Система непосредственного впрыска топлива в бензиновых двигателях: Система непосредственного впрыска топлива GDI: принцип работы

Система непосредственного впрыска топлива

Система непосредственного впрыска топлива

Рейтинг: 5 / 5

Пожалуйста, оцените Оценка 1Оценка 2Оценка 3Оценка 4Оценка 5  

Информация о материале

Автор: Владимир Бекренёв

Просмотров: 34073

История создания

«Инжекторная система подачи топлива для бензиновых двигателей внутреннего сгорания с распределённым впрыском топлива, у которой форсунки расположены непосредственно возле цилиндров и впрыск топлива происходит непосредственно в цилиндры. Топливо подается под большим давлением в камеру сгорания каждого цилиндра в противоположность стандартной системе распределённого впрыска топлива, где впрыск производится во впускной коллектор. Такие двигатели более экономичны (до 15% экономии), отвечают более высоким экологическим стандартам, однако они более требовательны к обслуживанию и качеству топлива. «(цитата из Википедии — свободной энциклопедии.)

Впрыск топлива в цилиндр был известен еще на самой заре автомобилестроения. В начале 1890-х годов немец Рудольф Дизель и англичанин Герберт Акройд-Стюарт защитили права на собственные схемы двигателя внутреннего сгорания, работающего на мазуте. Теория Рудольфа Дизеля — экономичного теплового двигателя, который работает благодаря высокой степени сжатия в цилиндрах, впоследствии оказалась очень эффективной. Английский же инженер Акройд Стюарт также предложил двигатель, в котором всасываемый в цилиндр воздух сжимался, затем в конце такта сжатия поступал в колбу, в которую впрыскивалось топливо. Для запуска двигателя колба нагревалась при помощи паяльной лампы. После того, как двигатель запустился, он работал уже без внешнего подогрева. В двигателе Акройд-Стюарта впервые возникает прообраз насос-форсунки — (jerk pump). Акройд Стюарт не заинтересовался преимуществами, которые дает высокая степень сжатия и не заметил огромного преимущества экономии топлива предложенной в теории Дизеля. Инженер Йонас Хессельман (Jonas Hesselman) сумел объединить идеи обоих изобретателей в одной конструкции. В 1925 году он выпустил первый в истории транспорта двигатель с непосредственным бензиновым впрыском. Это был своеобразный гибридный двигатель, работавший на всем, что горит: топливом для него могли служить бензин, керосин, солярка, масло… Горючее любого вида впрыскивалось насосом в камеру сгорания через форсунку, подобную той, что применялась на дизелях. Заводился двигатель Хассельмана только на бензине (он зажигался в камере сгорания обычной свечой), а прогревшись до рабочей температуры, переключался на другое топливо. Никого не смущала заправка двух топливных баков разными видами топлива. На грузовики VOLVO такие ДВС устанавливали до 1947 года! Но полноценный бензиновый впрыск появился немного позже. До поры до времени пара насос-форсунка применялась лишь на дизельных двигателях. Перенести ее на бензиновые агрегаты мешало отсутствие эффективной внутренней смазки: в отличие от солярки бензин не имеет смазывающих свойств, поэтому экспериментальные насосы нередко заклинивало. Специалисты из “Bosch” долго боролись с этой проблемой в 30-е годы, но всё же решили её. Впервые применение непосредственного впрыска топлива с механическим управлением было реализовано на авиационном двигателе Daimler-Benz DB 601. По конструкции DB 601 традиционный V-образный — 12ти цилиндровый двигатель c жидкостным охлаждением, построен на базе карбюраторного DB 600. Оригинальный немецкий мотор ставили на: Dornier Do 215, Heinkel He 100, Henschel Hs 130A-0, Messerschmitt Bf 109, Messerschmitt Bf 110, Messerschmitt Me 210.
DB 601 был одним из лучших двигателей с непосредственным впрыском топлива времен 2-й Мировой войны. Положительной особенностью этого двигателя было то, что он создавался на базе надежною карбюраторного двигателя DB 600. При создании, двигатель получил достаточный запас прочности, допускавший дополнительное форсирование. Двигатель с непосредственным впрыском оказался на 6-7% мощнее традиционного карбюраторного двигателя. Кроме того, двигатель отличался необычайно равномерным дозированием топливно-воздушной смеси. Но что было важнее всего для авиации, двигатель с непосредственным впрыском топлива стабильно работал независимо от ориентации в пространстве. Впрыск также позволял снизить вероятность пожара и взрыва при повреждении топливной системы, а при форсировании не требовалось значительно увеличивать степень сжатия.
Были у двигателя и недостатки. Прежде всего, система непосредственного впрыска весила почти в два раза больше, чем карбюратор. Для системы требовался насос, развивающий давление 200-300 атмосфер. Система отличалась требовательностью к качеству топлива. Двигатель с непосредственным впрыском не мог развить более 2400 оборотов в минуту. Наконец, большую важность представляло соблюдение технологии производства. В 1936 году новый DB 60IA-1 мощностью 1100 л.с. (топливо В4, октановое число 87) пошел в серию. Этот двигатель устанавливали на истребителях Bf-109C и ВГ-109Е. Следующей модификацией мотора стал DB 601N. Его мощность составляла 1175 л.с. Он был приспособлен для работы на бензине СЗ (октановое число 95). Так начиналась эра двигателей с непосредственным впрыском топлива.Немного позже во время второй мировой войны Советские конструкторы в кратчайшие сроки пустили в серию авиационный мотор АШ-82ФН. Этот малогабаритный мотор представлял собой 14-цилиндровую двухрядную «звезду». С воздушным охлаждением.

