Распределенный впрыск или непосредственный впрыск: Распределенный или непосредственный впрыск (MPI или GDI). Какая разница и что лучше

Содержание

Чем отличается распределенный впрыск и непосредственный

Существующие наиболее распространенные типы двигателей можно разделить на две части: распределенный впрыск и непосредственный впрыск.

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

Как работает непосредственный впрыск и так ли он хорош: service_193 — LiveJournal

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.

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”

Непосредственный впрыск.

Непосредственный впрыск GDI — революция на границе тысячелетий.
     Уже более 100 лет на автомобили устанавливают бензиновый и дизельный ДВС. Мы давно к ним приспособились, и хорошо зная их достоинства  и недостатки, применяем тот или иной по обстоятельствам.
     Бензиновый двигатель легко пускается, разгоняется быстро и до высоких оборотов, имеет большую литровую мощность и дешевле стоит. Но любит «покушать», причем недешево. Поэтому мы его чаще видим на легковых и небольших грузовых автомобилях.
     Дизель и сам по себе стоит дороже, и дороже в обслуживании, не столь быстроходен, выдает меньшую мощность с литра рабочего объема, имеет повышенный уровень шума и хуже пускается. Зато, и это главное, потребляет куда меньше топлива, причем более дешевого. Понятно, что практически весь тяжелый и комерческий транспорт «ездит» на дизелях.
     Но лишних денег не бывает, и покупатели легковых автомобилей, причем не только в Европе, все чаще задумываются о том, какой двигатель им предпочесть. И довольно часто выбирают дизель. Хотя еще лучше , если бы два в одном… И быстрый , и тихий, и с легким пуском, и чтобы топливо зимой не застывало, да и мощность повыше не помешает, но вот только бы «ел» поменьше.
     Но чудес не бывает. Есть теория двигателей…

Простыми словами. Чтобы топливо сгорало, нужен воздух. Но надо смешать с воздухом столько топлива, сколько нужно для полного сгорания. Такое количество воздуха называется стехиометрическим, и оно, конечно же , давно известно. Например, для бензина оптимальный состав топливной смеси выражается соотношением 14.7 : 1 то есть на 1 грамм бензина нужно 14.7 грамма воздуха. Смесь в которой воздуха больше, чем нужно, называют «бедной», а там, в которой воздуха меньше, чем нужно, называется «богатой». Слишком бедную смесь не всегда удается поджечь, при работе на богатой смеси несгоревшее топливо бесполезно «вылетает» в трубу и растет выброс угарного газа.
     Но воздух нужен не только для сгорания . Чем выше давление  в цилиндре перед воспламенением смеси, тем больше отдача  двигателя. И нам очень выгодно, чтобы больше воздуха попало в цилиндр на такте впуска; тем больше потом будет давление.
     А теперь разберемся, почему дизель экономичнее.
     Вспомним, как работает двигатель внутреннего сгорания. У бензинового двигателя на такте впуска смесь воздуха и топлива поступает в цилиндр, затем он сжимается и поджигается искрой. У дизеля на такте впуска в цилиндр поступает только воздух, который сжимается поршнем под большим давлением и при этом еще и нагревается. В конце сжатия в цилиндр впрыскивается топливо, которое при высоких давлении и температуре самовоспламеняется. Давление в цилиндре дизеля намного выше, чем в цилиндре бензинового двигателя. Для современного безнаддувного дизеля вполне нормальна степень сжатия 20, а у серийных бензиновых, даже самых «зажатых», едва достигает 11. А выше давление в цилиндре, выше и эффективность. Поднять выше степень сжатия в бензиновом моторе мешают такие явления как детонация и калильное зажигание.

     Детонация — очень быстрое сгорание топлива в точках удаленных от свечи, сопровождается резким местным перегревом и перегрузкой деталей двигателя. Внешний признак детонации — стук, мы слышим , когда например, на «Жигулях» пытаемся резко разогнаться после заправки низкооктановым бензином.
     Калильное зажигание — преждевременное, (до появления искры) воспламенение смеси от перегретых деталей камеры сгорания (например от того же электрода свечи). Длительная работа с детонацией и калильным зажиганием недопустима для двигателя и ведет к его разрушению.
     Детонация и калильное зажигание провоцируют высокая температура и высокое давление. Во избежание детонации моторы с высокой степенью сжатия «кормят» высокооктановым бензином (98). но выше степени 11 и этого «не хватает».
     Теперь посмотрим, что происходит при малых нагрузках. Вот мы убавили газ и поехали медленнее. Что это значит для бензинового мотора? Когда мы отпускаем педаль акселератора, на впуске перекрывается дроссельная заслонка, а это значит, что мы уменьшаем не только количество подаваемого топлива, но и количество воздуха. Меньше воздуха в цилиндре  — меньше давления в конце сжатия.
     А как же бензиновый двигатель с впрыском топлива? Ведь там то можно уменьшить подачу топлива, не уменьшая количество воздуха. Можно, но до определенного предела. Потому, что слишком бедная смесь не будет поджигаться искрой, и чтобы смесь не обеднилась слишком сильно, дроссель все же придется прикрыть, и давление снизится. Меньше давление в цилиндре — меньше момент на выходе.
     А что значит отпустить педаль у дизеля? Это значит, что в цилиндр будет подаваться меньше топлива. Но количество всасываемого воздуха останется прежним, и давление в конце такта впуска не изменится. Да, смесь в цилиндре станет бедной , но дизель благополучно работает и на бедной смеси, ведь там другой принцип воспламенения и другое топливо..
 И дизель остается эффективным и при малых нагрузках.
     Вот, мы и дошли до главного, если мы хотим сделать бензиновый двигатель экономичным, и при этом более мощным, то мы должны избавить его от детонации и научить питаться бедной смесью.

