Компоненты системы смесеобразования в бензиновом двигателе

 

Компоненты системы смесеобразования должны обеспечивать надлежащее образование топливно-воздушной смеси при использовании той или иной системы впрыска топлива. В си­стеме с впрыском топлива во впускной коллектор, это в основном задача топливного инжек­тора, в то время как в системе прямого впрыска топлива может быть установлена дополнитель­ная заслонка для повышения турбулентности. Вот о том, какие компоненты системы смесеобразования бывают, мы и поговорим в этой статье.

 

 

Содержание

1. Форсунка для систем с впрыском топлива во впускной трубопровод
   • Конструкция и функция топливной форсунки
   • Образование и направление струи топлива в форсунках
   • Конусная форма распыления
   • Двухструйная форсунка
   • Электрическая активация форсунки
2. Форсунка высокого давления для бензинового двигателя
   • Конструкция и функция форсунки высокого давления
   • Образование струи топлива
   • Активация топливной форсунки высокого давления
3. Завихряющие заслонки

 

 

Форсунка для систем с впрыском топлива во впускной трубопровод

 

Конструкция и функция топливной форсунки

 

Электромагнитная форсунка включает сле­дующие основные компоненты (см. рис. «Топливная форсунка для систем с впрыском топлива во впускной трубопровод» ):

• Корпус клапана с электрическим и гидрав­лическим соединителями;
• Электромагнитная катушка;
• Игольчатый клапан с якорем электромаг­нита и шариком клапана;
• Седло клапана с диафрагмой;
• Пружина клапана.

 

Фильтр на впуске топлива защищает фор­сунку от загрязнений. Уплотнительное кольцо (круглого сечения) на гидравлическом соеди­нителе служит для уплотнения форсунки в топливной рампе. Нижнее уплотнительное кольцо обеспечивает уплотнение между фор­сункой и впускным трубопроводом.

Когда катушка электромагнита обесточена, шарик игольчатого клапана прижимается к седлу конической формы пружиной и уси­лием, создаваемым давлением топлива. При этом система подачи топлива изолирована от впускного трубопровода.

Когда на катушку электромагнита подается электрическое питание, создается магнитное поле, притягивающее якорь электромагнита игольчатого клапана. Шарик клапана подни­мается над седлом, и происходит впрыск то­плива. Когда катушка обесточивается, иголь­чатый клапан закрывается под действием усилия пружины.

Топливо распыляется пластиной с отверсти­ями. Для лучшего распыления топлива ранее использовавшиеся распылительные пластины с четырьмя отверстиями были заменены на рас­пылительные пластины с большим количеством отверстий (до двенадцати). Штампованные диа­фрагмы обеспечивают хорошую стабильность количества впрыскиваемого топлива. Форма струи топлива, выходящей из форсунки, опре­деляется количеством отверстий в распыли­тельной пластине и их конфигурацией.

Количество топлива, впрыскиваемое за единицу времени, определяется в основном предварительным давлением в системе подачи топлива, противодавлением во впускном трубо­проводе и геометрией области выпуска топлива.

 

 

 

Образование и направление струи топлива в форсунках

 

Процесс образования струи топлива, т.е. ее форма, угол рассеивания и размер капель топлива оказывают влияние на образование топливно-воздушной смеси. Различная геоме­трия впускного трубопровода и головки блока цилиндров вызывают необходимость в создании струй топлива различной формы. Различные варианты формы струи топлива показаны ниже.

 

Конусная форма распыления

 

Отдельные струи топлива, выходящие из от­верстий распылительной пластины (см. рис. а, «Формы струй топлива» ), вместе образуют конусную струю.

 

 

Пример HTML-страницы

Форсунки, обеспечивающие конусную форму струи топлива, обычно устанавлива­ются на двигателях с одним впускным кла­паном на каждый цилиндр. Однако они мо­гут использоваться и на двигателях с двумя впускными клапанами на одном цилиндре.

 

Двухструйная форсунка

 

Двухструйные форсунки (см. рис. Ь, «Формы струй топлива» ) часто ис­пользуются на двигателях с двумя впускными клапанами на одном цилиндре. Отверстия в рас­пылительной пластине расположены таким об­разом, что из форсунки выходят две конусные струи, направленные к соответствующим впуск­ным клапанам или на перегородку между впуск­ными клапанами.

Форсунка с угловым отклонением струи: Струя топлива выходит из форсунки под углом к ее оси (см. рис. с, «Формы струй топлива» ).

Такие форсунки в основном используются, когда конструктивные особенности камеры сгорания не позволяют использовать фор­сунку с соосным направлением струи.

 

Электрическая активация форсунки

 

Выходной модуль в блоке управления двига­телем приводит форсунку в действие, пода­вая на нее соответствующий сигнал (см. рис. а, «Активация топливной форсунки» ). При подаче напряжения электрический ток в катушке электромагнита возрастает (см. рис. Ь), что вызывает подъем игольчатого клапана (см. рис. с). Максимальный подъем клапана достигается по истечении времени подъема. Впрыск топлива начинается, как только шарик клапана выходит из седла. Зави­симость количества впрыскиваемого топлива от времени показана на рис. d.

Поскольку после обесточивания катушки магнитное поле не исчезает мгновенно, клапан закрывается с задержкой. Клапан полностью закрывается по истечении времени отпадания.

Нелинейность характеристики на участках от­крытия и отпадания клапана форсунки должна быть скомпенсирована в течение периода от­крытого состояния форсунки (время впрыска). Скорость подъема шарика клапана также за­висит от напряжения аккумуляторной батареи Слияние напряжения компенсируется посред­ством коррекции продолжительности впрыска.

 

 

 

Форсунка высокого давления для бензинового двигателя

 

С связи с тем, что для систем прямого впры­ска топлива требуется более высокое дав­ление, форсунка должна отвечать дополни­тельным требованиям. Для систем прямого впрыска топлива для бензиновых двигателей были разработаны специальные топливные форсунки высокого давления.

Функциями форсунки высокого давления яв­ляются дозирование и распыление топлива. Распыление топлива необходимо для смеши­вания топлива с воздухом в камере сгорания. В зависимости от режима работы топливо концентрируется вблизи свечи зажигания (послойный заряд) или равномерно распре­деляется во всем объеме камеры сгорания (однородное распределение).

Чтобы обеспечить оптимальное смесеобра­зование, топливо впрыскивается под давлением до 200 бар. Требуемое количество топлива раз­деляется на несколько коротких впрысков.

 

Конструкция и функция форсунки высокого давления

 

Топливная форсунка высокого давления (см. рис. «Топливная форсунка высокого давления для систем прямого впрыска» ) состоит из корпуса, седла клапана, игольчатого клапана с якорем электромаг­нита, пружины и катушки электромагнита.

При протекании через катушку электриче­ского тока создается магнитное поле, кото­рое поднимает игольчатый клапан из седла, преодолевая усилие пружины. При этом от­крывается выпускное отверстие клапана. По­скольку давление топлива значительно выше давления в камере сгорания, топливо впры­скивается в камеру сгорания. Тонкое распы­ление топлива обеспечивается за счет надле­жащей геометрии сопла на конце форсунки.

 

 

Когда катушка обесточивается, игла кла­пана прижимается пружиной к седлу и пере­крывает подачу топлива.

Поскольку игольчатый клапан открывается внутрь, процессу закрытия способствует давле­ние, имеющееся в топливной рампе. В то же время во время открытия клапана, это давление дей­ствует в направлении, противоположном направ­лению открытия. В результате для этих форсунок требуется более сильное магнитное поле, чем для обычных топливных форсунок для систем с впры­ском топлива во впускной трубопровод.

 

Образование струи топлива

 

Точное дозирование топлива может осущест­вляться за счет открытия клапана и удержания его с полностью поднятой иглой в течение определенного времени. Количество впрыски­ваемого топлива зависит от давления в топлив­ной рампе, противодавления в камере сгорания и времени открытия клапана. Распыление то­плива обеспечивается соответствующей геоме­трией седла клапана и направляющей потока, служащей для создания завихрений.

В топливных форсунках второго поколения завихряющие клапаны с одним отверстием, создающие «полую» коническую струю, заме­нены клапанами с несколькими отверстиями, имеющими намного лучшие характеристики в отношении формы струи, тонкости распыле­ния топлива, распределения отдельных струй по массе топлива и т.д. Эти форсунки обеспе­чивают адаптацию отдельных струй топлива к геометрии камеры сгорания (нацеливание струи), что позволяет повысить рабочие ха­рактеристики двигателя, снизить токсичность отработавших газов, обеспечить более ровную работу двигателя и т.д.

