Главная » Статьи » Мои статьи

Непосредственный впрыск топлива


На примере системы Motronic MED7


  1. топливный бак
  2. топливный насос
  3. топливный фильтр
  4. перепускной клапан
  5. регулятор давления топлива
  6. топливный насос высокого давления
  7. трубопровод высокого давления
  8. распределительный трубопровод
  9. датчик высокого давления
  10. предохранительный клапан
  11. форсунки впрыска
  12. адсорбер
  13. электромагнитный запорный клапан продувки адсорбера

Пионером в применении непосредственного впрыска топлива стала компания Mitsubishi, разработавшая систему питания GDI. Сегодня аналогичную технологию используют Mercedes (CGI), BMW (HPI), концерн Volkswagen (FSI, TFSI, TSI – VW, Audi, skoda, Seat) и Toyota (JIS).
Главный принцип работы данной системы питания – подача бензина не во впускной тракт, а непосредственно в камеру сгорания и формирование послойного и однородного смесеобразования в различных режимах работы мотора. Но подобные топливные системы имеют и различия, причем иногда довольно существенные. Основные из них – рабочее давление в топливной системе, расположение форсунок и их конструкция.
GDI
В двигателях GDI (Gasoline Direct Injection – непосредственный впрыск бензина, Mitsubishi), появившихся осенью 1997 года, используются два или три режима смесеобразования. Для японского рынка реализована двухрежимная технология, а для Европы – трехрежимная.
При частичной нагрузке (скорость до 120 км/ч) двигатель работает на сверхобедненной горючей смеси с послойным смесеобразованием. Топливо подается в камеру сгорания (под давлением 50 бар) в конце такта сжатия, соотношение «воздух–бензин» в среднем по объему камеры может достигать пропорции 40:1. Поджигается такая смесь за счет создания в зоне искрового разряда «облака» с нормальным составом смеси (14,5:1). Формирование облака происходит благодаря завихрению струи топлива, которое уже успело смешаться с воздухом с помощью специальной выемки в днище поршня. У стенок камеры сгорания при этом остается почти чистый воздух. Когда от двигателя требуется больший крутящий момент (высокая скорость, движение на подъем), электроника активирует другой способ смесеобразования – бензин впрыскивается на такте впуска, как в обычных инжекторных двигателях. При необходимости получить максимальную мощность (интенсивный разгон) «работает» третий способ смесеобразования – топливо подается в два этапа: первый – при такте впуска, второй – при такте сжатия. Первая порция топлива дает возможность получить в цилиндре равномерно распределенную сверхобедненную (до 60:1) горючую смесь, а вторая обеспечивает получение нормальной смеси в районе искрового разряда. После воспламенения нормальной смеси фронт пламени распространяется по цилиндру и поджигает сверхобедненную смесь. Японский вариант отличается отсутствием третьего режима.
Сравнение характеристик 2,0-литровых двигателей с распределенным и непосредственным впрыском показывает, что GDI мощнее на 10 л. с. (145 против 135 л. с.) и на 13% экономичнее в городском цикле (10,2 л/100 км против 11,7).
FSI
Система непосредственного впрыска Volkswagen под названием FSI (Fuel Stratified Injection – многослойный впрыск топлива) представлена в 2000 году. Как и в GDI для японского рынка, FSI может работать в двух режимах – экономичном (при малых и средних нагрузках) и обычном (большие нагрузки). В экономичном (равномерное движение на скоростях до 120 км/ч) впрыск топлива происходит при такте сжатия, а в обычном режиме – при такте впуска, как и в системе питания с распределенным впрыском.
Повышенное давление впрыска (100 бар) обеспечивает более своевременную подачу топлива и качественное его распыление. Увеличен наклон форсунки, а впускной канал разделен специальной перегородкой на две части. Воздух может поступать либо через одну часть его сечения, либо через обе. На малых оборотах поток воздуха проходит через одну половинку канала, что позволяет увеличить его скорость для получения лучшего завихрения потока. На больших оборотах перегородка открывается, воздух поступает через весь канал, и скорость потока остается примерно такой же, как и на малых оборотах.
Если сравнить двигатели Volkswagen рабочим объемом 1,4 л с распределенным и непосредственным впрыском, устанавливаемые на модели Polo, нетрудно заметить, что FSI на 11 л. с. мощнее (86 л. с. против 75 л. с.) и обеспечивает меньший расход горючего (4,7–7,7 л против 5,8–10,2 л/100 км).
T-FSI, TSI
