Система безпосереднього впорскування палива в бензинових двигунах на сьогоднішній день являє собою найбільш досконале і сучасне рішення. Головною особливістю безпосереднього вприскування можна вважати те, що пальне подається в циліндри безпосередньо.
З цієї причини дану систему також часто називають прямим уприскуванням палива. У цій статті ми розглянемо, як працює двигун з безпосереднім уприскуванням палива, а також які переваги і недоліки має така схема.
Читайте в цій статті
Пряме впорскування палива: пристрій системи безпосереднього вприскування
Як вже було сказано вище, пальне в подібних подається безпосередньо в камеру згоряння двигуна. Це означає, що форсунки розпилюють бензин не у, після чого паливно-повітряна суміш надходить через в циліндр, а впорскують паливо в камеру згоряння безпосередньо.
Першими бензиновими двигунами з безпосереднім уприскуванням стали. Надалі схема набула широкого поширення, в результаті чого сьогодні з такою системою подачі палива можна зустріти в лінійці багатьох відомих автовиробників.
Наприклад, концерн VAG представив ряд моделей Audi і Volkswagen з атмосферними і турбірованими, які отримали безпосереднє уприскування палива. Також двигуни з прямим уприскуванням виробляє компанія BMW, Ford, GM, Mercedes і багато інших.
Таке широке поширення безпосереднє уприскування палива отримав завдяки високої економічності системи (близько 10-15% в порівнянні з розподіленим уприскуванням), а також більш повноцінному згорянню робочої суміші в циліндрах і зниження рівня токсичності відпрацьованих газів.
Система безпосереднього впорскування: конструктивні особливості
Отже, давайте в якості прикладу візьмемо двигун FSI з його так званим «пошаровим» уприскуванням. Система включає в себе наступні елементи:
- контур високого тиску;
- бензиновий;
- регулятор тиску;
- паливну рампу;
- датчик високого тиску;
- інжекторні форсунки;
Почнемо з паливного насоса. Зазначений насос створює високий тиск, під яким паливо подається до паливної рампи, а також на форсунки. Насос має плунжери (плунжеров може бути як кілька, так і один в насосах роторного типу) і приводиться в дію від розподільного впускних клапанів.
РДТ (регулятор тиску палива) інтегрований в насос і відповідає за дозовану подачу палива, що відповідає упорскуванню форсунки. Паливна рейка (паливна рампа) потрібна для того, щоб розподілити пальне на форсунки. Також наявність даного елемента дозволяє уникнути стрибків тиску (пульсації) пального в контурі.
До речі, в схемі використовується спеціальний клапан-запобіжник, який стоїть в рейці. Зазначений клапан потрібен для того, щоб уникнути занадто високого тиску палива і тим самим захистити окремі елементи системи. Зростання тиску може виникати через те, що пальне має властивість розширюватися при нагріванні.
Датчик високого тиску є пристроєм, який вимірює тиск в паливній рейці. Сигнали від датчика передаються на, який, в свою чергу, здатний змінювати тиск в паливній рейці.
Що стосується инжекторной форсунки, елемент забезпечує своєчасну подачу і розпил палива в камері згоряння, щоб створити необхідну паливно-повітряну суміш. Відзначимо, що описані процеси протікають під управлінням. Система має групу різних датчиків, електронний блок управління, а також виконавчі пристрої.
Якщо ж говорити про систему прямого вприскування, разом з датчиком високого тиску палива для її роботи задіяні:, ДПРВ, датчик температури повітря у впускному колекторі, датчик температури ОЖ і т.д.
Завдяки роботі цих датчиків на ЕБУ надходить потрібна інформація, після чого блок посилає сигнали на виконавчі пристрої. Це дозволяє домогтися злагодженої і чіткої роботи електромагнітних клапанів, Форсунок, запобіжного клапана і ряду інших елементів.
Як працює система безпосереднього впорскування палива
Головним плюсом безпосереднього вприскування є можливість домогтися різних типів сумішоутворення. Іншим словами, така система харчування здатна гнучко змінювати склад робочої паливно-повітряної суміші з урахуванням режиму роботи двигуна, його температури, навантаження на ДВС і т.д.
Слід виділити пошарове сумішоутворення, стехиометрическое, а також гомогенне. Саме таке смесеобразование дозволяє в кінцевому підсумку максимально ефективно витрачати паливо. Суміш завжди виходить якісної незалежно від режиму роботи ДВС, Бензин згоряє повноцінно, двигун стає більш потужним, при цьому одночасно знижується токсичність вихлопу.
- Пошарове сумішоутворення задіюється тоді, коли навантаження на двигун низькі або середні, а обороти коленвала невеликі. Якщо просто, в таких режимах суміш кілька збіднюється з метою економії. Стехіометричне смесеобразование передбачає приготування такої суміші, яка легко запалюється, при цьому не є занадто збагаченої.
- Гомогенне смесеобразование дозволяє отримати так звану «мощностную» суміш, яка потрібна при великих навантаженнях на двигун. На збідненого гомогенної суміші з метою додаткової економії силовий агрегат працює на перехідних режимах.
- Коли задіяний режим пошарового сумішоутворення, дросельна заслінка широко відкрита, при цьому впускні заслінки знаходяться в закритому стані. У камеру згоряння повітря подається з високою швидкістю, виникають завихрення повітряних потоків. Пальне впорскується ближче до кінця такту стиснення, впорскування проводиться в область розташування свічки запалювання.
За короткий час до того, як на свічці з'явиться іскра, утворюється паливно-повітряна суміш, в якій коефіцієнт надлишкового повітря становить 1.5-3. Далі суміш запалюється від іскри, при цьому навколо зони займання зберігається досить кількість повітря. Зазначений повітря виконує функцію температурного «ізолятора».