На некалорийной пище. Итак, проблема в том, что искра упорно не желает воспламенять бензовоздушную смесь более бедную, чем 17:1. Но ведь можно заполнить чилиндр более бедной смесью, а непосредственно к свече подавать более богатую,которая загорится. В форкамерном двигателе эта идея и была заложена.  
     Реальных же результатов удалось достичь на моторах с распределенным впрыском топлива: здесь добиваются устойчивой работы на смеси с соотношением 22:1, но сильнее обеднить смесь все равно не удается. Ведь в случае обычного распределенного впрыска смесеобразование внешнее — форсунка впрыскивает бензин во впускной трубопровод. И доставить более богатую часть потока смеси к свече мы можем только за счет направления потока методами аэродинамики, например, определенным образом его завихряя. Вот если бы топливо впрыскивалась непосредственно в цилиндр….
     Бензиновые двигатели с непосредственным впрыском появились довольно давно и применялись в авиации уже в годы Второй Мировой войны. Двигатели для автомобилей тоже разрабатывались, по крайней мере в нашей стране их испытывали уже в конце 40-х. Однако еще долгое время не удавалось справиться с серьезными недостатками непосредственного впрыска, в частности — «дизельным» дымлением на мощностных режимах. Да и мотор получался довольно дорогим, а потому экономически невыгодным. И непосредственным впрыском практически перестали заниматься.
     Но не японцы. На Mitsubishi раньше других осознали, какую пользу может принести непосредственный впрыск в условиях ожесточения экологических норм, а бензин в Японии дешевым никогда не был. 15 лет усилий увенчались успехом, первые доведенные до готовности моторы с непосредственным впрыском бензина были представлены публике на Фракфуртском и Токийском автосалонах осенью 1995 года. Их обозначили GDI (Gasoline Direct Injection — непосредственный впрыск бензина). Спустя год на японском рынке появился серийный Mitsubishi Galant 1.8 GDI и наконец, в 1997 году европейцам была предложена Carusma с двигателем 1.8 GDI.

Как устроен GDI.   Действительно, этот двигатель напоминает по конструкции  обычный бензиновый и дизель. В каждом цилиндре присутствует и свеча зажигания и форсунка, а топливо подается насосом высокого давления под давлением 5 МПа (50 атм). Форсунка обеспечивает два режима впрыска топлива.

     Обратим внимание на следующие особенности . Впускной трубопровод подходит к цилиндру сверху. Это позволяет получить падающий поток воздуха, который после контакта с поршнем разворачивается и устремляется вверх, закручиваясь по часовой стрелке ( такая организация воздушного потока позволяет достичь оптимальныой концентрации топлива непосредственно около свечи). По почти прямому трубопроводу поток движется с очень высокой скоростью, и даже когда поршень достиг нижней мертвой точки, еще некоторое количество воздуха входит по инерции.

     Поршень необычный , сверху есть выемка сферической формы. Форма поршня обеспечивает  три важных функции. Во-первых, позволяет задать воздушному потоку нужное направление движения. Во-вторых, направляет впрыскиваемое топливо непосредственно к свече зажигания, что важно при работе  на предельно бедных смесях. В-третьих, определяет распространение фронта пламени.

Как работает GDI. В работе GDI различают три возможных режима в зависимости от режима движения.
     Работа на сверхбедных смесях. Этот режим используется на малых нагрузках: при спокойной городской езде и загородном движении на скорости до 120 км/час. В этом случае топливо подается в цилиндр практически как в дизеле — в конце такта сжатия. Топливо впрыскивается компактным факелом и смешиваясь с воздухом, направляется сферической выемкой поршня. В результате наиболее обогащенное топливом облако оказывается непосредственно около свечи зажигания и благополучно воспламеняется, поджигая затем бедную смесь. В результате двигатель устойчиво работает даже при общем соотношении воздуха и топлива в цилиндре 40:1.

     Работа на стехиометрической смеси. Этот режим используется при интенсивной городской езде, высокоскоростном загородном движении и обгонах. При стехиометрическом составе смеси с воспламенением никаких проблем не возникает. Но поскольку было бы желательно повысить степень сжатия, то важным становится недопустить детонацию и калильное зажигание. Впрыск топлива осущесвтляется в процессе такта впуска. Топливо впрыскивается коническим факелом, распыляется по всему цилиндру и испаряясь, охлаждает воздух в цилиндре. Благодаря охлаждению снижается поверхность детонации и калильного зажигания.
     И еще один режим реализует система управления GDI. Он позволяет повысить момент двигателя в том случае, когда водитель, двигаясь на малых оборотах, резко нажимает педаль акселератора.
     Когда двигатель работает на малых оборотах, а в него вдруг подается обогащенная смесь, вероятность детонации еще возрастает. Поэтому впрыск осущесвтляется в два этапа. Небольшое количество топлива впрыскивается в цилиндр на такте впуска и охлаждает воздух в цилиндре. При этом цилиндр наполняется сверх бедной смесью (примерно 60:1), в котором детонационные процессы не происходят. Затем, в конце такта сжатия, подается компактная струя топлива, ктоторая доводит соотношение воздуха и топлива в цилиндре до 12:1. А на подготовку детонации времени уже не остается.
     Итак, что в конце концов получается на выходе. Степень сжатия удалось поднять до 12-12.5, улучшилось наполнение воздухом. Двигатель устойчиво работает и на очень бедной смеси. Результат: по сравнению с «обычным» бензиновым двигателем GDI расходует на 10% меньше топлива, выдает на 10% больше мощности и выбрасывает на 20% меньше углекислого газа.

     Но это в Японии. Из-за того, что бензин в Европе содержит больше серы, при подготовке европейской версии мотора, от одного из преимуществ, повышения мощности, пришлось отказаться…
     Но это уже история. Сегодня двигатели с непосредственным впрыском топлива GDI успешно устанавливаются на многих моделях автомобилей разных марок и производителей…

www.gpmar.ru

Как работает непосредственный (прямой) впрыск топлива и чем он лучше?

Если Вы читали статью о том, как работает двигатель, то знаете, что бензиновые двигатели работают, высасывая смесь бензина и воздуха в цилиндр, сжимая его поршнем, когда тот движется вверх, и поджигая его искрой от свечи зажигания; в результате взрыва происходит сильное увеличение давления в камере сгорания, что приводит к движению поршня вниз, производя энергию — в конечном счёте вращательную.

Традиционная (непрямая) система впрыска топлива предварительно смешивает бензин и воздух в камере в непосредственной близости от цилиндра — камера эта называется впускным коллектором. В системе непосредственного впрыска, однако, воздух и бензин не смешиваются предварительно. Воздух поступает в камеру сгорания через впускной коллектор, в то время как бензин впрыскивается непосредственно в цилиндр. Именно так работает непосредственный впрыск топлива и поэтому он так называется.