Очень долго бензиновые двигатели с непосредственным впрыском были только атмосферными. И только в 2004 году конструкторы Volkswagen AG создали на основе мотора FSI двигатель с турбонаддувом и непосредственным впрыском бензина (T-FSI или FSI-Turbo), который устанавливался на «заряженных» версиях (VW Golf GTi, Audi A3). Следующей разработкой стал двигатель TSI (непосредственный впрыск и двойной турбонаддув). Правда, называть его «двойным турбонаддувом» не совсем корректно, так как на малых оборотах (до 2400 об/мин) воздух подается только механическим компрессором, а на больших – лишь турбокомпрессором, который приводится в действие отработавшими газами. Благодаря такой схеме эффективное давление наддува достигается уже при 1500 об/мин и сохраняется во всем диапазоне оборотов.
В двигателях TSI впервые использовали форсунки для впрыска топлива с шестью отверстиями вместо привычного одного и увеличили давление впрыска до 150 бар, что позволило существенно улучшить качество смесеобразования.
Показатели турбированных двигателей еще больше впечатляют. Например, 1,4-литровый мотор с турбонагнетателем и компрессором развивает мощность 170 л. с. и крутящий момент 240 Нм в диапазоне от 1750 до 4500 об/мин, при этом расход топлива у модели Golf GT составляет 5,9–9,6 л/100 км.
CGI
В двигателях Mercedes CGI (Stratified-Charged Gasoline Injection – послойный впрыск бензина), представленных в 2002 году, используются пьезоэлектрические форсунки, позволяющие реализовать многослойное смесеобразование за счет подачи топлива несколькими порциями. В открытой форсунке между иглой и корпусом образуется кольцевая щель толщиной в несколько микрон, что позволяет получить чрезвычайно тонкое распыление топлива. Форсунка размещена в центре камеры сгорания, а свеча зажигания расположена между выпускными клапанами, причем ее положение выбрано с учетом формы конуса распыленного горючего. Давление в топливной системе – 200 бар, что дополнительно улучшает качество распыления. Применяется собственная система охлаждения для топлива и электронного блока управления системой впрыска. Работа на переобедненных смесях (примерно 35–40:1) допустима и на скоростях около 120 км/ч, в то же время благодаря точному смесеобразованию сохраняется крутящий момент, достаточный для разгона модели CLS от 60 до 120 км/ч на третьей передаче всего за 6,2 с. Новый двигатель 350 CGI развивает 292 л. с. при 6400 об/мин (у мотора с распределенным впрыском – 272 л. с. при 6000 об/мин) и обеспечивает средний расход топлива 9,1–9,3 л/100 км вместо 10,1. Другими словами, при более высокой мощности двигателя расходуется примерно на 10% меньше бензина.
HPI
Система непосредственного впрыска бензина у BMW HPI (High Precision Injection – высокоточный впрыск) представлена в 2006 г. Сочетание систем регулирования фаз газораспределения Double-VANOS, высоты подъема клапанов VALVETRONIC и пьезоэлектрических форсунок с давлением впрыска 200 бар, расположенных в непосредственной близости от свечей зажигания, позволило организовать послойное смесеобразование на всех режимах работы двигателя. Форма топливной струи в сочетании со специальной геометрией днища поршня обеспечивает образование нормальной смеси именно в районе искрового разрядника свечи зажигания. Применение двух турбонагнетателей по одному на каждых три цилиндра позволяет практически устранить эффект «турбоямы» и обеспечить быстрый отклик на нажатие педали газа. Новый трехлитровый двигатель развивает 272 л. с. и 315 Нм (у рядной трехлитровой «шестерки» с распределенным впрыском – 258 л. с. и 300 Нм), при этом расход топлива меньше на 10%.
Подведем итоги
При всех имеющихся отличиях двигатели с непосредственным впрыском используют принцип послойного сгорания топливо-воздушной смеси и могут работать при более высокой степени сжатия (от 10,5 до 12,5) на бензине с октановым числом 95. В таких моторах у стенок камеры сгорания находится почти чистый воздух, а испарение топлива, происходящее с поглощением тепла непосредственно в цилиндре, приводит к дополнительному охлаждению цилиндров. Все это способствует снижению вероятности детонационного сгорания топлива. Наилучшие результаты дает комплексное использование непосредственного впрыска и других технологий, оптимизирующих рабочий процесс ДВС (регулировка фаз газораспределения, высоты подъема клапанов и т. п.). Подобные топливные системы дают дополнительную экономию горючего и уменьшение выбросов в атмосферу. В то же время они нуждаются в качественном бензине с низким содержанием серы и механических примесей, чтобы обеспечить нормальную работу топливной аппаратуры.
Категория: Мои статьи | Добавил: administrator (11.05.2012) | Автор: brptuning E W
Просмотров: 1185 | Теги: manual | Рейтинг: 5.0/1
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]