+7(980)249-22-27

+7(473)257-38-33, +7(950)764-71-79

г. Воронеж, ул. Вокзальная, 41а (ул. Транспортная)

 Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Главная Оценка Контакты Отзывы
Главная » Разное » Как работает инжекторная система впрыска бензинового двигателя

Как работает инжекторная система впрыска бензинового двигателя


его достоинства, виды, конструктивные особенности

Сейчас практически на любом бензиновом моторе легкового автомобиля, используется инжекторная система питания, которая пришла на смену карбюратору. Инжектор благодаря ряду рабочих характеристик превосходит карбюраторную систему, поэтому он является более востребованным.

Немного истории

Активно устанавливаться такая система питания на автомобилях стала со средины 80-х годов, когда начали вводиться нормы экологичности выбросов. Сама идея инжекторной системы впрыска топлива появилась значительно раньше, еще в 30-х годах. Но тогда основная задача крылась не в экологичном выхлопе, а повышении мощности.

Первые инжекторные системы применялись в боевой авиации. На то время, это была полностью механическая конструкция, которая вполне неплохо выполняла свои функции. С появлением реактивных двигателей, инжекторы практически перестали использоваться в военной авиатехнике. На автомобилях же механический инжектор особо распространения не получил, поскольку он не мог полноценно выполнять возложенные функции. Дело в том, что режимы двигателя автомобиля меняются значительно чаще, чем у самолета, и механическая система не успевала своевременно подстраиваться под работу мотора. В этом плане карбюратор выигрывал.

Но активное развитие электроники дало «вторую жизнь» инжекторной системе. И немаловажную роль в этом сыграла борьба за уменьшение выброса вредных веществ. В поисках замены карбюратору, который уже не соответствовал нормативам экологии, конструкторы вернулись к инжекторной системе впрыска топлива, но кардинально пересмотрели ее работу и конструкцию.

Что такое инжектор и чем он хорош

Инжектор дословно переводится как «впрыскивание», поэтому второе название его – система впрыска с помощью специальной форсунки. Если в карбюраторе топливо подмешивалось к воздуху за счет разрежения, создаваемого в цилиндрах мотора, то в инжекторном моторе бензин подается принудительно. Это самое кардинальное различие между карбюратором и инжектором.

Достоинствами инжекторного двигателя, относительно карбюраторных, такие:

  1. Экономичность расхода;
  2. Лучший выход мощности;
  3. Меньшее количество вредных веществ в выхлопных газах;
  4. Легкость пуска мотора при любых условиях.

И достигнуть этого всего удалось благодаря тому, что бензин подается порционно, в соответствии с режимом работы мотора. Из-за такой особенности в цилиндры мотора поступает топливовоздушная смесь в оптимальных пропорциях. В результате, практически на всех режимах работы силовой установки в цилиндрах происходит максимально возможное сгорание топлива с меньшим содержанием вредных веществ и повышенным выходом мощности.

Видео: Принцип работы системы питания инжекторного двигателя

Виды инжекторов

Первые инжекторы, которые массово начали использовать на бензиновых моторах все еще были механическими, но у них уже начал появляться некоторые электронные элементы, способствовавшие лучшей работе мотора.

Современная же инжекторная система включает в себя большое количество электронных элементов, а вся работа системы контролируется контроллером, он же электронный блок управления.

Всего существует три типа инжекторных систем впрыска, различающихся по типу подачи топлива:

  1. Центральная;
  2. Распределенная;
  3. Непосредственная.
  1. Центральная

Центральная инжекторная система сейчас уже является устаревшей. Суть ее в том, что топливо впрыскивается в одном месте – на входе во впускной коллектор, где оно смешивается с воздухом и распределяется по цилиндрам. В данном случае, ее работа очень схожа с карбюратором, с единственной лишь разницей, что топливо подается под давлением. Это обеспечивает его распыление и более лучшее смешивание с воздухом. Но ряд факторов мог повлиять на равномерную наполняемость цилиндров.

Центральная система отличалась простотой конструкции и быстрым реагированием на изменение рабочих параметров силовой установки. Но полноценно выполнять свои функции она не могла Из-за разности наполнения цилиндров не удавалось добиться нужного сгорания топлива в цилиндрах.

2. Распределенная

Распределенный впрыск топлива

Распределенная система – на данный момент самая оптимальная и используется на множестве автомобилей. У такого типа  инжекторных двигателей топливо подается отдельно для каждого цилиндра, хоть и впрыскивается оно тоже во впускной коллектор. Чтобы обеспечить раздельную подачу, элементы, которыми подается топливо, установлены рядом с головкой блока, и бензин подается в зону работы клапанов.

Благодаря такой конструкции, удается добиться соблюдения пропорций топливовоздушной смеси для обеспечения нужного горения. Автомобили с такой системой являются более экономичными, но при этом выход мощности – больше, да и окружающую среду они загрязняют меньше.

К недостаткам распределенной системы относится более сложная конструкция и чувствительность к качеству топлива.

3. Непосредственная

Система непосредственного впрыска топлива

Система непосредственного впрыска на данный момент – самая совершенная. Она отличается тем, что топливо впрыскивается непосредственно в цилиндры, где уже и происходит смешивание его с воздухом. Эта система по принципу работы очень схожа с дизельной. Она позволяет еще больше снизить потребление бензина и обеспечивает больший выход мощности, но она сложная по конструкции и очень требовательна к качеству бензина.

Конструкция и принцип работы инжектора

Поскольку система распределенного впрыска – самая распространенная, то на именно на ее примере рассмотрим конструкцию и принцип работы инжектора.

Условно эту систему можно разделить на две части – механическую и электронную. Первую дополнительно можно назвать исполнительной, поскольку благодаря ей обеспечивается подача компонентов топливовоздушной смеси в цилиндры. Электронная же часть обеспечивает контроль и управление системой.

Механическая составляющая инжектора

Система питания автомобилей ВАЗ 2108, 2109, 21099

К механической части инжектора относится:

  • топливный бак;
  • электрический бензонасос;
  • фильтр очистки бензина;
  • топливопроводы высокого давления;
  • топливная рампа;
  • форсунки;
  • дроссельный узел;
  • воздушный фильтр.

Конечно, это не полный список составных частей. В систему могут быть включены дополнительные элементы, выполняющие те или иные функции, все зависит от конструктивного исполнения силового агрегата и системы питания. Но указанные элементы являются основными для любого двигателя с инжектором распределенного впрыска.

Видео: Инжектор

Принцип работы инжектора

Что касается назначения каждого из них, то все просто. Бак является емкостью для бензина, где он хранится и подается в систему. Электробензонасос располагается в баке, то есть забор топлива производится непосредственно им, причем этот элемент обеспечивает подачу топлива под давлением.

Далее в систему установлен топливный фильтр, обеспечивающий очистку бензина от сторонних примесей.  Поскольку бензин находится под давлением, то передвигается он по топливопроводу высокого давления.

Для предотвращения превышения давления, в систему входит регулятор давления. От фильтра, через него по топливопроводам бензин движется в топливную рампу, соединенной со всеми форсунками. Сами же форсунки устанавливаются во впускном коллекторе, недалеко от клапанных узлов цилиндров.

Раньше форсунки были полностью механическими, и срабатывали они от давления топлива. При достижении определенного значения давления топливо, преодолевая усилие пружины форсунки, открывало клапан подачи и впрыскивалось через распылитель.

Устройство электромагнитной форсунки

Современная форсунка – электромагнитная. В ее основе лежит обычный соленоид, то есть проволочная обмотка и якорь. При подаче электрического импульса, который поступает от ЭБУ, в обмотке образуется магнитное поле, воздействующее на сердечник, заставляя его переместиться, преодолев усилие пружины, и открыть канал подачи. А поскольку бензин подается в форсунку под давлением, то через открывшийся канал и распылитель бензин поступает в коллектор.

С другой стороны через воздушный фильтр в систему засасывается воздух. В патрубке, по котором движется воздух, установлен дроссельный узел с заслонкой. Именно на эту заслонку и воздействует водитель, нажимая на педаль акселератора. При этом он просто регулирует количество воздуха, подаваемого в цилиндры, а вот на дозировку топлива водитель вообще никакого воздействия не имеет.

Электронная составляющая

Основным элементом электронной части инжекторной системы подачи топлива является электронный блок, состоящий из контролера и блока памяти. В конструкцию также входит большое количество датчиков, на основе показаний которых ЭБУ выполняет управление системой.

Для своей работы ЭБУ использует показания датчиков:

  1. Лямбда-зонд . Это датчик, который определяет остатки несгоревшего воздуха в выхлопных газах. На основе показаний лямбда-зонда ЭБУ оценивает как соблюдается смесеобразование в необходимых пропорциях. Устанавливается в выпускной системе авто.
  2. Датчик массового расхода воздуха (аббр. ДМРВ). Этим датчиком определяется количество проходящего через дроссельный узел воздуха при всасывании его цилиндрами. Расположен в корпусе воздушного фильтрующего элемента;
  3. Датчик положения дроссельной заслонки (аббр. ДПДЗ). Этот датчик подает сигнал о положении педали акселератора. Установлен в дроссельном узле;
  4. Датчик температуры силовой установки. На основе показаний этого элемента регулируется состав смеси в зависимости от температуры мотора. Располагается возле термостата;
  5. Датчик положения коленчатого вала (аббр. ДПКВ). На основе показаний этого датчика определяется цилиндр, в который необходимо подать порцию топлива, время подачи бензина, и искрообразование. Установлен возле шкива коленчатого вала;
  6. Датчик детонации. Необходим для выявления образования детонационного сгорания и принятия мер для его устранения. Расположен на блоке цилиндров;
  7. Датчик скорости. Нужен для создания импульсов, по которым высчитывается скорость движения авто. На основе его показаний делается корректировка топливной смеси. Установлен на коробке передач;
  8. Датчик фаз. Он предназначен для определения углового положения распредвала. На некоторых автомобилях может отсутствовать. При наличии этого датчика в двигателе выполняется фазированный впрыск, то есть, импульс на открытие поступает только для конкретной форсунки. Если этого датчика нет, то форсунки работают в парном режиме, когда сигнал на открытие подается сразу на две форсунки. Установлен в головке блока;

Теперь коротко от том, как все работает. Элекробензонасос заполняет всю систему топливом. Контролер получает показания от все датчиков, сравнивает их с данными, занесенными в блок памяти. При несовпадении показаний, он корректирует работу системы питания двигателя так, чтобы добиться максимального совпадения получаемых данных с занесенными в блок памяти.

Что касается подачи топлива, то на основе данных от датчиков, контролером высчитывается время открытия форсунок, чтобы обеспечить оптимальное количество подаваемого бензина для создания топливовоздушной смеси в необходимой пропорции.

При поломке какого-то из датчиков, контролер переходит в аварийный режим. То есть, он берет усредненное значение показаний неисправного датчика и использует их для работы. При этом возможно изменение функционирование мотора – увеличивается расход, падает мощность, появляются перебои в работы. Но это не касается ДПКВ, при его поломке, двигатель функционировать не может.

Как работает система впрыска топлива

Для двигатель для бесперебойной и эффективной работы необходимо обеспечить необходимое количество топливо смесь воздуха в соответствии с широким спектром требований.

Система впрыска топлива

Автомобили с бензиновым двигателем используют непрямой впрыск топлива. Топливный насос отправляет бензин в отсек двигателя, а затем инжектор впрыскивает его во впускной коллектор. Для каждого цилиндра имеется либо отдельный инжектор, либо один или два инжектора во впускной коллектор.

Традиционно топливно-воздушная смесь контролируется карбюратор инструмент, который ни в коем случае не совершенен.

Его основным недостатком является то, что один карбюратор, снабжающий цилиндр двигатель не может дать каждому цилиндру одинаковую топливно-воздушную смесь, поскольку некоторые цилиндры находятся дальше от карбюратора, чем другие.

Одним из решений является поместиться двойные карбюраторы, но их сложно правильно настроить. Вместо этого многие автомобили в настоящее время оснащены двигателями с впрыском топлива, где топливо доставляется точными выбросами.Оснащенные таким образом двигатели обычно более эффективны и мощнее карбюраторных, они также могут быть более экономичными, а также менее токсичными. выбросы ,

Впрыск дизельного топлива

впрыск топлива система в бензиновых автомобилях всегда косвенная, бензин впрыскивается во впускной многообразие или входной порт, а не прямо в камеры сгорания , Это гарантирует, что топливо хорошо смешивается с воздухом до его попадания в камеру.

Много дизельные двигатели Однако используйте прямой впрыск, при котором дизель впрыскивается непосредственно в цилиндр, заполненный сжатым воздухом. Другие используют косвенный впрыск, при котором дизельное топливо впрыскивается в специальную камеру предварительного сгорания, которая имеет узкий проход, соединяющий его с крышка цилиндра ,

Только воздух втягивается в цилиндр. Так сильно греется компрессия что распыленное топливо впрыскивается в конце такт сжатия самостоятельно воспламеняется.

Основная инъекция

Все современные системы впрыска бензина используют непрямой впрыск. Специальный насос отправляет топливо под давление из топливный бак в машинный отсек, где, находясь под давлением, он распределяется индивидуально по каждому цилиндру.

В зависимости от конкретной системы топливо подается во впускной коллектор или во впускной канал через инжектор , Это работает так же, как спрей сопло из шланг , гарантируя, что топливо выходит в виде мелкого тумана.Топливо смешивается с воздухом, проходящим через впускной коллектор или порт, и топливно-воздушная смесь поступает в сгорание камера.

Некоторые автомобили имеют многоточечный впрыск топлива, где каждый цилиндр питается от своего инжектора. Это сложно и может быть дорого. Чаще всего используется одноточечный впрыск, когда один инжектор подает все цилиндры, или один инжектор на каждые два цилиндра.

Форсунки

Форсунки, через которые распыляется топливо, вкручиваются сначала в форсунки либо во впускной коллектор, либо в головку цилиндров и расположены под углом так, что распыление топлива запускается по направлению к впускному отверстию. клапан ,

Инжекторы одного из двух типов, в зависимости от системы впрыска. Первая система использует непрерывный впрыск где топливо впрыскивается во впускной канал все время работы двигателя. Инжектор просто действует как распылительная форсунка, разбивая топливо на мелкие брызги - он фактически не контролирует поток топлива. Количество распыляемого топлива увеличивается или уменьшается с помощью механического или электрического блока управления - другими словами, это все равно что включать и выключать кран.

Другая популярная система синхронизированный впрыск (импульсный впрыск) где топливо доставляется пакетами, чтобы совпасть с индукционный инсульт цилиндра. Как и в случае непрерывного впрыска, синхронизированный впрыск также может контролироваться либо механически, либо электронно.

Самые ранние системы были с механическим управлением. Их часто называют впрыском бензина (сокращенно PI), а поток топлива контролируется механическим регулятором в сборе. Эти системы страдают недостатками механической сложности и плохой реакцией на отключение газа.

Механические системы в настоящее время в значительной степени заменены электронный впрыск топлива (для краткости известен как EFi). Это благодаря повышению надежности и снижению стоимости электронных систем управления.

Типы топливных форсунок

A механическая топливная форсунка

Могут быть установлены два основных типа инжекторов, в зависимости от того, механически или электронно управляется система впрыска.В механической системе инжектор Подпружиненный в закрытое положение и открывается давлением топлива.

Электронный инжектор

Инжектор в электронной системе также закрыт пружиной, но открывается электромагнит встроенный в корпус инжектора. электронный блок управления определяет, как долго инжектор остается открытым.

Механический впрыск топлива

Lucas механическая система впрыска топлива

В системе Lucas топливо из бака подается под высоким давлением в топливный аккумулятор.Оттуда он проходит в распределитель топлива, который посылает взрыв топлива в каждый инжектор, откуда он запускается во впускной канал. Поток воздуха контролируется откидным клапаном, который открывается в ответ на педаль акселератора. Когда воздушный поток увеличивается, распределитель топлива автоматически увеличивает поток топлива к инжекторам, чтобы правильно сбалансировать топливовоздушную смесь. Для холодного запуска, дросселя на приборной панели или, на более поздних моделях, микропроцессорного блока управления вводит в действие специальный инжектор холодного запуска, который впрыскивает дополнительное топливо для создания более богатой смеси.Как только двигатель прогрелся до определенной температуры, термовыключатель автоматически отключает инжектор холодного запуска.

Механический впрыск топлива использовался в 1960-х и 1970-х годах многими производителями на своих спортивных автомобилях и спортивных седанах. Одним из типов, установленным на многих британских автомобилях, включая Triumph TR6 PI и 2500 PI, была система Lucas PI, представляющая собой систему времени.

А высокого давления электрический топливный насос рядом с топливным баком установлены насосы топлива под давлением 100 фунтов на квадратный дюйм до уровня топлива аккумулятор ,Это в основном краткосрочный резервуар это поддерживает постоянное давление подачи топлива, а также пропускает импульсы топлива, поступающие из насоса.

Из аккумулятор топливо проходит через бумагу элемент фильтр и затем подается в блок управления дозированием топлива, также известный как распределитель топлива , Это устройство управляется из распределительный вал и его работа, как следует из названия, заключается в распределении топлива для каждого цилиндра, в правильное время и в правильных количествах.

Количество впрыскиваемого топлива контролируется откидным клапаном, расположенным на воздухозаборнике двигателя.Заслонка находится под блоком управления, поднимается и опускается в ответ на поток воздуха - когда вы открываете дроссель, «всасывание» из цилиндров увеличивает поток воздуха, и заслонка поднимается. Это изменяет положение челночного клапана в блоке управления дозированием, позволяя большему количеству топлива попадать в цилиндры.

Из дозатора топливо подается по очереди к каждому из форсунок. Затем топливо впрыскивается во впускное отверстие в головке цилиндров. Каждый инжектор содержит подпружиненный клапан, который удерживается закрытым под действием давления пружины.Клапан открывается только тогда, когда впрыскивается топливо.

Для холодного запуска нельзя просто перекрыть часть воздушного потока, чтобы обогатить топливно-воздушную смесь, как вы можете с помощью карбюратора. Вместо ручного управления на приборной панели (напоминающей ручку воздушной заслонки) или, на более поздних моделях, data-term-id = "1915"> микропроцессор

,

Бензин с непосредственным впрыском - Wikipedia

Двигатель GDI

от автомобиля BMW (топливная форсунка расположена над красным треугольником)

Бензин с непосредственным впрыском ( GDI ), также известный как Бензин с непосредственным впрыском ( PDI ), [1] - это система формирования смеси для двигателей внутреннего сгорания, работающих на бензине (бензине), где топливо впрыскивается в камеру сгорания. Это отличается от систем впрыска топлива в коллектор, которые впрыскивают топливо во впускной коллектор.

Использование GDI может помочь повысить эффективность двигателя и удельную мощность, а также снизить выбросы выхлопных газов. [2]

Первый двигатель GDI, который был запущен в производство, был представлен в 1925 году для двигателя малой компрессии. Несколько немецких автомобилей использовали механическую систему GDI Bosch в 1950-х годах, однако использование этой технологии оставалось редким, пока в 1996 году Mitsubishi не внедрила электронную систему GDI для серийных автомобилей. В последние годы GDI быстро завоевал популярность в автомобильной промышленности, увеличившись в США с 2.3% производства автомобилей 2008 модельного года и примерно 50% в 2016 модельном году. [3] [4]

Принцип действия [править]

режимов зарядки [править]

«Режим зарядки» двигателя с непосредственным впрыском означает, как топливо распределяется по камере сгорания:

  • «Режим гомогенного заряда» обеспечивает равномерное смешивание топлива с воздухом по всей камере сгорания в соответствии с впрыском коллектора.
  • Режим стратифицированного заряда имеет зону с большей плотностью топлива вокруг свечи зажигания и более жидкую смесь (меньшую плотность топлива) дальше от свечи зажигания.
Режим однородного заряда [править]

В режиме однородного заряда двигатель работает на однородной воздушно-топливной смеси (λ = 1 {\ displaystyle \ lambda = 1}), а это означает, что (почти идеальная) смесь топлива и воздуха в цилиндр. Топливо впрыскивается в самом начале такта впуска, чтобы дать впрыскиваемому топливу наибольшее время для смешивания с воздухом, чтобы образовалась однородная воздушно-топливная смесь. [5] Этот режим позволяет использовать обычный трехходовой катализатор для обработки выхлопных газов. [6]

По сравнению с впрыском в коллектор, КПД топлива очень незначительно повышается, но удельная выходная мощность лучше, [7] , поэтому гомогенный режим полезен для так называемого уменьшения числа оборотов двигателя. [6] В большинстве бензиновых двигателей легковых автомобилей с прямым впрыском используется режим однородного заряда. [8] [9]

Режим стратифицированного заряда [править]

Режим стратифицированного заряда создает небольшую зону топливовоздушной смеси вокруг свечи зажигания, которая окружена воздухом в остальной части цилиндра.Это приводит к тому, что в цилиндр впрыскивается меньше топлива, что приводит к очень высоким общим воздушно-топливным отношениям λ> 8 {\ displaystyle \ lambda> 8}, [10] со средним воздушно-топливным отношением λ = 3. .5 {\ displaystyle \ lambda = 3 ... 5} при средней нагрузке и λ = 1 {\ displaystyle \ lambda = 1} при полной загрузке. [11] В идеале дроссельная заслонка должна оставаться максимально открытой, чтобы избежать потерь на дросселирование. Крутящий момент затем устанавливается исключительно посредством качественного управления крутящим моментом, что означает, что манипулируют только количеством впрыскиваемого топлива, но не количеством всасываемого воздуха, чтобы установить крутящий момент двигателя.Режим стратифицированного заряда также удерживает пламя вдали от стенок цилиндра, снижая тепловые потери. [12]

Поскольку слишком бедные смеси нельзя зажигать свечой зажигания (из-за нехватки топлива), необходимо наслоить заряд (например, небольшая зона топливовоздушной смеси вокруг свечи зажигания должна быть созданным). [13] Для достижения стратифицированного заряда двигатель со стратифицированным зарядом впрыскивает топливо во время последних стадий такта сжатия. «Вихревая полость» в верхней части поршня часто используется для направления топлива в зону вокруг свечи зажигания.Этот метод позволяет использовать сверхлегкие смеси, которые были бы невозможны с карбюраторами или обычным впрыском топлива в коллектор. [14]

Режим стратифицированного заряда (также называемый режимом «ультра обедненного горения») используется при низких нагрузках, чтобы снизить расход топлива и выбросы выхлопных газов. Однако режим стратифицированного заряда отключается для более высоких нагрузок, при этом двигатель переключается в гомогенный режим со стехиометрическим соотношением воздух-топливо λ = 1 {\ displaystyle \ lambda = 1} для умеренных нагрузок и более высоким соотношением воздух-топливо при более высокие нагрузки. [15]

Теоретически, режим стратифицированного заряда может дополнительно повысить эффективность использования топлива и снизить выбросы отработавших газов, [16] , однако на практике концепция слоистого заряда не имеет существенных преимуществ по эффективности по сравнению с обычным гомогенным концепция заряда, но из-за присущего ей обедненного горения образуется больше оксидов азота, [17] , которые иногда требуют адсорбера NOx в выхлопной системе для соответствия нормам выбросов. [18] Использование адсорберов NOx может потребовать топлива с низким содержанием серы, поскольку сера препятствует нормальной работе адсорберов NOx. [19] GDI двигатели с многослойным впрыском топлива также могут производить большее количество твердых частиц, чем коллекторные двигатели с впрыском, [20] иногда требуют сажевых фильтров в выхлопных газах (аналогично дизельному сажевому фильтру), чтобы удовлетворить выбросы автомобилей. правила. [21] Поэтому несколько европейских автопроизводителей отказались от концепции расслоенного заряда или вообще не использовали ее, например, бензиновый двигатель Renault 2.0 IDE 2000 года (F5R), который никогда не поставлялся с режимом расслоенного заряда, [22 ] или двигатели BMW N55 и Mercedes-Benz M256 2009 года, отказавшиеся от режима фиксированного заряда, используемого их предшественниками.Volkswagen Group использовала многослойный впрыск топлива в безнаддувных двигателях с маркировкой FSI , однако эти двигатели получили обновление блока управления двигателем для отключения режима послойного заряда. [23] Двигатели Volkswagen с турбонаддувом с маркировкой TFSI и TSI всегда использовали гомогенный режим. [24] Как и последние двигатели VW, в более новых бензиновых двигателях с непосредственным впрыском (начиная с 2017 года) обычно также используется более обычный режим с однородным зарядом в сочетании с переменным временем газораспределения для получения хорошей эффективности.Концепции стратифицированного заряда в основном были заброшены. [25]

режимов впрыска [править]

Распространенными методами для создания желаемого распределения топлива по камере сгорания являются либо 9004 с воздушным напылением, с воздушным приводом, либо впрыск с настенным управлением. В последние годы наблюдается тенденция к впрыску с помощью распылителя, поскольку в настоящее время это приводит к повышению эффективности использования топлива.

Прямой впрыск с настенным управлением [править]

В двигателях с настенным впрыском расстояние между свечой зажигания и соплом относительно велико.Чтобы приблизить топливо к свече зажигания, оно распыляется на вихревую полость в верхней части поршня (как показано на рисунке двигателя Ford EcoBoost справа), которая направляет топливо к свече зажигания. Специальные вихревые или вихревые воздухозаборники помогают этому процессу. Время впрыска зависит от скорости поршня, поэтому при более высоких скоростях поршня время впрыска и время зажигания должны быть очень точными. При низких температурах двигателя некоторые части топлива на относительно холодном поршне настолько сильно охлаждаются, что не могут сгореть должным образом.При переключении с низкой нагрузки двигателя на среднюю загрузку двигателя (и, следовательно, ускорения момента впрыска), некоторые части топлива могут в конечном итоге впрыснуться за вихревую полость, что также приведет к неполному сгоранию. [26] Поэтому двигатели с непосредственным впрыском через стенку могут страдать от высоких выбросов углеводородов. [27]

прямой впрыск с воздушным приводом [править]

Как и в двигателях с настенным впрыском, в двигателях с воздушным впрыском расстояние между свечой зажигания и форсункой относительно велико.Тем не менее, в отличие от двигателей с впрыском топлива со стенкой, топливо не соприкасается с (относительно) холодными частями двигателя, такими как стенка цилиндра и поршень. Вместо распыления топлива на вихревую полость в инжекторных двигателях с воздушным управлением топливо направляется к свече зажигания исключительно через всасываемый воздух. Поэтому для подачи топлива к свече зажигания впускной воздух должен иметь специальное вихревое или опрокидывающее движение. Это вихревое или опрокидывающее движение должно сохраняться в течение относительно длительного периода времени, чтобы все топливо выталкивалось в направлении свечи зажигания.Это, однако, снижает эффективность зарядки двигателя и, следовательно, выходную мощность. На практике используется комбинация впрыска воздуха и стены. [28] Существует только один двигатель, который опирается только на пневматический впрыск. [29]

прямой впрыск с распылителем [править]

В двигателях с непосредственным впрыском через распылитель расстояние между свечой зажигания и соплом впрыска относительно невелико. И форсунка, и свеча зажигания расположены между клапанами цилиндра.Топливо впрыскивается во время последних стадий такта сжатия, вызывая очень быстрое (и неоднородное) образование смеси. Это приводит к большим градиентам расслоения топлива, что означает наличие облака топлива с очень низким воздушным отношением в его центре и очень высоким воздушным отношением по его краям. Топливо можно зажечь только между этими двумя "зонами". Зажигание происходит практически сразу после впрыска, чтобы повысить КПД двигателя. Свеча зажигания должна быть расположена таким образом, чтобы она находилась именно в той зоне, где смесь воспламеняется.Это означает, что производственные допуски должны быть очень низкими, потому что только очень небольшое смещение может привести к резкому ухудшению качества горения. Кроме того, топливо охлаждает свечу зажигания непосредственно перед тем, как оно подвергается воздействию тепла сгорания. Таким образом, свеча зажигания должна очень хорошо выдерживать тепловые удары. [30] При низких скоростях поршня (и двигателя) относительная скорость воздуха / топлива низкая, что может привести к тому, что топливо не испарится должным образом, что приведет к очень богатой смеси. Богатые смеси не сгорают должным образом и вызывают накопление углерода. [31] При высоких скоростях поршня топливо распространяется дальше внутри цилиндра, что может вытолкнуть воспламеняющиеся части смеси так далеко от свечи зажигания, что больше не сможет воспламенить смесь воздуха и топлива. [32]

Сопутствующие технологии [править]

Другие устройства, которые используются для дополнения GDI при создании стратифицированного заряда, включают в себя регулировку фаз газораспределения, регулировку подъема клапана и впускной коллектор переменной длины. [33] Кроме того, рециркуляция отработавших газов может использоваться для уменьшения выбросов с высоким содержанием оксида азота (NOx), которые могут возникнуть в результате сверхлегкого сгорания. [34]

Недостатки [править]

Бензин с непосредственным впрыском не обеспечивает очистку клапана, которая обеспечивается при подаче топлива в двигатель перед цилиндром. [35] В двигателях без GDI бензин, проходящий через впускной канал, действует как очищающее средство от загрязнений, таких как распыленное масло. Отсутствие моющего действия может привести к увеличению отложений углерода в двигателях GDI.

Способность вырабатывать пиковую мощность при высоких оборотах двигателя (об / мин) более ограничена для GDI, поскольку для впрыска необходимого количества топлива имеется более короткий период времени.При впрыске коллектора (а также карбюраторах и впрыске топлива в корпус дроссельной заслонки) топливо может добавляться в смесь всасываемого воздуха в любое время. Однако двигатель GDI ограничен впрыском топлива во время фаз впуска и сжатия. Это становится ограничением при высоких оборотах двигателя (об / мин), когда продолжительность каждого цикла сгорания короче. Чтобы преодолеть это ограничение, некоторые двигатели GDI (например, двигатели Toyota 2GR-FSE V6 и Volkswagen EA888 I4) также имеют ряд топливных инжекторов для подачи дополнительного топлива на высоких оборотах.Эти коллекторные топливные инжекторы также помогают в очистке углеродистых отложений от системы впуска.