Топливо-воздушная смесь в камере сгорания, клапаны, форсунка прямого впрыска и свеча зажигания
Плюсы прямого впрыска топлива

В сочетании с ультраточным управлением с помощью компьютера прямой впрыск обеспечивает более точное управление дозировкой топлива (количество впрыскиваемого топлива) и воздуха. Расположение инжектора также способствует более оптимальному распылению, которое разрушает струю жидкого бензина на более мелкие капельки и превращая его, можно сказать, в пыль. В результате обеспечивается более полное сгорание бензина, что очень важно, когда для сгорания этого выделяется так мало времени на высоких оборотах. Проще говоря, при непосредственном впрыске топлива больше бензина сжигается, что приводит к большей мощности и уменьшению загрязнения в расчёте на каждую каплю бензина.

Минусы непосредственного впрыска топлива

Основными недостатками двигателей с прямым впрыском бензина являются сложность этой системы и, как следствие, её конечная стоимость. Системы прямого впрыска дороже производить, потому что их компоненты должны быть более прочными и точными — они обращаются с топливом при значительно более высоких давлениях, чем косвенные системы впрыска, и, кроме того, сами форсунки должны быть в состоянии выдержать высокую температуру сгорания и разрушительное давление в цилиндре.

Насколько лучше прямой впрыск, чем непрямой?

Для примера, General Motors для автомобилей Cadillac CTS производит два аналогичных двигателя с прямым и косвенным впрыскиванием — 3,6-литровый двигатель V6. Двигатель с непрямым впрыском производит 263 лошадиных силы, в то время как версия с непосредственным впрыском топлива развивает 304 лошадиные силы. Несмотря на увеличенную мощность, двигатель с непосредственным впрыском в то же время более экономичен — 18 миль на галлон против 17 миль на галлон бензина в условиях города и равный расход в условиях трассы. Ещё одно преимущество двигателей с непосредственным впрыском топлива — это то, что в силу особенности своей технологии они менее требовательны к октановому числу бензина.

Технология прямого впрыска далеко не новая — она известна ещё примерно с середины 20-го века. Однако, тогда всего несколько автопроизводителей приняли её для массового производства автомобилей. Тогда, из-за дороговизны производства и отсутствия должного ассистирования компьютера, механический карбюратор был доминирующим в системах подачи топлива — вплоть до 1980-х годов. Тем не менее, давние и непрекращающиеся циклические события, такие как резкий рост цен на топливо и ужесточения в законодательстве по экономии топлива и экологичности выбросов, привели многих автопроизводителей к началу разработки системы прямого впрыска топлива. Вы, скорее всего, будете видеть больше и больше автомобилей, использующих непосредственный впрыск топлива, в ближайшем будущем.

Более того, практически все дизельные двигатели используют прямой впрыск топлива. Впрочем, дизели используют немного другой процесс сжигания топлива: бензиновые двигатели сжимают смесь бензина и воздуха и поджигают его искрой, в то время как дизели сжимают воздух, и только затем распыляют топливо в камеру сгорания, которое воспламеняется от температуры сжатого воздуха и его давления.

Прямой впрыск

Погрузка

Начиная с сезона 2014 года, правила Формулы 1 резко меняются, и наиболее значительным изменением является переход с 2,4-литровых двигателей V8 без наддува на 1,6-литровые двигатели V6 с прямым впрыском и турбонаддувом. Стремясь снизить расход топлива до 35%, FIA внесла изменения в технический регламент, чтобы значительно увеличить сбор обычно потерянной энергии и снизить потери используемой энергии.Для этого FIA внесла кардинальные изменения в систему сгорания ДВС, введя непосредственный впрыск (DI).
Правила для двигателей Формулы-1 на 2013 год и ранее указаны только портовые системы впрыска топлива MPFI. В положении 5.10.2 указано:

5.10.2 Разрешается использовать только одну топливную форсунку на цилиндр, которая должна впрыскивать непосредственно сбоку или сверху впускного отверстия.

Итак, положение форсунки было ограничено верхней стороной (перед) впускного отверстия (клапана).Вот как это работает: вместо использования одного инжектора, который распыляет необходимое количество топлива, каждая из отдельных впускных труб имеет свой собственный инжектор, который добавляет точную струю аэрозольного топлива во всасываемый воздух из инжектора под давлением. Топливно-воздушная смесь втягивается в открытый канал и в камеру сгорания отступающим поршнем. Затем впускной клапан захлопывается, свеча зажигания загорается, и в уже закрытом цилиндре происходит взрывное горение.
Но на 2014 г. это ограничение не действует.Таким образом, хотя ранее прямой впрыск был специально исключен из-за ограничения положения форсунок, начиная с марта 2014 года это должен быть единственный выход. Прямой впрыск стал обязательным. В положении 5.10.2 теперь указано:

5.10.2 Может быть только одна форсунка прямого действия на цилиндр, и никакие форсунки не допускаются до впускных клапанов или после выпускных клапанов. ‘

Итак, положение форсунки зафиксировано внутри цилиндра.

Уже много лет Формула 1 использует систему впрыска с электронным управлением, но все было иначе. Двигатели оснащались «системами впрыска топлива через порт» или так называемым многоточечным впрыском топлива (MPFI) с так называемыми «форсунками для душа», при этом форсунки располагались перед впускными трубами. Вы действительно можете увидеть брызги инжектора. Такое расположение позволяет всасывать топливо вместе с воздухом внутри цилиндра. Когда вы устанавливаете форсунки дальше от камеры сгорания, вы получаете более эффективный эффект смешивания воздуха и топлива и дополнительный охлаждающий эффект.Чем холоднее воздухозаборник, тем лучше сгорает и меньше преддетонация. И это приведет к увеличению мощности. Компромисс — меньшая эффективность использования топлива, но большая мощность при правильном сгорании. Некоторая часть впрыскиваемого топлива остается закрепленной на стенках труб и впускных каналов.
Итак, FIA решила использовать прямой впрыск. Прямой впрыск топлива — это технология подачи топлива, которая позволяет бензиновым двигателям сжигать топливо более эффективно, что приводит к большей мощности, более чистым выбросам и повышенной экономии топлива.Все это актуально для современной потребительской автомобильной техники.

Самая важная характеристика любого двигателя — будь то дизельный, бензиновый, двух- или четырехтактный — это его система сгорания. Два наиболее важных различия между двигателем с прямым впрыском и стандартным бензиновым двигателем — это то, как они подают топливо и как топливо смешивается с поступающим воздухом. Эти основные предпосылки имеют огромное значение для общей эффективности двигателя.

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

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

В системе прямого впрыска воздух и бензин предварительно не смешиваются.Воздух поступает через впускной коллектор, а бензин под высоким давлением впрыскивается непосредственно в каждый цилиндр через специально разработанные форсунки. Скорость подачи топлива регулируется посредством давления в общей топливной рампе, к которой подключены топливные форсунки, количества раз, когда форсунка открывается, чтобы топливо могло пройти через нее во время цикла впуска, и продолжительности этих отверстий. Топливные системы с прямым впрыском топлива имеют существенную конструкцию, поскольку они обычно создают и удерживают топливо под давлением 150 бар или более, а не 3-5 бар, характерных для многоточечного впрыска через каналы.Эти чрезвычайно высокие давления позволяют инжектору пропускать достаточно топлива для достижения сгорания. С помощью современных компьютеров управления двигателем топливо сжигается именно там, где это необходимо, и тогда, когда это необходимо. Топливо можно впрыснуть прямо в самую горячую камеру сгорания, близко к искре.

По сравнению с обычным
порт MPFI система впрыска топлива, топливо
форсунки должны работать
с огромным давлением топлива, чрезвычайно высокими температурами, а также впрыском
большое количество топлива за очень короткое время.
Причина значительного сокращения времени
в котором инъекция может быть завершена,
в связи с тем, что все инъекции должны
иногда возникают в пределах
такта впуска.
Потребность в топливе на холостом ходу может снизиться
время открытия всего 0,4 миллисекунды.

Продолжительность и интенсивность распыления можно настроить с помощью компьютера двигателя, что обеспечивает более быстрое и полное сгорание. Результат — меньший расход топлива, меньшее загрязнение (General Motors заявляет, что это снижает выбросы при холодном запуске на 25 процентов) и большая мощность.Например, до того, как 3,5-литровый V6 в Mercedes E350 получил непосредственный впрыск, он выдавал 268 лошадиных сил и имел довольно паршивый рейтинг EPA — 7,2 км / л по городу / 10,2 км / л по шоссе. Теперь, с практически тем же двигателем, во многом благодаря прямому впрыску, E350 может выдавать 302 лошадиных силы и достигает респектабельных 8,5 км / л по городу / 12,7 км / л по шоссе. Cadillac продает CTS как с непрямым, так и с прямым впрыском своего 3,6-литрового двигателя V6. Непрямой двигатель выдает 263 лошадиных силы и 343 Нм крутящего момента, а 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 прямого впрыска бензина после Первой мировой войны был на двигателе Хессельмана, изобретенном шведским инженером Йонасом Хессельманом в 1925 году. Двигатели Хессельмана. использовал принцип сверхбедного горения и впрыснул топливо в конце такта сжатия, а затем зажег его свечой зажигания. Но это началось не здесь. первый
попытки насчитывать более 100 лет.Немецкий производитель двигателей Deutz произвел какое-то начало в 1898 году!
Зачем? Потому что в то время карбюратор с эффектом Вентури еще не был открыт, поэтому DI выглядел как хороший способ заправить топливо в цилиндры
. Во время Второй мировой войны прямой впрыск бензина использовался почти во всех серийных авиационных двигателях более высокой мощности, произведенных в Германии, Советском Союзе и США.
Первая автомобильная система прямого впрыска, работающая на бензине, была разработана Bosch и представлена ​​Голиафом и Гутбродом в 1952 году.В этой системе использовался обычный бензиновый топливный насос для подачи топлива к впрыскивающему насосу с механическим приводом, который имел отдельные плунжеры на инжектор, чтобы подавать очень высокое давление впрыска непосредственно в камеру сгорания.
Mercedes-Benz 300SL 1955 года выпуска (фото справа), первый серийный спортивный автомобиль с системой впрыска топлива, использовал непосредственный впрыск. Топливные форсунки Bosch были помещены в отверстия на стенке цилиндра, используемые для свечей зажигания в других шестицилиндровых двигателях Mercedes-Benz (свечи зажигания были перемещены на головку блока цилиндров).
Позже более распространенные применения впрыска топлива отдавали предпочтение менее дорогостоящим методам непрямого впрыска. Но все эти ранние проекты в автомобильной промышленности отменены, потому что электронного управления, ключевого элемента, не существовало или находилось в зачаточном состоянии, а стоимость насосов и форсунок была чрезвычайно высокой. Сегодня бензиновые двигатели DI появляются в моделях начального уровня, и если вы видите GDI, FSI, DFI, SIDI, Skyactiv или EcoBoost на задней части автомобиля, это относится к прямому впрыску. Hyundai предлагает прямой впрыск топлива на семи своих моделях, включая Sonata и Accent начального уровня.Kia делает то же самое на пяти своих моделях, включая самый дешевый Rio. Chevrolet ставит его на V6 Camaro и на нынешнюю Impala, что очень странно для автомобиля, который рекламирует проигрыватель компакт-дисков как свой лучший удар. Audi предлагает его для каждой модели, включая V10 R8 и 12-цилиндровый A8. Дизельные двигатели
используют прямой впрыск в течение многих лет, но только люди, купившие VW TDI, действительно знают об этом.

Gasoline DI — относительно новый продукт в автомобильной технике. Усовершенствованная система впрыска, которая со сложными стратегиями впрыска в сочетании с турбонагнетателем позволяет уменьшить размер двигателя, улучшить характеристики и значительно снизить расход топлива и выбросы.В сочетании с сверхточным 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, отвечающая за управление топливом, должна думать намного быстрее. Это потому, что система управления подачей топлива должна подавать топливо в цилиндры с гораздо более короткими интервалами, и в целом точное нормирование топлива и управление соотношением воздух-топливо более важно для двигателя с прямым впрыском, чтобы оптимизировать производительность, выбросы и топливо. эффективность.Расположение форсунки также обеспечивает более оптимальную схему распыления, которая 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 одной. Некоторые автопроизводители даже экспериментировали с использованием GDI для подачи дополнительного потока топлива в цилиндр, чтобы создать вторичный взрыв во время цикла сгорания, что потенциально привело к еще большей мощности и эффективности.Эта возможность регулировки при добавлении топлива в цилиндр — это святой Грааль производства энергии.

DI по своей сути более эффективен и помогает генерировать больше энергии, чем инжекторный порт. А достижения в области инженерии и электронного управления двигателем, вызванные жесткой отраслевой конкуренцией и потребительским спросом, делают технологию DI более экономичной для производителей, чем когда-либо. Прямой впрыск GDI представляет собой эффективное технологическое решение для трансмиссии, позволяющее идти в ногу с тенденцией выбросов.Прямой впрыск становится обычным явлением в новых автомобилях благодаря его положительному влиянию на топливную экономичность. Требования к более высокой топливной эффективности, предъявляемые EPA, гарантируют, что прямой впрыск станет все более распространенной технологией на автомобилях в будущем, и автопроизводителям придется выяснить, как сделать его долговечным и рентабельным.

Но у этой технологии есть и обратная сторона. Это процесс, чтобы технология не только работала, но и была долговечной и рентабельной.Есть 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 системах с прямым впрыском работают при гораздо более низком давлении, чем топливные насосы высокого давления на электростанциях с прямым впрыском.
Самая большая проблема с технологией прямого впрыска — это накопление углерода вокруг впускных клапанов. Со временем это может привести к снижению мощности и эффективности, уменьшая тем самым бонус, который должен обеспечивать DI.В отличие от двигателей с впрыском топлива в порт, где постоянная струя топлива в порт и над клапанами позволяет смыть любые отложения, в двигателях с прямым впрыском топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания, поэтому нет никаких шансов. чтобы смыть отложения. Обычно отложения образуются, когда сажа, которая является конечным продуктом сгорания, прилипает к штоку клапана. Проблема большинства поврежденных двигателей связана с дыхательной системой. В частности, конструкцию компонентов вентиляции картера и системы рециркуляции выхлопных газов.Все современные бензиновые двигатели возвращают часть картера и выхлопных газов обратно через впускной коллектор, чтобы помочь контролировать выбросы, но некоторые конструкции рециркуляции выхлопных газов «грязнее», чем другие. Некоторые менее эффективны в предотвращении прохождения крошечных кусочков масла. , углерод и другие твердые частицы, которые в конечном итоге прилипают к впускным каналам и клапанам. «Грязная» конструкция впуска или рециркуляции выхлопных газов может легко остаться незамеченной в обычном двигателе с впрыском через порт из-за очищающего эффекта бензина, проходящего через впускные клапаны.Однако, когда те же конструкции двигателя адаптированы для непосредственного впрыска топлива, этот эффект очистки внезапно теряется — и могут образовываться углеродные слои. Новые реализации прямого впрыска предназначены для решения этих проблем. Система Toyota D-4S, которая используется в некоторых из ее автомобилей, таких как Scion FR-S и Lexus GS350, имеет второй набор портовых форсунок (не прямых форсунок), которые работают только тогда, когда это необходимо, чтобы помочь удалить накопление 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, которые были переданы Хуану Мануэлю Фанхио (на фото под номером 10) и Стирлингу Моссу.Он использовал прямой восьмицилиндровый двигатель M196, изображенный выше (щелкните, чтобы увеличить). Он был первым, в котором использовались десмодромные клапаны и система впрыска топлива, разработанные инженерами Mercedes на основе опыта, накопленного на двигателях серии DB 600, использовавшихся на истребителе Messerschmitt Bf 109 и других двигателях во время Второй мировой войны.

Прямой впрыск не является чем-то новым в автоспорте. Гонщик Mercedes Grand Prix использовал механическую систему для впрыска топлива через боковую часть цилиндра своего прямого восьмицилиндрового двигателя M196 (на котором установлен знаменитый гонщик Mercedes-Benz W196 Формулы-1), благодаря чему выиграл чемпионаты мира в 1954 и 1955 годах.
В 2001 году Audi представила свой трехцилиндровый двигатель V8 объемом 3,6 литра, выиграв в этом году Ле-Ман. К этому времени, конечно, многие другие производители начали видеть преимущества повышенной мощности (до 5%) и лучшего расхода топлива (до 15%). Но, как и многие другие вещи в жизни, такие улучшения даются нелегко, и хотя потенциальные преимущества улучшенного наполнения цилиндров и лучшего приготовления смеси весьма привлекательны, для их достижения требуется много кропотливой работы по разработке.

Положение иглы форсунки при двух крайних режимах работы двигателя: холостом ходу и полной нагрузке.Вы можете увидеть разницу в промежутке -A-.
На рисунке слева вы можете видеть внутреннее устройство завихрителя наконечника форсунки и распылителя вихревого форсунки высокого давления AlliedSignal, а также характеристики распыления вихревого форсунки высокого давления.

Прирост достигается за счет точного управления количеством и синхронизацией впрыска топлива, которые меняются в зависимости от нагрузки двигателя. Добавление этой функции к ЭБУ требует значительного улучшения обработки и памяти ЭБУ, поскольку прямой впрыск и управление частотой вращения двигателя должны иметь очень точные алгоритмы для обеспечения хорошей производительности и управляемости.

Система управления двигателем постоянно

выбирает среди карт двигателя внутреннего сгорания: сжигание обедненной смеси, стехиометрический, полная мощность и несколько промежуточных. Каждый режим характеризуется соотношением воздух-топливо. Стехиометрическое соотношение воздух-топливо для бензина составляет 14,7: 1 по массе (массе), но в обедненном режиме могут использоваться такие высокие отношения, как 50: 1. Режим обедненного сжигания или послойного заряда используется для условий работы с малой нагрузкой. В этом режиме топливо впрыскивается не на такте впуска, а на последних этапах такта сжатия.Отлично подходит для экономии топлива. Стехиометрический режим используется для условий умеренной нагрузки, а режим полной мощности используется для быстрого ускорения и больших нагрузок.