Якщо ж розглядати гомогенне стехиометрическое смесеобразование, такий процес відбувається тоді, коли впускні заслінки відкриті, при цьому дросельна заслінка також відкрита на той чи інший кут (залежить від ступеня натискання на педаль акселератора).
В цьому випадку пальне впорскується ще на такті впуску, в результаті чого вдається отримати однорідну суміш. Надлишок повітря має коефіцієнт, близький до одиниці. Така суміш легко запалюється і повноцінно згорає по всьому об'єму камери згоряння.
Збіднена гомогенна суміш створюється тоді, коли дросельна заслінка повністю відкрита, а впускні заслінки закриті. У цьому випадку повітря активно рухається в циліндрі, а впорскування пального доводиться на такт впуску. ЕСУД підтримує надлишок повітря на позначці 1.5.
Додатково до чистого повітря можуть бути додані відпрацьовані гази. Це відбувається завдяки роботі. В результаті вихлоп повторно «догорає» в циліндрах без шкоди для мотора. При цьому знижується рівень викиду шкідливих речовин в атмосферу.
Що в підсумку
Як видно, прямий впорскування дозволяє добитися не тільки економії палива, але і хорошою віддачі від двигуна як в режимах низьких і середніх, так і високих навантажень. Іншими словами, наявність безпосереднього вприскування означає, що оптимальний склад суміші буде підтримуватися на всіх режимах роботи ДВС.
Що стосується недоліків, до мінусів прямого вприскування можна віднести хіба що підвищену складність під час ремонту та ціну запчастин, а також високу чутливість системи до якості пального і станом фільтрів палива і повітря.
Читайте також
Пристрій і схема роботи інжектора. Плюси і мінуси інжектора в порівнянні з карбюратором. Часті несправності інжекторних систем харчування. Корисні поради.
Двигуни з системами уприскування палива, або інжекторні двигуни, майже витіснили з ринку карбюраторні мотори. На сьогоднішній день існує декілька типів систем уприскування, що відрізняються пристроєм і принципом роботи. Про те, як влаштовані і працюють різні типи і види систем уприскування палива, читайте в цій статті.
Пристрій, принцип роботи і типи систем уприскування палива
Сьогодні більшість нових легкових автомобілів оснащуються двигунів з системою впорскування палива (інжекторними двигунами), які володіють кращими характеристиками і більш надійні, ніж традиційні карбюраторні мотори. Про інжекторних двигунах ми вже писали (стаття «Інжекторний двигун»), тому тут розглянемо лише типи і різновиди систем уприскування палива.
Існує два принципово різних типи систем уприскування палива:
Центральний уприскування (або моновприск);
- Розподілений вприск (або багатоточкове уприскування).
Ці системи відрізняються кількістю форсунок і режимами їх роботи, проте принцип роботи у них однаковий. У инжекторном двигуні замість карбюратора встановлена \u200b\u200bодна або кілька паливних форсунок, які розпилюють бензин у впускний колектор або безпосередньо в циліндри (повітря для утворення паливно-повітряної суміші подається в колектор за допомогою дросельного вузла). Таке рішення дозволяє досягти однорідності і високої якості горючої суміші, а головне - нескладної установки режиму роботи двигуна в залежності від навантаження та інших умов.
Управління системою здійснюється спеціальним електронним блоком (Мікро контролером), який збирає інформацію з декількох датчиків і миттєво змінює режим роботи двигуна. У ранніх системах цю функцію виконували механічні пристрої, Однак сьогодні двигун повністю знаходиться під контролем електроніки.
Системи упорскування палива відрізняються за кількістю, місця установки і режиму роботи форсунок.
1 - циліндри двигуна;
2 - впускний трубопровід;
3 - дросель;
4 - подача палива;
5 - електричний провід, за яким до форсунки надходить керуючий сигнал;
6 - потік повітря;
7 - електромагнітна форсунка;
8 - факел палива;
9 - горюча суміш
Це рішення було історично першим і найпростішим, тому свого часу отримало досить широке поширення. Принципово система дуже проста: в ній використовується одна форсунка, яка постійно розпорошує бензин в один на все циліндри впускний колектор. У колектор ж подається і повітря, тому тут утворюється паливно-повітряна суміш, яка через впускні клапани надходить в циліндри.
Переваги моновриску очевидні: ця система дуже проста, для зміни режиму роботи двигуна потрібно управляти тільки однієї форсункою, та й сам двигун зазнає незначних змін, адже форсунка ставиться на місце карбюратора.
Однак моновприск має і недоліки, в першу чергу - ця система не може забезпечити всі зростаючі вимоги по екологічній безпеці. Крім того, поломка однієї форсунки фактично призвести до пошкодження двигуна. Тому сьогодні двигуни з центральним уприскуванням практично не випускаються.
розподілене уприскування
1 - циліндри двигуна;
2 - факел палива;
3 - електричний провід;
4 - подача палива;
5 - впускний трубопровід;
6 - дросель;
7 - потік повітря;
8 - паливна рампа;
9 - електромагнітна форсунка
У системах з розподіленим уприскуванням використовуються форсунки по числу циліндрів, тобто у кожного циліндра - своя форсунка, розташована у впускному колекторі. Всі форсунки об'єднані паливною рампою, через яку в них подається паливо.
Існує кілька різновидів систем з розподіленим уприскуванням, які відрізняються режимом роботи форсунок:
Одночасний впорскування;
- попарно-паралельний впорскування;
- Фазований сопло.
Одночасний уприскування. Тут все просто - форсунки, хоч і розташовані у впускному колекторі «свого» циліндра, але відкриваються в один час. Можна сказати, що це вдосконалений варіант моновриску, так як тут працює кілька форсунок, але електронний блок управляє ними, як однієї. Однак одночасний впорскування дає можливість індивідуального регулювання впорскування палива для кожного циліндра. В цілому, системи з одночасним впорскуванням прості і надійні в роботі, але за характеристиками поступаються більш сучасним системам.
