Система непосредственного впрыска топлива: преимущества и недостатки

Система непосредственного впрыска топлива: преимущества и недостатки

Бензиновые моторы с непосредственным впрыском топлива автолюбители и специалисты оценивают по-разному: одни считают их примером технологического совершенства, другие бояться как огня и готовы отказаться от них ещё на стадии выбора автомобиля. Разбираемся в особенностях конструкции и выясняем, за что стоит любить и ненавидеть непосредственный впрыск.

В чём отличие схемы с непосредственным впрыском

Бензиновые двигатели внутреннего сгорания с непосредственным впрыском начали массово поступать на отечественный рынок в начале 2000-х годов и к настоящему моменту стали непременным атрибутом любого более-менее современного автомобиля среднего или высшего ценового сегмента. Иными словами, они давно являются данностью и останутся таковой до момента перехода человечества на принципиально иные средства передвижения, коими сейчас большинству экспертов видятся электрокары.

Основным отличием от традиционной системы распределённого впрыска схемы с непосредственным впрыском является то, что бензин в ней подаётся не во впускной коллектор, а прямиком в цилиндры. Таким образом, в камеры сгорания поступает не готовая топливовоздушная смесь, а «живое» топливо, при этом смесеобразование производится в самом моторе.

Система непосредственного впрыска топлива: преимущества и недостатки

Зачем это нужно

Вопросом создания систем непосредственного впрыска инженеры озаботились ещё во второй половине XIX века, однако довести до массового серийного производства смогли относительно недавно.

Первыми на рынок поступили моторы семейства Mitsubishi GDI, а следом подтянулись и все другие всемирно известные бренды — Volkswagen, GM, Toyota, Mercedes, BMW, Ford, Peugeot/Citroen, Renault, Mazda и даже корейский Hyundai.

Хитрость в том, что схема с непосредственным распределённым впрыском позволяет чрезвычайно тонко и точно управлять процессом смесеобразования и заставлять бензиновый двигатель работать на невероятно бедной топливовоздушной смеси.

Если обычные моторы, как правило, функционируют при соотношении бензина к воздуху в пропорции 1:14, то моторы с непосредственным впрыском в некоторых режимах выходят на 1:20 и даже 1:40. Нетрудно догадаться, что это позволяет им сжигать гораздо меньше топлива.

При этом настройка процессов смесеобразования в реальном времени и применение сразу нескольких режимов работы повышает мощностные и динамические показатели и улучшает экологичность силового агрегата.

Производители таких движков приводят весьма красноречивые данные: расход топлива снижается в среднем на 20-25%, а тяга и мощность повышаются на 10-15%. И всё это при небольшом литраже, применении систем рециркуляции и дожигания выхлопа, соответствии самым строгим экологическим нормам и возможности использования на ДВС многоступенчатого наддува. Словом, не моторы — сказка!

Система непосредственного впрыска топлива: преимущества и недостатки

Технические хитрости

И всё бы ничего, да применение схем непосредственного впрыска тянет за собой невероятно высокие требования не только к конструкции силового агрегата, но также к топливному насосу и качеству горючего, а также смазочным материалам, форсункам и электрике, большинству других жизненно важных узлов и агрегатов автомобиля.

Добиться образования правильной смеси при непосредственном впрыске чрезвычайно сложно. Для этого «мозги» машины снабжаются сразу несколькими программами управления с разным циклом работы и ворохом высокоточных датчиков.

А за распыл топлива отвечают специальные вихревые форсунки, работающие при сверхвысоком давлении, для создания которого, в свою очередь, автомобиль оснащается высокопроизводительными топливными насосами, аналогичными тем, что используются в дизельных схемах (если обычные насосы развивают порядка 3-4 атм, то эти обеспечивают 50-130). Разумеется, компоненты таких систем должны быть невероятно технологичными и качественными, рассчитанными на длительный срок службы. Именно соблюдение этих условий позволяет более эффективно распылять топливо, лучше перемешивать его с воздухом и грамотнее распоряжается готовой смесью на разных режимах работы двигателя.

Будучи ненагруженным (к примеру, в режиме холостого хода), двигатель с непосредственным впрыском функционирует в режиме послойного смесеобразования — смесь максимально обедняется, но остаётся достаточно качественной и пригодной для работы.

В этом режиме дроссельная заслонка открыта широко, а впускные заслонки находятся в закрытом состоянии. Горючее впрыскивается ближе к концу такта сжатия в область свечи зажигания, где завихряется и легко воспламеняется.

Гомогенное смесеобразование позволяет получить мощностную смесь, необходимую при равномерных нагрузках на двигатель и на переходных режимах. При максимальных нагрузках открыты как дроссельная заслонка, так и впускные каналы, а горючее впрыскивается ещё на такте впуска.

Одновременно, по возможности, дожигаются и выхлопные газы, что повышает экологические показатели без ущерба для мотора.

Всё это требует доработки геометрии камеры сгорания, повышения степени сжатия до 1:12-14, применения более сложного и дорогого катализатора, высокопроизводительных форсунок с мощными соленоидами, а также высокопроизводительного мультирежимного топливного насоса.

Система непосредственного впрыска топлива: преимущества и недостатки

  • Плюсы и минусы
  • Главным минусом систем непосредственного впрыска является общее снижение надёжности: даже при незначительных сбоях и поломках какого-либо компонента такой движок начинает «капризничать» — глохнуть, чихать, не выходить на полную мощность, зажигать пиктограмму на приборной панели и всячески намекать владельцу на проблемы.
  • Вторым не менее важным недочётом является стоимость такого агрегата — это технически сложное устройство, требующее повышенного внимания и контроля ко всем системам, включая систему питания, зажигания, выпуска и электронику.

Чувствительность к качеству топлива — ещё один жирный минус, с которым готов мириться далеко не каждый автовладелец.

Купив машину с системой непосредственного впрыска, вы гарантированно начнёте чрезвычайно тщательно подходить к выбору заправок: заливаться дешёвой горючкой, увы, уже не получится.