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

В двигателе с прямым впрыском топливо можно впрыскивать в течение большей части четырехтактного цикла, причем впрыск заканчивается при закрытии впускного клапана. Например, при 10 000 об / мин этот период впрыска может составлять примерно 12 мс.В двигателе с прямым впрыском впрыск не может начаться даже до тех пор, пока не откроется впускной клапан, и то только тогда, когда нет возможности утечки топлива через выпускной клапан во время перекрытия клапана. Следовательно, начало впрыска будет приходиться на время закрытия выпускного клапана или близко к нему. После впрыска топливу нужно дать достаточно времени, чтобы испариться, чтобы образовалась горючая смесь, прежде чем оно сможет воспламениться от искры. При тех же 10 000 об / мин время, чтобы это произошло, составляет примерно 1,6 мс. Увеличение числа оборотов двигателя до максимума, разрешенного сейчас в Формуле 1 (15 000 об / мин), еще больше сокращает это время на испарение и перемешивание.
В Формуле 1 это не такая уж большая проблема, поскольку согласно новым правилам 2014 года максимальное давление в топливной рампе составляет 500 бар, что значительно выше, чем в других приложениях DI. Однако при 15000 об / мин получение правильной топливовоздушной смеси в нужное время в цикле двигателя, в соответствии с положением поршня, и обеспечение быстрого и полного сгорания этой смеси в цилиндре диаметром 80 мм требует глубокого понимания поток воздуха в цилиндре. Это, а также продвижение фронта пламени через камеру сгорания шириной 80 мм, требует гораздо большего знания потоков в цилиндрах в любой конкретный момент, чем для нашего двигателя с впрыском в порт.Бесчисленные часы работы CFD будут потрачены на моделирование смешивания воздуха и топлива.

Гонка по достижению максимальной производительности из разрешенных 100 кг топлива началась.

Вернуться к началу страницы

,

типов систем впрыска дизельного топлива

Ричард Роу

дизельное топливо специальное изображение longtall_chris с сайта Fotolia.com

Дизели были одними из первых двигателей с впрыском топлива. Хотя многие люди считают дизельные двигатели чем-то большим, чем просто аграрными двигателями, тот факт, что они часто используются в промышленных условиях в течение нескольких часов подряд, означает, что стоимость и общественные настроения уступают место эффективности, надежности и экономичности.

Впрыск дроссельной заслонки

Впрыск дроссельной заслонки (TBI) очень похож на карбюратор; настолько похожи, что многие узлы впрыска корпуса дроссельной заслонки были фактически адаптированы от газовых карбюраторов.TBI отличается от карбюратора тем, что в нем используются одна или несколько направленных вниз форсунок для подачи топлива в двигатель под давлением, вместо того, чтобы позволять ему всасываться вакуумом двигателя. TBI довольно редко встречается в современных дизельных двигателях, прежде всего потому, что он плохо работает с турбонаддувом и потому, что на момент его разработки уже были лучшие варианты.

Многоточечный впрыск

В некоторых промышленных дизельных двигателях используется многоточечный впрыск топлива (MPI), аналогичный тому, который используется в большинстве автомобилей.В системах MPI используются одинарные или сдвоенные топливные насосы для питания топливных форсунок, установленных во впускном отверстии двигателя. Форсунки распыляют топливо во впускные клапаны двигателя через впускной канал. Эта конструкция довольно редко встречается на дизелях, прежде всего потому, что она была разработана после механического прямого впрыска, используемого на большинстве дизелей, и не дает реальных преимуществ для двигателей с воспламенением от сжатия.

Прямой впрыск

Прямой впрыск используется в дизельных двигателях с 1950-х годов.В этих системах используется мощный топливный насос прямого вытеснения, который перекачивает дизельное топливо через форсунки, установленные непосредственно в цилиндре. Эти форсунки расположены там, где свеча зажигания могла бы быть на газовом двигателе, и хорошо работают с дизельными двигателями, поскольку они могут вводить огромное количество топлива в камеру сгорания, как только поршень достигает своего пикового сжатия. Это делает процесс возгорания намного быстрее, тише и мощнее, чем он мог бы быть в противном случае. Один интересный компонент, который отличает прямой впрыск от других типов, — это топливный насос.Насос с непосредственным впрыском почти идентичен по форме и функциям крошечному четырехтактному двигателю, но пропускает жидкое дизельное топливо вместо воздуха и топлива. Эти «объемные» насосы создают очень высокое и стабильное давление топлива, необходимое для впрыска топлива против сжимающей силы поднимающегося поршня. Без поршневого насоса объемный воздух над поднимающимся поршнем преодолевал бы давление топлива и выталкивал воздух обратно в топливопровод.

Система впрыска Common Rail

Система впрыска Common Rail (CRI) представляет собой комбинацию прямого впрыска и многоточечного впрыска.Как и многоточечный впрыск, CRI использует общую топливную рампу (резервуар) для питания нескольких топливных форсунок, но эти форсунки установлены внутри цилиндрического прямого впрыска. Такая конструкция дает инженерам гибкость в управлении количеством впрыскиваемого топлива и синхронизацией впрыска топлива с помощью компьютера, что невозможно для традиционного механического прямого впрыска, который полагается только на синхронизацию насоса форсунки для регулирования расхода топлива. Секрет успеха CDI — в его единственном мощном топливном насосе, который может нагнетать (очень толстую) топливную рампу до уровня более 23 000 фунтов на квадратный дюйм.

Еще статьи

.

Дизели с косвенным впрыском и дизельные двигатели с прямым впрыском

IDI vs DI diesel diagram

Дизельные двигатели с косвенным впрыском и дизельные двигатели с прямым впрыском

IDI по сравнению с DI

IDI — Дизель с косвенным впрыском

В дизельных двигателях

IDI используется камера предварительного сгорания, обычно называемая вихревой камерой или форкамерой. Топливо впрыскивается в форкамеру, где оно быстро смешивается с воздухом и происходит самовоспламенение. По мере того, как фронт пламени расширяется в форкамеру, он заставляет топливо быстро поступать в камеру сгорания, эффективно смешивая топливо с воздухом в цилиндре, и достигается распыление.Свеча накаливания также расположена в форкамере, а форма поршней в IDI имеет тенденцию напоминать форму поршней бензинового двигателя.

DI — Дизель с прямым впрыском

Дизельные двигатели

DI впрыскивают топливо непосредственно в камеру сгорания, прямо в верхнюю часть поршня. В поршнях двигателя прямого ввода-вывода обычно врезана чаша или чашка, в которую направляется топливо. Двигатели с прямым впрыском работают при более высоком давлении впрыска, и поэтому происходит более полное распыление, а это означает, что этим двигателям не требуется форкамеру для обеспечения надлежащей диффузии топлива в воздух.

Двигатели

IDI теперь ушли в прошлое, поскольку дизельный двигатель с прямым впрыском работает с гораздо более высокой эффективностью, значительно меньшими выбросами и большей производительностью. Однако это не означает, что бывшие в употреблении модели потеряли свой блеск. Двигателям IDI 80-х и 90-х годов не хватает современной сложности, поэтому их относительно легко и недорого обслуживать. Отсутствие электроники и средств контроля выбросов, как правило, способствует большей надежности двигателей IDI, поскольку система намного менее сложна.Кроме того, пикапы, оснащенные IDI, обычно можно купить по дешевке на рынке подержанных автомобилей. Несмотря на привлекательность старых дизелей IDI, дизельные двигатели с прямым впрыском имеют следующие преимущества перед сопоставимым аналогом IDI:

• Повышенный тепловой КПД

• Снижение выбросов NOx и твердых частиц (сажи)

• Пониженный уровень шума, вибрации и резкости (NVH)

• Повышенный потенциал производительности

• Более высокие характеристики на большой высоте (по сравнению с безнаддувными двигателями IDI)

,

ВПРЫСК ТОПЛИВА В ДВИГАТЕЛЕ ИСКРОВОГО ЗАЖИГАНИЯ | authorSTREAM

ВПРЫСК ТОПЛИВА В ДВИГАТЕЛЬ ИСКРОВОГО ЗАЖИГАНИЯ:

ВПРЫСК ТОПЛИВА В ДВИГАТЕЛЕ ИСКРОВОГО ЗАЖИГАНИЯ

Достоинства впрыска топлива в двигателе SI:

Достоинства впрыска топлива в двигателе SI:

Отсутствие Вентури — нет ограничений для воздушного потока / более высокий объем. Эффективность / крутящий момент / мощность Горячие точки для предварительного нагрева холодного воздуха исключены / более плотный воздух поступает в патрубки коллектора, не связанные с приготовлением смеси (MPI) Лучшая реакция на ускорение (MPI) Распыление топлива в целом улучшено

Достоинства (продолжение):

Достоинства (продолжение) ) Использование большего перекрытия клапанов Использование датчиков для контроля рабочих параметров / Обеспечивает точное соответствие требований к воздуху / топливу: Повышает мощность, снижает расход топлива и выбросы Точное дозирование топлива в портах Точное распределение топлива между цилиндрами (MPI)

Достоинства ( Продолжение):

Достоинства (Продолжение) Транспортировка топлива в коллекторе не требуется (MPI), поэтому отсутствие смачивания стенок топливного броска при быстром прохождении поворотов или резком торможении Устранено Адаптируется и подходит для наддува (SPI и MPI)

Ограничения впрыска бензина:

Ограничения впрыска бензина Высокая начальная стоимость / Высокая стоимость замены Повышенный уход и внимание / Больше проблем с обслуживанием Требуется спецификация » Службы придорожного обслуживания содержат больше механических и электрических компонентов, которые могут выйти из строя Повышенный гидравлический и механический шум из-за перекачки и дозирования топлива

Ограничения впрыска бензина (продолжение):

Ограничения впрыска бензина (продолжение) Требуется очень тщательная фильтрация Из-за малых допусков компонентов дозирования и нагнетания Требуется больше электрической / механической мощности для привода топливного насоса и / или устройств впрыска Требуется больше оборудования для перекачки / впрыска топлива и трубопроводов — может быть неудобно размещено и громоздко

Косвенный впрыск:

Непрямой впрыск, также называемый впрыском в коллекторе Инжектор ction или одноточечного впрыска (SPI) или впрыска в корпус дроссельной заслонки (TBI) Обычно перед дроссельной заслонкой (сторона впуска воздуха) или в некоторых случаях, размещенных на противоположной стороне, давление низкое — от 2 до 6 бар.Возможно, впрыск, независимо от стоимости процесса впуска, будет низким

Непрямой впрыск (продолжение):

Непрямой впрыск (продолжение) Имеет те же проблемы смешивания и распределения воздуха и топлива, что и карбюратор, но без ограничения вентури, поэтому обеспечивает более высокий объемный КПД двигателя при более высоком давлении впрыска по сравнению с до карбюратора — ускоряет распыление жидкого топлива

Полупрямой впрыск:

Полупрямой впрыск, также называемый портовым впрыском, или косвенным многоточечным впрыском (IMPI), или просто многоточечным впрыском (MPI), инжекторы, расположенные в каждом ответвлении индукционного коллектора перед впускным отверстием Впрыск при низком давлении (2-6 бар) не требуется синхронизировать с циклом впрыска двигателя

Полупрямой впрыск (продолжение):

Полупрямой впрыск (продолжение) Топливо может выпускаться одновременно с каждой впрыском Труба, в которой она смешивается и хранится до тех пор, пока не потребуется время для IVO — Требуется низкое давление нагнетания — Инжекторы Не подвергается воздействию продуктов сгорания, что снижает сложность — меньше затрат

Полупрямой впрыск (продолжение):

Полупрямой впрыск (продолжение) Нет проблем с распределением топлива, так как каждая форсунка выходит непосредственно в свой порт, и смесь перемещается на небольшое расстояние раньше Впускной коллектор впрыска цилиндра имеет дело в основном только с нагнетаемым воздухом — поэтому отводные трубы могут быть увеличены и удлинены для максимального увеличения эффекта поршня

Прямой впрыск в цилиндр:

Прямой впрыск в цилиндр, также называемый прямым многоточечным впрыском (DMPI) или прямым впрыском бензина (GDI) ) Впрыск может происходить во время процесса впуска или сжатия Повышенная турбулентность, необходимая для компенсации более короткого допустимого времени для впрыска / распыления / смешивания Давление впрыска должно быть выше

Прямой впрыск в цилиндр (продолжение):

