Непосредственный впрыск топлива: За что любят и ненавидят непосредственный впрыск: Статьи

Содержание

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?

Распределенный впрыск топлива или непосредственный что лучше?

Дорогие друзья, сегодня узнаем много интересного о впрыске системы питания. И так: распределенный впрыск топлива или непосредственный? Что лучше и чем они отличаются?

Допустим у вас пришло время осуществить вашу мечту и вы серьезно взялись за выбор автомобиля. Дело серьёзное, и если выбор цвета и формы машины даётся довольно легко, то с подбором типа мотора могут возникнуть трудности, особенно у неподготовленных в техническом плане людей.

Если так, тогда вам однозначно следует внимательно прочитать эту статью.

Распределенный впрыск топлива: экономно и экологично

Не секрет, что распределённый впрыск топлива (инжекция)  – это современная технология, тесно связанная со сложной электроникой. Главной её «фишкой» является наличие индивидуальной форсунки у каждого цилиндра бензинового мотора.

Но, на самом деле, похожие системы, правда, имеющие механическое управление, появились ещё в конце ХIХ – начале ХХ веков. Использовались они в авиации, в гоночных машинах и иногда их интерпретации даже выходили на массовый автомобильный рынок.

Настоящий же бум распределенный впрыск пережил с появлением доступных микропроцессоров в конце 80-х годов и пользуется уважением у производителей транспортных средств и по сей день.

Перейдём к принципу работы и разновидностям системы распределенного впрыска (кстати, её ещё называют многоточечной системой).

Как мы уже упомянули, ключевой особенностью данной технологии являются топливные форсунки, которые устанавливаются по одной перед впускными клапанами каждого цилиндра двигателя.

Таким образом, в отличие от моновпрыска, удаётся добиться равномерного распределения топливно-воздушной смеси по цилиндрам, а также точной её дозировки.

В целом данная схема расположения форсунок позволила инженерам значительно повысить экологичность моторов, а также сделать их менее прожорливыми. Контролирует весь этот ансамбль электронный блок управления (ЭБУ).

Он при помощи многочисленных датчиков, передающих данные о температуре, положении педали газа, количестве поступающего воздуха и прочих параметрах, вычисляет оптимальный объём бензина для впрыска и в нужный для этого момент подаёт управляющий сигнал на открытие форсунок.

Момент впрыск топлива

Кстати, о времени открытия форсунок. Тут не всё так просто, и системы распределённого впрыска различаются в зависимости от того, в каком порядке происходит активация этих элементов. Существуют такие варианты впрыска:

  • одновременный;
  • попарно-параллельный;
  • фазированный.

Одновременный

При одновременной инжекции бензина все форсунки открываются единомоментно, и происходит это за один полный рабочий цикл двигателя (два оборота коленчатого вала). Не считаю это разумным ходом и не понимаю зачем лишний расход топлива.

Видимо это практиковалось на заре изобретения такого метода, когда не очень беспокоились об экологии и бензин был дешевый.

Попарно-параллельный

При попарно-параллельном открытии процесс разбивается таким образом, чтобы в один момент времени впрыск производили только две форсунки и только тех цилиндров, которые переходят в такты впуска и выпуска.

Здесь тоже наблюдается лишний впрыск, зачем он нужен в такте выпуска. Говорят это помогает при запуске двигателя в аварийном режиме. Ну хоть единовременно, и то хорошо.

Фазированный

Но самым современным из перечисленной тройки является фазированный алгоритм работы системы  распределенного впрыска топлива и используется в современных автомобилях. Он предусматривает включение каждой форсунки непосредственно перед тактом впуска соответствующего ей цилиндра. Это конечно разумно и правильно.

Главное в таком впрыске то, что форсунка впрыскивает топливную смесь во впускной коллектор на входе в цилиндр, непосредственно на впускной клапан. Впрыск производится на такте ВПУСК.

В погоне за показателями

Выше мы уже говорили о том, что система многоточечной инжекции позволила двигателям стать гораздо более «чистыми» по сравнению с предшественниками, оснащёнными моновпрыском или карбюратором.

Тем не менее, защитникам окружающей среды этого было мало и с каждым годом автопроизводителям приходилось учитывать всё более жёсткие экологические нормы.

Чем же отличается распределенный впрыск топлива от непосредственного?

А вот в чем. Как уже было сказано выше, при распределенном впрыске, смесь поступает в коллектор в область впускного клапана. А при непосредственном впрыске, прямо в камеру сгорания, минуя впускной коллектор.

Непосредственный впрыск

Непосредственный впрыск более точен и подаваемое давление топливной смеси выше, чем у распределенного впрыска. Такой принцип экономичнее (до 20% экономии топлива). экологичнее (топливо лучше сгорает). Но все же такой тип системы не лишен недоствтков и конструкторы пошли дальше.

А вот что из этого вышло, и какие технологии появились в результате, в Комбинированная система впрыска топлива TFSI.

 

 

//www.youtube.com/watch?v=lW7UOR68poQ

 

До встречи на страницах блога!

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.

Система непосредственного впрыска: устройство и принцип работы

Для более эффективной подачи топлива была разработана усовершенствованная система непосредственного впрыска, применяемая на большинстве современных бензиновых ДВС. Непосредственный впрыск предполагает прямую подачу топливной смеси в цилиндры, минуя топливный коллектор. На сегодняшний день это одна из наиболее прогрессивных систем подачи топлива.

Система была разработана французским инженером Л. Левассором, а первый ее прототип был установлен в авиационный двигатель V8. Первая автомобильная система непосредственной (прямой) подачи топлива была сконструирована в 1952 году компанией Bosch и применялась на достаточно известных тогда марках автомобилей Gutbrod и Goliath.

В 1996 году была представлена система непосредственной подачи топлива GDI, которая устанавливалась на 4-х цилиндровые двигатели в автомобилях компании Mitsubishi. В 1998 году концерн Toyota представил свою разработку – систему D4.

Год спустя появилась еще одна система под названием IDE от концерна Renault. Система FSI компании Volkswagen была выпущена на рынок в начале 2000 года.

В настоящее время подобные топливные системы производят всемирно известные автомобильные конгломераты, такие как Volkswagen,  Audi, Infiniti, BMW, General Motors, Mercedes-Benz, Ford.

Использование системы подобного типа дает возможность на 15-18% снизить топливные расходы, а также уменьшить  уровень токсичности отработанных газов.

Как устроена система непосредственного впрыска

Конструкция системы непосредственной подачи топлива состоит из топливного насоса (ТНВД), рампы, механизма для регулировки давления топливной смеси, набора датчиков (датчики высокого давления, датчики входа), предохранительного клапана,  форсунок, блока управления.

Топливный насос (ТНВД)

Насос высокого давления предназначен для реализации основной функции —  подачи топлива через рампу к форсункам под высоким рабочим давлением в диапазоне от 3 до 11 МПа для обеспечения бесперебойной работы ДВС. Конструкция насоса может включать в себя один или несколько плунжеров, приводимых в действие при помощи распредвала. Подробнее о ТНВД читайте здесь…

Рампа

Рампа используется для равномерного распределения топлива, поступившего к форсункам и предотвращения изменения его рабочего давления в самом топливном контуре.

Клапан предохранительный

Клапан устанавливается на топливную рампу и предназначен для обеспечения защиты топливной системы от чрезмерно высокого давления на предельных значениях, которое образуется вследствие значительного расширения топливной смеси.

Регулятор давления

Регулятор предназначен для точного дозирования топлива при помощи насоса с учетом рабочих возможностей топливных форсунок. Регулятор устанавливается внутри насоса.

Датчик ВД (высокого давления)

Данный тип датчика используется для измерения рабочего давления ТС в рампе. На основании полученных сигналов от датчика происходит изменение давления в рампе.

Форсунка

Основная функция форсунки – обеспечить впрыск подаваемого топлива в камеру сгорания с дальнейшим образованием ТВС.

Механизм управления

Традиционно механизм управления системой непосредственной подачи топлива состоит из блока управления, входных датчиков и механизмов исполнения.

Как и другие топливные системы, данная система оснащается дополнительными датчиками – датчиком температурного режима воздуха, температуры двигателя, температуры жидкости-хладагента, расхода воздуха, положения распредвала и т.д.

