Дорогие друзья, сегодня узнаем много интересного о впрыске системы питания. И так: распределенный впрыск топлива или непосредственный? Что лучше и чем они отличаются?
Допустим у вас пришло время осуществить вашу мечту и вы серьезно взялись за выбор автомобиля. Дело серьёзное, и если выбор цвета и формы машины даётся довольно легко, то с подбором типа мотора могут возникнуть трудности, особенно у неподготовленных в техническом плане людей.
Если так, тогда вам однозначно следует внимательно прочитать эту статью.
Распределенный впрыск топлива: экономно и экологично
Не секрет, что распределённый впрыск топлива (инжекция) – это современная технология, тесно связанная со сложной электроникой. Главной её «фишкой» является наличие индивидуальной форсунки у каждого цилиндра бензинового мотора.
Но, на самом деле, похожие системы, правда, имеющие механическое управление, появились ещё в конце ХIХ – начале ХХ веков. Использовались они в авиации, в гоночных машинах и иногда их интерпретации даже выходили на массовый автомобильный рынок.
Настоящий же бум распределенный впрыск пережил с появлением доступных микропроцессоров в конце 80-х годов и пользуется уважением у производителей транспортных средств и по сей день.
Перейдём к принципу работы и разновидностям системы распределенного впрыска (кстати, её ещё называют многоточечной системой).
Как мы уже упомянули, ключевой особенностью данной технологии являются топливные форсунки, которые устанавливаются по одной перед впускными клапанами каждого цилиндра двигателя.
Таким образом, в отличие от моновпрыска, удаётся добиться равномерного распределения топливно-воздушной смеси по цилиндрам, а также точной её дозировки.
В целом данная схема расположения форсунок позволила инженерам значительно повысить экологичность моторов, а также сделать их менее прожорливыми. Контролирует весь этот ансамбль электронный блок управления (ЭБУ).
Он при помощи многочисленных датчиков, передающих данные о температуре, положении педали газа, количестве поступающего воздуха и прочих параметрах, вычисляет оптимальный объём бензина для впрыска и в нужный для этого момент подаёт управляющий сигнал на открытие форсунок.
Момент впрыск топлива
Кстати, о времени открытия форсунок. Тут не всё так просто, и системы распределённого впрыска различаются в зависимости от того, в каком порядке происходит активация этих элементов. Существуют такие варианты впрыска:
- одновременный;
- попарно-параллельный;
- фазированный.
Одновременный
При одновременной инжекции бензина все форсунки открываются единомоментно, и происходит это за один полный рабочий цикл двигателя (два оборота коленчатого вала). Не считаю это разумным ходом и не понимаю зачем лишний расход топлива.
Видимо это практиковалось на заре изобретения такого метода, когда не очень беспокоились об экологии и бензин был дешевый.
Попарно-параллельный
При попарно-параллельном открытии процесс разбивается таким образом, чтобы в один момент времени впрыск производили только две форсунки и только тех цилиндров, которые переходят в такты впуска и выпуска.
Здесь тоже наблюдается лишний впрыск, зачем он нужен в такте выпуска. Говорят это помогает при запуске двигателя в аварийном режиме. Ну хоть единовременно, и то хорошо.
Фазированный
Но самым современным из перечисленной тройки является фазированный алгоритм работы системы распределенного впрыска топлива и используется в современных автомобилях. Он предусматривает включение каждой форсунки непосредственно перед тактом впуска соответствующего ей цилиндра. Это конечно разумно и правильно.
Главное в таком впрыске то, что форсунка впрыскивает топливную смесь во впускной коллектор на входе в цилиндр, непосредственно на впускной клапан. Впрыск производится на такте ВПУСК.
В погоне за показателями
Выше мы уже говорили о том, что система многоточечной инжекции позволила двигателям стать гораздо более «чистыми» по сравнению с предшественниками, оснащёнными моновпрыском или карбюратором.
Тем не менее, защитникам окружающей среды этого было мало и с каждым годом автопроизводителям приходилось учитывать всё более жёсткие экологические нормы.
Чем же отличается распределенный впрыск топлива от непосредственного?
А вот в чем. Как уже было сказано выше, при распределенном впрыске, смесь поступает в коллектор в область впускного клапана. А при непосредственном впрыске, прямо в камеру сгорания, минуя впускной коллектор.
Непосредственный впрыск
Непосредственный впрыск более точен и подаваемое давление топливной смеси выше, чем у распределенного впрыска. Такой принцип экономичнее (до 20% экономии топлива). экологичнее (топливо лучше сгорает). Но все же такой тип системы не лишен недоствтков и конструкторы пошли дальше.
А вот что из этого вышло, и какие технологии появились в результате, в Комбинированная система впрыска топлива TFSI.
//www.youtube.com/watch?v=lW7UOR68poQ
До встречи на страницах блога!
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.
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.
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.
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.
Конструктивные особенности двигателя с непосредственным впрыском бензина Audi 2.0 FSI
Система питания с распределенным впрыском имеет следующие составные части:
— система подачи и очистки топлива;
— система подачи и очистки воздуха;
— система улавливания и сжигания паров бензина;
— электронная часть с набором датчиков;
— система выпуска и дожигания отработавших газов.
Существующие наиболее распространенные типы двигателей можно разделить на две части:
1. Распределенный впрыск топлива подразумевает размещение форсунок индивидуально под каждый цилиндр. На такте впуска каждого цилиндра отдельная форсунка впрыскивает топливо (газ или бензин) в определенный момент. Дозированная порция топлива попадает на впускной клапан соответствующего цилиндра. Бензин, поступивший в цилиндры, испаряется, перемешиваясь с воздухом, образуя горючую смесь. Составные узлы системы распределенного впрыска:
- системы подачи и очистки бензина, воздуха;
- электроника, включающая в себя набор датчиков;
- система, которая улавливает пары топлива и сжигает их.
2. Система непосредственного впрыска топлива относится также к инжекторным двигателям, но отличается в первую очередь расположением форсунок. Они расположены в головке блока цилиндров и под большим давлением подают топливо в камеру сгорания каждого цилиндра. В отличие от распределенного впрыска, где впрыск происходит во впускной коллектор, здесь впрыск идет прямо в цилиндры.
Преимущество систем непосредственного впрыска — экономичность и соответствие экологическим стандартам. Такие двигатели на 15-20% более экономны, чем распределенный впрыск, а также соответствуют нормам Евро 5, тогда как распределенный впрыск — Евро 4.
Отличия ГБО для двигателей с распределенным и непосредственным впрыском
Пока что большинство автомобилей в Украине комплектуются двигателями распределенного впрыска, для которых подходит ГБО 4-го поколения. Для прямого впрыска предназначены ГБО 5-го и 6-го поколений. Их принципиальная разница в следующем:
- в 4-м поколении газ подается на редуктор под давлением 15-16 атм., где переходит в газовую фазу. С редуктора газ подается на форсунки, установленные перед впускным коллектором;
- 5-е поколение исключает редуктор. Жидкий газ сразу подается на форсунки благодаря системе из нескольких насосов: два общих (один в баллоне, второй — под капотом) и индивидуальные форсуночные насосы. Форсунки располагаются на рампе;
- 6-е поколение не предусматривает ни редуктора, ни газовых форсунок — газ подается в цилиндры через родные бензиновые форсунки.
