Корзина
Система непосредственного впрыска топлива в бензиновых двигателях: принцип работы
05.04.2023
Реклама наших партнеров
На сегодняшний день, система непосредственного впрыска топлива в бензиновые двигатели является наиболее передовым и современным технологическим решением. Одной из ключевых характеристик этой системы является подача топлива непосредственно в цилиндры двигателя.
Именно по этой причине такую систему также часто называют системой прямого впрыска топлива. В данной статье мы изучим принцип работы двигателя с непосредственным впрыском топлива, а также рассмотрим достоинства и недостатки такой конфигурации.
Прямой впрыск топлива: устройство системы непосредственного впрыска
Как было отмечено ранее, в системах непосредственного впрыска топлива топливо поступает прямо в камеру сгорания двигателя. В данном случае форсунки распыляют бензин непосредственно внутри цилиндра, вместо впрыскивания его в впускной коллектор, после чего топливо смешивается с воздухом внутри цилиндра.
Первыми, кто внедрил бензиновые двигатели с непосредственным впрыском, были японские модели Mitsubishi, оборудованные системой GDI. Позже такая схема стала широко распространена, и сегодня множество автопроизводителей включили двигатели с такой системой в свои модельные ряды.
Например, концерн VAG выпустил ряд моделей Audi и Volkswagen, оснащенных атмосферными и турбированными бензиновыми двигателями TFSI, FSI и TSI, которые используют непосредственный впрыск топлива. Также такие двигатели выпускаются компаниями BMW, Ford, GM, Mercedes и многими другими автопроизводителями.
Этому широкому распространению непосредственного впрыска топлива способствует высокая экономичность системы (с экономией около 10-15% по сравнению с распределенным впрыском), а также более эффективное сгорание топливной смеси внутри цилиндров и снижение уровня выбросов вредных веществ от отработавших газов.
Система непосредственного впрыска: конструктивные особенности
Для наглядности рассмотрим систему FSI (Fuel Stratified Injection) с ее уникальной "послойной" системой впрыска. Эта система включает в себя следующие компоненты:
Контур высокого давления: Служит для создания высокого давления, при котором топливо подается как к топливной рампе, так и к инжекторным форсункам. Для этой цели используется бензиновый топливный насос, который приводится в действие распредвалом впускных клапанов.
Регулятор давления топлива (РДТ): Встроенный в топливный насос, РДТ отвечает за дозированную подачу топлива в соответствии с требованиями впрыска форсунок.
Топливная рампа: Служит для равномерного распределения топлива по форсункам и предотвращает пульсации давления в топливной системе. В рампе также присутствует клапан-предохранитель, который регулирует давление и защищает систему от возможного повышения давления при нагреве топлива, которое может расширяться.
Датчик высокого давления: Измеряет давление в топливной рампе и передает данные на ЭБУ (электронный блок управления двигателем), который может регулировать давление в системе.
Инжекторные форсунки: Осуществляют точную подачу и распыление топлива в камеру сгорания, создавая необходимую топливно-воздушную смесь. Эти процессы управляются электронной системой управления двигателем (ЭСУД), которая включает в себя различные датчики, ЭБУ и исполнительные устройства.
Когда рассматривается система прямого впрыска, она также включает в себя другие датчики, такие как датчик коленчатого вала, датчик давления топлива в выпускном коллекторе (ДПРВ), датчик положения дроссельной заслонки, воздухорасходомер, датчик температуры воздуха во впускном коллекторе, датчик температуры охлаждающей жидкости и многие другие. Эти датчики передают информацию на ЭБУ, которая, в свою очередь, управляет исполнительными устройствами, такими как электромагнитные клапаны, форсунки и предохранительный клапан, обеспечивая точное и согласованное функционирование системы.
Как работает система непосредственного впрыска топлива
Одним из главных преимуществ системы непосредственного впрыска является ее способность создавать разные типы топливно-воздушных смесей в зависимости от работы двигателя, его температуры, нагрузки и других параметров. Система может регулировать смесеобразование в трех основных режимах: послойное, стехиометрическое и гомогенное. Это позволяет максимально эффективно использовать топливо и улучшать характеристики двигателя, одновременно снижая выбросы вредных веществ.
Послойное смесеобразование: Этот режим используется при низкой или средней нагрузке на двигатель и низких оборотах коленвала. В этом случае смесь более обеднена для экономии топлива. Дроссельная заслонка широко открыта, и впускные клапаны закрыты. Воздух поступает в цилиндр с высокой скоростью, создавая завихрения воздушных потоков. Топливо впрыскивается ближе к концу сжатия, вблизи свечи зажигания. Смесь, которая образуется, богата воздухом, и это обеспечивает полное сгорание бензина, увеличивая мощность двигателя и снижая выбросы.
Стехиометрическое смесеобразование: В этом режиме смесь готовится так, чтобы она была стехиометрически точной, что означает, что соотношение топлива к воздуху является оптимальным для полного сгорания. Этот режим используется при нормальных условиях работы двигателя, когда нагрузка на него средняя. Дроссельная заслонка может быть открыта на разные уровни, в зависимости от нажатия на педаль акселератора. Топливо впрыскивается на такте впуска, создавая однородную смесь, которая легко воспламеняется и полностью сгорает.
Гомогенное смесеобразование: Этот режим используется при высокой нагрузке на двигатель. Дроссельная заслонка полностью открыта, и впускные клапаны также открыты на определенный угол. Воздух активно циркулирует в цилиндре, и топливо впрыскивается на такте впуска. Это создает гомогенную смесь, которая бедна воздухом. Дополнительно, в смесь могут быть добавлены отработавшие газы с помощью системы рециркуляции отработавших газов (EGR), что позволяет повторно сжечь их в цилиндрах без ущерба для двигателя и снижает выбросы вредных веществ.
Эти разные режимы смесеобразования позволяют системе непосредственного впрыска топлива максимально адаптироваться к различным условиям работы двигателя, обеспечивая эффективность и экологичность его функционирования.
Что в итоге
Как можно видеть, система прямого впрыска топлива обладает рядом преимуществ, таких как экономия топлива и хорошая производительность двигателя как при низких и средних нагрузках, так и при высоких нагрузках. Другими словами, система непосредственного впрыска обеспечивает оптимальный состав топливно-воздушной смеси на всех режимах работы двигателя.
Однако, среди недостатков системы прямого впрыска можно отметить следующие:
Сложность ремонта: Ремонт системы прямого впрыска может потребовать более высокой квалификации и специализированных инструментов. Это может повысить стоимость обслуживания и ремонта двигателя.
Стоимость запчастей: Запчасти для системы прямого впрыска часто бывают более дорогими, чем для более простых систем впрыска. Это может увеличить расходы на замену и обслуживание компонентов системы.
Чувствительность к качеству топлива: Системы прямого впрыска более чувствительны к качеству используемого топлива. Низкое качество топлива или наличие примесей могут повредить форсунки и другие компоненты системы.
Состояние фильтров: Надлежащее обслуживание и замена фильтров топлива и воздуха имеет большое значение для правильной работы системы прямого впрыска. Засоренные фильтры могут вызвать проблемы в работе системы.
Несмотря на эти недостатки, система прямого впрыска топлива все равно остается популярным выбором благодаря своим преимуществам в эффективности и экологичности работы двигателя.