Как работает система непосредственного впрыска

Система непосредственного впрыска может обеспечивать три способа образования ТВС – гомогенный (однородный), послойный и стехиометрический гомогенный (легковоспламеняемый).

Такие возможности в смесеобразовании позволяют с максимальной эффективностью использовать топливо, за счет чего обеспечивается экономичность и экологичность двигателя при одновременном повышении динамических  характеристик силового агрегата.

Гомогенный способ образования смеси

Топливная смесь, полученная гомогенным способом, является менее эффективной и бедной. Зачастую она может использоваться только на промежуточном этапе работы двигателя. Образование гомогенной смеси происходит при открытой заслонке дроссельного типа и закрытых заслонках впуска.

Это приводит к интенсивному передвижению воздуха в топливных цилиндрах. На такте впуска происходит подача топлива, при этом коэффициент избыточного воздуха составляет 1,5. В некоторых случаях допускается добавление отработанных газов в полученную смесь (не более 22-25% от общего объема смеси).

Послойный способ образования смеси

Подобный способ смесеобразования применяется в тех случаях, когда ДВС работает на малых или средних оборотах с небольшой рабочей нагрузкой. Образование смеси при послойном способе осуществляется при открытой заслонке дроссельного типа и закрытых заслонках впуска.

Воздушная масса поступается в камеру сгорания, образуя воздушный волчок. Топливо подается на свечу зажигания на такте сжатия. Через некоторое время возле свечи происходит образование ТВС с коэффициентом избытка в диапазоне 1,5 – 3. 

В процессе воспламенения происходит выделение очищенного воздуха, который используется в качестве изолятора тепловой энергии.

Стехиометрический способ образования смеси

Данный способ используется на повышенных оборотах и высоких нагрузках ДВС. Образование смеси происходит при открытых заслонках впуска и открытой дроссельной заслонке, при воздействии на педаль газа.

Подача топлива осуществляется на такте впуска, в результате чего получается однообразная топливная смесь. При этом коэффициент избытка не превышает единицы. Это приводит к ускоренному воспламенению ТВС и ее быстрому сгоранию.

Просто о сложном: что такое непосредственный впрыск топлива | OVER 9000

Например, всё тот же пресловутый TSI. Известно, что бензина потребляет мало, а едет не по-силам шустро. Да в общем-то, уже практически все крупные автопроизводители перешли на непосредственный впрыск. А как он устроен и чем отличается от «посредственного»? 🙂 Давайте разбираться.
Вообще, для начала неплохо бы рассмотреть, чем в принципе система с впрыском топлива (она же инжекторная) отличается от «дедушки» всех топливных систем автомобиля — карбюратора. Но об этом я расскажу как-нибудь позже, а сегодня поговорим об отличиях непосредственного впрыска бензина от распределенного — классического, то бишь.

Пройдя нелегкий путь от топливного бака до топливной рейки двигателя, бензин попадает в цилиндры. Это общая очевидная схема. А вот далее начинаются различия.

Распределенный впрыск

В системе с распределенным впрыском топлива форсунка (это устройство, распрыскивающие топливо в виде мелкодисперсной пыли) установлена во впускном коллекторе — по одной перед каждым цилиндром. То есть она расположена перед впускным клапаном.

Что происходит в процессе работы: на такте впуска, когда поршень идет вниз и впускной клапан открывается, форсунка впрыскивает необходимое количество топлива во впускной коллектор, где он, перемешиваясь с воздухом, попадает в цилиндр уже в виде готовой топливо-воздушной смеси. После чего, на такте сжатия смесь эта сжимается и поджигается свечой.

распределенный впрыск

распределенный впрыск

Непосредственный впрыск

А вот в случае с непосредственным впрыском, форсунка стоит в головке блока цилиндров и часть ее «торчит» непосредственно (ага) в камере сгорания. И топливо впрыскивается не на такте впуска, а в конце такта сжатия, когда и перемешивается с воздухом — уже практически в момент поджига свечой.
Примечание. Здесь стоит отметить, что системы непосредственного впрыска имеют разные алогоритмы подачи топлива — в том числе и такой, когда подача осуществляется и на такте впуска, и на такте сжатия.

непосредственный впрыск

непосредственный впрыск

Отличия друг от друга

Ниже на картинке я очень схематично сравнил момент работы этих двух систем. Но не вдаваясь в технические тонкости процесса, здесь просто нужно понять главное отличие этих двух вариантов питания:

В системе с распределенным впрыском в цилиндры поступает уже готовая смесь воздуха и бензина. В системе с непосредственным впрыском топливо подается отдельно, смешиваясь с воздухом уже в цилиндре.

Слева — распределенный впрыск. Такт впуска, впускной клапан открыт, форсунка впрыскивает топливо (красная стрелка) во впускной коллектор. Справа — непосредственный впрыск. Такт сжатия, клапаны закрыты, форсунка впрыскивает топливо сразу в камеру сгорания

Слева — распределенный впрыск. Такт впуска, впускной клапан открыт, форсунка впрыскивает топливо (красная стрелка) во впускной коллектор. Справа — непосредственный впрыск. Такт сжатия, клапаны закрыты, форсунка впрыскивает топливо сразу в камеру сгорания

Логично задать вопрос: какие плюсы дает второй вариант?

Основных преимуществ целая куча:

  • Конечно, топливная экономичность. Системы с непосредственным впрыском (далее — НВ) умеют работать на сверхбедных составах смеси. Так, широко распространенный двигатель 1.8 TSI от Volkswagen на холостых «нюхает» всего около 0.6-0.7 литра в час.
  • Второй конек таких систем — удельная мощность на единицу объема. Другими словами, двигатель с НВ будет на 10-15% мощнее своего аналога одинакового объема с классической распределенной системой питания. Это достигается за счет как более точной дозировки топлива в различных режимах работы двигателя, так и за счет более оптимизированной схемы смешивания с воздухом и последующего более эффективного сгорания смеси.
  • Хоть и мало кого в нашей стране волнует, но экологичность. Собственно, это является следствием всего вышеперечисленного. Меньше расход топлива — меньше накоптит воздух, если говорить по-простому. Плюс, возможность работы на сверхбедных смесях и более эффективное (т.е., более полное, без «сажи») сгорание, сами по себе делают выхлоп более чистым.

Разумеется, нельзя не сказать и о недостатках, куда же без них. 🙂

  • Дорого. Топливная аппаратура систем с НВ на порядок дороже и сложнее классических.
  • Высокая чувствительность к качеству топлива. Кстати, один из основополагающих факторов отпугивания людей при покупке машины с НВ. Наверняка многие помнят байки, как первопроходцы систем с непосредственным впрыском (японцы со своим GDI) могли запросто и враз помереть после одной заправки в какой-нибудь деревне, в те самые веселые 90-е годы. Так вот, байки-байками, а таки действительно могли.
топливная форсунка в момент работы

топливная форсунка в момент работы

Конечно, сейчас такие системы питания уже давно отлажены и получили широчайшее распространение, а качество бензина в крупных городах даже у нас в целом стало более-менее сносным. Так что, не нужно поддаваться паранойе: если вы не планируете регулярно эксплуатировать такую машину глубоко в «Васюках», то всё будет хорошо. Скажу больше — на непосредственный впрыск постепенно переходят даже недорогие бренды, а носителями таких моторов становятся модели всё доступнее по классу.

Надеюсь, кому-то было полезно!

P.S.: Друзья, буду очень рад лайкам и подписке! Делитесь в соцсетях!

Другие мои статьи на авто тему ниже и также в журнале Дзен OVER9000:

Система непосредственного впрыска топлива: преимущества и недостатки

Система впрыска

На чтение 4 мин. Просмотров 545

Непосредственный впрыск — это новейший способ подачи топлива в цилиндры. Для его внедрения был усовершенствован двигатель, что позволило ему значительно экономить горючее.

Тенденция развития рынка требует создания новейших механизмов впрыска топлива, которой является система непосредственного впрыска. В бензиновых двигателях внутреннего сгорания, для которых она предназначена, данная система осуществляет непосредственный впрыск топлива в цилиндры. Камера их сгорания под высоким давлением получает горючее. Данная система этим отличается от стандартной системы распределенного впрыска (топливо впрыскивается во впускной коллектор).

Система непосредственного впрыска топлива

Составляющие системы непосредственного впрыска топлива.

