цилиндрите и е възможно изкривяване или пукане на главата, съсипани сегменти, строшено бутало или кой знае още какво може да се случи. Налягането в цилиндрите се влияе от абсолютното налягане постъпващо от колекторите, степента на сгъстяване и момента на впръскване на гориво. Всеки 2 градуса в предварение допринасят за 15 атмосфери по-високо налягане в цилиндрите. На  нулева надморска височина не трябва да се надвишава 1.23 бара налягане на турбокомпресора и 12 градуса BTDC предварение на центровката на впръскване на горивото при пълно натоварване и 3000rpm.

•  Температура на буталата. Повече гориво повишава температурата на буталата, предварението на впръскването на гориво под натоварване също.......... това е причина да не давате предварение повече от необходимото. Понижаването  температурата на входящия въздух допринася за спада на температурата на буталата. Увеличаването на налягането на турбокомпресора също понижава температурата, защото допълнително вкараният въздух разрежда топлината по време на горивния процес. Понижаването температурата на маслото също понижава температурата на буталата.

•  „Задушаване” или блокиране на турбокомпресора. Това е много сложна тема, но представена просто изглежда така: всяка лопатка на турбото ролята на миниатюрно самолетно крило. Какво се случва когато самолет лети прекалено бавно?  Крилото спира да изпълнява функциите си самолетът пада, ако не бъде овладян. Какво се случва когато се изисква прекалено голямо налягане от турбото, когато въртящите го отходни газове се движат прекалено бавно. Витлото на турбото блокира, което може до доведи до сериозно последствия......скъсване на оста на турбото. В крайна сметка не е нужно да се достига максимално налягане  преди 2000 оборота. При 1500оборота не са нужни повече от 0.4бара налягане. Друг възможен проблем е ако се иска налягане което е прекалено високо за дадения турбокомпресор.

•  Механични ограничения. Часта в горивната помпа, която контролира количеството гориво, което до бъде впръскано има определен максимум, при достигането, на който компютърът отчита грешка и минава в сервизен режим.

Целия двигател, турбокомпресор, входяща система, горивна система, система за контрол на вредните емисии, сензори и ECU-то трябва да работят като една цялостна система. Когато се промени един компонент от тази система, това рефлектира и на другите компоненти. В някой случай е необходимо пренастройването на цялата система само заради един компонент. В противен случай са възможни катастрофални последици.

Чип (чипването) – От както всички елементи на TDI двигателите са електронно управляеми и те се управляват от паметта в компютъра на двигателя (ECU). Това позволява смяната на тези памети с други модифицирани, които повишават мощността на двигателя. Леко се повишава максималното налягане на турбокомпресора, значително се повишава максималното количество впръскано гориво и малко се измества в предварение центровката на впръскване под пълно натоварване.

Инсталация : На повечето двигатели ( 1Z,AHU,AFN и др.) чиповете са разположени върху основната платка, така че е възможно да се закупи такъв чип и да се монтира от средно грамотен човек. На по-новите модели двигатели след 2000год.  са запоени и при тях смяната на информацията в паметта* се подменя със специална апаратура.

Предимства : Лесно за изпълнение, ако приемем, че не го правите вие. Не са нужни  никакви преработвания и настройки ( въпреки, че трябва да се настрои центровката на помпата за да се избегне появата на черен дим). „Чипването” е удобно за тези хора които искат повече мощност от собствения автомобил, но не знаят как функционира*. Напълно невидим за човешкото око и за диагностичната техника освен ако човека зад апаратурата знае какво точно търси или тества нещо свързано с него*. Появява се огромно повишаване на мощността, усеща се мигновено след като се подкара автомобила. Всички диагностични уреди и сензори на автомобила остават непокътнати.

Недостатъци : За по-новите модели е трудно ( но не невъзможно) връщането на оригиналната информация в паметта на ECU-то при необходимост. При по-старите модели връщането на информацията защото чиповете са на цокли. Това рядко се случва, защото повярвайте няма да искате колата ви да върви както преди смяната на паметта й.

Неща които трябва да знаете : Впръскването на повече гориво използвайки оригиналните разпрасквачи довежда до удължен период на впръскване по време на power stroke*, така че температурата на изходящите газове ще се повиши. Поради по-богатата горивна смес и удължения период на впръскване на гориво е възможна появата черен дим от ауспуха, но обикновено хората които създават тези „чипове” се съобразяват с нормите за пушене които са нормални за човек и температурата на изгорелите газове. Автомобила ще стане по-чувствителен към качеството на горивото и правилната центровка на горивната помпа. Центровката на помпата трябва да бъде в нормите които са зададени от производителя, ако това не бъде сторено е възможна появата повече черен дим от необходимото и повишаване на температурата на изходящите газове.

Подобрения : Уред за отчитане налягането на турбокомпресора, уред за измерването температурата на изгорелите газове, ако автомобила се кара дълго време на максимална скорост или ако се използва за теглене на други превозни средства, по-голям маслен охладител и подобрения изходящата система няма да навредят.

Какво да направа, ако искам повече мощност? „Чип” може да бъде комбиниран със следващия размер разпрасквачи. При тази комбинация са възможни появата и на някои проблеми като приплъзване на съединителя, повреди в турбокомпресора и повишаване температурата на изгорелите газове. Някои хора ползват тунинг боксове заедно с „чип”, тази комбинация елиминира допустимите безопасни граници при които оперира всеки един компонент. В този случай е възможно да достигнете максималното количество гориво което може да достави горивната помпа, довеждайки до доста проблеми и светването на сервизната лампа за грешка в ECU-то. От дино тестове е доказано, че ползата от комбинирането на „чип” и поуър бокс е единствено тягата на автомобила ( основната причина за износването на съединителя) и съвсем малко повишение в конските сили на двигателя.

Тунинг боксове – Има много производители на „тунинг боксове”. В някой случай същото устройство се продава под друго име. Те варират от simplistic passive electrical circuits* до устройства управлявани от микропроцесори. Някой от тези „тунинг боксове” имат възможност за калибриране в зависимост от различните условия, други са на принципа “plug and play” без възможност за настройване*.  Всички  устройства от този вид функционират по следния начин : те променят комуникацията между горивната помпа и компютъра на двигателя, така че да увеличи впръскването на гориво под определени условия. Обикновено тунинг боксовете повишават максималното количество впръскано гориво под пълно натоварване и не променят налягането на турбокомпресора.

Инсталация : Типът „plug and play” е най-лесен за монтиране, може да бъде извършен от средно грамотен човек, като прочете упътването на устройството.  Общо взето се маха голямата букса която е свързана с горивната помпа, след това буксите на поуър бокса се монтират, те не могат да се объркат. Повечето боксове имат кабел което трябва да бъде запоено на буксата на дебитомера ( MAF ), сензора на педала за газта или на датчика за налягането в колектора ( MAP ).

Предимства : Относително лесна инсталация. Някои модели боксове имат възможност за финна настройка. “Plug and play” моделите са удобни за хора които  искат да повишат мощността на двигателя си, но не знаят как функционира. Тази модификация е видима за човешкото око, но ако е необходимо  демонтиране това става лесно и бързо. Диагностичната техника може да не показва коректни стойности на някои сензори, но това е нормално защото по този начин функционират пауър боксовете. Те допринасят за голямо увеличение в мощността, тя веднага се усеща след като се качите в автомобила, но по принцип увеличението на мощността е по-малка от тази при „чипването”  на колата. Всички сензори на автомобила функционират, но е възможно някои от тях да не показват точни стойности.