ГБО с непосредственным впрыском (TSI, FSI) требовало решения вопроса смазки бензиновых форсунок, стоящих в двигателе, что и было реализовано в ГБО 6. Если ГБО 5 использует соотношение «бензин/газ» 20/80, то в ГБО 6 газ подается через родные узлы.
Установка ГБО непосредственного впрыска занимает до 3-х дней, ГБО распределенного впрыска устанавливается быстрее — 8-12 часов. В силу ответственности установки данных комплектов рекомендуем обращаться только в авторизированные центры. PRIDE GAS — официальный дистрибьютор в Украине итальянского производителя AEB, чьи системы PRIDE by AEB отлично зарекомендовали себя на украинских дорогах. 3 года гарантии и индивидуальный подход к каждому клиенту — это только часть того, что мы готовы вам предложить.
PRIDE GAS — не стоит рисковать своим автомобилем, доверьте установку ГБО нам!
Также интересные статьи от PRIDE GAS:
ГБО Италия: подбор ГБО по марке автомобиля
ГБО Италия для двигателей с непосредственным впрыском
Рекомендуемые комплекты ГБО для двигателей распределенного впрыска 4 поколения
«В новый век – с новой системой питания!». Похоже, с таким девизом европейские производители стали внедрять технологию. А что им оставалось? Требования по снижению расхода топлива заставляли делать моторы сложнее, к тому же непосредственный впрыск (особенно в сочетании с наддувом) позволял увеличить мощность. И при этом оставлял мотор вполне экономичным на малой нагрузке. Начал входить в моду и даунсайз – постепенно для машины С-класса стало вполне нормальным иметь мотор объемом в литр, а мощные авто начинаются с объема в 1,4. Даже седаны D+ и Е классов не брезгуют моторами 1,4 и 1,6 с турбонаддувом.
Снова те же грабли, но в XXI веке
Собственно о минусах подобной системы питания было известно с самого начала. Сложность и высокая стоимость сюрпризом не были – опыт внедрения непосредственного впрыска накопился изрядный. Надежность сложных систем честно постарались увеличить. Правда, цену особенно опустить не пытались.
Как известно, для подачи топлива непосредственно в цилиндры нужен насос высокого давления. Вообще-то и в системах «обычного» распределенного впрыска в системе питания давление немаленькое, но у прямого впрыска оно примерно в 10 раз больше.
На дизельных моторах непосредственный впрыск и ТНВД появился существенно раньше, и ресурс узлов был не таким уж низким. У бензиновых все получилось иначе: насосы оказались весьма недолговечными. Почему? Потому что дизтопливо имеет более высокие смазочные свойства, чем бензин, и без специальных смазывающих присадок ресурс всех узлов трения очень мал.
Современные мембранные ТНВД не так зависят от смазки, как поршневые, но, тем не менее, нуждаются в ней. Да и в целом насос высокого давления – штука довольно хрупкая, любые загрязнения выведут его из строя. Улучшить ситуацию смогли введением стандарта на смазывающие присадки в топливе. Конечно, 15% масла, как в двухтактные моторы, добавлять не стали, но топливо Евро-4 и выше обязательно содержит небольшое количество специальных смазок. Не в последнюю очередь – именно для ТНВД на бензиновых машинах. Учитывая, что официальный запрет на продажу топлива Евро-3 вступил в России в силу лишь 1 января 2015 года, неудивительно, что «непосредственные» машины у нас жили так недолго и несчастливо.
С форсунками ситуация аналогичная, они дороже и менее надежны, чем на системах распределенного впрыска. Требования к их работе тоже намного выше. Небольшое изменение факела распыла, даже без изменения общего расхода подачи, ведет к серьезным нарушением работы мотора. В результате для сохранения работоспособности резко растут требования по чистоте топлива и рабочей температуре.
Пьезофорсунки еще и имеют ограниченное количество циклов срабатывания, чувствительны к перегреву, а также обладают склонностью при выходе из строя «лить» бензин, что может вызвать гидроудар при запуске. Особенно это характерно для очень распространенных «высокоточных» пьезофорсунок Bosch, которые имеют ограниченный ресурс, а компания на протяжении последних десяти лет не может создать действительно хорошо работающий вариант.
Склонность к закоксовке впускных клапанов и худшие условия их работы проявились на моторах Мицубиси довольно быстро. Обычно форсунки подают бензин на впускной клапан и охлаждают его. И заодно смывают с него отложения. У непосредственного мотора такой возможности нет, клапан греется сильнее, больше нагревает воздух, а масло из системы вентиляции картера и из сальника клапана постепенно образует «шубу», которая затрудняет газообмен и приводит к зависанию клапанов и его перегреву. Особенно тяжело приходится моторам с повышенным расходом масла, а в самой критической группе риска – моторы, которые часто работают с малой нагрузкой, то есть в пробках.
Плохие пусковые качества из-за неудовлетворительного испарения топлива при пуске тоже проявились давно. Оказалось, что оптимизация формы факела впрыска на холодном и горячем моторе должна производиться более тщательно. Любое попадание топлива на стенки цилиндра приводит к резкому увеличению количества несгоревшего топлива и попаданию его в масло. А при запуске при отрицательных температурах большое значение приобретает качество распыла бензина: оно должно оказаться намного выше, чем при обычной работе, и давление топлива на пуске должно быть очень высоким. Поначалу этого не учли.
Повышенное количество твердых частиц в выхлопе проявилось позже, когда непосредственный впрыск на европейских машинах уже стал мэйнстримом. Более точные исследования показали, что эта особенность смесеобразования роднит такой бензиновый мотор с дизелем. Действительно, в процессе работы образуются частички сажи, которые необходимо тоже как-то задерживать. Например, вводя сажевый фильтр, как на дизельных моторах. Компания Mercedes уже анонсировала подобную опцию для своих машин.
Попадание топлива в масло из-за неисправностей топливного насоса высокого давления – в общем-то чисто конструктивный недостаток насосов Bosch, но в силу их широкого распространения и общности конструкций насосов свойственен почти всем моторам с непосредственным впрыском. Бензин в масле не так уж и страшен, но в больших количествах ведет к снижению вязкости масла до критической, что приводит к повреждениям моторов. И, к тому же, дает повод многим «экспертам» говорить о том, что топливо является причиной «масляной чумы».
Что же делать?
Почти у всех проблем есть пути решения. Например, двойной впрыск, когда топливо подается и в цилиндры, и во впускной трубопровод – это справляется сразу со сложностью с закоксовкой клапанов, экологичностью и плохим запуском в холода. Такая схема применялась на некоторых двигателях Volkswagen EA888, но продавались они исключительно в США и были заточены под жесткие экологические нормы Калифорнии. Но в конце 2014-го комбинированный впрыск появился и у нас – на моторе 6AR-FE (2 литра, 150 л. с.) Toyota Camry последнего поколения. Пока сложно судить о надежности, ибо пробеги машин пока небольшие в основной массе, однако предпосылки хорошие.
Под капотом 2015–н.в. Toyota Camry XLEС поршневыми кольцами и топливными насосами приходится разбираться чисто конструктивными методами, экспериментируя с формой – часто «дизайн» поршневой группы производители дорабатывают уже после того, как машина вышла на рынок и поразила всех угаром масла. Так, скажем, делала Toyota в 2005 году, доводя до ума моторы серии ZZ (еще без непосредственно впрыска), а позже – Volkswagen с уже упомянутыми выше EA888. Насосы высокого давления тоже стараются сделать надежнее – эта задача технически выполнима.
Но все непросто: система очень сложная и дорогая – накладным для производителей выходит не только себестоимость конечной продукции, но и исследования с экспериментами. А маркетологи не дают возможности по 10 лет заниматься испытаниями, требуют все более новых моторов с еще более привлекательными характеристиками.
Рискнуть в сегодняшнем автобизнесе репутацией производителя ненадежных машин считается делом благородным. Если что, всегда выручит отзывная кампания. Куда хуже – показаться производителем консервативным или, не дай бог, незацикленным на идее спасения планеты от выхлопных газов. Вот это, как мы видимо по примеру Volkswagen и Mitsubishi – действительно страшно. Тут можно и самостоятельность компании потерять, и топ-менеджмента лишиться.
Прямой впрыск топлива – хорошо или плохо?
Двигатели с непосредственным впрыском (также используется термин «прямой впрыск», или GDI) начали появляться на автомобилях не так давно. Однако технология набирает популярность и все чаще встречается на моторах новых автомобилей. Сегодня мы в общих чертах постараемся ответить, что такое технология непосредственного впрыска и стоит ли ее опасаться?
Для начала стоит отметить, что главной отличительной особенностью технологии является расположение форсунок, которые размещены непосредственно в головке блока цилиндров, соответственно, и впрыск под огромным давлением происходит напрямую в цилиндры, в отличие от давно зарекомендовавшей себя с лучшей стороны системы впрыска горючего во впускной коллектор.
Прямой впрыск впервые был испытан в серийном производстве японским автопроизводителем Mitsubishi. Эксплуатация показала, что среди плюсов главными преимуществами стали экономичность – от 10% до 20%, мощность – плюс 5% и экологичность. Основной минус – форсунки крайне требовательны к качеству топлива.
Стоит также отметить, что схожая система уже долгие десятилетия успешно устанавливается на дизельные двигатели. Однако именно на бензиновых моторах применение технологии было сопряжено с рядом трудностей, которые до сих пор не были окончательно решены.
В видео с YouTube-канала «Savagegeese» объясняется, что такое прямой впрыск и что может пойти не так в ходе эксплуатации автомобиля с данной системой. В дополнение к главным плюсам и минусам в видеоролике также объясняются тонкости профилактического обслуживания системы. Кроме того, в ролике затрагивается тема систем впрыска во впускные каналы, которые можно в изобилии наблюдать на более старых моторах, а также моторы, которые используют оба метода впрыска горючего. Наглядно используя диаграммы Bosch, ведущий объясняет, как все это работает.
Чтоб узнать все нюансы, предлагаем посмотреть видео ниже (включение перевода субтитров поможет разобраться, если вы не очень хорошо знаете английский). Для тех, кому не слишком интересно смотреть, об основных плюсах и минусах непосредственного впрыска бензина можно прочитать ниже, после видео:
Итак, экологичность и экономичность – благие цели, но вот чем чревато использование современной технологии в вашем автомобиле:
Минусы
1. Очень сложная конструкция.
2. Отсюда вытекает вторая важная проблема. Поскольку молодая бензиновая технология подразумевает внесение серьезных изменений в конструкцию головок цилиндров двигателя, конструкцию самих форсунок и попутное изменение иных деталей мотора, к примеру ТНВД (топливный насос высокого давления), стоимость автомобилей с непосредственным впрыском топлива выше.
3. Производство самих частей системы питания также должно быть крайне точным. Форсунки развивают давление от 50 до 200 атмосфер.
Прибавьте к этому работу форсунки в непосредственной близости со сгораемым топливом и давлением внутри цилиндра и получите необходимость производства очень высокопрочных компонентов.
4. Поскольку сопла форсунок смотрят в камеру сгорания, все продукты сгорания бензина также осаждаются на них, постепенно забивая или выводя форсунку из строя. Это, пожалуй, самый серьезный минус использования конструкции GDI в российских реалиях.
5. Помимо этого необходимо очень тщательно следить за состоянием двигателя. Если в цилиндрах начинает происходить угар масла, продукты его термического распада достаточно быстро выведут из строя форсунку, засорят впускные клапаны, образовав на них несмываемый налет из отложений. Не стоит забывать, что классический впрыск с форсунками, расположенными во впускном коллекторе, хорошо очищает впускные клапаны, омывая их под давлением топливом.
6. Дорогой ремонт и необходимость профилактического обслуживания, которое тоже недешевое.
Помимо этого, в видео также объясняется, что при ненадлежащей эксплуатации на автомобилях с прямым впрыском могут наблюдаться загрязнение клапанов и ухудшение производительности, в особенности на турбированных двигателях.
Смотрите также: Подробное объяснение принципа работы двигателя с переменным сжатием Infiniti
Плюсы
1. Экологичность.
2. Экономичность (правда, здесь нужно сделать оговорку: реальная экономия бензина доступна в условиях, близких к идеальным) – экономия 5-10%.
3. Немного более высокая мощность.
4. GDI при непосредственном попадании топлива в цилиндр охлаждает головку поршня.
5. Происходит лучшее смешение топливовоздушной смеси в цилиндрах.
6. Меньше детонация.
7. Требуется гораздо меньше топлива, смесь при определенных условиях работы мотора может обедняться до 30:1
8. Процесс работы двигателя точнее контролируется при помощи компьютера.
Таким образом, если выполнять определенные правила, предписанные автопроизводителем, а именно заправляться на проверенных заправках качественным топливом и регулярно проводить техническое обслуживание топливной системы автомобиля, то ухудшения качеств мотора, а тем более поломок оборудования можно избежать. Специалисты также советуют проводить прочистку форсунок после каждых 50-60 тыс. км.
Каким бывает впрыск топлива
Одноточечный..
ВПРЫСК, который также иногда называют центральным, стал широко применяться на легковых автомобилях в 80-х годах прошлого века. Подобная система питания получила свое название из-за того, что топливо подавалось во впускной коллектор лишь в одной точке.
Многие системы того времени были чисто механическими, электронного управления у них не было. Частенько основой для такой системы питания был обычный карбюратор, из которого просто удаляли все “лишние” элементы и устанавливали в районе его диффузора одну или две форсунки (поэтому центральный впрыск стоил относительно недорого). К примеру, так была устроена система TBI (“Throttle Body Injection”) компании “General Motors”.
Но, несмотря на свою кажущуюся простоту, центральный впрыск обладает очень важным преимуществом по сравнению с карбюратором – он точнее дозирует горючую смесь на всех режимах работы двигателя. Это позволяет избежать провалов в работе мотора, а также увеличивает его мощность и экономичность.
Со временем появление электронных блоков управления позволило сделать центральный впрыск компактнее и надежнее. Его стало легче адаптировать к работе на различных двигателях.
Однако от карбюраторов одноточечный впрыск унаследовал и целый ряд недостатков. К примеру, высокое сопротивление поступающему во впускной коллектор воздуху и плохое распределение топливной смеси по отдельным цилиндрам. Как результат – двигатель с такой системой питания обладает не очень высокими показателями. Поэтому сегодня центральный впрыск практически не встречается.
Кстати, концерн “General Motors” также разработал интересную разновидность центрального впрыска – CPI (“Central Port Injection”). В такой системе одна форсунка распыляла топливо в специальные трубки, которые были выведены во впускной коллектор каждого цилиндра. Это был своего рода прообраз распределенного впрыска. Однако из-за невысокой надежности от использования CPI быстро отказались.
Распределенный
ИЛИ МНОГОТОЧЕЧНЫЙ впрыск топлива – сегодня самая распро¬страненная система питания двигателей на современных автомобилях. От предыдуще¬го типа она отличается прежде всего тем, что во впускном коллекторе каждого цилиндра стоит индивидуальная форсунка. В определенные моменты времени она впрыскивает необходимую порцию бензина прямо на впускные клапаны “своего” цилиндра.
Многоточечный впрыск бывает параллельным и последовательным. В первом случае в определенный момент времени срабатывают все форсунки, топливо перемешивается с воздухом, и получившаяся смесь ждет открытия впускных клапанов, чтобы попасть в цилиндр. Во втором случае период работы каждого инжектора рассчитывается индивидуально, чтобы бензин подавался за строго определенное время перед открытием клапана. Эффективность такого впрыска выше, поэтому большее распространение получили именно последовательные системы, несмотря на более сложную и дорогую электронную “начинку”. Хотя иногда встречаются и более дешевые комбинированные схемы (форсунки в этом случае срабатывают попарно).
Поначалу системы распределенного впрыска тоже управлялись механически. Но со временем электроника и здесь одержала верх. Ведь, получая и обрабатывая сигналы от множества датчиков, блок управления не только командует исполнительными механизмами, но и может сигнализировать водителю о неисправности. Причем даже в случае поломки электроника переходит на аварийный режим работы, позволяя автомобилю самостоятельно добраться до сервисной станции.
Распределенный впрыск обладает целым рядом достоинств. Помимо приготовления горючей смеси правильного состава для каждого режима работы двигателя такая система вдобавок точнее распределяет ее по цилиндрам и создает минимальное сопротивление проходящему по впускному коллектору воздуху. Это позволяет улучшить многие показатели мотора: мощность, экономичность, экологичность и т.д. Из недостатков многоточечного впрыска можно назвать, пожалуй, лишь только довольно высокую стоимость.
Непосредственный..
“Goliath GP700” стал первым серийным автомобилем, двигатель которого получил впрыск топлива.
ВПРЫСК (его еще иногда называют прямым) отличается от предыдущих типов систем питания тем, что в данном случае форсунки подают топливо прямо в цилиндры (минуя впус¬кной коллектор), как у дизельного двигателя.
В принципе такая схема системы питания не нова. Еще в первой половине прошлого века ее использовали на авиационных двигателях (например на советском истребителе “Ла-7”). На легковых машинах прямой впрыск появился чуть позже – в 50-х годах ХХ века сначала на автомобиле “Goliath GP700”, а затем на знаменитом “Mercedes-Benz 300SL”. Однако через некоторое время автопроизводители практически отказались от применения непосредственного впрыска, он остался лишь на гоночных автомобилях.
Дело в том, что головка блока цилиндров у двигателя с прямым впрыском получалась очень сложной и дорогой в производстве. Кроме того, конструкторам долгое время не удавалось добиться стабильной работы системы. Ведь для эффективного смесеобразования при прямом впрыске необходимо, чтобы топливо хорошо распылялось. То есть подавалось в цилиндры под большим давлением. А для этого требовались специальные насосы, способные его обеспечить.. В итоге на первых порах двигатели с такой системой питания получались дорогими и неэкономичными.
Однако с развитием технологий все эти проблемы удалось решить, и многие автопроизводители вернулись к давно забытой схеме. Первой была компания “Mitsubishi”, в 1996 году установившая двигатель с непосредственным впрыском топлива (фирменное обозначение – GDI) на модель “Galant”, затем подобные решения стали использовать и другие компании. В частности, “Volkswagen” и “Audi” (система FSI), “Peugeot-Citroёn” (HPA), “Alfa Romeo” (JTS) и другие.
Почему же такая система питания вдруг заинтересовала ведущих автопроизводителей? Все очень просто – моторы с прямым впрыском способны работать на очень бедной рабочей смеси (с малым количеством топлива и большим – воздуха), поэтому они отличаются хорошей экономичностью. Вдобавок подача бензина непосредственно в цилиндры позволяет поднять степень сжатия двигателя, а следовательно и его мощность.
Система питания с прямым впрыском может работать в разных режимах. Например, при равномерном движении автомобиля со скоростью 90-120 км/ч электроника подает в цилиндры очень мало топлива. В принципе такую сверхбедную рабочую смесь очень трудно поджечь. Поэтому в моторах с прямым впрыском используются поршни со специальной выемкой. Она направляет основную часть топлива ближе к свече зажигания, где условия для воспламенения смеси лучше.
При движении с высокой скоростью или при резких ускорениях в цилиндры подается значительно больше топлива. Соответственно из-за сильного нагрева частей двигателя возрастает риск возникновения детонации. Чтобы избежать этого, форсунка впрыскивает в цилиндр топливо широким факелом, ко¬торый заполняет весь объем камеры сгорания и охлаждает ее.
Если же водителю требуется резкое ускорение, то форсунка срабатывает два раза. Сначала в начале такта впуска распыляется небольшое количество топлива для охлаждения цилиндра, а затем в конце такта сжатия впрыскивается основной заряд бензина.
Но, несмотря на все свои преимущества, двигатели с непосредственным впрыском пока еще недостаточно распространены. Причина – высокая стоимость и требовательность к качеству топлива. Кроме того, мотор с такой системой питания работает громче обычного и сильнее вибрирует, поэтому конструкторам приходится дополнительно усиливать некоторые детали двигателя и улучшать шумоизоляцию моторного отсека.
- Автор
- Юрий УРЮКОВ
- Издание
- Клаксон №4 2008 год
- Фото
- фото из архива “Клаксона”
Дифирамбов прямому впрыску достаточно написано в рекламных материалах. А мы попробуем говорить относительно беспристрастно.
Что такое непосредственный впрыск
Это такое устройство топливной системы, при котором бензин впрыскивается форсункой прямо в цилиндр. Этим он отличается от впрыска «обыкновенного» — когда форсунка впрыскивает топливо во впускной коллектор.
Называть эту систему инновационной, пожалуй, уже поздновато — она была реализована на многих самолетах времен Великой Отечественной войны. Так, например, она была применена на истребителе Ла-5ФН.
А вот на автомобилях относительно массовой она стала уже в конце двадцатого-начале двадцать первого века, примерно с появлением электронного управления двигателем. Это в первую очередь была фирма Mitsubishi с системой, которую они назвали GDI. Потом за ними потянулись и другие японские марки — так, например, можно назвать Toyota с двигателем D-4. Потом все это как-то притихло, и вот начавшее падать знамя непосредственного впрыска подхватил концерн VAG, да так, что по этой узкой тропинке между экономией на топливе и экономией на стоимости компонентов двигателя ломанусь и многие другие автопроизводители.
Для чего все это затевалось
Как бы ни кипел и бушевал внутренний инженер внутри любого сотрудника автомобильной компании, разработка большинства тех систем, что мы видим в современных автомобилях, вызвана была отнюдь не желанием сделать самый высокотехнологичный продукт. Нет, как правило, толчком всех инноваций в системах, управляющих формированием смеси, служат экологические нормы. Широким росчерком пера регулирующие органы вводят новые нормы. После этого (а как правило, несколько раньше) автопроизводители внедряют новые системы, позволяющие этим нормам удовлетворять.
Нам сложно сейчас судить о том, какая мотивация была у фирмы Mitsubishi, но исходя из общих тенденций — как минимум, очень схожая.
Главной особенностью («киллер-фичей», если задействовать сленг из другой профессиональной области) технологии GDI позиционировалась возможность работы на сверхбедных смесях. Здесь сразу надо сделать отступление и рассмотреть обычный режим работы двигателя.
На такте впуска поршень в цилиндре идет вниз, открывается впускной клапан, а форсунка «брызгает» топливом. Порцию топлива вместе с воздухом засасывает в цилиндр создаваемым разрежением. Попутно из-за турбулентности и тому подобных эффектов топливо перемешивается с воздухом, и продолжает это делать на такте сжатия, когда впускной клапан закрыт, а цилиндр идет вверх. Таким образом, к моменту достижения верхней мертвой точки в цилиндре оказывается сжатая равномерная смесь. Причем количество топлива, впрыснутое форсункой, рассчитывается так, чтобы его соотношение к воздуху составляло 1:14,7 (или немного беднее/богаче в зависимости от требуемого режима работы двигателя) — такая смесь называется стехиометрической, и горит лучше всего.
А идея работы на сверхбедной смеси заключается в том, что топливо впрыскивается в цилиндр на такте сжатия, когда поршень уже почти достиг верхней мертвой точки. Благодаря специальной форме днища поршня, впрыснутая порция топлива завихряется таким образом, что по центру камеры сгорания (в районе свечи зажигания) образуется область со стехиометическим соотношением, а вокруг нее — сплошной чистый воздух. Суммарно соотношение топлива к воздуху в цилиндре составляет вплоть до 1:40, за что и получено название сверхбедной смеси. При этом режим этот применяется на малых нагрузках, когда горения этого малого заряда смеси достаточно для того, чтобы крутить двигатель.
Еще этот режим называется «послойным» (слой воздуха-слой нормальной смеси) или гетерогенным (т.к. состав смеси в цилиндре неоднородный). Вот так это выглядит на картинке:
При этом, разумеется, никто не запрещает и не мешает работать в штатном режиме — впрыскивая топливо на такте впуска (пусть и в цилиндр, а не во впуск). За время такта впуска и сжания воздух перемешается с топливом ничуть не хуже. Более того, этот режим даже необходим — в режимах средних и больших нагрузок.
Увы, засада ждала со стороны той же экологии. В режиме сверхбедной смеси в камере сгорания оказались идеальные условия для образования оксидов азота (NOx) — высокая температура и избыток воздуха. Для решения этой проблемы стали городить специальное дополнение к катализатору. В нем оксиды азота задерживались, а потом, при переходе в режим гомогенной смеси, получаемыми соединениями CH восстанавливались до безобидных соединений. Поэтому мотор с послойным смесеобразованием на холостом ходу будет периодически переходить на режим обычного смесеобразования, а потом возвращаться обратно.
Все эти механизмы решения проблемы в итоге тратили слишком много ресурсов при сомнительном результате — существенной экономии топлива послойное смесеобразование так и не дало. Настолько, что и VAG в конечном итоге отказался от режима послойного смесеобразования — хотя в его линейке и остались двигатели со словами FSI — но самого режима » Fuel Stratified Injection» (так это расшифровывается) в нем не осталось. Преемником стали системы TSI, которые хоть этого режима и не имеют, но по-прежнему впрыскивают топливо непосредственно в цилиндр.
А зачем тогда непосредственный впрыск?
Хотя затея со сверхбедной смесью и провалилась, непосредственный впрыск остался. Это не случайно. Возможность впрыскивать топливо в произвольном количестве и в произвольный момент позволяет гораздо более гибко управлять составом смеси, добиваясь более высоких показателей как в части экологичности, так и в части мощности. Конечно, никакой революции эта технология не принесла, но управлять точнее стало можно.
Надо заметить, впрочем, что дальнейшая практика показала, что в некоторых режимах непосредственный впрыск приводит к повышенному количеству токсичных выбросов. Поэтому у того же концерна VAG есть системы, содержащие в себе два набора форсунок — низкого давления для впрыска в коллектор, и высокого давления — для впрыска в цилиндр.
Конструктивные отличия системы с непосредственным впрыском
Существенных отличий, если говорить о топливной системе, а не о программе в блоке управления, не так уж и много. В сущности, это просто наличие ТНВД в топливном контуре:
Помимо насоса, в системе еще присутствует датчик давления и клапан-регулятор давления топлива, управляемый электронно. Это необходимо, так как блок управления может менять давление топлива в магистрали высокого давления в зависимости от режима.
Так это ж почти дизель? Зачем тогда вот это все?
Да, по схеме топливной системы это почти дизель. Но разница в принципе воспламенения, величинах давления и других параметрах довольно велика. Поэтому все же, несмотря на все «навороты», это классический бензиновый двигатель со всеми присущими ему особенностями. А об устройстве дизеля мы поговорим в следующем выпуске.
прямой впрыск
Загрузка
Начиная с сезона 2014 года, правила Формулы 1 резко меняются, и наиболее значительным изменением является переход с 2,4-литровых безнаддувных двигателей V8 на 1,6-литровые V6 с непосредственным впрыском и турбонаддувом. Стремясь снизить потребление топлива до 35%, FIA внесла изменения в технический регламент, чтобы значительно увеличить сбор обычно теряемой энергии и уменьшить потери использованной энергии.Для этого FIA произвела радикальные изменения в системе сгорания ДВС, введя прямой впрыск (DI).
Регламент двигателей Формулы-1 на 2013 год и ранее указанный только порт, системы заправки топливом MPFI. С правилом 5.10.2, заявив:
5.10.2 Разрешается только одна топливная форсунка на цилиндр, которая должна впрыскиваться непосредственно в боковую или верхнюю часть впускного отверстия.
Итак, положение инжектора было ограничено верхней стороной (выше по потоку) впускного отверстия (клапана).Вот как это работает: вместо того, чтобы использовать один инжектор, который распыляет необходимое количество топлива, каждая из отдельных впускных труб имеет свой собственный инжектор, который добавляет точный впрыск аэрозольного топлива в воздух, всасываемый из инжектора под давлением. Смесь воздуха и топлива втягивается в открытое отверстие и в камеру сгорания с помощью отступающего поршня. Впускной клапан затем захлопывается, зажигается свеча зажигания и взрывное сгорание происходит в теперь закрытом цилиндре.
Но на 2014 это ограничение не учтено.Таким образом, хотя ранее прямой впрыск был специально исключен с ограничением положения инжектора, начиная с марта 2014 года, это должен быть единственный путь. Прямой впрыск был сделан обязательным. Теперь с правилом 5.10.2:
5.10.2 В каждом цилиндре может быть только один прямой инжектор, и впрыскивание впускных клапанов или выпускных клапанов не допускается. ‘
Итак, положение инжектора фиксируется внутри цилиндра.
Уже долгие годы Формула 1 использует впрыск с электронным управлением, но расположение было другим. Двигатели были оборудованы «впрыскивающими системами заправки топливом» или так называемым многоточечным впрыском топлива (MPFI) с так называемыми «душевыми инжекторами», причем инжекторы располагались перед впускными трубами. Вы можете увидеть спрей инжектора. Такое расположение позволяет всасывать топливо вместе с воздухом внутри цилиндра. Когда вы устанавливаете инжекторы дальше от камеры сгорания, вы получаете более эффективный эффект смешивания воздуха и топлива и дополнительный охлаждающий эффект.Чем холоднее воздухозаборники, тем лучше сгорание и меньше предварительной детонации. И это приведет к большей власти. Компромисс — меньшая топливная эффективность, но большая мощность при правильном сгорании. Некоторая часть впрыскиваемого топлива остается прикрепленной к стенкам труб и впускных каналов.
Итак, FIA решила пойти с прямым впрыском. Прямой впрыск топлива — это технология подачи топлива, которая позволяет бензиновым двигателям сжигать топливо более эффективно, что приводит к увеличению мощности, более чистым выбросам и увеличению экономии топлива.Все это актуально для современных потребительских автомобильных технологий.
Наиболее важной характеристикой любого двигателя — будь то дизельный, бензиновый, двух- или четырехтактный — является его система сгорания. Два наиболее важных различия между двигателем прямого впрыска и стандартным бензиновым двигателем заключаются в том, как они доставляют топливо и как топливо смешивается с поступающим воздухом. Эти основные предпосылки имеют огромное значение в общей эффективности двигателя.
Бензиновые двигатели работают, всасывая смесь бензина и воздуха в цилиндр, сжимая его поршнем и зажигая его 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, прежде чем войти в цилиндр. Топливно-воздушная смесь широко диспергируется в камере, оставляя значительное количество несгоревших и, следовательно, неэффективных.
Практически во всех дизельных двигателях используется прямой впрыск топлива. Однако, поскольку дизели используют другой процесс для сжигания своего топлива (бензиновые двигатели сжимают смесь бензина и воздуха и поджигают ее искрой; дизели сжимают только воздух, а затем распыляют топливо, которое воспламеняется от тепла и давления), их впрыск Системы отличаются по конструкции и работе от бензиновых систем прямого впрыска топлива.
Common Rail для 4-цилиндрового бензинового двигателя прямого впрыска. Система впрыска топлива в бензиновом двигателе с непосредственным впрыском топлива состоит из высокопроизводительного топливного насоса, топливной рампы большого диаметра (Common Rail, трубка, которая вмещает топливо под высоким давлением) и специализированных топливных инжекторов. Инжекторы могут выдерживать чрезмерную температуру и давление сгорания, используя топливо, проходящее через него, в качестве охлаждающей жидкости. |
В системе с непосредственным впрыском воздух и бензин предварительно не смешаны. Воздух поступает через впускной коллектор, а бензин распыляется под высоким давлением непосредственно в каждый цилиндр через специально разработанные форсунки. Скорость подачи топлива регулируется с помощью давления в общей топливной рампе, к которой подключены топливные форсунки, количества раз, когда форсунка открывается, чтобы позволить топливу проходить через него во время цикла впуска, и продолжительности этих отверстий.Топливные системы DI имеют существенную конструкцию, потому что они обычно генерируют и удерживают топливо под давлением при давлении 150 бар или более, а не от 3 до 5 бар, обычном для многоточечного впрыска в портах. Эти чрезвычайно высокие давления позволяют инжектору пропускать достаточно топлива для достижения сгорания. С помощью современных компьютеров управления двигателем топливо сгорает именно там, где это необходимо и когда это необходимо. Топливо можно разбрызгивать непосредственно там, где камера сгорания самая горячая, вблизи искры.
по сравнению с обычным
порт MPFI, система впрыска топлива, топливо
форсунки должны быть способны работать
с огромным давлением топлива, чрезвычайно высокими температурами, а также впрыском
большое количество топлива в очень короткие периоды. | |
Продолжительность и интенсивность опрыскивания могут быть точно настроены компьютером двигателя, что позволяет быстрее и полнее сгорать. В результате снижается расход топлива, уменьшается загрязнение окружающей среды (General Motors заявляет, что снижает выбросы при холодном запуске на 25%) и увеличивается мощность. Например, до того, как 3,5-литровый V6 в Mercedes E350 получил прямой впрыск, он давал 268 лошадиных сил и довольно паршивый рейтинг EPA 7,2 км / л, город / 10.Шоссе 2 км / л. Теперь, с в основном тем же самым двигателем, благодаря значительной части непосредственного впрыска, E350 может развить 302 лошадиных силы и достигает респектабельного 8,5 км / л городского / 12,7 км / л шоссе. Cadillac продает CTS как с косвенным, так и с прямым впрыском версий своего 3,6-литрового двигателя V6. Непрямой двигатель вырабатывает 263 лошадиных силы и крутящий момент 343 Нм, в то время как прямой вариант развивает 304 л.с. и 371 Нм.
Изобретатель прямого впрыска бензина — французский изобретатель конфигурации двигателя V8 Леон Левавассер в 1902 году.Первый пример пост-мировой войны с непосредственным впрыском бензина был на двигателе Hesselman, изобретенном шведским инженером Йонасом Хессельманом в 1925 году. Двигатели Hesselman использовали принцип сверхлегкого сгорания и впрыскивали топливо в конце такта сжатия, а затем зажигали его с помощью свеча зажигания. Но это не началось здесь. первый
попытки вернуться более чем на 100 лет. Немецкий производитель двигателей Deutz начал производство в 1898 году!
Зачем? Потому что в то время карбюратор с эффектом Вентури еще не был обнаружен, поэтому DI выглядел как хороший
способ заправки топлива в цилиндры.Во время Второй мировой войны прямой впрыск бензина использовался практически на всех высокопроизводительных авиационных двигателях производства Германии, Советского Союза и США.
Первая автомобильная система прямого впрыска, используемая для работы на бензине, была разработана Bosch и была введена Голиафом и Гутбродом в 1952 году. В этой системе использовался обычный бензиновый топливный насос, чтобы подавать топливо в инжекторный насос с механическим приводом, который имел отдельные поршни. на каждый инжектор для подачи очень высокого давления впрыска непосредственно в камеру сгорания.
Mercedes-Benz 300SL 1955 года (на фото справа), первый серийный спортивный автомобиль с впрыском топлива, использовал прямой впрыск. Топливные форсунки Bosch были размещены в отверстиях на стенке цилиндра, которые использовались свечами зажигания в других шестицилиндровых двигателях Mercedes-Benz (свечи зажигания были перемещены в головку цилиндров).
Позже, более широкое применение впрыска топлива отдавало предпочтение менее дорогим методам косвенного впрыска. Но все эти ранние проекты в автомобильной промышленности отменены, потому что электронное управление, ключевой элемент, не существовало или находилось в зачаточном состоянии, а затраты на насосы и инжекторы были чрезвычайно высоки.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 означает прямой впрыск. Hyundai предлагает прямой 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 на V6 Camaro и на нынешней Impala, что очень странно в автомобиле, рекламирующем CD-плеер в качестве переворота. Ауди предлагает это на каждой модели, включая V10 R8 и 12-цилиндровый A8.Дизельные двигатели
используют прямой впрыск в течение многих лет, но об этом действительно знают только люди, купившие VW TDI.
Бензин DI — относительно новый материал в технологии потребительских автомобилей. Усовершенствованная система впрыска, которая в сочетании со сложными стратегиями впрыска в сочетании с турбонагнетателем обеспечивает меньший двигатель, улучшенные характеристики и значительное снижение расхода топлива и выбросов. В сочетании с ультраточным компьютерным управлением прямой впрыск позволяет более точно контролировать дозирование топлива (количество впрыскиваемого топлива) и время впрыска (точно, когда и как долго топливо вводится в цилиндр).Часть ECU, ответственная за управление топливом, должна думать намного быстрее. Это связано с тем, что система управления топливом должна нагнетать топливо в цилиндры с гораздо более короткими интервалами, и, в целом, точное распределение топлива и изменение соотношения воздух-топливо является более важным для двигателя с непосредственным впрыском с целью оптимизации производительности, выбросов и топлива эффективность. Расположение инжектора также обеспечивает более оптимальный распыл, который разбивает бензин на более мелкие капли. Результат — 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 небольших впрыскиваний вместо одного. Некоторые автопроизводители даже экспериментировали с использованием GDI, чтобы запустить дополнительный выброс топлива в цилиндр, чтобы создать вторичный взрыв во время цикла сгорания, что потенциально может привести к еще большей мощности и эффективности.Эта возможность регулировки, когда топливо добавляется в цилиндр, является святым Граалем производства электроэнергии.
DI по своей природе более эффективен и помогает генерировать больше энергии, чем инъекция портов. А достижения в области инжиниринга и управления электронными двигателями, вызванные жесткой конкуренцией в отрасли и потребительским спросом, делают технологию DI более экономически эффективной, чем когда-либо для производителей. GDI прямой впрыск представляет собой эффективное технологическое решение для трансмиссии, чтобы идти в ногу с тенденцией выбросов.Прямой впрыск становится обычным явлением в новых автомобилях благодаря его положительному влиянию на эффективность использования топлива. Требования, предъявляемые EPA к повышению топливной эффективности, гарантируют, что прямой впрыск будет все более распространенной технологией для автомобилей, и автопроизводители должны будут выяснить, как сделать его долговечным и экономически эффективным.
Но у этой технологии была и темная сторона. Существует процесс, чтобы заставить технологию не только работать, но и быть долговечной и экономически эффективной.Существует много проблем с долговечностью двигателей с прямым впрыском. Например, впрыск под высоким давлением, используемый в этих двигателях, вызывает большую нагрузку на топливные насосы. Обычные топливные насосы в применениях с непосредственным впрыском топлива работают при значительно более низком давлении, чем топливные насосы высокого давления на электростанциях с прямым впрыском.
Самая большая проблема с технологией прямого впрыска — накопление углерода вокруг впускных клапанов. Со временем это может привести к снижению мощности и эффективности, а также к снижению бонуса, который должен обеспечивать DI.В отличие от портовых двигателей с впрыском топлива, где постоянный разбрызгивание топлива в порт и над клапанами позволяет вымывать любые отложения, в случае двигателей DI топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания, поэтому шансов нет для депозитов, которые будут смыты. Обычно отложения образуются, когда сажа — конечный продукт сгорания — прилипает к штоку клапана. Проблема для большинства пораженных двигателей может быть связана с дыхательной системой. В частности, конструкция его компонентов вентиляции картера и рециркуляции выхлопных газов.Все современные бензиновые двигатели возвращают некоторые картерные и выхлопные газы обратно через впускной коллектор, чтобы помочь контролировать выбросы, но некоторые конструкции рециркуляции выхлопных газов «грязнее», чем другие. Некоторые из них менее эффективны для предотвращения прохождения мельчайших кусочков масла углерод и другие частицы, которые в конечном итоге выпекаются на впускных каналах и клапанах. «Грязная» конструкция впуска или рециркуляции выхлопных газов может легко остаться незамеченной в обычном двигателе с впрыском через порт из-за эффекта очистки бензина, проходящего через впускные клапаны.Однако когда такие же конструкции двигателя адаптированы для заправки топливом с непосредственным впрыском, этот эффект очистки внезапно теряется — и могут образовываться слои углерода. Более новые реализации прямого впрыска разработаны вокруг этих проблем. Система Toyota D-4S, которая используется в некоторых ее автомобилях, таких как Scion FR-S и Lexus GS350, имеет второй набор портовых инжекторов (не прямых форсунок), которые работают только тогда, когда это необходимо для устранения накопления углерода. 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 № 10) и Стирлинга Мосса.Он использовал прямой восьмицилиндровый двигатель M196, изображенный выше (нажмите для увеличения разрешения). Он был первым, в котором использовались десмодромные клапаны и система впрыска топлива, разработанные инженерами Mercedes на основе опыта, накопленного в двигателях серии DB 600, используемых 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 поверхность цилиндра в своем прямом восьмицилиндровом M196 (оснащенном знаменитым гонщиком Mercedes-Benz W196 Formula 1), и благодаря этому выиграл чемпионаты мира в 1954 и 1955 годах.
В 2001 году Audi представила свой двухмоторный 3,6-литровый V8, выиграв в этом году Ле-Ман. К этому времени, конечно, многие другие производители стали видеть преимущества увеличения мощности (до 5%) и лучшего расхода топлива (до 15%). Но, как и многие вещи в жизни, такие улучшения не достигаются легко, и, хотя потенциальные выгоды от улучшения наполнения цилиндров и приготовления смеси очень привлекательны, для их достижения требуется много кропотливой работы по разработке.
Положение иглы форсунки в двух крайних положениях двигателя: на холостом ходу и при полной нагрузке.Вы можете увидеть разницу в разрыве -A-.На рисунке слева вы можете увидеть внутреннюю часть завихрителя наконечника инжектора и распыление вихревого инжектора высокого давления AlliedSignal, а также характеристики распыления вихревого инжектора высокого давления.Прибыль достигается за счет точного контроля количества и времени впрыска топлива, которые варьируются в зависимости от нагрузки двигателя. Добавление этой функциональности в ECU требует значительного улучшения обработки и памяти ECU, так как прямой впрыск плюс управление частотой вращения двигателя должны иметь очень точные алгоритмы для хорошей производительности и управляемости. Система управления двигателем постоянно |
выбирает среди карт двигателя внутреннего сгорания: обедненный, стехиометрический, полную мощность и несколько промежуточных. Каждый режим характеризуется воздушно-топливным отношением. Стехиометрическое воздушно-топливное отношение для бензина составляет 14,7: 1 по массе (массе), но в режиме обеднения может использоваться соотношение до 50: 1. Режим обедненного горения или слоистого заряда используется в условиях 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 — для быстрого ускорения и больших нагрузок.
Форсунки в двигателе с впрыском топлива в порт (MPFI) могут подавать (впрыскивать) топливо почти на все 720 градусов вращения коленчатого вала (при более низких оборотах они время от времени закрываются, но при более высоких оборотах они могут быть открыты до 720 градусов). ). Это приемлемо, поскольку топливно-воздушная смесь, заполняющая впускные отверстия, поступает в камеры сгорания только тогда, когда впускной клапан открыт.В двигателе DI впрыск не может начаться даже до тех пор, пока не откроется впускной клапан, и только тогда, когда нет шансов, что топливо выйдет через выпускной клапан во время перекрытия клапана. Следовательно, начало впрыска будет во время или близко ко времени закрытия выпускного клапана. |
В двигателе с впрыском через порт топливо может впрыскиваться в течение большей части четырехтактного цикла, причем впрыск заканчивается, когда впускной клапан закрывается. Скажем, при 10000 об / мин этот период впрыска может составлять порядка 12 мс.В двигателе DI впрыск не может начаться даже до тех пор, пока не откроется впускной клапан, и только тогда, когда нет шансов, что топливо выйдет через выпускной клапан во время перекрытия клапана. Следовательно, начало впрыска будет во время или близко ко времени закрытия выпускного клапана. После впрыска топливу нужно дать достаточно времени для испарения, чтобы создать горючую смесь, прежде чем она может быть запущена искрой. При тех же 10000 об / мин время, когда это происходит, приближается к 1,6 мс. Увеличение частоты вращения двигателя до максимальной, которая теперь разрешена в Формуле 1 (15000 об / мин), еще больше сокращает это время для испарения и перемешивания.
В Формуле 1 это не такая большая проблема, поскольку согласно новым правилам 2014 года давление в топливной рампе составляет максимум 500 бар, что значительно выше, чем в других применениях DI. Тем не менее, с 15.000 об / мин для получения правильной воздушно-топливной смеси в правильное время в цикле двигателя, последовательно с положением поршня, и для обеспечения того, чтобы эта смесь быстро и полностью горела в цилиндре диаметром 80 мм, требуется много понимания поток воздуха в цилиндре. Это, а также прохождение фронта пламени через камеру сгорания шириной 80 мм требует гораздо большего знания потоков в цилиндрах в любой конкретный момент, чем с нашим двигателем с впрыском через порт.Будут проведены бесчисленные часы работы CFD для моделирования смешивания воздуха и топлива.
Гонка за максимальную производительность из разрешенных 100 кг топлива началась.
Перейти к началу страницы
,косвенных и дизелей прямого впрыска
дизель с непосредственным впрыском и дизель с прямым впрыском
IDI против DI
IDI — дизель с косвенным впрыском
В дизельных двигателяхIDI используется камера предварительного сгорания, обычно называемая вихревой камерой или форкамерой. Топливо впрыскивается в форкамеру, где оно быстро смешивается с воздухом и происходит самовоспламенение. Поскольку фронт пламени расширяется в предварительной камере, он заставляет топливо быстро входить в камеру сгорания, эффективно смешивая топливо с воздухом в цилиндре, и распыление достигается.Свеча накаливания также расположена в предкамере, и форма поршней в IDI, как правило, напоминает бензиновый двигатель.
DI — дизель с прямым впрыском
Дизельные двигателиDI впрыскивают топливо непосредственно в камеру сгорания, прямо в верхнюю часть поршня. В поршнях двигателя DI обычно вмонтирована чаша или чашка, в которую направлено топливо. Двигатели DI работают при более высоких давлениях впрыска, и, следовательно, происходит более полное распыление, что означает, что эти двигатели не требуют предварительной камеры для обеспечения надлежащей диффузии топлива в воздух.
ДвигателиIDI остались в прошлом, поскольку дизель с непосредственным впрыском топлива работает с гораздо более высокой эффективностью, значительно более низким уровнем выбросов и большей производительностью. Это, однако, не означает, что использованные модели потеряли свой блеск. Двигатели IDI 80-х и 90-х годов не обладают современной сложностью и поэтому относительно просты и недороги в обслуживании. Отсутствие электроники и средств контроля за выбросами способствует большей надежности двигателей IDI, поскольку система гораздо менее сложна.Кроме того, пикапы, оснащенные IDI, обычно можно купить дешево на подержанном рынке. Несмотря на привлекательность более старых дизелей IDI, дизельные двигатели с прямым впрыском, как правило, имеют следующие преимущества по сравнению с сопоставимым аналогом IDI:
• Более высокий тепловой КПД
• Снижение выбросов NOx и твердых частиц (сажи)
• Низкий уровень шума, вибрации и резкости (NVH)
• Большой потенциал производительности
• Большая производительность на большой высоте (по сравнению с безнаддувными двигателями IDI)
,