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: почему опасно покупать автомобиль с таким мотором — Лайфхак
- Лайфхак
- Эксплуатация
фото electronauto
Все больше современных машин оснащается бензиновыми моторами с непосредственным впрыском топлива. Однако прогрессивная конструкция этого типа двигателей хороша исключительно до того момента, когда с ним начинаются проблемы в процессе эксплуатации.
Портал «АвтоВзгляд» рассказывает о не афишируемых автопроизводителями особенностях агрегатов типа GDI.
Максим Строкер
Для начала надо пояснить, что за зверь такой — GDI. Эта аббревиатура встречается в обозначениях не только моторов в руководствах по эксплуатации машин, но и «вылезает» порой на свет божий в виде шильдиков на задней части некоторых из них. Особенно любят выставлять напоказ эту информацию о двигателях азиатские автопроизводители.
Итак, GDI — сокращение от английского словосочетания Gasoline Direct Injection, что в переводе обозначает «непосредственный впрыск топлива». Ключевая особенность такого типа впрыска в том, что его форсунка распыляет бензин прямо в цилиндр. То есть смешивание топлива и воздуха происходит непосредственно в камере сгорания, а не во впускном тракте. Основные плюсы этого решения: экономичность и чуть большая мощность силового агрегата по сравнению с другими типами впрыска. Добиться этого позволяет более сложная конструкция.
Тут применяются специальные вихревые форсунки, умеющие правильно распылять бензин в виде тумана.
Для управления ими требуется специальное программное обеспечение. А также необходим второй топливный насос — высокого давления. В общем, система питания бензинового мотора с непосредственным впрыском почти повторяет ту, что применяется для дизельных движков.
фото соцсети
Чем же может обернуться приобретение авто с мотором с непосредственным впрыском? Потенциальные проблемы с ним обусловлены «дизельными» элементами его конструкции. Она приспособлена работать исключительно на высококачественном топливе. В России же можно нарваться на некачественный «левак» даже на бензоколонке, брендированной логотипами и цветами любой крупной сети АЗС.
Избыток примесей (например, повышающих октановое число топлива) крайне негативно действует на форсунки. Они засоряются и перестают правильно распылять горючее, а «убить» их способна пара заправок «до полного бака» горючим с высоким содержанием соединений серы, железа, фосфора и ряда других. Привести форсунки в негодность может и некорректная работа свечей.
Неприятность тут в том, что вернуть работоспособность форсункам мотора с непосредственным впрыском бюджетным способом — путем их промывки — не выйдет. Придется раскошелиться на приобретение новых распылителей, что дорого.
Топливный насос высокого давления также чувствителен к некачественному топливу. Загрязнения резко ускоряют износ его компонентов и в конце концов могут вывести из строя. Автомобили с менее продвинутыми двигателями с впрыском топлива во впускной тракт мотора, подобных сюрпризов преподнести в принципе не могут.
Впрочем, сегодня уже созданы и успешно апробированы эффективные средства для борьбы с отмеченными недомоганиями систем GDI.
Фото производителя.
398691
Так, например, немецкая фирма Liqui Moly разработала для чистки узлов непосредственного впрыска бензина продукт Direkt Injection Reiniger. Его фишкой является уникальная композиция компонентов, которые эффективно воздействуют на смолистые отложения на форсунках.
Очищающий эффект этой оригинальной присадки близок к стационарной стендовой процедуре в профессиональном сервис-центре.
Достаточно сказать, что препарат способен удалять до 70% вредных отложений за одно применение. Кроме того, немецкая присадка значительно улучшает воспламеняемость бензина. Как следствие, улучшается холодный запуск двигателя, предотвращаются рывки в движении, стабилизируется холостой ход и достигается максимальная топливная экономия.
Средство также защищает дорогостоящие форсунки и узлы топливного насоса от коррозии и износа. Тем самым, очиститель сохраняет их запланированный рабочий ресурс. Как отмечают специалисты по ремонту моторов, присадку Direkt Injection Reiniger рекомендуется добавлять в бензобак каждые 10 000 км пробега. Полное смешивание присадки с топливом происходит непосредственно в процессе движения машины.
- Автомобили
- Тест-драйв
Сталкиваем лбами возрастных представителей премиума
39200
- Автомобили
- Тест-драйв
Сталкиваем лбами возрастных представителей премиума
39200
Подпишитесь на канал «Автовзгляд»:
- Telegram
- Яндекс.
Дзен
Дзенбензин, двигатель, моторное масло
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.
Подача топлива
Изделия подачи топлива (модуль подачи топлива со встроенным электротопливным насосом, датчиком уровня бака 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).
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.
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 этого 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, а непосредственный 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.
С системой прямого впрыска бензина Bosch сочетает прямой впрыск бензина с системой впрыска бензина через порт. Причина этого 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, а непосредственный 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 распределенного и прямого впрыска бензина:
- При распределенном впрыске очищающий эффект отверстий и клапанов впускного коллектора способствует более высокой степени рециркуляции отработавших газов
- Улучшенные шумовые характеристики на низких скоростях 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 новые нормативные ограничения выбросов, такие 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.
Правда о прямом впрыске бензина | Как ухаживать за двигателем GDI
Непосредственный впрыск бензина (GDI) был отмечен автопроизводителями как большое достижение. Это новейшая технология подачи топлива, и титаны отрасли рекламируют ее лучшую производительность и лучшую экономию топлива.
Это не просто реклама индустрии. Двигатели GDI показали впечатляющие результаты.
Одним из примеров успеха GDI является Mazda 3. Когда Consumer Reports протестировал новый двигатель Skyactiv, расход бензина подскочил с 28 миль на галлон до 32 миль на галлон. Cadillac смог добавить к своему CTS 34 лошадиных силы без ущерба для экономии топлива.
Бензиновый двигатель с непосредственным впрыском стал популярным и теперь используется в большем количестве автомобилей, чем когда-либо.
Автопроизводители убеждены – GDI работает и эффективно.
Однако за эту дополнительную эффективность приходится платить. Давайте исследовать.
Что такое прямой впрыск бензина и как он работает?
Бензиновые двигатели с непосредственным впрыском работают путем впрыска топлива под высоким давлением непосредственно в камеру сгорания. Это намного точнее, чем у старых систем впрыска топлива или карбюраторов.
Непосредственный впрыск обеспечивает более полное сгорание и более низкую температуру внутри цилиндра. Более низкие температуры обеспечивают лучшую степень сжатия, что означает большую эффективность и мощность при том же количестве топлива.
Некоторые производители предполагают, что двигатели GDI могут достигать 50-процентного увеличения крутящего момента на низких оборотах, а также возвращать 15-процентное увеличение экономии топлива.
Все это может звучать слишком хорошо, чтобы быть правдой. И в некотором смысле это так. Хотя повышение эффективности, без сомнения, реально, технология GDI создает совершенно новый набор проблем.
Проблемы с GDI
Главное преимущество технологии непосредственного впрыска бензина, ее точность, является также ее главным недостатком.
Многие люди жаловались в Национальную администрацию безопасности дорожного движения, что их автомобили с двигателем GDI часто засоряют топливную систему и накапливают нагар в двигателе.
Последствия могут быть катастрофическими: некоторые водители испытывают потерю мощности и двигатель глохнет. Любой, кто нуждался в ремонте двигателя, может сказать вам, что это не дешевый ремонт.
Как решить проблемы с GDI
Многие автопроизводители, использовавшие эту технологию, взялись за дело, чтобы попытаться ее исправить.
BMW и Kia специально выпустили бюллетени по техническому обслуживанию для своих дилерских центров, призывая их рекомендовать марки бензина без этанола и бензина с моющими средствами. Они также рекомендовали владельцам время от времени добавлять в свой автомобиль очиститель топливной системы.
Некоторые другие автопроизводители попытались внести инженерные исправления. Одним из примеров является модификация двигателя, которая позволяет ему распылять небольшое количество топлива на сами клапаны, чтобы действовать как растворитель и поддерживать их в чистоте.
Тем не менее, лучший способ поддерживать чистую и правильную работу двигателя GDI — это надлежащее техническое обслуживание.
Специальное средство StrutDaddy для ухода за GDI
Хотя технология непосредственного впрыска бензина может быть относительно новой, для нас она уже устарела. Специалисты StrutDaddy, сертифицированные ASE, должны быть в курсе всех последних автомобильных технологий.
По мере того, как все больше и больше автомобилей на базе GDI появлялось в наших магазинах, мы понимали необходимость специализированного ухода. Вот почему мы предлагаем сервис и техническое обслуживание специально для двигателей GDI.
Наши механики являются экспертами в обслуживании систем прямого впрыска бензина.