Бензин не обеспечивает такой же уровень смазки для компонентов инжектора, как дизель, что иногда становится ограничивающим фактором в давлениях впрыска, используемых двигателями GDI. Давление впрыска двигателя GDI обычно ограничено приблизительно 20 МПа (2,9 тыс. Фунтов / кв. Дюйм), чтобы предотвратить чрезмерный износ инжекторов. [36]

Неблагоприятные последствия для климата и здоровья [править]

Хотя этой технологии приписывают повышение эффективности использования топлива и снижение выбросов CO 2 , двигатели GDI производят больше аэрозолей черного углерода, чем традиционные двигатели с впрыском топлива в порту.Сильный поглотитель солнечного излучения, черный углерод обладает значительными климатическими свойствами. [37]

В исследовании, опубликованном в январе 2020 года в журнале Environmental Science and Technology , группа исследователей из Университета Джорджии (США) предсказала, что увеличение выбросов черного углерода от транспортных средств с двигателями GDI увеличить потепление климата в городских районах США на величину, которая значительно превышает охлаждение, связанное с сокращением выбросов CO 2 .Исследователи также считают, что переход от традиционных двигателей с впрыском топлива в порт (PFI) к использованию технологии GDI почти удвоит уровень преждевременной смертности, связанной с выбросами транспортных средств, с 855 смертей в год в Соединенных Штатах до 1599. Они оценивают ежегодную социальную стоимость этих преждевременных смертей в 5,95 миллиардов долларов. [38]

История [править]

1916-1938 [править]

Хотя прямой впрыск стал широко использоваться в бензиновых двигателях только с 2000 года, дизельные двигатели использовали топливо, непосредственно впрыскиваемое в камеру сгорания (или камеру предварительного сгорания), начиная с первого успешного прототипа в 1894 году.

Ранний прототип двигателя GDI был построен в Германии в 1916 году для самолета Junkers. Первоначально двигатель разрабатывался как дизельный двигатель, однако он перешел на бензин, когда военное министерство Германии постановило, что авиационные двигатели должны работать либо на бензине, либо на бензоле. Будучи двухтактным двигателем со сжатием картера, осечка может разрушить двигатель, поэтому Junkers разработала систему GDI для предотвращения этой проблемы. Демонстрация этого прототипа двигателя для должностных лиц авиации была проведена незадолго до прекращения разработки из-за окончания Первой мировой войны. [39]

Первым двигателем прямого впрыска, в котором для производства использовался бензин (помимо других видов топлива), был двигатель Хессельмана 1925-1947 годов, который был построен в Швеции для грузовых автомобилей и автобусов. [40] [41] Как гибрид между циклом Отто и двигателем с дизельным циклом, он может работать на различных видах топлива, включая бензин и мазут. Двигатели Hesselman использовали принцип сверхлегкого горения и впрыскивали топливо в конце такта сжатия, а затем зажигали его свечой зажигания.Из-за низкой степени сжатия двигатель Hesselman может работать на более дешевых тяжелых топливных маслах, однако неполное сгорание привело к образованию большого количества дыма.

1939-1995 [править]

Во время Второй мировой войны большинство немецких авиационных двигателей использовали GDI, такие как радиальный двигатель BMW 801, двигатели Daimler-Benz DB 601, DB 603 и DB 605 V12, а также Junkers Jumo 210G, Jumo 211 и Jumo 213 V12. двигатели. Другими авиационными двигателями для использования GDI были радиальный двигатель Шевцова АШ-82ФНВ и американский радиальный двигатель Wright R-3350 Duplex Cyclone .

Немецкая компания Bosch с 1930-х годов разрабатывает механическую систему GDI для автомобилей [42] , а в 1952 году она была представлена ​​на двухтактных двигателях Goliath GP700 и Gutbrod Superior. Эта система была в основном дизельным насосом прямого впрыска высокого давления с настроенным впускным дроссельным клапаном. Эти двигатели давали хорошие характеристики и имели на 30% меньший расход топлива по сравнению с карбюраторной версией, в основном при низких нагрузках двигателя. [42] Дополнительным преимуществом системы было наличие отдельного бака для моторного масла, которое автоматически добавлялось в топливную смесь, что устраняло необходимость для владельцев смешивать свою собственную двухтактную топливную смесь. [43] Mercedes-Benz 300SL 1955 года также использовал раннюю механическую систему GDI Bosch, поэтому стал первым четырехтактным двигателем, использующим GDI. Вплоть до середины 2010-х годов большинство автомобилей с впрыском топлива использовали коллекторный впрыск, что делает весьма необычным то, что эти ранние автомобили использовали возможно более совершенную систему GDI.

В 1970-х годах американские производители American Motors Corporation и Ford разработали прототип механических систем GDI под названием Straticharge и Programmed Combustion (PROCO) соответственно. [44] [45] [46] [47] Ни одна из этих систем не достигла производства. [48] [49]

1996-настоящее время [редактировать]

Японский рынок Mitsubishi Galant 1996 года был первым серийным автомобилем, в котором использовался двигатель GDI, когда была представлена ​​GDI-версия двигателя Mitsubishi 4G93 inline-four. [50] [51] Впоследствии он был доставлен в Европу в 1997 году в Carisma. [52] В 1997 году также был разработан первый шестицилиндровый двигатель GDI Mitsubishi 6G74 V6. [53] Mitsubishi широко применил эту технологию, выпустив более одного миллиона двигателей GDI в четырех семействах к 2001 году. [54] Несмотря на то, что 11 сентября 2001 года компания MMC использовалась в течение многих лет, она стала торговой маркой для аббревиатуры GDI. , [55] Несколько других японских и европейских производителей представили двигатели GDI в последующие годы. Технология Mitsubishi GDI была также лицензирована Peugeot, Citroën, Hyundai, Volvo и Volkswagen. [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62]

Двигатель 2005 2GR-FSE V6 был первым, который объединил оба прямой и непрямой впрыск.В системе (называемой «D4-S») используются два топливных инжектора на цилиндр: традиционный топливный инжектор коллектора (низкое давление) и прямой топливный инжектор (высокое давление). [63]

В гонках Формулы-1 прямой впрыск был сделан обязательным для сезона 2014 года, с правилом 5.10.2, гласящим: «На цилиндр может быть только один прямой инжектор, и впрыскивающие клапаны не допускаются до впускных клапанов или ниже по потоку от выпускных клапанов. " [64]

В двухтактных двигателях [править]

GDI имеет дополнительные преимущества для двухтактных двигателей, связанные с очисткой выхлопных газов и смазкой картера.

Аспект очистки состоит в том, что в большинстве двухтактных двигателей впускной и выпускной клапаны открыты во время такта выпуска, чтобы улучшить сброс выхлопных газов из цилиндра. Это приводит к тому, что часть топливно-воздушной смеси поступает в цилиндр и затем выходит из цилиндра, не сгорев, через выпускное отверстие. При непосредственном впрыске из картера поступает только воздух (и обычно немного масла), и топливо не впрыскивается, пока поршень не поднимется и все отверстия не будут закрыты.

Смазка картера достигается в двухтактных двигателях GDI путем впрыскивания масла в картер, что приводит к меньшему расходу масла, чем в более старом методе впрыска масла, смешанного с топливом, в картер. [65]

Два типа GDI используются в двухтактных: низкое давление с помощью воздуха и высокое давление. В системах низкого давления, используемых в мотороллере Aprilia SR50 1992 года, используется воздушный компрессор с коленчатым валом для подачи воздуха в головку цилиндров. Затем инжектор низкого давления распыляет топливо в камеру сгорания, где оно испаряется при смешивании со сжатым воздухом. Система GDI высокого давления была разработана немецкой компанией Ficht GmbH в 1990-х годах и внедрена для судовых двигателей Outboard Marine Corporation (OMC) в 1997 году, чтобы соответствовать более строгим нормам выбросов.Однако у двигателей были проблемы с надежностью, и OMC объявила о банкротстве в декабре 2000 года. [66] [67] Evinrude E-Tec - улучшенная версия системы Ficht, выпущенная в 2003 году [68] и получил награду EPA Clean Air Excellence в 2004 году. [69]

В 2018 году KTM 300 EXC TPI, KTM 250 EXC TPI, Husqvarna TE250i и Husqvarna 300i стали первыми двухтактными мотоциклами, использующими GDI. , [70]

Американская некоммерческая организация Envirofit International разработала комплекты для непосредственного впрыска топлива для двухтактных мотоциклов (с использованием технологии, разработанной Orbital Corporation Limited) в рамках проекта по снижению загрязнения воздуха в Юго-Восточной Азии. «Проект Ernasia - Опубликованы данные о загрязнении воздуха в азиатских городах». Ernasia.org. .

Основы прямого впрыска | HowStuffWorks

Для непрофессионала лабиринт шлангов, жгутов проводов, коллекторов и труб под капотом автомобиля может показаться пугающим. Но когда дело доходит до бензинового двигателя, просто знайте это: для работы ему нужны топливо, воздух (если быть точным, кислород) и искра.

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.

Прежде чем мы заглянем в двигатель с непосредственным впрыском, давайте посмотрим на секунду в жизни стандартного бензинового двигателя (для более полного взгляда на бензиновый двигатель, посмотрите, как работают автомобильные двигатели). Во-первых, топливо поступает через насос из топливного бака, через топливопровод и в топливные инжекторы, которые установлены в двигателе. Инжекторы распыляют бензин в впускной коллектор, где топливо и воздух смешиваются в мелкий туман.Через определенные промежутки времени открываются впускные клапаны, соответствующие различным цилиндрам двигателя. Когда впускной клапан цилиндра открывается, поршень в этом цилиндре опускается, всасывая топливно-воздушный туман из воздушного коллектора сверху в камеру снизу. Когда поршень снова поднимается, он сжимает (сжимает) топливно-воздушную смесь до тех пор, пока он не станет почти в девять раз плотнее, чем это было с самого начала. Затем зажигается свеча зажигания, обозначенная в этом цилиндре, что приводит к взрыву в камере под высоким давлением.Этот небольшой удар толкает поршень вниз с огромной силой, заставляя его поворачивать коленчатый вал и, в конечном итоге, передавать мощность на колеса.

Понял? Довольно сложно, а? Это работает, но с инженерной точки зрения оставляет желать лучшего и довольно расточительно.

Однако, с двигателем с непосредственным впрыском топлива топливо пропускает шаг и добавляет немного эффективности. Вместо того, чтобы болтаться в впускном коллекторе, топливо впрыскивается прямо в камеру сгорания.С помощью современных компьютеров управления двигателем топливо сгорает именно там, где это необходимо, когда это необходимо [источник: Fueleconomy.gov].

Чтобы узнать больше о том, что делает двигатели с прямым впрыском более эффективными, перейдите на следующую страницу.

,

Смотрите также


avtovalik.ru © 2013-2020
Карта сайта, XML.