Двигатель с непосредственным впрыском топлива: За что любят и ненавидят непосредственный впрыск

Содержание

Система непосредственного впрыска топлива

Система непосредственного впрыска топлива

Информация о материале
Автор: Владимир Бекренёв
Просмотров: 31780

История создания

«Инжекторная система подачи топлива для бензиновых двигателей внутреннего сгорания с распределённым впрыском топлива, у которой форсунки расположены непосредственно возле цилиндров и впрыск топлива происходит непосредственно в цилиндры. Топливо подается под большим давлением в камеру сгорания каждого цилиндра в противоположность стандартной системе распределённого впрыска топлива, где впрыск производится во впускной коллектор. Такие двигатели более экономичны (до 15% экономии), отвечают более высоким экологическим стандартам, однако они более требовательны к обслуживанию и качеству топлива.»(цитата из Википедии — свободной энциклопедии.)

Впрыск топлива в цилиндр был известен еще на самой заре автомобилестроения. В начале 1890-х годов немец Рудольф Дизель и англичанин Герберт Акройд-Стюарт защитили права на собственные схемы двигателя внутреннего сгорания, работающего на мазуте. Теория Рудольфа Дизеля — экономичного теплового двигателя, который работает благодаря высокой степени сжатия в цилиндрах, впоследствии оказалась очень эффективной. Английский же инженер Акройд Стюарт также предложил двигатель, в котором всасываемый в цилиндр воздух сжимался, затем в конце такта сжатия поступал в колбу, в которую впрыскивалось топливо. Для запуска двигателя колба нагревалась при помощи паяльной лампы. После того, как двигатель запустился, он работал уже без внешнего подогрева. В двигателе Акройд-Стюарта впервые возникает прообраз насос-форсунки — (jerk pump). Акройд Стюарт не заинтересовался преимуществами, которые дает высокая степень сжатия и не заметил огромного преимущества экономии топлива предложенной в теории Дизеля. Инженер Йонас Хессельман (Jonas Hesselman) сумел объединить идеи обоих изобретателей в одной конструкции. В 1925 году он выпустил первый в истории транспорта двигатель с непосредственным бензиновым впрыском. Это был своеобразный гибридный двигатель, работавший на всем, что горит: топливом для него могли служить бензин, керосин, солярка, масло. .. Горючее любого вида впрыскивалось насосом в камеру сгорания через форсунку, подобную той, что применялась на дизелях. Заводился двигатель Хассельмана только на бензине (он зажигался в камере сгорания обычной свечой), а прогревшись до рабочей температуры, переключался на другое топливо. Никого не смущала заправка двух топливных баков разными видами топлива. На грузовики VOLVO такие ДВС устанавливали до 1947 года! Но полноценный бензиновый впрыск появился немного позже. До поры до времени пара насос-форсунка применялась лишь на дизельных двигателях. Перенести ее на бензиновые агрегаты мешало отсутствие эффективной внутренней смазки: в отличие от солярки бензин не имеет смазывающих свойств, поэтому экспериментальные насосы нередко заклинивало. Специалисты из “Bosch” долго боролись с этой проблемой в 30-е годы, но всё же решили её. Впервые применение непосредственного впрыска топлива с механическим управлением было реализовано на авиационном двигателе Daimler-Benz DB 601. По конструкции DB 601 традиционный V-образный — 12ти цилиндровый двигатель c жидкостным охлаждением, построен на базе карбюраторного DB 600. Оригинальный немецкий мотор ставили на: Dornier Do 215, Heinkel He 100, Henschel Hs 130A-0, Messerschmitt Bf 109, Messerschmitt Bf 110, Messerschmitt Me 210.
DB 601 был одним из лучших двигателей с непосредственным впрыском топлива времен 2-й Мировой войны. Положительной особенностью этого двигателя было то, что он создавался на базе надежною карбюраторного двигателя DB 600. При создании, двигатель получил достаточный запас прочности, допускавший дополнительное форсирование. Двигатель с непосредственным впрыском оказался на 6-7% мощнее традиционного карбюраторного двигателя. Кроме того, двигатель отличался необычайно равномерным дозированием топливно-воздушной смеси. Но что было важнее всего для авиации, двигатель с непосредственным впрыском топлива стабильно работал независимо от ориентации в пространстве. Впрыск также позволял снизить вероятность пожара и взрыва при повреждении топливной системы, а при форсировании не требовалось значительно увеличивать степень сжатия.
Были у двигателя и недостатки. Прежде всего, система непосредственного впрыска весила почти в два раза больше, чем карбюратор. Для системы требовался насос, развивающий давление 200-300 атмосфер. Система отличалась требовательностью к качеству топлива. Двигатель с непосредственным впрыском не мог развить более 2400 оборотов в минуту. Наконец, большую важность представляло соблюдение технологии производства. В 1936 году новый DB 60IA-1 мощностью 1100 л.с. (топливо В4, октановое число 87) пошел в серию. Этот двигатель устанавливали на истребителях Bf-109C и ВГ-109Е. Следующей модификацией мотора стал DB 601N. Его мощность составляла 1175 л.с. Он был приспособлен для работы на бензине СЗ (октановое число 95). Так начиналась эра двигателей с непосредственным впрыском топлива.Немного позже во время второй мировой войны Советские конструкторы в кратчайшие сроки пустили в серию авиационный мотор АШ-82ФН. Этот малогабаритный мотор представлял собой 14-цилиндровую двухрядную «звезду». С воздушным охлаждением.

Цилиндры мотора расположены в два ряда (двумя звездами), в шахматном порядке по семь цилиндров в каждом ряду. Мотор относится к числу короткоходовых моторов, так как отношение длинны хода поршня к диаметру цилиндра меньше единицы. Этим обеспечивается относительно малый диаметр мотора, а следовательно, сравнительно малый удельный лоб (отношение площади лба мотора к его мощности). Габарит мотора составлял всего 1260 мм. По характеристикам АШ-82ФН превосходил лучшие образцы зарубежных моторов того времени. АШ-82ФН снабжен агрегатом непосредственного впрыска топлива в цилиндры (НВ-3У ) вместо карбюратора. Двигатель М-82ФН с насосом НВ-3У обладал рядом преимуществ по сравнению с карбюраторным двигателем: увеличенной на 6…7 % мощностью; уменьшенным на 10 % расходом топлива; способностью работы на низкосортных топливах; высокой устойчивостью работы на всех режимах, в т.ч. на больших высотах и т.д. Кроме отличия в системе питания топливом, мотор отличался от карбюраторных моторов конструкцией отдельных деталей и узлов, допускающей форсирование. Двигатель М-82ФН был установлен на самолеты Ла-5. При этом специалистам моторостроительного конструкторского бюро А. Швецова удалось без увеличения массы двигателя довести его максимальную мощность до1850 л.с Итоги испытаний нового самолета превзошли все ожидания. Достаточно сказать, что максимальная скорость полета выросла до 635 км/ч. Теперь Ла-5 по праву вышел в число лучших истребителей мира. По скорости полета на малых и средних высотах, а также по характеристикам вертикального и горизонтального маневра он значительно превосходил немецкий истребитель FW 190A. Впервые самолеты Ла-5ФН в большом количестве были применены в воздушных боях на Курской дуге. Именно здесь они доказали свое превосходство над «фокке-вульфами», также брошенными в бой в массовом количестве.Особенно четко преимущество Ла-5ФН перед FW 190 проявлялось в ближнем маневренном бою. Всего за годы войны построено 10 000 Ла-5 и 5750 Ла-7.
После войны внедрение непосредственного впрыска в массы продолжила маленькая немецкая фирма Goliath. Впервые «гражданский» непосредственный впрыск бензина появился на двухтактном двухцилиндровом моторе маленького купе Goliath 700 Sport в 1951 году. Голиафовский мотор оснащался адаптированным вариантом дизельной топливной аппаратуры Bosch. Бензин впрыскивался двухплунжерным насосом в надпоршневое пространство под давлением по окончании выпуска. Кроме бензобака емкостью 44 л, под капотом находился трехлитровый маслобак системы смазки двигателя. Масло подавалось дозирующим насосом во впускной коллектор — в пропорции 1:40 с бензином. Впрыск бензина вместе с повышенной степенью сжатия увеличил отдачу мотора: если карбюраторный двигатель развивал 25 л.с., то со впрыском — все 29 л.с. «Впрысковые» Голиафы успели зарекомендовать себя как весьма экономичные машины. Так, в ходе тест-пробега седана GP 900 E на четыре с лишним тысячи километров пути ушло 280 л бензина и 7 л моторного масла. А в 1956 году Goliath 900 E выиграл экоралли Economy Run в Австралии со средним расходом топлива 5,3 л/100 км на дистанции в 1001 милю.Но даже непосредственный впрыск не излечил моторы Goliath от врожденной болезни двухтактных двигателей Отто — пропуска вспышек при низкой нагрузке. Под нагрузкой «Голиафы» вели себя превосходно — моторы работали ровно и исключительно тихо. Но на малом газу и на холостых оборотах они работали не стабильно, как и другие двухтактники! Ведь система впрыска Bosch была «усеченной» — на холостом ходу за подачу бензина отвечал своего рода «мини-карбюратор». А сизый дымок с характерным запахом из выхлопной трубы не давал забыть о смазке мотора. Кроме того, система впрыска оказалась намного сложнее привычного карбюратора в обслуживании и ремонте, что для небогатых тогда немцев представляло немаловажное обстоятельство. Поэтому в 1956 году в Бремене параллельно стали выпускать карбюраторный Goliath GP 900 V.

Следующим шедевром непосредственного впрыска стал снова Daimler-Benz с его «крылатым» купе Mercedes 300SL 1954 года.

После войны Германия получила запрет на разработку инжекторов для авиационных двигателей. И инженеры занялись адаптацией систем непосредственного впрыска для легковых автомобилей, обнаружив еще одно их немаловажное достоинство по сравнению с карбюраторами – экономичность. Система прямого впрыска – главный инженерный козырь «трехсотого». Это передовое решение применено на серийном автомобиле с четырехтактным двигателем впервые в мире. Традиционный 3-х литровый V6 не стали заменять на другой, а просто хорошенько “подкрутили” и обновили. Прежняя мощность увеличилась более, чем в два раза за счет установки новой механической системы топливной инъекции Bosch. Мощь двигателя возросла. С 86 kW (115 л.с.), до 180 kW (240 л.с.) при 6100 об/мин. Инжектор позволил развивать скорость до 250 км/ч. Такие показатели делали Mercedes-Benz 300SL одним из самых мощных и быстрых автомобилей своего времени. В 1956 году «трехсотый» Mercedes был приобретен для нужд Центрального НИИ топливной аппаратуры (ЦНИИТА) и доставлен в Ленинград. Отечественные специалисты были наслышаны о системе впрыска топлива и задумали создать советский аналог, для чего немецкую конструкцию разобрали буквально до винтика,… а вот скопировать не смогли – механизм оказался слишком сложным. «Наша» система впрыска так и осталась экспериментальной, а многострадальную и уникальную немецкую машину продали одному ленинградскому автоспортсмену. Тот «подарил» «Мерседесу» карбюратор и успешно выступал на удивительном автомобиле в кольцевых гонках.В Европе и Соединенных Штатах до сих пор «бегает» множество представителей семейства 300 SL – как купе с «крыльями чайки», так и родстеров. Для поклонников ретротехники, красивых автомобилей, для любителей машин дорогих и спортивных Mercedes-Benz 300 SL стал пределом мечтаний, для многих эта машина является символом экономического возрождения 50-х годов, а главное, «трехсотый» стал одним из немногих автомобилей, о котором можно сказать «первый в мире» или «один из первых».

Следующий опыт применения непосредственного впрыска был предпринят в период нефтяного кризиса 70-ых годов Ford’ом, но успехом не увенчался. Механический впрыск был ограничен максимальными оборотами и был очень капризным. Дальнейшее развитие электроники в 90 годах прошлого века вновь натолкнула разработчиков двигателей на создание идеального мотора. И в 1995 году японская Mitsubishi Motors Corp представила миру первый автомобиль с двигателем GDI (Gasoline Direct Injection). Это уже была революция в моторостроении.Новейший двигатель оснастили семиплунжерным ТНВД  с рабочим давлением в 48кг,была увеличена степень сатия,установлены топливные инжекторы с высоковольтным управлением.Изменены поршни ,камера сгорания,впускной коллектор. А новейшая система электронного управления мотором была в не конкуренци.Так закончилась эра разработок механического непоредственного впрыска топлива в бензиновых моторах и началась эра разработок электронного впрыска. Но это уже совсем другая история.

 

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.У вас нет прав оставлять комментарии.

Hyundai Motor представляет новый двигатель с непосредственным впрыском топлива (GDI) для гибридных моделей и 8-ступенчатую автоматическую трансмиссию для переднего привода

  • Растущий сегмент гибридов получает новый 1,6-литровый двигатель GDI, который пополнит многочисленное семейство Kappa
  • Новая 8-ступенчатая автоматическая трансмиссия для переднего привода обеспечивает сокращения расхода топлива на 7,3%, а также улучшенную динамику и плавность хода по сравнению с 6-ступенчатой автоматической трансмиссией

Hyundai Motor демонстрирует две новинки в области силовых агрегатов. На своей Международной конференции по силовым агрегатам Hyundai Motor представила новый 1,6-литровый двигатель с непосредственным впрыском топлива (GDI), который пополнит успешную и разнообразную линейку двигателей Kappa, а также современную 8-ступенчатую автоматическую коробку передач для переднего привода.

Новый 1,6-литровый двигатель Kappa GDI


Новый 1,6-литровый двигатель Kappa GDI отличается повышенной мощностью, динамикой и топливной экономичностью, а также более низким расходом топлива и значением выбросов CO2 в растущем сегменте среднеразмерных гибридных электромобилей (HEV) и подключаемых гибридных электромобилей (PHEV). В работе и конструкции этого двигателя, который поступит на рынок в начале 2016 г., компания впервые применила цикл Аткинсона, охлаждаемую систему рециркуляции отработавших газов (EGR) и длинный ход поршней, что в совокупности обеспечивает максимальный тепловой КПД.

Цикл Аткинсона сокращает насосные потери за счет позднего времени закрытия впускного клапана, а также обеспечивает экономию топлива благодаря соответствующему увеличению коэффициента расширения. Благодаря объединению впускного клапана с масляно-гидравлическим приводом (OCV) с системой непрерывного изменения фаз газораспределения (CVVT) удалось упростить течение масла. Также был увеличен угол сдвига фазы в системе CVVT, что обеспечивает ускоренный отклик системы.

Система EGR, примененная в двигателе, рециркулирует отработавшие газы и направляет их обратно в цилиндры для повторного сгорания. Новый двигатель Kappa HEV обеспечивает снижение расхода топлива на 3% благодаря трем компонентам: возвращение до 20% отработанных газов обратно в камеры сгорания, эффективность охлаждения на кулере EGR в 98% и одноступенчатый клапан EGR с временем отклика 56,9 мс. Прямой впускной канал специальной конструкции увеличивает закручивание отработавших газов в вертикальный вихрь и обеспечивает быстрое сгорание смеси, что еще больше снижает расход топлива и повышает выходную мощность.

Более того, расход топлива также снижается за счет использования раздельных термостатов для охлаждающих контуров на блоке цилиндров (105℃) и головке цилиндров (88℃), что ведет к снижению трения и детонации без повышения температуры охлаждающей жидкости в блоке цилиндров. Блок цилиндров быстро нагревается, что ведет к снижению трения и повышению эффективности работы, а головка цилиндров функционирует при более низких температурах для снижения вероятности детонации и, следовательно, повышения топливной экономичности.

Помимо всего прочего, в новом двигателе используются форсунки непосредственного впрыска с шестью высокоточными отверстиями, изготовленными лазером, и топливная система высокого давления (макс. 200 бар), которые обеспечивают полное сгорание смеси, повышают экономичность и сокращают выброс в полном соответствии со всеми мировыми стандартами токсичности.

Внедрение этих технологий позволило увеличить тепловой КПД нового двигателя с 30% (обычный двигатель) до 40% и сохранить конкурентную динамику.

Новый агрегат имеет мощность 105 л.с. (77,2 кВт), крутящий момент 147 Н-м и будет использоваться для будущих гибридных моделей.

Новая 8-ступенчатая автоматическая трансмиссия для переднего привода


Новая 8-ступенчатая автоматическая трансмиссия для переднего привода снижает расход топлива на внушительные 7,3% по сравнению с существующей 6-ступенчатой автоматической трансмиссией. Эту трансмиссию, отличающуюся улучшенной динамикой и плавностью переключения за счет увеличенного диапазона передаточных отношений, Hyundai Motor предложит в качестве опции для своих двигателей из линеек Lambda, Theta Turbo GDI и R, ориентируясь, в первую очередь на сегменты больших и премиальных автомобилей.

Новая трансмиссия имеет уникальную конструкцию с дополнительной муфтой по сравнению с 6-ступенчатым «автоматом» от

Hyundai Motor. Увеличение диапазона передаточных отношений за счет добавления передач обеспечивает улучшенное ускорение на низких передачах и уменьшенный расход топлива и улучшенные шумовибрационные характеристики на высоких передачах. Несмотря на все эти улучшения, массу также удалось сократить на 3,5 кг по сравнению с 6-ступенчатой автоматической трансмиссией.

Снижение расхода топлива и повышение мощности в этом агрегате обусловлено несколькими факторами, включая управляющий клапан прямого действия, который обеспечивает управление сцеплением с помощью электромагнита напрямую, а не через несколько клапанов. Упрощенная конструкция корпуса клапана позволила сократить утечку масла в новой трансмиссии и повысить стабильность переключения передач.

Также был оптимизирован масляный насос. Этот цельный компонент снижает эффективную мощность большинства автоматических трансмиссий, поэтому инженерам

Hyundai пришлось повысить эффективность 8-ступенчатой автоматической коробки передач, оптимизировав форму зубцов и сократив размер насосных шестерней.

Еще одним решением, которое позволяет снизить расход топлива и повысить динамику, стал гидротрансформатор с несколькими фрикционными дисками и контролем демпфера. Отдельная система, управляющая муфтой 4-дискового демпфера, вместо одного диска, позволяет увеличить диапазон блокировки и ускорить срабатывание демпфера.

В новой трансмиссии используется три новых решения для сокращения трения и сопутствующего снижения расхода топлива. Рисунок канавок повышает сцепление на малой тяге, а оптимизированная направляющая перегородка минимизирует потери на перемешивание трансмиссионного масла. Третьим пунктом стало уменьшение площади контакта между роликами в шарикоподшипниках, что способствует повышению экономичности двигателя. 

4 главные проблемы (они не излечимы)

Двигатели с прямым (непосредственным) впрыском топлива в цилиндр давно перестали быть экзотикой на нашем рынке

Редакция

Почти все автопроизводители применяют такой впрыск хоть на некоторых моделях. Смысл простой: бензин подается не во впускной трубопровод, а прямо в цилиндры, под давлением до 250 бар. Основной посыл, как обычно, известен – экология и экономия. Но есть и врожденные проблемы.

1 Отложения на клапанах

Если у двигателей с распределенным впрыском поступающее в них топливо постоянно моет отложения и нагар на впускных клапанах, то при непосредственном впрыске бензин к ним не поступает. А потому любая частица грязи, каким-то образом осевшая на тарелке клапана, может прописаться там надолго, не давая тому герметично закрываться. В таких ситуациях иногда приходится демонтировать головку блока цилиндров: иначе до грязного клапана не добраться.

2 Топливная магистраль

Клапаны – это всего лишь одна составляющая особой изнеженности моторов с прямым впрыском: они физически не переносят грязи. В частности, они очень боятся плохого бензина с кучей различных примесей – от серы до фосфора. Топливный насос высокого давления для таких моторов изготовлен с микронными зазорами: твердые частицы для него смерти подобны. Поэтому топливный фильтр и сеточка на входе в насос низкого давления должны заменяться регулярно. Совсем уж тяжело приходится распылителям форсунок: они выступают в камеру сгорания и могут закоксовываться. Их необходимо периодически снимать для промывки – примерно раз в 50 – 60 тыс. км. Причем во дворе этого не сделать – надо посетить сервис.

3 Моторное масло

С моторным маслом – совсем беда: никаких «шаг вправо – шаг влево». С одной стороны, нужно подбирать масло так, чтобы оно не сильно загаживало камеру сгорания и впускные клапаны – для этого зольность масла не должна быть выше 1,0-1,1 %. С другой стороны – надо думать о трущихся парах: кулачки распредвалов и толкатели клапанов, пластинчатая цепь Морзе и т.п. Хорошую износостойкость обеспечит только высокозольное масло. В итоге надо выбирать между повышенным износом чистого двигателя и малым износом грязного, готового заклинить… А еще есть такая нехорошая вещь как LSPI (Low-speed pre-ignition) – нежелательное раннее зажигание.

Топливо, подаваемое форсункой под высоким давлением, долетает до стенки цилиндра, не успевая испариться. На этой стенке всегда присутствует масляная пленка, фактически состоящая из свежего масла и частиц нагара. Часть несгоревшего топлива оказывается между кромкой поршня и стенкой цилиндра, активно смешиваясь как с моторным маслом, так и с частицами нагара, представляющими смесь сажи и химически активных веществ. Инициаторами последующего возгорания могут быть как раскаленные частицы нагара, так и отдельные присадки в моторных маслах. Результатом взрывообразного воспламенения являются ударная волна, механические разрушения деталей двигателя и т.п.

Специально для борьбы с таким явлением была введена новая спецификация масел – API SN Plus. На фоне подобных страшилок становится очевидным, что турбомоторы с прямым впрыском требуют более частой замены масла, чем прочие двигатели. Например, Hyundai/Kia на своих моторах T-GDI предлагает менять масло через 6 месяцев или через 7000-8000 километров.

4 Расход топлива

Обидный недостаток моторов с непосредственным впрыском – расход топлива. Дело в том, что классную экономичность они выдают только в городах и на дорогах местного значения, где скорости сравнительно невысоки. А вот при въезде на автомагистраль мотор переходит на стехиометрическую смесь, после чего перестает что-либо экономить по сравнению с «обычными» движками. Другое обидное обстоятельство – нелюбовь подобных двигателей к холодам. После холодного пуска они, при небольших нагрузках, очень медленно прогреваются. Непрогретый двигатель, конечно же, не особенно экономичен, а в салоне при этом довольно прохладно.

Само собой, что прямой впрыск – это однозначный шаг вперед в двигателестроении. Но и о возможных проблемах все-таки желательно помнить.

Редакция рекомендует:






Хочу получать самые интересные статьи

Главные плюсы и минусы двигателей с непосредственным впрыском топлива.

Системы впрыска топлива в двигатель Виды впрыска топлива бензиновых двигателей

Материал из Энциклопедия журнала «За рулем»

Схема двигателя Volkswagen FSI с непосредственным впрыском бензина

Первые системы впрыска бензина непосредственно в цилиндры двигателя появились еще в первой половине ХХ в. и использовались на авиационных двигателях. Попытки применения непосредственного впрыска в бензиновых двигателях автомобилей были прекращены в 40-е годы ХХ в., потому что такие двигатели получались дорогостоящими, неэкономичными и сильно дымили на режимах большой мощности. Впрыскивание бензина непосредственно в цилиндры связано с определенными трудностями. Форсунки для непосредственного впрыска бензина работают в более сложных условиях, чем те, что установлены во впускном трубопроводе. Головка блока, в которую должны устанавливаться такие форсунки, получается более сложной и дорогой. Время, отводимое на процесс смесеобразования при непосредственном впрыске, существенно уменьшается, а значит, для хорошего смесеобразования необходимо подавать бензин под большим давлением.
Со всеми этими трудностями удалось справиться специалистам компании Mitsubishi , которая впервые применила систему непосредственного впрыска бензина на автомобильных двигателях. Первый серийный автомобиль Mitsubishi Galant с двигателем 1,8 GDI (Gasoline Direct Injection — непосредственный впрыск бензина) появился в 1996 г.
Преимущества системы непосредственного впрыска заключаются в основном в улучшении топливной экономичности, а также и некоторого повышения мощности. Первое объясняется способностью двигателя с системой непосредственного впрыска работать на очень бедных смесях. Повышение мощности обусловлено в основном тем, что организация процесса подачи топлива в цилиндры двигателя позволяет повысить степень сжатия до 12,5 (в обычных двигателях, работающих на бензине, редко удается установить степень сжатия свыше 10 из-за наступления детонации).

Форсунка двигателя GDI может работать в двух режимах, обеспечивая мощный (а) или компактный (б) факел распыленного бензина

В двигателе GDI топливный насос обеспечивает давление 5 МПа. Электромагнитная форсунка, установленная в головке блока цилиндров, впрыскивает бензин непосредственно в цилиндр двигателя и может работать в двух режимах. В зависимости от подаваемого электрического сигнала она может впрыскивать топливо или мощным коническим факелом, или компактной струей.

Поршень двигателя с непосредственным впрыском бензина имеет специальную форму (процесс сгорания над поршнем)

Днище поршня имеет специальную форму в виде сферической выемки. Такая форма позволяет закрутить поступающий воздух, направить впрыскиваемое топливо к свече зажигания, установленной по центру камеры сгорания. Впускной трубопровод расположен не сбоку, а вертикально сверху. Он не имеет резких изгибов, и поэтому воздух поступает с высокой скоростью.

В работе двигателя с системой непосредственного впрыска можно выделить три различных режима:
1) режим работы на сверхбедных смесях;
2) режим работы на стехиометрической смеси;
3) режим резких ускорений с малых оборотов;
Первый режим используется в том случае, когда автомобиль движется без резких ускорений со скоростью порядка 100–120 км/ч. На этом режиме используется очень бедная горючая смесь с коэффициентом избытка воздуха более 2,7. В обычных условиях такая смесь не может воспламениться от искры, поэтому форсунка впрыскивает топливо компактным факелом в конце такта сжатия (как в дизеле). Сферическая выемка в поршне направляет струю топлива к электродам свечи зажигания, где высокая концентрация паров бензина обеспечивает возможность воспламенения смеси.
Второй режим используется при движении автомобиля с высокой скоростью и при резких ускорениях, когда необходимо получить высокую мощность. Такой режим движения требует стехиометрического состава смеси. Смесь такого состава легко воспламеняется, но у двигателя GDI повышена степень сжатия, и для того чтобы не наступала детонация, форсунка впрыскивает топливо мощным факелом. Мелко распыленное топливо заполняет цилиндр и, испаряясь, охлаждает поверхности цилиндра, снижая вероятность появления детонации.
Третий режим необходим для получения большого крутящего момента при резком нажатии педали «газа», когда двигатель работает на малых оборотах. Этот режим работы двигателя отличается тем, что в течение одного цикла форсунка срабатывает два раза. Во время такта впуска в цилиндр для его охлаждения мощным факелом впрыскивается сверхбедная смесь (α=4,1). В конце такта сжатия форсунка еще раз впрыскивает топливо, но компактным факелом. При этом смесь в цилиндре обогащается и детонация не наступает.
По сравнению с обычным двигателем с системой питания с распределенным впрыском бензина, двигатель с системой GDI примерно на 10 % экономичнее и выбрасывает в атмосферу на 20 % меньше углекислого газа. Повышение мощности двигателя доходит до 10 %. Однако, как показала эксплуатация автомобилей с двигателями такого типа, они очень чувствительны к содержанию серы в бензине. Оригинальный процесс непосредственного впрыска бензина разработала компания Orbital. В этом процессе в цилиндры двигателя впрыскивается бензин, заранее смешанный с воздухом с помощью специальной форсунки. Форсунка компании Orbital состоит из двух жиклеров, топливного и воздушного.

