Система непосредственного впрыска топлива – устройство, принцип действия

Система непосредственного впрыска топлива является самой современной системой впрыска топлива бензиновых двигателей. Работа системы основана на впрыске топлива непосредственно в камеру сгорания двигателя.

Впервые система непосредственного впрыска была применена на двигателе GDI (Gasoline Direct Injection – непосредственный впрыск бензина), устанавливаемом на автомобили компании Mitsubishi. В настоящее время система непосредственного впрыска используется в двигателях многих автопроизводителей. Передовики Audi (двигатели TFSI) и Volkswagen (двигатели FSI, TSI), которые практически полностью перешли на бензиновые двигатели с непосредственным впрыском.

Двигатели с непосредственным впрыском имеют в своем активе BMW (двигатели N54, N63), Infiniti (двигатели M56), Ford (двигатели EcoBoost), General Motors (двигатели Ecotec), Hyundai (двигатели Theta), Mazda (двигатели Skyactiv), Mercedes-Benz (двигатели CGI).

Применение системы непосредственного впрыска позволяет достичь до 15% экономии топлива, а также сокращения выброса вредных веществ с отработавшими газами.

Устройство системы непосредственного впрыска топлива

Конструкция системы непосредственного впрыска топлива рассмотрена на примере системы, устанавливаемой на двигатели FSI (Fuel Stratified Injection – послойный впрыск топлива). Система непосредственного впрыска составляет контур высокого давления топливной системы двигателя и включает топливный насос высокого давления, регулятор давления топлива, топливную рампу, предохранительный клапан, датчик высокого давления и форсунки впрыска.

Топливный насос высокого давления служит для подачи топлива к топливной рампе и далее к форсункам впрыска под высоким давлениям (3-11 МПА) в соответствии с потребностями двигателя. Основу конструкции насоса составляет один или несколько плунжеров. Насос приводится в действие от распределительного вала впускных клапанов.

Регулятор давления топлива обеспечивает дозированную подачу топлива насосом в соответствии с впрыском форсунки. Регулятор расположен в топливном насосе высокого давления. Топливная рампа служит для распределения топлива по форсункам впрыска и предотвращения пульсации топлива в контуре. Предохранительный клапан защищает элементы системы впрыска от предельных давлений, возникающих при температурном расширении топлива. Клапан устанавливается на топливной рампе.

Датчик высокого давления предназначен для измерения давления в топливной рампе. В соответствии с сигналами датчика блок управления двигателем может изменять давление в топливной рампе. Форсунка впрыска обеспечивает распыление топлива в камере сгорания для образования топливно-воздушной смеси.

Согласованную работу системы обеспечивает электронная система управления двигателем, которая является дальнейшим развитием объединенной системы впрыска и зажигания. Традиционно система управления двигателем объединяет входные датчики, блок управления и исполнительные механизмы.

Помимо датчика высокого давления топлива в интересах системы непосредственного впрыска работают датчик частоты вращения коленчатого вала, датчик положения распределительного вала, датчик положения педали акселератора, расходомер воздуха, датчик температуры охлаждающей жидкости, датчик температуры воздуха на впуске.

В совокупности датчики обеспечивают необходимой информацией блок управления двигателем, на основании которой блок воздействует на исполнительные механизмы — электромагнитные клапаны форсунок, предохранительный и перепускной клапаны.

Принцип действия системы непосредственного впрыска

Система непосредственного впрыска в результате работы обеспечивает несколько видов смесеобразования:

• послойное ;
• стехиометрическое гомогенное ;
• гомогенное.

Многообразие в смесеобразовании определяет высокую эффективность использования топлива (экономия, качество образования смеси, ее полное сгорание, увеличение мощности, уменьшение вредных выбросов) на всех режимах работы двигателя.

Послойное смесеобразование используется при работе двигателя на малых и средних оборотах и нагрузках. Стехиометрическое (другое наименование – легковоспламеняемое) гомогенное (другое наименование – однородное) смесеобразование применяется при высоких оборотах двигателя и больших нагрузках. На бедной гомогенной смеси двигатель работает в промежуточных режимах.

При послойном смесеобразовании

дроссельная заслонка почти полностью открыта, впускные заслонки закрыты. Воздух поступает в камеры сгорания с большой скоростью, с образованием воздушного вихря. Впрыск топлива производится в зону свечи зажигания в конце такта сжатия. За непродолжительное время до воспламенения в районе свечи зажигания образуется топливно-воздушная смесь с коэффициентом избытка воздуха от 1,5 до 3. При воспламенении смеси вокруг нее остается достаточно много чистого воздуха, выступающего в роли теплоизолятора.

Гомогенное стехиометрическое смесеобразование происходит при открытых впускных заслонках, дроссельная заслонка при этом открывается в соответствии с положением педали газа. Впрыск топлива производится на такте впуска, что способствует образованию однородной смеси. Коэффициент избытка воздуха составляет 1. Смесь воспламеняется и эффективно сгорает во всем объеме камеры сгорания.

Бедная гомогенная смесь

образуется при максимально открытой дроссельной заслонке и закрытыми впускными заслонками. При этом создается интенсивное движение воздуха в цилиндрах. Впрыск топлива производится на такте впуска. Коэффициент избытка воздуха поддерживается системой управления двигателем на уровне 1,5. При необходимости в состав смеси добавляются отработавшие газы из выпускной системы, содержание которых может доходить до 25%.

 

 

Непосредственный впрыск топлива

Непосредственный впрыск — разновидность распределенного впрыска топлива, при котором топливо впрыскивается напрямую в цилиндры

Двигатель

В поисках способа усовершенствовать систему распределенного впрыска инженеры пришли к выводу, что для оптимизации сгорания топлива его лучше впрыскивать прямо в цилиндры, а не во впускной коллектор. Эта идея привела к появлению систем впрыска нового поколения.

История создания непосредственного впрыска топлива

Изобретателем системы непосредственного впрыска принято считать французского инженера и автопромышленника Леона Левассора. Он установил первую систему подобного рода на авиационный двигатель V8 в качестве экспериментальной, с целью решить основную проблему самолетных двигателей внутреннего сгорания — нарушения работы впрыска в момент переворота аэроплана. В 1907 году этим двигателем был оснащен моноплан Antoinette VII.

Первую автомобильную систему непосредственного впрыска разработала компания Bosch, а установлена она была впервые на автомобили ныне несуществующих немецких марок Goliath и Gutbrod в 1952 году.

Непосредственный впрыск топлива.

В семидесятые годы, побуждаемая топливным кризисом, американская компания AMC занялась разработкой собственной системы непосредственного впрыска, которой впоследствии оснащали двигатели одноименных автомобилей. Система называлась SCFI. Примерно в те же годы концерн Ford выпустил на рынок собственную разработку под названием ProCo.

В современном автопроме первой активно начала продвигать непосредственный впрыск компания Mitsubishi в 1996 году

Системы обладали рядом недостатков, и после окончания кризиса интерес к непосредсвенному впрыску снизился. Следующая волна разработок пришлась на середину девяностых.

Первой активно начала продвигать непосредственный впрыск компания Mitsubishi в 1996 году, установив систему GDI на четырехцилиндровый двигатель 4G93 автомобиля Galant.

В 2000 году появилась, вероятно, наиболее известная в наши дни система непосредственного впрыска FSI концерна Volkswagen-Audi group

Toyota выпустила собственную систему D4 на внутренний рынок Японии в 1998 году. В 1999 была представлена система IDE компании Renault.

В 2000 году появилась система FSI (и TFSI в случае установки на двигатель турбины) концерна Volkswagen-Audi group.

В дальнейшем в том или ином виде свои системы представили все крупнейшие мировые производители. Непосредственный впрыск остается крайне актуальной темой в связи с интересом к экономии и жестким экологическим нормам в современном автомобилестроении.

Принцип работы непосредственного впрыска топлива

Непосредственный впрыск топлива — разновидность распределенного впрыска, применяемая в наиболее современных двухтактных и четырехтактных двигателях внутреннего сгорания.

Наиболее широкое распространение система получила в современных дизельных двигателях, так как дизельное топливо тяжелее бензина, и проблема оптимизации сгорания для них более актуальна

В системах непосредственного впрыска топливо сначала аккумулируется в магистрали под высоким давлением (более высоким, чем в обыкновенных инжекторных системах), а затем при помощи форсунок впрыскивается непосредственно в цилиндры, то есть в камеру сгорания, куда заранее уже закачан воздух.

При непосредственном впрыске топливо-воздушная смесь преднамеренно обеднена, что способствует повышению экономичности двигателя. При этом проблема снижения мощности решается за счет более эффективного распрыскивания топлива. Одно и то же количество топлива в зависимости от размера капель при распрыскивании сгорает по разному. Мелкие капли, смешавшись с воздухом, образуют в камере сгорания туман, в котором пламя распространяется равномерно. Топливо при таком распрыскивании сгорает практически без остатка, и продуктов сгорания почти не остается. При таком сгорании меньшая доза топлива отдает столько же тепла, сколько отдает большая доза при распрыскивании относительно крупными каплями. В последнее время исследования по оптимизации сгорания продолжаются. Наиболее перспективным направлением считается развитие послойного впрыска. Топливо при послойном впрыске попадает в камеру сгорания несколькими частями с очень малым интервалом. Этот алгоритм позволил добиться дополнительной оптимизации сгорании топлива.

Единственный недостаток непосредственного впрыска — усложнение конструкции и увеличение себестоимости компонентов. Производителям приходится проводить отладку системы уже после начала продаж

Дополнительная экономия достигается за счет точной дозировки топлива и открытия форсунок в строго определенное время. Благодаря компьютерному управлению момент и период открытия форсунок могут оперативно изменяться в зависимости от текущей нагрузки на двигатель.

В системах непосредственного впрыска основной упор сделан на дозировку топлива, поэтому роль дроссельной заслонки в регулировке состава смеси постепенно сходит на нет. По сути, в системах, подобных Valvetronic компании BMW, VVEL фирмы Nissan, Valvematic фирмы Toyota или MultiAir производства Fiat, дроссельная заслонка перестала быть главным инструментом, регулирующим поток воздуха, попадающего в камеру сгорания. Помимо системы дозировки топлива, функцию дроссельной заслонки отчасти взяла на себя система интеллектуального контроля фаз газораспределения.

Непосредственный впрыск конструктивно сближает систему впуска бензинового и дизельного двигателей

Благодаря применению непосредственного впрыска топлива появилась возможность заложить в блок управления разные программы управления впрыском и зажиганием, регулирующие работу режима в основных режимах, как правило, в трех — холостые обороты (и близкие к ним), движение под большой нагрузкой, движение при малой нагрузке. В каждом из этих режимов количество топлива в смеси разное. В режиме преднамеренно обедненной смеси достигается наибольшая экономичность, в стехиометрическом (то есть близком к оптимальному) сохраняется уверенная тяга при средней нагрузке, в форсированном — двигатель развивает максимальную мощность. Во время движения автомобиля блок управления двигателем постоянно меняет эти режимы, в зависимости от ситуации.

Режимы работы непосредственного впрыска

Режим обедненной смеси используется, когда нагрузка на двигатель минимальна: при движении на постоянной или снижающейся скорости.

Обычное, так называемое стехиометрическое (оптимальное) соотношение масс воздуха и бензина в камере сгорания, необходимое для успешного зажигания и сгорания топливо-воздушной смеси — 14.7:1. Однако в вышеописанных ситуациях, то есть когда обороты двигателя быстро или постепенно замедляются, его можно без вреда для двигателя менять в пользу меньшего количества топлива. Таким образом, в режиме обедненной смеси количество долей воздуха может достигать 65 (а иногда и более) к одной доле топлива.

В сложной системе непосредственного впрыска повышается вероятность сбоя. Известны случаи отзыва автомобилей, оснащенных системами впрыска этого типа

Стехиометрический режим используется при равномерном движении с постоянной нагрузкой на двигатель. В этом режиме воздух и топливо смешиваются в идеальной пропорции, что способствует полному сгоранию.

В форсированном режиме содержание топлива в смеси слегка превышено. Это способствует развитию максимальной мощности, что целесообразно, к примеру, для нагруженного автомобиля, движущегося в гору.

Система питания с непосредственным впрыском топлива.

Системы питания инжекторных двигателей



Система непосредственного впрыска инжекторных двигателей аналогична по конструкции системе питания дизельных двигателей Common Rail, предложенной в конце 60-х годов прошлого столетия швейцарским инженером Робертом Хубером, и завоевавшей в настоящее время широкую популярность, активно вытесняя классическую систему питания дизелей благодаря существенным достоинствам.

Слабым местом всех систем непосредственного впрыска топлива в цилиндры двигателя является низкая эффективность смесеобразования – для того, чтобы топливо достаточно быстро сгорало, необходимо его тщательно перемешать с воздухом. По понятным причинам, системы с внешним смесеобразованием в этом плане имеют существенное преимущество, поскольку топливо и воздух перемешиваются еще до подачи в цилиндры двигателя и горение протекает интенсивнее.

Поэтому конструкторам, разрабатывающим дизельные двигатели и бензиновые двигатели с непосредственным впрыском топлива, приходится решать достаточно сложную задачу – как в сотые доли секунды получить внутри цилиндра равномерно распределенную по камере сгорания топливовоздушную смесь требуемого состава и качества.

Одним из путей решения проблемы является повышение давления топлива, впрыскиваемого форсункой в цилиндр двигателя. Топливо, вырывающееся под большим давлением из сопла распылителя форсунки, распыляется более интенсивно, широким фронтом, распространяясь при этом по камере сгорания и активно смешиваясь с воздухом.
Второй путь интенсификации смесеобразования, над которым работают конструкторы – создание формы камеры сгорания и головки поршня, способствующей завихрению воздуха при сжатии, что тоже способствует перемешиванию бензина и воздуха в цилиндре.

Для инжекторных двигателей с системой питания, использующей непосредственный впрыск, повышение давления впрыска достигается применением топливного насоса высокого давления, необходимость в котором для систем центрального и распределенного впрыска отсутствует.

Конечно же, топливная аппаратура высокого давления ложится определенным бременем на стоимости всей системы питания, что является одним из недостатков системы непосредственного впрыска, тем не менее, достоинства такой системы тоже очевидны. Двигатель, использующий непосредственный впрыск бензина, экономичнее и экологичнее аналогичных двигателей с внешним впрыском, кроме того, он меньше склонен к детонационным явлениям во время работы.

Итак, для того чтобы обеспечить качественное смесеобразование внутри цилиндра, необходимо повысить давление впрыска. Поэтому в системе непосредственного впрыска топлива насос низкого давления подает топливо через фильтр к насосу высокого давления, который создает в аккумуляторе (накопитель, где топливо находится под высоким давлением) давление 5…13 МПа.
При превышении давления специальный регулятор перепустит избыточное топливо на вход насоса высокого давления. Значение давления в аккумуляторе (накопителе) регистрируется датчиком давления и подается на электронный блок управления (

ЭБУ). Топливо из аккумулятора подается к электромагнитным форсункам, которые включаются по команде от микропроцессора.



Благодаря впрыску топлива сразу после подачи искры в цилиндре обеспечивается воспламенение топливовоздушной смеси нормального состава, который поддерживает ЭБУ. При этом в удаленных от электродов зонах состав горючей смеси остается обедненным и даже бедным (в самых крайних зонах). Таким образом, при непосредственном впрыске образуется неравномерный состав топливовоздушной смеси по всему объему камеры сгорания.

Из возникшего у электродов свечи зажигания очага горения фронт пламени распространяется в периферийные зоны, где воспламеняет бедные составы смеси с коэффициентом избытка воздуха

α≥2.
В результате существенно повышается топливная экономичность двигателя и снижается вероятность возникновения детонации.

По сравнению с системой распределенного впрыска система непосредственного впрыска обладает следующими недостатками:

• более высокая стоимость из-за наличия аппаратуры высокого давления;
• сложные температурные условия работы форсунки, распылитель которой расположен в камере сгорания;
• сложная форма камеры сгорания, необходимая для лучшего перемешивания воздуха и бензина;
• повышенные требования к бензину (ограничение содержания серы) и качеству его очистки.

Кроме того, использование насосов высокого давления или насос-форсунок традиционных конструкций осложняется отсутствием у бензина смазывающих свойств.

Тем не менее, благодаря описанным выше преимуществам, в первую очередь – высокой экономичности, система непосредственного впрыска все шире применяется производителями автомобилей и завоевывает популярность у автомобилистов. Можно предположить, что с развитием и совершенствованием технологий изготовления точных деталей системы с непосредственным впрыском займут лидирующие позиции в конструкциях бензиновых автомобильных двигателей.

***

Механическая система впрыска K-Jetronic



Главная страница

• Страничка абитуриента

Дистанционное образование

• Группа ТО-81
• Группа М-81
• Группа ТО-71
  

Специальности

• Ветеринария
• Механизация сельского хозяйства
• Коммерция
• Техническое обслуживание и ремонт автотранспорта

Учебные дисциплины

• Инженерная графика
• МДК. 01.01. «Устройство автомобилей»
•    Карта раздела
•       Общее устройство автомобиля
•       Автомобильный двигатель
•       Трансмиссия автомобиля
•       Рулевое управление
•       Тормозная система
•       Подвеска
•       Колеса
•       Кузов
•       Электрооборудование автомобиля
•       Основы теории автомобиля
•       Основы технической диагностики
• Основы гидравлики и теплотехники
• Метрология и стандартизация
• Сельскохозяйственные машины
• Основы агрономии
• Перевозка опасных грузов
• Материаловедение
• Менеджмент
• Техническая механика
• Советы дипломнику

Олимпиады и тесты

• «Инженерная графика»
• «Техническая механика»
• «Двигатель и его системы»
• «Шасси автомобиля»
• «Электрооборудование автомобиля»

Система непосредственного впрыска бензина MED 17.

0

Режимы работы:
—
Ламинарный режим
—
Прогрев каталитического нейтрализатора
Впрыскивание топлива посредством электромагнитных топливных форсунок
Клапан дозирования топлива на топливном насосе высокого давления
Датчик давления топлива в топливном коллекторе
Датчик уровня моторного масла для определения температуры моторного масла (только EcoBoost – MI4 2.0L)
Система регулирования фаз газораспределения для впускного и выпускного распределительных валов
система низкого давления топлива, управляемая модулем
Стратегии управления двигателем для соблюдения стандарта выбросов V
Наддув:

Турбокомпрессор, работающий на ОГ, с водяным охлаждением и электропневматическим клапаном с откидным затвором
Нейтрализация (очистка) отработавших газов:

Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор с предустановленным и последующим кислородными датчиками HO2S
Предельные показатели токсичности отработавших газов

С введением норм токсичности V предельные показатели выбросов стали еще строже.

Двигатели с впрыском во впускной коллектор

Бензиновые двигатели с впрыском во впускной коллектор, которые уже поставлялись в соответствии со стандартом выбросов IV, будут частично модифицированы до соответствия стандарту выбросов V. Это в основном достигается за счет доработанного программного обеспечения в PCM.

Кроме того , в некоторых вариантах нейтрализация NOX улучшается путем дальнейшей модификации покрытия каталитического нейтрализатора.

У других вариантов мощность каталитического нейтрализатора была уже достаточной. Поскольку стандарт выбросов V все же требует более быстрого достижения рабочей температуры каталитического нейтрализатора, пришлось установить каталитический нейтрализатор ближе к двигателю.

Двигатели с непосредственным впрыском бензина и турбонаддувом

С точки зрения стандарта выбросов V непосредственному впрыску бензина с турбонаддувом придается новое значение.

Первым двигателем этого вида является EcoBoost – MI4 2.0L. Этот двигатель с 02/2010 устанавливается на 2007. 5 Mondeo и 2006.5 S-MAX/Galaxy.

Двигатель EcoBoost – Sigma 1.6L доступен с момента ввода продукта 2011 C-MAX.

В будущем последуют другие двигатели с непосредственным впрыском бензина и турбонаддувом.

EGR

Внешняя EGR через клапан EGR для этих двигателей не требуется. Требуемая рециркуляция отработавших газов осуществляется посредством переменного регулируемого газораспределения.

Рассмотрение системы непосредственного впрыска бензина

Система непосредственного впрыска бензина обладает большими резервами экономии топлива. В комбинации с TC достигается сокращение расхода топлива до 20%.

Двигатели с системой непосредственного впрыска бензина образуют топливовоздушную смесь в камере сгорания. Этот тип смесеобразования называют внутренним смесеобразованием.

Через открытый впускной клапан в такте всасывания в камеру сгорания подается только свежий воздух.

Топливо под большим давлением впрыскивается непосредственно в камеру сгорания через специальные форсунки.

Способ сжигания

Способом сжигания в системе непосредственного впрыска бензина называют то, как осуществляется смесеобразование и преобразование энергии.

Иметь влияние

геометрия камеры сгорания и впускного тракта,
момент впрыска и зажигания, а также
применяемый режим работы.
У EcoBoost – MI4 1.6L используется технология управляемого факела. Топливная форсунка расположена по центру в верхней стенке камеры сгорания, посередине между впускным и выпускным клапанами.

У EcoBoost – MI4 2.0L используется способ сжигания с впрыском топлива вдоль стенок камеры. Топливная форсунка расположена сбоку на головке блока цилиндров между впускными клапанами.

Смесеобразование осуществляется посредством углубления в днище поршня.

Режимы работы

Используются следующие режимы работы:

гомогенный режим работы и
режим прогрева каталитического нейтрализатора.
Гомогенный режим работы:

В прогретом двигателе смесеобразование осуществляется исключительно в гомогенном режиме. В этом режиме впрыскиваемое топливо смешивается со свежим воздухом точно в стехиометрическом соотношении 14,7:1. При этом топливо впрыскивается в такте всасывания, чтобы осталось достаточно времени для гомогенизации всей смеси. В гомогенном режиме работы сгорание, в значительной мере соответствует двигателю с впрыском топлива во впускной коллектор.
Режим прогрева каталитического нейтрализатора:

Режим прогрева каталитического нейтрализатора служит для быстрого прогрева трехкомпонентного каталитического нейтрализатора при холодном двигателе и реализуется посредством двойного впрыскивания. При этом первое впрыскивание как и в гомогенном режиме осуществляется в такте всасывания. Второе впрыскивание осуществляется в такте сжатия, непосредственно после закрывания впускных клапанов. За счет этого обеспечивается богатая топливовоздушная смесь вокруг свечи зажигания. Момент зажигания регулируется в направлении запаздывания так, чтобы в систему выпуска и, тем самым, в трехкомпонентный каталитический нейтрализатор могло попасть как можно больше тепла от сгорания.

Система непосредственного впрыска топлива

Система непосредственного впрыска топлива

Рейтинг: 5 / 5

Пожалуйста, оцените Оценка 1Оценка 2Оценка 3Оценка 4Оценка 5  

Информация о материале

Автор: Владимир Бекренёв

Просмотров: 33362

История создания

«Инжекторная система подачи топлива для бензиновых двигателей внутреннего сгорания с распределённым впрыском топлива, у которой форсунки расположены непосредственно возле цилиндров и впрыск топлива происходит непосредственно в цилиндры. Топливо подается под большим давлением в камеру сгорания каждого цилиндра в противоположность стандартной системе распределённого впрыска топлива, где впрыск производится во впускной коллектор. Такие двигатели более экономичны (до 15% экономии), отвечают более высоким экологическим стандартам, однако они более требовательны к обслуживанию и качеству топлива. «(цитата из Википедии — свободной энциклопедии.)

Впрыск топлива в цилиндр был известен еще на самой заре автомобилестроения. В начале 1890-х годов немец Рудольф Дизель и англичанин Герберт Акройд-Стюарт защитили права на собственные схемы двигателя внутреннего сгорания, работающего на мазуте. Теория Рудольфа Дизеля — экономичного теплового двигателя, который работает благодаря высокой степени сжатия в цилиндрах, впоследствии оказалась очень эффективной. Английский же инженер Акройд Стюарт также предложил двигатель, в котором всасываемый в цилиндр воздух сжимался, затем в конце такта сжатия поступал в колбу, в которую впрыскивалось топливо. Для запуска двигателя колба нагревалась при помощи паяльной лампы. После того, как двигатель запустился, он работал уже без внешнего подогрева. В двигателе Акройд-Стюарта впервые возникает прообраз насос-форсунки — (jerk pump). Акройд Стюарт не заинтересовался преимуществами, которые дает высокая степень сжатия и не заметил огромного преимущества экономии топлива предложенной в теории Дизеля. Инженер Йонас Хессельман (Jonas Hesselman) сумел объединить идеи обоих изобретателей в одной конструкции. В 1925 году он выпустил первый в истории транспорта двигатель с непосредственным бензиновым впрыском. Это был своеобразный гибридный двигатель, работавший на всем, что горит: топливом для него могли служить бензин, керосин, солярка, масло… Горючее любого вида впрыскивалось насосом в камеру сгорания через форсунку, подобную той, что применялась на дизелях. Заводился двигатель Хассельмана только на бензине (он зажигался в камере сгорания обычной свечой), а прогревшись до рабочей температуры, переключался на другое топливо. Никого не смущала заправка двух топливных баков разными видами топлива. На грузовики VOLVO такие ДВС устанавливали до 1947 года! Но полноценный бензиновый впрыск появился немного позже. До поры до времени пара насос-форсунка применялась лишь на дизельных двигателях. Перенести ее на бензиновые агрегаты мешало отсутствие эффективной внутренней смазки: в отличие от солярки бензин не имеет смазывающих свойств, поэтому экспериментальные насосы нередко заклинивало. Специалисты из “Bosch” долго боролись с этой проблемой в 30-е годы, но всё же решили её. Впервые применение непосредственного впрыска топлива с механическим управлением было реализовано на авиационном двигателе Daimler-Benz DB 601. По конструкции DB 601 традиционный V-образный — 12ти цилиндровый двигатель c жидкостным охлаждением, построен на базе карбюраторного DB 600. Оригинальный немецкий мотор ставили на: Dornier Do 215, Heinkel He 100, Henschel Hs 130A-0, Messerschmitt Bf 109, Messerschmitt Bf 110, Messerschmitt Me 210.
DB 601 был одним из лучших двигателей с непосредственным впрыском топлива времен 2-й Мировой войны. Положительной особенностью этого двигателя было то, что он создавался на базе надежною карбюраторного двигателя DB 600. При создании, двигатель получил достаточный запас прочности, допускавший дополнительное форсирование. Двигатель с непосредственным впрыском оказался на 6-7% мощнее традиционного карбюраторного двигателя. Кроме того, двигатель отличался необычайно равномерным дозированием топливно-воздушной смеси. Но что было важнее всего для авиации, двигатель с непосредственным впрыском топлива стабильно работал независимо от ориентации в пространстве. Впрыск также позволял снизить вероятность пожара и взрыва при повреждении топливной системы, а при форсировании не требовалось значительно увеличивать степень сжатия.
Были у двигателя и недостатки. Прежде всего, система непосредственного впрыска весила почти в два раза больше, чем карбюратор. Для системы требовался насос, развивающий давление 200-300 атмосфер. Система отличалась требовательностью к качеству топлива. Двигатель с непосредственным впрыском не мог развить более 2400 оборотов в минуту. Наконец, большую важность представляло соблюдение технологии производства. В 1936 году новый DB 60IA-1 мощностью 1100 л.с. (топливо В4, октановое число 87) пошел в серию. Этот двигатель устанавливали на истребителях Bf-109C и ВГ-109Е. Следующей модификацией мотора стал DB 601N. Его мощность составляла 1175 л.с. Он был приспособлен для работы на бензине СЗ (октановое число 95). Так начиналась эра двигателей с непосредственным впрыском топлива.Немного позже во время второй мировой войны Советские конструкторы в кратчайшие сроки пустили в серию авиационный мотор АШ-82ФН. Этот малогабаритный мотор представлял собой 14-цилиндровую двухрядную «звезду». С воздушным охлаждением.

Цилиндры мотора расположены в два ряда (двумя звездами), в шахматном порядке по семь цилиндров в каждом ряду. Мотор относится к числу короткоходовых моторов, так как отношение длинны хода поршня к диаметру цилиндра меньше единицы. Этим обеспечивается относительно малый диаметр мотора, а следовательно, сравнительно малый удельный лоб (отношение площади лба мотора к его мощности). Габарит мотора составлял всего 1260 мм. По характеристикам АШ-82ФН превосходил лучшие образцы зарубежных моторов того времени. АШ-82ФН снабжен агрегатом непосредственного впрыска топлива в цилиндры (НВ-3У ) вместо карбюратора. Двигатель М-82ФН с насосом НВ-3У обладал рядом преимуществ по сравнению с карбюраторным двигателем: увеличенной на 6…7 % мощностью; уменьшенным на 10 % расходом топлива; способностью работы на низкосортных топливах; высокой устойчивостью работы на всех режимах, в т. ч. на больших высотах и т.д. Кроме отличия в системе питания топливом, мотор отличался от карбюраторных моторов конструкцией отдельных деталей и узлов, допускающей форсирование. Двигатель М-82ФН был установлен на самолеты Ла-5. При этом специалистам моторостроительного конструкторского бюро А. Швецова удалось без увеличения массы двигателя довести его максимальную мощность до1850 л.с Итоги испытаний нового самолета превзошли все ожидания. Достаточно сказать, что максимальная скорость полета выросла до 635 км/ч. Теперь Ла-5 по праву вышел в число лучших истребителей мира. По скорости полета на малых и средних высотах, а также по характеристикам вертикального и горизонтального маневра он значительно превосходил немецкий истребитель FW 190A. Впервые самолеты Ла-5ФН в большом количестве были применены в воздушных боях на Курской дуге. Именно здесь они доказали свое превосходство над «фокке-вульфами», также брошенными в бой в массовом количестве.Особенно четко преимущество Ла-5ФН перед FW 190 проявлялось в ближнем маневренном бою. Всего за годы войны построено 10 000 Ла-5 и 5750 Ла-7.
После войны внедрение непосредственного впрыска в массы продолжила маленькая немецкая фирма Goliath. Впервые «гражданский» непосредственный впрыск бензина появился на двухтактном двухцилиндровом моторе маленького купе Goliath 700 Sport в 1951 году. Голиафовский мотор оснащался адаптированным вариантом дизельной топливной аппаратуры Bosch. Бензин впрыскивался двухплунжерным насосом в надпоршневое пространство под давлением по окончании выпуска. Кроме бензобака емкостью 44 л, под капотом находился трехлитровый маслобак системы смазки двигателя. Масло подавалось дозирующим насосом во впускной коллектор — в пропорции 1:40 с бензином. Впрыск бензина вместе с повышенной степенью сжатия увеличил отдачу мотора: если карбюраторный двигатель развивал 25 л.с., то со впрыском — все 29 л.с. «Впрысковые» Голиафы успели зарекомендовать себя как весьма экономичные машины. Так, в ходе тест-пробега седана GP 900 E на четыре с лишним тысячи километров пути ушло 280 л бензина и 7 л моторного масла. А в 1956 году Goliath 900 E выиграл экоралли Economy Run в Австралии со средним расходом топлива 5,3 л/100 км на дистанции в 1001 милю.Но даже непосредственный впрыск не излечил моторы Goliath от врожденной болезни двухтактных двигателей Отто — пропуска вспышек при низкой нагрузке. Под нагрузкой «Голиафы» вели себя превосходно — моторы работали ровно и исключительно тихо. Но на малом газу и на холостых оборотах они работали не стабильно, как и другие двухтактники! Ведь система впрыска Bosch была «усеченной» — на холостом ходу за подачу бензина отвечал своего рода «мини-карбюратор». А сизый дымок с характерным запахом из выхлопной трубы не давал забыть о смазке мотора. Кроме того, система впрыска оказалась намного сложнее привычного карбюратора в обслуживании и ремонте, что для небогатых тогда немцев представляло немаловажное обстоятельство. Поэтому в 1956 году в Бремене параллельно стали выпускать карбюраторный Goliath GP 900 V.

Следующим шедевром непосредственного впрыска стал снова Daimler-Benz с его «крылатым» купе Mercedes 300SL 1954 года.

После войны Германия получила запрет на разработку инжекторов для авиационных двигателей. И инженеры занялись адаптацией систем непосредственного впрыска для легковых автомобилей, обнаружив еще одно их немаловажное достоинство по сравнению с карбюраторами – экономичность. Система прямого впрыска – главный инженерный козырь «трехсотого». Это передовое решение применено на серийном автомобиле с четырехтактным двигателем впервые в мире. Традиционный 3-х литровый V6 не стали заменять на другой, а просто хорошенько “подкрутили” и обновили. Прежняя мощность увеличилась более, чем в два раза за счет установки новой механической системы топливной инъекции Bosch. Мощь двигателя возросла. С 86 kW (115 л.с.), до 180 kW (240 л.с.) при 6100 об/мин. Инжектор позволил развивать скорость до 250 км/ч. Такие показатели делали Mercedes-Benz 300SL одним из самых мощных и быстрых автомобилей своего времени. В 1956 году «трехсотый» Mercedes был приобретен для нужд Центрального НИИ топливной аппаратуры (ЦНИИТА) и доставлен в Ленинград. Отечественные специалисты были наслышаны о системе впрыска топлива и задумали создать советский аналог, для чего немецкую конструкцию разобрали буквально до винтика,… а вот скопировать не смогли – механизм оказался слишком сложным. «Наша» система впрыска так и осталась экспериментальной, а многострадальную и уникальную немецкую машину продали одному ленинградскому автоспортсмену. Тот «подарил» «Мерседесу» карбюратор и успешно выступал на удивительном автомобиле в кольцевых гонках.В Европе и Соединенных Штатах до сих пор «бегает» множество представителей семейства 300 SL – как купе с «крыльями чайки», так и родстеров. Для поклонников ретротехники, красивых автомобилей, для любителей машин дорогих и спортивных Mercedes-Benz 300 SL стал пределом мечтаний, для многих эта машина является символом экономического возрождения 50-х годов, а главное, «трехсотый» стал одним из немногих автомобилей, о котором можно сказать «первый в мире» или «один из первых».

Следующий опыт применения непосредственного впрыска был предпринят в период нефтяного кризиса 70-ых годов Ford’ом, но успехом не увенчался. Механический впрыск был ограничен максимальными оборотами и был очень капризным. Дальнейшее развитие электроники в 90 годах прошлого века вновь натолкнула разработчиков двигателей на создание идеального мотора. И в 1995 году японская Mitsubishi Motors Corp представила миру первый автомобиль с двигателем GDI (Gasoline Direct Injection).Это уже была революция в моторостроении.Новейший двигатель оснастили семиплунжерным ТНВД  с рабочим давлением в 48кг,была увеличена степень сатия,установлены топливные инжекторы с высоковольтным управлением.Изменены поршни ,камера сгорания,впускной коллектор. А новейшая система электронного управления мотором была в не конкуренци.Так закончилась эра разработок механического непоредственного впрыска топлива в бензиновых моторах и началась эра разработок электронного впрыска. Но это уже совсем другая история.

 

• Назад

Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.У вас нет прав оставлять комментарии.

Непосредственный впрыск топлива бензиновый двигатель

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

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.

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.

Таким образом, если выполнять определенные правила, предписанные автопроизводителем, а именно заправляться на проверенных заправках качественным топливом и регулярно проводить техническое обслуживание топливной системы автомобиля, то ухудшения качеств мотора, а тем более поломок оборудования можно избежать. Специалисты также советуют проводить прочистку форсунок после каждых 50-60 тыс. км.

Система непосредственного впрыска топлива является самой современной и совершенной, с точки зрения экономия топлива и экологии, системой впрыска топлива бензиновых двигателей. Работа системы основана на впрыске топлива непосредственно в камеру сгорания двигателя.

Впервые система непосредственного впрыска была применена на двигателе GDI (Gasoline Direct Injection – непосредственный впрыск бензина), устанавливаемом на автомобили компании Mitsubishi. В настоящее время система непосредственного впрыска используется в двигателях многих автопроизводителей.

Toyota — D4
Mercedes-benz — CGI
Mitsubishi — GDI
Nissan — NEO DI
Renault — IDE
Alfa Romeo — JTS
PSA Peugeot Citroën — HPi
Mazda — DISI; SkyActive
General Motors — Ecotec
Ford — TwinForce, SCTi, EcoBoost
Volkswagen, Audi, Skoda — FSI, TSI, TFSI
Opel — SIDI (Spark Ignition Direct Injection)

Применение системы непосредственного впрыска позволяет достичь до 5-15% экономии топлива в режиме холостого хода и частичных нагрузок, а также сокращения выброса вредных веществ с отработавшими газами.

Устройство системы непосредственного впрыска топлива.

Конструкция системы непосредственного впрыска топлива рассмотрена на примере системы, устанавливаемой на двигатели FSI Fuel Stratified Injection – послойный впрыск топлива. Система непосредственного впрыска составляет контур высокого давления топливной системы двигателя и включает топливный насос высокого давления, регулятор давления топлива, топливную рампу, предохранительный клапан, датчик высокого давления и форсунки впрыска.

1. топливный бак
2. топливный насос
3. топливный фильтр
4. перепускной клапан
5. регулятор давления топлива
6. топливный насос высокого давления
7. трубопровод высокого давления
8. распределительный трубопровод
9. датчик высокого давления
10. предохранительный клапан
11. форсунки впрыска
12. адсорбер
13. электромагнитный запорный клапан продувки адсорбера

Топливный насос высокого давления служит для подачи топлива к топливной рампе и далее к форсункам впрыска под высоким давлениям (3-11 МПа) в соответствии с потребностями двигателя. Основу конструкции насоса составляет один или несколько плунжеров. Насос приводится в действие от распределительного вала впускных клапанов.

Регулятор давления топлива обеспечивает дозированную подачу топлива насосом в соответствии с впрыском форсунки. Регулятор расположен в топливном насосе высокого давления. Топливная рампа служит для распределения топлива по форсункам впрыска и предотвращения пульсации топлива в контуре. Предохранительный клапан защищает элементы системы впрыска от предельных давлений, возникающих при температурном расширении топлива. Клапан устанавливается на топливной рампе.

Датчик высокого давления предназначен для измерения давления в топливной рампе. В соответствии с сигналами датчика блок управления двигателем может изменять давление в топливной рампе. Форсунка впрыска обеспечивает распыление топлива в камере сгорания для образования топливно-воздушной смеси.

Согласованную работу системы обеспечивает электронная система управления двигателем, которая является дальнейшим развитием объединенной системы впрыска и зажигания. Традиционно система управления двигателем объединяет входные датчики, блок управления и исполнительные механизмы.

Помимо датчика высокого давления топлива в интересах системы непосредственного впрыска работают датчик частоты вращения коленчатого вала, датчик положения распределительного вала, датчик положения педали акселератора, расходомер воздуха, датчик температуры охлаждающей жидкости, датчик температуры воздуха на впуске.

В совокупности датчики обеспечивают необходимой информацией блок управления двигателем, на основании которой блок воздействует на исполнительные механизмы — электромагнитные клапаны форсунок, предохранительный и перепускной клапаны.

Принцип действия системы непосредственного впрыска
Система непосредственного впрыска в результате работы обеспечивает несколько видов смесеобразования:

Многообразие в смесеобразовании определяет высокую эффективность использования топлива (экономия, качество образования смеси, ее полное сгорание, увеличение мощности, уменьшение вредных выбросов, мгновенный отклик на педаль акселератора) на всех режимах работы двигателя.

Послойное смесеобразование используется при работе двигателя на малых и средних оборотах и нагрузках. Стехиометрическое (другое наименование – легковоспламеняемое) гомогенное (другое наименование – однородное) смесеобразование применяется при высоких оборотах двигателя — режим макисмальной мощности или больших нагрузках — режим максимального момента. На бедной гомогенной смеси двигатель работает в промежуточных режимах и на холостом ходу, когда нужно обеспичить максимальную экономию топлива. При послойном смесеобразовании дроссельная заслонка почти полностью открыта, впускные заслонки закрыты. Воздух поступает в камеры сгорания с большой скоростью, с образованием воздушного вихря. Впрыск топлива производится в зону свечи зажигания в конце такта сжатия, для этого поршень имеет специальную форму днища. За непродолжительное время до воспламенения в районе свечи зажигания образуется топливно-воздушная смесь с коэффициентом избытка воздуха от 1,5 до 3. При воспламенении смеси вокруг нее остается достаточно много чистого воздуха, выступающего в роли теплоизолятора.

Гомогенное стехиометрическое смесеобразование происходит при открытых впускных заслонках, дроссельная заслонка при этом открывается в соответствии с положением педали газа. Впрыск топлива производится на такте впуска, что способствует образованию однородной смеси. Коэффициент избытка воздуха составляет 1. Смесь воспламеняется и эффективно сгорает во всем объеме камеры сгорания. Бедная гомогенная смесь образуется при максимально открытой дроссельной заслонке и закрытыми впускными заслонками. При этом создается интенсивное движение воздуха в цилиндрах. Впрыск топлива производится на такте впуска. Коэффициент избытка воздуха поддерживается системой управления двигателем на уровне 1,5. При необходимости в состав смеси добавляются отработавшие газы из выпускной системы, содержание которых может доходить до 25%, что снижает количество кислорода в камере сгорания.

На практике непосредственный впрыск приносит много головной боли своим владельцам, вся экономия топлива рассыпается в труху о стоимость ремонта и обслуживания.

1. Необходимо следить за чистотой бензина от механических примесей. Что попало (самый дешевый) в эти двигатели не пойдет. Только самый дорогой из доступных, причем АИ-98-100.

2. Приходится часто менять топливные фильтры (обычно 30-60т.км.), причем только оригинальные. Использование неоригингальных топливных фильтров чревато быстрым износом ТНВД и забитыми форсунками, со всеми прелестями их замены или ремонта. Можно конечно рисковать, но в случае чего — выйдет раком очень дорого.

3. При температурах ниже -25-30С ТНВД из-за ухода тепловых зазоров не может развить номинальное давление, с прогревом он конечно довольно быстро приходит в норму. Но с увеличением пробега все становится хуже. Двигатель трясется, пытается — и не заводится нормально. Кроме того, запуск при таких температурах быстро изнашивает ТНВД и форсунки.

4. Каждые 30-60т.км. необходимо обслуживать всю топливную систему — промывать форсунки, менять уплотнительные колечки, проверять все насосы и при необходимости менять (насос низкого давления) либо ремонтировать (насос высокого давления). Иначе можно «встать» колом.

5. Нужно подбирать масло так, чтобы оно не сильно загаживало камеру сгорания и впускные клапана (а значит зола не больше 1,15%, а в некоторых случаях и все 0,8-1% что явно не способствует стойкости масла и сроку жизни ДВС до износа), но так чтобы предотвратить износ распредвалов, цепей, шестерен и прочего. Подобрать такое масло — не так то просто, даже сами автопроизводители в своих допусках уже запутались…и даже придумали новую страшилку — проблема LSPI. Несите ваши денежки за новые масла…только это вам не поможет. Выбирайте — повышенный износ всего двигателя, но чистые от нагара клапана и каналы, либо — низкий износ и все заросшее нагаром, с опасностью клина. Хороший выбор, не правда ли? Что в лоб, что по лбу…особенно печально в свете того, что многие двигатели с непосредственным впрыском имеют пластинчатую цепь Морзе, либо кулачки распредвалов непосредственно скользят по толкателям клапанов без роликовых механизмов, имеющую крайне высокие требования к противозадирным и противоизносным компонентам ZDDP и ZP, содержание которых приходится постоянно снижать, с все ужесточающимися экологическими нормами. Сюда нужны исключительно полнозольники…иначе износ к 150т.км. будет критическим. Раз в пару-тройку лет — обязательная чистка.

6. Самое веселое — каждые 50-100т.км. необходимо очищать одним из способов (чаще всего — механически, с разборкой) впускные клапана и впускные окна головки блока, из-за того что они не омываются бензином — зарастают нагарами, отложениями, сажей. «Спасибо» системам EGR и принудительной вентиляции картера. Все это дерьмо прилетает именно оттуда и налипает повсюду. В противном случае двигатель сначала теряет мощность (обычно чуть больше 100т.км.), в некоторых случаях смесь обогащается (воздуха мало) и двигатель начинает под нагрузкой коптить, в особо тяжелых случаях (когда владелец — у меня 150-180тыщ ниче не делал по движку — машина огонь!) возможно повреждение клапанов (клинит и гнет…) либо даже отрыв тарелок, с крайне тяжелыми последствиями…а эти двигатели нихрена не простые в сборке-разборке. И еще более тяжелые в капремонте. Если делать самостоятельно — довольно сложно и трудоемко, если ехать в автосервис — неприлично дорого и велик риск что ничего путем не очистят, а протрут тряпочкой впускные каналы и ОК — ждем на капиталочку, лох подготовлен, счетчик запущен…

7. Очень распространенная проблема двигателей с непосредственным впрыском — низкое тепловыделение на холостых и медленном движении по пробкам, в режиме бедной смеси. Экономия она конечно хорошо, но когда за окном -25-35С двигатель натурально остывает, из печки начинает идти холодный воздух. Все двигатели объемом менее 2л с непосредственным впрыском в той или иной степени подвержены этой проблеме. Постепенно решают извращениями с контурами охлаждения (подогрев антифриза от выхлопа, 2 термостата один в головку, второй в блок), интеграция выхлопного коллектора в головку блока…и…даже подачей обогащенной смеси, если температура ДВС начинает снижаться, превращая весь смысл непосредственного впрыска в ничто.

8. При езде на высоких скоростях, под нагрузкой, по трассе, когда нужен большой момент и мощность, для сопротивления нагрузке и воздушному потоку — экономия топлива от непосредственного впрыска едва ли укладывается в диапазон 1-5%. В таком режиме двигатель готовит исключительно стехиометрическую смесь, а то и богатит, когда нужна максимальная мощность. В таких режимах езды выгоды от непосредственного впрыска нет и быть не может.

9. Почти полная неликвидность авто с такими двигателями с реальным пробегом свыше 100-150т.км., даже если авто обслуживалось во время и проблем не доставляло. Сильное падение цены на вторичке. Владельцам приходится сматывать пробег в разы, чтобы вообще куда-то продать…и по этой причине невозможно понять, сколько же реально ходят эти двигатели?

К сожалению, непосредственный впрыск топлива бензиновых ДВС можно отнести еще к одной системе снижения ресурса до вмешательства, и вновь срок службы до первого ремонта не превышает 100-150т.км. городского пробега. Если хотите реально экономить топливо — покупайте дизель. Там тоже прелестей хватает («зимнее» летнее диз.топливо, свечи накала, топливные фильтры, прокладки форсунок, ТНВД, сажевые фильтры…), но рассчитаны они обычно для комтранса, имеют огромный запас прочности (сравните поршни, толщину колец, шатунов, коленвала, конструкцию головы, блока) и раньше 250-350т. км. вы туда вряд ли вообще полезите.

Система непосредственного впрыска топлива (СНВТ) (Gasoline Direct Injection (GDI)) — инжекторная система подачи топлива для бензиновых двигателей внутреннего сгорания с непосредственным впрыском топлива, у которой форсунки расположены в головке блока цилиндров и впрыск топлива происходит непосредственно в цилиндры. Топливо подается под большим давлением в камеру сгорания каждого цилиндра в противоположность стандартной системе распределённого впрыска топлива, где впрыск производится во впускной коллектор.

Такие двигатели более экономичны (до 20 % экономии [1] ), отвечают более высоким экологическим стандартам, однако и более требовательны к качеству топлива.

Содержание

Наименование [ править | править код ]

Аббревиатура GDI подразумевает систему непосредственного впрыска на двигателях Mitsubishi. Это произошло потому, что впервые система непосредственного впрыска была применена на двигателе GDI, устанавливаемом на автомобили компании Mitsubishi. [1] Это утверждение верно лишь частично. Так первый серийный двигатель с непосредственным впрыском был изготовлен Daimler-Benz DB 601Messerschmitt Bf.109E. Впервые непосредственный впрыск топлива на автомобиле Mercedes W196, на котором знаменитый Фанхио выиграл сезоны 54 и 55 года. Mitsubishi первыми применила электронно-управляемый непосредственный впрыск что позволило применить на некоторых режимах суперобедненную смесь.

Согласно SAE J1930, система непосредственного впрыска имеет наименование DFI, direct fuel injection (рус. «непосредственный впрыск топлива»). В то же время, производители двигателей часто дают системам непосредственного впрыска собственные торговые наименования, например:

Бензин с непосредственным впрыском

От подачи топлива до обработки выхлопных газов

Подача топлива
Изделия подачи топлива (модуль подачи топлива со встроенным электробензонасосом, датчиком уровня в баке и топливным фильтром) обеспечивают подачу в насос высокого давления необходимого количества топлива из бака в конкретную давление до 6 бар.

Впрыск топлива
Двигатели с непосредственным впрыском бензина производят топливно-воздушную смесь непосредственно в камере сгорания. Только свежий воздух поступает во впускное отверстие через открытый впускной клапан. Топливо впрыскивается непосредственно в камеру сгорания форсунками высокого давления. Охлаждение камеры сгорания улучшается за счет непосредственного распыления топлива в случае прямого впрыска бензина. Это обеспечивает более высокую степень сжатия двигателя и, в свою очередь, повышение эффективности, что способствует снижению расхода топлива и увеличению крутящего момента. В случае непосредственного впрыска бензина контур высокого давления питается от насоса высокого давления, который поддерживает давление топлива в топливной рампе на требуемом высоком уровне до 350 бар. Форсунки высокого давления установлены на топливной рампе, дозируют и распыляют топливо под высоким давлением очень быстро, чтобы обеспечить оптимальную подготовку смеси непосредственно в камере сгорания.

Управление подачей воздуха
Управление подачей воздуха обеспечивает подачу правильной воздушной массы к двигателю в каждой рабочей точке.

Зажигание
Бензиновым двигателям требуется искра зажигания для воспламенения воздушно-топливной смеси в цилиндре двигателя. Свеча зажигания генерирует искру. Требуемое высокое напряжение вырабатывается катушкой зажигания. Для этого он преобразует электрическую энергию аккумулятора в напряжение зажигания и подает это напряжение на свечу зажигания в точке зажигания.

Электронный блок управления
Электронный блок управления централизованно определяет приоритеты и управляет различными функциями, которые должна выполнять современная система управления двигателем. Принимая крутящий момент за ключевую переменную, электронный блок управления эффективно регулирует необходимую топливно-воздушную смесь, угол опережения зажигания и обработку отработавших газов.

Очистка отработавших газов
Очистка отработавших газов помогает производителям соблюдать международные стандарты по выбросам, напр. с помощью каталитической обработки выхлопных газов. Использование лямбда-зондов обеспечивает еще более эффективный контроль выбросов. Целью этого механизма является всегда достижение стехиометрического соотношения воздух-топливо (λ=1). При гомогенных процессах сгорания (λ=1) оптимальную обработку выхлопных газов можно обеспечить за счет регулирования стехиометрического соотношения воздух-топливо и использования трехкомпонентного каталитического нейтрализатора. В случае послойного сгорания (обедненной смеси), λ>1, избыток воздуха в камере сгорания приводит к образованию нежелательных оксидов азота в выхлопных газах в процессе сгорания. Оксиды азота направляются на дополнительный каталитический нейтрализатор аккумуляторного типа для удаления.

Сокращение

Уменьшение размеров влечет за собой уменьшение рабочего объема двигателя, что, в свою очередь, снижает расход топлива и связанные с ним выбросы CO ₂ . Экономия топлива является результатом того, что двигатель чаще работает в верхних областях карты с более высокой эффективностью. Комбинация турбонагнетателей, работающих на отработавших газах, и прямого впрыска бензина облегчает использование концепций уменьшения габаритов.

Эти концепции используют более высокий удельный крутящий момент, возникающий в результате турбонаддува, для уменьшения рабочего объема двигателя при сохранении выходной мощности. Это решение снижает расход топлива и, в свою очередь, CO ₂ выбросов без ущерба для выходной мощности. При постоянном объеме цилиндра топливовоздушная смесь обладает большей энергией. Относительно меньшего объема двигателя достаточно для высвобождения того же количества энергии, что и у более крупного сопоставимого двигателя, без уменьшения размеров.

Работа управляемого клапана (CVO)

Будущее законодательство, направленное на снижение содержания твердых частиц в выхлопных газах, ставит новые задачи перед двигателями внутреннего сгорания. В своей уникальной инновационной системе CVO (управление работой клапана) для бензиновых двигателей с непосредственным впрыском компания Bosch применила мехатронный подход, который может внести ценный вклад в юридические ограничения выбросов, такие как EU6d.

Блок управления двигателем Bosch и форсунки высокого давления Bosch являются основными компонентами CVO. В отличие от обычного управляемого впрыска с разомкнутым контуром, в этой установке блок управления и форсунки высокого давления образуют замкнутый контур. Блок управления улавливает сигнал срабатывания форсунок высокого давления на протяжении всего процесса впрыска и определяет момент открытия и закрытия игл клапанов.

Таким образом, блок управления может рассчитать фактическое количество впрыска каждой форсунки и при необходимости внести коррективы. CVO также позволяет впрыскивать небольшое количество топлива с минимальными допусками. Точность непосредственного впрыска бензина в этой области значительно улучшилась и сохраняется на протяжении всего срока службы клапана, гарантируя стабильный процесс сгорания. CVO оказывает особенно положительное влияние на выбросы твердых частиц на холодном двигателе во время фазы прогрева каталитического нейтрализатора, а затем по мере прогрева двигателя. Следовательно, CVO предлагает инновационный и экономичный подход к оптимизации двигателя.

Две системы впрыска топлива в одной: порт и непосредственный впрыск бензина

С системой прямого впрыска бензина Bosch сочетает прямой впрыск бензина с системой впрыска бензина через порт. Причина такого необычного партнерства заключается в следующем: объединение двух обычно отдельных подходов к впрыску топлива создает одну инновационную систему, в которой сильные стороны отдельных систем идеально дополняют друг друга. В данном конкретном случае это приводит к преимуществам с точки зрения расхода топлива и выбросов – как при частичной, так и при полной нагрузке. Каждый из двух партнеров позволяет другому взять на себя инициативу, когда приходит время показать свои сильные стороны. Каждая система впрыска обеспечивает свои преимущества с точки зрения эффективности использования топлива и количества выбрасываемых частиц (PN) в различных условиях эксплуатации.

Бензиновый впрыск топлива во впускной коллектор отличается меньшими потерями на трение при частичной нагрузке, в то время как прямой впрыск превосходит работу при полной нагрузке благодаря повышенному пределу детонации. В сочетании эти системы обеспечивают дополнительное сокращение выбросов твердых частиц — лучшее разделение труда.

Но бензиновый впрыск топлива через порт добавляет еще больше преимуществ выгодному партнерству. Благодаря хорошей гомогенизации смеси система производит меньше частиц, имеет более низкий уровень шума и потребляет меньше топлива в ситуациях с низкой нагрузкой двигателя благодаря более низким потерям на трение по сравнению с непосредственным впрыском.

Другие преимущества впрыска бензина во впускной коллектор и прямого впрыска:

• Благодаря впрыску топлива во впускной коллектор эффект очистки портов и клапанов впускного коллектора способствует более высокой степени рециркуляции отработавших газов
• Улучшенные шумовые характеристики на низких скоростях
• Уменьшение возможность дома

Кроме того, порт и непосредственный впрыск бензина рассчитаны на будущее: объединение обеих систем и оптимизация стратегии работы двигателя могут внести ценный вклад в дополнительную экономию с точки зрения расхода топлива и новых законодательных ограничений на выбросы, таких как EU6d.

Компания Bosch имеет многолетний опыт работы с крупномасштабными производственными проектами, включающими порт и непосредственный впрыск бензина, и предлагает широкий ассортимент компонентов, разработок и системного моделирования.

Бензиновые системы прямого впрыска (GDI) Размер рынка, доля -2030

2022

Бензиновые системы прямого впрыска (GDI) Рынок

P

по компонентам (топливные форсунки, топливные насосы, электронные блоки управления, другие), по типу двигателя (4-цилиндровый, 6-цилиндровый, 8-цилиндровый, другие), по типу транспортного средства (легковые автомобили, коммерческие автомобили), по каналам продаж (производитель оригинального оборудования, вторичный рынок): глобальный анализ возможностей и отраслевой прогноз, 2020–2030 гг.

 

Мировой рынок систем прямого впрыска бензина (GDI) оценивался в 7,6 млрд долларов в 2020 году и, по прогнозам, достигнет 20,4 млрд долларов к 2030 году, увеличившись в среднем на 10,8% в период с 2021 по 2030 год.

Бензин с непосредственным впрыском (GDI) также называют двигателем с непосредственным впрыском бензина. Система GDI впрыскивает топливо непосредственно в камеру сгорания. Бензин подвергается сильному сжатию, пока не впрыскивается в камеру сгорания каждого цилиндра двигателя через топливную магистраль Common Rail. Основные компоненты системы GDI включают топливные форсунки, топливные насосы, датчики и электронные блоки управления.

Кризис COVID-19 вызвал неопределенность на рынке, резкое замедление цепочки поставок, падение деловой уверенности и усиление паники среди клиентских сегментов. Правительства разных регионов объявили о тотальной блокировке и временном прекращении производства, тем самым негативно сказавшись на общем производстве и продажах бензина с непосредственным впрыском топлива. Пандемия COVID-19 повлияла на продажи новых автомобилей, особенно в 2020 году. Это привело к сбоям в цепочке поставок, что привело к задержке производства автомобилей. Несколько производителей автомобилей столкнулись с нехваткой компонентов и материалов, что привело к задержке производства автомобилей. Кроме того, введенный правительством карантин привел к временной приостановке производства автомобилей в период пандемии и низкому спросу на автомобили. Тем не менее, будет наблюдаться увеличение спроса на автомобили, что будет способствовать росту рынка бензиновых систем прямого впрыска после пандемии.

Рост мирового рынка систем непосредственного впрыска бензина обусловлен ростом спроса на топливную экономичность, повышением теплового КПД и повышением производительности двигателя, резким введением строгих правил, связанных с выбросами, и ростом склонности к уменьшение габаритов двигателя и снижение веса транспортных средств. Однако высокая стоимость системы GDI и электрификация транспортных средств препятствуют росту индустрии систем прямого впрыска бензина. Кроме того, внедрение системы GDI в гибридные автомобили, технологические достижения (система Turbo GDI) и рост спроса на легковые автомобили в развивающихся странах являются факторами, которые, как ожидается, откроют возможности для прибыльного роста в течение прогнозируемого периода.

Мировой рынок систем непосредственного впрыска бензина сегментируется по компонентам, типу двигателя, типу транспортного средства, каналу продаж и региону. В зависимости от компонента он подразделяется на топливные форсунки, топливные насосы, электронные блоки управления и другие. В зависимости от типа двигателя он делится на 4-цилиндровый, 6-цилиндровый, 8-цилиндровый и другие. По типу транспортного средства он делится на легковые и коммерческие автомобили. По каналу продаж он делится на производителя оригинального оборудования и рынок послепродажного обслуживания. По регионам анализ проводится по Северной Америке, Европе, Азиатско-Тихоокеанскому региону и региону LAMEA.

Рынок систем прямого впрыска бензина (GDI)

---

По типу двигателя

4-цилиндровые двигатели считаются наиболее прибыльным сегментом системный рыночный отчет включает Borgwarner Inc., Continental AG, Denso Corporation, Hitachi Ltd., Marelli Holdings Co., Ltd., Mitsubishi Electric Corporation, Motonic Corporation, Park-Ohio Holdings Corporation, Robert Bosch GmbH и Stanadyne LLC.

Рост спроса на топливную и тепловую эффективность и повышенную производительность двигателя

Было введено несколько правил, требующих от производителей автомобилей снижать вредные выбросы, создаваемые автомобилями. Кроме того, автопроизводители переходят на производство автомобилей с высокой топливной экономичностью и улучшенными характеристиками двигателя. Поэтому производители автомобилей принимают двигатели GDI в качестве платформы следующего поколения, что, в свою очередь, как ожидается, увеличит спрос на систему GDI. Следовательно, рост спроса на топливную и тепловую эффективность и улучшенные характеристики двигателя стимулируют рост рынка.

Рынок бензиновых систем прямого впрыска (GDI)

---

По типу транспортного средства

Легковые автомобили считаются наиболее прибыльным сегментом

Многие страны мира ввели строгие правила в отношении выбросов автомобилей в связи с повышением уровня выбросов CO2. Например, в 2020 году Индия ввела нормы выбросов BS-VI для производителей автомобилей. Кроме того, Европа уже приняла европейский стандарт выбросов «Евро 6» в 2015 году и планирует принять стандарт выбросов «ЕВРО 7» к 2025 году. Кроме того, производители автомобилей соблюдают этот новый стандарт выбросов для производства автомобилей с улучшенной топливной экономичностью и производительностью. Следовательно, введение строгих правил, связанных с выбросами, является одним из факторов, который, как ожидается, будет способствовать росту индустрии систем GDI.

Рост склонности к уменьшению размеров двигателя и снижению веса транспортных средств

Уменьшение размера двигателя — это метод, который помогает уменьшить выбросы и расход топлива двигателей внутреннего сгорания. По этой причине производители сосредотачиваются на уменьшении размеров двигателя, чтобы повысить эффективность использования топлива и производительность двигателя. Например, в 2021 году Hyundai выпустила новый двигатель уменьшенного размера SmartStream 3.5 FR T-GDI, который заменит его 5,0-литровый двигатель V8. Ожидается, что эта склонность к уменьшению размеров двигателя увеличит спрос на систему GDI в будущем. Следовательно, рост склонности к уменьшению размера двигателя и снижению веса транспортных средств приводит к росту рынка систем прямого впрыска бензина.

Рынок системы прямого впрыска бензина (GDI)

---

по региону

2030

Европа

Северная Америка

Азиатско-Тихоокеанский регион

Lamea

Азиатско-Тихоокеанский регион будет показать самый высокий варень

Получите дополнительную информацию об этом отчете: Запросите образцы страниц

Ключевые преимущества для заинтересованных сторон

• В этом отчете представлен количественный анализ сегментов рынка, текущих тенденций, оценок и динамики системы прямого впрыска бензина (GDI). анализ рынка с 2020 по 2030 год для определения преобладающих рыночных возможностей системы прямого впрыска бензина (GDI).
• Исследование рынка предлагается вместе с информацией об основных движущих силах, ограничениях и возможностях.
• Анализ пяти сил Портера подчеркивает способность покупателей и поставщиков позволять заинтересованным сторонам принимать бизнес-решения, ориентированные на получение прибыли, и укреплять свою сеть поставщиков-покупателей.
• Углубленный анализ сегментации рынка систем прямого впрыска бензина (GDI) помогает определить преобладающие рыночные возможности.
• Основные страны каждого региона нанесены на карту в соответствии с их вкладом в мировой рынок.
• Позиционирование участников рынка облегчает сравнительный анализ и дает четкое представление о текущем положении участников рынка.
• Отчет включает в себя анализ региональных, а также глобальных тенденций рынка систем прямого впрыска бензина (GDI), ключевых игроков, сегментов рынка, областей применения и стратегий роста рынка.

  Обзор рынка систем прямого впрыска бензина (GDI) Основные моменты

Аспекты	Details
By Component	Others Fuel Injectors Fuel Pumps Electronic Control Units
By Engine Type	4 cylinder 6-цилиндровый 8-цилиндровый Другие
По типу автомобиля	Passenger Cars Commercial Vehicles
By Sales Channel	Original Equipment Manufacturer Aftermarket
By Region	North America   ( США, Канада, Мексика) Европа (Великобритания, Германия, Франция, Россия, остальные страны Европы) Азиатско-Тихоокеанский регион (Китай, Япония, Индия, Южная Корея, остальные страны Азиатско-Тихоокеанского региона) LAMEA (Латинская Америка, Ближний Восток, Африка)
0 Ключевые рынки , Hitachi, Ltd. , Marelli Holdings Co., Ltd., Mitsubishi Electric Corporation, Motonic Corporation, Park-Ohio Holdings Corporation, Robert Bosch GmbH, Stanadyne LLC, Continental AG, BorgWarner Inc.
	Renesas Electronics Corporation (Япония), Nostrum Energy (США), GP Performance (Германия), Infineon Technologies AG (Германия), Synerject LLC (США)

 

Загрузка оглавления…

 

, включая введение строгих правил, связанных с выбросами и технологическими достижениями, включая систему Turbo GDI. Наблюдается повышенное внимание к разработке двигателей с турбонаддувом GDI для соблюдения норм выбросов, введенных несколькими правительствами в их регионе. Например, в апреле 2020 года правительство Индии распорядилось модернизировать двигатели автомобилей до уровня VI BS, чтобы сократить выбросы по всей стране. Чтобы соответствовать нормам выбросов BS-VI, производители автомобилей, в том числе Hyundai, Kia Motors и Tata Motors, внедрили двигатели с турбонаддувом GDI в свои автомобили по всей Индии.

Ключевыми игроками, работающими в индустрии систем GDI, было выполнено несколько разработок. В ноябре 2021 года Bosch выпустила клапан впрыска высокого давления Bosch HDEV6 для двигателей GDI, чтобы расширить ассортимент своей продукции на рынке. Кроме того, в мае 2019 года Delphi Technologies, дочерняя компания BorgWarner Inc., представила новую систему GDI с давлением 500 бар, которая снижает выбросы твердых частиц бензина до 50%.

Рост спроса на систему GDI со стороны развивающихся стран, в том числе Азиатско-Тихоокеанского региона, наряду с повышением потребительского предпочтения экономичных автомобилей и правительственных мер, включая модернизацию двигателей для снижения выбросов, дополняют рост рынка. Ожидается, что сотрудничество и приобретения позволят ведущим игрокам расширить портфолио своих продуктов и расширить свое присутствие в различных регионах.

Рынок систем прямого впрыска бензина (GDI) в Северной Америке

Рост спроса на топливную экономичность, более высокие характеристики двигателя и термический КПД, рост склонности к уменьшению размера двигателя и веса транспортных средств, а также строгие правила в отношении выбросов на севере Американский рынок бензиновых систем прямого впрыска (GDI).

Пандемия Covid-19 создала неопределенность на рынке из-за нарушения цепочки поставок, падения деловой уверенности и роста паники среди потребителей.

12 июля 2022 г., 07:35 по восточному времени | Источник: Союзническое исследование рынка Союзническое исследование рынка

---

Портленд, штат Орегон, 12 июля 2022 г. (GLOBE NEWSWIRE) — Согласно отчету, опубликованному Allied Market Research, рынок систем непосредственного впрыска бензина (GDI) в Северной Америке была привязана к 3,15 млрд долларов в 2021 году и, как ожидается, достигнет 5,96 млрд долларов к 2031 году, увеличившись в среднем на 6,7% с 2022 по 2031 год. Стремление к уменьшению размера двигателя и веса транспортных средств, а также строгие правила в отношении выбросов стимулировали рост рынка систем бензинового прямого впрыска (GDI) в Северной Америке. Однако электрификация автомобилей и высокая стоимость двигателей GDI сдерживают рост рынка. Напротив, ожидается, что технологические достижения и включение систем GDI в гибридные автомобили откроют новые возможности в будущем.

Загрузить отчет (195 страниц в формате PDF с аналитическими данными, диаграммами, таблицами и рисунками) Пандемия Covid-19 создала неопределенность на рынке из-за сбоев в цепочке поставок, падения деловой уверенности и роста паники среди потребителей.

Длительная изоляция и строгие правила в отношении трансграничного импорта-экспорта создали проблемы при закупке сырья. Более того, несколько автопроизводителей временно приостановили производственную деятельность, чтобы сдержать распространение инфекции.

В отчете рынок систем непосредственного впрыска бензина (GDI) в Северной Америке сегментирован по компонентам, типу двигателя, типу транспортного средства, каналу продаж и стране.

Запрос на настройку по адресу https://www. alliedmarketresearch.com/request-for-customization/17203

В зависимости от компонента сегмент топливных форсунок и топливных рамп занимал наибольшую долю в 2021 году, составляя около половины рынка. Однако ожидается, что сегмент электронных блоков управления продемонстрирует самый высокий среднегодовой темп роста в 7,7% с 2022 по 2031 год9.0008

В зависимости от типа двигателя сегмент 4-цилиндровых двигателей доминировал на рынке с точки зрения выручки в 2021 году, составляя более половины рынка. Кроме того, ожидается, что в этом сегменте будет зарегистрирован самый высокий среднегодовой темп роста в 7,3% в течение прогнозируемого периода. Отчет включает анализ других сегментов, таких как 6-цилиндровый, 8-цилиндровый и другие.

Заинтересованы в получении данных с помощью действенной стратегии и идей? Спросите здесь по телефону https://www.alliedmarketresearch.com/purchase-enquiry/17203

В зависимости от типа транспортного средства в 2021 году наибольшую долю занимал сегмент коммерческих автомобилей, на который приходилось почти три пятых рынка систем непосредственного впрыска бензина (GDI) в Северной Америке. Кроме того, этот сегмент продемонстрирует самый высокий среднегодовой темп роста в размере 7,2% в период с 2022 по 2031 год. Denso Corporation, Hitachi Ltd., Hyundai Motor Company, Marelli Holdings Co., Ltd., Mitsubishi Electric Corporation, Park-Ohio Holdings Corporation, Robert Bosch GmbH и Stanadyne LLC.

Купить полный отчет прямо сейчас! https://www.alliedmarketresearch.com/checkout-final/22346209D22B4EF4BC3D5F823631EF76

Аналогичные отчеты. Насосы, электронные блоки управления, прочее), по типу двигателя (4-цилиндровый, 6-цилиндровый, 8-цилиндровый, прочее), по типу транспортного средства (легковые автомобили, коммерческие автомобили), по каналам продаж (производитель оригинального оборудования, вторичный рынок): глобальный анализ возможностей и отраслевой прогноз на 2020-2030 годы.

Судовые системы впрыска топлива Рынок по компонентам (топливная форсунка, топливный насос, топливные клапаны, ЭБУ и др.), номинальная мощность (0–2000 л. с., 2 000–10 000 л.с., 10 000–20 000 л. -50 000 л.с., 50 000 л.с.-80 000 л.с., >80 000 л.с.) и применение (коммерческие суда, вспомогательные оффшорные суда, суда внутреннего водного транспорта) — глобальный анализ возможностей и отраслевой прогноз, 2014–2030 гг.

Системы впрыска топлива для двухколесных транспортных средств Рынок по типу (система прямого впрыска топлива и система впрыска топлива через порт), по типу транспортного средства (велосипеды, скутеры и мопеды), по объему двигателя (менее 200 куб.см, от 200 до 500 куб.см, от 500 до 1000 куб.см и выше 1000 куб.см) Канал продаж (OEM и вторичный рынок): глобальный анализ возможностей и отраслевой прогноз, 2020–2030 гг.

Рынок автомобильных электрических топливных насосов по технологиям (втулочный постоянный ток и бесщеточный постоянный ток), типу продукта (легковые автомобили, легкие коммерческие автомобили и тяжелые коммерческие автомобили) и применению (турбинный тип, скользящий тип и роликовый лопасти): глобальный анализ возможностей и отраслевой прогноз на 2021–2030 годы.

Автомобильный электронный блок управления (ЭБУ) Рынок по технологиям (трансмиссия, кузов, ADAS, информационно-развлекательная система, шасси), по применению (легковые автомобили, коммерческие автомобили, электромобили), по режиму (обычный, автономный), по емкости ЭБУ (16 бит, 32 бит, 64 бит): глобальный анализ возможностей и отраслевой прогноз, 2020–2030 гг.

О нас

Allied Market Research (AMR) — подразделение Allied Analytics LLP, предоставляющее полный комплекс услуг по исследованию рынка и бизнес-консультациям, базирующееся в Портленде, штат Орегон. Allied Market Research предоставляет глобальным предприятиям, а также среднему и малому бизнесу непревзойденное качество «Отчетов об исследованиях рынка» и «Решений для бизнес-аналитики». Целью AMR является предоставление информации о бизнесе и консультирование, чтобы помочь своим клиентам принимать стратегические бизнес-решения и добиваться устойчивого роста в соответствующей области рынка.

Мы находимся в профессиональных корпоративных отношениях с различными компаниями, и это помогает нам получать рыночные данные, которые помогают нам создавать точные таблицы данных исследований и подтверждают максимальную точность наших прогнозов рынка. Главный исполнительный директор Allied Market Research Паван Кумар () помогает всем, кто связан с компанией, поддерживать высокое качество данных и всячески помогать клиентам в достижении успеха. Все без исключения данные, представленные в публикуемых нами отчетах, получены в результате первичных интервью с первыми лицами ведущих компаний соответствующей области. Наша методология получения вторичных данных включает в себя глубокие онлайн- и офлайн-исследования и обсуждения со знающими профессионалами и аналитиками в отрасли.

Контактное лицо:

Дэвид Корреа
5933 NE Win Sivers Drive
#205, Portland, OR 97220
США
США/Канада (бесплатный звонок):
+1-800-792-5503, +1-4-5285 -894-6022
Великобритания: +44-845-528-1300
Гонконг: +852-301-84916
Индия (Пуна): +91-20-66346060
Факс: +1(855)550-5975
help@alliedmarketresearch. com

Интернет: www.alliedmarketresearch.com

Блог Allied Market Research: https://blog.alliedmarketresearch.com

Следуйте за нами на | Facebook | Твиттер | LinkedIn |

---

Теги

Бензин с непосредственным впрыском ГДИ Бензин Топливные форсунки Инжекторы рельсов Топливные насосы Электронные блоки управления

Непосредственный впрыск бензина — напряжение и ток форсунки

Целью этой проверки является проверка управляющего напряжения и тока форсунки прямого впрыска бензина (GDI) от модуля управления двигателем (ECM).

 

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ

Этот тест включает измерение потенциально опасного напряжения.

Убедитесь, что вы соблюдаете инструкции по технике безопасности и методы работы производителей, а также убедитесь, что номинальное напряжение для всех используемых вами аксессуаров соответствует ожидаемому напряжению или превышает его.

Во избежание возможного повреждения вашего прицела вам может потребоваться использовать аттенюатор для этого теста.

Осциллографы с диапазоном 200 В, такие как модели PicoScope 4×25, не нуждаются в аттенюаторе для этого теста.

Все остальные PicoScope Автомобильные модели нуждаются в аттенюаторе на входе канала. Вы можете использовать аттенюатор 10:1 или 20:1 при условии соответствующей настройки программного обеспечения PicoScope . Выберите из соответствующих параметров канала 9Меню 0006:

• Датчик > x10 для аттенюатора 10:1
• Зонд > x 20 для аттенюатора 20:1

 

Как выполнить тест

Просмотрите рекомендации по подключению.

1. Используйте электрическую схему автомобиля, чтобы определить положительное питание и коммутируемую цепь заземления.
2. Подключите PicoScope Channel A к положительной цепи подачи инжектора.
3. Подсоедините PicoScope Channel B к цепи заземления переключаемой форсунки.
4. Подсоедините зажим низкого усилителя к PicoScope Channel C.
5. Выберите шкалу 20 А и обнулите зажим перед подключением к цепи управления форсункой.
6. Свернуть страницу справки. Вы увидите, что PicoScope отобразил образец сигнала и настроен на захват вашего сигнала.
7. Запустите область , чтобы увидеть данные в реальном времени.
8. Запустите двигатель.
9. С вашими осциллограммами на экране остановите осциллограф.
10. Выключите двигатель.
11. Используйте инструменты Waveform Buffer, Zoom и Measurements для изучения формы сигнала.

Примечания

Ориентация зажима относительно провода определяет, имеет ли он положительный или отрицательный выход. Если на экране не отображается осциллограмма в реальном времени или кажется, что она перевернута, попробуйте изменить ориентацию зажима на противоположную.

Напряжение питания форсунок и коммутируемое заземление, а также ток в цепи во время запуска двигателя.

Напряжение питания форсунок и коммутируемое заземление, а также ток цепи в условиях холостого хода двигателя.

Напряжение питания форсунки и коммутируемое заземление, а также ток в цепи при полностью открытой дроссельной заслонке двигателя.

Напряжение питания форсунки и коммутируемое заземление, а также ток в цепи в условиях работы двигателя на холостом ходу.

Примечания к сигналам

Эти заведомо исправные сигналы имеют следующие характеристики:

• Когда форсунка выключена, ECM подает напряжение от 4 до 5 В на обе стороны цепи форсунки.
• Контроллер ЭСУД включает форсунку, одновременно подавая повышенное напряжение 40 В на сторону положительного вывода , канал A , и путь на массу, 0 В, на сторону коммутируемой массы , канал B .
• При включении форсунки ток цепи Канал С достигает 6,25 А.
• Когда клапан форсунки полностью открыт, добавочное напряжение снимается с положительного вывода, которое на короткое время снижается до 0 В, в то время как переключаемое напряжение заземления остается равным 0 В.
• В течение 0,1–0,2 мс устанавливается прямоугольное импульсное напряжение, удерживающее клапан форсунки открытым.
• Ток цепи удерживает форсунку открытой на уровне около 2,75 А.
• Контроллер ЭСУД отключает форсунку, одновременно подавая напряжение от 4 до 5 В на обе стороны цепи.
• После выключения форсунки в коммутируемом напряжении на землю наблюдается пик.

Библиотека осциллограмм

Перейдите к строке раскрывающегося меню в нижнем левом углу Waveform Library и выберите Напряжение форсунки или Ток форсунки .

Дальнейшее руководство

Форсунка GDI подает топливо непосредственно в воздушный заряд внутри цилиндра.

Быстрое время реакции форсунки GDI позволяет системе управления двигателем работать в различных режимах наддува цилиндров, например:

• гомогенный воздушный заряд, имеющий одинаковую стехиометрическую топливно-воздушную смесь по всему объему сгорания ; или
• неоднородный воздушный заряд, имеющий расслоенную воздушно-топливную смесь с небольшим, богатым топливом объемом в пределах общего обедненного объема сгорания.

Форсунки GDI могут подавать топливо со сложной схемой распыления и обеспечивать несколько впрысков за такт сжатия. Кроме того, топливо может удерживаться в объеме цилиндра вплоть до очень близкой к точке воспламенения, что снижает риск преждевременного зажигания или детонации и позволяет использовать более высокие степени сжатия, что приводит к улучшению теплового и топливного КПД.

Поскольку впрыск топлива совпадает с тактом сжатия, давление впрыска GDI должно быть достаточным для преодоления давления в цилиндрах, возникающего при любых условиях нагрузки двигателя. Поэтому для систем GDI требуется система подачи топлива под высоким давлением, до 200 бар, состоящая из общей топливной рампы, питаемой топливным насосом высокого давления.

Контроллер ЭСУД улучшает время отклика форсунки GDI за счет увеличения напряжения в цепи во время фазы открытия, обеспечивая дополнительную энергию для быстрого перемещения клапана. Однако, как только клапан полностью открыт, для удержания его на месте требуется лишь относительно небольшое напряжение, которое ECM поддерживает более низким импульсным прямоугольным напряжением.

Неисправности инжектора GDI могут вызвать снижение производительности двигателя , пропуски зажигания или чрезмерное дымление симптомы. Возможными причинами неисправности могут быть:

• механическое засорение впускного или выпускного отверстия, заедание/заедание клапанов форсунок или неправильная схема распыления;
• или электрический обрыв, короткое замыкание или высокое сопротивление в проводке, соленоидах или ECM.

При работе за пределами своих обычных допусков, например, при постоянных коротких пробегах или работе с холодным пуском, системы GDI могут вызывать накопление сажи в системах двигателя, что может вызвать множество вторичных проблем (например, засорение впускных отверстий, клапаны рециркуляции отработавших газов, турболопасти и т. д.). Таким образом, регулярное техническое обслуживание необходимо для продолжения работы в пределах допусков.

Диагностические коды неисправностей

Выбор компонентов, связанных с диагностическими кодами, (DTCS):

P0200 — Неизображение схемы инжектора

P0201 — Схема инжектора — Cylinder 1

4 P0202 — внедорожный схема. – Неисправность цепи форсунки – Цилиндр 3

P0204 – Неисправность цепи форсунки – Цилиндр 4

P0205 – Неисправность цепи форсунки – Цилиндр 5

P0206 — неисправность инъекционной цепи — цилиндр 6

P0207 — Неисправность схемы инжектора — Цилиндр 7

P0208 — Неизображение цепи инжектора — Цилиндр 8

P0209 — Инъекционная схема. Схема.

P0211 — Неисправность цепи форсунки — цилиндр 11

P0212 — Неисправность цепи форсунки — цилиндр 12

P0213 — Неисправность форсунки 1 холодного пуска

P0214 — Неисправность форсунки 2 холодного пуска

P0216 — неисправность цепи управления цепей внедрения

P020A — Цилиндр 1 Время впрыска

P020B — цилиндр 2 Время инъекции

P020C — Цилиндр 3 9000.

P020F — Цилиндр 6, синхронизация впрыска

P021A — Цилиндр 7, синхронизация впрыска

P021B — Цилиндр 8, синхронизация впрыска

P021C — Цилиндр 9, синхронизация впрыска

P021D — Цилиндр 10 Время инъекции

P021E — Цилиндр 11 Время впрыска

P021F — Цилиндр 12 Время впрыска

P0261 — Цилиндр 1 Цепь

P0263 — CORTIND -CORTINDER 1FIDER

P0263 — CORTIND -CORTINDER. Ошибка балансировки

P0264 — Низкий уровень сигнала в цепи форсунки цилиндра 2

P0265 — Высокий уровень сигнала в цепи форсунки цилиндра 2

P0266 — Неисправность вклада/баланса цилиндра 2

P0267 — Низкий уровень сигнала в цепи форсунки цилиндра 3

P0268 — Цилиндр 3 цепи инжектора Высокий

P0269 — Цилиндр 3 взнос/разлом баланса

P0270 — Цилиндр 4 Схема инжектора Низкий

P0271 — Цилиндр 4 Схема инжектора

40004 P0272 — цилиндр 40008

40004 40004 40004 40004 40004 40004 40004 40004 40004 40004 40004 40004 40004 40004 400044444444. – Низкий уровень сигнала в цепи форсунки цилиндра 5

P0274 – Высокий уровень сигнала в цепи форсунки цилиндра 5

P0275 – Ошибка вклада/баланса цилиндра 5

P0276 – Низкий уровень сигнала в цепи форсунки цилиндра 6

P0277 — Цилиндр 6 Инжектора. Низкий уровень сигнала в цепи форсунки цилиндра 8

P0283 — Высокий уровень сигнала в цепи форсунки цилиндра 8

P0284 — Ошибка вклада/баланса цилиндра 8

P0285 — Низкий уровень сигнала в цепи форсунки цилиндра 9

P0286 — Цилиндр 9Схема инжектора Высокий

P0287 — Цилиндр 9 взносов/сбой баланса

P0288 — Цилиндр 10 Инжектор.

P0292 — Высокий уровень сигнала в цепи форсунки цилиндра 11

P0293 — Ошибка вклада/баланса цилиндра 11

P0294 — Низкий уровень сигнала в цепи форсунки цилиндра 12

P0295 — Высокий уровень сигнала в цепи форсунки цилиндра 12

P0296 — Ошибка вклада/баланса цилиндра 12

Отказ от ответственности
Этот раздел справки может быть изменен без уведомления. Информация внутри тщательно проверяется и считается достоверной. Эта информация является примером наших исследований и выводов и не является окончательной процедурой. Pico Technology не несет ответственности за неточности. Каждое транспортное средство может быть разным и требует уникального теста настройки.

Влияние смешивания смазочного материала и топлива на выбросы твердых частиц в одноцилиндровом двигателе с искровым зажиганием и непосредственным впрыском

Abstract

Бензиновые двигатели с непосредственным впрыском (GDI) выделяют меньше углекислого газа (CO ₂ ), чем двигатели с распределенным впрыском топлива (PFI), при одинаковых условиях использования ископаемого топлива. Однако двигатели GDI выбрасывают больше сверхдисперсных твердых частиц, которые могут иметь негативные последствия для здоровья, что требует соблюдения правил выбросов твердых частиц. Чтобы соответствовать этим правилам, были проведены различные исследования по снижению содержания твердых частиц, а также несколько исследований, посвященных смазочным материалам. Это исследование посвящено влиянию смазочных материалов на образование твердых частиц и их влиянию на выбросы твердых частиц в двигателях GDI. Использовался одноцилиндровый двигатель GDI с системой внутреннего сгорания и оптическим управлением, работающий на четырех различных смесях бензина и смазочных материалов, с различными условиями впрыска. Эксперименты по сжиганию использовались для определения характеристик сгорания, и выбросы газов показали, что смазка не влияет на гомогенность смеси, но влияет на несгоревшее топливо. Оптические эксперименты показали, что смазка не влияет на распыление, но влияет на образование пленки на стенках в течение периода впрыска, что является основным фактором, влияющим на образование твердых частиц. Выбросы твердых частиц указывают на то, что смазка, включенная в пленку стенки, значительно влияет на выбросы PN в зависимости от условий впрыска. Кроме того, пленка стенки под влиянием смазки влияла на общий размер частиц и их распределение.

Введение

Бензиновые двигатели с непосредственным впрыском (GDI) представляют собой двигатели внутреннего сгорания с искровым зажиганием, которые впрыскивают топливо под высоким давлением непосредственно в камеру сгорания. Эта система впрыска дает двигателям GDI несколько преимуществ по сравнению с двигателями с распределенным впрыском топлива (PFI), которые впрыскивают топливо во впускной коллектор двигателя при использовании того же ископаемого топлива. Одним из преимуществ является то, что система прямого впрыска увеличивает скорость распыления и испарения топлива, вызывая эффект охлаждения заряда в камере сгорания во время впрыска. Это позволило двигателям GDI достичь более высокой степени сжатия и увеличить объемную эффективность по сравнению с двигателями PFI. Еще одним преимуществом было то, что система непосредственного впрыска давала возможность точно контролировать количество топлива при определенном режиме работы двигателя. Это привело к увеличению общей топливной экономичности по сравнению с другой конфигурацией. Благодаря этим преимуществам двигатели GDI имеют лучшую экономию топлива и более высокую выходную мощность, производя меньше углекислого газа (CO ₂ ) по сравнению с двигателями PFI ¹ . Несмотря на эти преимущества, выбросы твердых частиц двигателей GDI были значительно выше, чем у двигателей PFI, как было показано во многих исследованиях ^2,3,4,5,6 . Кроме того, в нескольких исследованиях сообщалось, что двигатели GDI выбрасывают больше PN ^7,8 и ультрадисперсных частиц ^2,9 , чем дизельные двигатели, оснащенные сажевым фильтром. Поскольку хорошо известно, что ультрадисперсные частицы оказывают вредное воздействие на атмосферу и органы дыхания человека ^10,11 были установлены строгие правила по сокращению выбросов твердых частиц на транспортных средствах. Начиная с 2009 года в Европе были приняты правила по массе твердых частиц (PM) для двигателей GDI, а в 2014 году в Европе были приняты правила по PN. Кроме того, в 2017 году был введен стандарт EURO-6c, который регулирует уровни PM и PN в двигателях GDI, требуя, чтобы они были на том же уровне, что и дизельные автомобили. В США программа California Low Emission Vehicle II (LEV II) требовала, чтобы автомобили с бензиновым двигателем соответствовали стандарту PM, начиная с 2008 года. Позже была принята законодательная программа LEV III для дальнейшего ограничения выбросов PM независимо от топлива.

В целях соблюдения нормативных требований были проведены различные исследования, направленные на выявление причины снижения выбросов твердых частиц при использовании PN. Среди них несколько исследований были сосредоточены на расходе смазки в камере сгорания. Смазка в двигателе выполняет различные функции, в том числе: уменьшение трения между поверхностями, очистка от сажи и шлама в двигателе, предотвращение ржавчины и коррозии, охлаждение деталей, таких как поршень, и герметизация зазоров для предотвращения утечки продуктов сгорания. Однако эти характеристики также вызвали унос смазки в камеру сгорания через несколько путей, таких как поршневые кольца, уплотнения клапанов, картерные газы и турбонагнетатели 9.0797 12,13 , что привело к расходу смазки. Несмотря на то, что потребление смазочных материалов было незначительным, составляя всего около 0,1% в современных двигателях, в некоторых случаях оно вносило значительный вклад в выбросы твердых частиц ¹⁴ . Зоннтаг и др. По оценкам ¹⁵ вклад смазочных материалов в выбросы твердых частиц составляет 25% для легковых автомобилей с бензиновым двигателем. Кроме того, металлические присадки в смазке (которые добавляются для улучшения характеристик смазки) сильно повлияли на выбросы твердых частиц ¹⁶ . В связи с этими проблемами было проведено несколько исследований для определения влияния потребления смазочных материалов на выбросы твердых частиц. Например, Миллер и др. ¹⁷ модифицировал дизельный двигатель, работающий на водороде, для удаления образующейся в топливе сажи. Результаты показали, что большинство частиц состояло из металлов с некоторыми органическими соединениями и незначительным количеством элементарного углерода. Кристиансон и др. ¹⁸ сравнил два автомобиля малой грузоподъемности с двумя видами топлива с разным соотношением этанола. Результаты показали, что как количество, так и размер частиц уменьшились в течение периода обкатки смазочного материала, но ожидается, что они возрастут из-за старения смазочного материала. Пирьола и др. ¹⁹ исследовали выбросы твердых частиц пяти смазочных материалов с различными свойствами с использованием автомобиля GDI с турбонаддувом. Согласно результатам, на PN значительно повлияли свойства смазочного материала и металлических добавок, включенных в смазочный материал. Амиранте и др. ²⁰ исследовали вклад смазочных материалов в выбросы твердых частиц путем применения различных методов впрыска с использованием двигателя с искровым зажиганием, оснащенного форсунками PFI и GDI, работающими на бензине или природном газе. Результаты показали, что добавление смазки значительно увеличивало выбросы твердых частиц в диапазоне самых низких размеров независимо от методов и диапазона размеров более 50 нм, когда смазка непосредственно поступала в камеру сгорания.

Как показано выше, эти исследования были сосредоточены на влиянии смазки на выбросы твердых частиц, но не анализировали влияние моторной смазки на твердые частицы в двигателе GDI. Прежде чем проиллюстрировать взаимосвязь между твердыми частицами и смазкой, требуется подробная информация, касающаяся образования твердых частиц. Твердые частицы, образующиеся в двигателе GDI, в основном связаны с неоднородностью топливно-воздушной смеси и наличием пленки на стенках ²¹ . Неоднородные смеси появляются, когда топливо не смешивается должным образом с воздухом в камере сгорания, что приводит к частичному обогащению топливом зон. Затем в богатых топливом зонах происходит неполное сгорание из-за недостатка воздуха при горении, что приводит к образованию твердых частиц ²² . При попадании топливной струи на поршень или гильзу цилиндра образуется пленка на стенках, образуя тонкую топливную пленку. Эта топливная пленка не испаряется и существует во время сгорания и может вызывать диффузионное пламя от неполного сгорания, что приводит к образованию твердых частиц ²³ . Этот процесс аналогичен уносу и выбросу смазочного материала из-за смесеобразования в двигателе GDI, которые были исследованы Gohl et al. ²⁴ . Следовательно, изучение поведения смазочного материала может дать подробное представление о том, как смазочное вещество влияет на образование твердых частиц во время фазы сгорания. Поэтому мы исследовали влияние смазочного материала на коэффициент образования твердых частиц и его влияние на выбросы твердых частиц в двигателе GDI с использованием двигателя внутреннего сгорания и оптического двигателя с различными условиями впрыска топлива с различными соотношениями смазочных бензиновых смесей.

Экспериментальные методы

Для анализа влияния смазочного материала на образование твердых частиц и его влияния на выбросы твердых частиц в двигателе с искровым зажиганием с непосредственным впрыском в зависимости от соотношения смазочных материалов были проведены эксперименты с двигателями с различными соотношениями компонентов.

Экспериментальная установка с двигателем внутреннего сгорания

Двигатель, используемый в этом эксперименте, представляет собой четырехтактный одноцилиндровый двигатель GDI. Подробные технические характеристики этого двигателя приведены в Таблице 1. Система впрыска топлива этого двигателя представляет собой установленную сбоку инжекторную форсунку с шестью отверстиями, расположенную между двумя впускными клапанами. Система зажигания этого двигателя представляет собой свечу зажигания, установленную и расположенную в центре головки блока цилиндров.

Таблица 1 Технические характеристики двигателя.

Полноразмерный стол

Во всех условиях испытаний двигатель работал от двигателя переменного тока (AC), который поддерживал постоянную скорость вращения двигателя во время эксперимента. Всасываемый воздух постоянно подавался во впускное отверстие с помощью сжатого воздуха и регулятора массового расхода воздуха. Давление топлива создавалось с помощью жидкостного насоса с пневматическим приводом, а колебания давления стабилизировались за счет включения топливной камеры между насосом и форсункой. Момент впрыска и момент зажигания контролировались с помощью системы CompactRIO (National Instruments) и программы LabVIEW (National Instruments). Отношение эквивалентности измеряли с помощью широкополосного лямбда-зонда (LSU4.9, Bosch), и он использовался в качестве сигнала обратной связи для контроля продолжительности впрыска. Давление в цилиндре регистрировалось с помощью пьезоэлектрического датчика давления, встроенного в свечу зажигания (6115B, Kistler), и сигнал усиливался усилителем заряда (Kistler). Затем этот сигнал был отправлен на плату сбора данных (серия USB X, National Instruments) для постобработки. Данные о давлении в цилиндрах были измерены в течение 300 циклов и усреднены, чтобы свести к минимуму циклические колебания. Измерение общего количества углеводородов (THC), моноксида углерода (CO) и оксидов азота (NOx), выбрасываемых из выхлопных газов двигателя, выполнялось с помощью MEXA 9.Стенд эмиссии 100 (Horiba). Количество частиц в выхлопных газах двигателя (PN) и распределение по размерам измеряли с помощью PPS-M (Pegasor) и EEPS 3090 (TSI) соответственно. После достаточной продолжительности стабилизации данные о выбросах собирались в режиме реального времени в течение более трех минут, когда каждое условие испытаний находилось в устойчивом состоянии. Данные о характеристиках сгорания и мощности двигателя (кВт) были обработаны с использованием данных, полученных от давления в цилиндре, угла поворота коленчатого вала и давления на впуске/выпуске. Данные о выбросах были подвергнуты последующей обработке, чтобы быть в граммах на киловатт-час (г/кВт-час) для газообразных выбросов и количествах на киловатт-час (#/кВт-час) для количества частиц с использованием мощности двигателя. Расходы на впуске взяты из экспериментальных данных, а плотность газообразных веществ в выхлопных газах – по книге «Введение в горение» ²⁵ . Распределение частиц по размерам подвергали последующей обработке для получения концентрации (%) путем деления каждого числа размеров частиц на сумму всех чисел размеров частиц. Общая экспериментальная установка, упомянутая выше, показана на рис. 1.

Рисунок 1

Схематическая диаграмма рабочих систем двигателя и систем измерения выбросов выхлопных газов.

Полноразмерное изображение

Экспериментальная установка для оптического двигателя

Визуализация распыления топлива и пламени в цилиндре проводилась путем внедрения оптической системы двигателя между головкой цилиндра и корпусом, как показано на рис.  2. Были получены изображения распыления топлива со стороны двигателя, добавив кварцевое боковое окно между головкой блока цилиндров и гильзой, которое имеет оптически доступную ширину 49мм и высотой 34 мм. В качестве источника света использовали металлогалогенную лампу для наблюдения за развитием брызг методом Ми-рассеяния. Непрерывно регистрировалось тридцать циклов изображения распыления, поскольку взаимодействие между поведением распыления, потоком в цилиндре и турбулентностью неодинаково для всех циклов. Все изображения распыления были записаны с одинаковым разрешением изображения, скоростью экспозиции, фокальной точкой и диафрагмой. Кроме того, камера была откалибрована с использованием предоставленной программы управления камерой (PCC 3.1, Phantom) для получения одинаковой интенсивности изображения во всех случаях. Затем записанное изображение распыления было обрезано, чтобы увидеть только распыление, визуализируемое боковым кварцевым окном, и было подвергнуто постобработке для усреднения изображения распыления, чтобы уменьшить колебания от цикла к циклу. Кроме того, среднее изображение распыления было преобразовано в цветовую карту, чтобы четко визуализировать яркость распыления. Изображение пламени было зафиксировано на днище двигателя через зеркало под углом 45° и кварцевое нижнее окно, расположенное на головке поршня с диаметром оптически доступного 55 мм. Источник света не использовался для изображения пламени, чтобы зафиксировать хемилюминесценцию, испускаемую пламенем. Было получено более 120 циклов изображений пламени, поскольку на диффузионное пламя влияют характеристики распыления, поток в цилиндре, образование пленки и распространение пламени. Все изображения пламени были записаны с одинаковым разрешением изображения, выдержкой, фокальной точкой и апертурой. Кроме того, камера была откалибрована с использованием предоставленной программы управления камерой (PCC 3.1, Phantom) для получения одинаковой интенсивности изображения во всех случаях. Записанные изображения пламени были обрезаны для просмотра диффузионного пламени, визуализируемого нижним кварцевым окном, и для удаления отраженного света, образованного в нижней части кварцевого окна. Все изображения визуализации были получены с помощью высокоскоростной камеры (ВЕО 710, Фантом) при 9000 кадров в секунду.

Рисунок 2

Принципиальная схема оптического механизма для визуализации брызг и пламени.

Изображение полного размера

Условия эксперимента с двигателем внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания работал при 1500 об/мин, а температура охлаждающей жидкости была установлена ​​на 80 ℃. Скорость всасывания 130 л/мин была установлена ​​для обеспечения средней нагрузки двигателя, что предотвращает детонацию, вызванную самовоспламенением смазки ²⁶ . Продолжительность введения была установлена ​​для поддержания отношения эквивалентности к стехиометрическому для всех условий испытаний. Момент зажигания устанавливался по максимальному тормозному моменту (MBT) для каждого условия испытаний. Давление впрыска варьировалось от 10 МПа до 35 МПа, а время впрыска варьировалось от 330° до ВМТ до 180° до ВМТ для создания условий образования твердых частиц и проверки влияния смазки. Упомянутые выше условия испытаний представлены в таблице 2.

Таблица 2 Условия работы двигателя.

Полноразмерная таблица

Условия эксперимента с оптическим двигателем

Для условий оптического двигателя скорость вращения двигателя, температура охлаждающей жидкости, расход на впуске, давление впрыска и момент впрыска были установлены такими же, как условия эксперимента с двигателем внутреннего сгорания. Продолжительность впрыска для визуализации спрея была установлена ​​от 1,0 до 2,0 мс для всех условий испытаний. Продолжительность впрыска и момент искры для визуализации пламени устанавливали в соответствии с результатами эксперимента по горению. Упомянутые выше условия испытаний также представлены в таблице 2.

Условия состава топлива для экспериментов с двигателем внутреннего сгорания и оптическим двигателем

Как для двигателей внутреннего сгорания, так и для оптических двигателей смазка SAE 5W20 (Hyundai Mobis) была смешана с коммерческим бензином, произведенным для летнего использования (GS Caltex), в различных весовых процентах, варьирующихся от нуля до пяти. массовый процент (мас.%). Испытания свойств бензина, смазочных материалов и смешанного топлива были запрошены Корейским управлением по качеству и сбыту нефти. Подробное процентное соотношение смешанного топлива и свойства смазочного материала и бензина приведены в Таблице 3. Здесь «G100» означает, что используется 100 % по массе бензина, а «GxxLy» означает «xx» % по массе бензина и «y» % по массе. смазка смешивается. Например, «G97L3» означает 97 мас. % бензина и 3 мас. % смазочного материала. Максимум использовалось G95L5, поскольку системы измерения выхлопных газов, использованные в этом эксперименте, не могли измерить данные о выбросах смешанного топлива, содержащего более 5 мас.% смазки.

Таблица 3 Соотношение топливной смеси и свойства компонентов топлива.

Полноразмерная таблица

Результаты

Эксперименты с двигателем внутреннего сгорания по соотношению бензин-смазка

Наблюдались изменения характеристик сгорания при различном давлении впрыска в зависимости от соотношения смеси, как показано на рис.  3a,b. Поскольку результаты сгорания были одинаковыми при всех трех давлениях впрыска, данные по давлению впрыска были усреднены для наблюдения за общими результатами. При наблюдении результатов давления в цилиндре, показанных на рис. 3c, соотношение смазочных материалов в смеси оказало незначительное влияние на давление в цилиндре и ROHR независимо от времени впрыска. Включение смазочного масла, по-видимому, немного снизило IMEP по сравнению с G100 для всех моментов впрыска, но разница была в пределах погрешности, и не было значительных различий между различными соотношениями смеси более 1 мас.%, как показано на рис. 3e. Здесь продолжительность сгорания, рассчитанная по ROHR, определяется как продолжительность угла поворота коленчатого вала от 10 до 90% массы топлива для сжигания. Это означает, что продолжительность горения можно интерпретировать как скорость горения. Продолжительность сгорания, показанная на рис. 3f, не показала существенных различий в соотношении смазочных материалов для моментов впрыска 330 и 270° до ВМТ. При моменте впрыска 180° до ВМТ продолжительность сгорания, по-видимому, уменьшалась при увеличении соотношения смазочной смеси. Однако при проверке ROHR при моменте впрыска 180 ° до ВМТ, представленном на рис. 3d, результаты были одинаковыми для всех соотношений смеси, что указывало на то, что различия в продолжительности сгорания были незначительными. Из этих результатов характеристики горения показали, что соотношение смазочных материалов в смеси не влияет на гомогенность смеси, поскольку гомогенность смеси влияет на распространение пламени. Расход топлива в зависимости от соотношения смазочных материалов, представленного на рис. 4, был рассчитан на основе продолжительности впрыска и спецификации количества впрыска форсунки. По мере увеличения соотношения смазочных материалов расход топлива также увеличился в среднем до 1,4% по сравнению с G100. Этот результат означает, что избыточное топливо не участвовало в процессе горения, а осталось несгоревшим. Поскольку коэффициент эквивалентности был фиксированным экспериментальным условием, характеристики сгорания были одинаковыми для всех случаев, а нижняя теплотворная способность (LHV) была одинаковой для бензина и смазочного материала.

Рисунок 3

Характеристики сгорания в зависимости от соотношения смазочных материалов.

Изображение полного размера

Рис. 4

Расход топлива в зависимости от соотношения смазочных материалов.

Изображение в полный размер

Выбросы CO, показанные на рис. 5a, не имели тенденции в отношении соотношения смазочных материалов для всех давлений впрыска, поэтому данные были усреднены, чтобы увидеть общую тенденцию при различном времени впрыска. Даже когда данные были усреднены, выбросы CO не имели тенденции для всех моментов впрыска, как показано на рис. 5b. Выбросы NOx, показанные на рис. 5c, имели одинаковую тенденцию для всех давлений впрыска, поэтому они были усреднены для наблюдения общей тенденции при различных моментах впрыска. Усредненные выбросы NOx показали небольшие различия в зависимости от соотношения смазочных материалов, как показано на рис. 5d, и тенденция была одинаковой для каждого времени впрыска. Здесь выбросы NOx в основном зависят от давления в цилиндрах, поскольку температура сгорания, основной фактор выбросов NOx, пропорциональна давлению в цилиндрах и скорости сгорания 9.0797 27 . Исходя из этих данных, небольшая разница в выбросах NOx была вызвана ошибкой измерения, поскольку не было различий в давлении в цилиндрах, а динамика выбросов NOx не указывала на зависимость между скоростью сгорания и соотношением смазочных материалов. Как правило, выбросы CO возникают из-за неполного сгорания богатой топливно-воздушной смеси или неоднородной смеси. Выбросы NOx обусловлены упомянутыми выше факторами и бедными топливно-воздушными смесями ²⁷ . Поскольку выбросы CO и NOx не зависели от соотношения смазочных материалов для всех моментов впрыска, а сгорание было стехиометрическим для этого эксперимента, мы пришли к выводу, что соотношение смазочных материалов не влияет на гомогенность смеси. С другой стороны, соотношение смеси бензина и смазочного материала оказало значительное влияние на выбросы ТГК, показанные на рис. 5f. Поскольку тенденция выбросов ТГК в зависимости от соотношения смазочных материалов в смеси при различных давлениях впрыска была сходной, как показано на рис. 5e, данные были усреднены для наблюдения за общими тенденциями в отношении времени впрыска. При моменте впрыска 330° до ВМТ выбросы ТГК значительно возрастали по мере увеличения соотношения смазочных материалов в смеси, что приводило к 19Увеличение на 3% при сравнении выбросов G100 и G95L5. Это увеличение было заметно выше, чем при других значениях времени впрыска. Когда время впрыска было отложено до 270° до ВМТ, разница между G100 и топливом, смешанным со смазкой, уменьшилась, что привело к увеличению выбросов на 140% между G100 и G95L5. Поскольку время впрыска было отложено до момента впрыска 180 ° до ВМТ, максимальная разница между G100 и смешанным топливом была немного уменьшена до 132% увеличения выбросов между G100 и G9.5Л5. Выбросы ТГК образуются под действием нескольких факторов, в том числе богатой топливно-воздушной смеси, неполного сгорания и несгоревшего топлива ²⁷ . Судя по экспериментальным условиям и предыдущим результатам, богатые воздушно-топливные смеси и неполное сгорание не были факторами в этом эксперименте. Таким образом, мы пришли к выводу, что увеличение выбросов ТГК произошло в основном из-за увеличения количества несгоревшего топлива.

Рисунок 5

Выбросы газов в зависимости от соотношения смазочных материалов.

Полноразмерное изображение

Эксперименты с оптическим двигателем по соотношению смеси бензина и смазочного материала

Для исследования влияния соотношения смазочных материалов были измерены различия в характеристиках распыления и глубине проникновения при различных соотношениях смазочных материалов при давлении впрыска 10 МПа при ASOS 18° (где процесс впрыска только что завершился) путем сравнения изображений распыления G100 и G95L5, как представлено на рис. 6. Все изображения были помещены в сетку, чтобы четко сравнить различия в изображениях распыления. Кроме того, для времени впрыска 330° до ВМТ было вставлено изображение поршня, чтобы продемонстрировать взаимодействие между поверхностью поршня и распылением. При моменте впрыска 330° до ВМТ (когда струя сталкивается с поверхностью поршня, а поток в цилиндре увеличивается, как показано на рис. 7a), не было различий в среднем поведении струи и длине проникновения двух видов топлива. Кроме того, поведение струи после столкновения с поршнем было аналогичным. На рисунке 7b показано изображение распыления при моменте впрыска 270° до ВМТ, когда поток в цилиндре был сильным, что приводило к проникновению распыления вниз. Как показано, наблюдались небольшие различия в поведении, но в основном они были связаны с различиями в потоке в цилиндрах. Общая длина проникновения струи была одинаковой. Момент впрыска до ВМТ 180° (где поток в цилиндре был слабым, что приводило к восходящему направлению распыления, как показано на рис. 7c), ​​также показал аналогичное поведение распыления и длину проникновения между G100 и G9. 5Л5. Эти наблюдения могут быть подтверждены свойствами G100 и G95L5, упомянутыми в Таблице 3. Плотность и давление паров являются свойствами топлива, которые влияют на характеристики распыления. По мере увеличения плотности импульс струи увеличивается, что приводит к увеличению длины проникновения струи. Давление пара влияет на характеристики распыления, поскольку более высокое давление пара увеличивает испарение топлива, что приводит к уменьшению размера капель топлива. В результате снижается яркость изображения распыления. Однако разница в плотности и давлении паров между G100 и G95L5 были незначительными, а это означает, что соотношение смазочных материалов в смеси не влияло на характеристики распыления и проникновение. Этот результат также означает, что соотношение смазочных материалов в смеси не влияет на гомогенность смеси, поскольку характеристики распыления и проникновение сильно влияют на формирование воздушно-топливной смеси ²⁸ .

Рисунок 6

Усредненное изображение распыления в зависимости от соотношения смазочных материалов.

Изображение в натуральную величину

Рис. 7

Схематическое описание положения поршня и впускного клапана в зависимости от времени впрыска и направления распыления.

Полноразмерное изображение

Для проверки количества и положения диффузионного пламени, образующегося во время сгорания, наблюдались изображения пламени для различных соотношений смазочных материалов при различных давлениях впрыска и времени впрыска. Изображения пламени также наблюдались при угле ASOS 40°, где фронт пламени встречается с поверхностью поршня или гильзой цилиндра. Одно изображение было выбрано из более чем 120 циклов изображений для всех случаев. Выбор изображения проводился с помощью следующих процедур: изображения пламени, демонстрирующие диффузное пламя, были выбраны и подвергнуты последующей обработке для расчета общей площади и положения диффузного пламени каждого изображения. Расчетные данные усреднялись, и выбиралось наиболее близкое к среднему изображение и подвергалось постобработке, чтобы четко визуализировать площадь и положение диффузионного пламени. Положение впускного и выпускного клапана, свечи зажигания и форсунки можно определить по рис. 8. При моменте впрыска 330° до ВМТ, показанном на рис. 9.а, диффузионное пламя располагалось в основном сбоку от поршня и между впускным и выпускным клапанами, где струя сталкивалась с поршнем, как показано на рис. 7а как для G100, так и для G95L5. Для G100 диффузионное пламя уменьшалось по мере увеличения давления впрыска, поскольку с увеличением давления впрыска толщина пленки стенки уменьшается ²⁹ . Для G95L5 постоянно наблюдалось существенное диффузионное пламя независимо от давления впрыска. Чтобы понять это явление, были изучены другие исследования, основанные на свойствах смазки. Из Бай и др. ³⁰ , режимы взаимодействия брызг и стенок подразделяются на прилипание, распространение, отскок и разбрызгивание. Затем критерии перехода между этими режимами рассчитывались с использованием числа Лапласа для капель и сравнивались с числом Вебера для определения возможности перехода. На основании этой статьи мы рассчитали, что число Лапласа капель смазки существенно ниже, чем у бензина, из-за высокой вязкости и высокого поверхностного натяжения, которое пропорционально вязкости ³¹ , в то время как числа Вебера капель были схожими. Это означает, что капля смазочного материала имеет тенденцию к «прилипанию» или «растеканию» значительно больше, чем бензин, поскольку критерии перехода намного выше, чем число Вебера капли, что приводит к увеличению пленки на стенках по мере увеличения соотношения смазочной смеси. Кроме того, Ю и соавт. ³² исследовал столкновение струи с целью улучшения выбросов при раннем впрыске дизельного топлива с примесью диметилового эфира (ДМЭ). Результаты показали, что средняя толщина пристеночной пленки и ее изменение были обусловлены импульсом удара, массой пристеночной пленки и свойствами топлива. Согласно этой статье, свойства смазки, такие как кинематическая вязкость, поверхностное натяжение и давление паров, вызывают увеличение средней толщины пленки на стенках. Поэтому после удара струи о поверхность поршня на поверхности поршня образовалась пристеночная пленка без уменьшения толщины, которая не участвовала в процессе горения, вызывая диффузионное пламя при контакте фронта пламени горения с пристеночной пленкой. При моменте впрыска 270° до ВМТ диффузионное пламя при G100 значительно уменьшилось по сравнению с диффузионным пламенем при моменте впрыска 330° до ВМТ, как показано на рис. 9.б. По мере увеличения давления впрыска диффузионное пламя заметно уменьшалось и не могло быть обнаружено при давлении впрыска 35 МПа. Этого не было в случае с G95L5. Количество диффузионного пламени не уменьшилось, несмотря на увеличение давления впрыска. Также наблюдалось диффузионное пламя сбоку от поршня, но также наблюдалось и в середине поршня. Эти характеристики также были обусловлены свойствами смазочного материала и его влиянием на развитие пленки на стенках цилиндров с влиянием потока в цилиндре и поведением топлива. Брызги из форсунки при моменте впрыска 270 до ВМТ не сталкивались напрямую с поршнем или гильзой цилиндра, как показано на рис.  7b. Следовательно, пленка на стенках, вызванная попаданием струи на поверхность поршня, не возникает при этом времени впрыска. Однако из Lee et al. ³³ , неиспарившиеся капли топлива контактируют с головкой поршня и гильзой цилиндра в этот момент впрыска. Кроме того, высокая вязкость смазочного топлива приводила к застреванию капель топлива на поверхности поршня и цилиндра. Кроме того, низкая летучесть предотвращает испарение капель топлива, что приводит к образованию пленки на стенках. Затем эта несгоревшая пристеночная пленка встретилась с фронтом пламени горения, в результате чего образовалось диффузионное пламя, как упоминалось ранее. Также было выявлено влияние смазки при моменте впрыска 180° до ВМТ. G100 показал незначительное количество диффузионного пламени, и диффузионное пламя уменьшалось по мере увеличения давления впрыска. Диффузное пламя больше не было видно при давлении впрыска 35 МПа, что приводило к черному изображению из-за отсутствия хемилюминесцентного источника. Тогда как диффузионное пламя еще определялось на G95L5, как показано на рис. 9c. Причина диффузионного пламени для G95L5 была аналогична причине диффузионного пламени при моменте впрыска 270° до ВМТ, но при другом положении цилиндра. При моменте впрыска 180° до ВМТ направление распыления было ближе к гильзе цилиндра, как показано на рис. 7c. Это произошло из-за восходящего потока в цилиндре при этом моменте впрыска ³⁴ , что привело к контакту капель неиспарившегося топлива и их прилипанию к гильзе цилиндра, создавая пленку на стенках. В результате пристеночная пленка на гильзе цилиндра встречалась с фронтом пламени горения, вызывая диффузионное пламя. Исходя из этих результатов, разница в количестве диффузионного пламени означает, что смазка, смешанная с бензином, воздействует на количество пленки на стенке, что является одной из причин образования частиц.

Рисунок 8

Схема расположения клапана, свечи зажигания и форсунки для изображения пламени.

Полноразмерное изображение

Рис. 9

Изображение диффузионного пламени в зависимости от соотношения смазочных материалов.

Изображение с полным размером

Влияние соотношения смеси бензина и смазочного материала на выбросы твердых частиц

Выбросы PN в зависимости от соотношения смазочных материалов показаны на рис. 10. Для G100 общее PN значительно уменьшилось по мере увеличения давления впрыска для всех тайминги впрыска за счет уменьшения пристеночной пленки. Однако по мере увеличения весового процента смазки результаты отклонялись от G100. При моменте впрыска 330° до ВМТ на G95L5 общее PN было в 11 раз больше, чем у G100. Кроме того, соотношение смеси смазочных материалов G95L5 не привело к снижению PN по отношению к давлению впрыска, как показано на рис. 10a. Из приведенного выше исследования следует, что на общее увеличение PN повлияло увеличение количества несгоревшего топлива, оставшегося на поверхности поршня и гильзы цилиндра, что привело к образованию пленки на стенках и возникновению пролива, что является доминирующей характеристикой выбросов PN от двигателей GDI. Эти явления были обусловлены свойствами смазки. Высокая вязкость и поверхностное натяжение смазки обусловили высокий критерий перехода от прихвата к разбрызгиванию, что затрудняет переход режима даже при повышенной скорости капель при более высоком давлении впрыска. Это не уменьшило пристеночную пленку, что привело к одинаковому PN независимо от давления впрыска. Для момента впрыска 270° до ВМТ общее увеличение выбросов PN при G95L5 в 152 раза больше, чем у G100. В то время как выбросы PN G100 уменьшались по мере увеличения давления впрыска за счет лучшего распыления и испарения капель топлива, выбросы PN увеличивались по отношению к давлению впрыска, и скорость увеличения становилась более значительной по мере увеличения соотношения смазочных материалов, как показано на рис. 10b. Существенное общее увеличение выбросов PN также было связано со свойствами смазочного материала. Поскольку струя в этот момент впрыска не сталкивалась с поршнем или гильзой цилиндра, общие выбросы PN для G100 были низкими. Однако в случае смешанного топлива со смазкой капли топлива, которые не испарялись из-за низкой летучести, прилипали к поверхности поршня и гильзе цилиндра, что приводило к наблюдаемой разнице в выбросах PN. Увеличение выбросов PN в зависимости от давления впрыска и соотношения смазочных материалов было связано с увеличением импульса распыления, который пропорционален давлению впрыска. По мере увеличения импульса струи из-за повышенного давления впрыска также увеличивалась длина проникновения струи, что приводило к увеличению количества неиспарившихся капель топлива, достигающих поверхности поршня и гильзы цилиндра. Это явление становится более значительным по мере увеличения соотношения смазочных материалов в смеси, что приводит к увеличению PN по отношению к соотношению смазочных материалов в смеси. Общие выбросы PN при моменте впрыска 180° до ВМТ значительно увеличились, то есть в 146 раз при переходе от G100 к G9.5Л5. Кроме того, скорость образования PN увеличивалась в зависимости от давления впрыска и соотношения смазочных материалов, как показано на рис.  10c. Механизм, повлиявший на общее увеличение PN, был таким же, как и при угле момента впрыска 270°. Однако скорость увеличения была ниже, чем при моменте впрыска 270° до ВМТ, поскольку импульс распыления был единственным основным источником движения неиспарившейся капли смазки к гильзе цилиндра.

Рисунок 10

Выбросы PN в зависимости от давления впрыска и соотношения смазочных материалов.

Изображение в полный размер

На распределение частиц по размерам также влияло соотношение смазочных материалов в смеси, как показано на рис. 11. Здесь распределение размеров частиц по отношению к соотношению смазочных материалов для различных давлений впрыска было аналогичным, как показано на рис. 12. Следовательно, Распределение размеров частиц по давлению впрыска было усреднено, чтобы четко увидеть влияние соотношения смазочных материалов в смеси при различных моментах впрыска. Для момента впрыска 330 ° до ВМТ количество зародышевых частиц увеличилось по сравнению с G100 при G9. 9L1, но общий размер частиц сместился в сторону режима накопления по мере увеличения соотношения смазочных материалов в смеси, как показано на рис. 11a. Распределение по размерам было одинаковым для всех соотношений смазочных материалов. Увеличение количества зародышеобразующих частиц при смешивании смазочного материала было связано с влиянием свойств смазочного материала, как исследовали Amirante et al. ²⁰ Увеличение общего размера по отношению к соотношению смазочных материалов (кроме G100) было связано с увеличением зародышеобразования частиц из-за увеличения пленки на стенках. Зародышевые частицы столкнулись друг с другом, образуя более крупные частицы путем агломерации ³⁵ . Увеличение количества зародышевых частиц привело к более высокой вероятности столкновения зародышевых частиц друг с другом, что привело к увеличению размера частиц. Изменение общего размера частиц для моментов впрыска 270 и 180 до ВМТ было аналогично общему изменению времени впрыска для 330 ° до ВМТ, но сдвиг в сторону режима накопления был ниже, как показано на рис. 11b,c. Это было связано с уменьшением пристеночной пленки по сравнению с BTDC 330 °, что уменьшило количество зародышевых частиц. Распределение размеров при обоих временах впрыска отличалось от G100. Распределения по размерам G100 были разделены на режим зародышеобразования и режим накопления, тогда как распределения размеров топливных смесей были сгруппированы вблизи границы между режимом зародышеобразования и режимом накопления. Формирование частиц в G100 происходило в основном из-за гомогенности смеси, тогда как образование частиц в смазочном топливе происходило в основном из-за пристеночной пленки, что можно дополнительно объяснить распределением по размерам при 330 9 до ВМТ.0340°.

Рисунок 11

Распределение размеров частиц в зависимости от соотношения смазочных материалов.

Изображение полного размера

Рис. 12

Распределение размеров частиц в зависимости от давления впрыска и соотношения смазочных материалов.

Изображение с полным размером

Заключение

Были проведены эксперименты, чтобы определить, как смазочные материалы влияют на образование твердых частиц и как они влияют на PN и распределение частиц по размерам с использованием одноцилиндрового двигателя внутреннего сгорания и оптического двигателя GDI, работающего на разных соотношениях смазочных материалов и бензина. Наши результаты резюмируются следующим образом.

1. 1.

   Смазка не влияла на гомогенность смеси во всех случаях. Характеристики сгорания при различных соотношениях смазочных материалов были одинаковыми, что является одним из основных параметров, отличающих однородность смеси. Кроме того, выбросы CO не показали никаких тенденций, что указывает на то, что соотношение смазочных материалов не влияло на выбросы CO. На выбросы NOx, по-видимому, влияет смазочный материал, но это ошибка измерения, основанная на характеристиках сгорания и не имеющая отношения к выбросам CO. Поскольку соотношение CO и NOx также оказывает большое влияние на гомогенность смеси, это означает, что смазка не влияла на гомогенность смеси. Кроме того, изображения распыления показали аналогичные результаты для G100 и G9.5L5 с точки зрения характеристик распыления, что также указывало на отсутствие различий в гомогенности смеси со смазкой.

2. 2.

   Настенная пленка была основной причиной выбросов твердых частиц при различных соотношениях смазочных материалов. Увеличение расхода топлива и выбросов ТГК указывало на то, что смазка повлияла на количество несгоревшего топлива. Кроме того, для G9 постоянно наблюдалось диффузионное пламя.5L5 независимо от условий впрыска, тогда как диффузионное пламя для G100 уменьшалось по мере увеличения давления впрыска и задержки времени впрыска. Эти разные результаты для G100 и G95L5 показали, что смазка оказывает влияние на пленку стенок. Это было связано с чрезвычайно низкой летучестью и высокой вязкостью смазки по сравнению с бензином, что увеличивало неиспарившиеся капли топлива. Когда эти капли соприкасались с поршнем или гильзой цилиндра, они превращались в пленку на стенках, которая воспламенялась с образованием диффузионного пламени из-за неполного сгорания, что приводило к увеличению количества несгоревшего топлива и образованию твердых частиц.

3. 3. Характеристики выбросов PN

   и распределения частиц по размерам в зависимости от соотношения смазочных материалов в смеси продемонстрировали влияние смазки на механизм формирования пристеночной пленки. При моменте впрыска 330° до ВМТ, когда струя попадает на поверхность поршня, смазочные свойства увеличивали пленку стенки, что увеличивало выбросы PN и образование зародышей частиц. Кроме того, это повлияло на количество пленки на стенках, что привело к аналогичным выбросам PN в зависимости от давления впрыска. При моменте впрыска 270 и 180° до ВМТ, когда брызги не сталкиваются напрямую ни с поршнем, ни с гильзой цилиндра, свойства смазочных материалов увеличивают количество неиспарившихся капель топлива, которые создают пристеночную пленку внутри камеры сгорания. Это привело к увеличению выбросов PN и различиям в распределении частиц по размерам. Кроме того, увеличение давления впрыска помогло каплям топлива достичь поршня и/или гильзы цилиндра, что привело к пропорциональной зависимости между выбросами PN и давлением впрыска.

Доступность данных

Данные, подтверждающие экспериментальные результаты этого исследования, можно получить у соответствующего автора по обоснованному запросу.

Сокращения

PN:

Номер детали

АТЦ:

После верхней мертвой точки

До ВМТ:

Перед тем, как войти в top dead, введите

ROHR:

Скорость тепловыделения

СА:

Угол поворота

СЛ:

Оксид углерода

NOx:

Закиси азота

ТГК:

Всего углеводородов

АСОИ:

После начала впрыска

ASOS:

После начала искрового зажигания

Ссылки

1. «>

   Чжао, Ф., Лай, М. К. и Харрингтон, Д. Л. Автомобильные бензиновые двигатели с искровым зажиганием и непосредственным впрыском. Прог. Энергетическое сгорание. науч. 25 , 437–562. https://doi.org/10.1016/S0360-1285(99)00004-0 (1999).

   КАС Статья Google ученый

2. He, X., Ratcliff, M.A. & Zigler, B.T. Влияние рабочих параметров бензинового двигателя с непосредственным впрыском на выбросы частиц. Энергетическое топливо 26 , 2014–2027 гг. https://doi.org/10.1021/ef201917p (2012 г.).

   КАС Статья Google ученый

3. Каравалакис Г. и др. Влияние смесей этанола и изобутанола на газообразные выбросы и выбросы твердых частиц из двух легковых автомобилей, оснащенных двигателями с непосредственным впрыском SI (искровым зажиганием) с направленным распылением и направленным через стенку. Энергия 82 , 168–179. https://doi.org/10.1016/j.energy.2015.01.023 (2015 г.).

   КАС Статья Google ученый

4. О, К. и Ча, Г. Влияние топлива, типа впрыска и системы доочистки на выбросы твердых частиц легковых автомобилей, использующих различные виды топлива, в циклах испытаний FTP-75 и HWFET. Междунар. Дж. Автомот. Технол. 16 , 895–901. https://doi.org/10.1007/s12239-015-0091-5 (2015 г.).

   Артикул Google ученый

5. Чен, Л., Лян, З., Чжан, X. и Шуай, С. Характеристика выбросов твердых частиц от автомобилей GDI и PFI в переходных условиях и условиях холодного запуска. Топливо 189 , 131–140. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2016.10.055 (2017 г.).

   КАС Статья Google ученый

6. Чой, Ю. , Ли, Дж., Джанг, Дж. и Парк, С. Влияние систем впрыска топлива на характеристики выбросов частиц бензиновых автомобилей. Атмос. Окружающая среда. 217 , 116941. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2019.116941 (2019).

   КАС Статья Google ученый

7. Матис, У., Мор, М. и Форсс, А.-М. Комплексная характеристика частиц современных бензиновых и дизельных легковых автомобилей при низких температурах окружающей среды. атмосфер. Окружающая среда. 39 , 107–117. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2004.09.029 (2005 г.).

   ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

8. Брэйшер, М., Стоун, Р. и Прайс, П. Выбросы по количеству частиц от ряда европейских транспортных средств. https://doi.org/10.4271/2010-01-0786 (SAE International, 2010 г.).

9. Фатуре, М., Вулдридж, М. С., Петерсен, Б.Р. и Вулдридж, С.Т. Влияние этанола на выбросы твердых частиц в цилиндрах и выхлопных газах бензинового двигателя с искровым зажиганием с непосредственным впрыском. Энергетическое топливо 29 , 3399–3412. https://doi.org/10.1021/ef502758y (2015 г.).

   КАС Статья Google ученый

10. Джейкобс, Л. и др. Субклинические реакции у здоровых велосипедистов, кратковременно подвергшихся воздействию загрязнения воздуха, связанного с дорожным движением: интервенционное исследование. Окружающая среда. Здоровье 9 , 64. https://doi.org/10.1186/1476-069X-9-64 (2010).

    КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google ученый

11. Чен Р. и др. Помимо PM2,5: Роль ультрадисперсных частиц в неблагоприятных последствиях загрязнения воздуха для здоровья. Биохим. Биофиз. Acta Gen. Subjects 2844–2855 , 2016 г. https://doi.org/10.1016/j.bbagen.2016.03.019 (1860).

    КАС Статья Google ученый

12. Пайри Ф., Галиндо Дж., Климент Х. и Гвардиола С. Измерение расхода масла автомобильным турбокомпрессором. Эксп. Тех. 29 , 25–27 (2005).

    Артикул Google ученый

13. Дельвин Т. Источники расхода масла в современном бензиновом двигателе, включая вклад сепаратора картерных газов и турбонагнетателя: экспериментальное исследование, основанное на использовании радиоактивных индикаторов. Международный SAE. J. Топливная смазка. 3 , 916–924. https://doi.org/10.4271/2010-01-2256 (2010 г.).

    КАС Статья Google ученый

14. Иствуд, стр. Выбросы твердых частиц из транспортных средств (Wiley, 2008).

    Google ученый

15. Sonntag, D.B., Bailey, C.R., Fulper, C.R. & Baldauf, R.W. Вклад смазочного масла в выбросы твердых частиц от легковых автомобилей с бензиновым двигателем в Канзас-Сити. Окружающая среда. науч. Технол. 46 , 4191–4199 (2012).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

16. Ченг, К. и др. Выбросы твердых микроэлементов, металлов и органических веществ из легковых автомобилей с бензиновым, дизельным и биодизельным двигателем и их связь с окислительным потенциалом. Аэрозоль Науч. Технол. 44 , 500–513 (2010).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

17. Миллер, А. Л., Стайп, С. Б., Хабьян, М. С. и Альстранд, Г. Г. Роль смазочного масла в выбросах твердых частиц из двигателя внутреннего сгорания, работающего на водороде. Окружающая среда. науч. Технол. 41 , 6828–6835. https://doi.org/10.1021/es070999r (2007 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья пабмед Google ученый

18. Кристиансон, М. Г., Бардаш, Э. и Наумк, В. Влияние состояния смазочного масла на выбросы твердых частиц в выхлопных газах легковых автомобилей. Международный SAE. J. Топливная смазка. 3 , 476–488. https://doi.org/10.4271/2010-01-1560 (2010 г.).

    КАС Статья Google ученый

19. Пирьола, Л. и др. Влияние свежих смазочных масел на выбросы твердых частиц, выбрасываемых современным легковым автомобилем с непосредственным впрыском бензина. Окружающая среда. науч. Технол. 49 , 3644–3652 (2015).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья Google ученый

20. «>

    Амиранте Р. и др. Влияние смазочного масла на выбросы твердых частиц из двигателей с прямым впрыском топлива и искровым зажиганием. Междунар. J. Рез. двигателя 18 , 606–620. https://doi.org/10.1177/1468087417706602 (2017 г.).

    КАС Статья Google ученый

21. Раза, М., Чен, Л., Лич, Ф. и Дин, С. Обзор выбросов твердых частиц (PN) от бензиновых двигателей с непосредственным впрыском (GDI) и методов их контроля. Энергии 11 , 1417. https://doi.org/10.3390/en11061417 (2018).

    КАС Статья Google ученый

22. Вельи, А. и др. Исследования образования и окисления сажи внутри двигателя с искровым зажиганием с непосредственным впрыском с использованием передовых лазерных технологий. https://doi.org/10.4271/2010-01-0352 (SAE International, 2010 г.).

23. «>

    Дрейк, М. К., Фанслер, Т. Д., Соломон, А. С. и Секели, Г. А. Пленки поршневого топлива как источник дыма и выбросов углеводородов из двигателя с искровым зажиганием и прямым впрыском, управляемого стенкой. https://doi.org/10.4271/2003-01-0547 (SAE International, 2003 г.).

24. Голь, М. и др. Влияние смесеобразования на выброс смазочного масла двигателей внутреннего сгорания. Международный SAE. J. Топливная смазка. 3 , 733–744. https://doi.org/10.4271/2010-01-1275 (2010 г.).

    КАС Статья Google ученый

25. Turns, S.R. An Introduction to Combustion: Concepts and Applications (McGraw-Hill, 2012).

    Google ученый

26. Ясуэда С., Такасаки К. и Тадзима Х. Аномальное сгорание, вызванное смазочным маслом в газовых двигателях с высоким BMEP. МТЗ инд. 3 , 34–39. https://doi.org/10.1007/s40353-013-0069-6 (2013 г.).

    Артикул Google ученый

27. Пулкрабек, В. В. Инженерные основы двигателя внутреннего сгорания. Дж. Инж. Газовые турбины Power 126 , 198–198. https://doi.org/10.1115/1.1669459 (2004).

    Артикул Google ученый

28. Стэн, К. и др. . Влияние смесеобразования на характеристики впрыска и сгорания в компактном двигателе GDI. https://doi.org/10.4271/2002-01-0997 (SAE International, 2002 г.).

29. Пан, Х. и др. Экспериментальное исследование характеристик топливной пленки распыла этанола при сверхнизкой температуре. https://doi.org/10.4271/2017-01-0851 (SAE International, 2017 г.).

30. Бай, К. и Госман, А.Д. Разработка методологии моделирования ударов брызг. SAE Trans. 104 , 550–568 (1995).

    Google ученый

31. Эгри И. О связи между поверхностным натяжением и вязкостью жидких металлов. Штрих. Металл. Матер. 28 , 1273–1276. https://doi.org/10.1016/0956-716X(93)

    -7 (1993).

    КАС Статья Google ученый

32. Ю, Х. и др. Экспериментальное исследование распределения пристенной пленки смешанного диметилового эфира/дизельного топлива, образующейся при ударе о стенку брызг. Энергии 9 , 949. https://doi.org/10.3390/en49 (2016).

    КАС Статья Google ученый

33. Lee, Z., Kim, T. & Park, S. Влияние нагрузки выхлопных газов и времени впрыска на число частиц в выбросах бензинового двигателя с непосредственным впрыском. Топливо 268 , 117344. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2020.117344 (2020).

    КАС Статья Google ученый

34. Ким, Д., Шин, Дж., Сон, Ю. и Парк, С. Характеристики потока в цилиндре и смесеобразования в оптически доступном бензиновом двигателе с непосредственным впрыском топлива и системой распыления под высоким давлением с использованием измерений PIV и CFD. Преобразователи энергии. Управление 248 , 114819. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2021.114819(2021).

    КАС Статья Google ученый

35. Эггерсдорфер М.Л. и Працинис С.Е. Структура агломератов, состоящих из полидисперсных частиц. Аэрозоль Науч. Технол. 46 , 347–353. https://doi.org/10.1080/02786826.2011.631956 (2012 г.).

    ОБЪЯВЛЕНИЕ КАС Статья пабмед ПабМед Центральный Google ученый

Скачать ссылки

Благодарности

Эта работа была поддержана Национальным институтом экологических исследований (№ NIER-2020-04-02-036) и BK21 FOUR (Содействие выдающимся исследовательским университетам), финансируемым Министерством образования (МО). ) Кореи и Национального исследовательского фонда Кореи (NRF).

Информация об авторе

Авторы и организации

1. Факультет механической конвергенции, Университет Ханьян, 222 Вансимри-ро, Сондонгу, Сеул, 04763, Республика Корея

   Hoseung Yi, Jihwan Seo & Young Soo Yu

2. Национальный институт экологических исследований, 42 Hwangyong-ro, Seo-gu, Incheon, 22689, Республика Корея

   Yunsung Lim, Sanguk Lee и 0 Jongtae Lee

   8

   Факультет машиностроения, Сеульский национальный университет, 1 Кванак-ро, Кванак-гу, Сеул, 08826, Республика Корея

   Ханхо Сонг

3. Школа машиностроения, Университет Ханьян, 222 Вангсимри-ро, Сондон-гу , Сеул, 04763, Республика Корея

   Sungwook Park

Авторы

1. Hoseung Yi

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

2. Jihwan Seo

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

3. Young Soo Yu

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Академия

4. Yunsung Lim

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

5. Sanguk Lee

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

6. Jongtae Lee

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

7. Песня Ханхо

   Посмотреть публикации автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

8. Sungwook Park

   Просмотр публикаций автора

   Вы также можете искать этого автора в PubMed Google Scholar

Contributions

H. Y. и С.П. написали рукопись, а Х.Ю. и Дж.С. проводил эксперименты. Х.Ю., Х.С. и С.П. организовали данные, а Ю.С.И., Ю.Л., С.Л. и Дж.Л. предоставили вспомогательную информацию. Все авторы рассмотрели рукопись.

Автор, ответственный за переписку

Сунгук Парк.

Заявление об этике

Конкурирующие интересы

Авторы не заявляют об отсутствии конкурирующих интересов.

Дополнительная информация

Примечание издателя

Springer Nature остается нейтральной в отношении юрисдикционных претензий в опубликованных картах и ​​институциональной принадлежности.

Права и разрешения

Открытый доступ Эта статья находится под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 International License, которая разрешает использование, совместное использование, адаптацию, распространение и воспроизведение на любом носителе или в любом формате при условии, что вы укажете соответствующую ссылку на оригинальный автор(ы) и источник, предоставьте ссылку на лицензию Creative Commons и укажите, были ли внесены изменения. Изображения или другие сторонние материалы в этой статье включены в лицензию Creative Commons на статью, если иное не указано в кредитной строке материала. Если материал не включен в лицензию Creative Commons статьи, а ваше предполагаемое использование не разрешено законом или выходит за рамки разрешенного использования, вам необходимо получить разрешение непосредственно от правообладателя. Чтобы просмотреть копию этой лицензии, посетите http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Перепечатка и разрешения

Об этой статье

Комментарии

Отправляя комментарий, вы соглашаетесь соблюдать наши Условия и правила сообщества. Если вы обнаружите что-то оскорбительное или не соответствующее нашим условиям или правилам, отметьте это как неприемлемое.

Бензин с непосредственным впрыском | Bosch Automotive Aftermarket в Великобритании

По мере того, как на рынок выходит все больше автомобилей с системами GDI, автомастерские все чаще обращаются к поставщику оригинального оборудования Bosch для обслуживания и ремонта, что увеличивает прибыль и одновременно удовлетворяет потребности клиентов.

GDI — это ключевая технология в сверхэффективных бензиновых автомобилях последнего поколения, обеспечивающая улучшенную производительность, повышенную экономичность и позволяющая уменьшить размер двигателя.

Современные системы GDI имеют контуры низкого и высокого давления с электрическим топливным насосом, который снабжает насос высокого давления (ТНВД) бензином под давлением около 6 бар. HDP сжимает его до 200 бар и подает в топливную рампу, где форсунки высокого давления подают точное количество идеально перемешанного топлива непосредственно в камеру сгорания.

Растущий рынок услуг

К концу 2019 года на дорогах Великобритании будет около четырех миллионов автомобилей с бензиновыми двигателями с непосредственным впрыском топлива, и ожидается, что это число удвоится в течение нескольких лет. Чтобы удовлетворить быстро растущий спрос, компания Bosch создала комплексное сервисное решение GDI для рынка послепродажного обслуживания автомобилей, включающее компоненты, разработанные для лучших гоночных команд мира, современные диагностические решения и обучение отраслевым стандартам.

Детали Bosch GDI — опыт и эффективность

В то время как широкое использование компонентов Bosch GDI в международном автоспорте доказывает их высокую эффективность, предложения Bosch GDI для вторичного рынка (включая свечи зажигания

, катушки зажигания, лямбда-зонды, форсунки высокого давления и насосы) предлагают непревзойденное качество, надежность и охват рынка.

Будучи пионером в области технологий, компания Bosch с 1902 года продала более 11 миллиардов свечей зажигания. Компания является техническим партнером самых престижных международных чемпионатов по автоспорту, и ее успешные инновации постоянно адаптируются для массового производства. Таким образом, рынок послепродажного обслуживания является конечным бенефициаром объединенного ноу-хау Bosch в автоспорте и оригинальном оборудовании.

Совет мастерской!

При установке свечей зажигания в двигателях GDI выравнивание бокового электрода по отношению к форсунке имеет решающее значение. Установка правильной свечи зажигания с правильными инструментами и крутящим моментом имеет решающее значение для оптимальной работы двигателя.

Являясь лидером в производстве оригинальных систем зажигания, компания Bosch уже более века поставляет высококачественные катушки зажигания. Его современные компактные, карандашные и многоискровые катушки невероятно устойчивы к нагреву, вибрации и коррозии, обеспечивая исключительную производительность и надежность.

Форсунки и насосы высокого давления являются жизненно важными компонентами современных систем GDI с электронным управлением — технологии, которая совершенствовалась в течение многих десятилетий исследований и разработок. 2,5-литровый Mercedes-Benz с механической системой непосредственного впрыска бензина Bosch с давлением 500 бар, как известно, выиграл Гран-при Франции еще в 1919 году.54.

Изобретенные компанией Bosch в 1976 году лямбда-зонды внесли значительный вклад в соблюдение современных жестких стандартов выбросов. На сегодняшний день Bosch произвела более одного миллиарда лямбда-зондов. Его высококачественный ассортимент послепродажного обслуживания охватывает 85% автомобильного парка Великобритании, резьба предварительно смазана для простоты установки.

Онлайн-диагностическое программное обеспечение Bosch ESI[tronic] 2.0 и обучение работе с GDI

Опыт разработки, техническое качество и надежность Bosch также отражены в его диагностическом программном обеспечении, которое повысит эффективность и результативность повседневных задач мастерской.

Современные специалисты ожидают большего, чем просто диагностика блока управления, будь то легковые или коммерческие автомобили. Интеллектуальное устранение неполадок и поддержка быстрого ремонта и технического обслуживания в соответствии со спецификациями производителя являются новым стандартом… и всем этим требованиям отвечает ESI[tronic] 2.0 Online.

ESI[tronic] 2. 0 Online проведет вас через процесс шаг за шагом, а функция ремонта на основе опыта (EBR) обеспечит мгновенный доступ к известным неисправностям и надежным решениям. Идеальным аппаратным партнером являются инструменты Bosch KTS нового поколения с интерфейсами на базе Ethernet для сверхбыстрой передачи данных.

Что касается обучения, курс Bosch VSG11 по диагностике бензиновых систем прямого впрыска значительно повысит эффективность работы технического персонала. За два дня он охватывает:

• Обзор компоновки системы и концепции дизайна
• Конструкция и функции отдельных компонентов
• Работа компонентов подачи воздуха, топлива и выхлопа
• Режимы заправки и другие уникальные системные функции
• Тестирование и диагностика системы

После успешного завершения технические специалисты полностью поймут типичную систему Bosch GDI и смогут использовать последовательную диагностику и данные осциллографа для быстрого определения требуемой системы или ремонта компонентов. Курс является частью комплексной программы обучения современным автомобильным технологиям, разработанной Bosch специально для независимых мастерских в Великобритании.

Для получения более подробной информации об учебных курсах по системам впрыска бензина и других курсах Bosch посетите веб-сайт: www.bosch-training-solutions.com/gb/

Марк Херд, менеджер по маркетингу Bosch в Северной Европе, сказал: « С быстро растущим парком автомобилей GDI независимые автомастерские, инвестирующие в правильное обучение и оборудование, настроены на получение значительной прибыли и развитие бизнеса. Мы предлагаем широкий спектр современного оборудования, предназначенного для повышения эффективности мастерской. Наша платформа ESI[tronic] включает подробные инструкции по обслуживанию компонентов GDI, в то время как наши инструменты KTS, любимые мастерскими на протяжении более 30 лет, становятся все лучше. Конечно, оборудование и обучение идут рука об руку, и наши программы по системам впрыска бензина обеспечивают идеальную лестницу для достижения мастерства в GDI».