Цилиндры мотора расположены в два ряда (двумя звездами), в шахматном порядке по семь цилиндров в каждом ряду. Мотор относится к числу короткоходовых моторов, так как отношение длинны хода поршня к диаметру цилиндра меньше единицы. Этим обеспечивается относительно малый диаметр мотора, а следовательно, сравнительно малый удельный лоб (отношение площади лба мотора к его мощности). Габарит мотора составлял всего 1260 мм. По характеристикам АШ-82ФН превосходил лучшие образцы зарубежных моторов того времени. АШ-82ФН снабжен агрегатом непосредственного впрыска топлива в цилиндры (НВ-3У ) вместо карбюратора. Двигатель М-82ФН с насосом НВ-3У обладал рядом преимуществ по сравнению с карбюраторным двигателем: увеличенной на 6…7 % мощностью; уменьшенным на 10 % расходом топлива; способностью работы на низкосортных топливах; высокой устойчивостью работы на всех режимах, в т. ч. на больших высотах и т.д. Кроме отличия в системе питания топливом, мотор отличался от карбюраторных моторов конструкцией отдельных деталей и узлов, допускающей форсирование. Двигатель М-82ФН был установлен на самолеты Ла-5. При этом специалистам моторостроительного конструкторского бюро А. Швецова удалось без увеличения массы двигателя довести его максимальную мощность до1850 л.с Итоги испытаний нового самолета превзошли все ожидания. Достаточно сказать, что максимальная скорость полета выросла до 635 км/ч. Теперь Ла-5 по праву вышел в число лучших истребителей мира. По скорости полета на малых и средних высотах, а также по характеристикам вертикального и горизонтального маневра он значительно превосходил немецкий истребитель FW 190A. Впервые самолеты Ла-5ФН в большом количестве были применены в воздушных боях на Курской дуге. Именно здесь они доказали свое превосходство над «фокке-вульфами», также брошенными в бой в массовом количестве.Особенно четко преимущество Ла-5ФН перед FW 190 проявлялось в ближнем маневренном бою. Всего за годы войны построено 10 000 Ла-5 и 5750 Ла-7.
После войны внедрение непосредственного впрыска в массы продолжила маленькая немецкая фирма Goliath. Впервые «гражданский» непосредственный впрыск бензина появился на двухтактном двухцилиндровом моторе маленького купе Goliath 700 Sport в 1951 году. Голиафовский мотор оснащался адаптированным вариантом дизельной топливной аппаратуры Bosch. Бензин впрыскивался двухплунжерным насосом в надпоршневое пространство под давлением по окончании выпуска. Кроме бензобака емкостью 44 л, под капотом находился трехлитровый маслобак системы смазки двигателя. Масло подавалось дозирующим насосом во впускной коллектор — в пропорции 1:40 с бензином. Впрыск бензина вместе с повышенной степенью сжатия увеличил отдачу мотора: если карбюраторный двигатель развивал 25 л.с., то со впрыском — все 29 л.с. «Впрысковые» Голиафы успели зарекомендовать себя как весьма экономичные машины. Так, в ходе тест-пробега седана GP 900 E на четыре с лишним тысячи километров пути ушло 280 л бензина и 7 л моторного масла. А в 1956 году Goliath 900 E выиграл экоралли Economy Run в Австралии со средним расходом топлива 5,3 л/100 км на дистанции в 1001 милю.Но даже непосредственный впрыск не излечил моторы Goliath от врожденной болезни двухтактных двигателей Отто — пропуска вспышек при низкой нагрузке. Под нагрузкой «Голиафы» вели себя превосходно — моторы работали ровно и исключительно тихо. Но на малом газу и на холостых оборотах они работали не стабильно, как и другие двухтактники! Ведь система впрыска Bosch была «усеченной» — на холостом ходу за подачу бензина отвечал своего рода «мини-карбюратор». А сизый дымок с характерным запахом из выхлопной трубы не давал забыть о смазке мотора. Кроме того, система впрыска оказалась намного сложнее привычного карбюратора в обслуживании и ремонте, что для небогатых тогда немцев представляло немаловажное обстоятельство. Поэтому в 1956 году в Бремене параллельно стали выпускать карбюраторный Goliath GP 900 V.

Следующим шедевром непосредственного впрыска стал снова Daimler-Benz с его «крылатым» купе Mercedes 300SL 1954 года.

После войны Германия получила запрет на разработку инжекторов для авиационных двигателей. И инженеры занялись адаптацией систем непосредственного впрыска для легковых автомобилей, обнаружив еще одно их немаловажное достоинство по сравнению с карбюраторами – экономичность. Система прямого впрыска – главный инженерный козырь «трехсотого». Это передовое решение применено на серийном автомобиле с четырехтактным двигателем впервые в мире. Традиционный 3-х литровый V6 не стали заменять на другой, а просто хорошенько “подкрутили” и обновили. Прежняя мощность увеличилась более, чем в два раза за счет установки новой механической системы топливной инъекции Bosch. Мощь двигателя возросла. С 86 kW (115 л.с.), до 180 kW (240 л.с.) при 6100 об/мин. Инжектор позволил развивать скорость до 250 км/ч. Такие показатели делали Mercedes-Benz 300SL одним из самых мощных и быстрых автомобилей своего времени. В 1956 году «трехсотый» Mercedes был приобретен для нужд Центрального НИИ топливной аппаратуры (ЦНИИТА) и доставлен в Ленинград. Отечественные специалисты были наслышаны о системе впрыска топлива и задумали создать советский аналог, для чего немецкую конструкцию разобрали буквально до винтика,… а вот скопировать не смогли – механизм оказался слишком сложным. «Наша» система впрыска так и осталась экспериментальной, а многострадальную и уникальную немецкую машину продали одному ленинградскому автоспортсмену. Тот «подарил» «Мерседесу» карбюратор и успешно выступал на удивительном автомобиле в кольцевых гонках.В Европе и Соединенных Штатах до сих пор «бегает» множество представителей семейства 300 SL – как купе с «крыльями чайки», так и родстеров. Для поклонников ретротехники, красивых автомобилей, для любителей машин дорогих и спортивных Mercedes-Benz 300 SL стал пределом мечтаний, для многих эта машина является символом экономического возрождения 50-х годов, а главное, «трехсотый» стал одним из немногих автомобилей, о котором можно сказать «первый в мире» или «один из первых».

Следующий опыт применения непосредственного впрыска был предпринят в период нефтяного кризиса 70-ых годов Ford’ом, но успехом не увенчался. Механический впрыск был ограничен максимальными оборотами и был очень капризным. Дальнейшее развитие электроники в 90 годах прошлого века вновь натолкнула разработчиков двигателей на создание идеального мотора. И в 1995 году японская Mitsubishi Motors Corp представила миру первый автомобиль с двигателем GDI (Gasoline Direct Injection).Это уже была революция в моторостроении.Новейший двигатель оснастили семиплунжерным ТНВД  с рабочим давлением в 48кг,была увеличена степень сатия,установлены топливные инжекторы с высоковольтным управлением.Изменены поршни ,камера сгорания,впускной коллектор. А новейшая система электронного управления мотором была в не конкуренци.Так закончилась эра разработок механического непоредственного впрыска топлива в бензиновых моторах и началась эра разработок электронного впрыска. Но это уже совсем другая история.

 

• Назад

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.У вас нет прав оставлять комментарии.

Система непосредственного впрыска топлива: преимущества и недостатки

Система впрыска

На чтение 4 мин. Просмотров 741

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

Содержание

1. Составляющие системы непосредственного впрыска топлива.
2. Непосредственный впрыск имеет ряд преимуществ.
3. Недостатками непосредственного впрыска являются:

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.

Бензин с непосредственным впрыском | Двигатель | Мой автомобильный словарь

Непосредственный впрыск бензина — это термин, используемый для описания метода впрыска топлива в бензиновых и дизельных двигателях. Процесс включает впрыск топлива непосредственно в камеру сгорания.

Функция

В отличие от коллекторного впрыска бензиновых двигателей, в двигателях с непосредственным впрыском бензина топливно-воздушная смесь образуется непосредственно в камере сгорания. Для этого через впускной клапан в камеру сгорания подается свежий воздух, а топливо впрыскивается под высоким давлением до 200 бар. Этот метод

• Оптимизирует эффект завихрения
• Улучшает охлаждение камеры сгорания.

Также можно добиться более высокой степени сжатия и, таким образом, повысить эффективность работы двигателя в целом. Эта более высокая эффективность приводит как к меньшему расходу топлива, так и к лучшей динамике автомобиля. Что касается использования прямого впрыска бензина, то в настоящее время наблюдается тенденция к уменьшению габаритов и турбонаддуву. Уменьшение размера относится к уменьшению размера двигателя, как правило, в сочетании с системами прямого впрыска на основе соленоидных или пьезофорсунок.

Они обеспечивают высочайшую точность гидравлического впрыска, достижимую в настоящее время, в сочетании с гибкими фазами газораспределения. Фазы газораспределения — это время открытия клапана. Помимо форсунок, в техническую концепцию входят мощные ТНВД с давлением топлива до 20 МПа (200 бар) и интеллектуальная электрика двигателя.

Безопасность

Непосредственный впрыск бензина в сочетании с уменьшенными размерами или турбонаддувом обеспечивает улучшенную реакцию и лучшую динамику автомобиля. Дополнительное увеличение крутящего момента до 50 процентов при низких оборотах двигателя значительно помогает улучшить показатели эластичности и ускорения. В результате, например, возможны более короткие расстояния обгона. Все это обеспечивает более высокий уровень безопасности.

Защита окружающей среды

Современные системы непосредственного впрыска бензина позволяют снизить расход топлива и выбросы CO2 до 15 %. Эта экономия представляет собой важный вклад в защиту окружающей среды, но считается, что эта технология связана с определенными недостатками. Хотя бензиновые двигатели с непосредственным впрыском значительно сокращают выбросы CO2, они также производят более мелкие частицы. Они могут представлять опасность для здоровья, что также поднимает тему сажевых фильтров для бензиновых двигателей. Ход развития в этой области еще предстоит увидеть, но он будет усилен будущими стандартами выбросов в контексте защиты окружающей среды.

сохранение значения

Непосредственный впрыск топлива в наши дни уже является современным. В то же время это является необходимым условием для соответствия будущим требованиям в части

• Расход топлива
• Выбросы CO2 и шум
• Производительность.

Интенсивные разработки в отношении концепций уменьшения габаритов и будущих стандартов выбросов обещают сохранение стоимости. Особое внимание уделяется следующим аспектам бензиновых двигателей:

• Стабильность горения
• Соблюдение предельных значений частиц
• Выбросы CO2

Прогнозируется, что к 2020 году четверть всех автомобилей будет оснащена системой непосредственного впрыска бензина, поскольку эта технология идеально подходит, например, для уменьшения габаритов и турбонаддува.

Растущие законодательные требования в отношении расхода топлива в сочетании с еще более строгим законодательством по выбросам помогают стимулировать рынок и способствуют непропорциональному росту числа автомобилей с непосредственным впрыском бензина.

Простое руководство по прямому впрыску бензина

Способ подачи топлива в камеры сгорания двигателя сильно изменился за последние годы. Раньше он поступал через так называемый карбюратор, относительно простой, но неэффективный и капризный компонент.

В 1990-х годах эта система была быстро заменена системой впрыска топлива, которая соответствовала новым жестким стандартам выбросов, введенным в то время, и при этом повышала производительность двигателя.

Раньше впрыск топлива был дорогим и ассоциировался с автомобилями премиум-класса, но теперь каждый автомобиль оснащен впрыском топлива.

Как правило, это надежно, но все же полезно знать, как работает система, где она находится и как определить, когда она работает. Здесь мы ответим на эти и другие вопросы…

Что такое система впрыска топлива?

Заманчиво сказать, что это именно то, что следует из названия, за исключением того, что существуют различные типы систем, включая прямые и непрямые.

В конечном счете, они делают то же самое: впрыскивают точно откалиброванную топливную струю в камеру сгорания двигателя или рядом с ней именно тогда, когда это необходимо. Бензиновые и дизельные двигатели используют системы впрыска топлива.

Зачем он нужен двигателю?

Без какой-либо системы подачи топлива, будь то карбюратор или система впрыска, двигатель работать не будет.

Прелесть системы впрыска топлива в том, что она гораздо более управляема, чем старомодный карбюратор. Отчасти поэтому современные двигатели намного эффективнее (чистее, экономичнее и мощнее), чем когда-то.

Как выглядит система впрыска?

Чтобы увидеть его, вам придется разобрать большую часть двигателя, потому что он состоит из нескольких отдельных компонентов:

• Модуль подачи топлива, содержащий такие элементы, как электрический топливный насос высокого давления и топливный фильтр.
• Регулятор впускного воздуха, чтобы убедиться, что количество воздуха точно соответствует двигателю.
• Электронный блок управления и датчики для обеспечения точного впрыска необходимого количества топлива в поток всасываемого воздуха.
• Топливные форсунки, установленные на топливной рампе для подачи топлива в двигатель.

Как работает система впрыска?

Модуль подачи топлива подает топливо под давлением к форсункам, по одной на цилиндр. Количество топлива, поступающего в форсунку, точно контролируется ЭБУ, который учитывает температуру воздуха, положение дроссельной заслонки, частоту вращения двигателя, крутящий момент двигателя и данные о выхлопе, полученные от датчиков внутри и вокруг двигателя, чтобы регулировать подачу при каждом такте впуска.

Воздух поступает через впускной коллектор и всасывается в двигатель через впускной клапан или клапаны.

Однако способы подачи и смешивания топлива и воздуха различаются в зависимости от используемой системы впрыска топлива.