Система за директно впръскване

Директната система за впръскване на гориво е най-модерната система за впръскване на гориво за бензиновите двигатели . Системата се базира на впръскване на гориво директно в горивната камера на двигателя.

Система за директно впръскване

За първи път системата за директно впръскване беше приложена към GDI двигателя (бензин директно впръскване – бензин директно впръскване), монтирани на автомобили Mitsubishi. В момента системата за директно впръскване се използва в двигателите на много автомобилни производители. Най-важните Audi (двигатели TFSI) и Volkswagen (двигатели FSI , TSI ), които почти напълно преминаха към бензинови двигатели с директно впръскване.

Двигателите с директно впръскване включват BMW (двигатели N54, N63), Infiniti (двигатели M56), Ford (двигатели EcoBoost), General Motors (двигатели Ecotec), Hyundai (двигатели Theta), Mazda (двигатели Skyactiv), двигатели Mercedes-Benz. (Двигатели CGI).

Използването на система за директно впръскване ви позволява да постигнете до 15% икономия на гориво, както и намаляване на емисиите на вредни вещества с отработени газове.

Устройство за директно впръскване на горивото
Проектирането на системата за директно впръскване на гориво се разглежда на примера на система, монтирана на двигатели FSI (гориво стратифицирано инжектиране – послойно впръскване на гориво). Системата за директно впръскване представлява веригата за високо налягане на горивната система на двигателя и включва горивна помпа с високо налягане, регулатор на налягането на горивото, горивна шина, предпазен клапан, сензор за високо налягане и инжекционни дюзи.

Схема на инжекционната система Motronic MED7

Горивната помпа с високо налягане служи за подаване на гориво към горивната релса и след това към инжекционните дюзи под високо налягане (3-11 МРа) в съответствие с нуждите на двигателя. В основата на конструкцията на помпата има едно или повече бутала. Помпата се задвижва от всмукателния разпределителен вал.

Регулаторът за налягането на горивото осигурява подадено дозирано гориво от помпата в съответствие с инжектора на инжектора. Регулаторът се намира в горивната помпа с високо налягане. Горивната релса се използва за разпределяне на горивото в инжекционните дюзи и за предотвратяване на пулсирането на горивото във веригата. Предпазният вентил предпазва елементите на инжекционната система от ограничителните налягания, които възникват по време на температурното разширение на горивото. Клапанът е монтиран на горивната релса.

Сензорът за високо налягане е предназначен за измерване на налягането в горивната шина. В съответствие със сигналите на сензора, блокът за управление на двигателя може да промени налягането в горивната шина. Инжекционната дюза осигурява разпръскване на гориво в горивната камера, за да образува гориво-въздушна смес.

Координираната работа на системата се осигурява от електронна система за управление на двигателя , което е по-нататъшно развитие на комбинираната система за впръскване и запалване . Традиционно, системата за управление на двигателя съчетава входни сензори, контролен блок и изпълнителни механизми.

В допълнение към сензора за горивото под високо налягане, датчик за скоростта на коляновия вал, датчик за положението на разпределителния вал, датчик за положението на педала за газта , измервателен уред за измерване на въздушната маса, датчик за температурата на охлаждащата течност и сензор за температурата на входящия въздух работят в интерес на системата за директно впръскване .

В съвкупност, сензорите предоставят необходимата информация на блока за управление на двигателя , въз основа на който устройството действа върху задвижващите механизми – електромагнитни клапани на инжекторите, предпазни клапани и предпазни клапани.

Принципът на системата за директно впръскване
Системата за директно впръскване в резултат на работата осигурява няколко вида форми на смесване:

стратифицирани;
стехиометрично хомогенно;
хомогенна.
Разнообразието в образуването на смеси определя високата ефективност на използване на горивото (икономичност, качество на образуване на смеси, пълно изгаряне, увеличаване на мощността, намаляване на вредните емисии) при всички режими на работа на двигателя.

При двигател с ниски и средни скорости и товари се използва смесване по слой. При високи обороти на двигателя и високи натоварвания се използва стехиометрично (друго име – запалимо) хомогенно (друго име – хомогенно) образуване на смес. При слаба хомогенна смес двигателят работи в междинни режими.

При пластово смесване дроселната клапа е почти напълно отворена, входящите клапи са затворени. Въздухът навлиза в горивната камера при висока скорост с образуването на въздушен вихър. Горивото се инжектира в зоната на запалителната свещ в края на хода на компресия. За кратко време преди запалването, в зоната на свещта, се образува гориво-въздушна смес с коефициент на излишък на въздух от 1,5 до 3. Когато сместа се запали, около него остава доста чист въздух, който действа като топлинен изолатор.

Хомогенното стехиометрично смесване настъпва, когато всмукателните клапи са отворени, дроселната клапа се отваря в съответствие с положението на педала на газа. Горивото се инжектира при хода на входа, което допринася за образуването на хомогенна смес. Коефициентът на излишък на въздух е 1. Сместа се запалва и ефективно изгаря по целия обем на горивната камера.

Слаба хомогенна смес се образува с възможно най-отворена дроселна клапа и затворените клапани за всмукване. Това създава интензивно движение на въздуха в цилиндрите. Впръскването на гориво се извършва по време на хода на входа. Съотношението на излишния въздух се поддържа от системата за управление на двигателя при 1.5. Ако е необходимо, сместа се добавя към отработените газове от изпускателната система , чието съдържание може да бъде до 25%.
Комбинирана инжекционна система Въпреки всички предимства, бензиновият двигател с директно впръскване на гориво при определени работни условия се характеризира със значително съдържание на прахови частици (сажди) в отработените газове. Съдържанието им може да надвишава емисиите на подобен дизелов двигател.

За да намалят емисиите на вредни вещества, за да отговорят на изискванията на стандартите Евро-6, концернът на Фолксваген разработи комбинирана инжекционна система, която комбинира система за директно впръскване и разпределена инжекционна система на един двигател. Блокът за управление на двигателя, в зависимост от работните режими, активира една от инжекционните системи, като по този начин постига значително намаляване на емисиите на частици от сажди и въглероден диоксид.

В момента комбинираното впръскване се осъществява на TFSI двигатели от 1.8 и 2.0 литра.

Дизайнът на системата за комбинирано впръскване включва елементи на системата за директно впръскване ( инжектори , горивна релса с високо налягане), разпределени инжекционни системи (инжектори, горивна релса с ниско налягане), горивна помпа с високо налягане , която осигурява захранване и на двете системи.

Системите за директно впръскване на дюзите са монтирани директно в горивните камери на цилиндрите. Горивната тръба под високо налягане поддържа налягане от 20 MPa. Инжекторите на разпределената инжекционна система са монтирани в каналите на всмукателния колектор пред всмукателните клапани.

Работата на комбинираната инжекционна система се извършва в зависимост от натоварването на двигателя. При стартиране на двигателя, неговото загряване, както и при работа с максимално натоварване, системата за директно впръскване се активира. В този случай, в различни режими, се прави различен брой инжекции с гориво: при пускане, три инжекции на инсулт на компресия; на студен двигател – едно впръскване при хода на входа; когато двигателят се загрее и се движи с максимално натоварване, две инжекции, една при всмукателен ход, а другата при удар.

Разпределената инжекционна система е свързана с частично натоварване на двигателя. Този режим на работа е характерен предимно за градския трафик, който е съпроводен с чести спирки и стартиране на превозното средство. При работа в режим на разпределено впръскване комбинираната система периодично използва дюзи за директно впръскване, за да се предотврати запушването.

Оптимизирането на режимите на впръскване на гориво в съответствие с работните режими на двигателя позволява постигане на минимална емисия на саждите в атмосферата с отработените газове. Трябва да се отбележи, че когато една от системите за впръскване се повреди, двигателят продължава да работи в авариен режим и автомобилът има възможност да се движи.