Promremont34.ru

Авто мастеру
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое двигатели с впрыскиванием бензина

Современные двигатели и их боли. Часть 3. Непосредственный впрыск в России

За многие годы активного сотрудничества между потребителями и мастерами автосервисов, проведения всевозможных тестов продукции, а также самостоятельных ремонтов, мы наработали огромную базу знаний. Сегодня мы продолжаем серию публикаций о распространенных проблемах современных моторов. Ни в коем случае не хотим высказывать претензии автопроизводителям. Вся информация собрана при личном общении или на собственном опыте экспертов LAVR.

Тема сегодняшнего разговора – проблемы моторов с непосредственным впрыском топлива.

Непосредственный или прямой впрыск считается наиболее современным. Хотя саму технологию пытались применять на автомобильных моторах еще до войны – она претерпевала разнообразные изменения. На современном этапе (года после 2007) машины, оснащенные двигателем с непосредственным впрыском, начиная от 40 000 км пробега сталкиваются со множеством типичных проблем, за которыми следует сложный, дорогостоящий ремонт. При этом, турбированные моторы по сравнению с обычными атмосферными сталкиваются с неисправностями чаще и раньше, ведь там температурные нагрузки во впуске выше.

Варианты топливных систем бензиновых двигателей

Впрыск топлива в воздушный поток может происходить как за счёт разрежения, так и за счёт избыточного давления. Например, в карбюраторе впрыскивание происходит за счёт разрежения, а в большинстве современных систем — за счёт избыточного давления.

  • центральным (например, наддроссельный впрыск),
  • распределённый или коллекторный (осуществляется отдельной форсункой в предкамеру, расположенную перед впускным клапаном каждого цилиндра двигателя),
  • непосредственный (осуществляется напрямую в камеры сгорания, отдельными форсунками), встречается в разных вариациях, характерен для современных автомобилей..

Варианты топливных систем бензиновых двигателей (R R. Bosch)

Конструктивное решение с карбюраторами

Дольше всего человечество знакомо с подачей топлива посредством карбюратора. И не потому, что такие решения лучшие, а потому что они – первые. И через множество лет это были единственно доступные системы. Карбюратор был неотъемлемой частью топливной системы на протяжении сотни лет. Нельзя сказать, что сейчас карбюраторы полностью исчезли из жизни, но на легковой и коммерческий транспорт карбюраторы ставить перестали. Их можно увидеть только на средствах малой механизации, которые применяются для садовых, строительных работ.

Автопром же перестал выпускать машины с карбюраторной системой еще в 90-е годы прошлого века.
Принцип их действия основан на всасывании топлива в поток воздуха, проходящего через сужение карбюратора. увеличение скорости движения воздуха в месте сужения воздушного канала формирует разрежение воздуха.

Объём воздуха, который проходит через сужение воздушного канала, пропорционален объёму топлива, поступающего через распылитель карбюратора. Благодаря этому несложно в автоматическом режиме поддерживать требуемое отношение топлива к воздуху.
.

Как работает устройство?

  1. Топливо из бака выбирает насос (управляемый механически или электрически – в зависимости от модели).
  2. ДВС запускается, и поток воздуха, проходящий через сужение воздушного канала карбюратора, создает разрежение.
  3. В смесительную камеру карбюратора поступает топливо.
  4. Жиклер (калиброванное отверстие) дозирует топливо.

С точки зрения работы всё достаточно просто. Так почему же карбюраторы уходят в историю?

Здесь достаточно много причин:

  • Низкая экономичность, а соответственно, и низкий уровень топливной эффективности.
  • Проблемы при переменных режимах работы, снижающие динамические качества- автомобиля.
  • Прямая зависимость от расположения двигателя в автомобиле.
  • Выброс в окружающую среду большого количества вредных веществ (несоответствие нормативам эмиссии газообразных вредных выбросов в атмосферу).

Как работает двигатель GDI

Напоминает по конструкции обычный бензиновый и дизель. В каждом цилиндре присутствует свеча зажигания, форсунка, а топливо подается насосом высокого давления под давлением 5 МПа. Форсунка обеспечивает два различных режима впрыскивания топлива.

В работе GDI различаются три возможных режима в зависимости от режима движения автомобиля.

Работа на сверхбедных смесях

Реализуется при малых нагрузках авто: при спокойной езде и движении по трассе на скоростях до 120 км/ч. Топливо подается в цилиндр практически как в дизеле — в конце такта сжатия.

Работа на стехиометрической смеси

Используется при интенсивной городской езде, движении по высокой скорости и обгонах автомобилей. При стехиометрическом составе смеси с воспламенением никаких проблем не возникает. Впрыск топлива осуществляется в процессе такта впуска. Топливо впрыскивается коническим факелом, распыляется по всему цилиндру и, испаряясь, охлаждает при этом воздух в цилиндре. Благодаря охлаждению снижается вероятность детонации и калильного зажигания.

Читать еще:  Василий шкондин магнитный двигатель схема

Третий режим двигателя GDI

Позволяет повысить момент двигателя авто, когда двигаясь на малых оборотах, резко нажимается педаль акселератора. Если двигатель работает на малых оборотах, а в него вдруг подается обогащенная смесь, вероятность детонации возрастает. Поэтому впрыск осуществляется в два этапа.

Небольшое количество топлива впрыскивается в цилиндр на такте впуска и охлаждает воздух в цилиндре. При этом цилиндр заполняется сверхбедной смесью (примерно 60:1), в которой детонационные процессы не происходят. Затем, в конце такта сжатия, подается струя топлива, которая доводит соотношение до «богатого» 12:1. А на детонацию времени не остается.

Кто, где, когда и главное сколько стоит?

Перед установкой газа на авто вопросов у владельца, как правило всегда больше чем ответов.

  • Выгодно ли ГБО на прямой впрыск?
  • Не навредит ли ГБО двигателю FSI, TSI, TFSI?
  • Как быстро окупится газобаллонное оборудование?
  • Где установить ГБО на непосредственный впрыск?
  • Какое оборудование выбрать для установки газа на FSI, TSI, TFSI?

Не будем рассматривать подробно ответы на каждый из них, ведь мы уже неоднократно доказывали, что ГБО это выгодно, ГБО не вредит мотору, а срок окупаемости зависит от условий эксплуатации. Но в случае с газобаллонным оборудованием на моторы с непосредственным впрыском следует сделать несколько уточнений.

  1. Газобаллонное оборудование на прямой впрыск дороже классического ГБО 4 поколения, ведь само оборудование стоит больше, и квалификация специалистов его настраивающих должна быть соответствующая.
  2. При работе двигателя на газовом топливе в камеру сгорания будет подаваться и бензин (10-15%). Это значит, что бинарная смесь будет всегда состоять из воздуха и двух видов топлива: газ + бензин. При таком подходе неизбежны и бензиновые затраты, а значит, срок окупаемости будет чуть больше. Хотя, как правило, он все равно не превышает 15-20 тыс. км.
  3. Доверять установку ГБО на прямой впрыск можно только проверенным специалистам. При неквалифицированном монтаже и настройке вероятность получить некорректно работающую систему высока, а это может повлечь дорогостоящие ремонты и замену бензиновых форсунок.

Газовое оборудование для двигателей с прямым впрыском топлива выпускают многие производители. Но учитывая сложность технологии, не всякое ГБО можно поставить на машину. Часть таких комплектов попросту рассчитана на 3-5 моделей и не может быть использована на других авто.

При выборе газобаллонного оборудования на прямой впрыск рекомендуется использовать ГБО от ведущих мировых производителей (STAG, Landi Renzo, Prins и др.). Только серьезные компании с собственными испытательными полигонами и научно-исследовательскими центрами способны создавать долговременно и качественные работающие системы. Кроме того, каждая такая система перед выпуском на рынок испытывается в заводских условиях, тем самым обеспечивая надежность в повседневной эксплуатации.

Профессиональный монтаж и настройку ГБО на прямой впрыск в Украине пока осуществляют всего несколько СТО, но в итоге вы получите корректную работу двигателя во всех мощностных режимах и реальную экономию эксплуатационных затрат.

Добрый день. На Opel signum 2.2 direct возможна ли установка? И стоимость.

Распределенный

ИЛИ МНОГОТОЧЕЧНЫЙ впрыск топлива – сегодня самая распро¬страненная система питания двигателей на современных автомобилях. От предыдуще¬го типа она отличается прежде всего тем, что во впускном коллекторе каждого цилиндра стоит индивидуальная форсунка. В определенные моменты времени она впрыскивает необходимую порцию бензина прямо на впускные клапаны “своего” цилиндра.

Многоточечный впрыск бывает параллельным и последовательным. В первом случае в определенный момент времени срабатывают все форсунки, топливо перемешивается с воздухом, и получившаяся смесь ждет открытия впускных клапанов, чтобы попасть в цилиндр. Во втором случае период работы каждого инжектора рассчитывается индивидуально, чтобы бензин подавался за строго определенное время перед открытием клапана. Эффективность такого впрыска выше, поэтому большее распространение получили именно последовательные системы, несмотря на более сложную и дорогую электронную “начинку”. Хотя иногда встречаются и более дешевые комбинированные схемы (форсунки в этом случае срабатывают попарно).

Поначалу системы распределенного впрыска тоже управлялись механически. Но со временем электроника и здесь одержала верх. Ведь, получая и обрабатывая сигналы от множества датчиков, блок управления не только командует исполнительными механизмами, но и может сигнализировать водителю о неисправности. Причем даже в случае поломки электроника переходит на аварийный режим работы, позволяя автомобилю самостоятельно добраться до сервисной станции.

Читать еще:  Chrysler voyager какой двигатель лучше

Распределенный впрыск обладает целым рядом достоинств. Помимо приготовления горючей смеси правильного состава для каждого режима работы двигателя такая система вдобавок точнее распределяет ее по цилиндрам и создает минимальное сопротивление проходящему по впускному коллектору воздуху. Это позволяет улучшить многие показатели мотора: мощность, экономичность, экологичность и т.д. Из недостатков многоточечного впрыска можно назвать, пожалуй, лишь только довольно высокую стоимость.

Что такое система впрыска GDI?

Бензиновый двигатель — легко пускается, разгоняется быстро, но любит «покушать». Дизель не столь быстроходен, имеет повышенный уровень шума, зато потребляет меньше топлива. Вот бы совместить их. Такими качествами обладают двигатели GDI с непосредственным впрыском топлива.

Чтобы объяснить принцип работы двигателя GDI с непосредственным впрыском рассмотрим теорию двигателей.

Теория работы двигателя

Чтобы топливо сгорело, нужен воздух. Но надо смешать с топливом столько воздуха, сколько нужно для полного сгорания. Такое количество воздуха называется стехиометрическим. Например, для бензина оптимальный состав топливной смеси выражается соотношением 14,7:1, то есть на 1 грамм бензина нужно 14,7 грамма воздуха. Смесь, в которой воздуха больше, чем нужно — называется бедной, а та, в которой воздуха меньше, чем нужно (то есть больше топлива) — называется богатой.

Слишком бедную смесь не всегда удается поджечь, при работе на богатой смеси несгоревшее топливо бесполезно «вылетает в трубу».

Воздух нужен не только для сгорания. Чем выше давление в цилиндре перед воспламенением смеси, тем больше отдача двигателя. И нам очень выгодно, чтобы больше воздуха попало в цилиндр на такте впуска: тем больше потом будет давление. А вот теперь пора разбираться, почему дизель экономичнее.

Вспомним, как работает ДВС. У бензинового двигателя на такте впуска смесь воздуха и топлива поступает в цилиндр, затем она сжимается и поджигается искрой. У дизеля на такте впуска в цилиндр поступает только воздух, который сжимается поршнем под большим давлением и от этого еще и нагревается. К концу сжатия в цилиндр впрыскивается топливо, которое при высоких давлении и температуре самовоспламеняется. Давление в цилиндре дизеля намного выше, чем в цилиндре бензинового двигателя: для дизеля нормальная степень сжатия — 18, а у бензиновых — едва достигает 12. А выше давление в цилиндре — выше и эффективность.

А если поднять степень сжатия в бензиновом двигателе? Пробовали. Но выше 12 не получается. Потому что есть такие явления, как детонация и калильное зажигание.

Детонация — очень быстрое сгорание топлива в точках, удаленных от свечи, сопровождается резким местным перегревом и перегрузкой деталей двигателя. Внешний признак детонации — стук. Калильное зажигание — преждевременное (до появления искры) воспламенение смеси от перегретых деталей камеры сгорания.

Длительная работа с детонацией и калильным зажиганием недопустима: мотор быстро выйдет из строя. Детонацию и калильное зажигание провоцируют высокая температура и высокое давление. Во избежание детонации моторы с высокой степенью сжатия «кормят» высокооктановым бензином (АИ-98), но выше степени сжатия 12 его «не хватает».

Если мы хотим сделать бензиновый двигатель экономичным, «эластичным» и при этом более мощным, то мы должны избавить его от детонации и научить «питаться» бедной смесью. Вот если бы топливо впрыскивалось непосредственно в цилиндр.

Как работает двигатель GDI?

Двигатель GDI напоминает по конструкции и обычный бензиновый, и дизель. В каждом цилиндре присутствует и свеча зажигания, и форсунка, а топливо подается насосом высокого давления под давлением 5 МПа. Форсунка обеспечивает два различных режима впрыскивания топлива.

В работе GDI различаются три возможных режима в зависимости от режима движения. Работа на сверх бедных смесях. Этот режим используется при малых нагрузках: при спокойной городской езде и загородном движении на скоростях до 120 км/ч. В этом случае топливо подается в цилиндр практически как в дизеле — в конце такта сжатия.

В результате наиболее обогащенное топливом облако оказывается непосредственно около свечи зажигания и благополучно воспламеняется, поджигая затем бедную смесь. В результате двигатель устойчиво работает даже при общем соотношении воздуха и топлива в цилиндре 40:1.

Работа на стехиометрической смеси. Этот режим используется при интенсивной городской езде, высокоскоростном загородном движении и обгонах. При стехиометрическом составе смеси с воспламенением никаких проблем не возникает. Впрыск топлива осуществляется в процессе такта впуска. Топливо впрыскивается коническим факелом, распыляется по всему цилиндру и, испаряясь, охлаждает при этом воздух в цилиндре. Благодаря охлаждению снижается вероятность детонации и калильного зажигания.

Читать еще:  Двигателем что и версия volkswagen

Еще один режим реализует система управления GDI. Он позволяет повысить момент двигателя в том случае, когда двигаясь на малых оборотах, резко нажимается педаль акселератора. Если двигатель работает на малых оборотах, а в него вдруг подается обогащенная смесь, вероятность детонации возрастает. Поэтому впрыск осуществляется в два этапа.

Небольшое количество топлива впрыскивается в цилиндр на такте впуска и охлаждает воздух в цилиндре. При этом цилиндр заполняется сверх бедной смесью (примерно 60:1), в которой детонационные процессы не происходят. Затем, в конце такта сжатия, подается струя топлива, которая доводит соотношение воздуха и топлива в цилиндре до «богатого» 12:1. А на детонацию времени не остается.

Что в итоге? Степень сжатия удалось поднять до 12—12,5, двигатель устойчиво работает на очень бедной смеси. По сравнению с «обычным» бензиновым двигателем, GDI расходует на 10% меньше топлива, выдает на 10% больше мощности и выбрасывает на 20% меньше углекислого газа.

Новое — хорошо исполненное старое

В 1995 году непосредственный впрыск возродила компания Mitsubishi Motors. В конце 1970-х, когда Motronic казался вершиной эволюции, японские инженеры решили разработать наиболее совершенную из всех систем питания бензиновых двигателей. И им это удалось. Во-первых, двигатели GDI (gasoline direct injection, «непосредственный впрыск бензина») потребляют меньше топлива, чем обычные «впрысковые» моторы, в особенности при спокойной езде на невысокой скорости. Во-вторых, при одинаковом рабочем объеме они обеспечивают более интенсивное ускорение автомобиля. В-третьих, у них чище выхлоп. Наконец, в-четвертых, они гарантируют более высокую литровую мощность за счет большей степени сжатия и эффекта охлаждения воздуха при испарении топлива в цилиндрах. Достоинства объясняются принципом работы. На холостом ходу и при малой нагрузке двигатель GDI переходит на режим сверхбедных топливовоздушных смесей, недоступный обычным двигателям. Те могут работать при весовом соотношении бензина к воздуху 1:15−20, в то время как у двигателей GDI возможна пропорция 1:40. Она достигается за счет вихревого движения воздушного заряда, которое обеспечивает смешивание бензина только с частью воздуха, попавшего в камеру сгорания. При разгоне и высоких скоростях двигатель выходит на мощностной режим со стехиометрическим (то есть с идеальным весовым соотношением бензина и кислорода воздуха, при котором сгорает все топливо, — 14,7:1) воздушно-топливным соотношением. А при интенсивном разгоне мотор переходит на двухстадийный впрыск, при котором во время такта впуска впрыскивается небольшое количество топлива, чтобы охладить воздух, а затем уже основная порция. При таком режиме соотношение воздуха и топлива достигает 12:1.

Увы, на сегодняшний день многие из достоинств двигателей с непосредственным впрыском реализованы лишь в Японии. Дело в том, что при сгорании сверхбедной топливовоздушной смеси содержание ядовитых оксидов азота NOx в выхлопе слишком высоко. Японцы побороли этот недостаток, оснастив машины специальным нейтрализатором. Но оказалось, что такой нейтрализатор может долго эффективно работать только при использовании бензина с низким содержанием серы, который не продают пока ни в Европе, ни в России. Поэтому многим автопроизводителям, которые вслед за Mitsubishi Motors стали оснащать свои машины двигателями с непосредственным впрыском, пришлось пренебречь экономичностью ради экологии. Моторы лишились режима работы на сверхбедной смеси, и ныне основное достоинство таких двигателей уже не экономичность, а лучшие мощностные показатели. Впрочем, это временно, скоро низкосернистый бензин начнут продавать в Европе, когда-нибудь он появится и в России, так что перспективы непосредственного впрыска громадные.

По данным специалистов компании Bosch, которая уже давно параллельно с аппаратурой для обычного впрыска выпускает оборудование непосредственного впрыска, через три года каждый пятый бензиновый двигатель будет оснащен непосредственным впрыском. На более протяженный срок эксперты прогнозов не дают, но думается, лет через десять, когда низкосернистый бензин будет продаваться по всему миру и все достоинства непосредственного впрыска будут налицо, двигатели с обычным впрыском останутся только на самых дешевых автомобилях.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector