Avtoargon.ru

АвтоАргон
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

В чем преимущества непосредственного впрыска топлива

В чем преимущества непосредственного впрыска топлива?

  • В чем отличие от распределенного впрыска?
  • Как устроена система GDI
  • Как действует система GDI
  • Достоинства и недостатки системы

При этом разработчикам нужно добиться того, чтобы при этом было как можно меньше влияние на рабочие параметры. Мы говорим мощности и крутящем моменте. То есть перед производителями стоит задача получить мотор экономичный и в то же время мощный.

Чтобы понять, о чем идет речь, нам предстоит разобраться с тем, что значит непосредственный впрыск топлива, а также дать ответы на некоторые связанные с этим вопросы.

В чем суть такой системы? Она сводится к тому, что раздельно в цилиндры подаются компоненты горючей смеси – бензина и воздуха. Принцип функционирования данной системы очень напоминает работу дизельных установок, в которых образование смеси производится в камерах сгорания.

ВАЖНО! Однако у бензинового агрегата, на котором стоит система непосредственного впрыска, есть свои особенности процесса, при котором закачиваются составляющие топливной смеси. Далее мы рассмотрим, чем данная система отличается от других.

В чем отличие от распределенного впрыска?

И они, конечно, без доли сомнения скажут, что впрыск топлива напрямую — это лучшее, что удалось придумать за последние годы. Специалисты также скажут, что про распределенный впрыск (MPI) нужно забыть. Он ведь устарел. Как говорится, это уже прошлый век.

ВАЖНО! Теперь расскажем о том, чем они отличаются друг от друга.

— РАСПРЕДЕЛЕННЫЙ

Систему разработали в те времена, когда появились первые инжекторы. Принцип работы заключается в том, что ТВС готовится прямо во впускном коллекторе. Иначе говоря, где будут расположены форсунки, будет определено в коллекторе. При открытии дроссельной заслонки во впускной коллектор также поступает воздух.

Именно так и образуется смесь. Потом она отправляется к цилиндрам сквозь клапана. Это возможно за счет разреженности, которая получается при движении поршня.

ВАЖНО! Не думайте, что от MPI полностью отказались, и теперь об ее использовании не может быть и речи. И поныне выпускают моторы с MPI. Конечно, они намного проще. Но при этом за них и платить приходится недорого.

— НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ

Когда это решение используется, то образование смеси происходит в самом цилиндре. Форсунки расположены в блоке двигателя. Одна форсунка приходится на один цилиндр. Именно в него и поступает топливо.

Принципы функционирования – факторы определяющие, когда мы говорим про достоинства и недостатки каждой из систем. MPI более простые и надежные.

ВАЖНО! Вообще, MPI — это развитие карбюраторной системы. Мощность больше. Однако по эффективности она уступает системе непосредственного впрыска топлива, которая более современная.

Как устроена система GDI

На ТНВД возложена основная работа. Это подача бензина на форсунки при высоком давлении. Оно варьируется от трех до одиннадцати мегапаскалей. И предоставляет возможность двигателю внутреннего сгорания «трудиться», не зная перебоев. В ТНВД может быть один плунжер. Их может быть и несколько. И они приводят в работу распределительный вал.

Рампа нужна для того, чтобы осуществлялась доставка бензина к форсункам для поддержки давление топливного контура. Он предназначен для защиты топливной смеси от избыточного давления, которое появляется, как только ТС воспламеняется и сильно расширяется.

ВАЖНО! Регулятор, изменяющий давление, дозирует бензин с помощью насоса и учитывает при этом технические характеристики, которыми обладают топливные форсунки. Он расположен в ТНВД. Датчиком высокого давления измеряется уровень давления топливной смеси. Сигналы, передающиеся этим датчиком, являются основанием для того, чтобы изменить уровень давления рампы.

Форсунки впрыскивают бензин, принимаемый камерой сгорания. И после этого начинается образование топливно-воздушной смеси. Как правило, механизм который напрямую ведет управление подачей топлива, имеет блок управления, датчики входа, исполняющие механизмы.

Как действует система GDI

Привод работает, используя распределительные валы. Также в системе предусмотрены клапаны, которые предотвращают давление в топливной смеси больше, чем установлено пределами. Преимущественно регулировка давления осуществляется по нескольким точкам. Скажем, при выходе топлива из ТНВД, данную функцию берет на себя регулятор, который входит в его состав.

А еще в нем предусмотрен клапан предохранения (ПК). Его функция в том, чтобы контролировать давление. С помощью ПК можно отследить давление рампы. С помощью насоса, который качает топливо из бака, с применением магистрали НД, осуществляется его подача на ТНВД. Перед этим бензин проходит через фильтр, который выполняет его тонкую очистку и удаляет большие фракции.

С использованием плунжеров создается топливное давление. Его диапазон – 3-11 мегапаскалей. Затем бензин через магистрали ВД попадает в рампу, которая занимается его распределением на форсунки.

ВАЖНО! Форсунки действуют под контролем блока управления. Он принимает информацию, поставляемую ему датчиками, которые расположены на двигателе. Информация служит основанием для того, чтобы блок управлял форсунками.

Определяется, когда произойдет впрыск, как много для этого понадобится бензина и даже метод, с помощью которого произойдет распыление. Если на ТНВД поступает объем бензина, который выше необходимого уровня, то клапан предохранения отправляет его обратно в бак. Также бензин сбрасывается тогда, когда уровень давления в рампе становится больше. Этим занимается ПК.

Читать еще:  Что происходит с двигателем при заклинивании

Достоинства и недостатки системы

Еще один большой недостаток – данная система очень дорогая. Систему непросто эксплуатировать. Ведь приходится следить за всеми компонентами GDI, за питанием, зажиганием, электроникой. Данной системе необходимо лишь самое качественное топливо. И это отпугивает многих из тех, кто рассматривают возможность купить автомобиль с GDI.

Ведь тот, кто покупает машину с такой системой, должен будет выбирать, где заправляться. Дешевое топливо для GDI не подходит.

ВАЖНО! Не имеет значения, с каким октановым числом залит бензин. Ведь большинство двигателей применяет А-92. Для них подойдет даже спирт. Однако когда в плохом топливе есть какие-то сторонние компоненты, то это может привести к тому, что выйдет из строя весь двигатель внутреннего сгорания.

Еще один недостаток GDI в том, что обслуживание его, как и покупка запчастей, обходится дорого. Технология производства таких запасных частей сложная. И это сказывается на себестоимости продукции. Также эти системы требуют высокого качества масел, фильтров и расходных запчастей.

Однако достоинства GDI сполна перекрывают все эти недостатки. Двигатели, использующие ее, самые технологичные. У них маленькая масса. Им нужно немного топлива.

ВАЖНО! Такие двигатели хороши для того, чтобы перемещаться в мегаполисах. Ведь в пробках двигатель, у которого непосредственный впрыск, работает так, что есть большая экономия. В них можно менять масло реже. Ресурс работы у них большой. Ведь практически нет образования нагара, поскольку переработка ТВС осуществляется с большим КПД.

Однако обо всех этих достоинствах можно говорить только тогда, когда владелец четырехколесной собственности будет тщательно обслуживать его и привлекать к этому опытных мастеров. Напоминаем, что двигатели с GDI очень сложны в устройстве.

Преимущества и недостатки двигателей с непосредственным впрыском топлива

В чём отличие схемы с непосредственным впрыском

Бензиновые двигатели внутреннего сгорания с непосредственным впрыском начали массово поступать на отечественный рынок в начале 2000-х годов и к настоящему моменту стали непременным атрибутом любого более-менее современного автомобиля среднего или высшего ценового сегмента. Иными словами, они давно являются данностью и останутся таковой до момента перехода человечества на принципиально иные средства передвижения, коими сейчас большинству экспертов видятся электрокары.

Основным отличием от традиционной системы распределённого впрыска схемы с непосредственным впрыском является то, что бензин в ней подаётся не во впускной коллектор, а прямиком в цилиндры. Таким образом, в камеры сгорания поступает не готовая топливовоздушная смесь, а «живое» топливо, при этом смесеобразование производится в самом моторе.

Зачем это нужно

Вопросом создания систем непосредственного впрыска инженеры озаботились ещё во второй половине XIX века, однако довести до массового серийного производства смогли относительно недавно. Первыми на рынок поступили моторы семейства Mitsubishi GDI, а следом подтянулись и все другие всемирно известные бренды — Volkswagen, GM, Toyota, Mercedes, BMW, Ford, Peugeot/Citroen, Renault, Mazda и даже корейский Hyundai.

Хитрость в том, что схема с непосредственным распределённым впрыском позволяет чрезвычайно тонко и точно управлять процессом смесеобразования и заставлять бензиновый двигатель работать на невероятно бедной топливовоздушной смеси. Если обычные моторы, как правило, функционируют при соотношении бензина к воздуху в пропорции 1:14, то моторы с непосредственным впрыском в некоторых режимах выходят на 1:20 и даже 1:40. Нетрудно догадаться, что это позволяет им сжигать гораздо меньше топлива. При этом настройка процессов смесеобразования в реальном времени и применение сразу нескольких режимов работы повышает мощностные и динамические показатели и улучшает экологичность силового агрегата.

Производители таких движков приводят весьма красноречивые данные: расход топлива снижается в среднем на 20-25%, а тяга и мощность повышаются на 10-15%. И всё это при небольшом литраже, применении систем рециркуляции и дожигания выхлопа, соответствии самым строгим экологическим нормам и возможности использования на ДВС многоступенчатого наддува. Словом, не моторы — сказка!

Технические хитрости

И всё бы ничего, да применение схем непосредственного впрыска тянет за собой невероятно высокие требования не только к конструкции силового агрегата, но также к топливному насосу и качеству горючего, а также смазочным материалам, форсункам и электрике, большинству других жизненно важных узлов и агрегатов автомобиля.

Добиться образования правильной смеси при непосредственном впрыске чрезвычайно сложно. Для этого «мозги» машины снабжаются сразу несколькими программами управления с разным циклом работы и ворохом высокоточных датчиков. А за распыл топлива отвечают специальные вихревые форсунки, работающие при сверхвысоком давлении, для создания которого, в свою очередь, автомобиль оснащается высокопроизводительными топливными насосами, аналогичными тем, что используются в дизельных схемах (если обычные насосы развивают порядка 3-4 атм, то эти обеспечивают 50-130). Разумеется, компоненты таких систем должны быть невероятно технологичными и качественными, рассчитанными на длительный срок службы. Именно соблюдение этих условий позволяет более эффективно распылять топливо, лучше перемешивать его с воздухом и грамотнее распоряжается готовой смесью на разных режимах работы двигателя.

Читать еще:  Бензопила плавают обороты на горячем двигателе

Будучи ненагруженным (к примеру, в режиме холостого хода), двигатель с непосредственным впрыском функционирует в режиме послойного смесеобразования — смесь максимально обедняется, но остаётся достаточно качественной и пригодной для работы. В этом режиме дроссельная заслонка открыта широко, а впускные заслонки находятся в закрытом состоянии. Горючее впрыскивается ближе к концу такта сжатия в область свечи зажигания, где завихряется и легко воспламеняется. Гомогенное смесеобразование позволяет получить мощностную смесь, необходимую при равномерных нагрузках на двигатель и на переходных режимах. При максимальных нагрузках открыты как дроссельная заслонка, так и впускные каналы, а горючее впрыскивается ещё на такте впуска. Одновременно, по возможности, дожигаются и выхлопные газы, что повышает экологические показатели без ущерба для мотора.

Всё это требует доработки геометрии камеры сгорания, повышения степени сжатия до 1:12-14, применения более сложного и дорогого катализатора, высокопроизводительных форсунок с мощными соленоидами, а также высокопроизводительного мультирежимного топливного насоса.

Плюсы и минусы

Главным минусом систем непосредственного впрыска является общее снижение надёжности: даже при незначительных сбоях и поломках какого-либо компонента такой движок начинает «капризничать» — глохнуть, чихать, не выходить на полную мощность, зажигать пиктограмму на приборной панели и всячески намекать владельцу на проблемы.

Вторым не менее важным недочётом является стоимость такого агрегата — это технически сложное устройство, требующее повышенного внимания и контроля ко всем системам, включая систему питания, зажигания, выпуска и электронику.

Чувствительность к качеству топлива — ещё один жирный минус, с которым готов мириться далеко не каждый автовладелец. Купив машину с системой непосредственного впрыска, вы гарантированно начнёте чрезвычайно тщательно подходить к выбору заправок: заливаться дешёвой горючкой, увы, уже не получится. И дело даже не в том, что таким моторам нужно особое октановое число — некоторые из них давно научились работать даже на 92-м бензине или спирте, — а в содержании в некачественном бензине соединений серы, фосфора, железа и прочих примесей, мешающих нормальной работе ДВС.

Наконец, отпугнуть от покупки машины с таким движком может и высокая стоимость запасных частей и обслуживания. Дешёвыми высокотехнологичные запчасти к ним не бывают, при этом требования к маслам, фильтрам и прочим «расходникам» также повышаются.

Но всё это меркнет на фоне плюсов:

Именно моторы с непосредственным впрыском являются наиболее технологичными, экономичными, лёгкими и тяговитыми. Они идеально подходят для эксплуатации в загруженных мегаполисах (именно в пробочных режимах ДВС с непосредственным впрыском наиболее экономичны), вдобавок они позволяют увеличивать интервал замены масла и обладают увеличенным сроком службы из-за уменьшения нагара (это достигается программно максимально эффективным сжиганием топливовоздушной смеси). Однако всего этого удаётся добиться только при чрезвычайно внимательном отношении к автомобилю и грамотном его обслуживании.

Одновременный впрыск топлива

В этом виде впрыска топлива все форсунки открываются и закрываются одновре­менно. Это означает, что время, необходи­мое для испарения топлива, оказывается разным для каждого цилиндра. Тем не ме­нее, для того чтобы обеспечить эффектив­ное образование топливовоздушной смеси, количество необходимого для сгорания топлива впрыскивается двумя порциями, по одной на каждый оборот коленчатого вала. В этом виде впрыска топливо для не­которых цилиндров, как только впускной клапан открывается, поступает в откры­тый впускной канал. В этом случае момент впрыска топлива не изменяется.

Групповой впрыск топлива

В этом виде форсунки комбинируются с образованием двух групп. При одном по­вороте коленчатого вала одна группа фор­сунок впрыскивает всё количество топ­лива, предназначенное для данных цилин­дров, а при следующем повороте впрыск топлива осуществляется другой группой форсунок.

Такая конфигурация допускает выбор угла опережения впрыска в зависимости от ре­жима работы двигателя. Кроме того, ис­ключается нежелательный впрыск топлива

в открытые впускные каналы. В этом виде время, имеющееся для испарения топлива, также разное для разных цилиндров.

Последовательный впрыск топлива (SEFI)

В этом виде топливо впрыскивается инди­видуально в каждый цилиндр, то есть фор­сунки включаются в работу одна за другой в соответствии с порядком работы цилин­дров. Продолжительность и угол опереже­ния впрыска топлива относительно ВМТ одинаковы для всех цилиндров, а топливо накапливается перед входом в каждый ци­линдр.

Угол опережения впрыска топлива про­граммируется и может быть адаптирован к режиму работы двигателя.

Индивидуальный впрыск топлива в каждый цилиндр (CIFI)

Этот вид впрыска топлива предполагает наибольшую степень свободы проектиро­вания. По сравнению с последовательным впрыском топлива способ CIFI имеет то преимущество, что продолжительность впрыска может быть индивидуально изме­нена для каждого цилиндра. Это позволяет компенсировать отклонения, например, в отношении заряда цилиндров.

а — Одновременный впрыск топлива

b — Групповой впрыск топлива

с — Последователь­ный впрыск топ­лива (SEFI)

и ин­дивидуальный впрыск топлива в каждый ци­линдр (CIFI)

Непосредственный впрыск топлива

В двигателях с непосредственным впрыс­ком бензина образование топливовоз-душной смеси происходит в камере сго­рания. Во время такта впуска в цилиндр через открытый впускной клапан посту­пает только воздух, а топливо впрыски­вается специальными форсунками не­посредственно в цилиндры.

Читать еще:  16 клапанный двигатель ваз 2112 расход топлива

Обзор

Требование достижения высокой мощ­ности двигателей при низком расходе топ­лива привело к «реанимации» системы не­посредственного впрыска бензина («re­discovery» — повторному открытию). Ещё в далёком 1937 году был создан авиацион­ный двигатель с механической системой непосредственного впрыска бензина. В 1952 году был создан первый серийный легковой автомобиль «Gutbrod» с механи­ческой системой непосредственного впрыска бензина, а следом за ним в 1954 году «Mercedes SL».

В то время проектирование и изготовление двигателя с непосредственным впрыском бензина было делом очень сложным. Более того, такая технология предъявляла очень высокие требования к используемым мате­риалам. Другой проблемой было обеспече­ние достаточного срока службы двигателя.

Все эти обстоятельства длительное время не допускали прорыва в создании двигате­лей с непосредственным впрыском бен­зина.

1-Топливный насос высокого давления (ТНВД) 2-Соединенное линией низкого давления топ­лива 3-Линия высокого давления топ­лива 4-Топливный коллектор 5-Форсунки высо­кого давления топлива 6-Датчик высокого давления топ­лива 7-Свеча зажигания 8-Регулятор давле­ния топлива 9-Поршень

Принцип работы

В системах непосредственного впрыска бензина топливо под высоким давлением впрыскивается прямо в камеру сгорания цилиндра двигателя. Следовательно, обра­зование топливовоздушной смеси, подобно дизелям, происходит внутри цилиндра (внутреннее смесеобразование).

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Система непосредственного впрыска топлива MED-Motronic

Требования

При непосредственном впрыске топлива должна осуществляться возможность скоординированного выбора между вариантами применения неоднородной смеси (послойного заряда) при неполной нагрузке и однородной (гомогенной) смеси при полной нагрузке и наоборот.

Основными требованиями при использовании системы MED-Motronic являются:

  • точное дозирование потребного количества впрыскиваемого топлива;
  • создание необходимого давления впрыска;
  • управление моментом впрыска;
  • впрыскивание топлива непосредственно в камеру сгорания.

Также должны быть согласованы требования к величине крутящего момента двигателя, с тем чтобы затем имелась возможность проведения необходимых регулировочных операций на данном двигателе.

Основной интерфейс системы обеспечивает регулирование крутящего момента двигателя, создаваемого процессом сгорания. Структура управления крутящим моментом может быть разбита на следующие действия:

  • определение крутящего момента;
  • согласование при выборе требуемой величины крутящего момента;
  • изменение крутящего момента.

Наиболее важной при изменении крутящего момента является команда, поступающая через педаль газа от водителя автомобиля – в зависимости от положения педали газа система определяет конкретную величину крутящего момента.

Требуемый крутящий момент также зависит от ряда систем, например, от системы управления передаточным отношением в трансмиссии, системы регулирования тягового усилия на колесах (TCS ) или программируемой электронной системы обеспечения устойчивости автомобиля (ESP ).

Согласование при выборе величины крутящего момента осуществляется централизовано в самой системе управления работой двигателя.

Устройство системы непосредственного впрыска MED-Motronic

Блок ECU системы MED-Motronic, как и в системе ME-Motronic, содержит задающий каскад, служащий для включения клапанов регулирования давления топлива.

Схема двигателя с непосредственным впрыском топлива и элементами системы MED-Motronic

1 – подача топлива (под высоким давлением); 2 – топливная рампа; 3- топливная форсунка; 4 – катушка зажигания со свечой зажигания; 5 – датчик фаз; 6 – датчик давления; 7 – датчик детонации; 8 – датчик частоты вращения коленчатого вала и положения поршня; 9 – датчик температуры двигателя; 10 – лямбда-зонд (типа LSU); 11 – трехкомпонентный каталитический нейтрализатор отработавших газов; 12 – датчик температуры отработавших газов; 13 – каталитический нейтрализатор оксидов азота (NOx) в отработавших газах; 14 – лямбда-зонд (типа LSF).

Работа системы

Топливоподача и впрыск

Контур низкого давления

Контур высокого давления

Топливная рампа. С одной стороны, рампа должна обладать определенной эластичностью для демпфирования пульсаций давления, возникающих в процессе подачи топлива к форсункам и впрыска в камеру сгорания. С другой стороны, она должна быть достаточно жесткой, чтобы давление в ней быстро восстанавливалось до требуемого, в соответствии с режимом работы двигателя.

Датчик давления. Представляет собой диафрагму из высококачественной стали, выполняющую роль чувствительного элемента, с измерительными резисторами. Служит для контроля давления в топливной рампе.

Клапан регулирования давления. Предназначен для регулирования давления в системе на всем диапазоне рабочих режимов двигателя независимо от количества впрыскиваемого топлива и производительности топливного насоса. Избыток топлива возвращается по топливопроводу на вход топливного насоса высокого давления.

Топливные форсунки. Электромагнитные форсунки – основные элементы системы непосредственного впрыска топлива – напрямую соединены с топливной рампой. Момент начала впрыска и количество впрыскиваемого топлива определяются идущими от электронного блока сигналами подачи электрического тока на форсунку.

Процессы смесеобразования и сгорания

Работа в диапазоне малых нагрузок

Работа в диапазоне больших и средних нагрузок

Коэффициент избытка воздуха должен находится между значениями λ = 1 и λ > 1 для обедненной смеси. Впрыск топлива осуществляется во время такта впуска для гарантии эффективного смешивания топлива с воздухом.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector