Непосредственный впрыск бензина: За что любят и ненавидят непосредственный впрыск

Главные плюсы и минусы двигателей с непосредственным впрыском топлива

Прямой впрыск топлива – хорошо или плохо?

Двигатели с непосредственным впрыском (также используется термин «прямой впрыск», или GDI) начали появляться на автомобилях не так давно. Однако технология набирает популярность и все чаще встречается на моторах новых автомобилей. Сегодня мы в общих чертах постараемся ответить, что такое технология непосредственного впрыска и стоит ли ее опасаться?

 

Для начала стоит отметить, что главной отличительной особенностью технологии является расположение форсунок, которые размещены непосредственно в головке блока цилиндров, соответственно, и впрыск под огромным давлением происходит напрямую в цилиндры, в отличие от давно зарекомендовавшей себя с лучшей стороны системы впрыска горючего во впускной коллектор.

 

Прямой впрыск впервые был испытан в серийном производстве японским автопроизводителем Mitsubishi.

Эксплуатация показала, что среди плюсов главными преимуществами стали экономичность – от 10% до 20%, мощность – плюс 5% и экологичность. Основной минус – форсунки крайне требовательны к качеству топлива.

Стоит также отметить, что схожая система уже долгие десятилетия успешно устанавливается на дизельные двигатели. Однако именно на бензиновых моторах применение технологии было сопряжено с рядом трудностей, которые до сих пор не были окончательно решены.

 

В видео с YouTube-канала «Savagegeese» объясняется, что такое прямой впрыск и что может пойти не так в ходе эксплуатации автомобиля с данной системой. В дополнение к главным плюсам и минусам в видеоролике также объясняются тонкости профилактического обслуживания системы.  Кроме того, в ролике затрагивается тема систем впрыска во впускные каналы, которые можно в изобилии наблюдать на более старых моторах, а также моторы, которые используют оба метода впрыска горючего. Наглядно используя диаграммы Bosch, ведущий объясняет, как все это работает.

 

Чтоб узнать все нюансы, предлагаем посмотреть видео ниже (включение перевода субтитров поможет разобраться, если вы не очень хорошо знаете английский). Для тех, кому не слишком интересно смотреть, об основных плюсах и минусах непосредственного впрыска бензина можно прочитать ниже, после видео:

 

Итак, экологичность и экономичность – благие цели, но вот чем чревато использование современной технологии в вашем автомобиле:

 

Минусы

 

1. Очень сложная конструкция.

 

2. Отсюда вытекает вторая важная проблема. Поскольку молодая бензиновая технология подразумевает внесение серьезных изменений в конструкцию головок цилиндров двигателя, конструкцию самих форсунок и попутное изменение иных деталей мотора, к примеру ТНВД (топливный насос высокого давления), стоимость автомобилей с непосредственным впрыском топлива выше.

 

3. Производство самих частей системы питания также должно быть крайне точным. Форсунки развивают давление от 50 до 200 атмосфер.

 

Прибавьте к этому работу форсунки в непосредственной близости со сгораемым топливом и давлением внутри цилиндра и получите необходимость производства очень высокопрочных компонентов.

 

4. Поскольку сопла форсунок смотрят в камеру сгорания, все продукты сгорания бензина также осаждаются на них, постепенно забивая или выводя форсунку из строя. Это, пожалуй, самый серьезный минус использования конструкции GDI в российских реалиях.

 

5. Помимо этого необходимо очень тщательно следить за состоянием двигателя. Если в цилиндрах начинает происходить угар масла, продукты его термического распада достаточно быстро выведут из строя форсунку, засорят впускные клапаны, образовав на них несмываемый налет из отложений. Не стоит забывать, что классический впрыск с форсунками, расположенными во впускном коллекторе, хорошо очищает впускные клапаны, омывая их под давлением топливом.

 

6. Дорогой ремонт и необходимость профилактического обслуживания, которое тоже недешевое.

Помимо этого, в видео также объясняется, что при ненадлежащей эксплуатации на автомобилях с прямым впрыском могут наблюдаться загрязнение клапанов и ухудшение производительности, в особенности на турбированных двигателях.

 

Смотрите также: Подробное объяснение принципа работы двигателя с переменным сжатием Infiniti

 

Плюсы

 

1. Экологичность.

 

2. Экономичность (правда, здесь нужно сделать оговорку: реальная экономия бензина доступна в условиях, близких к идеальным) – экономия 5-10%.

 

3. Немного более высокая мощность.

 

4. GDI при непосредственном попадании топлива в цилиндр охлаждает головку поршня.

 

5. Происходит лучшее смешение топливовоздушной смеси в цилиндрах.

 

6. Меньше детонация.

 

7. Требуется гораздо меньше топлива, смесь при определенных условиях работы мотора может обедняться до 30:1

 

8. Процесс работы двигателя точнее контролируется при помощи компьютера.

 

Таким образом, если выполнять определенные правила, предписанные автопроизводителем, а именно заправляться на проверенных заправках качественным топливом и регулярно проводить техническое обслуживание топливной системы автомобиля, то ухудшения качеств мотора, а тем более поломок оборудования можно избежать. Специалисты также советуют проводить прочистку форсунок после каждых 50-60 тыс. км.

Прямой впрыск топлива — Журнал «4х4 Club»

Для дизельных двигателей уже давно любой впрыск – непосредственный, в то время как для бензиновых моторов на сегодняшний день это последнее слово техники. ..

Еще на заре двигателестроения, сто лет назад, пути бензиновых и дизельных моторов разошлись. И тому были весомые причины в виде различия теории двух типов, а также совершенно разной организации горения смесей в цилиндре. Точнее, способа поджигания того, что должно было сгореть и выдать тепло для работы. Пройдя долгие пути совершенствования, моторы с зажиганием от свечи и двигатели, в которых смесь вспыхивает от сжатия, перепробовали в качестве топлив буквально все, что только может гореть, от керосина и тяжелых фракций нефти до природного газа, спирта и растительного масла. Системы питания этих моторов тоже были весьма разнообразны – от распылителей наподобие садовой лейки до впрыскивания топлива и в коллектор, и прямо в камеру сгорания. В итоге последние и победили всех остальных.

КОМПОНЕНТЫ.
Три главные части систем непосредственного впрыска – насос высокого давления, общая рампа с форсунками и электронный блок управления впрыском. За кажущейся простотой многочисленные технические ноу-хау, но рядовому сервисмену и common rail, и бензиновые аналоги обслуживать легко

СЖЕЧЬ БЕЗ ОСТАТКА
Но просто доставить заряд топлива в цилиндр оказалось недостаточно. Для того чтобы сделать моторы более экономичными и снизить выбросы вредных веществ в выхлопных газах, инженерам пришлось научиться управлять еще и скоростью горения смеси, а также точно позиционировать зону начала горения, направление продвижения пламени при рабочем ходе и его температуру. Помимо оптимизации формы самой камеры сгорания, единственным способом столь точной «стрельбы» топливом по рабочему объему стало повышение давления впрыска, вследствие чего появились системы типа сommon rail. Это название мы привыкли употреблять для дизельных систем. Бензиновые аналоги именуются «прямой впрыск», и у каждого производителя называются по-своему (GD-I – у Mitsubishi, FSI – у группы Volkswagen-Audi и т. д.).

ОБЩАЯ РАМПА
Отличие аппаратуры common rail от обычных систем впрыска прежде всего в очень большом (от 200 до 2000 бар) рабочем давлении. Топливо под большим давлением аккумулируется в довольно толстой общей емкости вблизи форсунок – топливной рампе. Потому такой впрыск еще называют аккумуляторным.

Большой объем рампы снижает пульсацию давления от работы форсунок, что особенно актуально для дизелей. Форсунки открываются электроимпульсом и могут быть как обычными электромагнитными, так и пьезоэлектрическими. Высокое давление нагнетает механический топливный насос.

Для чего оно нужно? Исключительно для того, чтобы за очень короткий промежуток (миллисекунды) можно было впрыснуть заряд смеси, а за весь рабочий ход одного цилиндра успеть сделать несколько таких «инъекций».

ХОЛОДНЫЙ ПУСК.
Чтобы дизель пускался в любой мороз, прямо в камере сгорания торчит раскаленный носик электрической свечи накаливания. После запуска свеча отключается

В дизельных моторах подобный цикл работы, помимо более полного сгорания, позволяет избавиться от характерного «металлического» стука. Именно поэтому современные директ-дизели так тихи и почти не дают вибраций. Кроме того, точное позиционирование огненного факела позволяет даже устроить вспышку в центре камеры, оставив воздушную прослойку у стенок. Это снижает теплонагруженность дизеля и повышает его КПД (больше тепла используется на работу, меньше без дела отдается в атмосферу). И, наконец, управляемое сгорание смеси снижает вредные выбросы.

В бензиновых моторах прямой впрыск тоже позволяет точно регулировать процессы работы и, кроме того, дает возможность получить послойное горение (именно так переводится «фольксвагеновское» Fuel Stratified Injection). Зачем это нужно? Для той же экономии топлива. Дело в том, что, как известно, для бензинового двигателя есть оптимальное соотношение бензина к воздуху, называемое стехиометрическим (примерно 1:17). Но на некоторых режимах мотор может отлично работать и при соотношении 1:40. Только такую бедную смесь уже не поджечь свечой. Послойный впрыск позволяет получить в камере сгорания слои смеси с разным соотношением в разных местах – богатым в небольшом объеме возле свечи и сверхбедным во всем остальном объеме. За счет этого помимо экономии топлива и выдающейся экологичности наблюдается снижение шумности и тепловых потерь.

СОВЕРШЕНСТВО.
Вот она, мечта двигателиста, – огненный вихрь в камере сгорания, равномерно охватывающий весь объем, не касающийся стенок и не оставляющий недогоревшей смеси.  На сегодняшний день это лучший способ превратить химическую энергию топлива в механическую работу внутри теплового мотора

КОШМАРЫ ПРЯМОГО ВПРЫСКА
Как ни странно, компоненты common rail оказались даже дешевле, чем аналогичная дизельная аппаратура. Ничего удивительного в этом нет – вместо громоздкого и технически крайне сложного ТНВД обычного дизеля здесь лишь один насос. А все функции управления мотором, ранее возложенные на ТНВД, теперь отданы электронике, которая заведомо дешевеет с каждой минутой. К тому же, перепрограммировав, эти системы гораздо легче приспособить к изменению характеристик,. Бензиновые аналоги тоже не далеко ушли по хлопотности изготовления от обычного впрыска, хотя и имеют более точные детали.

Но нам с вами, разумеется, всегда хочется узнать и об обратной стороне любого новаторства. Неужели все так безоблачно у систем аккумуляторного впрыска? Чем common rail и его бензиновые аналоги могут расстроить владельца?

Если мы будем говорить о дизельных моторах, то одно обстоятельство, безусловно, есть. И связано оно напрямую с организацией процесса горения, вернее, со снижением теплопотерь. Помните про более высокий КПД? Та энергия, что раньше шла на разогрев мотора (и через систему охлаждения-отопления к нам с вами), теперь совершает полезную работу. В северных странах этот факт означает, что водителю и пассажирам достанется меньше тепла, особенно на холостых, когда любой дизель и так почти не «греет». Правда, тут хороший рецепт – автономный подогреватель, коими и оснащают многие автомобили с common rail прямо на заводе. Для дизелей с большим объемом и автомобилей класса выше среднего этот «довесок» почти незаметен ни в цене, ни по расходу топлива. Обладателям же авто поменьше здесь придется смириться с тем, что технологичность их двигателя явно превышает таковую у остальных систем автомобиля.

Для бензиновых моторов подобной проблемы нет, и все остальные тревоги владельцев прямого впрыска нужно рассматривать через призму аккуратного отношения к таким моментам, как качественное топливо, регулярное ТО и разумная эксплуатация.

В НОГУ СО ВРЕМЕНЕМ
Да, бензин плохого качества современные системы высокого давления переваривают с трудом. Правда, скорее всего больше пострадают не они сами, а топливные фильтры и катализаторы. Хватанув один раз паленого топлива на плохой заправке и увидев желтую лампочку «Джеки Чан», просто игнорируйте эту колонку в дальнейшем и при случае нанесите визит сервисменам. Фатальный исход при таком одноразовом событии очень маловероятен.

Хуже обстоит дело с директ-дизелями, чья топливная аппаратура совершенно не переваривает ни серу в дизтопливе, ни парафины в холодное время. Но от этого же топливного «мусора» аналогично страдают и обычные дизели, вернее, их чувствительные ТНВД. Да и топлива некачественного с каждым днем у нас все меньше. Во всяком случае, на шоссе, по которому передвигаются фуры, риск заправиться плохим дизтопливом минимален. Ведь на большинстве современных тягачей тоже дизели с common rail. Речь скорее о том, на какой из сетей солярка чуть чище и где зимой сильнее разбавляют зимний дизель летним.

Да, гонять современный мотор «в хвост и в гриву», кормя его чем попало, увы, не получится. И это мне представляется вполне адекватной платой за его показатели и за хотя бы умозрительную заботу о чистоте окружающего воздуха.

ТЕСНО. Четыре клапана, форсунка впрыска и свеча зажигания помещаются над поршнем с трудом. Миниатюрные свечи – следствие технической эволюции

Из моего почти десятилетнего опыта дальних путешествий на различных автомобилях, большая часть которых была оборудована системами впрыска высокого давления, ни разу не возникло фатальных проблем с мотором из-за топлива. Да, Check Engine вспыхивал пару-тройку раз. Однажды даже дизельный BMW 530 дал черного «медведя» после заправки под Смоленском, но не более того. Особо беспокоящимся дизелистам просто посоветую приобрести антигелевые и цетаноповышающие присадки и не пользоваться подозрительными бензоколонками, которые объезжают стороной дальнобойщики.

ТАМОЖНЯ ДАЕТ ДОБРО
Иностранные производители, хотя и отчаянно сопротивлялись первое время поставкам в Россию машин с прямым впрыском и сommon rail, тем не менее мало-помалу дали зеленый свет самым современным моторам. Как же иначе, если других двигателей с каждым днем все меньше?

Моторы с прямым впрыском высокого давления сегодня уже не редкость. Для инженеров-мотористов это даже не сегодняшний, а почти вчерашний этап двигателестроения. И хотим мы этого или нет, директ-моторы постепенно вытеснят все остальные типы. Примерно так, как когда-то на смену керосиновым, паровым, газогенераторным автомобилям и конным повозкам пришел бензиново-дизельный транспорт. Но и эти продвинутые моторы не панацея. На смену им уже спешат еще более требовательные к вниманию гибриды, электромобили, даже водородные машины дня завтрашнего. Но это уже тема другой статьи.

GDI — Непосредственный впрыск бензина

04.13 09 Устройство АКПП На сайте выложены схемы внутреннего устройства АКПП Toyota 03.12 06 Обновлен прайс-лист. Свежий прайс можно взять здесь — price_2012_07_03 12.11 15 Появился новый раздел — «Доска объявлений». Теперь, если у Вас есть автозапчасти, вы сможете разместить объявление о продаже на нашем сайте.   01.11 15 Совет № 132 Гидроусилитель будет жить дольше ,если … 12.10 02 Особенности запуска двигателя в зимний период Добавлена новая статья в разделе «Личный опыт»

«Нет плохих идей, есть недоведенные до ума или нереализованные», — так, наверное, считают японские инженеры. По крайней мере вряд ли кто-то еще сравнится с ними по числу оригинальных решений, примененных на серийных автомобилях. «А это мы придумали, мы же над этим работали!», — кричат потом в Европе и Америке. Придумали. Но не сделали. Или сочли невыгодным и бросили. А теперь догоняйте! Уже более 100 лет на автомобили устанавливается бензиновый ДВС и уже почти 100 — двигатель Дизеля. Мы давно к ним приспособились и, хорошо зная их достоинства и недостатки, применяем тот или другой 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 его мы 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 коммерческий 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. Бывает теория двигателей. Простыми словами Чтобы топливо сгорело, нужен воздух. Но надо смешать с топливом столько воздуха, сколько нужно для полного сгорания. Такое количество воздуха называется стехеометрическим, и оно, конечно же, давно известно. Например, для бензина оптимальный (теоретически) 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, называется бедной, а та, в которой воздуха меньше, чем нужно (то есть больше топлива), 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 вот теперь пора разбираться, почему дизель экономичнее. Вспомним, как работает ДВС. У бензинового двигателя на такте впуска смесь воздуха и топлива поступает в цилиндр, затем она сжимается и поджигается искрой. У дизеля на такте впуска в цилиндр поступает только воздух, который сжимается поршнем под большим давлением и от этого еще и нагревается. К концу 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. Сразу мысль: а поднять степень сжатия в бензиновом двигателе?! Пробовали. Но выше 11 никак не получается. Потому что есть 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: мотор быстро выйдет из строя. Детонацию и калильное зажигание провоцируют высокая температура и высокое давление. Во избежание детонации моторы с высокой степенью сжатия «кормят» высокооктановым бензином (98), но выше степени сжатия 11 и его «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 прикрывается дроссельная заслонка, а это значит, что мы уменьшаем не только количество подаваемого топлива, но и количество воздуха. Меньше воздуха в цилиндре — меньше давление в конце сжатия. Но это при карбюраторе, скажете вы. 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 просто 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 весьма эффективным и при малых нагрузках. А мы, кажется, дошли до главного: если мы хотим сделать бензиновый двигатель экономичным, «эластичным» 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 в соотношении 17:1. Но ведь можно заполнять цилиндр совсем бедной смесью, а непосредственно к свече подавать более богатую, которая загорится. Пытались: например, 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 впрыскивалось 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 ужесточения экологических норм, а бензин в Японии дешевым никогда не был. 15 лет усилий увенчались успехом: первые доведенные до готовности к производству моторы с непосредственным впрыском бензина были представлены публике на Франкфуртском и Токийском автосалонах осенью 1995 г. 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 г. европейцам была предложена Carisma с двигателем 1.8 GDI. Как устроен GDI Действительно, двигатель Mitsubishi GDI напоминает по конструкции и 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 различных режима впрыскивания 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 оптимальной 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 количества воздуха входит в цилиндр по инерции. Поршень необычный — сверху есть выемка сферической формы. Форма поршня обеспечивает три важные 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 различаются три возможных режима в зависимости от режима движения. Работа на сверхбедных смесях. Этот режим используется при малых нагрузках: при спокойной городской езде и загородном движении на скоростях до 120 км/ч. 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 не допустить детонации и калильного зажигания. Впрыск топлива осуществляется в процессе такта впуска. Топливо впрыскивается коническим факелом, распыляется по всему цилиндру и, испаряясь, охлаждает при этом воздух в цилиндре. Благодаря охлаждению снижается вероятность 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 осуществляется в два этапа. Небольшое количество топлива впрыскивается в цилиндр на такте впуска и охлаждает воздух в цилиндре. При этом цилиндр заполняется сверхбедной смесью (примерно 60:1), в которой детонационные процессы не происходят. Затем, в конце такта сжатия, подается компактная струя топлива, которая доводит соотношение воздуха и топлива в цилиндре до «богатого» 12:1. А на «подготовку» детонации времени уже не остается. Итак, что, в конце концов, получется 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 много серы, при подготовке европейской версии мотора от одного из преимуществ — повышенной мощности — пришлось отказаться… В России GDI дебютировал весной 2000 г. на Mitsubishi Pajero Pinin (1,8) и Pajero III (3,5 — V6). Осенью к ним присоединилась Carisma 1.8 GDI, а в 2001 г. возможно появление и других моделей. На сегодня гамма двигателей Mitsubishi с непосредственным впрыском бензина включает рядные «четверки» рабочим объемом 1,5; 1,8; 1,8 с турбонаддувом; 2,0; 2,4 л, а также 3,0- и 3,5-литровые V-образные «шестерки». Общее число моторов GDI, выпущенных на заводе в Киото, уже превысило 720 тысяч шт. Помимо автомобилей Mitsubishi они устанавливаются на некоторые модификации Volvo S40/V40. Кроме того, производство двигателей GDI по лицензии Mitsubishi освоено компанией Hyundai Motor (в том числе V8-4,5 л) и готовится на Peugeot. Ведутся переговоры со многими другими автопроизводителями.   Для общего развития

