Матеріал з Енциклопедія журналу "За кермом"
схема двигуна Volkswagen FSI з безпосереднім уприскуванням бензину
Перші системи упорскування бензину безпосередньо в циліндри двигуна з'явилися ще в першій половині ХХ ст. і використовувалися на авіаційних двигунах. Спроби застосування безпосереднього уприскування в бензинових двигунах автомобілів були припинені в 40-ті роки ХХ ст., Тому що такі двигуни виходили дорогими, неекономічними і сильно диміли на режимах великої потужності. Впорскування бензину безпосередньо в циліндри пов'язано з певними труднощами. Форсунки для безпосереднього вприскування бензину працюють в більш складних умовах, ніж ті, що встановлені у впускному трубопроводі. Головка блоку, в яку повинні встановлюватися такі форсунки, виходить більш складною і дорогою. Час, відведений на процес сумішоутворення при безпосередньому уприскуванні, істотно зменшується, а значить, для хорошого сумішоутворення необхідно подавати бензин під великим тиском.
З усіма цими труднощами вдалося впоратися фахівцям компанії Mitsubishi, яка вперше застосувала систему безпосереднього вприскування бензину на автомобільних двигунах. Перший серійний автомобіль Mitsubishi Galant з двигуном 1,8 GDI (Gasoline Direct Injection- безпосереднє уприскування бензину) з'явився в 1996 р
Переваги системи безпосереднього вприскування полягають в основному в поліпшенні паливної економічності, а також і деякого підвищення потужності. Перше пояснюється здатністю двигуна з системою безпосереднього вприскування працювати на дуже бідних сумішах. Підвищення потужності обумовлено в основному тим, що організація процесу подачі палива в циліндри двигуна дозволяє підвищити ступінь стиснення до 12,5 (в звичайних двигунах, що працюють на бензині, рідко вдається встановити ступінь стиснення понад 10 через настання детонації).
форсунка двигуна GDIможе працювати в двох режимах, забезпечуючи потужний (а) або компактний (б) факел розпорошеного бензину
У двигуні GDI паливний насосзабезпечує тиск 5 МПа. Електромагнітна форсунка, встановлена в головці блоку циліндрів, впорскує бензин безпосередньо в циліндр двигуна і може працювати в двох режимах. Залежно від подаваного електричного сигналу вона може вводити паливо або потужним конічним факелом, або компактної струменем.
Поршень двигуна з безпосереднім уприскуванням бензину має спеціальну форму (процес згоряння над поршнем)
Днище поршня має спеціальну форму у вигляді сферичної виїмки. Така форма дозволяє закрутити вступник повітря, направити впорскується паливо до свічки запалювання, встановленої по центру камери згоряння. Впускний трубопровід розташований не збоку, а вертикально зверху. Він не має різких вигинів, і тому повітря надходить з високою швидкістю.
В роботі двигуна з системою безпосереднього вприскування можна виділити три різних режиму:
1) режим роботи на надбідних сумішах;
2) режим роботи на стехиометрической суміші;
3) режим різких прискорень з малих оборотів;
Перший режим використовується в тому випадку, коли автомобіль рухається без різких прискорень зі швидкістю близько 100-120 км / ч. На цьому режимі використовується дуже бідна горюча сумішз коефіцієнтом надлишку повітря більше 2,7. У звичайних умовах така суміш не може спалахнути від іскри, тому форсунка впорскує паливо компактним факелом в кінці такту стиснення (як в дизелі). Сферична виїмка в поршні направляє струмінь палива до електродів свічки запалювання, де висока концентрація парів бензину забезпечує можливість займання суміші.
Другий режим використовується при русі автомобіля з високою швидкістю і при різких прискореннях, коли необхідно отримати високу потужність. Такий режим руху вимагає стехіометричного складу суміші. Суміш такого складу легко запалюється, але у двигуна GDI підвищена ступінь стиснення, і для того щоб не наступала детонація, форсунка впорскує паливо потужним факелом. Дрібно розпорошену паливо заповнює циліндр і, випаровуючись, охолоджує поверхні циліндра, знижуючи ймовірність появи детонації.
Третій режим необхідний для отримання великого крутного моменту при різкому натисканніпедалі «газу», коли двигун працює на малих обертах. Цей режим роботи двигуна відрізняється тим, що протягом одного циклу форсунка спрацьовує два рази. Під час такту впуску в циліндр для його охолодження потужним факелом впорскується надбідних суміш (α = 4,1). В кінці такту стиснення форсунка ще раз впорскує паливо, але компактним факелом. При цьому суміш в циліндрі збагачується і детонація не настає.
У порівнянні зі звичайним двигуном з системою харчування з розподіленим уприскуванням бензину, двигун з системою GDIприблизно на 10% економічніше і викидає в атмосферу на 20% менше вуглекислого газу. Підвищення потужності двигуна доходить до 10%. Однак, як показала експлуатація автомобілів з двигунами такого типу, вони дуже чутливі до вмісту сірки в бензині. Оригінальний процес безпосереднього вприскування бензину розробила компанія Orbital. У цьому процесі в циліндри двигуна впорскується бензин, заздалегідь змішаний з повітрям за допомогою спеціальної форсунки. Форсунка компанії Orbital складається з двох жиклерів, паливного і повітряного.
Робота форсунки Orbital
Повітря до повітряних жиклерів поступає в стислому вигляді від спеціального компресора при тиску 0,65 МПа. Тиск палива складає 0,8 МПа. Спочатку спрацьовує паливний жиклер, а потім в потрібний момент і повітряний, тому в циліндр, потужним факелом впорскується паливно-повітряна суміш у вигляді аерозолю.
Форсунка, встановлена в головці циліндра поруч зі свічкою запалення, впорскує паливно-повітряну струмінь безпосередньо на електроди свічки запалювання, що забезпечує її гарне займання.
Конструктивні особливості двигуна з безпосереднім уприскуванням бензину Audi 2.0 FSI
на сучасних автомобіля використовуються різні системи упорскування палива. Система вприскування (інше найменування - інжекторний система, від injection - уприскування) як випливає з назви, забезпечує впорскування палива.
Система вприскування використовується як на бензинових, так і дизельних двигунах. Разом з тим, конструкції і робота систем уприскування бензинових і дизельних двигунів істотно різняться.
У бензинових двигунах за допомогою впорскування утвориться однорідна паливно-повітряна суміш, яка примусово запалюється від іскри. У дизельних двигунах уприскування палива виробляється під високим тиском, порція палива змішується зі стисненим (гарячим) повітрям і майже миттєво запалюється. Тиск уприскування визначає величину порції палива, що впорскується і відповідно потужність двигуна. Тому, чим більше тиск, тим вище потужність двигуна.
Система вприскування палива є складовою частиноюпаливної системи автомобіля. Основним робочим органом будь-якої системи упорскування є форсунка ( інжектор).
Системи уприскування бензинових двигунів
Залежно від способу утворення паливно-повітряної суміші розрізняють наступні системи центрального уприскування, розподіленого уприскуванняі безпосереднього вприскування. Системи центрального і розподіленого уприскування є системами попереднього уприскування, тобто впорскування в них виробляється не доходячи до камери згоряння - у впускному колекторі.
Системи уприскування дизельних двигунів
Впорскування палива в дизельних двигунах може здійснюватися двома способами: в попередню камеру або безпосередньо в камеру згоряння.
Двигуни з уприскуванням в попередню камеру відрізняє низький рівеньшуму і плавність роботи. Але в даний час перевага віддається системам безпосереднього вприскування. Незважаючи на підвищений рівеньшуму, такі системи мають високу паливну економічність.
визначальним конструктивним елементомсистеми упорскування дизельного двигуна є паливний насос високого тиску (ТНВД).
на легкові автомобіліз дизельним двигуном встановлюються різні конструкції систем уприскування: з рядним ТНВД, з розподільним ТНВД, насос-форсунками, Сommon Rail. Прогресивні системи упорскування - насос-форсунки і система Сommon Rail.
У кожному сучасному автомобілі є система подачі палива. Її призначення полягає в подачі палива з бака в двигун, його фільтрації, а також освіту горючої суміші з подальшим її надходженням в циліндри ДВС. Які бувають види ПТ і в чому полягає їх відмінності - про це ми розповімо нижче.
[Приховати]
Загальні відомості
Як правило, більша частина систем уприскування схожі між собою, принципова відмінність може полягати в сумішоутворення.
Основні елементи паливних систем, незалежно від того, про бензинових або дизельних двигунах йдеться:
- Бак, в якому зберігається пальне. Бак являє собою ємність, оснащену насосним пристроєм, а також фільтрує для очищення пального від бруду.
- Паливні магістралі є набором патрубків і шлангів, призначений для подачі палива з бака в двигун.
- Вузол сумішоутворення, призначений для утворення горючої суміші, а також подальшої її передачі в циліндри, відповідно до тактом роботи силового агрегату.
- Керуючий модуль. Він використовується в інжекторних моторах, це пов'язано з необхідністю контролю різних датчиків, клапанів і форсунок.
- Сам насос. Як правило, в сучасних авто застосовуються заглибні варіанти. Такий насос являє собою невеликий за розмірами і потужності електромотор, підключений до рідинного насоса. Мастило пристрої реалізується за допомогою палива. Якщо в бензобаку буде менше п'яти літрів пального, це може привести до поломки двигуна.
СПТ на моторі ЗМЗ-40911.10 Особливості паливного обладнання
Для того, щоб відпрацьовані гази менше забруднювали навколишнє серед, автомобілі обладнуються каталітичними нейтралізаторами. Але з часом стало зрозуміло, що їх використання є доцільним тільки в тому випадку, якщо в двигуні утворюється якісна горюча суміш. Тобто якщо в освіті емульсії є відхилення, то ефективність використання каталізатора значно знижується, саме тому з часом виробники авто перейшли з карбюраторів на інжектори. Проте, їх ефективність також була не особливо високою.
Щоб система могла в автоматичному режимікоригувати показники, згодом в неї було додано модуль управління. Якщо крім каталітичного нейтралізатора, а також кисневого датчика, Використовується блок управління, це видає досить непогані показники.
Які переваги характерні для таких систем:
- можливість збільшення експлуатаційних характеристиксилового агрегату. При правильній роботі потужність двигуна може бути вище 5% заявленої виробником.
- Поліпшення динамічних характеристик авто. Інжекторниє мотори досить чутливі по відношенню до зміни навантажень, тому вони можуть самостійно коригувати склад горючої суміші.
- Освічена в правильних пропорціях горюча суміш зможе значно знизити обсяг, а також токсичність вихлопних газів.
- Інжекторниє мотори, як показала практика, відмінно запускаються при будь-яких погодних умовах, на відміну від карбюраторів. Зрозуміло, якщо мова не йде про температуру -40 градусів (автор відео - Сергій Морозов).
Пристрій инжекторной системи подачі палива
Тепер пропонуємо ознайомитися з пристроєм инжекторной СПТ. Всі сучасні силові агрегати обладнуються форсунками, їх число відповідає кількості встановлених циліндрів, а між собою ці деталі з'єднуються за допомогою рампи. Саме пальне в них міститься під невисоким тиском, яке створюється завдяки насосного пристрою. Обсяг надходить палива залежить від того, як довго відкрита форсунка, а це, в свою чергу, контролюється керівником модулем.
Для коригування блок отримує свідчення з різних контролерів і датчиків, розташованих в різних частинах автомобіля, пропонуємо ознайомитися з основними пристроями:
- Регулятор потоку або ДМРВ. Його призначення полягає у визначенні наповненості циліндра двигуна повітрям. Якщо в системі є неполадки, то його свідчення блок управління ігнорує, а для формування суміші використовує звичайні дані з таблиці.
- ДПДЗ - положення дроселя. Його призначення полягає в відображенні навантаження на мотор, яка обумовлена становищем дросельної заслінки, Оборотами мотора, а також циклових наповненням.
- ДТОЖ. Контролер температури антифризу в системі дозволяє реалізувати управління вентилятором, а також провести регулювання подачі пального і запалювання. Зрозуміло, все це коригує блок управління, грунтуючись на показаннях ДТОЖ.
- ДПКВ - положення коленвала. Його призначення полягає в синхронізації роботи СПТ в цілому. Пристрій здійснює розрахунок не тільки оборотів силового агрегату, але і положення вала в певний момент. Саме по собі пристрій відноситься до полярних контролерам, відповідно, його поломка призведе до неможливості експлуатації автомобіля.
- Лямбда-зонд або. Він використовується для визначення обсягу кисню у вихлопних газах. Дані від цього пристрою надходять на керуючий модуль, який, грунтуючись на них, здійснює коригування горючої суміші (автор відео - Avto-Blogger.ru).
Види систем уприскування на бензинових ДВС
Що таке Джетроник, які бувають види СПТ бензинових двигунів?
Пропонуємо більш детально ознайомитися з питанням різновидів:
- СПТ з центральним уприскуванням.В даному випадку бензин подача бензину реалізується завдяки форсунок, які перебувають у впускному колекторі. Так як форсунка використовується тільки одна, такі СПТ також називаються моовприскамі. В даний час такі СПТ не актуальні, тому в більш сучасних авто вони просто не передбачені. До основних переваг таких систем відносяться простота експлуатації, а також висока надійність. Що стосується мінусів, то це знижена екологічність мотора, а також досить високий витрата пального.
- СПТ з розподіленим уприскуванням або К-Джетроник.У таких вузлах передбачається подача бензину окремо на кожен циліндр, який обладнаний форсункою. Сама горюча суміш формується у впускному колекторі. На сьогоднішній день більша частина силових агрегатів обладнуються саме такими СПТ. До їх основних переваг можна віднести досить високу екологічність, прийнятний витрата бензину, а також помірні вимоги по відношенню до якості споживаного бензину.
- З безпосереднім уприскуванням.Такий варіант вважається одним з найбільш прогресивних, а також скоєних. Принцип дії даної СПТ полягає в прямому уприскуванні бензину в циліндр. Як показують результати численних досліджень, такі СПТ дають можливість домогтися найбільш оптимального та якісного складу паливо-повітряної суміші. Причому на будь-якому етапі роботи силового агрегату, що дозволяє значно поліпшити процедуру згоряння суміші і багато в чому підвищити ефективність роботи ДВСі його потужність. Ну і, зрозуміло, знизити обсяг відпрацьованих газів. Але потрібно враховувати, що такі СПТ мають і свої недоліки, зокрема, більш складну конструкцію, а також високі вимоги до якості використовуваного бензину.
- СПТ з комбінованим уприскуванням.Даний варіант є, по суті, результатом об'єднання СПТ з розподіленим і безпосереднім уприскуванням. Як правило, він використовується для того, щоб знизити обсяг токсичних речовин, що вкидаються в атмосферу, а також відпрацьованих газів. Відповідно, використовується він для підвищення показань екологічності мотора.
- Система L-Джетроникще використовувалася в бензинових двигунах. Це система попарного уприскування палива.
Фотогалерея «Різновиди бензинових систем»
Види систем уприскування дизельних ДВС
Основні види СПТ в дизельних двигунах:
- Насос-форсунки. Такі СПТ використовуються для подачі, а також подальшого уприскування утвореної емульсії під високим тиском за допомогою насос-форсунок. Основною особливістю таких СПТ є те, що насос-форсунки виконують опції освіти тиску, а також безпосередньо уприскування. Такі СПТ мають і свої недоліки, зокрема, мова йде про насос, обладнаному спеціальним приводом постійного тип від розподільного валасилового агрегату. Цей вузол є не відключається, відповідно, він сприяє підвищеному зносу конструкції в цілому.
- Саме через останній нестачі більшість виробників віддають перевагу СПТ типу Common Rail або акумуляторного уприскування. Такий варіант вважається більш досконалим для багатьох дизельних агрегатів. СПТ має таку назву в результаті використання паливної рами - основного елемента конструкції. Рампа використовується одна для всіх форсунок. В даному випадку подача палива здійснюється до форсунок від самої рампи, вона може називатися акумулятором підвищеного тиску.
Подача пального здійснюється в три етапи - попередній, основний, а також додатковий. Такий розподіл дає можливість знизити шум і вібрації при роботі силового агрегату, зробити його роботу більш ефективною, зокрема, мова йде про процес загоряння суміші. Крім того, це також дозволяє і знизити обсяг шкідливих викидів в навколишнє середовище.
Незалежно від виду СПТ, дизельні агрегати теж керуються за допомогою електронних або механічних пристроїв. У механічних варіантах пристрої контролюють рівень тиску і обсягу складових суміші і моменту уприскування. Що стосується електронних варіантів, то вони дозволяють забезпечити більш ефективне управління силовим агрегатом.
Шановні читачі та передплатники, приємно, що ви продовжуєте вивчати пристрій автомобілів! І зараз вашій увазі електронна системавприскування палива, принцип дії якої я спробую розповісти в цій статті.
Так, саме про тих пристроях, які витіснили з під капотів машин перевірені часом харчування, а також дізнаємося багато спільного у сучасних бензинових і дизельних двигунів.
Можливо, ми б з Вами і не обговорювали дану технологію, якби пару десятиліть тому людство всерйоз не потурбувалася про екологією, і однією з найсерйозніших проблем виявилися токсичні вихлопні гази автомобілів.
Головною недоробкою машин з двигунами, обладнаними карбюраторами, стало неповне згоряння палива, а щоб вирішити цю проблему знадобилися системи, здатні регулювати кількість подаваного в циліндри палива в залежності від режиму роботи мотора.
Так, на арені автомобілебудування з'явилися системи упорскування або, як їх ще називають - інжекторні системи. Крім підвищення екологічності, ці технології поліпшили ефективність двигунів і їх характеристики потужності, ставши справжньою знахідкою для інженерів.
На сьогоднішній день впорскування (інжекція) палива використовуються не тільки на дизельних, але і на бензинових агрегатах, що, безсумнівно, їх об'єднує.
Об'єднує їх і те, що головним робочим елементом цих систем, якого б типу вони не були, є форсунка. Але через відмінності методу спалювання палива, конструкції інжекторних вузлів у цих двох типів моторів, звичайно ж, відрізняються. Тому розглянемо їх по черзі.
Інжекторниє системи і бензин
Електронна система вприскування палива. Почнемо з бензинових двигунів. У їхньому випадку, інжекція вирішує завдання створення повітряно-паливної суміші, яка потім запалюється в циліндрі від іскри свічки запалювання.
Залежно від того, як ця суміш і пальне подається до циліндрів, інжекторні системи можуть мати кілька різновидів. Впорскування буває:
центральний впорскування
Головна особливість технології, розташованої першої в списку - одна єдина форсунка на весь двигун, яка розташовується у впускному коллекторе.Надо відзначити, що цей вид инжекторной системи за своїми характеристиками не сильно відрізняється від карбюраторної, тому на сьогоднішній день вважається застарілим.
розподілене уприскування
Більш прогресивним є розподілене уприскування. У цій системі паливна суміш так само утворюється у впускному колекторі, але, на відміну від попередньої, кожен циліндр тут може похвалитися власною форсункою.
Цей різновид дозволяє відчути всі переваги инжекторной технології, тому найбільш улюблена автовиробниками, і активно використовується в сучасних двигунах.
Але, як ми знаємо, досконалості немає меж, і в гонитві за ще більш високою ефективністю, інженерами була розроблена електронна система вприскування палива, а саме система безпосереднього уприскування.
її головною особливістює розташування форсунок, які, в даному випадку, своїми соплами виходять в камери згоряння циліндрів.
Освіта повітряно-паливної суміші, як уже можна здогадатися, відбувається прямо в циліндрах, що благотворно відбивається на експлуатаційних параметрах моторів, хоча цей варіант має не таку високу, як у розподіленого уприскування, екологічність. Ще один відчутний недолік цієї технології - високі вимоги до якості бензину.
комбінований впорскування
Найбільш передовим з точки зору рівня викидів шкідливих речовин є комбінована система. Це, по суті, симбіоз безпосередній і розподіленої інжекції палива.
А як справи у дизелів?
перейдемо до дизельним агрегатам. перед їх паливною системоюстоїть завдання подачі пального під дуже високим тиском, яке, змішуючись в циліндрі зі стисненим повітрям, запалюється саме.
Варіантів вирішення цього завдання створено дуже багато - застосовується і безпосереднє уприскування в циліндри, і з проміжною ланкою в вигляді попередньої камери, крім цього, існують різні компонування насосів високого тиску (ТНВД), що теж додає різноманітності.
Проте, сучасні мотористи віддають перевагу двом типам систем, що здійснюють подачу солярки прямо в циліндри:
- з насос-форсунками;
- уприскування Common Rail.
Насос-форсунка
Насос-форсунка говорить сама за себе - в ньому форсунка, впорскують паливо в циліндр, і ТНВД конструктивно об'єднані в один вузол. Головна проблематаких пристроїв полягає в підвищеному зносі, так як насос-форсунки з'єднані постійним приводом з розподільчим і ніколи не відключаються від нього.
Система Common Rail
В системі Common Rail застосований трохи інший підхід, який робить її більш кращою. Тут є один загальний ТНВД, Який подає дизель в паливну рампу, розподіляє пальне по форсунках циліндрів.
Це був лише короткий огляд інжекторних систем, Тому, друзі, проходите по посиланнях в статтях, а скориставшись рубрикою Двигун, ви знайдете для вивчення всі системи упорскування сучасних автомобілів. І підписуватися на розсилку, щоб не пропустити нові публікації, в яких знайдете багато детальної інформації по системам і механізмам автомобіля.
Сучасні автомобілі оснащують різними системамиз уприскуванням палива. У двигунах, що працюють на бензині, суміш палива та повітря примусово займається за допомогою іскри.
Система з уприскуванням палива є невід'ємним елементом. Форсунка є головним робочим елементом будь-якої системи упорскування.
Бензинові двигуна оснащуються системами з уприскуванням, які розрізняються між собою способом утворення суміші палива з повітрям:
- системи з центральним уприскуванням;
- системи з розподіленим уприскуванням;
- системи з безпосереднім уприскуванням.
Центральний уприскування, або інакше його називають моновприск (Monojetronic), здійснюється однією центральною електромагнітної форсункою, яка впорскує паливо в впускний колектор. Це чимось нагадує карбюратор. Зараз автомобілі з такою системою впорскування не виробляються, тому що у автомобіля з такою системою спостерігається і невисокі екологічні властивості автомобіля.
Система розподіленого уприскування постійно з роками удосконалювалася. Початок поклала система K-jetronic. Впорскування був механічним, що давало йому хорошу надійність, Але витрата палива був вельми високим. Паливо додавайте НЕ імпульсно, а постійно. На зміну даної системи прийшла система KE-jetronic.
Вона нічим принципово не відрізнялася від K-jetronic, Але з'явився електронний блокуправління (ЕБУ), який дозволив незначно скоротити витрату палива. Але і ця система не принесла очікуваних результатів. з'явилася система L-jetronic.
В якій ЕБУ сприймав сигнали від датчиків і направляв електромагнітний імпульс на кожну форсунку. Система мала хорошими економічними та екологічними показниками, але конструктора не стали на цьому зупинятися, і розробили абсолютно нову систему Motronic.
Блок управління став управляти і уприскуванням палива, і системою запалювання. Паливо стало краще згоряти в циліндрі, збільшилася потужність двигуна, зменшився витрата і шкідливі викиди автомобіля. У всіх цих системах представлених вище впорскування здійснюється окремої форсункою на кожен циліндр у впускний колектор, де і відбувається утворення суміші палива з повітрям, яка потрапляє в циліндр.
Найбільш перспективною системою на сьогоднішній день є система з безпосереднім уприскуванням.
Суть даної системи полягає в тому, що паливо впорскується відразу в камеру згоряння кожного циліндра, і вже там змішується з повітрям. Система визначає і подає оптимальний склад суміші в циліндр, що забезпечує хорошу потужність на різних режимах роботи двигуна, хорошу економічність і високі екологічні властивості двигуна.
Але з іншого боку, двигуна з даною системою впорскування володіють вищою ціною в порівнянні зі своїми попередниками, через складність своєї конструкції. Так само дана система дуже вимоглива до якості палива.