Прямой впрыск в цилиндр (продолжение) Возможно большее перекрытие клапана Таким образом, свежий воздух можно использовать для продувки форсунки. зажигается для более высоких давлений и температур, поэтому должно быть более надежным и дорогостоящим, чем другие типы Положение и направление впрыска важны — ни одно положение не будет идеальным для всех условий эксплуатации

Прямой впрыск в цилиндр (продолжение):

Прямой впрыск в цилиндр (Продолжение) В больших цилиндрах смешивание воздуха и топлива более тщательное, чем в маленьких цилиндрах, поскольку размер капель такой же, как конденсация, и смачивание стенок во впускном коллекторе устранено, но конденсат на днище поршня и стенках цилиндра

Основные характеристики с впрыском бензина:

Основные Особенности с впрыском бензина Имеется раздельный дозатор воздуха и топлива Дозирование топлива точное при любых условиях эксплуатации двигателя

Методы выпуска топлива в воздух:

Способы выпуска топлива в воздух НЕПРЕРЫВНЫЙ ВПРЫСК Форсунка и клапан форсунки постоянно открыты во время работы двигателя Количество топлива, сливаемого при распылении, контролируется Va Дозирующая диафрагма или изменяющееся давление на выходе топлива, или и то, и другое

Методы выпуска топлива в воздух (продолжение):

Методы выпуска топлива в воздух (продолжение) 2.ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ИЛИ ИМПУЛЬСНЫЙ ВПРЫСК Топливо распыляется с регулярными интервалами при постоянном давлении нагнетания топлива Количество сбрасываемого топлива регулируется периодом времени, в течение которого клапан форсунки открыт

Сравнение импульсного и непрерывного впрыска:

Сравнение импульсного и непрерывного впрыска Предположим, что двигатель работает между 750 (холостой ход) и 7500 об / мин (макс. Скорость) (соотношение 1:10) при непрерывном впрыске топлива: расход топлива должен изменяться с коэффициентом 1:50 по объему при использовании отверстия с регулируемой площадью отверстия. Давление впрыска должно изменяться на Коэффициент 1: 2500 при использовании фиксированной диафрагмы или комбинации обеих переменных

Сравнение импульсного и непрерывного впрыска (продолжение):

Сравнение импульсного и непрерывного впрыска (продолжение) при импульсном впрыске топлива: клапан форсунки открывается на короткое время, когда топливо Необходимо распылять Расход топлива должен изменяться в соотношении 1: 5 (между холостым ходом и максимальной скоростью). Этот диапазон значительно увеличивается при холодном пуске, где точность регулирования Требования значительно сокращены.

Типы впрыска для MPI:

Типы впрыска для MPI. Время впрыска. Начало подачи топлива для каждого цилиндра происходит в одной и той же угловой точке цикла двигателя — может быть 60 или 90 градусов.ATDC индукционного хода каждого цил. Несвоевременный впрыск Все форсунки запрограммированы на одновременный выпуск топлива. Каждый поршень будет находиться в разных частях цикла

Операция:

Операция Система впрыска должна улавливать изменения влияющих параметров Передать информацию в систему координации (микропроцессор или компьютер), которая, в свою очередь, объединяет отдельные сигналы и интерпретирует потребности в топливе, а затем сигнализирует инжектор для открытия и закрытия

Эксплуатация (продолжение):

Эксплуатация (продолжение) Потребности передаются механическими, гидравлическими или электрическими средствами насосным и дозирующим устройствам, которые подают правильное количество топлива в соответствующий инжектор

Контрольные параметры для определения ( Некоторые параметры):

Контрольные параметры для определения (некоторые параметры) Скорость двигателя Количество поступающего воздуха (нагрузка двигателя) Положение дроссельной заслонки Температура воздуха Температура охлаждающей жидкости Высота коленчатого вала Скорость запуска Концентрация кислорода на выхлопе Напряжение батареи

Компоненты системы впрыска бензина:

Система впрыска бензина Компоненты Электрический топливный насос Топливный аккумулятор — поддерживает давление в топливной магистрали при выключенном двигателе и снижает шум, создаваемый топливным фильтром насоса с роликовыми ячейками — Гофрированный бумажный или ворсовый фильтр с сетчатым фильтром типа плюс — первичный регулятор давления — поддерживает выходное давление подачи до быть около 5 бар

Компоненты системы впрыска бензина (продолжение):

Компоненты системы впрыска бензина (продолжение) Клапан Push Up — предотвращает утечку в цепи управляющего давления.Это обратный клапан, расположенный на противоположном конце клапана впрыска топлива регулятора давления — клапаны изолированы в держателях, чтобы предотвратить образование пузырьков паров топлива в топливных магистралях из-за нагрева двигателя. Клапаны открываются при давлении около 3,3 бар и распыляют топливо. Клапан колеблется около 1500 циклов в секунду и, таким образом, помогает в распылении.

Система впрыска топлива K-Jetronic (F.I.S.) (Bosch):

Система впрыска топлива K-Jetronic (F.I.S.) (Bosch) Это механическая система впрыска без водителя. Топливо постоянно дозируется пропорционально количеству воздуха, попадающего в цилиндры двигателя «K» означает немецкое слово «непрерывно»

Система впрыска топлива K-Jetronic (F.IS) (Bosch) (продолжение):

Система впрыска топлива K-Jetronic (FIS) (Bosch) (продолжение) Рассмотрена в 3-х частях Измерение расхода воздуха 2. Подача топлива 3. Дозирование и впрыск топлива

Топливо K-Jetronic Система впрыска (FIS) (Bosch) (Продолжение):

Система впрыска топлива K-Jetronic (FIS) (Bosch) (Продолжение) Датчик расхода воздуха измеряет регулируемое дросселем количество воздуха, втягиваемого в двигатель Топливо под давлением, обеспечиваемое приводом от электродвигателя Роликовый насос, подающий топливо через аккумулятор и фильтр к распределителю контроля смеси.Регулятор давления поддерживает постоянное давление топлива, поступающего в блок управления смесью

Система впрыска топлива K-Jetronic (FIS) (Bosch) (Продолжение):

Система впрыска топлива K-Jetronic (FIS) (Bosch) (Продолжение) 3 Количество топлива, выброшенного в воздух, связано с измеренным потоком воздуха, поступившим в блок с контролируемой смесью, функция которого заключается в измерении соответствующего количества топлива, подаваемого в форсунку

.

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о