И дело даже не в том, что таким моторам нужно особое октановое число — некоторые из них давно научились работать даже на 92-м бензине или спирте, — а в содержании в некачественном бензине соединений серы, фосфора, железа и прочих примесей, мешающих нормальной работе ДВС.

Наконец, отпугнуть от покупки машины с таким движком может и высокая стоимость запасных частей и обслуживания. Дешёвыми высокотехнологичные запчасти к ним не бывают, при этом требования к маслам, фильтрам и прочим «расходникам» также повышаются.

Но всё это меркнет на фоне плюсов:

Именно моторы с непосредственным впрыском являются наиболее технологичными, экономичными, лёгкими и тяговитыми.

Они идеально подходят для эксплуатации в загруженных мегаполисах (именно в пробочных режимах ДВС с непосредственным впрыском наиболее экономичны), вдобавок они позволяют увеличивать интервал замены масла и обладают увеличенным сроком службы из-за уменьшения нагара (это достигается программно максимально эффективным сжиганием топливовоздушной смеси). Однако всего этого удаётся добиться только при чрезвычайно внимательном отношении к автомобилю и грамотном его обслуживании.

Источник

Источник: http://mashinika.ru/articles/preimushhestva-i-nedostatki-dvigatelej-s-neposredstvennym-vpryskom-topliva/

Система непосредственного впрыска топлива

Сейчас одной из основных задач перед конструкторскими бюро автопроизводителей является создание силовых установок, потребляющими как можно меньше топлива и выбрасывающих в атмосферу сниженное количество вредных веществ. При этом всего этого необходимо добиться с условием того, что влияние на рабочие параметры (мощность, крутящий момент) будет минимальным. То есть, необходимо сделать мотор экономичным, и в то же время мощным и тяговитым.

Для достижения результата переделкам и доработкам подвергаются практически все узлы и системы силового агрегата. Особенно это касается системы питания, ведь именно она отвечает за поступление топлива в цилиндры. Последней разработкой в данном направлении считается непосредственный впрыск топлива в камеры сгорания силовой установки, функционирующего на бензине.

Суть этой системы сводится к раздельной подаче компонентов горючей смеси – бензина и воздуха в цилиндры.

То есть принцип ее функционирования очень похож на работу дизельных установок, где смесеобразование выполняется в камерах сгорания.

Но у бензинового агрегата, на котором установлена система непосредственного впрыска, имеется ряд особенностей процесса закачки составляющих топливной смеси, его смешивания и сгорания.

Немного истории

Прямой впрыск – идея не новая, в истории имеется ряд примеров, где такая система использовалась.

Первое массовое использование такого типа питания мотора было в авиации в средине прошлого века. Использовать ее пытались и на автотранспорте, однако широкого распространения она не получила.

Систему тех годов можно рассматривать как некий прототип, поскольку она была полностью механической.

«Вторую жизнь» система непосредственного впрыска получила в средине 90-х годов 20 века. Первыми свои авто с установками, имеющими прямой впрыск, оснастили японцы. Разработанный в Mitsubishi агрегат получил обозначение GDI, которое является аббревиатурой «Gasoline Direct Injection», что обозначается как непосредственный впрыск топлива. Чуть позже Toyota создала свой мотор – D4.

Система непосредственного впрыска топлива: преимущества и недостатки

Прямой впрыск топлива

Со временем моторы, в которых используется прямой впрыск, появились и у других производителей:

  • Концерн VAG – TSI, FSI, TFSI;
  • Mercedes-Benz – CGI;
  • Ford – EcoBoost;
  • GM – EcoTech;

Непосредственный впрыск не является отдельным, совершенно новым типом, и относится он к инжекторным системам подачи топлива. Но в отличие от предшественников, топливо у него впрыскивается под давлением сразу в цилиндры, а не как раньше – во впускной коллектор, где бензин перемешивался с воздухом перед подачей в камеры сгорания.

Конструктивные особенности и принцип работы

Прямой впрыск бензина по принципу очень схож с дизелем. В конструкции такой системы питания имеется дополнительный насос, после которого бензин уже под давлением поступает на форсунки, установленные в ГБЦ с распылителями, находящимися в камере сгорания. В требуемый момент форсунка подает топливо в цилиндр, куда через впускной коллектор уже закачан воздух.

Конструкция данной системы питания включает:

  • бак с установленным в нем топливоподкачивающим насосом;
  • магистрали низкого давления;
  • фильтрующие элементы очистки топлива;
  • насос, создающий повышенное давление с установленным регулятором (ТНВД);
  • магистрали высокого давления;
  • рампа с форсунками;
  • перепускной и предохранительный клапаны.

Система непосредственного впрыска топлива: преимущества и недостатки

Схема топливной системы с непосредственный впрыском

Назначение части элементов, такие как бак с насосом и фильтра описаны в других статьях. Поэтому рассмотрим назначение ряда узлов, использующихся только в системе прямого впрыска.

Одним из основных элементов в данной системе является насос высокого давления. Он обеспечивает поступление топлива под значительным давлением в топливную рампу. Конструкция его у разных производителей отличается — одно или многоплунжерная. Привод же осуществляется от распределительных валов.

Также в систему включены клапана, которые предотвращают превышение давления топлива в системе выше критических значений.

В целом же регулировка давления выполняется в нескольких местах – на выходе из насоса высокого давления регулятором, который входит в конструкцию ТНВД.

Имеется перепускной клапан, контролирующий давление на входе в насос. Предохранительный же клапан следит за давлением в рампе.

Работает все так: топливоподкачивающий насос из бака по магистрали низкого давления подает бензин на ТНВД, при этом бензин проходит через фильтр тонкой очистки топлива, где удаляются крупные примеси.

Плунжерные пары насоса создают давление топлива, которое при разных режимах работы двигателя варьируется от 3 до 11 МПа. Уже под давлением топливо по магистралям высокого давления поступает в рампу, которая распределяется по его форсункам.

Работа форсунок контролируется электронным блоком управления. При этом он основывается на показаниях множества датчиков двигателя, после анализа данных, он производит управление форсунками – момента впрыска, количества топлива и способа распыла.

Если на ТНВД подается количество топлива больше необходимого, то срабатывает перепускной клапан, который часть топлива возвращает в бак. Также часть топлива сбрасывается в бак в случае превышения давления в рампе, но делается это уже предохранительным клапаном.

Система непосредственного впрыска топлива: преимущества и недостатки

Прямой впрыск

Типы смесеобразования

Используя непосредственный впрыск топлива, инженерам удалось снизить расход бензина. И все достигнуто возможностью использования нескольких типов смесеобразования.

То есть под определенные условия работы силовой установки подается свой тип смеси.

Причем система контролирует и управляет не только подачей топлива, для обеспечения того или иного типа смесеобразования устанавливается еще и определенный режим подачи воздуха в цилиндры.

Читайте также:  Тормозная система в зил 130

Всего же прямой впрыск способен обеспечить два основных типа смеси в цилиндрах:

  • Послойная;
  • Стехиометрическая гомогенная;

Это позволяет подобрать смесь, которая при определенной работе мотора, обеспечит наибольшее КПД.

Послойное смесеобразование позволяет двигателю функционировать на очень бедной смеси, в которой массовая часть воздуха больше топливной части в более чем 40 раз. То есть в цилиндры подается очень большое количество воздуха, а затем в нее добавляется немного топлива.

В нормальных условиях такая смесь от искры не загорается. Чтобы воспламенение произошло, конструкторы придали днищу поршня особую форму, обеспечивающую завихрение.

При таком смесеобразовании в камеру сгорания воздух, направленный заслонкой, поступает на большой скорости. В конце такта сжатия форсунка впрыскивает топливо, которое достигая днища поршня, за счет завихрения поднимается вверх к свече зажигания.

В результате в зоне электродов смесь является обогащенной и легковоспламенимой, в то время как вокруг этой смеси находится воздух практически без частиц топлива.

Поэтому такое смесеобразование и получило название послойного – внутри имеется слой с обогащенной смесью, поверх которого находится еще один слой, практически без топлива.

Данное смесеобразование обеспечивает минимальное потребление бензина, но и приготавливает такую смесь система лишь при равномерном движении, без резких ускорений.

Стехиометрическое смесеобразование – это изготовление топливной смеси в оптимальных пропорциях (14,7 части воздуха на 1 часть бензина), что обеспечивает максимальный выход мощности. Такая смесь уже воспламеняется легко, поэтому надобности в создании обогащенного слоя возле свечи не требуется, наоборот, для эффективного сгорания необходимо, чтобы бензин равномерно распределился в воздухе.

Поэтому топливо впрыскивается форсунками на также сжатия, и до воспламенения оно успевает хорошо перемещаться с воздухом.

Такое смесеобразование обеспечивается в цилиндрах во время ускорений, когда необходим максимальный выход мощности, а не экономичность.

Конструкторам пришлось также решать вопрос с переходом двигателя с бедной смеси на обогащенную во время резких ускорений. Чтобы не произошло детонационного сгорания, во время перехода используется двойной впрыск.

Первая закачка топлива выполняется на такте впуска, при этом топливо выступает в качестве охладителя стенок камеры сгорания, что исключает детонацию. Вторая порция бензина подается уже на конце такта сжатия.Система непосредственного впрыска топлива: преимущества и недостатки

Система непосредственного впрыска топлива благодаря применению сразу нескольких типов смесеобразования, позволяет неплохо экономить топливо без особого влияния на мощностные показатели.

Во время ускорений двигатель работает на обычной смеси, а после набора скорости, когда режим движения размеренный и без резких перепадов, силовая установка переходит на очень обедненную смесь, тем самым экономя топливо.

В этом и кроется основное достоинство такой системы питания. Но есть у нее и немаловажный недостаток. В топливном насосе высокого давления, а также в форсунках используются прецизионные пары с высокой степенью обработки.

Именно они и являются слабым местом, поскольку эти пары очень чувствительны к качеству бензина. Наличие сторонних примесей, серы и воды способно вывести ТНВД и форсунки из строя. Дополнительно, бензин обладает очень слабыми смазывающими свойствами.

Поэтому износ прецизионных пар выше, чем у того же дизельного мотора.

К тому же сама система непосредственной подачи топлива конструктивно более сложная и дорогостоящая, чем та же система раздельного впрыска.

Новые разработки

Конструкторы же на достигнутом не останавливаются. Своеобразную доработку прямого впрыска сделали в концерне VAG в силовом агрегате TFSI. У него систему питания объединили с турбокомпрессором.

Интересное решение предложила компания Orbital. Они разработали особую форсунку, которая помимо топлива впрыскивает в цилиндры еще и сжатый воздух, подающийся от дополнительного компрессора. Такая топливовоздушная смесь обладает отличной воспламеняемостью и хорошо сгорает. Но это пока только разработка и найдет ли она применение на авто, пока неизвестно.

В целом же, непосредственный впрыск сейчас является самой лучшей системой питания в плане экономичности и экологичности, хоть и имеются у нее свои недостатки.

Источник: http://autoleek.ru/sistemy-dvigatelja/sistema-vpryska/sistema-neposredstvennogo-vpryska-topliva.html

Несовершенство непосредственности: надежность и проблемы моторов с прямым впрыском

Система непосредственного впрыска топлива: преимущества и недостатки

«В новый век – с новой системой питания!». Похоже, с таким девизом европейские производители стали внедрять технологию.

А что им оставалось? Требования по снижению расхода топлива заставляли делать моторы сложнее, к тому же непосредственный впрыск (особенно в сочетании с наддувом) позволял увеличить мощность. И при этом оставлял мотор вполне экономичным на малой нагрузке.

Начал входить в моду и даунсайз – постепенно для машины С-класса стало вполне нормальным иметь мотор объемом в литр, а мощные авто начинаются с объема в 1,4. Даже седаны D+ и Е классов не брезгуют моторами 1,4 и 1,6 с турбонаддувом.

Собственно о минусах подобной системы питания было известно с самого начала. Сложность и высокая стоимость сюрпризом не были – опыт внедрения непосредственного впрыска накопился изрядный. Надежность сложных систем честно постарались увеличить. Правда, цену особенно опустить не пытались.

Как известно, для подачи топлива непосредственно в цилиндры нужен насос высокого давления. Вообще-то и в системах «обычного» распределенного впрыска в системе питания давление немаленькое, но у прямого впрыска оно примерно в 10 раз больше.

На дизельных моторах непосредственный впрыск и ТНВД появился существенно раньше, и ресурс узлов был не таким уж низким. У бензиновых все получилось иначе: насосы оказались весьма недолговечными. Почему? Потому что дизтопливо имеет более высокие смазочные свойства, чем бензин, и без специальных смазывающих присадок ресурс всех узлов трения очень мал.

Современные мембранные ТНВД не так зависят от смазки, как поршневые, но, тем не менее, нуждаются в ней. Да и в целом насос высокого давления – штука довольно хрупкая, любые загрязнения выведут его из строя. Улучшить ситуацию смогли введением стандарта на смазывающие присадки в топливе.

Конечно, 15% масла, как в двухтактные моторы, добавлять не стали, но топливо Евро-4 и выше обязательно содержит небольшое количество специальных смазок. Не в последнюю очередь – именно для ТНВД на бензиновых машинах.

Учитывая, что официальный запрет на продажу топлива Евро-3 вступил в России в силу лишь 1 января 2015 года, неудивительно, что «непосредственные» машины у нас жили так недолго и несчастливо.

Система непосредственного впрыска топлива: преимущества и недостатки

С форсунками ситуация аналогичная, они дороже и менее надежны, чем на системах распределенного впрыска. Требования к их работе тоже намного выше. Небольшое изменение факела распыла, даже без изменения общего расхода подачи, ведет к серьезным нарушением работы мотора. В результате для сохранения работоспособности резко растут требования по чистоте топлива и рабочей температуре.

Пьезофорсунки еще и имеют ограниченное количество циклов срабатывания, чувствительны к перегреву, а также обладают склонностью при выходе из строя «лить» бензин, что может вызвать гидроудар при запуске.

Особенно это характерно для очень распространенных «высокоточных» пьезофорсунок Bosch, которые имеют ограниченный ресурс, а компания на протяжении последних десяти лет не может создать действительно хорошо работающий вариант.

Склонность к закоксовке впускных клапанов и худшие условия их работы проявились на моторах Мицубиси довольно быстро. Обычно форсунки подают бензин на впускной клапан и охлаждают его. И заодно смывают с него отложения.

У непосредственного мотора такой возможности нет, клапан греется сильнее, больше нагревает воздух, а масло из системы вентиляции картера и из сальника клапана постепенно образует «шубу», которая затрудняет газообмен и приводит к зависанию клапанов и его перегреву.

Особенно тяжело приходится моторам с повышенным расходом масла, а в самой критической группе риска – моторы, которые часто работают с малой нагрузкой, то есть в пробках.

Плохие пусковые качества из-за неудовлетворительного испарения топлива при пуске тоже проявились давно. Оказалось, что оптимизация формы факела впрыска на холодном и горячем моторе должна производиться более тщательно.

Любое попадание топлива на стенки цилиндра приводит к резкому увеличению количества несгоревшего топлива и попаданию его в масло.

А при запуске при отрицательных температурах большое значение приобретает качество распыла бензина: оно должно оказаться намного выше, чем при обычной работе, и давление топлива на пуске должно быть очень высоким. Поначалу этого не учли.

Повышенное количество твердых частиц в выхлопе проявилось позже, когда непосредственный впрыск на европейских машинах уже стал мэйнстримом.

Более точные исследования показали, что эта особенность смесеобразования роднит такой бензиновый мотор с дизелем. Действительно, в процессе работы образуются частички сажи, которые необходимо тоже как-то задерживать.

Например, вводя сажевый фильтр, как на дизельных моторах. Компания Mercedes уже анонсировала подобную опцию для своих машин.

Попадание топлива в масло из-за неисправностей топливного насоса высокого давления – в общем-то чисто конструктивный недостаток насосов Bosch, но в силу их широкого распространения и общности конструкций насосов свойственен почти всем моторам с непосредственным впрыском. Бензин в масле не так уж и страшен, но в больших количествах ведет к снижению вязкости масла до критической, что приводит к повреждениям моторов. И, к тому же, дает повод многим «экспертам» говорить о том, что топливо является причиной «масляной чумы».

Что же делать?

Почти у всех проблем есть пути решения. Например, двойной впрыск, когда топливо подается и в цилиндры, и во впускной трубопровод – это справляется сразу со сложностью с закоксовкой клапанов, экологичностью и плохим запуском в холода.

Такая схема применялась на некоторых двигателях Volkswagen EA888, но продавались они исключительно в США и были заточены под жесткие экологические нормы Калифорнии. Но в конце 2014-го комбинированный впрыск появился и у нас – на моторе 6AR-FE (2 литра, 150 л. с.) Toyota Camry последнего поколения.

Пока сложно судить о надежности, ибо пробеги машин пока небольшие в основной массе, однако предпосылки хорошие.

Система непосредственного впрыска топлива: преимущества и недостаткиПод капотом 2015–н.в. Toyota Camry XLE

С поршневыми кольцами и топливными насосами приходится разбираться чисто конструктивными методами, экспериментируя с формой – часто «дизайн» поршневой группы производители дорабатывают уже после того, как машина вышла на рынок и поразила всех угаром масла. Так, скажем, делала Toyota в 2005 году, доводя до ума моторы серии ZZ (еще без непосредственно впрыска), а позже – Volkswagen с уже упомянутыми выше EA888. Насосы высокого давления тоже стараются сделать надежнее – эта задача технически выполнима.

Читайте также:  Редуктор заднего моста газели, устройство и ремонт

Но все непросто: система очень сложная и дорогая – накладным для производителей выходит не только себестоимость конечной продукции, но и исследования с экспериментами. А маркетологи не дают возможности по 10 лет заниматься испытаниями, требуют все более новых моторов с еще более привлекательными характеристиками.

Рискнуть в сегодняшнем автобизнесе репутацией производителя ненадежных машин считается делом благородным. Если что, всегда выручит отзывная кампания.

Куда хуже – показаться производителем консервативным или, не дай бог, незацикленным на идее спасения планеты от выхлопных газов. Вот это, как мы видимо по примеру Volkswagen и Mitsubishi – действительно страшно.

Тут можно и самостоятельность компании потерять, и топ-менеджмента лишиться.

Источник: https://www.kolesa.ru/article/nesovershenstvo-neposredstvennosti-nadezhnost-i-problemy-motorov-s-pryamym-vpryskom

Система непосредственного впрыска топлива

Система непосредственного впрыска топлива: преимущества и недостаткиКак вы уже знаете, инжекторная система автомобиля имеет различные вариации исполнения. И наиболее современной на сегодняшний день является система непосредственного впрыска топлива. Что собой представляет данная система, по какому принципу она работает, каковы её преимущества и недостатки – ответы на все эти вопросы вы узнаете прямо сейчас.

Система непосредственного впрыска сегодня

Практически все современные автомобили, крупных автоконцернов перешли на этот тип впрыска топлива. Так, рекордсменами в применении и модернизации системы являются Ауди, Фольксваген.

Такая система устанавливается на двигатели FSI, TSI и TFSI. В стороне, конечно же, не остались и японские марки: Мазда, Инфинити. Наконец, подхватил эстафету и концерн Форд, БМВ.

Стоит ли продолжать список дальше?

Данная система впрыска имеет сразу 2 преимущества перед остальными:

  • во-первых, ее реализация позволяет значительно сократить выбросы вредных веществ в атмосферу, что в последнее время очень волнует человечество;
  • во-вторых, система непосредственного впрыска сокращает расход топлива до 15%, что не может не порадовать потребителя.

Как работает система непосредственного впрыска?

Главной чертой данной системы является осуществление впрыска форсунками прямо в цилиндры двигателя, а не в коллектор. Каждая форсунка осуществляет впрыск в определенный цилиндр – это первая особенность системы. Топливо подается в форсунку под высоким давлением. Для создания этого давления необходим своего рода нагнетатель.

Конструкторы пошли по пути дизельных моторов и применили топливный насос высокого давления (ТНВД), работа которого основана на плунжерных парах. Ранее мы рассматривали принцип работы ТНВД, поэтому не будем останавливаться на этом подробно.

Добавим лишь, что управление всем осуществляет электроника, благодаря наличию большого числа датчиков.

Преимущества системы непосредственного впрыска топлива

Главным преимуществом, как мы уже выяснили, является уменьшенное потребление топлива автомобилем. Стоит ли лишний раз говорить, что экономичные автомобили всегда пользовались спросом среди покупателей?

Благодаря подаче топлива под давлением, а также уменьшенной степени сжатия, мотор выдает большую мощность, что также не может не порадовать многих покупателей. К примеру, на тех же двигателях TFSI, оснащенных турбиной, при объеме всего в 1.6 л, мотор способен развивать до 200 л.с. и иметь расход не более 8 л/100 км в городском режиме.

Недостатки системы

Рассматриваемая нами система имеет 2 главных недостатка – это сложность устройства, а также дороговизна ремонта, что прямым образом влияет на затраты.

Тем не менее, прогресс движется вперед и уже сегодня мы видим его плоды. Нет сомнений, что в ближайшее время появиться еще более совершенная система впрыска, которая, с одной стороны, обеспечит еще большую экономичность в вопросе потребления топлива, а с другой – будет гораздо дешевле с точки зрения обслуживания и ремонта.

© 2011 — 2019 Про Тачку. Все права защищены.

  • Adblock detector

Источник: http://pro-tachku.ru/pro-avtoservis/sistema-neposredstvennogo-vpryska-topliva.html

Устройство автомобилей



Инжекторными называются двигатели с искровым зажиганием топливной смеси, в которых в качестве топлива используют бензин, а процесс смесеобразования происходит с помощью форсунки или форсунок, впрыскивающих топливо под давлением во впускной трубопровод или в цилиндр двигателя.

Система непосредственного впрыска топлива: преимущества и недостатки

Впрыск топлива вместо использования процесса карбюрации позволил получить ряд определенных выгод, поэтому в последние годы все системы питания, использующие впрыск все больше вытесняют карбюраторные системы питания двигателей, особенно на легковых автомобилях.

Широкому применению систем впрыска топлива на грузовых автомобилях в настоящее время препятствуют такие их недостатки, как повышенная сложность обслуживания и дороговизна используемых приборов и узлов.

Однако, с учетом несомненных преимуществ, позволяющих получить ощутимую долгосрочную выгоду, можно предположить, что и на грузовом автотранспорте, особенно малой и средней грузоподъемности, системы впрыска бензина найдут широкое применение в ближайшие годы.

На грузовых автомобилях повышенной грузоподъемности и автобусах достойной конкуренции дизельным двигателям пока нет.

***

Достоинства и недостатки систем впрыска топлива

Несомненным преимуществом систем впрыскивания топлива по сравнению с карбюраторными системами питания являются следующие:

  • отсутствие устройств, создающих сопротивление потоку воздуха на впускном трубопроводе (карбюратора) и вследствие этого более высокий коэффициент наполнения цилиндров, что обеспечивает получение более высокой «литровой» мощности;
  • возможность использования большего перекрытия клапанов, когда открыты одновременно впускной и выпускной клапаны, что улучшает процесс продувки камеры сгорания чистым воздухом, а не горючей смесью;
  • более точное дозирование количества топлива, необходимого для работы двигателя на различных режимах его работы;
  • снижение температуры стенок цилиндров, днища поршней и выпускных клапанов из-за лучшей продувки и более равномерного состава горючей смеси, что позволяет без опасности детонации поднять степень сжатия смеси в цилиндре на 2…3 единицы;
  • снижение количества оксидов азота при сгорании топлива, т. е. снижение токсичности отработавших газов;
  • улучшение смазывания зеркала цилиндров двигателя и, как следствие, снижение уровня механических потерь на трение.



  • Таким образом, благодаря перечисленным достоинствам системы питания с впрыском топлива позволяют обеспечить по сравнению с карбюраторной системой (при прочих равных условиях) более высокую мощность двигателя, улучшенную экономичность, снижение выбросов вредных веществ в атмосферу и повышение степени сжатия, а также повысить ресурс двигателя.
  • Особенно ценным качеством бензиновых систем питания, использующих впрыск, является возможность объединить управление систем питания и зажигания посредством единого управляющего центра (компьютера), что открывает широкие динамические и экономические перспективы для инжекторных двигателей, а также возможность существенной автоматизации многих процессов в их работе.
  • Не лишены системы впрыска воздуха и недостатков:
  • относительно высокая стоимость;
  • сложность технического обслуживания, требующая специального оборудования и высокой квалификации обслуживающего персонала;
  • повышенные требования к качеству и очистке бензина.

***

Классификация систем питания с впрыском бензина



Главная страница

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты

Источник: http://k-a-t.ru/dvs_pitanie/30-injektor_1/index.shtml

Непосредственный впрыск топлива (GDI)

Непосредственный впрыск топлива (GDI) представляет собой вариант впрыска топлива и используются в современных двухтактных и четырехтактных бензиновых двигателях. Система представляет собой новейшие технологии впрыска топлива, где бензин находясь под высоким понпадает непосредствено в камеру сгорания каждого цилиндра, в отличие от обычного многоточечного впрыска топлива.

Система непосредственного впрыска топлива: преимущества и недостатки

GDI системы обеспечивают повышение эффективности использования топлива, более высокие значения мощности и более гибкие возможности управления двигателем. В сочетании с компьютеризированной системой управления двигателем (ECU), топливная система непосредственного впрыска не предусмотрена в автомобилях с карбюратором и в автомобилях с многоточечным впрыска топлива предыдущих годов выпуска.

Преимущества GDI

Основными преимуществами двигателя GDI , как было сказано выше, являются эффективность использования топлива и высокой мощности выхода. Уровни выбросов также могут  более точно управляться с помощью системы GDI. Приведенные выгоды достигаются благодаря точному контролю над количеством топлива.

Кроме того, нет никаких потерь дросселирования в некоторых двигателях,  по сравнению с обычным впрыском топлива или карбюраторными двигателями.

  Частота вращения двигателя контролируется  системой управления двигателем (EMS), которая регулирует подачу топлива функцией впрыска и зажигания и помогает дроссельной заслонке ограничивать поток входящего воздуха.

Режимы горения

Система управления двигателем постоянно выбирает между тремя режимами горения: ультра обедненной смеси, стехиометрической, и полной выходной мощности. Каждый режим характеризуется соотношением воздух-топливо.

Ультра обедненной режим используется для легкой нагрузки на двигатель,  при постоянной (без ускорений) или небольшой скорости. Топливо впрыскивается не на такте впуска , а на более поздней стадии такта сжатия.

Стехиометрический режим используется при умеренных условиях нагрузки. Топливо впрыскивается во время такта впуска и происходит создание однородной топливно-воздушной смеси в цилиндре.

Режим полного энергопотребления используется при резком ускорении и тяжелогруженых автомобилей (например, при движении вверх по склону). Топливо впрыскивается во время такта впуска.

Недостаток прямого впрыска

Основными недостатками двигателей с прямым впрыском являются их сложность и стоимость.  Компоненты используемые в системе непосредственного впрыска должны быть более прочными, так как они работают  при значительно более высоком давлении, чем непрямые системы впрыска,  а форсунки  должны быть способны выдерживать температуру и давление сгорания внутри цилиндра.

Источник: https://www.moly-shop.ru/blog/vprysk-topliva-gdi

Автомобильные моторы с непосредственным впрыском топлива: плюсы и минусы

Чем отличается схема с непосредственном впрыском

В начале нулевых бензиновые моторы  с непосредственным впрыском стали чаще появляться на российском рынке автомобилей.

В настоящее время практически каждая современная машина, как дорогая, так и бюджетная, оснащается таким движком.

По мнению большинства экспертов, такие автомобили были, есть и будут до появления и распространения на рынке кардинально новых средств передвижения (например, электромобилей).

Главный момент, который отличает мотор с непосредственным впрыском от классической схемы  – подача топлива не в коллектор, а напрямую в цилиндр. Другими словами, камера сгорания получает не уже готовую топливовоздушную смесь (как в стандартном варианте), а живое топливо. Смесеобразование будет происходить в самом двигателе.

Зачем это придумали?

Ученые задумались о такой чудо-системе еще в далеком 19 веке. Но до недавних пор система не была распространена среди производителей автомобилей. Первыми такими машинами с аналогичными моторами стали представители бренда  Mitsubishi, а вслед за этим производителем потянулись и известные во всем мире марки: Toyota, Mercedes, BMW и другие.

Вся хитрость заключается в том, что благодаря такой системе можно абсолютно четко руководить ходом смесеобразования. Данная схема буквально заставляет мотор функционировать на очень бедной топливовоздушной смеси.

Стандартный двигатель работает при пропорциях бензин-воздух 1 к 14, а движки с непосредственным впрыском способны вытянуть на 1 к 20, а некоторые, более усовершенствованные конструкции на 1:40. Согласитесь, разница колоссальная.

Именно эта способность и позволяет автовладельцам существенно экономить на топливе, ведь мотор с непосредственным впрыском будет сжигать намного меньше горючего. Стоит отметить, что     мощностные и динамические показатели такого автомобиля будут невероятно высокими.

Производители подобных моторов утверждают, что экономия топлива доходит до 25 процентов, а тяга и мощность увеличивается на 15 процентов. Всего этого можно добиться и при малом литраже, соответствуя также и экологическим стандартам. С этой стороны такие двигатели представляются просто сказочными и привлекают все большее число покупателей.

Читайте также:  Ремонт форсунок delphi, практические советы

Дело техники: в чем хитрость? 

Использование системы непосредственного впрыска требует очень многого от конструкции двигателя, насоса и качества топлива. Кроме того, особые требования выдвигаются к смазочным материалам и электрике. Чтобы смесь образовывалась правильно при непосредственном впрыске, нужен очень слаженный и сложный процесс.

Поэтому электроника автомобиля снабжена многими дополнительными программами, которые управляют несколькими циклами функциональности. Не говоря уже о сотнях специальных датчиков, каждый из которых отвечает за свою функцию.

  За распыл топлива ответственными являются специальные форсунки, способные работать при очень высоком давлении. Топливные насосы также должны отличаться высокой производительностью. Каждый элемент такой системы должен быть высокотехнологичным и надежным.

Только соблюдение всех условий и требований позволит правильно распылять горючее. Тем более на различных режимах функционирования мотора необходимо по-разному распоряжаться готовой смесью.

На холостом ходу мотор работает в режиме послойного смесеобразования – смесь обедняется до максимума, но тем не менее ничуть не теряет своим положительных качеств и остается пригодной для дальнейшей работы.

Когда нагрузка на движок максимальна, дроссельная заслонка и каналы впуска остаются открытыми. Кроме того, по максимуму дожигаются выхлопные газы, а это  существенно увеличивает экологичность работы двигателя.

  

Преимущества и недостатки

Самым главным недостатком, о котором говорят специалисты и недовольные владельцы, является низкая надежность. Суть в том, что даже самая мелкая неисправность одного из элементов схемы приводит двигатель в состояние «капризов». Начинаются сбои в работе, электроника сигнализирует хозяину о проблемах.

Кроме того, к недостаткам отнесем и немалую стоимость подобного двигателя. Будучи сложной технологической конструкцией, мотор с непосредственным впрыском топлива требует соблюдения четких правил и безотказной работы всех составляющих системы. Также внимательно нужно относиться к системе питания и зажигания.

Еще выделим недостаток, который стопроцентно не понравится ни одному водителю – повышенные требования к качеству топлива. Заливать в бак дешевое горючее не выйдет. Проблема заключается в том, что низкокачественное топливо содержит крайне нежелательные для состояния движка соединения серы, фосфора и железа.

Различные примеси также негативно скажутся на функциональности такого мотора. Цена запчастей и стоимость обслуживания таких двигателей не понравится автомобилисту, который хочет купить машину с таким мотором. Увы, но дешевых запасных частей к таким движкам не существует.

Ужесточаются требования к маслу, фильтрам и остальным расходным материалам. Высокотехнологичный агрегат требует  дорогостоящего внимания.

А теперь рассмотрим преимущества, на фоне которых минусы улетучиваются. Двигатели с непосредственным впрыском по праву считаются наиболее технологичными. Плюс, стоит отметить и экономичность агрегата. Благодаря таким моторам существенно увеличивается тяга и мощность автомобиля.

Такие машины просты и удобны для жителей крупных городов, для которых характерны частые пробки на дорогах. К тому же, благодаря таким движкам увеличивается интервал между периодическими заменами масла. Перечисленные преимущества будут ощутимы при строгом соблюдении правил обслуживания авто.

  Потребуется внимательное и бережное отношение к двигателю.

Источник: http://trezvyi-voditel.su/page/avtomobilnyie-motoryi-s-neposredstvennyim-vpryiskom-topliva-plyusyi-i-minusyi

Система непосредственного впрыска топлива в бензиновых двигателях: принцип работы

Система непосредственного впрыска топлива в бензиновых двигателях на сегодняшний день представляет собой наиболее совершенное и современное  решение. Главной особенностью непосредственного впрыска можно считать то, что горючее подается в цилиндры напрямую.

По этой причине данную систему также часто называют прямым впрыском топлива. В этой статье мы рассмотрим, как работает двигатель с непосредственным впрыском топлива, а также какие преимущества и недостатки имеет такая схема.

Прямой впрыск топлива: устройство системы непосредственного впрыска

Как уже было сказано выше, горючее в подобных системах питания подается непосредственно в камеру сгорания двигателя. Это значит, что форсунки распыляют бензин не во впускном коллекторе, после чего топливно-воздушная смесь поступает через впускной клапан в цилиндр, а впрыскивают топливо в камеру сгорания напрямую.

Первыми бензиновыми двигателями с непосредственным впрыском стали моторы GDI на моделях японской компании Mitsubishi. В дальнейшем схема получила широкое распространение, в результате чего сегодня ДВС с такой системой подачи топлива можно встретить в линейке многих известных автопроизводителей.

Например, концерн VAG представил ряд моделей Audi и Volkswagen с атмосферными и турбированными бензиновыми двигателям TFSI, FSI и TSI, которые получили непосредственный впрыск топлива. Также двигатели с прямым впрыском производит компания BMW, Ford, GM, Mercedes и многие другие.

Такое широкое распространение непосредственный впрыск топлива получил благодаря высокой экономичности системы (около 10-15% по сравнению с распределенным впрыском), а также более полноценному сгоранию рабочей смеси в цилиндрах и снижению уровня токсичности отработавших газов.

Система непосредственного впрыска: конструктивные особенности

Итак, давайте в качестве примера возьмем двигатель FSI с его так называемым «послойным» впрыском. Система включает в себя следующие элементы:

  • контур высокого давления;
  • бензиновый ТНВД;
  • регулятор давления;
  • топливную рампу;
  • датчик высокого давления;
  • инжекторные форсунки;

Начнем с топливного насоса. Указанный насос создает высокое давление, под которым топливо подается к топливной рампе, а также на форсунки. Насос имеет плунжеры (плунжеров может быть как несколько, так и один в насосах роторного типа) и приводится в действие от распредвала впускных клапанов.

РДТ (регулятор давления топлива) интегрирован в насос и отвечает за дозированную подачу топлива, что соответствует впрыску форсунки. Топливная рейка (топливная рампа) нужна для того, чтобы распределить горючее на форсунки. Также наличие данного элемента позволяет избежать скачков давления (пульсации) горючего в контуре.

Кстати, в схеме используется специальный клапан-предохранитель, который стоит в рейке. Указанный клапан нужен для того, чтобы избежать слишком высокого давления топлива и тем самым защитить отдельные элементы системы. Рост давления может возникать по причине того, что горючее имеет свойство расширяться при нагреве.

Датчик высокого давления является устройством, которое измеряет давление в топливной рейке. Сигналы от датчика передаются на ЭБУ (электронный блок управления двигателем), который, в свою очередь, способен изменять давление в топливной рейке.

Что касается инжекторной форсунки, элемент обеспечивает своевременную подачу  и  распыл топлива в камере сгорания, чтобы создать необходимую топливно-воздушную смесь. Отметим, что описанные процессы протекают под управлением ЭСУД (электронная система управления двигателем). Система имеет группу различных датчиков, электронный блок управления, а также исполнительные устройства.

Если же говорить о системе прямого впрыска, вместе с датчиком высокого давления топлива для ее работы задействованы: датчик коленчатого вала, ДПРВ, датчик положения дроссельной заслонки, воздухорасходомер, датчик температуры воздуха во впускном коллекторе, датчик температуры ОЖ и т.д.

Благодаря работе этих датчиков на ЭБУ поступает нужная информация, после чего блок посылает сигналы на исполнительные устройства. Это позволяет добиться слаженной и точной работы электромагнитных клапанов, форсунок, предохранительного клапана и ряда других элементов.

Как работает система непосредственного впрыска топлива

Главным плюсом непосредственного впрыска является возможность добиться различных типов смесеобразования. Другим словами, такая система питания способна гибко изменять состав рабочей топливно-воздушной смеси с учетом режима работы двигателя, его температуры, нагрузки на ДВС и т.д.

Следует выделить послойное смесеобразование, стехиометрическое, а также гомогенное. Именно такое смесеобразование позволяет в конечном итоге максимально эффективно расходовать топливо. Смесь всегда получается качественной независимо от режима работы ДВС, бензин сгорает полноценно, двигатель становится более мощным, при этом одновременно снижается токсичность выхлопа.

  • Послойное смесеобразование задействуется тогда, когда нагрузки на двигатель низкие или средние, а обороты коленвала небольшие. Если просто, в таких режимах смесь несколько обедняется в целях экономии.  Стехиометрическое смесеобразование предполагает приготовление такой смеси, которая легко воспламеняется, при этом не является слишком обогащенной.
  • Гомогенное смесеобразование позволяет получить так называемую «мощностную» смесь, которая нужна при больших нагрузках на двигатель. На обедненной гомогенной смеси в целях дополнительной экономии силовой агрегат работает на переходных режимах.
  • Когда задействован режим послойного смесеобразования, дроссельная заслонка широко открыта, при этом впускные заслонки находятся в закрытом состоянии. В камеру сгорания воздух подается с высокой скоростью, возникают завихрения воздушных потоков. Горючее впрыскивается ближе к концу такта сжатия, впрыск производится в область расположения свечи зажигания.

За короткое время до того, как на свече появится искра, образуется топливно-воздушная смесь, в которой коэффициент избыточного воздуха составляет 1.5-3. Далее смесь воспламеняется от искры, при этом вокруг зоны воспламенения сохраняется достаточно количество воздуха. Указанный воздух выполняет функцию температурного «изолятора».

Если же рассматривать гомогенное стехиометрическое смесеобразование, такой процесс происходит тогда, когда впускные заслонки открыты, при этом дроссельная заслонка также открыта на тот или иной угол (зависит от степени нажатия на педаль акселератора).

В этом случае горючее впрыскивается еще на такте впуска, в результате чего удается получить однородную смесь. Избыток воздуха имеет коэффициент, близкий к единице. Такая смесь легко воспламеняется и полноценно сгорает по всему объему камеры сгорания.

Обедненная гомогенная смесь создается тогда, когда дроссельная заслонка полностью открыта,  а впускные заслонки закрыты. В этом случае воздух активно движется в цилиндре, а впрыск горючего приходится на такт впуска. ЭСУД поддерживает избыток воздуха на отметке 1.5.

Дополнительно к чистому воздуху могут быть добавлены отработавшие газы. Это происходит благодаря работе системы рециркуляции отработавших газов EGR. В результате выхлоп повторно «догорает» в цилиндрах без ущерба для мотора. При этом снижается уровень выброса вредных веществ в атмосферу.

Что в итоге

Как видно, прямой впрыск позволяет добиться не только экономии топлива, но и хорошей отдачи от двигателя как в режимах низких и средних, так и высоких нагрузок. Другими словами, наличие непосредственного впрыска означает, что оптимальный состав смеси будет поддерживаться на всех режимах работы ДВС.

Что касается недостатков, к минусам прямого впрыска можно отнести разве что повышенную сложность  во время ремонта и цену запчастей, а также высокую чувствительность системы к качеству горючего и состоянию фильтров топлива и воздуха.

Источник: http://KrutiMotor.ru/sistema-neposredstvennogo-vpryska-topliva-v-benzinovyh-dvigatelyah-printsip-raboty/

Ссылка на основную публикацию