Работа форсунки Orbital

Воздух к воздушным жиклерам поступает в сжатом виде от специального компрессора при давлении 0,65 МПа. Давление топлива составляет 0,8 МПа. Сначала срабатывает топливный жиклер, а затем в нужный момент и воздушный, поэтому в цилиндр, мощным факелом впрыскивается топливно-воздушная смесь в виде аэрозоля.
Форсунка, установленная в головке цилиндра рядом со свечой зажигания, впрыскивает топливно-воздушную струю непосредственно на электроды свечи зажигания, что обеспечивает ее хорошее воспламенение.

Конструктивные особенности двигателя с непосредственным впрыском бензина Audi 2.0 FSI

На чтение 5 мин.

В этой статье вы найдете всю главную информацию об такой части дорожного транспортного средства как система впрыска топлива. Начинайте читать уже сейчас!

В представленной нами статье вы легко сможете найти ответы на такие довольно распространенные вопросы:

  • Что собой представляет и как работает система впрыска?
  • Основные типы схем впрыскивания;
  • Каким бывает впрыск топлива, и какое влияние он оказывает на характеристики двигателя?

Что собой представляет и как работает система впрыска топлива?

Современные автомобили оснащены различными системами подачи бензина. Система впрыска горючего или как ее еще называют инжекторной, обеспечивает подачу бензиновой смеси. На современных двигателях система впрыска полностью вытеснила карбюраторную схему питания. Несмотря на это, среди автомобилистов и по сей день нет единственного мнения о том, какая же из них лучше, потому как каждая из них имеет свои достоинства и недостатки. Прежде чем разбираться с принципом работы и типами систем впрыска топлива необходимо разобраться с ее элементами. Итак, система впрыска горючего состоит из таких основных элементов:

  • Дроссельная заслонка;
  • Ресивер;
  • Четыре форсунки;
  • Канал.

Теперь рассмотрим принцип работы системы подачи топлива в двигатель. Подача воздуха регулируется при помощи дроссельной заслонки, и прежде чем разделиться на четыре потока накапливается в ресивере. Ресивер нужен для правильного расчета массовых затрат воздуха, потому как проводится измерение общих массовых затрат или давления в ресивере. Ресивер должен быть достаточного размера для того, чтобы исключить возможность возникновения воздушного голодания цилиндров во время большого потребления воздуха, а также сглаживания пульсации на пуске. Четыре форсунки располагаются в канале в непосредственной близости от впускных клапанов.


Система впрыска топлива применяется как на бензиновых, так и на дизельных двигателях. К тому же, конструкция и принцип работы подачи бензина дизельных и бензиновых двигателей имеют значительные различия. На бензиновых двигателях при помощи подачи топлива образовывается однородная топливовоздушная смесь, принудительно воспламеняющаяся от искр. На дизельных двигателях подача топливной смеси проходит под высоким давлением, доза топливной смеси смешивается с горячим воздухом и практически сразу воспламеняется. Давление определяет размер порции впрыскиваемой топливной смеси, а значит, и мощность двигателя. Поэтому мощность двигателя прямо пропорционально зависит от давления. То есть чем больше давления подачи топлива, чем больше будет мощность двигателя. Схема топливной смеси является составной частью транспортного средства. Главным рабочим «органом» абсолютно каждой схемы впрыскивания является форсунка.

Система впрыскивания топлива на бензиновых двигателях

Зависимо от метода образования топливовоздушной смеси различают такие системы центрального впрыскивания, непосредственного и распределенного типа. Система распределенного и центрального впрыскивания является схемой предварительного впрыскивания. То есть впрыскивание в них проходит, не доходя к камере сгорания, которая находится во впускном коллекторе.

Центральное впрыскивание (или моновпрыск) проходит при помощи одной-единственной форсунки, которая устанавливается во впускном коллекторе. На сегодняшний момент система такого типа не производится, но еще встречается на легковых машинах. Такой тип достаточно простой и надежный, но имеет повышенные затраты горючего и низкие экологические показатели.

Распределительное впрыскивание горючего — это подача топливной смеси во впускной коллектор через отдельную для каждого цилиндра топливную форсунку. Образовывается топливовоздушная смесь во впускном коллекторе. Она является самой распространенной схемой впрыскивания топливной смеси на бензиновых двигателях. Первым и основным преимуществом распределенного типа является экономичность. К тому же, из-за более полного сгорания топлива за одни цикл машины с таким типом впрыскивания приносят меньше вреда окружающей среде вредными выбросами. При точном дозировании топливной смеси риск возникновения непредвиденных сбоев в функционировании на экстремальных режимах сводится практически к нулю. Недостаток этого типа системы впрыскивания заключается в довольно сложной и полностью зависящей от электроники конструкции. Из-за большого количества компонентов ремонт и диагностика этого типа возможна исключительно в условиях автомобильного сервисного центра.


Один из самых перспективных типов подачи горючего является непосредственная система впрыска топлива. Подача смеси проходит непосредственно в камеру сгорания всех цилиндров. Схема подачи дает возможность создавать оптимальный состав топливовоздушной смеси во время функционирования всех режимов работы двигателя, увеличить уровень сжатия, экономичность топлива, увеличение мощности, а также понижение вредных выбросов. Недостаток этого типа впрыскивания заключается в сложной конструкции, а также высоких эксплуатационных требований. Для того чтобы снизить уровень выброса твердых частиц в атмосферу вместе с отработанными газами используется комбинированное впрыскивание, которое объединяет схему непосредственной и распределенной подачей бензина на единственном двигателе внутреннего сгорания.

Впрыск топлива в двигатель может иметь электронное или механическое управление. Самым лучшим считается электронное управление, которое обеспечивает значительную экономию горючей смеси, а также сокращение вредных выбросов. Впрыскивание топливной смеси в схеме может проходить импульсно или непрерывно. Самым перспективным и экономичным считается импульсный впрыск горючей смеси, который использует все современные типы. В двигателе эта схема обычно объединяется с зажиганием и образовывает объединенную схему подачи горючей смеси и зажигания. Согласование функционирования схем подачи топлива обеспечивается благодаря схеме управления двигателем.

Надеемся, что данная статья помогла вам найти решение в проблемах и вы нашли ответы на все вопросы, которые относятся к этой теме. Соблюдайте правила дорожного движения и будьте бдительны во время поездок!

В случае с системой впрыска топлива Ваш двигатель все ещё ​сосёт, но вместо того, чтобы полагаться только на всасываемое количество топлива, система впрыска топлива стреляет точно правильное количество топлива в камеру сгорания. Системы впрыска топлива прошли уже несколько ступеней эволюции, в них была добавлена электроника — это, пожалуй, было самым большим шагом в развитии этой системы. Но идея таких систем осталась та же: электрически активируемый клапан (инжектор) распыляет отмеренное количество топлива в двигатель. На самом деле основное различие между карбюратором и инжектором именно в электронном управлении ЭБУ — именно бортовой компьютер подаёт точно нужное количество топлива в камеру сгорания двигателя.

Давайте посмотрим, как работает система впрыска топлива и инжектор в частности.

Так выглядит система впрыска топлива

Если сердце автомобиля — это его двигатель, то его мозг — это блок управления двигателем (ЭБУ). Он оптимизирует работу двигателя с помощью датчиков, чтобы решить, как управлять некоторыми приводами в двигателе. Прежде всего, компьютер отвечает за 4 основные задачи:

  1. управляет топливной смесью,
  2. контролирует обороты холостого хода ,
  3. несёт ответственность за угол опережения зажигания,
  4. управляет фазами газораспределения.

Прежде чем мы поговорим о том, как ЭБУ осуществляет свои задачи, давайте о самом главном — проследим путь бензина от бензобака до двигателя — это и есть работа системы впрыска топлива. Первоначально после того, как капля бензина покидает стенки бензобака, она всасывается с помощью электрического топливного насоса в двигатель. Электрический топливный насос, как правило, состоит из непосредственно насоса, а также фильтра и передающего устройства.

Регулятор давления топлива в конце топливной направляющей с вакуумным питанием гарантирует, что давление топлива будет постоянным по отношению к давлению всасывания. Для бензинового двигателя давление топлива, как правило, составляет порядка 2-3,5 атмосферы (200-350 кПа, 35-50 PSI (фунтов на квадратный дюйм)). Топливные форсунки инжектора подключены к двигателю, но их клапаны остаются закрытыми до тех пор, пока ЭБУ не разрешит отправить топливо в цилиндры.

Но что же происходит, когда двигателю требуется топливо? Здесь в работу вступает инжектор . Обычно инжекторы имеют два контакта: один вывод подключен к аккумулятору через реле зажигания, а другой контакт проходит в ЭБУ. ЭБУ посылает пульсирующие сигналы в инжектор. За счёт магнита, на который и подаются такие пульсирующие сигналы, открывается клапан инжектора, и в его сопло подаётся некоторое количество топлива. Поскольку в инжекторе очень высокое давление (значение приведено выше), открывшийся клапан направляет топливо с высокой скоростью в сопло распылителя инжектора. Продолжительность, с которой открыт клапан инжектора, влияет на то, какое количество топлива подаётся в цилиндр, а продолжительность эта, соответственно зависит от ширины импульса (т. е. от того, сколько времени ЭБУ посылает сигнал к инжектору).

Когда клапан открывается, топливная форсунка передаёт топливо через распылительный наконечник, который, распыляя, превращает жидкое топливо в туман, непосредственно в цилиндр. Такая система называется системой с непосредственным впрыском . Но распылённое топливо может подаваться не сразу в цилиндры, а сначала в впускные коллекторы.


Как работает инжектор

Но как ЭБУ определяет, сколько на данный момент топлива нужно подать в двигатель? Когда водитель нажимает педаль акселератора, то на самом деле он открывает дроссельную заслонку на величину нажима педали, через которую в двигатель подаётся воздух. Таким образом, мы с уверенностью можем назвать педаль газа «регулятором подачи воздуха» в двигатель. Так вот, компьютер автомобиля руководствуется в том числе величиной открытия дроссельной заслонки, но не ограничивается этим показателем — он считывает информацию с множества датчиков, и давайте узнаем о них всех!

Датчик массового расхода воздуха

Перво-наперво датчик массового расхода воздуха (MAF) определяет, сколько воздуха входит в корпус дроссельной заслонки и посылает эту информацию в ЭБУ. ЭБУ использует эту информацию, чтобы решить, сколько топлива впрыснуть в цилиндры, чтобы держать смесь в идеальных пропорциях.

Датчик положения дроссельной заслонки

Компьютер постоянно использует этот датчик, чтобы проверить положение дроссельной заслонки и узнать таким образом, сколько воздуха проходит через воздухозаборник для того, чтобы регулировать импульс, отправленный к форсункам, гарантируя, что соответствующее воздуху количество топлива входит в систему.

Кислородный датчик

Кроме того, ЭБУ использует датчик O2, чтобы выяснить, сколько кислорода содержится в выхлопных газах автомобиля. Содержание кислорода в выхлопных газах обеспечивает индикацию того, насколько хорошо топливо сгорает. Используя связанные данные от двух датчиков: кислородного и массового расхода воздуха, ЭБУ также контролирует насыщенность топливо-воздушной смеси, подаваемой в камеру сгорания цилиндров двигателя.

Датчик положения коленвала

Это, пожалуй, главный датчик системы впрыска топлива — именно от него ЭБУ узнаёт о количестве оборотов двигателя в данный момент времени и корректирует количество подаваемого топлива в зависимости от числа оборотов и, конечно же, положения педали газа.

Это три основных датчика, которые прямо и динамически влияют на количество подаваемого в инжектор и в последующем в двигатель топлива. Но есть ещё ряд датчиков:

  • Датчик напряжения в электрической сети машины — нужен для того, чтобы ЭБУ понимал, насколько разряжен аккумулятор и требуется ли повысить обороты, чтобы зарядить его.
  • Датчик температуры охлаждающей жидкости — ЭБУ повышает количество оборотов, если двигатель холодный и наоборот, если двигатель прогрелся.

Основным назначением системы впрыска (иное название — инжекторная система) является обеспечение своевременной подачи топлива в рабочие цилиндры ДВС.

В настоящее время подобная система активно используется на дизельных и бензиновых двигателях внутреннего сгорания. Важно понимать, что для каждого типа двигателя система впрыска будет в значительной мере отличаться.

Фото: rsbp (flickr.com/photos/rsbp/)

Так в бензиновых ДВС процесс впрыска способствует образованию топливовоздушной смеси, после чего происходит ее принудительное воспламенение от искры.

В дизельных же ДВС подача топлива осуществляется под высоким давлением, когда одна часть топливной смеси соединяется с горячим сжатым воздухом и почти моментально самовоспламеняется.

Система впрыска остается ключевой составной частью общей топливной системы любого автомобиля. Центральным рабочим элементом подобной системы является топливная форсунка (инжектор).

Как уже было сказано ранее в бензиновых двигателях и дизелях применяются различные виды систем впрыска, которые мы и рассмотрим обзорно в этой статье, а детально разберем в последующих публикациях.

Виды систем впрыска на бензиновых ДВС

На бензиновых двигателях используются следующие системы подачи топлива — центральный впрыск (моно впрыск), распределенный впрыск (многоточечный), комбинированный впрыск и непосредственный впрыск.

Центральный впрыск

Подача топлива в системе центрального впрыска происходит за счет топливной форсунки, которая расположена во впускном коллекторе. Поскольку форсунка всего одна, то эту систему впрыска называют еще — моновпрыск.

Системы этого вида на сегодняшний день утратили свою актуальность, поэтому в новых моделях автомобилей они не предусмотрены, впрочем, в некоторых старых моделях некоторых автомобильных марок их можно встретить.

К преимуществам моно впрыска можно отнести надежность и простоту использования. Недостатками подобной системы являются низкий уровень экологичности двигателя и высокий расход топлива .

Распределенный впрыск

Система многоточечного впрыска предусматривает подачу горючего отдельно на каждый цилиндр, оснащенный собственной топливной форсункой. При этом ТВС образуется только во впускном коллекторе.

В настоящее время большинство бензиновых двигателей оснащено системой распределенной подачи топлива. Преимуществами подобной системы являются высокая экологичность, оптимальный расход топлива, умеренные требования к качеству потребляемого топлива.

Непосредственный впрыск

Одна из наиболее совершенных и прогрессивных систем впрыска. Принцип работы подобной системы заключается в прямой подаче (впрыске) топлива в камеру сгорания цилиндров.

Система непосредственной подачи топлива позволяет получать качественный состав ТВС на всех этапах работы ДВС с целью улучшения процесса сгорания горючей смеси, увеличения рабочей мощности двигателя, снижения уровня отработанных газов.

К недостаткам данной системы впрыска можно отнести сложную конструкцию и высокие требования к качеству топлива .

Комбинированный впрыск

Система данного типа объединила в себе две системы — непосредственный и распределенный впрыск. Зачастую она применяется для уменьшения выбросов токсичных элементов и отработанных газов, благодаря чему достигается высокие показатели экологичности двигателя.

Все системы подачи топлива, пнименяемые на бензиновых ДВС могут быть оснащены механическими или электронными устройствами управления, из которых последняя наиболее совершенна, поскольку обеспечивает наилучшие показатели экономичности и экологичности двигателя.

Подача топлива в подобных системах может осуществляться непрерывно или дискретно (импульсно). По мнению специалистов, импульсная подача топлива является наиболее целесообразной и эффективной и на сегодняшний день применяется во всех современных двигателях.

Виды систем впрыска дизельных ДВС

На современных дизельных двигателях применяются такие системы впрыска, как система насос-форсунки, система Сommon Rail, система с рядным или распределительным ТНВД (топливным насосом высокого давления).

Наиболее востребованные и считаются наиболее прогрессивными из них системы: Сommon Rail и насос-форсунки, о которых ниже поговорим чуть подробнее.

ТНВД является центральным элементом любой топливной системы дизельного двигателя.

В дизелях подача горючей смеси может осуществляться как в предварительную камеру, так и напрямую в камеру сгорания (непосредственный впрыск).

На сегодняшний день предпочтение отдается системе непосредственного впрыска, которую отличает повышенный уровень шума и менее плавная работа двигателя, по сравнению с впрыском в предварительную камеру, но при этом обеспечивается гораздо более важный показатель — экономичность.

Система впрыска насос-форсунки

Подобная система применяется для подачи и впрыска топливной смеси под высоким давлением центральным устройством — насос-форсунками.

По названию можно догадаться, что ключевой особенностью данной системы является то, что в единственном устройстве (насос-форсунке) объединены сразу две функции: создание давления и впрыск.

Конструктивным недостатком данной системы является то, что насос оснащен приводом постоянного типа от распредвала двигателя (не отключаемый), который приводит к быстрому износу конструкции. Из-за этого производители все чаще делают выбор в пользу системы впрыска Сommon Rail.

Система впрыска Сommon Rail (аккумуляторный впрыск)

Это более совершенная система подачи ТС для большинства дизельных двигателей. Ее название пошло от основного конструктивного элемента — топливной рампы, общей для всех форсунок. Сommon Rail в переводе с английского как раз и означает — общая рампа.

В такой системе топливо подается к топливным форсункам от рампы, которую еще называют аккумулятором высокого давления, из-за чего у системы появилось и второе название — аккумуляторная система впрыска.

В системе Сommon Rail предусмотрено проведение трех этапов впрыска — предварительного, основного и дополнительного. Это позволяет уменьшить шум и вибрации двигателя, сделать более эффективными процесс самовоспламенения топлива, уменьшить количество вредных выбросов в атмосферу.

Для управления системами впрыска на дизелях предусмотрено наличие механических и электронных устройств. Системы на механике позволяют контролировать рабочее давление, объем и момент впрыска топлива. Электронные системы предусматривают более эффективное управление дизельными ДВС в целом.

Система впрыска топлива применяется для дозированной подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания в строго определенный момент времени. От характеристик данной системы зависит мощность, экономичность и . Системы впрыска могут иметь различную конструкцию и варианты исполнения, что характеризует их эффективность и сферу применения.

Краткая история появления

Инжекторная система подачи топлива начала активно внедряться в 70-х годах, явившись реакцией на возросший уровень выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. Она была заимствована в авиастроении и являлась экологически более безопасной альтернативой карбюраторному двигателю. Последний был оснащен механической системой подачи топлива, при которой топливо поступало в камеру сгорания за счет разницы давлений.

Первая система впрыска была практически полностью механической и отличалась малой эффективностью. Причиной этого был недостаточный уровень технического прогресса, который не мог полностью раскрыть ее потенциал. Ситуация изменилась в конце 90-х годов с развитием электронных систем управления работой двигателя. Электронный блок управления стал контролировать количество впрыскиваемого топлива в цилиндры и процентное соотношение компонентов топливовоздушной смеси.

Виды систем впрыска бензиновых двигателей

Существует несколько основных видов систем впрыска топлива, которые отличаются способом образования топливовоздушной смеси.

Моновпрыск, или центральный впрыск

Схема работы системы моновпрыска

Схема с центральным впрыском предусматривает наличие одной , которая расположена во впускном коллекторе. Такие системы впрыска можно найти только на старых легковых автомобилях. Она состоит из следующих элементов:

  • Регулятор давления — обеспечивает постоянную величину рабочего давления 0,1 МПа и предотвращает появление воздушных пробок в .
  • Форсунка впрыска — осуществляет импульсную подачу бензина во впускной коллектор двигателя.
  • — выполняет регулирование объема подаваемого воздуха. Может иметь механический или электрический привод.
  • Блок управления — состоит из микропроцессора и блока памяти, который содержит эталонные данные характеристики впрыска топлива.
  • Датчики положения коленчатого вала двигателя, положения дроссельной заслонки, температуры и т.д.

Системы впрыска бензина с одной форсункой работают по следующей схеме:

  • Двигатель запущен.
  • Датчики считывают и передают информацию о состоянии системы в блок управления.
  • Полученные данные сравниваются с эталонной характеристикой, и, на основе этой информации, блок управления рассчитывает момент и длительность открытия форсунки.
  • На электромагнитную катушку направляется сигнал об открытии форсунки, что приводит к подаче топлива во впускной коллектор, где он смешивается с воздухом.
  • Смесь топлива и воздуха подается в цилиндры.

Распределенный впрыск (MPI)

Система с распределенным впрыском состоит из аналогичных элементов, но в такой конструкции предусмотрены отдельные форсунки для каждого цилиндра, которые могут открываться одновременно, попарно или по одной. Смешение воздуха и бензина происходит также во впускном коллекторе, но, в отличие от моновпрыска, подача топлива осуществляется только во впускные тракты соответствующих цилиндров.


Схема работы системы с распределенным впрыском

Управление осуществляется электроникой (KE-Jetronic, L-Jetronic). Это универсальные системы впрыска топлива Bosch, получившие широкое распространение.

Принцип действия распределенного впрыска:

  • В двигатель подается воздух.
  • При помощи ряда датчиков определяется объем воздуха, его температура, скорость вращения коленчатого вала, а также параметры положения дроссельной заслонки.
  • На основе полученных данных электронный блок управления определяет объем топлива, оптимальный для поступившего количества воздуха.
  • Подается сигнал, и соответствующие форсунки открываются на требуемый промежуток времени.

Непосредственный впрыск топлива (GDI)

Система предусматривает подачу бензина отдельными форсунками напрямую в камеры сгорания каждого цилиндра под высоким давлением, куда одновременно подается воздух. Эта система впрыска обеспечивает наиболее точную концентрацию топливовоздушной смеси, независимо от режима работы мотора. При этом смесь сгорает практически полностью, благодаря чему уменьшается объем вредных выбросов в атмосферу.


Схема работы системы непосредственного впрыска

Такая система впрыска имеет сложную конструкцию и восприимчива к качеству топлива, что делает ее дорогостоящей в производстве и эксплуатации. Поскольку форсунки работают в более агрессивных условиях, для корректной работы такой системы необходимо обеспечение высокого давления топлива, которое должно быть не менее 5 МПа.

Конструктивно система непосредственного впрыска включает в себя:

  • Топливный насос высокого давления.
  • Регулятор давления топлива.
  • Топливная рампа.
  • Предохранительный клапан (установлен на топливной рампе для защиты элементов системы от повышения давления больше допустимого уровня).
  • Датчик высокого давления.
  • Форсунки.

Электронная система впрыска такого типа от компании Bosch получила наименование MED-Motronic. Принцип ее действия зависит от вида смесеобразования:

  • Послойное — реализуется на малых и средних оборотах двигателя. Воздух подается в камеру сгорания на большой скорости. Топливо впрыскивается по направлению к и, смешиваясь на этом пути с воздухом, воспламеняется.
  • Стехиометрическое. При нажатии на педаль газа происходит открытие дроссельной заслонки и осуществляется впрыск топлива одновременно с подачей воздуха, после чего смесь воспламеняется и полностью сгорает.
  • Гомогенное. В цилиндрах провоцируется интенсивное движение воздуха, при этом на такте впуска происходит впрыск бензина.

В бензиновом двигателе — наиболее перспективное направление в эволюции систем впрыска. Впервые он был реализован в 1996 году на легковых автомобилях Mitsubishi Galant, и сегодня его устанавливают на свои автомобили большинство крупнейших автопроизводителей.

Двигатели с непосредственным впрыском. Что в них

17.01.2021, Просмотров: 234

На нынешнее время практически все двигатели автомобилей свежих годов выпуска, оснащены непосредственным впрыском топлива. Давайте же разбираться чем выгодно такое инженерное решение.

 

В отличи от распределённого впрыска, при котором топливо подаётся во впускной коллектор, при непосредственном впрыске, форсунки подают его непосредственно в камеру сгорания. Таким образом двигатель становится мощнее, за счёт подачи топлива сразу в камеру сгорания, и при этом порция бензина более обеднённая, а значит меньший расход. Также в результате полноценного сгорания и обеднённой смеси, достигается более экологический выброс.

Впервые, непосредственный впрыск появился на автомобилях Mitsubishi, которые прозвали систему электронно-управляемого непосредственного впрыска — GDI (Direct Fuel Injection). Да да, совместно с корейскими инженерами, компании Mitsubishi, Kia и Hyundai, разрабатывали двигатели с данной системой, поэтому на декоративных крышках моторов Оптимы или Сонаты, можно встретить надпись «GDI».

В то время, остальные производители двигателей также переняли эту систему, и начали обозначать её уже своими наименованиями: 

  • Alfa Romeo — JTS;
  • Ford — TwinForce, SCTi, GTDi, в настоящее время используется торговая марка «EcoBoost»;
  • Honda — I-CDTI;
  • Mercedes-benz — CGI;
  • Mitsubishi — GDI;
  • Mazda — DISI;
  • Nissan — NEO DI;
  • Opel — Direct, SIDI;
  • Renault — IDE;
  • PSA (Peugeot, Citron) — HPi; 
  • Toyota — D4;
  • VAG (Volkswagen, Audi, Skoda, Seat) — FSI, TSI, (Audi — TFSI).  

Данная система и технически, и конструктивно более сложнее, так как она включает в себя топливные магистрали высокого давления, ТНВД, и фильтры тонкой очистки топлива. Соответственно такой двигатель капризный к качеству бензина.

 

Теперь стоит затронуть минусы непосредственного впрыска. Как я уже говорил, это требовательность к качеству топлива, жёсткая работа двигателя. Кстати об этом. Звук работы мотора, можно спутать с дизельным и за счёт этого, значительно возрастает нагрузка на шатунно-поршневую группу. Возьмите во внимание качество запчастей, их облегчённость, что итак сокращает срок службы. А тем более такие силовые агрегаты могут оснащать турбонаддувом, что ещё сильнее увеличивает нагрузку. Вот и сделайте вывод, насколько километров хватит такого мотора. Конечно всё ещё во многом зависит от качества бензина, обслуживания и от того как ездить.

 

Ещё один и наверное самый главный недостаток непосредственного впрыска, это его загрязнённость. После совсем небольшого пробега, на сёдлах и тарелках клапанов нарастает приличная «шуба» из нагара. Если с этим ничего не делать, скопившийся нагар будет препятствовать наполняемости цилиндров воздухом, что влечёт за собой неравномерную работу двигателя, потерю мощности и т.п. Также весь этот нагар оседает не только на клапанах и во впускных окнах, а даже в самом впускном коллекторе. Поэтому моторы с такой системой желательно чистить, чтобы избежать проблем.

Почему на клапанах нарастает нагар? Если при распределённом впрыске форсунки льют на тарелки клапанов, и весь нагар попросту выгорает, то при непосредственном, думаю итак понятно, что выгорания не происходит. Во избежание чрезмерного загрязнения, некоторые автопроизводители оснащают двигатель ещё одним рядом форсунок, которые как раз и «поливают» тарелки клапанов и образований нагара не происходит.

Преимущества и недостатки прямого впрыска двигателя

Ещё в начале 2000-х годов в Украину начали попадать первые автомобили Mitsubishi с обозначениями GDI около индексов, указывающих на объём двигателя.

Под этой аббревиатурой скрывается непосредственный впрыск топлива в цилиндры двигателя — именно эта японская компания стала первой, начавшей серийное производство силовых агрегатов с такой системой впуска. Такой мотор заслужил очень неоднозначные отзывы, поэтому перед покупкой автомобилей Mitsubishi следует внимательно рассмотреть плюсы и минусы двигателя GDI.

Это будет полезным и покупателям машин других производителей, поскольку такие двигатели устанавливаются на автомобили Volkswagen, GM, Toyota, Mercedes и других марок.

Теоретическая часть

Обычный инжекторный двигатель, который использует коллекторную систему смесеобразования, предполагает подачу в цилиндры уже готового бензовоздушного состава. Такое смешивание воздуха и горючего происходит во впускном коллекторе, где устанавливаются форсунки, управляемые электроникой. Если же говорить про двигатель GDI, то в нём форсунка направлена непосредственно в камеру сгорания. Соответственно, через впускные клапаны подаётся только воздух, а процесс смесеобразования происходит непосредственно в цилиндрах.

Камера сгорания двигателя GDI

Естественно, добиться однородного состава топливовоздушной смеси в таких условиях очень сложно, поэтому двигатель GDI управляется сложным электронным блоком, в котором используется программное обеспечение, рассчитанное на несколько различных циклов работы. Кроме того, для достижения идеальных параметров смесеобразования необходимо использовать специальные вихревые форсунки, которые подают топливо внутрь в виде мелкодисперсионного тумана.

Стоит сказать, что основные плюсы двигатель GDI получает в результате работы на сверхобеднённой смеси, в которой содержание бензина по сравнению с воздухом уменьшено до 1:20, тогда как при распределённом впрыске соотношение поддерживается на постоянном уровне 1:14. Однако даже мотор с непосредственным впрыском не может работать постоянно в таком режиме, поэтому под нагрузками в его системе впуска восстанавливается нормальное смесеобразование.

За счёт этого двигатель GDI должен оснащаться двухступенчатой системой подачи топлива. Именно со всеми этими отличиями и связаны основные минусы конструкции — посмотрим, смогут ли их превзойти плюсы, полученные от перехода на непосредственный впрыск.

Положительные стороны

Как уже говорилось выше, главные плюсы двигатель GDI получает благодаря возможности работы на сильно обеднённой смеси при отсутствии больших нагрузок. Преимуществом уменьшения соотношения с 1:14 до 1:20 является существенное снижение расхода топлива при движении в смешанном или городском цикле. Исследования специалистов показывают, что в городском заторе с длительной работой двигателя на постоянных оборотах холостого хода затраты горючего уменьшаются сразу на 20–25%. Однако говорить о таких же результатах при быстрой езде по трассе не приходится — двигатель GDI будет требовать столько же топлива, сколько и силовой агрегат с распределённым впрыском.

Двигатель KIA с системой GDI

Дополнительные плюсы удаётся получить и от смесеобразования, происходящего непосредственно в камере сгорания. Специалисты по двигателям автомобилей могут сказать, что горение в цилиндре происходит неравномерно — больше всего топлива удаётся поджечь в непосредственной близости к свече, тогда как дальние части камеры охватываются неравномерно, что и приводит к выбросу остатков горючего в выхлопную трубу. Компания Volkswagen впервые предложила технологию послойного прямого впрыска топлива, назвав её FSI — впоследствии другие автомобильные фирмы приняли на вооружение такую методику.

За один обычный такт впуска форсунка может впрыскивать до пяти порций топлива, которые образуют неравномерную смесь, составленную с учётом всех нюансов процесса горения. Благодаря этому двигатели FSI и современные агрегаты GDI имеют меньший расход топлива, меньшую токсичность выхлопа, а также лучшую стабильность работы на невысоких оборотах.

Двигатель V6 FSI Audi

Такое изменение смесеобразования позволяет получить и другой положительный эффект, сущность которого заключается в повышении мощности и тяги приблизительно на 10–15%. Кроме того, двигатель GDI позволяет получить плюсы, связанные с уменьшением объёма нагара. Соответственно, увеличивается срок службы многих компонентов, а масло сохраняет большую часть своих свойств вплоть до момента замены. Плюсы заключаются и в снижении вероятности поломки мотора в результате закупорки масляных каналов продуктами сгорания топлива. Однако ни одна сложная конструкция не может обойтись без своих минусов — включая и мотор с непосредственным впрыском.

Главные недостатки

Минусы двигателей с прямым впрыском связаны с использованием более сложной системы впуска, в состав которой входит и топливный насос высокого давления, похожий на аналогичную конструкцию в дизельном силовом агрегате. Применение таких агрегатов приводит к тому, что двигатель GDI становится чувствительным к качеству топлива. Это касается не только содержания твёрдых частиц, но также наличия в горючем соединений серы, железа, фосфора и многих других минералов. Минусы проявляются в частых поломках мотора при заправке некачественным топливом.

Схема системы питания двигателя GDI

Кроме того, проблемы двигателей с непосредственным впрыском связаны и с тем, что в них применяются очень специфические технологические решения, которые пока знакомы лишь немногим специалистам сервисных центров. За счёт этого отремонтировать двигатель GDI не так просто, как обычный агрегат с распределённым впрыском. Минусы этих двигателей могут быть связаны и с упомянутой в теоретической части двухступенчатой системой подачи топлива. Практически у каждого производителя есть свои специфические поломки:

  • Моторы Toyota и Lexus с непосредственным впрыском страдают от поломки клапанов двухступенчатого насоса, приводимого распредвалом. В результате бензин поступает в картер двигателя, что приводит к его непоправимым поломкам в течение 1–2 дней;
  • Двигатели Mitsubishi оснащаются двумя различными насосами — низкого и высокого давления. Второй узел достаточно часто забивается твёрдыми частицами, содержащимися в некачественном топливе. В результате мотор может отлично работать на холостых и низких оборотах, но глохнуть при нажатии на педаль газа;
  • В двигателях Cadillac применяются пьезофорсунки с особым напылением. При длительной работе на топливе с высоким содержанием серы они разрушаются, что приводит к необходимости ремонта стоимостью в 1500–2000 долларов.

Пьезофорсунка двигателя GDI

Минусы могут заключаться и в малой распространённости запчастей к таким двигателям — очень часто их приходится ожидать в течение 2–3 недель, что приводит к длительным простоям автомобиля. Поэтому, приобретая машину с прямым впрыском топлива, стоит серьёзно задуматься о вопросах её ремонта, а также о необходимости заправки качественным топливом на фирменных АЗС.

Стоит ли покупать?

Конечно, двигатели с непосредственным впрыском имеют более высокую мощность и тягу, а также способны обеспечивать экономию топлива. Однако у них есть существенные минусы, которые связаны с надёжностью и требованиями к качеству топлива. Поэтому их эксплуатация в украинских условиях может приводить к частым дорогостоящим ремонтам. Но в последнее время в продаже появились автомобили, которые прошли специальную адаптацию.

Они могут заправляться обычным бензином, продающимся на наших заправках, не создавая угрозу больших материальных затрат. Их преимущества не столь значительны, но даже адаптированные моторы с непосредственным впрыском позволяют экономить немало топлива, получая при этом лучшие динамические параметры.

По материалам rating-avto.ru

Двигатель с непосредственным впрыском – обзор

7.4 Конструкция и оптимизация системы сгорания с послойным непосредственным впрыском (DI)

Двигатель с послойным впрыском DI работает в смешанном режиме. Он работает на расслоенной топливно-воздушной смеси при меньших нагрузках и скоростях, а при более высоких нагрузках и скоростях работает на «гомогенной» смеси. Преимущество экономии топлива в режиме с послойным зарядом возникает из четырех аспектов: снижение насосных потерь из-за общей обедненной смеси, снижение потерь тепла на стенки цилиндра из-за более низких температур газа, более высокий тепловой КПД из-за увеличенного удельного теплового коэффициента и улучшенный тепловой коэффициент. КПД за счет более высокой степени сжатия.Требования к топливно-воздушной смеси для условий с послойным зарядом принципиально отличаются от тех, которые требуются для условий с однородным зарядом. Во время зажигания требуется локально богатое топливно-воздушное облако вокруг свечного промежутка, а за пределами этой богатой области требуется обедненная смесь. Возможность работы двигателя на общей обедненной смеси является ключевым фактором для улучшения экономии топлива. Качество расслоения смеси напрямую влияет на стабильность горения и выбросы, такие как UHC, NO x и сажа.Хорошая система сгорания с послойным зарядом должна стабильно работать в широком диапазоне скоростей и нагрузок с низким уровнем выбросов.

Существует много разных способов добиться такого расслоения заряда с помощью формы распыления форсунки, геометрии поршня и движения потока в цилиндре. Системы сжигания послойного заряда можно разделить на направляемые стенкой, направляемые воздухом и направляемые распылением в соответствии с основным механизмом формирования расслоения заряда. В системах с направляющими стенками для достижения расслоения смеси можно использовать различные схемы потока в цилиндре наряду с типичным взаимодействием между топливной форсункой и камерой поршня.Инженеры Mitsubishi (Kume et al., 1996) и Ricardo (Jackson et al., 1997) впервые предложили концепцию обратного переворачивания в сочетании со специально разработанной полостью поршня, которая создавала расслоенный заряд вблизи зазора свечи зажигания. Полость была спроектирована так, чтобы контролировать попадание брызг и распространение пламени. Volkswagen (Krebs et al., 1999) использовал кувыркающееся движение вперед в своем двигателе с прямым впрыском. В последнее время вихревое движение вместе с конструкцией камеры с поршнем широко применяется Toyota (Harada et al., 1997), Ford (Han et al., 2002) и GM (Lippert et al., 2004b) в их системах сгорания двигателей с послойным зарядом. Одним из преимуществ вихревого движения является то, что вихревая структура потока может дольше сохраняться в такте сжатия, что помогает стабилизировать стратифицированный заряд вокруг свечи зажигания. Система послойного заряда FEV является примером системы с воздушным наведением (Geiger et al., 1999). В нем используется опрокидывающее движение всасываемого воздуха вместе с большой, но неглубокой полостью поршня для управления образованием смеси.VanDerWege и др. Концепция (2003) VISC (вихревое послойное горение) представляет собой типичную систему распыления с пьезофорсункой, установленной в центре камеры сгорания. В нем используется вихрь, естественным образом образующийся на внешней стороне широкого распылительного конуса, который усиливается за счет управления объемным потоком газа и конструкции днища поршня. Этот вихрь транспортирует пары топлива от форсунки к искровому промежутку. Основными преимуществами системы с направляющей форсунки являются меньшее смачивание поршня топливом и более оптимальная фазировка сгорания по сравнению с системами с направленной стенкой.

CFD-моделирование сыграло очень важную роль в оптимизации конструкции камеры, полости поршня и конфигурации форсунок в системах сгорания с послойным зарядом. Абэ и др. (2001) применил CFD-моделирование для исследования процесса образования топливно-воздушной смеси при сгорании с установленным сбоку веерным (щелевым) распылителем форсунки и прямыми впускными отверстиями (рис. 7.21). Моделирование помогло понять влияние формы поршня на расслоение и выбросы. Результаты их моделирования показали, что при овальной стенке полости смесь была более концентрированной вокруг свечи зажигания по сравнению со случаем поршня в форме оболочки (таблица VII (между страницами 172 и 173)).

7.21. Система сгорания с послойным зарядом Toyota с установленным сбоку веерным (щелевым) распылением, поршневой полостью и прямым впускным каналом в 4-цилиндровом DOHC, 4-клапанном двигателе с диаметром цилиндра и ходом 86 мм и 86 мм (Abe et al. ., 2001).

Хан и др. (2002 г.) оптимизирована схема распыления вихревой форсунки для уменьшения смачивания поршня при работе с послойным зарядом на основе физического понимания взаимодействия топливной стенки со стенками, полученного с помощью CFD-моделирования. Они исследовали распыление топлива, смешивание топлива с воздухом и процесс развития поля потока, показанный на Таблице VIII (между страницами 172 и 173), в двигателе с послойным нагнетанием с диаметром цилиндра 89 мм и ходом поршня 79.5 мм, оснащенный вихревой форсункой под впускными отверстиями. По результатам CFD-исследования большая часть упавшего топлива прилипла к поверхности стенки. Прилипшее жидкое топливо либо испарялось и вносило вклад в очень богатые смеси у стенки, либо оставалось в виде жидкой фазы во время искры (например, 20–25 ° до ВМТ). Основываясь на своем моделировании и «отпечатке стопы» удара топлива, наблюдаемом в динамометрическом двигателе, они полагали, что смачивание поршня вызывает «пожары лужи», горящие в богатой топливом области в поршневой камере, и, следовательно, является основным источником образования сажи. .С помощью корреляции и моделирования CFD для оптимизированной системы сгорания были предложены новая конструкция поршня и новая форма распыления с увеличенным конусом распыления. Испытание двигателя подтвердило, что новая схема распыления и конструкция поршня производят гораздо меньше сажи, как показано на рис. 7.22.

7.22. Влияние угла конуса распыления вихревой форсунки на смачивание поршня, предсказанное CFD, и выбросы сажи, измеренные динамометром. Смоделированные условия работы двигателя такие же, как и на Рис., 2002).

Липперт и др. (2004b) исследовал влияние схемы распыления на экономию топлива и выбросы в режимах с послойным зарядом с помощью экспериментов с двигателем и моделирования CFD. Их испытания на динамометрическом стенде показали, что форсунка с вентиляторным распылением дала такие же или лучшие (более низкие) значения удельного расхода топлива и выбросов, чем форсунки MH (многоканальные), за исключением холостого хода. На холостом ходу у Mh5 были значительно лучшие выбросы углеводородов, а также COV IMEP, который был на 50% ниже, чем у других форсунок.Для понимания этого явления использовалось CFD-моделирование. Результаты моделирования CFD, некоторые из которых показаны на рис. 7.23, показали, что лучшие характеристики Mh5 на холостом ходу могут быть связаны с более плотным распылением внутри чаши, и это также способствовало более широкому диапазону воспламенения на холостом ходу. Благодаря особому распределению массы и импульса от форсунки Мх5 формировалась и поддерживалась гораздо более плотная рециркуляция топливного облака вокруг разрядника. Это привело к тому, что в чаше оказалось больше смеси, что привело к лучшему выбросу углеводородов и большей стабильности горения.Однако форсунка с вентиляторным распылением имела более сильное глобальное проникновение паров, и в результате пары топлива быстро поднимались к головке. Это привело к более высокому пику коэффициента эквивалентности на искровом промежутке, но к более быстрому затуханию. Результатом стал более высокий выброс углеводородов и менее стабильное горение.

7.23. Сечение (справа) через искровой разрядник при 25° до ВМТ для работы на холостом ходу (650 об/мин, MAP = 80 кПа, SI = 1,4, EOI = 50, EGR = 51%, AF = 32) для Fan1 (слева), Mh4 и инжекторы Mh5 (средние) (Lippert et al. , 2004b).

Айер и др. (2004) исследовали механизм образования послойного заряда в своей системе сжигания с послойным зарядом, управляемой распылением, с помощью CFD-моделирования. Моделирование показало, что на периферии струи образуется вихревая структура из-за вязкого сдвига между высокоскоростными каплями струи и низкоскоростным окружающим газом. Эта вихревая структура обеспечивает подачу воспламеняющейся смеси к свече зажигания. CFD-моделирование также объяснило физику, лежащую в основе влияния относительного положения форсунки и свечи зажигания на пропуски зажигания и стабильность сгорания.Результаты моделирования CFD на Таблице IX (между страницами 172 и 173) показывают, что устранение пропусков зажигания при поднятом положении форсунки происходило благодаря двум основным механизмам. Во-первых, вихрь на периферии струи имеет больше места для образования, прежде чем он упадет на поршень при поднятом положении форсунки, чем при исходном положении форсунки. Таким образом, вовлечение воздуха может развиваться с меньшими помехами от движения поршня. Во-вторых, свеча зажигания имеет лучшее расположение относительно топливного вихря, потому что облако смеси выше вокруг свечи зажигания при поднятом положении форсунки.

Бензиновый двигатель с прямым впрыском – обзор

1.4 Система впрыска топлива под высоким давлением

Система впрыска топлива является ключевым компонентом бензинового двигателя с прямым впрыском. Он должен обеспечивать как поздний впрыск для послойного сгорания заряда при частичной нагрузке, так и ранний впрыск во время такта впуска для однородного сгорания заряда при работе с высокой нагрузкой. Работа с однородным зарядом требует хорошо распыленной и равномерно распыленной топливной струи с ранним впрыском при низком давлении в цилиндрах.Для работы с послойной загрузкой желательна хорошо распыленная, но компактная и воспроизводимая форма распыления для достижения быстрого образования смеси и контролируемого расслоения.

Ключевой технологией современного бензинового двигателя с прямым впрыском является разработка систем впрыска топлива с электронным управлением. До 1990-х годов использовались механические системы впрыска топлива «насос-линия-форсунка» с фиксированным временем впрыска и однократным впрыском. Первоначально разработанный для двухтактных бензиновых двигателей с непосредственным впрыском, электромагнитный электронный топливный инжектор высокого давления стал доступен в конце 1980-х годов и вскоре был принят для разработки четырехтактных бензиновых двигателей с непосредственным впрыском.Как показано на рис. 1.2, топливная система высокого давления для бензиновых двигателей с непосредственным впрыском включает насос высокого давления, приводимый в действие непосредственно одним из распределительных валов, который подает топливо под давлением в общую рампу, установленную в головке блока цилиндров, и насос высокого давления. Форсунки с электронным управлением давлением.

Первое поколение современных бензиновых двигателей с прямым впрыском разработано с системой сгорания, управляемой стенкой. Электромагнитные форсунки высокого давления в основном имеют вихревую конструкцию, как показано на рис.  1.7, которая имеет открывающийся внутрь штифт и одно выходное отверстие (например,г. Хентшель и др. , 1999). Жидкость выходит из единственного выпускного отверстия в виде кольцеобразного слоя, который распространяется радиально наружу, образуя полый конус. Однако форма распыления из такой вихревой форсунки с отверстием внутрь претерпевает значительные изменения в зависимости от давления впрыска, давления или плотности окружающей среды и рабочей температуры форсунки. При расчетном давлении впрыска (от 50 до 100 бар) и повышенной плотности окружающей среды во время позднего впрыска в режиме послойного заряда произойдет схлопывание полого конуса факела, образуя узкую оболочку факела с повышенным проникновением факела.В результате структура распыла от вихревой форсунки существенно изменяется в рабочем диапазоне плотности в цилиндрах и давления в топливной рампе, что приводит к значительным трудностям в оптимизации операций с послойным зарядом в широком диапазоне условий частичной нагрузки.

1.7. Бензиновые форсунки прямого впрыска в производстве.

Одним из основных ограничений бензиновых двигателей с прямым впрыском первого поколения с системами сгорания, управляемыми стенками, является требование к сильному движению заряда в цилиндре, такому как кувыркание или завихрение.Для создания движения заряда требуется либо впускной порт с высоким переворотом, либо спиральный порт, что часто приводит к снижению объемной эффективности и, следовательно, снижению производительности при полном крутящем моменте. Чтобы уменьшить зависимость от системы управления переменным потоком, в бензиновом двигателе Toyota второго поколения с непосредственным впрыском топлива использовалась щелевая форсунка высокого давления (Keanda et al. , 2000). Инжектор щелевого типа имеет одно прямоугольное отверстие, и его щель расположена таким образом, чтобы производить веерообразное распыление как по оси, так и вне оси.Соотношение длины и ширины прямоугольной щели можно регулировать для создания диапазона номинальных углов включения веера. Сообщается, что использование инжектора щелевого типа обеспечивает как улучшенную кривую крутящего момента, так и более широкий диапазон операций послойной загрузки.

Чтобы создать систему сгорания с послойным наддувом с управляемым распылением при частичной нагрузке и улучшить характеристики бензинового двигателя с непосредственным впрыском топлива при полной нагрузке, были разработаны и введены в действие соленоидный инжектор с несколькими отверстиями и пьезоэлектрический инжектор. в серийные автомобили.Основным преимуществом форсунок с несколькими отверстиями является то, что в принципе можно создать любую пространственную схему распределения топлива с помощью количества отверстий, включая угол или углы формы распыления, на оси форсунки или со смещением от нее. Таким образом, ассортимент многоканальных форсунок может быть разработан в соответствии с необходимой оптимизацией системы сгорания, как показано на рис. 1.7. Однако, поскольку распыление под давлением является единственным механизмом образования топливных капель, относительно более высокое давление впрыска ( c . 150 МПа) обычно используется для качественного распыления. Кроме того, малый диаметр отверстия форсунки и более высокая температура заряда при искровом зажигании повышают склонность отверстия форсунки к забиванию сажевыми отложениями. Поэтому форсунку следует размещать в месте, где форсунка может быть хорошо охлаждена до температуры ниже 130 °C, чтобы предотвратить образование отложений сажи.

Форсунка с отверстием наружу, как показано на рис. 1.7, для сравнения может эффективно устранить блокировку сопла форсунки сажей через ее штифт, открывающийся наружу.Кроме того, начальная толщина слоя жидкости в распылителе напрямую регулируется ходом иглы. В результате инжектор, открывающийся наружу, позволяет контролировать угол распыления, проникновение и размер капель.

Пьезоэлектрический привод использует быстрое изменение размеров некоторых видов керамики под действием электрического поля. Быстрое время открытия и закрытия позволяет значительно сократить минимальный период открытия и увеличить впрыск топлива при полном подъеме цапфы. Изменение характеристик открытия от срабатывания к срабатыванию также выше с пьезоактюатором. Возможность работы с гораздо меньшей продолжительностью впрыска при повторяющейся динамике срабатывания и количестве топлива приводит к существенному улучшению динамического диапазона и рабочего расхода форсунки. Расширенный динамический диапазон и большая скорость потока являются предпосылками для разработки бензиновых двигателей с прямым впрыском топлива и двигателей, которые могут работать как на спиртовом, так и на бензиновом топливе.Кроме того, быстрый пьезоэлектрический инжектор позволяет использовать несколько впрысков за цикл.

В таблице 1.1 приведены основные характеристики трех основных типов инжекторов, как обсуждалось выше. В настоящее время серийно производятся как соленоидные форсунки с несколькими отверстиями, так и пьезоэлектрические форсунки с открыванием наружу, с насосами высокого давления, обеспечивающими давление топлива до 20 МПа (Stach et al. , 2007; Achleitner et al. , 2007).

Таблица 1.1. Сравнение трех типов инжекторов DI бензина

13 + +3 + — +
Характеристики Multi-Holower Injector Piezo наружу Открытие инжектора вихрем / внутренние отверстия 40092
Гибкость спрея + + +
наклонные распылительные оси +
Качество распыления на 10 МПа +
Зависимость спрей с обратным давлением + + + +
Домогенная смесь Подготовка к ранней инъекции + +
Расход и динамический диапазон + +
Многократный впрыск + + + +
Прочный ss против образования нагара + + +

Как предотвратить образование нагара в двигателе с непосредственным впрыском?

Как предотвратить образование нагара в двигателе с непосредственным впрыском?

Эксперт по продуктам | Опубликовано в FAQ в понедельник, 23 сентября 2019 г. , в 16:09.

Причины и предотвращение образования нагара при прямом впрыске

Двигатель с непосредственным впрыском имеет много преимуществ: более высокая топливная экономичность, большая мощность от двигателей меньшего размера и меньше выбросов.К сожалению, они также возвращают старую автомобильную проблему — угрозу накопления углерода. Накопление углерода может вызвать множество серьезных проблем, в том числе пропуски зажигания в двигателе.

Так что же делает владелец двигателя с непосредственным впрыском, когда сталкивается с угрозой образования нагара? Это просто судьба, которую мы должны принять? Нет! Читайте дальше, чтобы узнать о причинах и стратегиях предотвращения проблемы углеродистых отложений прямого впрыска.

Что вызывает нагар в двигателе с непосредственным впрыском?

Из-за особенностей работы двигателей с непосредственным впрыском моющие и другие чистящие средства, добавляемые в топливо, не могут очищать канал и клапан должным образом. По мере того, как ваш автомобиль проезжает километры, топливо, впрыскиваемое непосредственно в двигатель, вызывает накопление углерода. Проблемы с этим медленно накапливающимся отложением обычно возникают примерно через 30 000–60 000 миль на одометре.

Вам также может понравиться: Что может вызвать деформацию головки блока цилиндров?

Как предотвратить образование нагара в двигателе с непосредственным впрыском?

Соблюдение рекомендованного графика технического обслуживания вашего автомобиля имеет большое значение для предотвращения накопления нагара в двигателе с непосредственным впрыском.В рамках этого планового технического обслуживания убедитесь, что вы регулярно меняете масло. Точный график технического обслуживания и замены масла для вашего конкретного автомобиля с непосредственным впрыском смотрите в руководстве. Если у вас его нет под рукой, не отчаивайтесь; скорее всего его можно найти в сети.

Кроме того, рекомендуется заменять свечи зажигания в рекомендованное производителем время. Выполнение очистки топливных форсунок также помогает поддерживать работу двигателя должным образом.

Подробнее: услуги, которые вам нужны, и услуги, которые вам не нужны

Что делать, если в моем двигателе уже есть нагар?

Если в вашем автомобиле уже есть нагар, не отчаивайтесь — существуют процедуры, которые помогут вам избавиться от этого нагара!

  • Фейсбук
  • Твиттер
  • Пинтерест

Эта запись была размещена в понедельник, 23 сентября 2019 г., в 16:09 и находится в разделе часто задаваемых вопросов.Вы можете следить за любыми ответами на эту запись через ленту RSS 2.0. И комментарии и запросы в настоящий момент закрыты.

Технология двигателей с непосредственным впрыском SI, 2012 г. — Содержание

Технический документ

Стратегии раздельного впрыска при полной нагрузке с использованием ДМФ, нового кандидата в биотопливо, по сравнению с этанолом в двигателе GDI

2012-01-0403

16.04.2012

Хорошо известно, что непосредственный впрыск (DI) является технологией, обеспечивающей послойное сгорание в двигателях с искровым зажиганием (SI).При полной нагрузке или полностью открытом дросселе (WOT) частичное расслоение заряда ок….

Технический документ

Моделирование холодного пуска и испытания двигателей DISI с использованием многозонного подхода к испарению

2012-01-0402

16.04.2012

В последние годы наблюдается резкий рост производства этанола в мире, в то время как целлюлозное сырье или подход к производству на основе водорослей делают более устойчивым производство этанола в обозримом будущем….

Технический документ

Численный и экспериментальный анализ образования и характеристик смеси в двигателе, работающем на природном газе, с непосредственным впрыском

2012-01-0401

16.04.2012

В данном документе представлены результаты части исследовательской деятельности, проведенной Туринским политехническим университетом и компанией AVL List GmbH в рамках совместного проекта InGAS Европейского сообщества. Работа была….

Технический документ

Численное исследование стратегий многократного впрыска в двигателях DISI для контроля выбросов твердых частиц

2012-01-0400

16.04.2012

В данной работе представлен численный анализ стратегии многократного впрыска при гомогенной работе двигателей DISI. Переход к стандартам выбросов Евро 6 — одна из основных задач для инженеров GDI….

Технический документ

Вариации от цикла к циклу, основанные на нестационарном воздействии на распыление топлива в двигателях внутреннего сгорания с использованием LES

2012-01-0399

16.04.2012

Изменения процессов сгорания от цикла к циклу сильно влияют на выбросы, удельный расход топлива, а также на производительность труда.Особенно двигатели с искровым зажиганием с непосредственным впрыском (DISI) очень надежны….

Технический документ

Сравнение двух форсунок при приготовлении смеси для двигателя GDI с высокой турбулентностью — исследование CFD

2012-01-0398

16.04.2012

В последнее время двигатели с непосредственным впрыском заменяют карбюраторные двигатели и двигатели с распределенным впрыском из-за их высокой тепловой эффективности и экономии топлива. Одной из причин повышенной экономии топлива является ультр….

Технический документ

Сравнительный анализ двухтактного двигателя с искровым зажиганием, работающего на тяжелом топливе

2012-01-0397

16.04.2012

Двигатели, работающие на тяжелом топливе, обычно ограничивались большими двигателями с воспламенением от сжатия. Однако в связи с стремлением вооруженных сил США использовать общее топливо (JP5/JP8/дизель) возникла необходимость в разработке ….

Технический документ

Влияние впрыска и условий окружающей среды на распыление на выходе из сопла инжектора GDI, открывающегося наружу

2012-01-0396

16.04.2012

Проникновение брызг и образование смеси в двигателях GDI имеют решающее значение для надежного зажигания и последующего сгорания.Для прогнозирования процесса смесеобразования расчет гидродинамики….

Технический документ

Численное моделирование процесса распыления и смешения топлива с воздухом в бензиновом двигателе с непосредственным впрыском

2012-01-0395

16.04.2012

Численное моделирование широко использовалось в процессе разработки двигателей для улучшения качества разработки, особенно в области потока в цилиндрах и испарения топлива.В этой статье топливо с….

Журнальная статья

Характеристики дозирования пьезофорсунок и бездатчиковых электромагнитных форсунок с замкнутым контуром для прямого впрыска бензина

2012-01-0394

16.04.2012

Усовершенствованные стратегии сгорания для бензиновых двигателей с непосредственным впрыском требуют высокопроизводительных топливных форсунок. Они должны обеспечивать точную дозировку топлива, расширенный линейный диапазон расхода и многоимпульсный впрыск….

Технический документ

Повышение давления в топливной рампе при холодном пуске бензинового двигателя с непосредственным впрыском

2012-01-0393

16.04.2012

Непосредственный впрыск бензина обеспечивает снижение выбросов двигателя, увеличение мощности и экономию топлива по сравнению с впрыском топлива во впускной коллектор (PFI). Снижение выбросов во многом связано с запуском двигателя….

Журнальная статья

Моделирование больших вихрей потока через одно отверстие GDI и распыления в ближней зоне

2012-01-0392

16.04.2012

Улучшение характеристик распыления и проникновения форсунок с многоканальными форсунками GDI является основным компонентом разработок двигателей внутреннего сгорания для достижения экономии топлива….

Технический документ

Понимание влияния отложений в форсунках DISI на характеристики автомобиля

2012-01-0391

16.04.2012

Сгорание в двигателях с искровым зажиганием с непосредственным впрыском (DISI) сильно зависит от движения заряда в цилиндре. Движение заряда зависит как от стратегии инжекции, так и от геометрии ….

Прямой впрыск

Загрузка

 

Начиная с сезона 2014 года, правила Формулы 1 резко меняются, и самым значительным изменением является переход с 2.4-литровый двигатель V8 без наддува до 1,6-литрового двигателя V6 с непосредственным впрыском топлива и турбонаддувом. Стремясь сократить потребление топлива до 35%, FIA внесла изменения в технический регламент, чтобы значительно увеличить сбор обычно теряемой энергии и сократить потери используемой энергии. Для этого FIA внесла радикальные изменения в систему сгорания ДВС, внедрив непосредственный впрыск (DI).
Регламент двигателя Формулы-1 на 2013 год и ранее указывает только порт, системы впрыска топлива MPFI.В правиле 5.10.2 указано:

5.10.2 Разрешена только одна топливная форсунка на цилиндр, которая должна впрыскивать непосредственно сбоку или в верхнюю часть впускного отверстия.

 

Итак, положение форсунки было ограничено верхней стороной (выше по потоку) впускного отверстия (клапана). Вот как это работает: вместо того, чтобы использовать одну форсунку, которая распыляет примерно нужное количество топлива, каждая из отдельных впускных труб имеет свою собственную форсунку, которая добавляет точную порцию аэрозольного топлива к всасываемому воздуху из инжектора под давлением.Воздушно-топливная смесь втягивается в открытый порт и в камеру сгорания отступающим поршнем. Затем впускной клапан захлопывается, свеча зажигания воспламеняется, и взрывное сгорание происходит в уже загерметизированном цилиндре.
Но на 2014 год это ограничение не действует. Таким образом, хотя ранее прямой впрыск был специально исключен из-за ограничения положения форсунки, начиная с марта 2014 года это должен быть единственный путь. Прямой впрыск стал обязательным. С правилом 5.10.2 теперь указано:

5.10.2 На цилиндр может быть только одна форсунка прямого действия, и форсунки не допускаются до впускных клапанов или после выпускных клапанов.

Итак, положение форсунки зафиксировано внутри цилиндра.

Формула 1 уже много лет использует систему впрыска с электронным управлением, но схема была другой. Двигатели были оснащены «системами впрыска топлива через порт» или так называемым многоточечным впрыском топлива (MPFI) с так называемыми «душевыми форсунками», с форсунками, расположенными перед впускными трубами.Вы действительно можете увидеть распыление инжектора. Такое расположение позволяет всасывать топливо вместе с воздухом внутри цилиндра. Когда вы устанавливаете форсунки дальше от камеры сгорания, вы получаете более эффективный эффект смешивания воздуха и топлива и дополнительный эффект охлаждения. Чем холоднее воздухозаборники, тем лучше сгорание и меньше преждевременная детонация. И это приведет к большей мощности. Компромисс — меньшая эффективность использования топлива, но большая мощность при правильном сгорании. Часть впрыскиваемого топлива остается на стенках патрубков и впускных каналов.
Итак, FIA решила перейти на непосредственный впрыск. Непосредственный впрыск топлива — это технология подачи топлива, которая позволяет бензиновым двигателям более эффективно сжигать топливо, что приводит к увеличению мощности, более чистым выбросам и повышению топливной экономичности. Все это актуально для современной потребительской автомобильной техники.

Наиболее фундаментальной характеристикой любого двигателя — будь то дизельный, бензиновый, двух- или четырехтактный — является его система сгорания. Два наиболее важных различия между двигателем с непосредственным впрыском и стандартным бензиновым двигателем заключаются в том, как они подают топливо и как топливо смешивается с поступающим воздухом.Эти основные предпосылки имеют огромное значение для общей эффективности двигателя.

Бензиновые двигатели работают, всасывая смесь бензина и воздуха в цилиндр, сжимая ее поршнем и воспламеняя искрой. В результате взрыва поршень движется вниз, создавая мощность и крутящий момент. Традиционные (непрямые) системы впрыска топлива (карбюратор, одноточечный и многоточечный впрыск) предварительно смешивают бензин и воздух во впускном коллекторе перед поступлением в цилиндр.Топливно-воздушная смесь широко рассеивается внутри камеры, оставляя значительное количество несгоревшей и, следовательно, неэффективной.
Практически все дизельные двигатели используют непосредственный впрыск топлива. Однако, поскольку в дизелях используется другой процесс сжигания топлива (бензиновые двигатели сжимают смесь бензина и воздуха и воспламеняют ее от искры; дизели сжимают только воздух, а затем впрыскивают топливо, которое воспламеняется под действием тепла и давления), их впрыск системы отличаются конструкцией и работой от бензиновых систем прямого впрыска топлива.

Common Rail для 4-цилиндрового бензинового двигателя с непосредственным впрыском топлива. Система впрыска топлива на бензиновом двигателе с непосредственным впрыском состоит из топливного насоса с высоким расходом, топливной рампы большого диаметра (Common rail, трубка, в которой находится топливо под высоким давлением) и специализированных топливных форсунок. Форсунки могут выдерживать чрезмерную температуру и давление сгорания, используя проходящее через них топливо в качестве охлаждающей жидкости.

В системе прямого впрыска воздух и бензин предварительно не смешиваются.Воздух поступает через впускной коллектор, а бензин под высоким давлением впрыскивается непосредственно в каждый цилиндр через специально разработанные форсунки. Скорость подачи топлива настраивается с помощью давления в общей топливной рампе, к которой подключены топливные форсунки, количества раз, когда форсунка открывается, чтобы позволить топливу пройти через нее во время цикла впуска, и продолжительности этих открытий. Топливные системы с непосредственным впрыском имеют существенную конструкцию, потому что они обычно производят и удерживают топливо под давлением 150 бар или более, а не от 3 до 5 бар, как при многоточечном впрыске через порт.Это чрезвычайно высокое давление позволяет инжектору подавать достаточное количество топлива для достижения сгорания. С помощью современных компьютеров управления двигателем топливо сжигается именно там, где оно необходимо, и тогда, когда оно необходимо. Топливо можно впрыскивать непосредственно в самое горячее место камеры сгорания, близко к искре.

По сравнению с обычным порт системы впрыска топлива MPFI, топливный форсунки должны работать с огромным давлением топлива, чрезвычайно высокими температурами, а также с впрыском большое количество топлива за очень короткое время.

Причина значительного сокращения времени в котором может быть завершена инъекция в связи с тем, что все инъекции должны иногда происходят только в течение части 90 366 такта впуска. Потребность в топливе на холостом ходу может снизиться время открытия всего 0,4 миллисекунды.

Продолжительность и интенсивность распыления можно настроить с помощью компьютера двигателя, что обеспечивает более быстрое и полное сгорание. Результатом является меньший расход топлива, меньшее загрязнение окружающей среды (General Motors заявляет, что это снижает выбросы при холодном запуске на 25 процентов) и большая мощность.Например, до того, как 3,5-литровый V6 в Mercedes E350 получил непосредственный впрыск, он выдавал 268 лошадиных сил и довольно паршивый рейтинг EPA: 7,2 км/л город/10,2 км/л шоссе. Теперь, с практически тем же двигателем, в значительной степени благодаря системе прямого впрыска топлива, E350 может развивать мощность 302 л. Cadillac продает CTS как с непрямым, так и с непосредственным впрыском своего 3,6-литрового двигателя V6. Непрямой двигатель выдает 263 лошадиные силы и 343 Нм крутящего момента, тогда как прямой вариант развивает 304 л.с. и 371 Нм.

Изобретателем прямого впрыска бензина является французский изобретатель конфигурации двигателя V8 Леон Левавассер в 1902 году. Первым после Первой мировой войны примером прямого впрыска бензина был двигатель Хессельмана, изобретенный шведским инженером Йонасом Хессельманом в 1925 году. Двигатели Хессельмана использовали принцип ультра обедненной смеси и впрыскивали топливо в конце такта сжатия, а затем воспламеняли его свечой зажигания. Но это началось не здесь. первое попытки насчитывают более 100 лет.Немецкий производитель двигателей Deutz начал производство двигателей в 1898 году! Почему? Поскольку в то время карбюратор с эффектом Вентури еще не был открыт, поэтому DI выглядел как хороший способ подачи топлива в цилиндры
. Во время Второй мировой войны непосредственный впрыск бензина использовался почти на всех серийных авиационных двигателях большей мощности, производимых в Германии, Советском Союзе и США.
Первая автомобильная система непосредственного впрыска бензина была разработана компанией Bosch и представлена ​​Голиафом и Гутбродом в 1952 году.В этой системе использовался обычный бензиновый топливный насос для подачи топлива к ТНВД с механическим приводом, который имел отдельные плунжеры на каждую форсунку для подачи очень высокого давления впрыска непосредственно в камеру сгорания.
Mercedes-Benz 300SL 1955 года (изображение справа), первый серийный спортивный автомобиль с системой впрыска топлива, в котором использовался непосредственный впрыск. Топливные форсунки Bosch были помещены в отверстия на стенке цилиндра, используемые свечами зажигания в других шестицилиндровых двигателях Mercedes-Benz (свечи зажигания были перемещены в головку блока цилиндров).
Позже более широкое применение впрыска топлива отдавало предпочтение менее дорогим методам непрямого впрыска. Но все эти ранние проекты в автомобильной промышленности были отменены, потому что электронного управления, ключевого элемента, не существовало или было в зачаточном состоянии, а стоимость насосов и форсунок была чрезвычайно высока. Сегодня бензиновые двигатели DI появляются в моделях начального уровня, и если вы видите GDI, FSI, DFI, SIDI, Skyactiv или EcoBoost на задней части автомобиля, это относится к прямому впрыску. Hyundai предлагает непосредственный впрыск на семи своих моделях, включая Sonata и Accent начального уровня.Kia делает то же самое на пяти своих моделях, включая самый дешевый Rio. Chevrolet упаковывает его в Camaro с двигателем V6 и в нынешнюю Impala, что очень странно для автомобиля, рекламирующего проигрыватель компакт-дисков как смертельный удар. Audi предлагает его для каждой модели, включая V10 R8 и 12-цилиндровый A8. Дизельные двигатели
уже много лет используют непосредственный впрыск, но по-настоящему об этом знают только люди, купившие VW TDI.

Gasoline DI — это относительно новый материал в технологии потребительских автомобилей. Усовершенствованная система впрыска, сочетающая сложные стратегии впрыска с турбокомпрессором, позволяет уменьшить размер двигателя, улучшить его характеристики и значительно снизить расход топлива и выбросы.В сочетании со сверхточным компьютерным управлением непосредственный впрыск позволяет более точно контролировать дозирование топлива (количество впрыскиваемого топлива) и время впрыска (точное время и продолжительность подачи топлива в цилиндр). Часть ECU, отвечающая за управление подачей топлива, должна думать намного быстрее. Это связано с тем, что система управления подачей топлива должна подавать топливо в цилиндры с гораздо более короткими интервалами, и в целом точное дозирование топлива и управление соотношением воздух-топливо более важны для двигателя с непосредственным впрыском для оптимизации производительности, выбросов и расхода топлива. эффективность.Расположение форсунки также обеспечивает более оптимальную схему распыления, которая разбивает бензин на более мелкие капли. В результате происходит более полное сгорание. Кроме того, система GDI обладает большей гибкостью в отношении того, когда в цикле сгорания добавляется топливо. Системы MPFI могут добавлять топливо только во время такта впуска поршня, когда впускной клапан открыт. GDI может добавлять топливо всякий раз, когда это необходимо, а также несколько меньших впрысков вместо одного. Некоторые автопроизводители даже экспериментировали с использованием GDI для подачи дополнительной порции топлива в цилиндр, чтобы создать вторичный взрыв во время цикла сгорания, что потенциально привело к еще большей мощности и эффективности.Эта регулируемость при добавлении топлива в цилиндр является святым Граалем производства энергии.

DI по своей сути более эффективен и помогает генерировать больше энергии, чем впрыск через порт. А достижения в области инженерии и электронного управления двигателем, подпитываемые жесткой отраслевой конкуренцией и потребительским спросом, делают технологию DI более рентабельной, чем когда-либо, для производителей. Непосредственный впрыск GDI представляет собой эффективное технологическое решение для трансмиссии, позволяющее идти в ногу с тенденцией выбросов.Непосредственный впрыск становится обычным явлением в новых автомобилях благодаря его положительному влиянию на топливную экономичность. Требования к более высокой эффективности использования топлива, установленные EPA, гарантируют, что непосредственный впрыск будет все более распространенной технологией в автомобилях в будущем, и автопроизводителям придется выяснить, как сделать ее долговечной и рентабельной.

Но у технологии была и темная сторона. Существует процесс, позволяющий добиться того, чтобы технология не только работала, но и была долговечной и рентабельной.Есть много проблем с долговечностью двигателей с непосредственным впрыском. Например, впрыск под высоким давлением, используемый в этих двигателях, вызывает большую нагрузку на топливные насосы. Обычные топливные насосы в двигателях с непрямым впрыском работают при гораздо более низком давлении, чем топливные насосы высокого давления в силовых установках с непосредственным впрыском.
Самая большая проблема с технологией прямого впрыска связана с накоплением углерода вокруг впускных клапанов. Со временем это может снизить мощность и эффективность, подорвав бонус, который должен обеспечивать DI.В отличие от двигателей с впрыском топлива в порт, где постоянное распыление топлива в порт и над клапанами позволяет смыть любые отложения, в двигателях с прямым впрыском топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания, поэтому шансов нет. чтобы отложения смывались. Как правило, отложения образуются, когда сажа, которая является конечным продуктом сгорания, прилипает к штоку клапана. Проблема для большинства пострадавших двигателей связана с дыхательной системой. В частности, конструкция системы вентиляции картера и системы рециркуляции отработавших газов.Все современные бензиновые двигатели возвращают часть картерных и выхлопных газов обратно через впускной коллектор, чтобы помочь контролировать выбросы, но некоторые конструкции рециркуляции выхлопных газов «более грязные», чем другие. Некоторые менее эффективны для предотвращения прохождения крошечных частиц масла. , углерод и другие твердые частицы, которые в конечном итоге запекаются на впускных отверстиях и клапанах.«Грязный» дизайн впуска или выхлопа-рециркуляции может легко остаться незамеченным в обычном двигателе с впрыском через порт из-за очищающего эффекта бензина, проходящего через впускные клапаны.Однако, когда те же конструкции двигателей адаптированы для работы с непосредственным впрыском топлива, этот эффект очистки внезапно теряется — и могут образовываться углеродные слои. Новые реализации прямого впрыска разработаны с учетом этих проблем. Система Toyota D-4S, которая используется в некоторых ее автомобилях, таких как Scion FR-S и Lexus GS350, имеет второй набор портовых форсунок (не прямых форсунок), которые работают только тогда, когда это необходимо, чтобы помочь очистить от нагара. и оптимизировать производительность.

 

Mercedes-Benz W196 был гонщиком Mercedes-Benz Формулы-1 в сезонах Формулы-1 1954 и 1955 годов, выиграв 9 из 12 гонок в руках Хуана Мануэля Фанхио (на фото под номером 10) и Стирлинга Мосса.Он использовал рядный восьмицилиндровый двигатель M196, изображенный выше (щелкните, чтобы увеличить разрешение). Он был первым, в котором использовались десмодромные клапаны и система впрыска топлива, разработанные инженерами Mercedes на основе опыта, полученного при работе с двигателями серии DB 600, использовавшимися на истребителе Messerschmitt Bf 109 и других во время Второй мировой войны.


Прямой впрыск не является чем-то новым в автоспорте. Гонщик Mercedes Grand Prix использовал механическую систему для впрыска топлива через боковую часть цилиндра в свой рядный восьмицилиндровый двигатель M196 (установленный на знаменитом гонщике Mercedes-Benz W196 Formula 1) и благодаря этому выиграл чемпионаты мира в 1954 и 1955 годах.
В 2001 году Audi представила свой 3,6-литровый двигатель V8 с двойным турбонаддувом, выиграв в том году Ле-Ман. К этому времени, конечно, многие другие производители стали видеть преимущества увеличенной мощности (до 5%) и лучшего расхода топлива (до 15%). Но, как и многие вещи в жизни, такие улучшения не даются легко, и хотя потенциальные преимущества улучшенного наполнения цилиндров и лучшего приготовления смеси очень привлекательны, для их достижения требуется много кропотливой работы по развитию.

Положение иглы форсунки в двух крайних положениях двигателя, на холостом ходу и при полной нагрузке.Вы можете увидеть разницу в зазоре -A-.
На рисунке слева вы можете увидеть внутренние детали завихрителя наконечника форсунки и распыл вихревого инжектора высокого давления AlliedSignal, а также характеристики распыления вихревого инжектора высокого давления.

Прирост достигается за счет точного контроля количества и времени впрыска топлива, которые меняются в зависимости от нагрузки двигателя. Добавление этой функции в ECU требует значительного улучшения обработки и памяти ECU, поскольку непосредственный впрыск и управление частотой вращения двигателя должны иметь очень точные алгоритмы для хорошей производительности и управляемости.

Система управления двигателем постоянно

выбирает одну из карт двигателя внутреннего сгорания: обедненная смесь, стехиометрическая, полная мощность и несколько промежуточных значений. Каждый режим характеризуется соотношением воздух-топливо. Стехиометрическое соотношение воздух-топливо для бензина составляет 14,7:1 по весу (массе), но в режиме бедной смеси соотношение может достигать 50:1. Режим сжигания обедненной смеси или режим стратифицированной зарядки используется для условий работы с малой нагрузкой. В этом режиме топливо впрыскивается не на такте впуска, а на последних стадиях такта сжатия.Отлично подходит для экономии топлива. Стехиометрический режим используется для условий умеренной нагрузки, а режим полной мощности используется для быстрого ускорения и больших нагрузок.

Форсунки на двигателе с распределенным впрыском топлива (MPFI) могут подавать (впрыскивать) топливо почти на все 720 градусов поворота коленчатого вала (при более низких оборотах они периодически закрываются, но при более высоких оборотах они могут быть открыты до тех пор, пока 720 градусов). Это допустимо, поскольку топливно-воздушная смесь, заполняющая впускные каналы, поступает в камеры сгорания только при открытом впускном клапане.В двигателе с прямым впрыском впрыск не может даже начаться, пока не откроется впускной клапан, и то только тогда, когда нет возможности выхода топлива через выпускной клапан во время перекрытия клапанов. Таким образом, начало впрыска будет в момент закрытия выпускного клапана или близко к нему.


В двигателе с распределенным впрыском топливо может впрыскиваться в течение большей части четырехтактного цикла, при этом впрыск заканчивается, когда закрывается впускной клапан. Скажем, при 10 000 об/мин этот период впрыска может составлять порядка 12 мс.В двигателе с прямым впрыском впрыск не может даже начаться, пока не откроется впускной клапан, и то только тогда, когда нет возможности выхода топлива через выпускной клапан во время перекрытия клапанов. Таким образом, начало впрыска будет в момент закрытия выпускного клапана или близко к нему. После впрыска топливу должно быть предоставлено достаточно времени для испарения с образованием горючей смеси, прежде чем оно сможет воспламениться от искры. При тех же 10 000 об/мин время, необходимое для этого, сокращается примерно до 1,6 мс. Увеличение числа оборотов двигателя до максимально разрешенного сейчас в Формуле 1 (15 000 об/мин) еще больше сокращает это время на испарение и смешивание.
В Формуле 1 это не такая большая проблема, так как по новым правилам 2014 года максимальное давление в топливной рампе составляет 500 бар, что значительно выше, чем в других применениях DI. Тем не менее, при 15 000 об/мин получение правильной топливно-воздушной смеси в нужное время в цикле двигателя, упорядоченном по положению поршня, и обеспечение того, чтобы эта смесь быстро и полностью сгорала в цилиндре диаметром 80 мм, требует большого понимания поток воздуха в цилиндре. Это, а также продвижение фронта пламени через камеру сгорания шириной 80 мм, требует гораздо больше знаний о потоках в цилиндрах в любой конкретный момент, чем в нашем двигателе с впрыском через порт.Бесчисленные часы работы CFD были потрачены на моделирование смешивания воздуха и топлива.

Началась гонка за получением максимальной мощности из разрешенных 100 кг топлива.

 

Вернуться к началу страницы

 

 

Что такое бензиновые двигатели с непосредственным впрыском?

Бензиновые двигатели с впрыском топлива представляют собой особый тип технологии, используемой в транспортных средствах для более эффективного использования имеющегося у них топлива.Это хорошо работает, потому что они могут получить больше мощности, выбрасывать более чистые выбросы и обеспечить лучшую экономию топлива.

Как работают эти двигатели?

Бензиновые двигатели способны работать, потому что они всасывают в цилиндр смесь воздуха и бензина. Затем он сжимается одним из поршней и воспламеняется от искры. Взрыв, который происходит с этим, толкает поршень вниз, производя энергию.

При традиционном способе воздух и бензин будут смешиваться заранее, но это не так с бензиновым двигателем.В этом типе двигателя воздух будет поступать в область впускного коллектора, которая находится внутри двигателя. Это поможет цилиндру получить бензин без каких-либо дополнительных действий. .

Почему это выгодно?

Использование этой системы имеет множество преимуществ по сравнению с другими. По сути, это поможет вам лучше контролировать дозирование топлива, то есть количество впрыскиваемого топлива и время впрыска.

Расположение форсунки может обеспечить оптимальную схему распыления для разбивания бензина на более мелкие части.Результатом этого является полное сгорание, которое работает более эффективно. По сути, больше бензина, который вы заливаете в машину, сжигается, что дает меньше загрязнения и больше мощности.

Есть ли недостатки?

Самая большая проблема заключается в том, что изготовление одного из этих двигателей дорого и очень сложно. Для этого им нужны прочные компоненты, и на все это уходит гораздо больше времени. Хотя они потрясающие, когда все готово, их создание и подготовка к транспортному средству могут стать проблемой.

Очень важно как можно скорее отремонтировать двигатель, если что-то пойдет не так. Посещение надежного механика может сделать этот простой процесс, облегчающий жизнь. Когда вы будете готовы позаботиться о своем автомобиле и решить любые серьезные проблемы, связанные с ним, свяжитесь с нашей автомастерской, чтобы назначить встречу!

Непосредственный впрыск бензина – напряжение и ток форсунки

Диагностические коды неисправностей

Выбор диагностических кодов неисправностей (DTC), связанных с компонентами:

P0200 — Неисправность цепи форсунки

P0201 — Неисправность цепи форсунки — Цилиндр 1

P0202 — Неисправность цепи форсунки — Цилиндр 2

P0203 — Неисправность цепи форсунки — Цилиндр 3

P0204 — Неисправность цепи форсунки — Цилиндр 4

P0205 — Неисправность цепи форсунки — Цилиндр 5

P0206 — Неисправность цепи форсунки — Цилиндр 6

P0207 — Неисправность цепи форсунки — Цилиндр 7

P0208 — Неисправность цепи форсунки — Цилиндр 8

P0209 — Неисправность цепи форсунки — Цилиндр 9

P0210 — Неисправность цепи форсунки — Цилиндр 10

P0211 — Неисправность цепи форсунки — Цилиндр 11

P0212 — Неисправность цепи форсунки — Цилиндр 12

P0213 — Неисправность форсунки 1 холодного пуска

P0214 — Неисправность форсунки 2 холодного пуска

P0216 — Неисправность цепи управления опережением впрыска

P020A — Синхронизация впрыска цилиндра 1

P020B — Момент впрыска цилиндра 2

P020C — Синхронизация впрыска цилиндра 3

P020D — Синхронизация впрыска цилиндра 4

P020E — Синхронизация впрыска цилиндра 5

P020F — Синхронизация впрыска цилиндра 6

P021A — Синхронизация впрыска цилиндра 7

P021B — Синхронизация впрыска цилиндра 8

P021C — Синхронизация впрыска цилиндра 9

P021D — Синхронизация впрыска цилиндра 10

P021E — Цилиндр 11, синхронизация впрыска

P021F — Цилиндр 12, синхронизация впрыска

P0261 — Низкий уровень сигнала в цепи форсунки цилиндра 1

P0262 — Высокий уровень сигнала в цепи форсунки цилиндра 1

P0263 — Ошибка вклада/баланса цилиндра 1

P0264 — Низкий уровень сигнала в цепи форсунки цилиндра 2

P0265 — Высокий уровень сигнала в цепи форсунки цилиндра 2

P0266 — Ошибка вклада/баланса цилиндра 2

P0267 — Низкий уровень сигнала в цепи форсунки цилиндра 3

P0268 — Высокий уровень сигнала в цепи форсунки цилиндра 3

P0269 — Ошибка вклада/баланса цилиндра 3

P0270 — Низкий уровень сигнала в цепи форсунки цилиндра 4

P0271 — Высокий уровень сигнала в цепи форсунки цилиндра 4

P0272 — Ошибка вклада/баланса цилиндра 4

P0273 — Низкое напряжение в цепи форсунки цилиндра 5

P0274 — Высокий уровень сигнала в цепи форсунки цилиндра 5

P0275 — Ошибка вклада/баланса цилиндра 5

P0276 — Низкий уровень сигнала в цепи форсунки цилиндра 6

P0277 — Высокий уровень сигнала в цепи форсунки цилиндра 6

P0278 — Цилиндр 6 Неисправность вклада/баланса

P0279 — Низкое напряжение в цепи форсунки цилиндра 7

P0280 — Высокий уровень сигнала в цепи форсунки цилиндра 7

P0281 — Ошибка вклада/баланса цилиндра 7

P0282 — Низкое напряжение в цепи форсунки цилиндра 8

P0283 — Высокий уровень сигнала в цепи форсунки цилиндра 8

P0284 — Цилиндр 8 Неисправность вклада/баланса

P0285 — Низкий уровень сигнала в цепи форсунки 9 цилиндра

P0286 — Высокий уровень сигнала в цепи форсунки цилиндра 9

P0287 — Цилиндр 9 Ошибка вклада/баланса

P0288 — Низкий уровень сигнала в цепи форсунки цилиндра 10

P0289 — Высокий уровень сигнала в цепи форсунки цилиндра 10

P0290 — Цилиндр 10 Ошибка вклада/баланса

P0291 — Низкий уровень сигнала в цепи форсунки цилиндра 11

P0292 — Высокий уровень сигнала в цепи форсунки цилиндра 11

P0293 — Цилиндр 11 Ошибка вклада/баланса

P0294 — Низкий уровень сигнала в цепи форсунки цилиндра 12

P0295 — Высокий уровень сигнала в цепи форсунки цилиндра 12

P0296 — Цилиндр 12 Ошибка вклада/баланса

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.