Попарно-паралельний уприскування. Це вдосконалений варіант одночасного уприскування, він відрізняється тим, що форсунки відкриваються по черзі парами. Зазвичай робота форсунок налаштована таким чином, щоб одна з них відкривалася перед тактом впуску свого циліндра, а друга - перед тактом випуску. На сьогоднішній день цей тип системи упорскування практично не використовується, проте на сучасних двигунах передбачена аварійна робота двигуна саме в цьому режимі. Зазвичай таке рішення використовується при виході з ладу датчиків фаз (датчиків положення розподільного), при якому неможливий фазований уприскування.
Фазований уприскування. Це найбільш сучасний і забезпечує найкращі характеристики тип системи упорскування. При фазованого уприскуванні число форсунок дорівнює числу циліндрів, і всі вони відкриваються і закриваються залежно від такту. Зазвичай форсунка відкривається безпосередньо перед тактом впуску - так досягаються кращий режим роботи двигуна і економічність.
Також до розподіленого впорскування відносять системи з безпосереднім уприскуванням, проте останній має кардинальні конструктивні відмінності, тому його можна виділити в окремий тип.
Системи з безпосереднім уприскуванням найбільш складні і дорогі, однак тільки вони можуть забезпечити найкращі показники по потужності і економічності. Також безпосереднє уприскування дає можливість швидко змінювати режим роботи двигуна, максимально точно регулювати подачу палива в кожен циліндр і т.д.
У системах з безпосереднім уприскуванням палива форсунки встановлені безпосередньо в голівці, розпорошуючи паливо відразу в циліндр, уникаючи «посередників» у вигляді впускного колектора і впускного клапана (або клапанів).
Таке рішення досить складно з технічної точки зору, так як в голівці циліндра, де і так вже розташовані клапани і свіча, необхідно розмістити ще й форсунку. Тому безпосереднє уприскування можна використовувати тільки в досить потужних, а тому великих за габаритами двигунах. Крім того, таку систему неможливо встановити на серійний двигун - його доводиться модернізувати, що пов'язано з великими витратами. Тому безпосереднє уприскування сьогодні використовується тільки на дорогих автомобілях.
Системи з безпосереднім уприскуванням вимогливі до якості палива і потребують більш частого технічного обслуговування, проте вони дають істотну економію палива і забезпечують більш надійну та якісну роботу двигуна. Зараз спостерігається тенденція зниження ціни машин з такими двигунами, тому в майбутньому вони можуть серйозно потіснити автомобілі з інжекторними двигунами інших систем.
»Система вприскування палива - схеми і принцип дії
Різні системи та типи уприскування палива.
паливний інжектор - це не що інше, як автоматичний контрольований клапан. Паливні форсунки є частиною механічної системи, яка впорскує паливо в камери згоряння через певний інтервал. Паливні інжектори здатні відкриватися і закриватися багато разів протягом однієї секунди. В останні роки, використані раніше для доставки палива карбюратори, були практично замінені інжекторами.
- Дросельно-заслін інжектор.
корпус дросельної заслінки є найпростішим типом уприскування. Як і карбюратори, дросельно-заслін інжектор розташований на верхній частині двигуна. Такі інжектори дуже сильно нагадують карбюратори, крім їх роботи. Як і карбюратори, вони не мають миску палива або жиклери. У тому вигляді форсунки передають його безпосередньо в камери згоряння.
- Система безперервного уприскування.
Як і випливає з назви, існує безперервний потік палива з форсунок. Вхід його в циліндри або трубки контролюється за допомогою впускних клапанів. Існує безперервний потік палива при змінної ставки в безперервної ін'єкції.
- Центральний порт уприскування (ІСЦ).
Ця схема використовує особливий тип арматури, так звані 'тарілки клапанів'. Тарілками клапанів є клапани, які використовуються для управління входу і викиду палива до циліндра. Це розпорошує пальне на кожен прийом за допомогою трубки, прикріпленої до центрального інжектору.
- Мульти-порт або багатоточкове уприскування палива - схема роботи.
Один з більш просунутих схем уприскування палива в наш час називається 'многоточечний або мульти-порт уприскування'. Це динамічний тип впорскування, в якому міститься окрема форсунка для кожного циліндра. У мульти-порт системі уприскування палива всі форсунки розпилюють його одночасно без будь-яких затримок. Одночасний багатоточкове уприскування - це одна з найбільш просунутих механічних налаштувань, яка дозволяє пальному в циліндрі миттєво спалахувати. Отже, з багатоточковим уприскуванням палива водій отримає швидкий відгук.
Сучасні схеми вприскування палива є досить складними комп'ютеризованими механічними системами, які зводяться не тільки до паливним форсунок. Весь процес контролюється за допомогою комп'ютера. І різні деталі реагують відповідно до цих вказівок. Існує ряд датчиків, які адаптується за допомогою посилання важливої \u200b\u200bінформації комп'ютером. Існують різні датчики, які контролюють витрата палива, рівень кисню і інші.
Хоча ця схема паливної системи більш складна, але робота її різних частин дуже уточнена. Вона допомагає контролювати рівень кисню і витрата палива, що допоможе уникнути непотрібного витрати пального в двигуні. Паливна форсунка дає вашому авто потенціал для виконання завдань з високим ступенем точності.
Для різних паливних систем часто приходить необхідність для промивання спеціальним обладнанням.
Сутність схеми безпосереднього вприскування в камеру згоряння
Для людини, яка не володіє технічним складом розуму, розібратися в даному питанні - завдання надзвичайно складне. Але все ж знання відмінностей даної модифікації двигуна від інжекторної або карбюраторної необхідно. Вперше двигуни з безпосереднім уприскуванням застосовувалися в моделі Mercedes-Benz 1954 року випуску, але більшу популярність дана модифікація придбала завдяки компанії Mitsubishi під назвою Gasoline Direct Injection.
І з тих пір дана конструкція застосовується багатьма відомими брендами, такими як:
- Infinity,
- Ford,
- General Motors,
- Hyundai,
- Mercedes-Benz,
- Mazda.
При цьому кожна з фірм використовує свою назву для даної системи. Але принцип дії залишається одним і тим же.
Зростанню популярності системи упорскування палива сприяють показники її економічності та екологічності, так як при її використанні значно скорочується викид шкідливих речовин в атмосферу.
Основні особливості системи упорскування палива
Основний принцип роботи даної системи полягає в тому, що паливо безпосередньо впорскується в циліндри двигуна. Для роботи системи зазвичай необхідна наявність двох паливних насосів:
- перший розташовується в баку з бензином,
- другий - на двигуні.
Причому другий є насосом високого тиску, іноді видає понад 100 бар. Це необхідна умова роботи, так як паливо надходить в циліндр на такті стиснення. Високий тиск є основною причиною особливого будови форсунок, які виконуються у вигляді ущільнювачів тефлоновим кілець.
Дана паливна система, на відміну від системи зі звичайним уприскуванням, є системою з внутрішнім сумішоутворенням з пошаровим або однорідним утворенням паливо-повітряної маси. Спосіб сумішоутворення змінюється зі зміною навантаження двигуна. Розберемося в роботі двигуна при пошаровому і однорідному освіту паливо-повітряної суміші.
Робота при пошаровому освіту паливної суміші
Через особливості будови колектора (наявності заслінок, які закривають низи) перекривається доступ до низу. На такті впуску повітря надходить у верхню частину циліндра, після деякого обертання колінчастого вала на такті стиснення відбувається вприскування палива, який і вимагає великого тиску насоса. Далі отримана суміш зноситься за допомогою повітряного вихору на свічку. У момент подачі іскри бензин вже буде добре перемішаний з повітрям, що сприяє якісному згорянню. При цьому повітряний прошарок створює своєрідну оболонку, яка знижує втрати і підвищує коефіцієнт корисної дії, Тим самим зменшуючи витрати палива.
Слід зазначити, що робота при пошаровому уприскуванні палива є найбільш перспективним напрямком, так як в цьому режимі можна досягти найбільш оптимального згоряння палива.
Однорідне утворення паливної суміші
В даному випадку перебіг передвиборних процесів зрозуміти ще легше. Паливо і необхідний для згоряння повітря майже одночасно потрапляють в циліндр двигуна на такті впуску. Ще до досягнення поршнем верхньої мертвої точки топливовоздушная суміш знаходиться в змішаному стані. Освіта високоякісної суміші відбувається завдяки високому тиску уприскування. Система перемикається з одного режиму роботи на інший завдяки аналізу даних, що надходять. Це в результаті і призводить до підвищення економічності двигуна.
Основні недоліки уприскування палива
Всі переваги системи з безпосереднім уприскуванням палива досягаються тільки при використанні бензину, якість якого відповідає певним критеріям. У них і слід розібратися. Вимоги до октанового числа у системи великих особливостей не мають. гарне охолодження паливо-повітряної суміші досягається і при використанні бензинів, що мають октанові числа від 92 до 95.
Найбільш жорсткі вимоги висуваються саме до очищення бензину, його складу, змісту свинцю, сірки і бруду. Сірки бути взагалі не повинно, так як її наявність призведе до швидкого зносу паливної апаратури і виходу з ладу електроніки. До числа недоліків також варто віднести збільшення вартості системи. Це викликано ускладненням конструкції, яке в свою чергу призводить до збільшення собівартості компонентів.
підсумки
Аналізуючи вищенаведену інформацію, можна з упевненістю сказати, що система з безпосереднім уприскуванням палива в камеру згоряння є більш перспективною і сучасної, ніж уприскування з розподілом. Вона дозволяє істотно підвищувати економічність двигуна за рахунок високої якості паливо-повітряної суміші. Основним недоліком системи є наявність високих вимог до якості бензину, велика вартість ремонту і обслуговування. А при використанні бензину низької якості потреба в більш частого ремонту і обслуговуванні сильно зростає.
Де знаходиться клапан ЄДР - чистка або як заглушити EGR Роторний дизель - конструкція двигуна 
Гальмівна система автомобіля - ремонт або заміна Дизель не заводиться, несправності і причини 
Система охолодження двигуна автомобіля, принцип дії, несправності 2.0 fsi система уприскування - що це таке, історія, переваги
В кінці 60х-початку 70х років ХХ століття гостро постала проблема забруднення навколишнього середовища промисловими відходами, серед яких значну частину складали вихлопні гази автомобілів. До цього часу склад продуктів згоряння двигунів внутрішнього згоряння нікого не цікавив. З метою максимального використання повітря в процесі згоряння і досягнення максимально можливої \u200b\u200bпотужності двигуна склад суміші регулювався з таким розрахунком, щоб в ній був надлишок бензину.
В результаті в продуктах згоряння зовсім був відсутній кисень, проте залишалося незгоріле паливо, а шкідливі для здоров'я речовини утворюються головним чином при неповному згорянні. У прагненні підвищувати потужність конструктори встановлювали на карбюратори прискорювальні насоси, колючі паливо у впускний колектор при кожному різкому натисканні на педаль акселератора, тобто коли потрібно різкий розгін автомобіля. У циліндри при цьому потрапляють надмірна кількість палива, що не відповідає кількості повітря.
В умовах міського руху прискорювальний насос спрацьовує практично на всіх перехрестях зі світлофорами, де автомобілі повинні то зупинятися, то швидко рушати з місця. Неповне згоряння має місце також при роботі двигуна на холостих обертах, А особливо при гальмуванні двигуном. При закритому дроселі повітря проходить через канали холостого ходу карбюратора з великою швидкістю, всмоктуючи занадто багато палива.
Через значне розрідження у впускному трубопроводі в циліндри засмоктується мало повітря, тиск в камері згоряння залишається до кінця такту стиснення порівняно низьким, процес згоряння надмірно багатої суміші проходить повільно, і в вихлопних газах залишається багато незгорілого палива. Описані режими роботи двигуна різко підвищують вміст токсичних з'єднання в продуктах згоряння.
Стало очевидно, що для зниження шкідливих для життєдіяльності людини викидів в атмосферу треба кардинально міняти підхід до конструювання паливної апаратури.
Для зниження шкідливих викидів в систему випуску було запропоновано встановлювати каталітичний нейтралізатор відпрацьованих газів. Але каталізатор ефективно працює тільки при спалюванні в двигуні так званої нормальної паливо-повітряної суміші (вагове співвідношення повітря / бензин 14,7: 1). Будь-яке відхилення складу суміші від зазначеного призводило до падіння ефективності його роботи та прискореного виходу з ладу. Для стабільної підтримки такого співвідношення робочої суміші карбюраторні системи вже не підходили. Альтернативою могли стати тільки системи упорскування.
Перші системи були чисто механічними з незначним використанням електронних компонентів. Але практика використання цих систем показала, що параметри суміші, на стабільність яких розраховували розробники, змінюються в міру експлуатації автомобіля. Цей результат цілком закономірний, враховуючи знос і забруднення елементів системи і самого двигуна внутрішнього згоряння в процесі його служби. Стало зрозуміло про систему, яка змогла б сама себе коригувати в процесі роботи, гнучко зрушуючи умови приготування робочої суміші в залежності від зовнішніх умов.
Вихід був знайдений наступний. У систему уприскування ввели зворотній зв'язок - в випускну систему, безпосередньо перед каталізатором, поставили датчик вмісту кисню у вихлопних газах, так званий лямбда-зонд. Дана система розроблялася вже з урахуванням наявності такого основоположного для всіх наступних систем елемента, як електронний блок управління (ЕБУ). За сигналами датчика кисню ЕБУ коригує подачу палива в двигун, точно витримуючи потрібний склад суміші.
На сьогоднішній день інжекторний (або, кажучи по-російськи, вприськовий) двигун практично повністю замінив застарілу
карбюраторну систему. Інжекторний двигун істотно покращує експлуатаційні та показники потужності автомобіля
(Динаміка розгону, екологічні характеристики, витрата палива).
Інжекторниє системи подачі палива мають перед карбюраторними наступні основні переваги:
- точне дозування палива і, отже, більш економний його витрата.
- зниження токсичності вихлопних газів. Досягається за рахунок оптимальності паливно-повітряної суміші і застосування датчиків параметрів вихлопних газів.
- збільшення потужності двигуна приблизно на 7-10%. Відбувається за рахунок поліпшення наповнення циліндрів, оптимальної установки кута випередження запалювання, відповідного робочого режиму двигуна.
- поліпшення динамічних властивостей автомобіля. Система вприскування негайно реагує на будь-які зміни навантаження, коригуючи параметри паливно-повітряної суміші.
- легкість пуску незалежно від погодних умов.
Пристрій і принцип роботи (на прикладі електронної системи розподіленого упорскування)
В сучасних вприськових двигунах для кожного циліндра передбачена індивідуальна форсунка. Всі форсунки з'єднуються з паливною рампою, де паливо знаходиться під тиском, яке створює електробензонасос. Кількість палива, що впорскується залежить від тривалості відкриття форсунки. Момент відкриття регулює електронний блок керування (контролер) на підставі оброблюваних їм даних від різних датчиків.
Датчик масової витрати повітря служить для розрахунку циклового наповнення циліндрів. Вимірюється масова витрата повітря, який потім перераховується програмою в циліндровим цикловое наповнення. При аварії датчика його свідчення ігноруються, розрахунок йде по аварійним таблицями.
Датчик положення дросельної заслінки служить для розрахунку фактора навантаження на двигун і його зміни в залежності від кута відкриття дросельної заслінки, оборотів двигуна і циклового наповнення.
Датчик температури охолоджуючої рідини служить для визначення корекції подачі палива і запалювання по температурі і для управління електровентилятором. При аварії датчика його свідчення ігноруються, температура береться з таблиці в залежності від часу роботи двигуна.
Датчик положення коленвала служить для загальної синхронізації системи, розрахунку оборотів двигуна і положення коленвала в певні моменти часу. ДПКВ - полярний датчик. При неправильному включенні двигун заводиться не буде. При аварії датчика робота системи неможлива. Це єдиний "життєво важливий" в системі датчик, при якому рух автомобіля неможливо. Аварії всіх інших датчиків дозволяють своїм ходом дістатися до автосервісу.
Датчик кисню призначений для визначення концентрації кисню у відпрацьованих газах. Інформація, яку видає датчик, використовується електронним блоком управління для коригування кількості палива, що подається. Датчик кисню використовується тільки в системах з каталітичним нейтралізатором під норми токсичності Євро-2 і Євро-3 (в Євро-3 використовується два датчика кіслорода- до каталізатора і після нього).
Датчик детонації служить для контролю за детонацією. При виявленні останньої ЕБУ включає алгоритм гасіння детонації, оперативно коригуючи кут випередження запалювання.
Тут перераховані тільки деякі основні датчики, необхідні для роботи системи. Комплектації датчиків на різних автомобілях залежать від системи упорскування, від норм токсичності та ін.
Про результатами опитування визначених у програмі датчиків, програма ЕБУ здійснює управління виконавчими механізмами, до яких відносяться: форсунки, бензонасос, модуль запалювання, регулятор холостого ходу, клапан адсорбера системи уловлювання парів бензину, вентилятор системи охолодження та ін. (Всі знову ж таки залежить від конкретної моделі)
З усього перечесленного, можливо, не всі знають, що таке адсорбер. Адсорбер є елементом замкнутого кола рециркуляції парів бензину. Нормами Євро-2 заборонений контакт вентиляції бензобака з атмосферою, пари бензину повинні збиратися (адсорбироваться) і під час продування надсилатися в циліндри на дожіг. На непрацюючому двигуні пари бензину потрапляють в адсорбер з бака і впускного колектора, де відбувається їх поглинання. При запуску двигуна адсорбер по команді ЕБУ продувається потоком повітря, що всмоктується двигуном, пари захоплюються цим потоком і допалюються в камері згоряння.
Типи систем уприскування палива
Залежно від кількості форсунок і місця подачі палива, системи упорскування поділяються на три типи: одноточковий або моновприск (одна форсунка у впускному колекторі на всі циліндри), многоточечний або розподілений (у кожного циліндра своя форсунка, яка подає паливо в колектор) і безпосередній ( паливо подається форсунками безпосередньо в циліндри, як у дизелів).
Однокрапкового впорскування простіше, він менш начинений електронікою, а й менш ефективний. Керуюча електроніка дозволяє знімати інформацію з датчиків і відразу ж міняти параметри впорскування. Важливо й те, що під моновприск легко адаптуються карбюраторні двигуни майже без конструктивних переробок або технологічних змін у виробництві. У одноточечного уприскування перевага перед карбюратором складається в економії палива, екологічну чистоту і відносної стабільності і надійності параметрів. А ось в прийомистості двигуна одноточковий уприскування програє. Ще один недолік: при використанні одноточечного уприскування, як і при використанні карбюратора до 30% бензину осідає на стінках колектора.
Системи одноточечного уприскування, безумовно, були кроком вперед в порівнянні з карбюраторними системами харчування, але вже не задовольняють сучасним вимогам.
Більш досконалими є системи багатоточкового уприскування, В яких подача палива до кожного циліндра здійснюється індивідуально. Розподілене уприскування могутніше, економічніше і складніше. Застосування такого вприскування збільшує потужність двигуна приблизно на 7-10 відсотків. Основні переваги розподіленого уприскування:
- можливість автоматичної настройки на різних оборотах і відповідно поліпшення наповнення циліндрів, в результаті при тій же максимальній потужності автомобіль розганяється набагато швидше;
- бензин впорскується поблизу впускного клапана, Що істотно знижує втрати на осідання у впускному колекторі і дозволяє здійснювати більш точне регулювання подачі палива.
Як чергове і ефективний засіб в справі оптимізації згоряння суміші і підвищення ККД бензинового двигуна реалізує прості
принципи. А саме: більш ретельно розпилює паливо, краще перемішує з повітрям і грамотніше розпоряджається готовою сумішшю на різних режимах роботи двигуна. В результаті двигуни з безпосереднім уприскуванням споживають менше палива, ніж звичайні «вприскові» мотори (особливо при спокійній їзді на невисокій швидкості); при однаковому робочому обсязі вони забезпечують більш інтенсивне прискорення автомобіля; у них чистіше вихлоп; вони гарантують більш високу літрову потужність за рахунок більшому ступені стиснення і ефекту охолодження повітря при випаровуванні палива в циліндрах. У той же час вони потребують якісного бензині з низьким вмістом сірки і механічних домішок, щоб забезпечити нормальну роботу паливної апаратури.
А як раз головне невідповідність між ГОСТами, нині діючими в Росії і Україні, і евростандартамі- підвищений вміст сірки, ароматичних вуглеводнів і бензолу. Наприклад, російсько-український стандарт допускає наявність 500 мг сірки в 1 кг палива, тоді як "Євро-3" - 150 мг, «Євро-4» - лише 50 мг, а «Євро-5» - всього 10 мг. Сірка і вода здатні активізувати корозійні процеси на поверхні деталей, а сміття є джерелом абразивного зносу каліброваних отворів форсунок і плунжерних пар насосів. В результаті зносу знижується робочий тиск насоса і погіршується якість розпилення бензину. Все це відбивається на характеристиках двигунів і рівномірності їх роботи.
Першою застосувала двигун з безпосереднім уприскуванням на серійному автомобілі компанія Mitsubishi. Тому розглянемо пристрій і принципи дії безпосереднього вприскування на прикладі двигуна GDI (Gasoline Direct Injection). Двигун GDI може працювати в режимі згоряння сверхобедненной паливо-повітряної суміші: співвідношення повітря і палива по масі до 30-40: 1.
Максимально можливе для традиційних інжекторних двигунів з розподіленим уприскуванням співвідношення дорівнює 20-24: 1 (варто нагадати, що оптимальний, так званий стехиометрический, склад - 14,7: 1) - якщо надлишок повітря буде більше, переобедненія суміш просто не запалиться. На двигуні GDI розпорошену паливо знаходиться в циліндрі у вигляді хмари, зосередженого в районі свічки запалювання.
Тому, хоча в цілому суміш переобедненія, у свічки запалювання вона близька до стехіометричної складу і легко загорається. У той же час, збіднена суміш в іншому обсязі має набагато меншу схильність до детонації, ніж стехіометрична. Остання обставина дозволяє підвищити ступінь стиснення, а значить збільшити і потужність, і крутний момент. За рахунок того, що при упорскуванні і випаровуванні в циліндр палива, повітряний заряд охолоджується - дещо покращується наповнення циліндрів, а також знову знижується ймовірність виникнення детонації.
Основні конструктивні відмінності GDI від звичайного уприскування:
Паливний насос високого тиску (ТНВД). Механічний насос (подібний ТНВД дизельного двигуна) розвиває тиск в 50 бар (у інжекторного двигуна електронасос в баку створює в магістралі тиск близько 3-3,5 бар).
- Форсунки високого тиску з вихровими розпилювачами створюють форму паливного факела, відповідно до режиму роботи двигуна. На потужному режимі роботи уприскування відбувається на режимі впуску і утворюється кінцевий паливноповітряний факел. На режимі роботи на надбідних сумішах впорскування відбувається в кінці такту стиснення і формується компактний паливноповітряний
факел, який увігнуте днище поршня направляє прямо до свічки запалювання. - Поршень. У днище особливої \u200b\u200bформи зроблена виїмка, за допомогою якої паливо-повітряна суміш прямує в район свічки запалювання.
- Впускні канали. На двигуні GDI застосовані вертикальні впускні канали, які забезпечують формування в циліндрі т.зв. "Зворотного вихору", спрямовуючи топливовоздушную суміш до свічки і покращуючи наповнення циліндрів повітрям (у звичайного двигуна вихор в циліндрі закручений в протилежну сторону).
Режими роботи двигуна GDI
Всього передбачено три режими роботи двигуна:
- Режим згоряння надбідній суміші (впорскування палива на такті стиснення).
- Режим потужності (уприскування на такті впуску).
- Двостадійний режим (уприскування на тактах впуску і стиснення) (застосовується на евромодіфікаціях).
Режим згоряння надбідній суміші (Впорскування палива на такті стиснення). Цей режим використовується при малих навантаженнях: при спокійній міській їзді і при русі за містом з постійною швидкістю (до 120 км / ч). Паливо впорскується компактним факелом в кінці такту стиснення в напрямку поршня, відбивається від нього, змішується з повітрям і випаровується, прямуючи в зону свічки запалювання. Хоча в основному обсязі камери згоряння суміш надзвичайно збіднена, заряд в районі свічки досить збагачений, щоб спалахнути від іскри і підпалити іншу суміш. В результаті двигун стійко працює навіть при загальному співвідношенні повітря і палива в циліндрі 40: 1.
Робота двигуна на сільнообедненной суміші поставила нову проблему - нейтралізацію відпрацьованих газів. Справа в тому, що при цьому режимі основну їх частину становлять оксиди азоту, і тому звичайний каталітичний нейтралізатор стає малоефективним. Для вирішення цього завдання була застосована рециркуляція відпрацьованих газів (EGR-Exhaust Gas Recirculation), яка різко знижує кількість які виникають оксидів азоту та встановлено додатковий NO-каталізатор.
Система EGR "розбавляючи" паливо-повітряну суміш відпрацьованими газами, знижує температуру горіння в камері згоряння, тим самим "приглушаючи" активне утворення шкідливих оксидів, в тому числі NOx. Однак забезпечити повну і стабільну нейтралізацію NOx тільки за рахунок EGR неможливо, так як при збільшенні навантаження на двигун кількість перепускає ОГ має бути зменшено. Тому на двигун з безпосереднім уприскуванням був впроваджений NO-каталізатор.
Існує два різновиди каталізаторів для зменшення викидів NOx - селективні (Selective Reduction Type) і
накопичувального типу (NOx Trap Type). Каталізатори накопичувального типу більш ефективні, але надзвичайно чутливі до високосірчисту палив, чому менш схильні до селективні. Відповідно до цього, накопичувальні каталізатори устнавліваются на моделі для країн з низьким вмістом сірки в бензині, і селективні - для інших.
режим потужності (Впорскування на такті впуску). Так званий "режим однорідного сумішоутворення" використовується при інтенсивній міській їзді, високошвидкісному заміському русі і обгонах. Паливо впорскується на такті впуску конічним факелом, перемішуючись з повітрям і утворюючи однорідну суміш, як в звичайному двигуні з розподіленим уприскуванням. Склад суміші - близький до стехіометричної (14,7: 1)
двостадійний режим (Впорскування на тактах впуску і стиснення). Цей режим дозволяє підвищити момент двигуна в тому випадку, коли водій, рухаючись на малих обертах, різко натискає педаль акселератора. Коли двигун працює на малих обертах, а в нього раптом подається збагачена суміш, ймовірність детонації зростає. Тому впорскування здійснюється в два етапи. Невелика кількість палива впорскується в циліндр на такті впуску та охолоджує повітря в циліндрі. При цьому циліндр заповнюється надбідній сумішшю (приблизно 60: 1), в якій детонаційні процеси не відбуваються. Потім, в кінці такту
стиснення, подається компактний струмінь палива, яка доводить співвідношення повітря і палива в циліндрі до "багатого" 12: 1.
Чому цей режим введений тільки для автомобілів для європейського ринку? Та тому що для Японії притаманні невисокі швидкості руху і постійні пробки, а Європа-це протяжні автобани і високі швидкості (а отже, високі навантаження на двигун).
Компанія Mitsubishi стала піонером в застосуванні безпосереднього вприскування палива. На сьогоднішній день аналогічну технологію використовують Mercedes (CGI), BMW (HPI), Volkswagen (FSI, TFSI, TSI) і Toyota (JIS). Головний принцип роботи цих систем харчування аналогічен- подача бензину не у впускний тракт, а безпосередньо в камеру згоряння і формування пошарового або однорідного сумішоутворення в різних режимах роботи мотора. Але подібні паливні системи мають і відмінності, причому іноді досить істотні. Основні з них - робочий тиск в паливній системі, розташування форсунок і їх конструкція.
Основним призначенням системи упорскування (інша назва - інжекторна система) Є забезпечення своєчасної подачі палива в робочі циліндри ДВС.
В даний час подібна система активно використовується на дизельних і бензинових двигунах внутрішнього згоряння. Важливо розуміти, що для кожного типу двигуна система уприскування буде в значній мірі відрізнятися.
Фото: rsbp (flickr.com/photos/rsbp/)
так в бензинових ДВС процес вприскування сприяє утворенню паливо-повітряної суміші, після чого відбувається її примусове запалювання від іскри.
У дизельних ж ДВС подача палива здійснюється під високим тиском, коли одна частина паливної суміші з'єднується з гарячим стисненим повітрям і майже моментально самозаймається.
Система вприскування залишається ключовою складовою частиною загальної паливної системи будь-якого автомобіля. Центральним робочим елементом подібної системи є паливна форсунка (інжектор).
Як вже було сказано раніше в бензинових двигунах і дизелях застосовуються різні види систем уприскування, які ми і розглянемо оглядово в цій статті, а детально розберемо в наступних публікаціях.
Види систем уприскування на бензинових ДВС
На бензинових двигунах використовуються наступні системи подачі палива - центральне уприскування (моно уприскування), розподілене уприскування (багатоточковий), комбінований впорскування і безпосереднє уприскування.
центральний впорскування
Подача палива в системі центрального уприскування відбувається за рахунок паливної форсунки, яка розташована у впускному колекторі. Оскільки форсунка всього одна, то цю систему уприскування називають ще - моновприск.
Системи цього виду на сьогоднішній день втратили свою актуальність, тому в нових моделях автомобілів вони не передбачені, втім, в деяких старих моделях деяких автомобільних марок їх можна зустріти.
До переваг моно уприскування можна віднести надійність і простоту використання. Недоліками такої системи є низький рівень екологічності двигуна і висока витрата палива.
розподілене уприскування
Система багатоточкового уприскування передбачає подачу пального окремо на кожен циліндр, оснащений власною паливної форсункою. При цьому ТВС утворюється тільки у впускному колекторі.
В даний час більшість бензинових двигунів оснащено системою розподіленого подачі палива. Перевагами такої системи є висока екологічність, оптимальний витрата палива, помірні вимоги до якості споживаного палива.
безпосередній впорскування
Одна з найбільш досконалих і прогресивних систем уприскування. Принцип роботи подібної системи полягає в прямій подачі (уприскуванні) палива в камеру згоряння циліндрів.
Система безпосередньої подачі палива дозволяє отримувати якісний склад ТВС на всіх етапах роботи ДВС з метою поліпшення процесу згоряння горючої суміші, збільшення робочої потужності двигуна, зниження рівня відпрацьованих газів.
До недоліків даної системи упорскування можна віднести складну конструкцію і високі вимоги до якості палива.
комбінований впорскування
Система даного типу об'єднала в собі дві системи - безпосередній і розподілене уприскування. Найчастіше вона застосовується для зменшення викидів токсичних елементів і відпрацьованих газів, завдяки чому досягається високі показники екологічності двигуна.
Всі системи подачі палива, пніменяемие на бензинових ДВС можуть бути оснащені механічними або електронними пристроями управління, з яких остання найбільш досконала, оскільки забезпечує найкращі показники економічності і екологічності двигуна.
Подача палива в подібних системах може здійснюватися безперервно або дискретно (імпульсно). На думку фахівців, імпульсна подача палива є найбільш доцільною і ефективною і на сьогоднішній день застосовується у всіх сучасних двигунах.
Види систем уприскування дизельних ДВС
На сучасних дизельних двигунах застосовуються такі системи упорскування, як система насос-форсунки, система Сommon Rail, система з рядним або розподільними ТНВД ( паливним насосом високого тиску).
Найбільш затребувані і вважаються найбільш прогресивними з них системи: Сommon Rail і насос-форсунки, про які нижче поговоримо трохи докладніше.
ТНВД є центральним елементом будь-якої паливної системи дизельного двигуна.
У дизелях подача горючої суміші може здійснюватися як в попередню камеру, так і безпосередньо в камеру згоряння (безпосереднє уприскування).
На сьогоднішній день перевага віддається системі безпосереднього вприскування, яку відрізняє підвищений рівень шуму і менш плавна робота двигуна, в порівнянні з уприскуванням в попередню камеру, але при цьому забезпечується набагато більше важливий показник - економічність.
Система вприскування насос-форсунки
Подібна система застосовується для подачі і впорскування паливної суміші під високим тиском центральним пристроєм - насос-форсунками.
За назвою можна здогадатися, що ключовою особливістю даної системи є те, що в єдиному пристрої (насос-форсунки) об'єднані відразу дві функції: створення тиску і уприскування.
Конструктивним недоліком даної системи є те, що насос оснащений приводом постійного типу від распредвала двигуна (не відключати), який призводить до швидкого зносу конструкції. Через це виробники все частіше роблять вибір на користь системи упорскування Сommon Rail.
Система вприскування Сommon Rail (акумуляторний уприскування)
Це більш досконала система подачі ТЗ для більшості дизельних двигунів. Її назва походить від основного конструктивного елемента - паливної рампи, загальною для всіх форсунок. Сommon Rail в перекладі з англійської як раз і означає - загальна рампа.
У такій системі паливо подається до паливних форсунок від рампи, яку ще називають акумулятором високого тиску, через що у системи з'явилося і друга назва - акумуляторна система уприскування.
В системі Сommon Rail передбачено проведення трьох етапів уприскування - попереднього, основного і додаткового. Це дозволяє зменшити шум і вібрації двигуна, зробити більш ефективними процес самозаймання палива, зменшити кількість шкідливих викидів в атмосферу.
Для управління системами уприскування на дизелях передбачено наявність механічних і електронних пристроїв. Системи на механіці дозволяють контролювати робочий тиск, обсяг і момент уприскування палива. електронні системи передбачають більш ефективне управління дизельними ДВЗ в цілому.