 

Активация топливной форсунки высокого давления

 

Чтобы обеспечить надежный и повторяемый впрыск, электрический ток, протекающий по катушке, должен иметь определенную до­статочно сложную форму. Сигнал включения форсунки выдает микропроцессор блока управления двигателем (см. рис. а, «Характеристики топливного инжектора высокого давления» ). В со­ответствии с этим сигналом выходной модуль Преобразователь постоянного напряжения в блоке управления двигателем генерирует бустерное напряжение величиной 65 В. Это напряжение необходимо для как можно бо­лее быстрого создания высокого электриче­ского тока на начальной стадии. Это необхо­димо, чтобы как можно быстрее поднять иглу клапана. На этой стадии игла клапана дости­гает положения максимального подъема (см. Рис. с). Когда форсунка будет полностью открыта, для ее удержания в открытом по­ложении достаточно значительно меньшего электрического тока (ток удержания). При по­стоянном подъеме иглы клапана количество впрыскиваемого топлива пропорционально продолжительности впрыска (см. рис. d).

 

 

Завихряющие заслонки

 

Завихряющие заслонки располагаются перед впускными клапанами (см. рис. «Завихряющая заслонка» ) и обычно находятся в горизонтальном поло­жении. Будучи закрытой, завихряющая за­слонка ускоряет движение заряда, тем самым способствуя смешиванию воздуха и топлива в камере сгорания. Кроме того, повышение турбулентности потока позволяет увеличить скорость сгорания топлива, тем самым, ока­зывает положительное влияние на расход топлива и плавность работы двигателя.

В системах прямого впрыска топлива имею­щееся в наличии время смесеобразования значительно меньше, чем в системах с впрыском топлива во впускной трубопро­вод. Для обеспечения достаточно хорошего смесеобразования в течение этого короткого периода, прежде всего при малых частотах вращения коленчатого вала, в системах пря­мого впрыска топлива иногда применяются

Имеются два различных вида завихряющих заслонок: с двухступенчатой конструк­цией и работающих в непрерывном режиме.

Пример HTML-страницы

 

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:

Пример HTML-страницы

форсунка дизельного двигателя ⋆ Аксай Дизель

В этой статье мы рассмотрим принципы работы насос — форсунки, как важнейшего элемента дизельной топливной аппаратуры.

Топливные форсунки распыляют топливо в двигатель автомобиля с помощью клапанов с электронным управлением, которые могут открываться и закрываться много раз в секунду. У них есть распылительная форсунка, равномерно распределяющая дизельное топливо для оптимального сгорания.  Форсунки были изобретены в качестве замены старой карбюраторной системы, поскольку они помогают двигателям работать с большей топливной экономичностью и снижают выбросы.

 Автомобиль обычно имеет одну топливную форсунку на цилиндр. Поэтому, если вы водите четырехцилиндровый автомобиль, у него, скорее всего, будет четыре топливных форсунки.

Как работают дизельные форсунки

Когда вы заправляете автомобиль топливом, оно не поступает непосредственно к двигателю, готовому начать движение, на самом деле сперва оно должно попасть в поршень двигателя автомобиля. Эта доставка — работа дизельного насоса-форсунки!

Несмотря на то, что это довольно простой механизм, инжектор на самом деле является одной из самых сложных частей автомобильного двигателя.

Топливная форсунка — это аспект дизельного двигателя, отличающийся от бензинового двигателя. В бензиновом двигателе топливо и воздух смешиваются друг с другом задолго до того, как они попадают в цилиндр, тогда как в дизельном двигателе инжектор дизельного топлива буквально впрыскивает топливо непосредственно в цилиндр, где затем объединяется с воздухом.

Топливные форсунки контролируют объем топлива, подаваемого в камеру сгорания, обеспечивая впрыск нужного количества в нужное время. Процесс такой:

• Топливный насос проталкивает бензин или дизельное топливо по топливопроводам к форсункам.
• ЭБУ (блок управления двигателем) использует датчики для определения правильного момента включения форсунок и распыления топлива в камеру сгорания.
• Когда ЭБУ активирует форсунку, топливо под давлением впрыскивается в камеру сгорания через форсунки. Поскольку форсунки очень маленькие, происходит распыление топлива.

Насос-форсунка с электронным гидравлическим приводом

Система гидравлического электронного блока-форсунки использует моторное масло высокого давления вместо распределительного вала для управления впрыском топлива. В отличие от традиционных топливных систем, где давление впрыска топлива увеличивается пропорционально частоте вращения двигателя, данные системы работают независимо от частоты вращения двигателя.

 Чтобы обеспечить непрерывную работу и надежность, все дизельные топливные форсунки должны являться продуктом комплексного процесса восстановления на предприятиях, сертифицированных по всем стандартам. 

Система впрыска

 Система впрыска снабжает цилиндры топливом и представляет собой передовую технологию для дизельных двигателей. Для обычных систем впрыска дизельного топлива давление топлива необходимо создавать для каждой отдельной форсунки. Однако в системах такого типа зачастую создание давления и впрыск разделены, что означает, что топливо постоянно находится под давлением, требуемым для впрыска.

Контрольный список качества

Чтобы модернизированные дизельные форсунки работали безупречно, необходимо следить за тем, чтобы в процессе ремонта они оставались чистыми.  Вот контрольный список, которого следует придерживаться каждый раз при восстановлении насоса-форсунки:

1. Сборка происходит в чистой комнате с контролируемой температурой;
2. Перед началом процесса сложите все составляющие на ночь в контейнеры из нержавеющей стали;
3. Используйте полотенца, халаты, перчатки и коврики;
4. Замените все прокладки, пружины усилителя и внешние уплотнительные кольца;
5. Проверьте все соленоиды и при необходимости обновите;
6. Запустите форсунки и постройте / просмотрите точки данных для сравнения;
7. Плановое обслуживание испытательного стенда, включая замену жидкости, для уменьшения загрязнения;
8. Никогда не проверяйте загрязненные гарантийные форсунки на производственных стендах;
9. Выполняйте еженедельные проверки на обратную утечку / замеры на производственных стендах;
10. Отслеживайте форсунки с помощью идентификационного билета продукта.

Признаки неисправности

Лампа проверки двигателя

Наиболее частым признаком неисправной топливной форсунки является сигнальная лампа проверки двигателя, появляющаяся на приборной панели. Этот индикатор загорится, как только форсунка станет неисправной. ЭБУ включает сигнальную лампу, когда форсунка подает или слишком много, или слишком мало топлива.

Пропуски зажигания или вибрация двигателя

Ваша машина часто дает пропуски зажигания? Или появляется задержка после нажатия педали акселератора? Оба этих симптома могут быть вызваны неисправной топливной форсункой, скорее всего, её засорением или закупоркой.

Если форсунка не может подать дозу топлива, требуемую блоком управления двигателя, смесь топлива и воздуха в камере сгорания будет отключена, что может привести к пропускам зажигания или внезапному падению ускорения. Вот почему так важно, чтобы топливные форсунки вашего автомобиля были чистыми и не забивались.

Грубый холостой ход

Если шум холостого хода вашего автомобиля изменился и стал грубее, дизельные форсунки могут не подавать топливо должным образом.  Как и в случае пропусков зажигания, это обычно связано с тем, что форсунки форсунок забиваются частицами, мешающими распылению и разбрызгиванию бензина.

Утечка топлива

Если вы чувствуете сильный запах солярки, -возможно, это утечка топлива. Утечки могут произойти в месте соприкосновения форсунки с форсункой, а на самом насосе-форсунке, если он старый и не обслуживался должным образом.

Не забывайте, что без регулярного обслуживания насосы-форсунки дизельного двигателя могут выйти из строя или засориться!

Бензиновый порт впрыска топлива

Надежная систематическая подача топлива

При впрыске бензина во впускной коллектор воздушно-топливная смесь образуется вне камеры сгорания во впускном коллекторе. Топливная форсунка распыляет топливо перед впускным клапаном. Во время такта впуска смесь поступает через открытый впускной клапан в камеру сгорания. Топливные форсунки были выбраны таким образом, чтобы потребность двигателя в топливе всегда покрывалась, даже при полной нагрузке и высокой частоте вращения.

Bosch разрабатывает и производит инновационные силовые агрегаты для автомобилей с бензиновым впрыском топлива через порт. Ассортимент продукции Bosch включает компоненты для подачи топлива, впрыска топлива, управления подачей воздуха, зажигания, управления двигателем и обработки выхлопных газов. Помимо отдельных компонентов для впрыска бензина во впускной коллектор, Bosch также предлагает целостно скоординированные системные технологии.

От подачи топлива до обработки выхлопных газов

Подача топлива

Модуль подачи топлива со встроенным электробензонасосом, датчиком уровня в баке и топливным фильтром обеспечивает форсунки необходимым количеством топлива из бака при определенном давлении.

Впрыск топлива

При впрыске бензина через порт топливно-воздушная смесь готовится во впускном коллекторе и подается в цилиндр для сгорания. Топливные форсунки необходимы для образования смеси, поскольку они подготавливают топливо к сгоранию в двигателе. Топливные форсунки, установленные на топливной рампе, непрерывно дозируют необходимое количество топлива во впускной коллектор в соответствии со схемой распыления и с высочайшей точностью.

Зажигание

Бензиновым двигателям требуется искра зажигания для воспламенения топливно-воздушной смеси в цилиндре двигателя. Эта искра производится свечой зажигания. Необходимое высокое напряжение обеспечивает катушка зажигания. Для этого он преобразует электрическую энергию аккумулятора в напряжение зажигания и подает это напряжение на свечу зажигания в точке зажигания.

Управление подачей воздуха

Управление подачей воздуха обеспечивает подачу в двигатель правильной массы воздуха в каждой рабочей точке.

Управление двигателем

Электронный блок управления двигателем «Motronic» от Bosch позволяет приоритизировать и централизованно управлять многими различными функциями, которые должна выполнять современная система управления двигателем. Используя крутящий момент в качестве центральной точки отсчета, система уверенно регулирует требуемую топливно-воздушную смесь.

Очистка отработавших газов

Очистка отработавших газов помогает OEM-производителям выполнять международные нормы по выбросам, т.е. с помощью каталитической очистки выхлопа. Лямбда-контроль обеспечивает еще более эффективную очистку. Этот контроль направлен на постоянное достижение стехиометрического соотношения воздух-топливо (λ=1).

Работа управляемого клапана – инновационный и надежный анализ для моторной оптимизации

Zukünftige Kundenforderungen nach geringerer Geräuschentwicklung und Steuerung der Kraftstoffmenge stellen neue Herausforderungen für den Verbrennungsmotor dar. Mit seiner einzigartigen Innovationn Systemlösung Controlled Valve Operation für Motoren mit Benzin-Saugrohreinspritzung hat Bosch einen mechatronischen Ansatz entwickelt, der wesentlich dazu beiträgt, diese Anforderungen zu erfüllen.

Das Motorsteuergerät und die Niederdruckeinspritzventile von Bosch sind das Herzstück der Lösung. Anders als bei der konventionellen gesteuerten Einspritzung bilden das Steuergerät und die Niederdruckeinspritzventile in diesem System einen geschlossenen Regelkreis. Das Steuergerät erfasst die Spannung und das Stromsignal während der Einspritzung und bestimmt exakt das Öffnen und Schließen der Ventilnadeln. So kann das Steuergerät die tatsächliche Einspritzdauer jedes Einspritzventils berechnen und gegebenenfalls Anpassungen vornehmen.

Управление клапаном, управляемым влажным воздухом, включает в себя минимальную работу крана-распределителя. Die Präzision der Benzineinspritzung wurde in diesem Bereich deutlich verbessert. Sie bleibt über die gesamte Lebensdauer des Ventils erhalten und gewährleistet somit einen stabilen Verbrennungsvorgang.

Экономичная система силового агрегата становится еще более энергоэффективной

Благодаря постоянному дальнейшему совершенствованию системных технологий и сочетанию инновационных измерений оптимизации, Bosch создала концепцию системы «Advanced PFI».

Благодаря таким инновациям, как двойной впрыск, повышение давления и впрыск с открытым клапаном, реализованы впечатляющие системные преимущества и переопределены технические возможности для этого принципа привода.

Впрыск топлива с двойным впрыском

Использование двух топливных форсунок на каждый впускной коллектор оптимизирует выравнивание форсунок и подачу смеси в цилиндр. Целенаправленная подача смеси, «Нацеливание на распыление», связывает результаты физических исследований жидкости и ноу-хау, связанные с двигателем. Геометрия форсунок идеально адаптирована к конкретным требованиям впускного коллектора.

Благодаря распределению на две форсунки размер распыляемой капли (SMD) уменьшается за счет меньшего статического потока, меньшей плотности распыления (из-за большего угла конуса), а также оптимизированного потока на входе в клапан (одиночный конусная струя). В целом это улучшает парообразование, минимизирует образование пленки на стенках и стабилизирует воспламенение. Другие преимущества включают более позднее угловое расстояние зажигания при работе в холодном состоянии и более быстрое достижение точки преобразования каталитического нейтрализатора.

Повышение давления

Для поддержки образования смеси при холодном пуске давление в топливной системе низкого давления временно повышается до 6 бар. Это приводит к увеличению массы испаряющегося топлива и уменьшению размера распыляемых капель SMD, а также к образованию пленки на стенках. Повышенное давление увеличивает максимальную дозу топлива и, таким образом, поддерживает синхронный впрыск. Индивидуальное обеспечение расхода и давления топлива также снижает среднюю потребляемую мощность топливного насоса.

Впрыск с открытым клапаном (OVI)

Особенностью этого процесса впрыска является то, что топливо впрыскивается в поступающий свежий воздух во впускной коллектор только после открытия впускного клапана. Этот синхронный впрыск осуществляется при частоте вращения от низкой до средней при полной нагрузке двигателя и, таким образом, имеет тенденцию к детонации.

За счет уменьшения контакта топливовоздушной смеси со стенками свежий поток лучше охлаждается и снижается детонация. В результате степень сжатия базового двигателя может быть увеличена в 0,5–1,0 раза, а расход в диапазоне частичных нагрузок снижается. Комбинация с Twin Injection усиливает эффект OVI за счет оптимизированного распыления и испарения, а также оптимизированного нацеливания.

Две системы впрыска топлива в одной: порт и непосредственный впрыск бензина

С системой прямого впрыска бензина Bosch сочетает прямой впрыск бензина с системой впрыска бензина через порт. Причина этого необычного партнерства заключается в следующем: объединение двух обычно отдельных подходов к впрыску топлива создает одну инновационную систему, в которой сильные стороны отдельных систем идеально дополняют друг друга. В данном конкретном случае это приводит к преимуществам с точки зрения расхода топлива и выбросов – как при частичной, так и при полной нагрузке. Каждый из двух партнеров позволяет другому взять на себя инициативу, когда приходит время показать свои сильные стороны.

Каждая система впрыска обеспечивает свои преимущества с точки зрения эффективности использования топлива и количества выбрасываемых частиц (PN) в различных условиях эксплуатации.

Бензиновый впрыск топлива во впускной коллектор отличается меньшими потерями на трение при частичной нагрузке, в то время как прямой впрыск превосходит работу при полной нагрузке благодаря повышенному пределу детонации. В сочетании эти системы обеспечивают дополнительное сокращение выбросов твердых частиц — лучшее разделение труда.

Но бензиновый впрыск топлива через порт добавляет еще больше преимуществ выгодному партнерству. Благодаря хорошей гомогенизации смеси система производит меньше частиц, имеет более низкий уровень шума и потребляет меньше топлива в ситуациях с низкой нагрузкой двигателя благодаря более низким потерям на трение по сравнению с непосредственным впрыском.

С системой прямого впрыска бензина Bosch сочетает прямой впрыск бензина с системой впрыска бензина через порт. Причина этого необычного партнерства заключается в следующем: объединение двух обычно отдельных подходов к впрыску топлива создает одну инновационную систему, в которой сильные стороны отдельных систем идеально дополняют друг друга. В данном конкретном случае это приводит к преимуществам с точки зрения расхода топлива и выбросов – как при частичной, так и при полной нагрузке. Каждый из двух партнеров позволяет другому взять на себя инициативу, когда приходит время показать свои сильные стороны. Каждая система впрыска обеспечивает свои преимущества с точки зрения эффективности использования топлива и количества выбрасываемых частиц (PN) в различных условиях эксплуатации.

Бензиновый впрыск топлива во впускной коллектор отличается меньшими потерями на трение при частичной нагрузке, в то время как прямой впрыск превосходит работу при полной нагрузке благодаря повышенному пределу детонации. В сочетании эти системы обеспечивают дополнительное сокращение выбросов твердых частиц — лучшее разделение труда.

Но бензиновый впрыск топлива через порт добавляет еще больше преимуществ выгодному партнерству. Благодаря хорошей гомогенизации смеси система производит меньше частиц, имеет более низкий уровень шума и потребляет меньше топлива в ситуациях с низкой нагрузкой двигателя благодаря более низким потерям на трение по сравнению с непосредственным впрыском.

Другие преимущества впрыска бензина во впускной и прямой впрыск:

• При впрыске через впускной коллектор очищающий эффект портов и клапанов впускного коллектора способствует более высокой степени рециркуляции отработавших газов
• Улучшенные шумовые характеристики на низких скоростях
• Увеличенный возможность дома

Кроме того, порт и непосредственный впрыск бензина рассчитаны на будущее: объединение обеих систем и оптимизация стратегии работы двигателя могут внести ценный вклад в дополнительную экономию с точки зрения расхода топлива и новых законодательных ограничений на выбросы, таких как EU6d.

Компания Bosch имеет многолетний опыт реализации крупномасштабных производственных проектов, включающих порт и непосредственный впрыск бензина, и предлагает широкий ассортимент компонентов, средств разработки и моделирования систем.

Бензиновые системы прямого впрыска топлива

Концепция впрыска бензина непосредственно в цилиндры двигателя была изобретена шведским инженером Йонасом Хессельманом в 1925 году. Во время Второй мировой войны Германия начала оснащать некоторые свои истребители системой прямого впрыска топлива для предотвращения остановки двигателя. -out во время скоростных маневров в воздухе. После Второй мировой войны отечественные и импортные производители автомобилей обнаружили, что их попытки механического впрыска бензина непосредственно в цилиндры двигателя были крайне ограничены современными технологиями. Но, несмотря на ряд проблем, связанных с популярным внедрением системы непосредственного впрыска бензина (GDFI), кажется, что большинство ошибок было устранено, и концепция открыла двери для ряда эксплуатационных улучшений.

ИСТОРИЧЕСКАЯ ПЕРСПЕКТИВА
Большинство специалистов по запчастям помнят, что система впрыска дроссельной заслонки (TBI) была одной из первых отечественных систем впрыска топлива, появившихся на рынке. Основная идея TBI состоит в том, чтобы создать систему впрыска топлива, которая могла бы легко заменить карбюратор в существующих двигателях. Для TBI требовался простой компьютер, способный управлять одной или двумя топливными форсунками, распыляющими топливо непосредственно в поток воздуха, поступающий во впускной коллектор. Датчик положения дроссельной заслонки (TPS), датчик температуры охлаждающей жидкости (CTS), датчик абсолютного давления во впускном коллекторе (MAP) и датчик кислорода (O2) были основными датчиками, необходимыми для точного управления подачей топлива в двигатель. Топливо подавалось в двигатель топливным насосом в баке и регулировалось регулятором давления топлива, встроенным в узел TBI.

Хотя TBI был чрезвычайно простым, капли топлива отделялись от воздушного потока по мере того, как всасываемый заряд следовал за изогнутыми внешними окружностями впускных каналов. Образовавшийся «влажный поток» или струя жидкого топлива по впускным каналам создавал неравномерное распределение топлива по цилиндрам двигателя.

Чтобы уменьшить поток жидкости и, таким образом, улучшить распределение топлива между цилиндрами, отечественные производители автомобилей внедрили многоточечный впрыск (MPI) на ограниченном количестве автомобилей более высокого класса. Поскольку федеральное правительство установило более строгие стандарты выбросов выхлопных газов и экономии топлива, MPI стала предпочтительной топливной системой для всех отечественных и импортных производителей. Для дальнейшего улучшения распределения топлива цикл впрыска топлива в конфигурациях MPI может быть синхронизирован с открытием впускного клапана двигателя, что еще больше снижает эффект влажного потока во впускных отверстиях и цилиндрах. К сожалению, распределение топлива внутри цилиндра имело тенденцию оставаться неравномерным, что приводило к незначительной неэффективности сгорания топлива от цилиндра к цилиндру.

ПРЯМОЙ ВПРЫСК ТОПЛИВА
Поскольку автопроизводители должны постоянно соответствовать более строгим федеральным стандартам выбросов выхлопных газов и корпоративной экономии топлива (CAFE), концепция непосредственного впрыска бензина была усовершенствована до такой степени, что теперь предлагается эта некогда экзотическая технология. на нескольких популярных транспортных платформах. Базовая конфигурация GDFI почти такая же, как у обычных систем MPI. Фактически, единственным видимым отличием может быть механический топливный насос высокого давления, установленный на одной из крышек верхнего распределительного вала двигателя.

Большинство систем GDFI включают обычный встроенный в бак модульный электрический топливный насос, который подает нормальное давление топлива на механический насос высокого давления, установленный на двигателе. Отдельный модуль топливного насоса также можно использовать для регулирования скорости и давления насоса в баке.

Давление топливного насоса высокого давления контролируется модулем управления силовым агрегатом (PCM) с помощью датчика и может регулироваться путем изменения объема топлива, поступающего на вход насоса. В то время как удельное давление варьируется в зависимости от различных транспортных средств, большинство насосов высокого давления способны создавать давление топлива не менее 2000 фунтов на квадратный дюйм. Эти чрезвычайно высокие уровни давления топлива необходимы для преодоления давления сжатия и сгорания внутри цилиндра и для впрыска относительно большого объема топлива непосредственно в цилиндр за очень короткий промежуток времени.

В некоторых случаях купол поршня содержит углубление в форме пончика, которое формирует поступающее топливо в виде «тороидального» или круглого шлейфа. Когда двигатель работает в режиме обедненной смеси, тороидальный шлейф позволяет топливу сгорать с воздухом гораздо более контролируемым и эффективным образом.

Для систем GDFI требуются пьезоэлектрические топливные форсунки, способные быстро открывать игольчатые клапаны форсунок при давлении топлива более 2000 фунтов на квадратный дюйм. В отличие от обычных соленоидных топливных форсунок, в пьезоэлектрических топливных форсунках используется набор кристаллических пластин, которые расширяются при подаче электричества. Физическое расширение этих пластин заставляет игольчатый клапан открываться при чрезвычайно высоком давлении топлива. Пьезоэлектрические топливные форсунки работают очень быстро и точно, особенно при высоких оборотах двигателя и давлении топлива.

ПРЕИМУЩЕСТВА GDFI
Наиболее непосредственными преимуществами впрыска бензина непосредственно в цилиндр двигателя являются повышенная экономия топлива и мощность. Поскольку дополнительные функции, такие как изменение фаз газораспределения, изменяемая длина или «настроенные» впускные коллекторы и турбонаддув, могут повлиять на то, как GDFI используется в конкретных приложениях, я буду обсуждать следующие режимы работы GDFI в общих чертах.

Двигатель GDFI может работать в стехиометрическом режиме, на полной мощности и на обедненной смеси. В стехиометрическом режиме 14,7 единиц воздуха смешиваются с 1 единицей бензина (соотношение воздух/топливо 14,7:1) по весу, чтобы создать химически правильную реакцию, которая теоретически производит только углекислый газ (CO2) и воду (h3O). В режиме полной мощности соотношение воздух/топливо смешивается между 13:1 и 14:1 для достижения наибольшей мощности. Эта немного более богатая воздушно-топливная смесь снижает детонацию и смягчает другие проблемы, ограничивающие выходную мощность. Ультрабедная обедненная смесь включает в себя любое соотношение воздух/топливо выше стехиометрического соотношения 14,7:1. Точное сверхбедное соотношение воздух/топливо очень сильно зависит от применения автомобиля, но может превышать 50:1.

Стратегия работы с послойным впрыском топлива (FSI) также может использоваться для повышения экономии топлива. Стратифицированное соотношение воздух/топливо может быть создано путем впрыска обедненной воздушно-топливной смеси в цикл рабочего такта сразу после того, как происходит начальное «обогащенное» сгорание. Из-за различных эксплуатационных проблем, включая износ выпускного клапана, послойный цикл зарядки имеет ограниченное применение в большинстве приложений.

Непосредственный впрыск бензина также позволяет инженерам фактически запускать двигатель, впрыскивая топливо в цилиндр, находящийся в состоянии покоя на рабочем такте. Топливо, впрыскиваемое в цилиндр, затем воспламеняется свечой зажигания, которая создает давление сгорания, толкающее поршень вниз. Следующий цилиндр в последовательности запуска берет на себя поддержание вращения коленчатого вала до тех пор, пока двигатель не достигнет скорости холостого хода.

Этот аспект GDFI позволяет инженерам управлять двигателем в микрогибридном режиме, что позволяет PCM выключать двигатель на светофоре, а затем снова запускать его при нажатии педали газа на дроссельную заслонку. Эта особая функция «стоп-старт» снижает количество расходуемого топлива, поддерживая работу двигателя, когда автомобиль временно останавливается.

Наконец, скрытая теплота испарения топлива, впрыскиваемого непосредственно в цилиндр, фактически охлаждает поверхности поршня и головки цилиндра. Этот технический дивиденд позволяет инженерам увеличить степень сжатия примерно с 9.5:1 до 14:1, что значительно увеличивает мощность и экономию топлива.

ТЕКУЩИЕ ПРОБЛЕМЫ GDFI
Поскольку вычислительная мощность и скорость современных PCM были значительно увеличены, большинство диагностических средств GDFI основаны на сканирующем инструменте. Другими словами, не ищите диагностику на основе симптомов для решения проблем с автомобилями GDFI. Когда в 1996 году Mitsubishi широко представила свои системы прямого впрыска бензина (GDI), большинство первоначальных проблем было вызвано топливом, состав которого был неправильным для систем прямого впрыска топлива. Самой последней проблемой в современных системах GDFI является образование нагара на седлах впускных клапанов, что вызывает потерю герметичности клапанов, что, в свою очередь, вызывает проблемы с пропусками зажигания в цилиндрах.

Поскольку GDFI впрыскивает бензин непосредственно в цилиндры, поступающее топливо не очищает клапаны. Большая часть этого образования нагара вызвана масляным туманом, выходящим из системы принудительной вентиляции картера (PCV) и системой рециркуляции отработавших газов (EGR), поступающей во впускной коллектор. Наконец, механические топливные насосы высокого давления, по-видимому, являются ранней точкой отказа современных серийных автомобилей.