Прямой впрыск происходит благодаря слаженной работе всех составляющих структуры. Система непосредственного впрыска топлива состоит из:

  1. Топливного насоса высокого давления. Данный насос состоит из плунжеров. Их может быть несколько. Движение начинает осуществляется насосом от распределительного вала. Его основной функцией является непосредственный впрыск к топливной рампе бензина. Затем, по мере возникновения потребностей двигателя, приборы для пульверизации получают его под высоким давлением.
  2. Топливной рампы. Ее назначение — накопление горючего, его перераспределение по приборам для пульверизации. Она предотвращает контурные колебания бензина.
  3. Форсунок впрыска. Они обеспечивают распределение в камере сгорания бензина, благодаря чему происходит образование топливно-воздушной смеси.
  4. Камеры высокого давления, оснащенной регулятором количественного давления топлива. Благодаря ей осуществляется дозированная подача насосом топлива, зависящая от впрыскивания форсунки.
  5. Привода топливного насоса. Его функция — запуск движения вала.
  6. Предохранительного клапана. Обеспечивает защиту элементов системы впрыска от давления превышающего норму. Это происходит путем расширения топлива, если есть нарушения режима температур.
  7. Датчика высокого давления. Повышение нормы давления способствует работе датчика путем реакции на изменения. Затем, на основании результатов передачи от него данных, действует блок управления, который уменьшает давление в топливной рампе.
  8. Топливного фильтра. Очищает топливо путем отсеивания ржавчины, частичек пыли. Таким образом, топливная система защищена от их попадания.
  9. Блока управления двигателем. Обеспечивает единую слаженную работу самой системы.
  10. Блока управления форсунками. Осуществляет согласованную работу форсунок.
  11. Топливного насоса низкого давления. Основой его функционирования является подача из бака горючего к топливному оборудованию.
  12. Перепускного клапана. Он является исполнительным механизмом, который начинает действие с помощью блока управления двигателем.
  13. Входных датчиков. Они обеспечивают блок управления двигателем новой информацией.
  14. Фильтров супертонкой очистки топлива. Его функция — очищать от грязного горючего.
Схема непосредственного впрыска топлива

В двигателях, подающих прямой впрыск, требования к качеству топлива намного выше. Они позволяют больше экономить — до 20%, соответствуют высокому уровню экологических стандартов — сокращают вместе с отработавшими газами выброс вредных элементов.

Высокую эффективность использования топливной смеси определяет разнообразие смесеобразования на всех режимах работы двигателя.

Непосредственный впрыск топлива дает возможность получить такие виды смесеобразования:

  1. Послойное. Оно применяется при работе бензиновых двигателей на небольших нагрузках, а также малых и средних оборотах. При этом входные клапаны остаются закрытыми, а дроссельная заслонка — открыта. С огромной скоростью воздух поступает в камеры. Впрыск подается к свече зажигания. Воздух, оставшийся после воспламенения смеси, является теплоизолятором.
  2. Стехеометрическое гомогенное. Его применяют при больших нагрузках и высоких оборотах. Впускные заслонки, при данном образовании смеси, открыты, а дроссельная, при изменении положения педали газа, открывается. На такте впуска происходит впрыск горючего. Образование смеси по своей структуре является однородным. Горение смеси проиходит в полном объеме камеры сгорания.
  3. Гомогенное. Оно используется в промежуточных режимах работы двигателя. Смесеобразование получается благодаря максимальному открытию дроссельной заслонки. Впускные заслонки остаются закрытыми. Цилиндры, содержащие воздух, способствуют его эффективному движению. На такте впуска происходит впрыск бензина. Гомогенная смесь может содержать отработанные газы.

Непосредственный впрыск имеет ряд преимуществ.

Технология впрыска топлива

Непосредственный впрыск дает возможность точной подачи горючего, благодаря инновационным компьютерам. Не образовывая капель, он распределяет топливо наиболее оптимально с помощью правильного расположения инжекторов. Таким образом, происходит эффективное сгорание бензина. Это приводит к увеличению мощности автомобиля, при этом каждая капля бензина несет меньше грязи и ненужных частиц.

Недостатками непосредственного впрыска являются:
  • система достаточно сложна,
  • система имеет высокую стоимость.

Данная система затратная в производстве. Ее элементы работают с топливом под большим давлением. Иная ситуация у обычного способа образования смеси. Крепость форсунок должна выдерживать давление, температуру в цилиндрах.

Таким образом, эта система является новой технологией, позволяющей двигателям сжигать, эффективно прорабатывать горючее. Она позволяет увеличить мощность, экономичность двигателей автомобилей, а также сократить атмосферные выбросы.

В чем преимущества непосредственного впрыска топлива?

В настоящее время конструкторские бюро производителей автомобилей усиленно работают над тем, чтобы создать такие силовые установки, которые будут потреблять как можно меньше топлива и при этом выбрасывать в атмосферу как можно меньше вредных веществ. 

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

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

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

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

В чем отличие от распределенного впрыска?

Нередко, когда приводятся двигательные характеристики, то видишь такие аббревиатуры, как MPI и GDI. Конечно, об этом можно спросить консультанта, который работает в автосалоне. Этим же можно поинтересоваться у знакомого автослесаря. 

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

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

— РАСПРЕДЕЛЕННЫЙ

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

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

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

— НЕПОСРЕДСТВЕННЫЙ

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

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

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

Как устроена система GDI

GDI включает в себя топливный насос высокого давления, рампу и механизм, который отвечает за регулировку давления смеси. В ее составе также система датчиков (ВД, входные датчики), клапан предохранения, форсунки, блок управления. 

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

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

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

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

Как действует система GDI

Самый главный компонент системы – это ТНВД. При помощи топливного насоса высокого давления бензин отправляется в рампу. Конструктивно он бывает совершенно разным. Это зависит от того, кто является производителем. Насосы различаются в основном количеством плунжеров. Он бывает только один. Но их может быть и несколько. 

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

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

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

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

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

Достоинства и недостатки системы

Главный недостаток систем, использующих GDI, — это снижение надежности в целом. Даже при маленьком сбое или выходе из строя какого-то компонента возможно неправильное поведение двигателя. Он может заглохнуть или работать не на полную мощность, показывать на приборе ошибку и пр.

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

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

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

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

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

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

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

Понимание прямого впрыска топлива и принципа его работы

Непосредственный впрыск топлива — это технология подачи топлива, которая позволяет бензиновым двигателям более эффективно сжигать топливо, что приводит к увеличению мощности, более чистым выбросам и повышению топливной экономичности.

Как работает непосредственный впрыск топлива

Бензиновые двигатели работают, всасывая смесь бензина и воздуха в цилиндр, сжимая ее поршнем и воспламеняя искрой. В результате взрыва поршень движется вниз, создавая мощность.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 со сверхточным компьютерным управлением непосредственный впрыск позволяет более точно контролировать дозирование топлива, то есть количество впрыскиваемого топлива и момент впрыска, т. е. момент подачи топлива в цилиндр.Расположение форсунки также обеспечивает более оптимальную схему распыления, которая разбивает бензин на более мелкие капли. В результате происходит более полное сгорание. Другими словами, сжигается больше бензина, что означает большую мощность и меньшее загрязнение от каждой капли бензина.

Недостатки прямого впрыска топлива

Основными недостатками двигателей с непосредственным впрыском являются сложность и стоимость. Системы прямого впрыска более дороги в производстве, потому что их компоненты должны быть более прочными.Они обрабатывают топливо под значительно более высоким давлением, чем системы непрямого впрыска, а сами форсунки должны выдерживать тепло и давление сгорания внутри цилиндра.

Насколько мощнее и эффективнее технология?

Cadillac CTS продается как с непрямым, так и с непосредственным впрыском 3,6-литрового двигателя V6. Непрямой двигатель производит 263 лошадиных силы и 253 фунта-фута. крутящего момента, в то время как прямая версия развивает 304 л.с. и 274 фунта.-фт. Несмотря на дополнительную мощность, EPA оценивает экономию топлива для двигателя с непосредственным впрыском на 1 милю на галлон выше в городе (18 миль на галлон против 17 миль на галлон) и одинаково на шоссе. Еще одним преимуществом является то, что двигатель Cadillac с непосредственным впрыском топлива работает на обычном бензине с октановым числом 87. Конкурирующие автомобили от Infiniti и Lexus, которые используют двигатели V6 мощностью 300 л.с. с непрямым впрыском, требуют топлива премиум-класса.

Возобновление интереса к прямому впрыску топлива

Технология прямого впрыска существует с середины 20 века.Однако немногие автопроизводители приняли его для автомобилей массового рынка. Непрямой впрыск топлива с электронным управлением выполнял свою работу почти так же, как и 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 в области экономии топлива и выбросов, побудили многих автопроизводителей начать разработку систем прямого впрыска топлива. Можно ожидать, что в ближайшем будущем все больше и больше автомобилей будут использовать непосредственный впрыск.

Дизельные автомобили и прямой впрыск топлива

Практически все дизельные двигатели используют непосредственный впрыск топлива. Однако, поскольку дизельные двигатели используют другой процесс для сжигания топлива, в то время как традиционный бензиновый двигатель сжимает смесь бензина и воздуха и воспламеняет ее от искры, дизели сжимают только воздух, а затем впрыскивают топливо, которое воспламеняется от тепла и давления. , их системы впрыска отличаются конструкцией и работой от бензиновых систем прямого впрыска топлива.

Что такое прямой очиститель топливных форсунок и зачем он вам нужен?

Без надлежащего обслуживания ваш бензиновый двигатель с непосредственным впрыском (GDI) может потерять производительность, снизить эффективность и увеличить выбросы уже через 5000 км пробега.

Симптомы:
  • Плохая экономия топлива
  • Потеря мощности
  • Грубый холостой ход
  • Тяжелый запуск
  • Пинг/стук
  • Повышенные выбросы

Особенности:
  • Очищает топливные форсунки
  • Очищает корпус дроссельной заслонки
  • Очищает воздуховод и воздухозаборник
  • Очищает впускные клапаны и порты
  • Удаляет отложения в камере сгорания
  • Корректирует баланс топлива и воздуха в системе

Преимущества:
  • Восстанавливает топливную экономичность
  • Восстанавливает производительность
  • Восстанавливает мощность
  • Снижает вредные выбросы

По мере движения вашего автомобиля (бензинового или дизельного) производятся побочные продукты.Эти отложения, если их не удалить, могут остановить работу вашего автомобиля, как и должно быть.

Двигатели GDI (бензиновый непосредственный впрыск), также известные как DFI (двигатели с непосредственным впрыском топлива), становятся универсальными. Поскольку у этого новшества есть проблемы, как и у любого другого, средства очистки GDI используются для устранения симптомов, снижающих производительность. Обслуживание топливных форсунок рядом со мной>>

Что такое ГДИ?

Прямой впрыск бензина — это просто распыление топлива прямо в камеру сгорания двигателя.Некоторые из преимуществ этой технологии включают снижение шума двигателя; меньшее время нагрева; устранены вибрации; повышенная мощность и эффективность. Синонимы включают прямой впрыск бензина или GDI, прямой впрыск с искровым зажиганием или SIDI и послойный впрыск топлива или FSI.

Системы GDI имеют серьезный недостаток: накопление углерода

В более ранних форсунках топливо вытекало из-за клапана, и поток вымывал часть нагара или сажи, которые скапливались на поверхности клапана.Не в случае с системами GDI.

Откуда берется этот углерод? Т.к. потока нет, а брызги, впускные клапана надо активно чистить. Когда аэрозоль попадает в камеры сгорания, окисленные молекулы топлива полимеризуются в нерастворимый в газе осадок, т.е. нагар. Газы, выходящие из системы вентиляции картера, удваиваются в виде дополнительных отложений углерода в виде паров масла, топлива и других веществ.

Возможные результаты

Накопление углеродистых отложений может нарушить точную синхронизацию двигателей GDI.Вы когда-нибудь сидели на стоп-сигнале или знаке остановки, и автомобиль работал на холостом ходу тяжелее, чем обычно? Это может быть вызвано плохим сгоранием и более низкой эффективностью двигателя.

Отложения, добавляемые в систему GDI, увеличивают износ двигателя. Углеродистые отложения загрязняют поверхности впускных коллекторов. То, что должно быть постоянным параболическим течением, становится турбулентным течением. Эта турбулентность способствует несбалансированному сгоранию, что в конечном итоге приводит к тому, что в вашем двигателе возникают аномальные высокотемпературные зоны, которые могут быстрее разрушаться.

Работа с наростами

На самом деле это довольно простой процесс для механика. Если в процессе используется профилактическое обслуживание, можно использовать продукты, чтобы сделать вашу систему впрыска топлива почти вечной. Если при этом не используются моющие средства, может потребоваться замена топливной форсунки. Часто, когда один уходит, это может привести к тому, что дополнительные форсунки, расположенные рядом с запасным, также возвращаются.

Должен ли я использовать очистители DFI в своем автомобиле?

Абсолютно.Обслуживание топливной индукции BG GDI должно выполняться каждые 15 000 миль. Если сканирование вашего механика показывает, что объемный КПД вашего двигателя упал или показывает, что ваш автомобиль пропускает зажигание или спотыкается, это обычно является хорошим индикатором проблем с углеродом GDI.

Как правило, лучше не доводить ситуацию до точки невозврата, и накопление углерода не является исключением. Большинство очистителей GDI легко применять с тем же интервалом, когда вы меняете масло, или один или два раза в год, в зависимости от того, какие очистители вы предпочитаете.Использование очистителей также намного дешевле, чем просить механика снять отложения на сотни тысяч миль или заменить детали. Магазин механиков в Уичито рядом со мной>>

Очиститель бензинового двигателя с непосредственным впрыском

Если мы говорим о двигателях GDI, в которых форсунки вставляются непосредственно в камеру сгорания, например, в турбокомпрессорах и нагнетателях, услуга называется услугой BG GDI Fuel/Air Induction. Продукты, используемые для этой услуги, включают: очиститель впрыска топлива и камеры сгорания, 44k и очиститель впускного клапана GDI.Если форсунки вставлены в конце системы впуска воздуха, а не непосредственно в камеру сгорания, то вам не нужна услуга GDI, вам просто нужна услуга впуска топлива/воздуха. Продукты, используемые для этой услуги, включают: очиститель системы впуска воздуха, очиститель системы впрыска топлива, ISC, 44k. Другие встречные продукты не повлияют на эффективность этой услуги и комбинации продуктов. Это как команда против человека, это никогда не бывает честной борьбой. Кроме того, эта услуга должна выполняться обученными специалистами, и для ее выполнения требуются специальные инструменты.

Непосредственный впрыск топлива — обзор

Непосредственный впрыск топлива

Еще одна технология, которая была внедрена относительно недавно в дополнение к VVT и турбонаддуву, — это непосредственный впрыск топлива в цилиндры бензиновых двигателей. Непосредственный впрыск топлива в цилиндры использовался в дизельных двигателях 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 описано в главе 4.В бензиновых двигателях с непосредственным впрыском топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр и требует относительно высокого давления топлива. Для прямого впрыска топлива (DFI) топливные форсунки установлены в головке блока цилиндров и впрыскивают бензин в камеру сгорания из топливной рампы.

Двигатель с VVT, турбонаддувом и DFI имеет потенциал для улучшения экономии топлива, выбросов и производительности по сравнению с двигателем сопоставимого размера с фиксированной фазой клапана, который обычно является атмосферным 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 режим холостого хода и некоторые условия постоянной нагрузки двигателя при скоростях движения автомобиля от низких до средних. Другая стратегия контроля потребуется, когда выбросы выхлопных газов требуют стехиометрического состава воздуха/топлива для оптимальной работы каталитического нейтрализатора (см. главу 4). Тем не менее, другой режим управления используется в условиях работы с полным или почти полным дросселем, когда требуемая мощность двигателя равна или близка к его максимальной выходной мощности.Эта третья стратегия управления доступна для относительно коротких интервалов времени (например, подъем по относительно крутому склону), поскольку выбросы выхлопных газов кратковременно превышают установленные стандарты.

Стратегия управления низкой производительностью включала относительно высокий расход воздуха/топлива (например, A/F > 25:1). Как объяснялось в Главе 4, соотношение воздух/топливо выше стехиометрического приводит к температурам сгорания, превышающим стехиометрические, и приводит к увеличению выбросов NO x . Хотя эффективность преобразования каталитического нейтрализатора ниже оптимальной для выбросов NO x , при достаточно низкой мощности двигателя все еще возможно соблюдение государственных норм.

Для этой стратегии управления мощностью двигателя с относительно низкими требованиями во время такта впуска в двигатель подается только воздух. Топливо впрыскивается во время последних нескольких градусов поворота коленчатого вала (около ВМТ) такта сжатия. Воздушно-топливная смесь для этого режима управления и стратегии не является однородной (как хотелось бы) для обычного многоточечного впрыска топлива во время такта впуска. Когда происходит сгорание, давление в камере сгорания повышается, так что крутящий момент/мощность производятся, но на относительно низком уровне.Для каждой конфигурации двигателя во время калибровки двигателя определяются уровни мощности, при которых используется стратегия управления обедненной смесью воздуха/топлива, превышающей стехиометрическую. Каждый производитель должен быть в состоянии обеспечить соответствие выбросов выхлопных газов государственным стандартам.

Для любого двигателя DFI существует предел мощности двигателя, для которого может использоваться эта стратегия управления бедной смесью. Когда требуемая мощность достигает или превышает этот уровень, стратегия управления возвращается к поддержанию стехиометрии воздуха/топлива.Для стратегии стехиометрического регулирования топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр во время такта впуска. В этом случае воздушно-топливная смесь образуется внутри цилиндра. Конфигурация клапанов двигателя такова, что «вихрь» поступающего воздуха смешивается с топливом, образуя по существу однородную смесь. Фактически, полученная смесь более однородна, чем при традиционном впрыске топлива во впускной канал. Это условие приводит к сгоранию с отработавшими газами, концентрация которых ближе к оптимальной для эффективности преобразования каталитического нейтрализатора (см. главу 4).

Исключением из стратегии управления стехиометрической и обедненной смесью является работа двигателя при полностью открытой дроссельной заслонке, 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 режима работы предполагает непосредственный впрыск топлива в цилиндр во время такта впуска с воздухом/топливом меньше стехиометрического и фактически соответствует максимальной мощности для заданных оборотов.Хотя это соотношение воздух/топливо несколько различается между моделями двигателей, в целом оно находится в диапазоне массы воздуха/массы топлива ≃ 12:1.

Как правило, двигатель DFI, который также оснащен турбонаддувом и VVT, имеет характеристики и уровень выбросов выше, чем у традиционного двигателя без наддува, с фиксированным расположением клапанов и с распределенным впрыском топлива того же рабочего объема. Тенденция в современных транспортных средствах состоит в том, чтобы включать эти технологии.

Чем хорош прямой впрыск? (Азбука автомобильной техники)

Возможно, вы читали или слышали, как один из ваших любимых редакторов Car Tech говорил о прямом впрыске бензина и о том, что это одна из «больших технологий», которая помогает поддерживать двигатель внутреннего сгорания, которому почти 200 лет, в 21 веке.В выпуске ABCs of Car Tech за эту неделю я собираюсь объяснить, что такое, черт возьми, прямой впрыск бензина и почему вас должно волновать, будет он в двигателе вашего следующего автомобиля или нет.

Как работал впрыск топлива до прямого впрыска?
Современному бензиновому двигателю внутреннего сгорания (ДВС) для вращения коленчатого вала необходимы три вещи: насыщенный кислородом воздух, топливо и искра, чтобы воздух и топливо взорвались. Воздух всасывается через воздухозаборник, где он измеряется датчиком массового расхода воздуха (MAF) автомобиля, а затем поступает во впускной коллектор, где единственный впускной тракт разделен на четыре-восемь впускных каналов, каждый из которых ведет в один из цилиндрических каналов вашего автомобиля. камеры сгорания.Где-то вдоль линии всасываемый заряд смешивается с топливом, прежде чем свеча зажигания заставляет все это взорваться внутри камеры сгорания. Я уверен, что для большинства из вас это все ICE 101.

Еще в древние времена технологии двигателей карбюраторы и системы одноточечного впрыска топлива смешивали воздух и топливо относительно неточным образом во впускном коллекторе или даже перед ним, добавляя примерно нужное количество топлива для всего ряда цилиндров. По большей части каждая камера сгорания получила то, что ей было нужно.Однако, в зависимости от конструкции впускного коллектора, это приближение может привести к тому, что в цилиндры, расположенные ближе всего к карбюратору или топливной форсунке, будет поступать слишком много топлива (работа на обогащенной смеси), а в самые дальние цилиндры — слишком мало (обеднение). Опытный настройщик карбюратора (или умный компьютер двигателя) мог предотвратить выход из-под контроля, но даже самая лучшая настройка была ограничена конструкцией впускного коллектора.

На этом (не в масштабе) рисунке показано, как одноточечный впрыск может привести к несоответствию количества топлива (зеленый цвет), добавляемого в каждый цилиндр.Антуан Гудвин/CNET

В подавляющем большинстве современных автомобилей используется система многоточечного впрыска топлива (MPFI) (также известная как впрыск через порт). Вот как это работает: вместо того, чтобы использовать одну форсунку, которая распыляет примерно нужное количество топлива, каждый из отдельных впускных каналов имеет свою собственную форсунку (или форсунки), которая добавляет струю аэрозольного топлива во всасываемый воздух из инжектора под давлением. Воздушно-топливная смесь втягивается в открытый порт и в камеру сгорания отступающим поршнем.Затем впускной клапан захлопывается, и в уже загерметизированном цилиндре происходит взрывное сгорание.

Многоточечный впрыск выравнивает подачу топлива, предоставляя каждому цилиндру собственную форсунку. Антуан Гудвин/CNET

По большей части, MPFI просто прекрасен и денди. Это, безусловно, намного эффективнее, чем старые карбюраторные системы и системы SPFI, благодаря своей способности регулировать количество топлива, добавляемого во впуск для каждого отдельного цилиндра, выравнивая ранее бедные и богатые цилиндры на крайних концах коллектора, улучшая выработку мощности, и сокращение потерь топлива.Итак, зачем чинить то, что фактически не сломано?

Как непосредственный впрыск повышает производительность?
Вы, возможно, заметили, что во время перехода от карбюратора к SPFI и MPFI точка, в которой топливо добавляется во впускной коллектор, перемещается от перед дроссельной заслонкой к впускному коллектору и далее к отдельным впускным каналам — все ближе и ближе к камере сгорания. Прямой впрыск выводит эту эволюцию на новый уровень, размещая форсунку внутри камеры сгорания.Благодаря перемещению форсунки в камеру сгорания система непосредственного впрыска бензина (GDI) получает несколько преимуществ по сравнению с ранее обсуждаемыми системами.

Непосредственный впрыск улучшается еще больше за счет перемещения топливных форсунок в камеру сгорания. Более точное управление означает, что можно добавить еще меньше топлива. Антуан Гудвин/CNET

Помещая форсунку внутрь цилиндра, компьютер двигателя получает еще более точный контроль над количеством топлива во время такта впуска, дополнительно оптимизируя воздушно-топливную смесь для создания чистого горящего взрыва с очень небольшим расходом топлива и увеличенной мощностью.

Система GDI также обладает большей гибкостью в отношении , когда в цикле сгорания добавляется топливо. Системы MPFI могут добавлять топливо только во время такта впуска поршня, когда впускной клапан открыт. GDI может добавлять топливо всякий раз, когда это необходимо. Например, некоторые двигатели GDI могут регулировать синхронизацию так, чтобы меньшее количество топлива впрыскивалось во время такта сжатия, создавая гораздо меньший контролируемый взрыв в цилиндре. Этот так называемый режим ультра обедненного горения немного жертвует прямой мощностью, но значительно снижает количество топлива, используемого в периоды, когда транспортному средству требуется очень мало ворчания (холостой ход, движение накатом, замедление и т. д.).).

Двигатели

GDI также быстрее реагируют на эти изменения времени и количества добавляемого топлива, повышая управляемость. Кроме того, транспортное средство может более быстро регулироваться на основе входных сигналов от датчиков, расположенных ниже по потоку от камеры сгорания, контролируя грязные выбросы, выбрасываемые из выхлопной трубы.

Некоторые автопроизводители даже экспериментировали с использованием GDI для дополнительного выброса топлива в цилиндр, чтобы создать вторичный взрыв во время цикла сгорания, что потенциально привело к еще большей мощности и эффективности.

Вот забавный факт: технология прямого впрыска на самом деле не так нова, как вам может показаться. Эта технология существует с 1920-х годов для бензиновых двигателей и фактически уже используется в большинстве дизельных двигателей.

Есть ли потенциальные недостатки GDI?
Вы можете спросить: «Если GDI так хорош, почему он не используется в каждой новой машине?»

Частично причина в том, что производство двигателя с непосредственным впрыском является более дорогим из-за сложности компонентов, а это означает, что автомобиль, который в конечном итоге приводится в движение двигателем, также будет более дорогим в покупке.Например, форсунки на двигателе GDI должны быть более прочными, чем портовые форсунки, чтобы выдерживать тепло и давление сотен (или даже тысяч) крошечных взрывов в минуту. Кроме того, поскольку система GDI должна иметь возможность впрыскивать топливо в камеру сгорания под давлением, топливопроводы, подающие бензин, должны иметь еще более высокую компрессию. Топливные системы GDI могут работать при давлении в несколько тысяч фунтов на квадратный дюйм по сравнению с 40–60 фунтами на квадратный дюйм систем впрыска через порт.

Цена на эти компоненты падает, но в целом и на данный момент портовый впрыск дешевле и «достаточно хорош» для большинства экономичных автомобилей.

Кроме того, некоторые владельцы и ремонтники двигателей GDI (особенно высокопроизводительных моделей с турбонаддувом) сообщают, что в системах с непосредственным впрыском наблюдается повышенное накопление углерода на задней стороне впускных клапанов, что со временем приводит к снижению потока воздуха и производительности. Быстрый поиск в Google дает страницу за страницей анекдотических сообщений об этой проблеме. Накопление происходит из-за того, что в большинстве автомобилей воздух на впуске, откровенно говоря, немного грязный — даже с установленными воздушными фильтрами, современными системами рециркуляции отработавших газов и системами вентиляции картера могут добавить довольно много грязи во впускной воздух — и без порта. форсунки распыляют бензин (и содержащиеся в нем моющие средства) на клапаны, и в течение многих тысяч миль они могут стать довольно грязными.

Непосредственный впрыск хорошо сочетается с другими технологиями двигателей
Автопроизводители находят всевозможные новые способы дальнейшего усовершенствования двигателя внутреннего сгорания с помощью технологии прямого впрыска. Например, некоторые автопроизводители (включая Ford, Audi и BMW) используют GDI в сочетании с турбонаддувом для создания двигателей с малым рабочим объемом, которые обеспечивают небольшой КПД двигателя при большой мощности двигателя.

Система D-4S, используемая в двигателе FR-S/BRZ, сочетает в себе системы прямого и портового впрыска.Антуан Гудвин/CNET

Toyota уже несколько лет предлагает систему впрыска топлива D-4S для некоторых моделей своего 3,5-литрового двигателя V-6. В D-4S используется комбинация прямого и портового впрыска, чтобы объединить лучшие черты обеих систем. Как объясняется в этой статье от Wards Auto, система впрыска через порт обеспечивает чистый запуск, система прямого впрыска обеспечивает ускорение при полной нагрузке, и две системы работают в тандеме, чтобы сбалансировать все, что между ними.Эта система D4-S также используется на 2,0-литровом оппозитном четырехцилиндровом двигателе, которым оснащаются Scion FR-S и Subaru BRZ.

Прямой впрыск: как это работает и почему это меняет правила игры (к лучшему и к худшему)

В последнее время я слушал много подкастов, в том числе «Do It For A Living» Рейда Лунде, в котором рассказывается о рынке послепродажного обслуживания автомобилей и о том, как такие лидеры отрасли, как Пол Йоу из Injector Dynamics и Дэвид Хсу из Skunk2, начинали и развивают свой бизнес в хорошие и плохие времена.Рид, как правило, заканчивает свои интервью вопросом: «Как вы думаете, каково будущее автомобильной промышленности?», и было несколько общих ответов, включая растущую распространенность и важность прямого впрыска (обычно сокращается до DI или DFI). .

источник: http://www.caradvice.com.au/wp-content/uploads/2012/01/1955-Mercedes-Benz-300SL-1.jpg

Так что же такое непосредственный впрыск и как он меняет ситуацию для OEM-производителей и широкой публики, покупающей автомобили, наряду с тюнерами, гонщиками и модификаторами, такими как вы и я? Ну, для начала стоит отметить, что непосредственный впрыск бензина существует уже более 100 лет, он был изобретен в 1902 году французским авиаконструктором Леоном Левавассером, усовершенствован шведским инженером Йонасом Хессельманом в середине 1920-х годов и запущен в серийное производство. как BMW, так и Daimler-Benz для использования в авиационных двигателях времен Второй мировой войны.Немцы были первыми, кто использовал непосредственный впрыск в серийном спортивном автомобиле, культовой смертельной ловушке 1955 года Mercedes-Benz 300SL.

Источник: http://www.bosch.co.jp/press/group-1401-02/media/1-GS-19437.jpg

Непосредственный впрыск также использовался в дизельных двигателях в течение нескольких десятилетий, но только в последние 10 лет появилась технология, необходимая для полного использования преимуществ прямого впрыска в бензиновых двигателях, так что мы начинаем видеть больше и больше. больше дорожных автомобилей (особенно высокопроизводительных моделей), оснащенных этим революционным, но еще не безотказным подходом к впрыску топлива.

Но прежде чем углубиться в кроличью нору DI, давайте кратко рассмотрим, что такое непосредственный впрыск и как он работает. Как следует из названия, прямой впрыск топлива (иногда называемый прямым впрыском бензина) впрыскивает топливо непосредственно в камеру сгорания, а не в направляющие впускного коллектора или порты головки цилиндров, как в случае обычного многоточечного впрыска топлива. .

Источник: https://www.highpowermedia.com/Content/Images/uploaded/RETM/37/fuel-systems_GDI-injector.jpg

Другое существенное различие между многоточечным впрыском и непосредственным впрыском заключается в том, что давление топлива при непосредственном впрыске в пятьдесят раз выше, чем при стандартном впрыске, при этом давление прямого впрыска находится в диапазоне от 150 до 3000 фунтов на квадратный дюйм, в то время как давление MPFI обычно составляет около 40–75 фунтов на квадратный дюйм. в зависимости от конструкции системы. Более высокое давление DI увеличивает массовый расход и создает более мелкодисперсный топливный туман, что обеспечивает лучшее и более полное сгорание.

Источник: http://ls1tech.com

Как и следовало ожидать от любой новой технологии, с ней связаны значительные преимущества, в противном случае она вообще не была бы принята.В случае прямого впрыска, когда вы сочетаете его с топливными насосами высокого давления и сложнейшим электронным блоком управления, DI позволяет лучше контролировать, сколько топлива впрыскивается в цилиндр, а также когда и куда оно впрыскивается. При обычном распределенном впрыске часть топлива, впрыскиваемого в отверстия, смывается вдоль стенок и отскакивает от задней стороны штоков клапанов, смешиваясь с поступающим воздушным зарядом. Это затрудняет точный контроль точного количества и времени подачи топлива в камеру сгорания, но с помощью DI форсунки расположены внутри камеры сгорания для идеального распыления и точного нацеливания на искру зажигания и воздух непосредственно вокруг нее. .

Это дает DI превосходный контроль над дисперсией и консистенцией топлива, впрыскиваемого в камеру сгорания, хотя, как указал мне Пол из Injector Dynamics, у вас все еще есть много движущихся переменных, с которыми нужно бороться, таких как открытие клапанов и закрывается, а поршни двигаются вверх и вниз. Добавьте к уравнению распределительные валы с более высоким подъемом, и вдруг клапаны могут оказаться прямо в потоке впрыска, потенциально нарушив очень тщательно спроектированную дисперсию, встроенную OEM в систему.Перейдите к 30-секундной отметке в видео выше, чтобы понять, насколько тщательно организована синхронизация в отношении впрыска топлива, движения клапана и движения поршня.

С улучшенным распределением топлива и контролем достигается улучшенная экономия топлива и снижение выбросов, а также DI предлагает дополнительные преимущества улучшенного охлаждения цилиндра и поршня, что означает возможность использования более высоких степеней сжатия и более агрессивного опережения зажигания. И, конечно же, с высокой степенью сжатия и более агрессивным опережением зажигания появляется больше мощности, и в нашем мире это название игры.Компания Porsche, например, увеличила мощность и крутящий момент на 5 % и 4 % соответственно при разработке своих гоночных двигателей LeMans V8, что является значительным улучшением для уже оптимизированного двигателя.

Комментарии закрыты.

Почему на мотоциклах нет прямого впрыска газа?

Уважаемый MOby,

Сегодня я смотрел на чертежи нового GSX 1000GT в разрезе, и мне пришло в голову, что мотоциклы все еще используют впрыск через порт.Между тем, непосредственный впрыск становится довольно распространенным явлением в легковых и грузовых автомобилях.

Мой последний подвесной двигатель Yamaha имел изящную систему впрыска под высоким давлением. Очевидно, что проблема не в технике. DI полезен для удовлетворения требований по выбросам; так что кажется, что есть преимущества для его реализации.

Итак, МО, что удерживает производителей мотоциклов от систем прямого впрыска?

Спасибо, 

MM


Дорогая Мими,

Мы обратились к нашему любимому источнику информации по такого рода вещам, директору по исследованиям и разработкам в MV Agusta и CRC Брайану Гиллену.(Поскольку я не знаю ни одного мотоцикла с непосредственным впрыском, как и моих старых автомобилей, мне пришлось сначала спросить Брайана, что это было?)

BG говорит: непосредственный впрыск топлива имеет распыление форсунки непосредственно в камеру сгорания.

«Простой ответ заключается в том, что при текущих стандартах выбросов мотоциклов, доступном пространстве и целевых розничных ценах впрыск через порт остается лучшим решением на данный момент.

  • Распределительный впрыск использует один топливный насос низкого давления (обычно 4 бар) с низким потреблением энергии для привода топливного насоса и форсунок, что непосредственно приводит к снижению затрат.
  • Для прямого впрыска требуется топливный насос низкого давления, а также топливный насос высокого давления (обычно более 200 бар): для привода этого топливного насоса требуется много энергии, включая более крупный генератор, и, кроме того, больше все дорогие форсунки приводят к гораздо более высоким затратам».

Чао!

BG

Распределительный впрыск, в случае нового Suzuki, впрыскивает топливо непосредственно перед каждой парой впускных клапанов.

 

Тем временем форсунка прямого впрыска вставляется прямо в камеру сгорания.(изображение предоставлено Bosch)

Преимущества прямого впрыска газа, или GDI, включают более низкие температуры в камере сгорания, что обеспечивает более высокую степень сжатия (идеально подходит для нагнетателей или турбокомпрессоров), что приводит к повышению эффективности использования топлива, снижению выбросов CO2 и общему лучше все. Однако есть и недостатки, и по этой причине самое последнее…

(Bosch)

… PDI, или порт и непосредственный впрыск. Это дополняет сильные стороны портовых и прямых систем.По словам Bosch, каждая система обеспечивает свои преимущества с точки зрения топливной экономичности и выбросов в различных условиях эксплуатации: «Распределенный впрыск топлива отличается меньшими потерями на трение при частичной нагрузке, в то время как непосредственный впрыск превосходит почти полную нагрузку благодаря повышенному пределу детонации. Благодаря хорошей гомогенизации смеси при впрыске во впускной коллектор образуется меньше частиц, снижается уровень шума и потребляется меньше топлива в ситуациях с низкой нагрузкой двигателя благодаря более низким потерям на трение по сравнению с непосредственным впрыском.

Это также объясняет, почему непосредственный впрыск является лучшим выбором для подвесного морского двигателя, который будет работать гораздо чаще при более широких и устойчивых открытиях дроссельной заслонки, чем типичный мотоциклетный двигатель.

Во всяком случае, согласно этой четырехлетней статье Car & Driver на PDI, около половины новых автомобилей и грузовиков в США использовали непосредственный впрыск по состоянию на 2017 год, а PDI существует с тех пор, как Toyota внедрила его в Lexus IS350 3.5 2006 года выпуска. -литровый V-6.

Ford активно использует PDI в своих двигателях V-6 и V-8 с турбонаддувом и без наддува, включая пикап F-150 Raptor и суперкар Ford GT — оба они оснащены новым на тот момент двигателем 3.5-литровый EcoBoost V-6 с портом и непосредственным впрыском. В 2018 году Ford построил новый 5-литровый V-8 для своего Mustang GT, Coyote Generation 3, в котором используется то, что теперь называется «прямой впрыск топлива через порт».

Изображение предоставлено Ford

«Двигатель мощностью 460 лошадиных сил и 420 фунт-футов. крутящего момента представляют улучшения по сравнению с текущей моделью мощностью 435 лошадиных сил и 400 фунт-футов», — сказал Форд. «Результатом стал двигатель, который обеспечивает надежный крутящий момент на низких оборотах, мощность на высоких оборотах и ​​улучшенную топливную экономичность».

Во многом это было связано с непосредственным впрыском топлива, который позволил увеличить степень сжатия на 1 пункт до 12:1, и все те хорошие вещи, которые вытекали из этого.

Тем не менее, это слишком сложно для увеличения мощности на 5%: 460 л.с. при 3850 фунтах дают нам 8,4 фунта/л.с. Это почти так же хорошо, как у Kawasaki Z400, который мы только что протестировали, 8,3. Но удачи в том, чтобы не отставать от байка, который выдавал больше всего л.с. в нашем сравнении 900 нейкедов некоторое время назад: у Triumph Speed ​​Triple 1 л.с. на каждые 3,8 фунта (и цифры в л.с. у мотоцикла указаны для задних колес). Но тогда он не вмещает четырех человек и имеет подстаканники.

В конце концов, почему в мотоциклах не используется непосредственный впрыск, похоже, что это сводится к тем же причинам, по которым мы редко используем нагнетатели и турбокомпрессоры; мотоциклы, как правило, достаточно быстры для большинства из нас уже без дополнительной сложности и веса.Хотя непосредственный впрыск газа или GDI помогает снизить выбросы и повысить производительность, недостатки перевешивают преимущества на большинстве мотоциклов (на всех мотоциклах, насколько я знаю), где вес и упаковка всегда имеют большее значение, чем на лодках и автомобилях. И до сих пор велосипеды могут достигать своих целей по выбросам без GDI. Будем надеяться, что тенденция сохранится.


Направляйте свои вопросы, связанные с мотоциклами, на [email protected] . Помните, что единственный глупый вопрос — это тот, который вы задаете публично, используя свое настоящее имя.О брат.

Что такое бензин с непосредственным впрыском


Главная, Библиотека по ремонту автомобилей, автозапчасти, аксессуары, инструменты
, руководства и книги, автомобильный блог, ссылки, индекс

Ларри Карли, авторское право AA1Car.com, 2019 г. система впрыска топлива, которая распыляет бензин непосредственно в камеру сгорания. Как и в двигателях, оснащенных системами распределенного впрыска топлива (MFI), для каждого цилиндра двигателя предусмотрена отдельная топливная форсунка.Но вместо установки форсунок во впускном коллекторе, чтобы форсунки впрыскивали топливо во впускные отверстия в головке цилиндров, форсунки GDI устанавливаются в головку цилиндров и впрыскивают топливо непосредственно в камеру сгорания, а не во впускное отверстие.

Топливо полностью обходит впускные клапаны и поступает в цилиндр в виде тумана под высоким давлением. Топливо может впрыскиваться в любой момент такта впуска, или, если двигатель работает в режиме сверхобедненной смеси с низкой нагрузкой, топливо может не впрыскиваться до определенного момента во время такта сжатия.Затем топливно-воздушная смесь сжимается и воспламеняется от искры, когда поршень приближается к верхней мертвой точке. Взрыв воздушно-топливной смеси создает тепло и давление, которые толкают поршень вниз во время рабочего такта. Затем сгоревшие выхлопные газы выталкиваются из цилиндра во время такта выпуска.

Впрыск топлива под высоким давлением

Для прямого впрыска требуется очень высокое рабочее давление (до 2200 фунтов на квадратный дюйм) по сравнению с обычными многоточечными системами впрыска топлива, которые обычно требуют только от 40 до 60 фунтов на квадратный дюйм.Прямой впрыск требует большего давления подачи для преодоления давления сжатия внутри цилиндра и подачи большего объема топлива за более короткий период времени. Более высокое давление впрыска также помогает распылять топливо на мелкие капли, чтобы оно лучше смешивалось с воздухом для более полного сгорания.


Топливная рампа прямого впрыска бензина для двигателя V6.

При обычном впрыске топлива MFI топливо распыляется во впускное отверстие, которое находится под вакуумом. Затем топливный туман втягивается в камеру сгорания вместе с поступающим воздухом, смешивается во время такта сжатия и воспламеняется от свечи зажигания.В GDI через впускные клапаны проходит только воздух, потому что топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания во время такта сжатия.

Некоторые двигатели с непосредственным впрыском бензина не имеют обычной дроссельной заслонки, поскольку дроссельная заслонка не используется для управления частотой вращения и мощностью двигателя. Компьютер двигателя делает это, изменяя время и количество топлива, впрыскиваемого в каждый цилиндр. Отсутствие дроссельной заслонки означает, что нет ограничений для поступающего воздуха и практически нет вакуума во впускном коллекторе.Это снижает нормальные насосные потери, вызванные дроссельными пластинами и разрежением на впуске, для повышения эффективности двигателя.

Режимы работы

Непосредственный впрыск бензина также обеспечивает большую гибкость в управлении топливно-воздушной смесью. Обычно топливо впрыскивается в какой-то момент во время такта впуска и/или такта сжатия. Время и продолжительность импульсов впрыска будут зависеть от режима работы. Иногда однородная топливно-воздушная смесь, равномерно распределенная в цилиндре, работает лучше всего, в то время как в других случаях смесь с послойным зарядом может сэкономить топливо и снизить выбросы.Послойный заряд достигается за счет впрыска очень обедненной смеси A/F во время такта впуска или в начале такта сжатия. Очень бедная смесь может быть слишком бедной, чтобы надежно воспламениться сама по себе, поэтому второй впрыск гораздо более богатой смеси A/F происходит непосредственно перед воспламенением свечи зажигания. Область богатой смеси A/F непосредственно вокруг свечи зажигания легко воспламеняется и способствует сжиганию обедненной смеси в остальной части цилиндра и камере сгорания. Этот «трюк» позволяет двигателю работать с меньшей нагрузкой, чем обычно, при небольшой нагрузке, экономя газ и сокращая выбросы.

,

Поскольку поршень поднимается во время такта сжатия, топливо может впрыскиваться в цилиндр в любой момент до зажигания. Время впрыска (или нескольких впрысков) будет зависеть от частоты вращения двигателя, нагрузки и других условий. а также то, как запрограммирована сама система GDI. В некоторых ситуациях (например, при легком крейсерском режиме) топливо может не впрыскиваться до тех пор, пока поршень почти не достигнет верхней мертвой точки на такте сжатия. В некоторых приложениях дополнительные импульсы впрыска могут даже возникать после воспламенения исходной смеси, чтобы поддерживать горение пламени во время рабочего такта.



В этой таблице перечислены основные различия между GDI и портом EFI.

Преимущества прямого впрыска бензина

Впрыскивание топлива непосредственно в камеру сгорания по мере увеличения степени сжатия, а также во время и после начального сгорания позволяет двигателю больше мощности при меньшем расходе топлива. Двигатели с GDI могут работать на очень бедных топливных смесях (до 40:1) при малой нагрузке и в крейсерских условиях. Конечным результатом обычно является снижение расхода топлива на 15-20 процентов по сравнению с многоточечным впрыском топлива.

Возможность тщательно контролировать состав топливной смеси и обеспечивать двигатель именно тем, что ему нужно в нужный момент, также означает, что двигатели GDI могут справляться с более высокими коэффициентами статического сжатия. Buick 3,6 л V6 имеет степень сжатия 11,3:1, что помогает улучшить эффективность сгорания и сила. Двигатели Mazda Skyactiv-G 2,0 л и 2,5 л имеют степень сжатия 14:1, что обеспечивает еще более высокую эффективность. Двигатели GDI обычно производят больше лошадиных сил, чем двигатели с многоточечной системой впрыска.

Бензин Проблемы с непосредственным впрыском топлива

Ни одна новая технология не является безотказной, и непосредственный впрыск бензина не является исключением.Поскольку топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания, а не во впускное отверстие, топливо практически не оказывает «очистительного эффекта», предотвращая накопление углерода и сажи на впускных клапанах. По мере увеличения пробега на впускных клапанах накапливается слой нагара. Поскольку отложения накапливаются на поверхности клапана, они могут препятствовать уплотнению впускных клапанов, вызывая утечку компрессии, пропуски зажигания в двигателе и потерю мощности. Тяжелые скопления углерода на впускных клапанах также могут ограничивать поток воздуха, снижать мощность при более высоких оборотах двигателя и вызывать снижение расхода топлива и производительности.Нагар на впускных клапанах также может отслаиваться и проходить через камеру сгорания в выхлоп. Если двигатель оснащен турбокомпрессором, есть вероятность, что углерод может повредить ребра турбины в турбокомпрессоре. Для получения дополнительной информации см. Отложения на впускных клапанах бензиновых двигателей с непосредственным впрыском.

Проблема накопления сажи усугубляется в двигателях с непосредственным впрыском топлива, которые используются в основном для коротких поездок. Впускные клапаны никогда не нагреваются настолько, чтобы сжечь отложения.И если уплотнения направляющих клапанов позволяют слишком большому количеству масла стекать по штокам клапанов, накопление нагара происходит еще быстрее.

Исправление грязных впускных клапанов заключается в очистке клапанов с помощью какого-либо химического очистителя, распыленного на корпус дроссельной заслонки, впускной коллектор или непосредственно на впускные каналы. Другим вариантом ремонта в некоторых случаях является снятие впускного коллектора и распыление растворителя непосредственно во впускные отверстия в головке цилиндров или пескоструйная очистка задней стороны впускных клапанов мягким средством, таким как скорлупа грецких орехов, пищевая сода или пластиковые шарики.При очень сильных отложениях углерода может потребоваться снять головку блока цилиндров для очистки клапанов.

Еще одна проблема с непосредственным впрыском бензина заключается в том, что, как и в случае с дизельным впрыском, у топлива меньше времени для смешивания с поступающим воздухом, прежде чем оно воспламенится. Эффект расслоения заряда, создаваемый непосредственным впрыском, также позволяет получать более богатые смеси вблизи свечи зажигания и форсунки и более бедные смеси дальше от свечи зажигания и форсунки. В результате в процессе сгорания могут образовываться более крупные частицы сажи, аналогичные необработанным дизельным выхлопам.Размер и количество частиц варьируется в зависимости от летучести топлива и других условий эксплуатации.

Текущие нормы выбросов твердых частиц в США допускают выброс твердых частиц в количестве до 10 мг/милю. Но если будущие нормы выбросов твердых частиц потребуют более низких уровней, может потребоваться некоторый тип последующей обработки выхлопных газов, аналогичный тому, который сейчас используется на экологически чистых дизельных двигателях. Дизельные двигатели оснащены сажевыми уловителями и системами впрыска мочевины для доочистки.

Непосредственный впрыск бензина

Непосредственный впрыск бензина используется в различных двигателях последних моделей: Audi, BMW, GM, Ford, Hyundai, Kia, Lexus, Mazda, MINI, Nissan, Porsche, VW и других.Некоторые недавние отечественные применения включают двигатели Ford Ecoboost (которые также с турбонаддувом) в Focus & Edge 2010 года и Explorer 2011 года, а также двигатель DI 3,6 л V6 в Buick LaCrosse и Enclave 2010 года, Cadillac STS и CTS 2010 года, Camaro V6 2010 года, 2010 год. Chevy HHR SS, Chevy Traverse 2010 и GMC Acadia. Corvette LT1 2014 года также имеет непосредственный впрыск.

К 2016 году почти половина всех новых автомобилей, продаваемых в США, будут оснащаться бензиновыми двигателями с непосредственным впрыском топлива.

Выше показан разрез камеры сгорания внутри Buick 3.6-литровый двигатель V6 с непосредственным впрыском.





Больше впрыска топлива Статьи:

Впускные депозиты впускного клапана в бензиновом прямой впрысках двигателей

Как электронные топливные процессы

Air / топливные отношения

Как впрыск топлива влияет на выбросы

Топливный впрыскивая диагностика

Система впрыска топлива: диагностика безвозвратного EFI

Топливные форсунки (очистка)

Топливные форсунки (устранение неисправностей)


com

Random-Misfire.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.