Бензиновый двигатель с непосредственным впрыском топлива: устройство и особенности

Регулировка многоточечного впрыска

Прежде чем рассмотреть принцип регулировки впрыска, стоит учесть, что каждая модификация ТС имеет свои тонкости работы. Поэтому и настройка системы может происходить по-разному. Вот как выполняется процедура в случае с самыми распространенными модификациями.

Bosch L3.1, MP3.1

Прежде чем приступать к настройке такой системы, нужно:

Проверить состояние зажигания. В случае необходимости изношенные детали меняются на новые;
Убедиться, что дроссель работает исправно;
Устанавливается чистый воздушный фильтр;
Прогревается мотор (пока не включится вентилятор).

Вначале настраивается холостой ход. Для этого на дросселе имеется специальный регулировочный винт. Если поворачивать его по часовой стрелке (закручивается), то показатель оборотов ХХ будет снижаться. В противном случае – увеличиваться.

В согласии с рекомендациями завода-изготовителя на систему устанавливаются анализаторы качества выхлопа. Далее снимается заглушка с регулировочного винта подачи воздуха. Поворотом этого элемента настраивается состав ВТС, о чем будет указывать анализатор отработанных газов.

Bosch ML4.1

В данном случае холостой ход не выставляется. Вместо этого к системе подключается упомянутый в предыдущем обзоре прибор. По состоянию выхлопных газов при помощи регулировочного винта настраивается работа многоточечного распыления. Когда рука проворачивает винт по ходу часовой стрелки, состав СО будет увеличиваться. При повороте в другую сторону этот показатель уменьшается.

Bosch LU 2-Jetronic

Такая система регулируется на число оборотов ХХ так же, как и первая модификация. Настройка обогащения смеси производится при помощи алгоритмов, прошитых в микропроцессоре блока управления. Этот параметр корректируется в соответствии с импульсами лямбда-зонда (подробней об устройстве и его принципе работы читайте отдельно).

Bosch Motronic M1.3

Обороты холостого хода в такой системе регулируются, только если газораспределительный механизм имеет 8 клапанов (4 на впуск, 4 на выпуск). В 16-клапанниках ХХ корректируется электронным блоком управления.

8-клапанник регулируется по той же схеме, что и предыдущие модификации:

ХХ настраивается винтом на дросселе;
Подсоединяется анализатор СО;
При помощи регулировочного винта настраивается состав ВТС.

Некоторые автомобили оснащены такой системой, как:

ММ8Р;
Bosch Motronic5.1;
Bosch Motronic3.2;
Sagem-Lukas 4GJ.

В этих случаях отрегулировать ни холостые обороты, ни состав воздушно-топливной смеси не получится. Производитель таких модификаций не предусмотрел такой возможности. Всю работу должен выполнять ЭБУ. Если электроника не смогла настроить работу впрыска корректно, значит, имеются какие-то системные ошибки или поломки. Их выявить можно только при диагностике. В самых сложных ситуациях некорректная работа ТС обусловлена поломкой блока управления.

А зачем тогда непосредственный впрыск?

Хотя затея со сверхбедной смесью и провалилась, непосредственный впрыск остался. Это не случайно. Возможность впрыскивать топливо в произвольном количестве и в произвольный момент позволяет гораздо более гибко управлять составом смеси, добиваясь более высоких показателей как в части экологичности, так и в части мощности. Конечно, никакой революции эта технология не принесла, но управлять точнее стало можно.

Надо заметить, впрочем, что дальнейшая практика показала, что в некоторых режимах непосредственный впрыск приводит к повышенному количеству токсичных выбросов. Поэтому у того же концерна VAG есть системы, содержащие в себе два набора форсунок — низкого давления для впрыска в коллектор, и высокого давления — для впрыска в цилиндр.

Как работает система

Чтобы было понятно, как работает комплекс впрыска, следует рассмотреть ее подробно. Если сказать коротко, то система работает следующим образом:

Для двигателя подается смесь из топлива и воздуха;
Подача воздуха контролируется с помощью дроссельной заслонкой;
Прежде чем попасть в двигатель воздух распределяется на четыре потока;
Потом потоки накапливаются в специальном ресивере;
Кроме накопления ресивер применяется также для измерения количества воздуха;

Ресивер на двигатель устанавливается такого размера, чтобы предупредить воздушное голодание цилиндров, то есть, чтобы система обладала, все время достаточным количеством воздуха для работы. Для того чтобы впрыск воздушно-топливной осуществлялся качественно и бесперебойно на компонент установлены специальные форсунки, они располагаются поблизости от впускных клапанов.

Система распределенного впрыска топлива

Просто о сложном: что такое непосредственный впрыск топлива

Например, всё тот же пресловутый TSI. Известно, что бензина потребляет мало, а едет не по-силам шустро. Да в общем-то, уже практически все крупные автопроизводители перешли на непосредственный впрыск. А как он устроен и чем отличается от «посредственного»? Давайте разбираться.Вообще, для начала неплохо бы рассмотреть, чем в принципе система с впрыском топлива (она же инжекторная) отличается от «дедушки» всех топливных систем автомобиля — карбюратора. Но об этом я расскажу как-нибудь позже, а сегодня поговорим об отличиях непосредственного впрыска бензина от распределенного — классического, то бишь.

Пройдя нелегкий путь от топливного бака до топливной рейки двигателя, бензин попадает в цилиндры. Это общая очевидная схема. А вот далее начинаются различия.

Распределенный впрыск

В системе с распределенным впрыском топлива форсунка (это устройство, распрыскивающие топливо в виде мелкодисперсной пыли) установлена во впускном коллекторе — по одной перед каждым цилиндром. То есть она расположена перед впускным клапаном.

Что происходит в процессе работы: на такте впуска, когда поршень идет вниз и впускной клапан открывается, форсунка впрыскивает необходимое количество топлива во впускной коллектор, где он, перемешиваясь с воздухом, попадает в цилиндр уже в виде готовой топливо-воздушной смеси. После чего, на такте сжатия смесь эта сжимается и поджигается свечой.

Непосредственный впрыск

А вот в случае с непосредственным впрыском, форсунка стоит в головке блока цилиндров и часть ее «торчит» непосредственно (ага) в камере сгорания. И топливо впрыскивается не на такте впуска, а в конце такта сжатия, когда и перемешивается с воздухом — уже практически в момент поджига свечой. Примечание . Здесь стоит отметить, что системы непосредственного впрыска имеют разные алогоритмы подачи топлива — в том числе и такой, когда подача осуществляется и на такте впуска, и на такте сжатия.

Отличия друг от друга

Ниже на картинке я очень схематично сравнил момент работы этих двух систем. Но не вдаваясь в технические тонкости процесса, здесь просто нужно понять главное отличие этих двух вариантов питания:

В системе с распределенным впрыском в цилиндры поступает уже готовая смесь воздуха и бензина. В системе с непосредственным впрыском топливо подается отдельно, смешиваясь с воздухом уже в цилиндре.

Логично задать вопрос: какие плюсы дает второй вариант?

Основных преимуществ целая куча:

Конечно, топливная экономичность. Системы с непосредственным впрыском ( далее — НВ ) умеют работать на сверхбедных составах смеси. Так, широко распространенный двигатель 1.8 TSI от Volkswagen на холостых «нюхает» всего около 0.6-0.7 литра в час.
Второй конек таких систем — удельная мощность на единицу объема. Другими словами, двигатель с НВ будет на 10-15% мощнее своего аналога одинакового объема с классической распределенной системой питания. Это достигается за счет как более точной дозировки топлива в различных режимах работы двигателя, так и за счет более оптимизированной схемы смешивания с воздухом и последующего более эффективного сгорания смеси.
Хоть и мало кого в нашей стране волнует, но экологичность. Собственно, это является следствием всего вышеперечисленного. Меньше расход топлива — меньше накоптит воздух, если говорить по-простому. Плюс, возможность работы на сверхбедных смесях и более эффективное (т.е., более полное, без «сажи») сгорание, сами по себе делают выхлоп более чистым.

Разумеется, нельзя не сказать и о недостатках, куда же без них.

Дорого. Топливная аппаратура систем с НВ на порядок дороже и сложнее классических.
Высокая чувствительность к качеству топлива. Кстати, один из основополагающих факторов отпугивания людей при покупке машины с НВ. Наверняка многие помнят байки, как первопроходцы систем с непосредственным впрыском (японцы со своим GDI) могли запросто и враз помереть после одной заправки в какой-нибудь деревне, в те самые веселые 90-е годы. Так вот, байки-байками, а таки действительно могли.

Конечно, сейчас такие системы питания уже давно отлажены и получили широчайшее распространение, а качество бензина в крупных городах даже у нас в целом стало более-менее сносным. Так что, не нужно поддаваться паранойе: если вы не планируете регулярно эксплуатировать такую машину глубоко в «Васюках», то всё будет хорошо. Скажу больше — на непосредственный впрыск постепенно переходят даже недорогие бренды, а носителями таких моторов становятся модели всё доступнее по классу.

Надеюсь, кому-то было полезно!

Другие мои статьи на авто тему ниже и также в журнале Дзен OVER9000:

Источник

Виды систем распределенного впрыска

Современные системы распределенного типа подачи топлива разделены на несколько видов:

По принципу работы – системы импульсной и непрерывной подачи ТС;
По способу управления – системы на механическом и электронном типе управления;
По времени открытия топливных форсунок – системы с попарно-параллельным впрыском (при подаче топлива попарно), одновременным впрыском (при одновременной подаче топлива во все форсунки), фазированным впрыском (при индивидуальной подаче топлива для каждой форсунки), прямым впрыском (подача топлива осуществляется в камеру сгорания цилиндра, минуя впускной коллектор).

Наиболее распространенными системами распределенной подачи ТС являются системы KE-Jetronic, K-Jetronic и L-Jetronic, разработанные компанией Bosch.

Система K-Jetronic относится к механическим топливным системам с непрерывной подачей ТС.

Система типа KE-Jetronic одна из разновидностей механической топливной системы непрерывного типа с электронным способом управления.

Система L-Jetronic представляет собой систему импульсной подачи топлива с электронным типом управления.

Система распределенной подачи ТС состоит из следующих подсистем и компонентов:

систем подачи и очистки топлива и воздуха;
системы сжигания бензиновых испарений;
системы выпуска и сжигания отработанных газов;
электронного блока управления с входными датчиками

Просто о сложном: что такое непосредственный впрыск топлива

Распределенный впрыск

Непосредственный впрыск

Отличия друг от друга

Логично задать вопрос: какие плюсы дает второй вариант?

Основных преимуществ целая куча:

Конечно, топливная экономичность. Системы с непосредственным впрыском ( далее — НВ ) умеют работать на сверхбедных составах смеси. Так, широко распространенный двигатель 1.8 TSI от Volkswagen на холостых «нюхает» всего около 0.6-0.7 литра в час.
Второй конек таких систем — удельная мощность на единицу объема. Другими словами, двигатель с НВ будет на 10-15% мощнее своего аналога одинакового объема с классической распределенной системой питания. Это достигается за счет как более точной дозировки топлива в различных режимах работы двигателя, так и за счет более оптимизированной схемы смешивания с воздухом и последующего более эффективного сгорания смеси.
Хоть и мало кого в нашей стране волнует, но экологичность. Собственно, это является следствием всего вышеперечисленного. Меньше расход топлива — меньше накоптит воздух, если говорить по-простому. Плюс, возможность работы на сверхбедных смесях и более эффективное (т.е., более полное, без «сажи») сгорание, сами по себе делают выхлоп более чистым.

Разумеется, нельзя не сказать и о недостатках, куда же без них.

Дорого. Топливная аппаратура систем с НВ на порядок дороже и сложнее классических.
Высокая чувствительность к качеству топлива. Кстати, один из основополагающих факторов отпугивания людей при покупке машины с НВ. Наверняка многие помнят байки, как первопроходцы систем с непосредственным впрыском (японцы со своим GDI) могли запросто и враз помереть после одной заправки в какой-нибудь деревне, в те самые веселые 90-е годы. Так вот, байки-байками, а таки действительно могли.

Надеюсь, кому-то было полезно!

Другие мои статьи на авто тему ниже и также в журнале Дзен OVER9000:

Источник

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.

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 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.

Элементы системы распределенного впрыска

Конечно, стоит перечислить все компоненты, с помощью которых работает эта система:

Бензонасос. Работа бензонасоса заключается в подачи бензина в специальную рампу, в которой давление поддерживается на постоянном уровне за счет регулятора давления механического типа. В некоторых моделях регулятор давления и бензонасос совмещены;
Форсунки, которые оборудованы специальными электромагнитными клапанами с возможностью регулировки производительности;
Зажигательный модуль, с помощью которого происходит регуляция искрообразования. Обычно имеет два канала, работающих независимо друг от друга, с помощью которых происходит воспламенение смеси отдельно в 1 и 4, а также во 2 и 3 цилиндрах;
Клапан предохранения, который необходим для защиты всех элементов системы от повышенного давления впрыска, оно наблюдается при температурном расширении топливной смеси;
Регулятор холостого хода, который обеспечивает поддержание заданных оборотов;
Вентилятор системного охлаждения, обороты которого регулируются электрически;
Датчик расхода, с помощью которого подается информация на бортовой компьютер;
Адсорбер, который необходим для регуляции паров бензина.

Система впрыска

Прямой впрыск топлива – хорошо или плохо?

Двигатели с непосредственным впрыском (также используется термин «прямой впрыск», или GDI) начали появляться на автомобилях не так давно. Однако технология набирает популярность и все чаще встречается на моторах новых автомобилей. Сегодня мы в общих чертах постараемся ответить, что такое технология непосредственного впрыска и стоит ли ее опасаться?

Для начала стоит отметить, что главной отличительной особенностью технологии является расположение форсунок, которые размещены непосредственно в головке блока цилиндров, соответственно, и впрыск под огромным давлением происходит напрямую в цилиндры, в отличие от давно зарекомендовавшей себя с лучшей стороны системы впрыска горючего во впускной коллектор.

Прямой впрыск впервые был испытан в серийном производстве японским автопроизводителем Mitsubishi. Эксплуатация показала, что среди плюсов главными преимуществами стали экономичность – от 10% до 20%, мощность – плюс 5% и экологичность. Основной минус – форсунки крайне требовательны к качеству топлива.

Стоит также отметить, что схожая система уже долгие десятилетия успешно устанавливается на дизельные двигатели. Однако именно на бензиновых моторах применение технологии было сопряжено с рядом трудностей, которые до сих пор не были окончательно решены.

В видео с YouTube-канала «Savagegeese» объясняется, что такое прямой впрыск и что может пойти не так в ходе эксплуатации автомобиля с данной системой. В дополнение к главным плюсам и минусам в видеоролике также объясняются тонкости профилактического обслуживания системы. Кроме того, в ролике затрагивается тема систем впрыска во впускные каналы, которые можно в изобилии наблюдать на более старых моторах, а также моторы, которые используют оба метода впрыска горючего. Наглядно используя диаграммы Bosch, ведущий объясняет, как все это работает.

Чтоб узнать все нюансы, предлагаем посмотреть видео ниже (включение перевода субтитров поможет разобраться, если вы не очень хорошо знаете английский). Для тех, кому не слишком интересно смотреть, об основных плюсах и минусах непосредственного впрыска бензина можно прочитать ниже, после видео:

Итак, экологичность и экономичность – благие цели, но вот чем чревато использование современной технологии в вашем автомобиле:

Минусы

1. Очень сложная конструкция.

2. Отсюда вытекает вторая важная проблема. Поскольку молодая бензиновая технология подразумевает внесение серьезных изменений в конструкцию головок цилиндров двигателя, конструкцию самих форсунок и попутное изменение иных деталей мотора, к примеру ТНВД (топливный насос высокого давления), стоимость автомобилей с непосредственным впрыском топлива выше.

3. Производство самих частей системы питания также должно быть крайне точным. Форсунки развивают давление от 50 до 200 атмосфер.

Прибавьте к этому работу форсунки в непосредственной близости со сгораемым топливом и давлением внутри цилиндра и получите необходимость производства очень высокопрочных компонентов.

4. Поскольку сопла форсунок смотрят в камеру сгорания, все продукты сгорания бензина также осаждаются на них, постепенно забивая или выводя форсунку из строя. Это, пожалуй, самый серьезный минус использования конструкции GDI в российских реалиях.

5. Помимо этого необходимо очень тщательно следить за состоянием двигателя. Если в цилиндрах начинает происходить угар масла, продукты его термического распада достаточно быстро выведут из строя форсунку, засорят впускные клапаны, образовав на них несмываемый налет из отложений. Не стоит забывать, что классический впрыск с форсунками, расположенными во впускном коллекторе, хорошо очищает впускные клапаны, омывая их под давлением топливом.

6. Дорогой ремонт и необходимость профилактического обслуживания, которое тоже недешевое.

Помимо этого, в видео также объясняется, что при ненадлежащей эксплуатации на автомобилях с прямым впрыском могут наблюдаться загрязнение клапанов и ухудшение производительности, в особенности на турбированных двигателях.

Плюсы

1. Экологичность.

2. Экономичность (правда, здесь нужно сделать оговорку: реальная экономия бензина доступна в условиях, близких к идеальным) – экономия 5-10%.

3. Немного более высокая мощность.

4. GDI при непосредственном попадании топлива в цилиндр охлаждает головку поршня.

5. Происходит лучшее смешение топливовоздушной смеси в цилиндрах.

6. Меньше детонация.

7. Требуется гораздо меньше топлива, смесь при определенных условиях работы мотора может обедняться до 30:1

8. Процесс работы двигателя точнее контролируется при помощи компьютера.

Коэффициент коррекции времени впрыска и его составляющие

Текущий коэффициент коррекции Ктек реагирует на постоянно происходящие колебания состава смеси, но функция его на этом и заканчивается. В то время, когда выпускался инжекторный автомобиль ВАЗ-2114 с установленным блоком Январь-5.1 время впрыска корректировалось только на основании текущего коэффициента коррекции. Установленные блоки Январь-7.2 и Bocsh M7.9.7 на ВАЗ-2114 стали учитывать аддитивным и мультипликативным коэффициентами влияние долговременных, медленно меняющихся факторов, возникающих в процессе работы двигателя (снижение компрессии, давления топлива, производительности работы бензонасоса, увод параметров ДМРВ и т.д.). Как влияют и приводят в соответствие текущий коэффициент коррекции Ктек его составляющие коэффициенты самообучения (кратковременная и долговременная) приведем на примере.

На автомобиле Лачетти двигатель холодный и отсутствует лямбда регулирование, т.е. режим адаптации топливной смеси не включился. При этом, текущий коэффициент коррекции Ктек = 1. Условия включения режима адаптации: двигатель должен прогреться до рабочей температуры, активизировались кислородные датчики. Если соблюдены условия и двигатель не имеет серьезных повреждений газораспределительного механизма и поршневой группы, а также исправен датчик абсолютного давления, то коэффициент Ктек будет принимать значения на холостом ходу в пределах 0,98–1,02. Если двигатель перевести в режим частичной нагрузки, то влияние аддитивного коэффициента, работающего только на холостом ходу принимать в расчетах не имеет смысла. Функционировать начинает мультипликативный коэффициент.

Задача всех коэффициентов заключается в управлении временем впрыска форсунок. И основной тон в этом задает управляющий кислородный датчик.

Предположим, что кривая сигнала кислородного датчика увеличивается, сообщая блоку управления об уменьшении кислорода в смеси. Блок управления мгновенно реагирует на отсутствие кислорода и короткую коррекцию уменьшает, укорачивая тем самым время открытого состояния форсунок. Реакция кислородного датчика на уменьшение топливоподачи отражается падающей кривой в сторону бедной смеси. Блок управления получив сигнал от кислородного датчика тут же увеличивает короткую коррекцию и время впрыска соответственно растет. Аддитивная составляющая коррекции самообучения Кад также контролирует изменения коэффициента Ктек, но только в режиме холостого хода. Размерность аддитивной коррекции – проценты или миллисекунды.

В упрощенном виде изменение состава смеси, определяемое коэффициентом Кад, рассчитывается по формуле: Кад*100/нагрузка. На исправном двигателе в режиме холостого хода нагрузка находится в пределах 18-20%. Предположим, что Кад принял значение, равное 3%. Просчитав по упрощенной формуле ориентировочный состав смеси, получаем 15-ти процентное обогащение. Аналогично и с минусовым значением адаптации. Если Кад=-3%, то получаем 15-ти процентное обеднение смеси.

Другой вариант классификации

Система может быть нескольких видов и вариантов.

Одновременная комбинация – с практической точки зрения встречается редко. За один оборот все форсунки в ней срабатывают в одновременном порядке.
Параллельная работа (попарно) – в течение одного оборота вала происходит парное срабатывание форсунок, по одному разу за оборот.
Фазированная, последовательная – когда за выполнение валом одного оборота происходит отдельное регулирование любой из форсунок. При этом открытие элемента осуществляется 1 раз перед впуском.

Независимо от варианта классификации все механизмы имеют различия по ряду параметров, учитываемых в ходе эксплуатации.