=============================== ===============================         ===============================   Наши посетители: неактивные точки — прошлые визиты. активные точки — сейчас на сайте. =============================   Наши цены       ============================= =============================

Совершенство непосредственности: 80 лет эволюции моторов с прямым впрыском

Битва в воздухе

Так уж получилось, что первые двигатели внутреннего сгорания были рассчитаны на работу на газовоздушной смеси, а вовсе не на жидкости. И именно возможность создания простейшего устройства испарения топлива позволила бензиновым моторам завоевать себе главенствующее место в мире, потеснив и паровые машины, и дизели. Бензиновые моторы и сейчас порой ошибочно называют «карбюраторными», отдавая дань той схеме питания, с которой они родились и развивались почти столетие.

В противоположность карбюраторным моторам дизели не называли «моторами с непосредственным впрыском» – ограничивались классификацией по типу топлива. И очень правильно сделали, ведь перед Второй мировой непосредственный впрыск массово появился на бензиновых авиационных моторах. Внедряли такие системы питания для повышения надежности работы компрессорных двигателей при больших ускорениях и при сильном изменении как атмосферного давления, так и давления наддува. Об экономичности, заметим, тогда задумывались мало.

Первым «непосредственным» мотором считается немецкий Daimler-Benz DB601, который испытали еще в 1935 году, а в серию он пошел после 1937-го. Кстати, производили его в Италии – как Alfa Romeo, а в Японии – как Kawasaki. Его наследник DB605 оснащался непосредственным впрыском, а заодно и турбонаддувом, прямо как современные моторы TSI. И имел очень высокую для тех лет степень сжатия – 7,3/7,5.

Эти V-образные 12-цилиндровые двигатели применялись на самых массовых немецких истребителях второй мировой – Me109 в различных вариантах, и обеспечивали им очень высокую мощность и высотность. Не в последнюю очередь благодаря удачному сочетанию системы питания и наддува. Лицензию на DB601 дали и другим производителям авиамоторов «стран Оси», и к немецкому опыту приобщились моторостроители Италии и Японии.

По другим данным, первенцем все же является Jumo 210G, но сейчас это не столь принципиально. В итоге СССР, США и Англия от немцев немного отстали, но свои моторы с такой системой впрыска сделали и войну выиграли. А «непосредственный» мотор конструкции Швецова, АШ-82ФН, послужил основой для двигателей пассажирских Ил-12/Ил-14. Кстати, на этой модификации впрыск был комбинированным – для улучшения пусковых качеств.

На фото двигатель АШ-82ФН

Что роднит все авиационные моторы с непосредственным впрыском этого поколения? Высокая сложность обслуживания и эксплуатации. Но для военных нет такого слова, как «дорого», да и слово «сложно» тоже их не волнует, если итоговая надежность работы и характеристики их устраивают. Победа нужна любой ценой – даже в технике.

Бензин с примесью масла для смазки ТНВД (топливного насоса высокого давления), тонкая настройка топливной аппаратуры и ресурс всего мотора в пределах 200-400 часов – это не страшно. Главное – устойчивая работа при высочайших перегрузках, когда пилот уже теряет зрение, а конструкция трещит по швам, работа в перевернутом положении, работа при температуре воздуха -50 °C и при жаре +40 °C… Да к тому же карбюраторы очень плохо сочетались с системной наддува, которая обязательно применялась на высотных истребителях и бомбардировщиках, так что непосредственный впрыск был очень удачной заменой.

Попытка номер раз, ТНВД и насос-форсунки

После войны непосредственный впрыск «на гражданке» не прижился – очень известный Mercedes 300SL считать «обычной машиной» как минимум странно. Borgward недолго выпускал свой 700 Sport с двухтактным (!) мотором непосредственного впрыска. Зато гоночные автомобили оценили новые возможности: и Ferrari, и Mercedes успешно опробовали новшества.

Знаменитый гонщик Хуан Мануэль Фанхио на Mercedes Typ W196 с непосредственным впрыском выиграл чемпионат мира Формулы-1 1954 и 1955 годов. Правда, подавляющее преимущество над соперниками дал вовсе не впрыск, а возможности команды и десмодромный ГРМ рядного восьмицилиндрового мотора с рабочими оборотами 8 500 в минуту. А после разрешения в регламенте Формулы наддува непосредственный впрыск применили и в Ferrari. И на протяжении нескольких лет успели опробовать какое-то количество конструктивных схем системы питания. Надо сказать, весьма успешно.

Суть конструкции мало изменилась с сороковых годов: все тот же практически «дизельный» ТНВД и простые форсунки. Варьировалось только конструктивное исполнение: форсунки могли быть боковыми с верхним, нижним или центральным расположением, а топливный насос различался по способу регулирования и количеству настроенных режимов.

Попробовали почти все варианты исполнения системы, доступные на тот момент. Вскоре выяснилось, что надежность топливной аппаратуры оставляет желать лучшего, настройка крайне сложна, а при отказе системы растет риск выхода из строя мотора целиком. Это уже не говоря об очень высокой цене такой системы питания. Плюс, для атмосферных моторов прирост мощности оказался откровенно невелик, а экономичность все еще не имела особого значения при проектировании автомобилей. По сути, основной причиной экспериментов с впрыском было широкое внедрение наддува на гоночных машинах того периода.

Главная претензия была к возможностям настройки ТНВД – их не хватало даже для гоночных машин. Регулирование по давлению во впускном коллекторе и степени открытия дроссельной заслонки показало себя не очень точным. Попытки приспособить электронику для управления еще больше снижали надежность, хотя идея была не нова – впервые электроуправляемый впрыск появился еще на мотоциклах Guzzi в 1939 году.

Форсунки тоже оказались очень уязвимы – не зря на тот момент многие производители предпочли вариант с их боковым расположением на стенке блока ниже ВМТ (верхней мертвой точки), где поршень закрывал форсунку в момент воспламенения. Это немного уменьшало закоксовывание и шансы на перегрев форсунки, но всех проблем не решало, к тому же создавало новые – с поршневыми кольцами, например.

В общем, карбюратор и набирающий популярность обычный распределенный впрыск на тот момент оказались лучше за счет более простой и надежной конструкции. Причем как на гражданских машинах, так и на гоночных. В конце 60-х о прямом впрыске забыли, и надолго, а заодно запретили наддув в большинстве гоночных классов. Прогресс в этом направлении остановился.

Попытка номер два, уже с электроникой

Снова вспомнили о технологии уже в девяностые годы, когда обычный распределенный впрыск с электронным управлением прочно завоевал свое место под солнцем. Компания Mitsubishi вложила немало сил в развитие и рекламу моторов GDI, а Toyota – двигателей D4. У обоих был непосредственный впрыск.

В первую очередь акцент делался уже на экономичность такого решения – на малой нагрузке такой мотор в теории мог работать на сверхобедненной смеси, с соотношением бензин-воздух порядка 40 к 1 вместо «идеального» 14,7 к 1.

Что обещало до 20% экономии топлива.

А вот на практике получилось не так уж здорово.

Сниженного расхода топлива добиться было нереально. Моторы Mitsubishi на целом ряде модификаций, особенно европейских, вообще не работали на переобедненной смеси, прошивка этого не позволяла. И даже если мотор имел подобные режимы, то в реальной эксплуатации работал на них очень редко. Система управления старалась их не допускать для предотвращения излишних выбросов окислов NO – с ними не могли справиться даже очень дорогие специальные катализаторы.

А вот топливная аппаратура оказалась отменно капризной – в частности, пусковые качества в холодную погоду пострадали. Хорошо хоть с настройкой режимов работы мотора проблем не возникло благодаря широкому внедрению электроники.

Зато уже на примере первых моторов GDI накопился богатый опыт, который говорил о плохих условиях работы впускных клапанов и повышенной склонности к залеганию поршневых колец. Компания даже специально разработала жидкость для раскоксовки – Mitsubishi Shumma, которая до сих пор остается единственным специализированным «заводским» средством для подобного применения. Других сопутствующих проблем тоже хватало – например, форсунки пропускали топливо в масло, причем в больших количествах. Особых проблем это не доставляло, пока объем бензина не превосходил объем масла.

«Тойотовцы», в отличие от своих соотечественников, благоразумно решили не выводить свои «непосредственные» моторы за пределы домашнего рынка, а вот Mitsubishi, что называется, получили «по полной». Удар по репутации получился значительный, и последствия аукаются до сих пор.

Возможности на новом уровне

После устранения первых «детских болезней» плюсы стали более очевидными. Такие моторы позволяли почти избежать риска детонации до момента зажигания, а значит – безбоязненно повышать степень сжатия бензиновых моторов до практического максимума в 12:1 – 13:1 и не снижать ее для двигателей с компрессорами и турбонаддувом. Некоторое уменьшение надежности работы почти окупалось снижением расхода топлива и повышенной мощностью.

Особенно удачно все сложилось для «даунсайзинговых» моторов, ведь малый объем, высокий КПД и хорошие возможности для форсирования – это как раз то сочетание, которое было просто необходимо европейским автопроизводителям, зажатым в тиски правил ЕС по ежегодному снижению расхода топлива.

При малой нагрузке и большом коэффициенте остаточных газов в цилиндре, в результате работы системы EGR или фазовращателей, можно было побаловаться и работой на сверхобедненной смеси, и послойным смесеобразованием. Выбросы NO при этом удается удержать в пределах нормы, меньше, чем у дизельных моторов. Особенно хорошо себя проявили при этом быстродействующие форсунки высокого давления, например, с пьезокерамикой. Впрочем, по сравнению с даунсайзингом все это большого эффекта уже не дает.

Новые моторы с непосредственным впрыском не пришлось долго ждать. FSI моторы от VW, а вслед за ними и TFSI – уже с турбонаддувом и компрессорами. CGI версии двигателей от Mercedes были в основном компрессорными, реже – атмосферными, и лишь в последние годы – с турбонаддувом. Следом – непосредственный впрыск на моторах BMW, Opel, Ford и всех остальных…

Сейчас найти в Европе двигатель с обычным распределенным впрыском и без турбонаддува – целая проблема. Для машин до D-класса включительно такие можно пересчитать по пальцам. Автопроизводители Японии и США направление развития поддержали, но широкий выпуск таких моторов начали гораздо позже, когда европейские производители уже набили шишек на вопросах надежности и экологичности.

Кстати, оба первопроходца в лице Mitsubishi и Toyota все эти годы держали в производственной гамме совсем мало моделей с непосредственным впрыском: эксперименты показали, что атмосферным моторам он не очень нужен, а турбированного даунсайза у них в производственной гамме попросту не было.

***

В следующей части материала о непосредственном впрыске мы поговорим о тонкостях его конструкции, проблемах в эксплуатации, плюсах и минусах… А еще попытаемся понять, может ли он хотя бы теоретически стать столь же надежным, как заслуженный распределенный впрыск, к которому мы все так привыкли.

Непосредственный впрыск — скорее зло или скорее добро?

Бензиновый двигатель с непосредственным впрыском топлива: устройство и особенности

Система непосредственного впрыска топлива в бензиновых двигателях на сегодняшний день представляет собой наиболее совершенное и современное  решение. Главной особенностью непосредственного впрыска можно считать то, что горючее подается в цилиндры напрямую.

По этой причине данную систему также часто называют прямым впрыском топлива. В этой статье мы рассмотрим, как работает двигатель с непосредственным впрыском топлива, а также какие преимущества и недостатки имеет такая схема.

Содержание статьи

Прямой впрыск топлива: устройство системы непосредственного впрыска

Как уже было сказано выше, горючее в подобных системах питания подается непосредственно в камеру сгорания двигателя. Это значит, что форсунки распыляют бензин не во впускном коллекторе, после чего топливно-воздушная смесь поступает через впускной клапан в цилиндр, а впрыскивают топливо в камеру сгорания напрямую.

Первыми бензиновыми двигателями с непосредственным впрыском стали моторы GDI на моделях японской компании Mitsubishi. В дальнейшем схема получила широкое распространение, в результате чего сегодня ДВС с такой системой подачи топлива можно встретить в линейке многих известных автопроизводителей.

Например, концерн VAG представил ряд моделей Audi и Volkswagen с атмосферными и турбированными бензиновыми двигателям TFSI, FSI и TSI, которые получили непосредственный впрыск топлива. Также двигатели с прямым впрыском производит компания BMW, Ford, GM, Mercedes и многие другие.

Такое широкое распространение непосредственный впрыск топлива получил благодаря высокой экономичности системы (около 10-15% по сравнению с распределенным впрыском), а также более полноценному сгоранию рабочей смеси в цилиндрах и снижению уровня токсичности отработавших газов.

Система непосредственного впрыска: конструктивные особенности

Итак, давайте в качестве примера возьмем двигатель FSI с его так называемым «послойным» впрыском. Система включает в себя следующие элементы:

• контур высокого давления;
• бензиновый ТНВД;
• регулятор давления;
• топливную рампу;
• датчик высокого давления;
• инжекторные форсунки;

Начнем с топливного насоса. Указанный насос создает высокое давление, под которым топливо подается к топливной рампе, а также на форсунки. Насос имеет плунжеры (плунжеров может быть как несколько, так и один в насосах роторного типа) и приводится в действие от распредвала впускных клапанов.

РДТ (регулятор давления топлива) интегрирован в насос и отвечает за дозированную подачу топлива, что соответствует впрыску форсунки. Топливная рейка (топливная рампа) нужна для того, чтобы распределить горючее на форсунки. Также наличие данного элемента позволяет избежать скачков давления (пульсации) горючего в контуре.

Кстати, в схеме используется специальный клапан-предохранитель, который стоит в рейке. Указанный клапан нужен для того, чтобы избежать слишком высокого давления топлива и тем самым защитить отдельные элементы системы. Рост давления может возникать по причине того, что горючее имеет свойство расширяться при нагреве.

Датчик высокого давления является устройством, которое измеряет давление в топливной рейке. Сигналы от датчика передаются на ЭБУ (электронный блок управления двигателем), который, в свою очередь, способен изменять давление в топливной рейке.

Что касается инжекторной форсунки, элемент обеспечивает своевременную подачу  и  распыл топлива в камере сгорания, чтобы создать необходимую топливно-воздушную смесь. Отметим, что описанные процессы протекают под управлением ЭСУД (электронная система управления двигателем). Система имеет группу различных датчиков, электронный блок управления, а также исполнительные устройства.

Если же говорить о системе прямого впрыска, вместе с датчиком высокого давления топлива для ее работы задействованы: датчик коленчатого вала, ДПРВ, датчик положения дроссельной заслонки, воздухорасходомер, датчик температуры воздуха во впускном коллекторе, датчик температуры ОЖ и т.д.

Благодаря работе этих датчиков на ЭБУ поступает нужная информация, после чего блок посылает сигналы на исполнительные устройства. Это позволяет добиться слаженной и точной работы электромагнитных клапанов, форсунок, предохранительного клапана и ряда других элементов.

 Как работает система непосредственного впрыска топлива

Главным плюсом непосредственного впрыска является возможность добиться различных типов смесеобразования. Другим словами, такая система питания способна гибко изменять состав рабочей топливно-воздушной смеси с учетом режима работы двигателя, его температуры, нагрузки на ДВС и т.д.

Следует выделить послойное смесеобразование, стехиометрическое, а также гомогенное. Именно такое смесеобразование позволяет в конечном итоге максимально эффективно расходовать топливо. Смесь всегда получается качественной независимо от режима работы ДВС, бензин сгорает полноценно, двигатель становится более мощным, при этом одновременно снижается токсичность выхлопа.

• Послойное смесеобразование задействуется тогда, когда нагрузки на двигатель низкие или средние, а обороты коленвала небольшие. Если просто, в таких режимах смесь несколько обедняется в целях экономии.  Стехиометрическое смесеобразование предполагает приготовление такой смеси, которая легко воспламеняется, при этом не является слишком обогащенной.
• Гомогенное смесеобразование позволяет получить так называемую «мощностную» смесь, которая нужна при больших нагрузках на двигатель. На обедненной гомогенной смеси в целях дополнительной экономии силовой агрегат работает на переходных режимах.
• Когда задействован режим послойного смесеобразования, дроссельная заслонка широко открыта, при этом впускные заслонки находятся в закрытом состоянии. В камеру сгорания воздух подается с высокой скоростью, возникают завихрения воздушных потоков. Горючее впрыскивается ближе к концу такта сжатия, впрыск производится в область расположения свечи зажигания.

За короткое время до того, как на свече появится искра, образуется топливно-воздушная смесь, в которой коэффициент избыточного воздуха составляет 1.5-3. Далее смесь воспламеняется от искры, при этом вокруг зоны воспламенения сохраняется достаточно количество воздуха. Указанный воздух выполняет функцию температурного «изолятора».

Если же рассматривать гомогенное стехиометрическое смесеобразование, такой процесс происходит тогда, когда впускные заслонки открыты, при этом дроссельная заслонка также открыта на тот или иной угол (зависит от степени нажатия на педаль акселератора).

В этом случае горючее впрыскивается еще на такте впуска, в результате чего удается получить однородную смесь. Избыток воздуха имеет коэффициент, близкий к единице. Такая смесь легко воспламеняется и полноценно сгорает по всему объему камеры сгорания.

Обедненная гомогенная смесь создается тогда, когда дроссельная заслонка полностью открыта,  а впускные заслонки закрыты. В этом случае воздух активно движется в цилиндре, а впрыск горючего приходится на такт впуска. ЭСУД поддерживает избыток воздуха на отметке 1.5.

Дополнительно к чистому воздуху могут быть добавлены отработавшие газы. Это происходит благодаря работе системы рециркуляции отработавших газов EGR. В результате выхлоп повторно «догорает» в цилиндрах без ущерба для мотора. При этом снижается уровень выброса вредных веществ в атмосферу.

Что в итоге

Как видно, прямой впрыск позволяет добиться не только экономии топлива, но и хорошей отдачи от двигателя как в режимах низких и средних, так и высоких нагрузок. Другими словами, наличие непосредственного впрыска означает, что оптимальный состав смеси будет поддерживаться на всех режимах работы ДВС.

Что касается недостатков, к минусам прямого впрыска можно отнести разве что повышенную сложность  во время ремонта и цену запчастей, а также высокую чувствительность системы к качеству горючего и состоянию фильтров топлива и воздуха.

Читайте также

Прямой впрыск. Зло или благо?

Насколько проблемны в Украине двигатели с непосредственным впрыском? Леонид ВОРОБЬЕВ, пообщавшись с экспертами, считает, что все не так уж плохо.

Сегодня уже мало кто вспоминает о карбюраторных двигателях, а ведь они изжили себя не так уж давно. Сколько копий было сломано на тему, стоит ли переходить на впрыск! И вот производитель уже не оставляет выбора, и автолюбитель вынужден смириться. Лишь спустя некоторое время приходит понимание всех преимуществ инжекторных моторов. Похожий сценарий можно наблюдать и сейчас: непосредственный впрыск медленно, но верно заменяет собой распределенный, как бы ни возражали против этого украинские владельцы автомобилей. А есть ли смысл возражать?

Для начала заметим, что непосредственный впрыск имеет очевидные преимущества. Он позволяет двигателю работать на сверхобедненных смесях, что в условиях ужесточающихся норм токсичности и дорожающего топлива весьма актуально.

Эффект налицо

В различных режимах движения мотор с непосредственным впрыском позволяет экономить топливо. Особенно явно экономия сказывается в городском цикле — в условиях мегаполиса значительную часть времени мотор работает на холостом ходу или при частичных нагрузках. Однако, чтобы добиться этого, пришлось усложнить конструкцию двигателя. Давление в топливной магистрали возросло в разы — иначе не обеспечить требуемый распыл топлива. Для работы с таким давлением усовершенствовали практически все компоненты системы. Они стали очень требовательны к качеству топлива, которое у нас до сих пор существенно отличается от европейского. Именно это и пугает потенциальных покупателей. Не возникнет ли проблем, не придется ли регулярно наведываться в сервис?

Конечно, определенные сложности в диагностике и обслуживании двигателей с непосредственным впрыском есть. Не все диагносты знакомы с этой системой и способны с ней работать. Кроме того, необходимо наличие специального оборудования — к примеру, форсунки без съемника уже не демонтируешь. Датчиков стало больше, появился неведомый для владельцев бензиновых автомобилей ТНВД. Логично предположить, что, чем сложнее конструкция, тем больше шансов, что она выйдет из строя. А компоненты системы непосредственного впрыска недешевы, к тому же они по большей части одноразовые. Взять тот же ТНВД — он ремонту не подлежит.

Дороже, но долговечнее

Однако, несмотря на все эти особенности, говорить о низкой надежности подобных систем было бы неправильно. За более высокой (по сравнению с традиционными системами) ценой стоит более высокое качество изготовления деталей, следовательно, и ресурс у них больше. К тому же не следует забывать об экономии денег на заправку. Здесь можно провести аналогию с дизелями: хотя они дороже в обслуживании, за счет умеренных аппетитов в итоге позволяют владельцу тратить на эксплуатацию меньше, особенно при больших пробегах.

Собственно, можно бесконечно долго спорить о преимуществах и недостатках систем непосредственного впрыска, но рано или поздно производители не оставят нам выбора. Экологические нормы не позволят.

Подписывайтесь на наш Telegram-канал или читайте нас в Google News, чтобы ничего не пропустить.

Прямой впрыск метана — Abiznews

Компания Bosch возглавила консорциум по разработке и совершенствованию систем впрыска сжатого природного газа.

Непосредственный впрыск можно использовать не только в дизельных и бензиновых двигателях. Эта система подачи топлива способна сделать еще более экономичными и экологичными двигатели, работающие на сжатом природном газе (метане). По сравнению с нынешними системами, использующими многоточечный впрыск газа в коллектор, перспективная система непосредственного впрыска топлива способна на 60% увеличить крутящий момент на низких оборотах, и в будущем способна повысить динамические характеристики автомобилей с газобаллонным оборудованием. Тем не менее, до сих пор нет ни одной технологии для непосредственно впрыска природного газа в камеру сгорания двигателя. В проекте Direct4Gas исследователи пытаются разработать систему прямого впрыска для двигателей, которые работают исключительно на сжатом метане.

Современные автомобили, работающие на сжатом природном газе, как правило, могут работать и на бензине, и на газе. Двигатели этих автомобилей укомплектованы системой впрыска бензина, а во время работы на метане эти автомобили используют дополнительную топливную систему. «Проблема такой ситуации в том, что ни процесс сгорания, ни показатели КПД, ни образование выбросов не могут быть оптимизированы. Метан, как и бензин, нужно впрыскивать непосредственно в камеру сгорания, – говорит д-р Андреас Биркефельд, руководитель проекта Direct4Gas в Robert Bosch GmbH. – Поскольку метан и бензин работают по-разному при прямом впрыске, важно оптимизировать процесс сгорания для метана».

В проекте Direct4Gas исследователи и инженеры разрабатывают систему непосредственного впрыска, способную быть особенно надежной, герметичной и прочной, и дозировать точное количество газового топлива для впрыска. Модификации самого двигателя сведены к минимуму, так что промышленность может продолжать использовать те же компоненты, что и для бензиновых двигателей. Команда проекта комплектует экспериментальные газовые двигатели недавно разработанным клапаном впрыска высокого давления. Систему предполагается тестировать в лаборатории и непосредственно на транспортных средствах. Исследователи также изучают образование топливно-воздушной смеси, процесс управления зажиганием и образование токсичных газов. По мнению инженеров, непосредственный впрыск способен на 60% увеличить крутящий момент при низких оборотах двигателя. Это сделало бы двигатели на метане в будущем значительно динамичнее.

Долгосрочная цель консорциума поставщиков автомобильных компонентов и автопроизводителей – это создание условий, при которых технология сможет выйти на рынок. Проект Direct4Gas является важным шагом на пути к этой цели. Компания Robert Bosch GmbH возглавляет этот консорциум. Партнерами проекта выступают Daimler AG и Штутгартский научно-исследовательский институт автомобильной техники и двигателей (FKFS). Компания AG & Co. KG является ассоциированным партнером. После резолюции Бундестага, в рамках инициативы «Повышение эффективности трансмиссии транспортного средства», Федеральное министерство экономики и энергетики на проект Direct4Gas выделило 3,8 млн евро. Проект будет работать с 2015 до января 2017 года.

Facebook

Twitter

Вконтакте

Google+

Что означает прямой впрыск топлива?

Direct Fuel Injection — это не что иное, как инжектор, подающий топливо непосредственно в цилиндр двигателя внутреннего сгорания. Это относительно новый концепт , впервые примененный в середине 90-х годов в дизельных двигателях, но в последнее время получивший широкое распространение в бензиновых двигателях. Возможность подачи топлива непосредственно в цилиндр позволяет снизить выбросы, снизить температуру головки блока цилиндров, увеличить мощность и улучшить экономию топлива.Скорее всего, если вашему автомобилю всего несколько лет, он оснащен двигателем с прямым впрыском.

Желтый компонент на этих фотографиях — это топливные форсунки

.

Традиционный метод подачи топлива представлял собой впрыск топлива в порт, при котором топливные форсунки помещались во впускные каналы и распылялось топливо через заднюю часть клапанов перед подачей в цилиндр. Это было стандартом с тех пор, как был введен впрыск топлива, пришедший на смену карбюраторам в начале 90-х годов. Так зачем же производителям переходить с впрыска через порт на прямой впрыск? Прямой впрыск обеспечивает больший контроль во время процесса подачи топлива за счет распыления распыляемого топлива в цилиндре, обеспечивая лучшее распределение топлива по камере сгорания и позволяя реализовать расширенные протоколы управления двигателем, такие как Variable Valve Timing.

Хотя на бумаге прямой впрыск звучит прекрасно, у него есть некоторые недостатки. Наиболее распространенная проблема, связанная с прямым впрыском, — это агрессивное количество углерода, которое накапливается во впускных каналах и на задней части клапанов. Ранее мы упоминали, что предшествующим методом подачи топлива был впрыск через каналы, при котором топливо распылялось во впускных каналах, а затем поступало в цилиндры. В системах подачи топлива этого поколения не наблюдалось такого большого накопления углерода, потому что моющие средства в бензине помогали поддерживать эти отверстия и клапаны в чистоте.

Углерод, скапливающийся на задней части этих впускных клапанов

Другая проблема с прямым впрыском заключается в том, что мелкодисперсное топливо не любит более низкие температуры сгорания, поэтому производительность и эффективность сильно снижаются, пока двигатель не достигнет идеальной рабочей температуры. Последний недостаток — сложность, которую эти системы добавляют к производственному движку. Для прямого впрыска требуется дополнительный топливный насос высокого давления, а также более мощные форсунки большего размера.Дополнительный топливный насос — это еще одна потенциальная точка отказа, когда дело касается топливной системы. Замена форсунок для тяжелых условий эксплуатации также может быть немного дороже, чем замена стандартных.

При всем вышесказанном, транспортная отрасль — это игра в числа, которая вращается вокруг выбросов и топливной экономичности, поэтому есть несколько автомобильных компаний, которые начали производить двигатели с портовым и топливным впрыском. Эти двигатели сочетают в себе оба метода подачи топлива и позволяют еще больше настраивать двигатель, охлаждение, эффективность и выбросы.Впрыск через порт помогает свести накопление углерода к минимуму. Инъекция через порт также поможет при холодном пуске и последующих периодах прогрева. Эти механизмы обеспечат лучшее из обоих миров для преимуществ каждого метода доставки; Единственный видимый недостаток — это потенциальные точки отказа, добавленные к топливной системе.

Хотя идеальной конструкции двигателя не существует, достоинства двигателя с прямым впрыском намного перевешивают недостатки, поэтому не торопитесь обменивать свой автомобиль на автомобиль с впрыском в порт или с двойным впрыском.Есть еще кое-что, что вы можете сделать в краткосрочной перспективе, чтобы избежать некоторых долгосрочных головных болей, связанных с двигателем с прямым впрыском. Первый — использовать полностью синтетическое (не обычное или полусинтетическое) моторное масло в двигателе. Полностью синтетические масла сопротивляются разрушению и с меньшей вероятностью испаряются в картере двигателя — это испарение приведет к тому, что больше масла пройдет через систему выбросов и попадет во впускные отверстия в виде углерода. Другой способ — запускать специализированный сервисный комплект для индукционного впрыска с прямым впрыском через ваш двигатель каждые 16 месяцев или 20 000 миль.Наша услуга индукции прямого впрыска (это полный рот), которую мы выбрали в Auto Stop, — это многогранный комплект BG. Первая часть набора состоит из распыления раствора для чистки портов в мелкий туман и его пропускания через верхнюю часть впускного отверстия транспортного средства в течение 45 минут. Следующая часть включает в себя очистку дроссельной заслонки на корпусе дроссельной заслонки от мусора или загрязнений. Наконец, в комплект входит моющее средство, которое покрывает топливный бак и очищает кончики форсунок во время нормального вождения.

Многие из этих нововведений в области выбросов хорошо звучат в теории и на бумаге, но после тысяч и тысяч миль эти высокотехнологичные двигатели могут оказаться менее прощающими, когда дело доходит до технического обслуживания. При ненадлежащем обслуживании эти механизмы могут, по иронии судьбы, препятствовать тому, для чего они были разработаны, — топливной эффективности, мощности и снижению выбросов. Если у вас есть какие-либо вопросы относительно обслуживания вашего двигателя прямого впрыска, не стесняйтесь обращаться к одному из наших опытных консультантов по обслуживанию в Арлингтоне или Фолс-Черч.Мы обслуживаем все марки и модели автомобилей с прямым впрыском и соблюдаем рекомендуемые производителем интервалы обслуживания.

Прямой впрыск вызывает больше проблем, чем решает?

В наши дни непосредственный впрыск топлива проникает во все более массовые автомобили, и он может иметь врожденную неисправность, о которой мы должны знать.

Во-первых, что такое прямой впрыск? Прямой впрыск топлива в бензиновых двигателях: топливная форсунка, установленная на головке блока цилиндров, распыляет топливо непосредственно в камеру сгорания.Его предшественник, инжекторный, имел форсунки, установленные во впускном коллекторе, а топливная струя была направлена ​​на заднюю часть впускных клапанов. Почему изменение? Технология прямого впрыска обеспечивает немного большую мощность и лучшую экономию топлива; в зависимости от области применения, как правило, улучшение составляет 10–15%. Но крутящий момент двигателя можно увеличить на 50 процентов.

В чем проблема? На некоторых двигателях задняя часть впускных клапанов и их порты могут покрыться углеродными отложениями.В системах с портовым впрыском более старого типа распыление топлива, направляемое на клапаны, не позволяло этого происходить, поскольку современные виды топлива содержат очистители. Если накапливается достаточно углерода, это может вызвать резкую работу на холостом ходу, спотыкание при ускорении, заглохание, проверку освещения двигателя, повышенный расход топлива и общий недостаток мощности. Некоторые водители испытали это на пробеге двигателя менее 50 000 км. Короткие поездки, которые не позволяют двигателю видеть сколько-нибудь значительного времени при полной рабочей температуре, могут усугубить это состояние.

Какое лекарство? Зависит от количества налета и его твердости. В некоторых случаях химическая жидкость, введенная в приемник, например, Sea Foam, может очистить вещи. Это относительно простой процесс, когда вакуумная линия порта используется для всасывания жидкости во впускные отверстия при работающем двигателе. Он действительно создает значительное количество дыма из выхлопных газов, поэтому его следует делать только в хорошо проветриваемых помещениях. В более сложных случаях решением могут быть грецкие орехи.Да, грецкие орехи. Измельченную скорлупу грецкого ореха можно вдувать во впускные отверстия сжатым воздухом и сразу же откачать пылесосом с помощью специального адаптера. Для этого необходимо снять впускной коллектор, и это действительно не работа, сделанная своими руками.

В худшем случае, головки цилиндров двигателя, возможно, придется снять для выполнения ручной очистки, что требует затрат, которые вполне соответствуют категории ой. Многие автопроизводители выпустили новое программное обеспечение для управления двигателем, чтобы помочь решить эту проблему, изменив время открытия впускных клапанов и регулируя угол опережения зажигания.Регулярная замена масла также способствует свободному перемещению механизмов управления клапанами. Если ваш автомобиль пострадал, прекратите использовать топливо с любым количеством этанола.

Что не поможет? Все, что связано с использованием топливных форсунок для очистки беспорядка — это означает добавки к бензину или средства для продувки впрыска топлива. Поскольку форсунки находятся далеко от скопления и не распыляются на клапаны, эти услуги являются пустой тратой времени и денег.

Какие автомобили затронуты? Эти проблемы могут затронуть практически любой автомобиль, оснащенный бензиновым двигателем с прямым впрыском, но некоторые модели BMW, VW, Audi и Kias, похоже, сталкиваются с этой проблемой чаще, чем другие.Но если вы столкнулись с этой ситуацией, после того, как все почистили, обратитесь к своему авторизованному дилеру, чтобы узнать, доступны ли какие-либо обновления программного обеспечения для вашего двигателя. Некоторые из этих обновлений содержат информацию о том, что они связаны с проблемами углерода.

Общие сведения о прямом впрыске топлива и принципах его работы

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.

Как работает прямой впрыск топлива

Бензиновые двигатели работают, всасывая смесь бензина и воздуха в цилиндр, сжимая его поршнем и воспламеняя искрой. В результате взрыва поршень опускается вниз, производя энергию. Традиционные системы непрямого впрыска топлива предварительно смешивают бензин и воздух в камере сразу за цилиндром, называемой впускным коллектором. В системе прямого впрыска воздух и бензин предварительно не смешиваются. Скорее, воздух поступает через впускной коллектор, а бензин впрыскивается непосредственно в цилиндр.

Преимущества прямого впрыска топлива

В сочетании с сверхточным компьютерным управлением прямой впрыск позволяет более точно контролировать дозирование топлива, то есть количество впрыскиваемого топлива и время впрыска, точную точку, когда топливо вводится в цилиндр. Расположение форсунки также позволяет получить более оптимальную форму распыления, при которой бензин разбивается на более мелкие капли. Результат — более полное сгорание. Другими словами, сжигается больше бензина, что означает большую мощность и меньшее загрязнение от каждой капли бензина.

Недостатки прямого впрыска топлива

Основные недостатки двигателей с прямым впрыском — сложность и стоимость. Системы прямого впрыска более дороги в изготовлении, потому что их компоненты должны быть более прочными. Они работают с топливом при значительно более высоком давлении, чем системы непрямого впрыска, а сами форсунки должны выдерживать тепло и давление сгорания внутри цилиндра.

Насколько мощнее и эффективнее эта технология?

Cadillac CTS продается как с прямым, так и с прямым впрыском топлива.6-литровый двигатель V6. Непрямой двигатель производит 263 лошадиных силы и 253 фунт-фут. крутящего момента, в то время как прямая версия развивает 304 л.с. и 274 фунт-фут. Несмотря на дополнительную мощность, оценки экономии топлива EPA для двигателя с непосредственным впрыском на 1 милю на галлон выше в городе (18 миль на галлон против 17 миль на галлон) и равны на шоссе. Еще одно преимущество заключается в том, что двигатель Cadillac с непосредственным впрыском работает на обычном 87-м бензине. Конкурирующие автомобили Infiniti и Lexus, использующие двигатели V6 мощностью 300 л.с. с непрямым впрыском, требуют топлива премиум-класса.

Возобновление интереса к непосредственному впрыску топлива

Технология прямого впрыска существует с середины 20 века. Однако немногие автопроизводители использовали его для автомобилей массового потребления. Непрямой впрыск топлива с электронным управлением выполнял эту работу почти так же, как значительно более низкие производственные затраты и предлагал огромные преимущества по сравнению с механическим карбюратором, который был доминирующей системой подачи топлива до 1980-х годов. Такие события, как рост цен на топливо и ужесточение законодательства об экономии топлива и выбросах, побудили многих автопроизводителей начать разработку систем прямого впрыска топлива.Вы можете ожидать, что в ближайшем будущем все больше и больше автомобилей будут использовать систему прямого впрыска.

Дизельные автомобили и прямой впрыск топлива

Практически все дизельные двигатели используют прямой впрыск топлива. Однако, поскольку дизельные двигатели используют другой процесс сжигания своего топлива, когда традиционный бензиновый двигатель сжимает смесь бензина и воздуха и воспламеняет ее от искры, дизели сжимают только воздух, а затем распыляют топливо, которое воспламеняется от тепла и давления. , их системы впрыска отличаются по конструкции и принципу действия от систем непосредственного впрыска бензина.

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.

---

Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

• В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
• Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
• Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
• Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
• Вы ​​установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с вашим системным администратором.

---

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.

---

Что сохраняется в файлах cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файлах cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Direct-Injection — обзор | Темы ScienceDirect

Впрыск и сгорание

Суть дизельного двигателя заключается во введении мелкодисперсного топлива в воздух, сжатый в цилиндре, во время движения поршня внутрь. Конечно, именно тепло, генерируемое этим сжатием, которое обычно является почти адиабатическим, имеет решающее значение для достижения воспламенения. Хотя давление в цилиндре в этот момент может достигать 230 бар, давление топлива в форсунке будет порядка 1300–1800 бар.

Высокое давление впрыска при полной нагрузке благоприятно сказывается на экономии топлива, выбросах и способности принимать некачественное топливо. Большинство современных среднеоборотных двигателей достигают давления 1200–1800 бар в впрыскивающем трубопроводе высокого давления (HP), хотя в некоторых последних конструкциях двигателей давление достигает 2300 бар при перекачивании тяжелого топлива. По причинам доступной технологии самые ранние дизельные двигатели должны были использовать сжатый воздух для достижения распыления топлива при его входе в цилиндр (впрыск воздушным потоком), и, хотя безвоздушный (или твердый) впрыск приводил к значительному снижению паразитных нагрузок, он также представляли значительные проблемы, связанные с необходимостью высокоточного производства и сдерживания очень высоких и сложных напряжений.

Очень высокий стандарт надежности и срока службы, достигаемый в настоящее время современными системами впрыска топлива, является результатом значительных инвестиций в НИОКР и производственные технологии со стороны разработчиков и производителей оборудования. Для систем впрыска, работающих при давлении до 2000 бар и выше, требуется сверхточное оборудование для обработки плоских и криволинейных поверхностей, что требует минимальных производственных допусков до 0,001 мм и высочайшей чистоты во всех процессах. Особенно сложным компонентом является игла форсунки, для которой в некоторых системах требуются микроскопические винтовые канавки, врезанные в вал штифта для гидравлического поглощения поперечных сил с помощью топлива.

На заре безвоздушного впрыска использовалось множество оригинальных разновидностей камеры сгорания, иногда в основном для уменьшения шума или дыма или для облегчения запуска, но часто частично для уменьшения или использования умеренного давления впрыска и сгорания. Растущий упор на экономичность и удельную мощность в сочетании с разработкой материалов и прогрессом в методах расчета, позволяющих безопасно перевозить большие грузы, сделали принцип прямого впрыска доминирующим в практике современных средне- и высокоскоростных двигателей.

В системах прямого впрыска топливо подается непосредственно в единственную камеру сгорания, образованную в пространстве цилиндра (рис. 8.1), при этом распыление достигается за счет выхода топлива из небольших отверстий в наконечнике форсунки.

Рисунок 8.1. Поперечное сечение камеры сгорания с прямым впрыском

Для полного сгорания топлива каждая капля топлива должна подвергаться воздействию воздуха в правильной пропорции для достижения полного окисления или избытка воздуха.В двигателе с прямым впрыском смешивание топлива и воздуха достигается за счет энергии распыляемой топливной струи, выталкивающей капли в горячий плотный воздух. Дополнительное перемешивание может быть достигнуто за счет упорядоченного движения воздуха в камере сгорания, которое называется «воздушным завихрением». Безнаддувные двигатели обычно имеют завихрение и давление впрыска около 800 бар. Двигатели с турбонаддувом и четырехклапанными головками практически не имеют завихрения, но обычно имеют давление впрыска 1200–1800 бар для обеспечения энергии смешивания.

Если используется непрямой впрыск, некоторые высокоскоростные двигатели сохраняют в головке блока цилиндров форкамеру, в которую впрыскивается топливо в виде относительно крупной струи под низким давлением, иногда через одно отверстие. Горение инициируется в форкамере, горючие газы выходят через горловину камеры и воздействуют на поршень (рис. 8.2).

Рисунок 8.2. Непрямой впрыск: предварительная камера Ricardo

Смешивание топлива и воздуха достигается за счет очень высокой скорости воздуха в камере, движение воздуха размывает стенки камеры и способствует хорошей теплопередаче.Таким образом, стенка может быть очень горячей, что требует использования термостойких материалов, но она также может поглощать слишком много тепла из воздуха в начальных тактах сжатия во время запуска и предотвращать возгорание. Именно эти тепловые потери приводят к плохому запуску и снижению экономичности. Поэтому иногда необходимы дополнительные вспомогательные средства, такие как свечи накаливания, для запуска при низком давлении окружающей среды. Потери при дросселировании, вызванные ограничением горловины, также приводят к дополнительному штрафу за расход топлива.

Один из разработчиков двигателей, SEMT-Pielstick, достиг гениальной комбинации двух систем, разделив форкамеру между головкой блока цилиндров и днищем поршня. В верхней мертвой точке штифт на поршне входит в форкамеру, чтобы обеспечить ограниченный выпуск. На такте расширения ограничение автоматически снимается, и достигается экономия топлива, сопоставимая с обычными двигателями с прямым впрыском (Рисунок 8.3).

Рисунок 8.3. Камера сгорания с изменяемой геометрией SEMT-Pielstick

с прямым впрыском также имеет варианты, которые отражают тот факт, что, несмотря на значительные затраты на исследование ее механизма, детали того, как развивается горение после достижения воспламенения, все еще в значительной степени эмпирически.Основными являются следующие:

1.

По крайней мере, часть впрыскиваемого топлива распыляется достаточно мелко, чтобы начать сгорание. Воспламенение не может произойти, пока капля топлива не достигнет температуры самовоспламенения. Поскольку количество тепла зависит от площади поверхности (пропорционально квадрату диаметра), а количество тепла, необходимого для повышения температуры, зависит от объема (изменяется как куб диаметра), только небольшое число мелких капель необходимы, чтобы инициировать горение.Высокоскоростная фотография горения действительно показывает, что воспламенение происходит случайным образом около наконечника инжектора и обычно вне основного ядра распылителя.

2.

Топливо должно смешаться с воздухом, чтобы гореть. Поскольку большая часть воздуха в примерно цилиндрическом пространстве по геометрическим причинам находится вблизи периферии, большая часть топлива должна проникать туда, и это легче сделать с крупными каплями; отсюда также использование широких углов сердечника и нескольких распылительных отверстий.

3.

Ни при каких обстоятельствах топливо не должно достигать стенок гильзы, иначе оно загрязнит смазочное масло. Преимущество пространств сгорания, образованных в головках поршней, состоит в том, что стенки камеры образуют безопасную мишень, на которую может быть направлена ​​струя. Этот тип камеры сгорания в поршне имеет дополнительное преимущество, заключающееся в том, что во время опускания поршня воздух над периферией поршня постепенно втягивается в процесс сгорания.

4.

Период впрыска должен быть достаточно коротким и должен резко заканчиваться. Капли и вторичный впрыск — частые причины дыма, а также разбавления смазочного масла топливом или содержания нерастворимых остатков. Капание — это состояние, при котором топливо продолжает выходить из сопла при слишком низком давлении для правильного распыления; это вызвано плохой посадкой поверхностей или медленным закрытием.

Вторичный впрыск — это то, что происходит, когда волна давления, вызванная окончанием основного впрыска, отражается обратно в насос, а затем снова в форсунку, достигая ее с давлением, достаточным для повторного открытия форсунки на относительно поздней стадии сгорания. .Любое несгоревшее или частично сгоревшее топливо может попасть на стенки цилиндра и стянуться поршневыми кольцами в поддон.

Прямой впрыск топлива — обзор

Прямой впрыск топлива

Другая технология, которая была внедрена относительно недавно в дополнение к VVT и турбонаддуву, — это прямой впрыск топлива в цилиндры бензиновых двигателей. Прямой впрыск топлива в цилиндры использовался с дизельными двигателями и использовался в ряде очень ранних двигателей, работающих на бензине.Однако более поздняя эра двигателей с электронным управлением включала впрыск топлива вне цилиндра во время такта впуска при относительно низком давлении, как объясняется в главе 4. Для бензиновых двигателей с прямым впрыском топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр и требует относительно высокое давление топлива. Для прямого впрыска топлива (DFI) топливные форсунки установлены в головке блока цилиндров и распыляют бензин в камеру сгорания из топливной рампы.

Двигатель, включающий VVT, турбонаддув и DFI, имеет потенциал для улучшения экономии топлива, выбросов и производительности по сравнению с двигателем сопоставимого размера с фиксированным фазированием клапана, который обычно является безнаддувным и использует многоточечный впрыск топлива во впускной коллектор.Однако, чтобы воспользоваться преимуществами DFI, необходимо работать в нескольких режимах управления.

Одна из стратегий управления DFI настроена на очень низкую требуемую мощность двигателя, включая холостой ход и некоторые условия постоянной нагрузки двигателя при низких и средних скоростях движения автомобиля. Другая стратегия контроля может потребоваться, когда выбросам выхлопных газов требуется стехиометрический воздух / топливо для оптимальной работы каталитического нейтрализатора (см. Главу 4). Тем не менее, другой режим управления используется в условиях работы с полностью или почти полностью открытой дроссельной заслонкой, когда требуемая мощность двигателя равна или близка к максимальной выходной мощности.Эта третья стратегия контроля доступна для относительно коротких интервалов времени (например, подъем по относительно крутому склону), поскольку выбросы выхлопных газов ненадолго превышают установленные стандарты.

Стратегия управления с низким выходом включала относительно высокое содержание воздуха / топлива (например, A / F> 25: 1). Как объяснялось в главе 4, соотношение воздух / топливо, превышающее стехиометрическое, приводит к температурам сгорания, превышающим таковые для стехиометрии, и приводит к увеличению выбросов NO x . Хотя эффективность преобразования каталитического нейтрализатора ниже оптимальной для выбросов NO x , для достаточно низкой мощности двигателя все же возможно соблюдение государственных постановлений.

Для этой относительно низкой требуемой стратегии управления мощностью двигателя только воздух сбрасывается в двигатель во время такта впуска. Топливо впрыскивается в течение последних нескольких градусов вращения коленчатого вала (около ВМТ) на такте сжатия. Топливно-воздушная смесь для этого режима управления и стратегии неоднородна (как желательно) для обычного многоточечного впрыска топлива во время такта впуска. Когда происходит сгорание, давление в камере сгорания повышается, так что создается крутящий момент / мощность, но на относительно низком уровне.Для каждой конфигурации двигателя уровни мощности, при которых используется более бедная, чем стехиометрическая стратегия управления воздухом / топливом, определяются во время калибровки двигателя. Каждый производитель должен быть в состоянии гарантировать, что выбросы выхлопных газов соответствуют государственным стандартам.

Для любого двигателя DFI существует предел мощности двигателя, для которого может использоваться эта стратегия управления, более бедная, чем стехиометрия. Когда требуемая мощность достигает или превышает этот уровень, стратегия управления возвращается к поддержанию стехиометрии воздуха / топлива.Для стехиометрической стратегии управления топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр во время такта впуска. В этом случае топливно-воздушная смесь образуется внутри цилиндра. Конфигурация клапана двигателя такова, что «завихрение» поступающего воздуха смешивается с топливом, образуя по существу гомогенную смесь. Фактически, полученная смесь ближе к однородной однородности, чем при традиционном впрыске топлива во впускной канал. Это условие приводит к сгоранию с выхлопными газами, которые поддерживают концентрацию, близкую к оптимальной для эффективности преобразования каталитического нейтрализатора (см. Главу 4).

Исключением из стратегий управления стехиометрической и бедной смесью является работа двигателя вблизи полностью открытой дроссельной заслонки, как упоминалось выше. За исключением гоночных автомобилей, которые не должны соответствовать нормам выбросов, максимальная выходная мощность для уличных транспортных средств является довольно редким режимом работы. Стратегия управления для этого рабочего режима включает прямой впрыск топлива в цилиндр во время такта впуска с воздухом / топливом ниже стехиометрического и, фактически, соответствующей максимальной мощности для данного числа оборотов в минуту.Хотя соотношение воздух / топливо несколько различается в зависимости от модели двигателя, оно находится в общей области воздушной массы-топлива 12: 1.

В общем, двигатель DFI, который также включает турбонаддув и VVT, имеет характеристики и выбросы, превосходящие традиционный атмосферный двигатель с фиксированным фазированием клапана и впрыском топлива того же объема. Тенденция в современных автомобилях — использовать эти технологии.

Что такое прямой впрыск? Autoweek объясняет

Если вы пролистаете список функций практически любого нового автомобиля или грузовика, вы, скорее всего, увидите слова «прямой впрыск топлива» или DI.Концепция достаточно проста — инженеры переместили топливную форсунку из впускного отверстия автомобиля («впрыск топлива в порт») и поместили его прямо в камеру сгорания; топливо впрыскивается в тот момент, когда требуется сгорание, а не смешивается с поступающим воздухом и обтекает впускной клапан.

DI работает при гораздо более высоком давлении, чем впрыск топлива в порт; это, в сочетании с точным управлением, предлагаемым современными микропроцессорами, оказывает огромное влияние на настройку двигателя, особенно когда этот двигатель имеет турбонаддув.Конечный результат — лучшая экономия топлива и большая мощность для данного объема двигателя, а также более низкие выбросы. Достижения в области непосредственного впрыска стали причиной того, что эффективные небольшие бензиновые двигатели с турбонаддувом стали настолько распространенными, от экономичных автомобилей до роскошных седанов.

Принятие DI не было полностью бесшовным: удаление топливных брызг из впускного отверстия также устраняет очищающий эффект, который бензин оказывает на впускные клапаны; В сочетании с повышенным выбросом газов из двигателей с турбонаддувом масло и углерод могут собираться на впускных клапанах, снижая производительность двигателя.Некоторые производители решили эту проблему, объединив прямой и порт впрыска топлива. Это означает, что есть два набора топливных форсунок, но система может переключаться между прямой и косвенной подачей топлива по запросу, что позволяет избежать проблем с накоплением углерода.

Так как непосредственный впрыск — это будущее доставки топлива, можно с уверенностью сказать, что это всего лишь технологические проблемы роста; в будущем они будут становиться все меньше и меньше проблемой. А пока не бойтесь DI — наслаждайтесь сочетанием производительности и экономии топлива, которое обеспечивают эти бензиновые чудеса.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты.