26Дек

Послойный впрыск топлива применяют для: Распределенный и послойный впрыск топлива

Содержание

Распределенный и послойный впрыск топлива

На чтение 4 мин. Просмотров 274

Наиболее распространенной моделью этой системы является послойный впрыск топлива, который позволяет подавать топливную жидкость отдельно для каждого цилиндра. Эта подача осуществляется с помощью специальных распределительных форсунок.

Специальная система, подающая в цилиндры двигателя топливную жидкость, называется распределенный впрыск топлива. Компонент устанавливается на все автомобили без исключения, она может носить следующий характер:

  • Механический;
  • Распределенный;
  • Непосредственный;
  • Моновпрыск.

Наиболее распространенной моделью этой системы является послойный впрыск топлива, который позволяет подавать топливную жидкость отдельно для каждого цилиндра. Эта подача осуществляется с помощью специальных распределительных форсунок.

Система распределенного впрыска топлива

Что значит последовательность впрыска

Последовательность или фазы впрыска топлива обусловлена следующими показателями:

  • За один отработанный цикл двигателя каждая специальная форсунка отрабатывает одну фазу впрыска;
  • Время этой фазы для каждой модели автомобиля может быть разным, но при этом количество топлива в большинстве случаев одинакова.

Распределенный впрыск топлива внедряется не на каждый автомобиль, поскольку он отличается тем, что подходит только для инжекторных автомобилей. Автовладельцы, которые сталкиваются с этой системой, отмечают, что она позволяет достичь до 15 % экономии топлива.

Как работает система

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

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

Ресивер на двигатель устанавливается такого размера, чтобы предупредить воздушное голодание цилиндров, то есть, чтобы система обладала, все время достаточным количеством воздуха для работы.

Для того чтобы впрыск воздушно-топливной осуществлялся качественно и бесперебойно на компонент установлены специальные форсунки, они располагаются поблизости от впускных клапанов.

Система распределенного впрыска топлива

Из каких механизмов состоит система

Следует перечислить, из каких исполнительных механизмов состоит комплекс впрыска топлива инжекторного автомобиля:

Бензонасос работает на нагнетание топливной смеси в специальную рампу. Чтобы давление в этой рампе было все время на определенном уровне на ней установлен механический регулятор давления. Иногда бензонасос и регулятор совмещены.

Форсунки специальные клапаны с регулируемой производительностью, которые имеют электромагнитные прецензионный характер.

Зажигательный модуль специальное устройство, предназначенное для регуляции искрообразования. Включает в себя два независимо работающих канала, которые направлены на поджиг смеси, отдельно в 1 и 4, а также во 2 и 3 цилиндрах.

Клапан предохранения – направлен на защиту всех элементов системы от впрыска повышенного давления. Давление впрыска повышается от температурного расширения топлива, сам клапан устанавливается на рампе.

Регулирование холостого хода эта часть системы обусловлено специальным регулятором, который поддерживает заданные обороты. Сам регулятор представляет собой двигатель шагового типа, он регулирует канал воздуха обводного типа в дроссельную заслонку. Это необходимо для того чтобы двигатель постоянно получал необходимое количество воздуха.

Вентилятор системного охлаждения имеет управление от электрической составляющей автомобиля и работает в зависимости от сигналов ДТОЖ.

Датчик топливного расхода подает постоянный сигнал на маршрутный компьютер или на панель управления и сообщает водителю необходимые показатели. Надо отметить, что этот датчик может работать с погрешностями, так как данный высчитываются по приблизительным показателям.

Адсорбер еще один компонент замкнутой цепи, которая регулирует пары бензина. Чаще всего такой элемент устанавливается на зарубежные автомобиля.

Схема распределенного впрыска топлива

Управление системой

Система впрыска регулируется электронным блоком управления, которые представляет собой специальный компьютер. В нем происходить определенный алгоритм обработки данных, которые показывают датчики системы. Для качественной работы этого блока необходимы следующие показатели:

  • Качественно и исправно работающие датчики;
  • Отрегулированная подача данных;
  • Отсутствие неполадок в прошивке блока.

Как происходит послойное смесеобразование

Во время работы послойного типа дроссельная заслонка системы практически открыта полностью, при этом заслонки впуска закрыты полностью. Поступление воздуха в камеры сгорания происходит на большой скорости, при этом образуется воздушный вихрь. Топливо при этом впрыскивается в зону свечей сгорания, на последнем этапе такта сжатия. Когда топливновоздушная смесь воспламеняется, вокруг нее образуется теплоизоляция из чистого воздуха.

Устройство и принцип действия система непосредственного впрыска бензина Bosch Motronic MED 7

Первостепенной целью разработки новых двигателей является снижение расхода топлива и соответствующее ему уменьшение выброса вредных веществ. В трехкомпонентных нейтрализаторах удается преобразовать в безвредные вещества до 99%
выбрасываемых с отработавшими газами углеводородов, оксидов азота и оксида углерода. Выбросы образуемого при сгорании диоксида углерода (CO2), способствующего образованию парникового эффекта, могут быть снижены только в результате уменьшения
расхода топлива.

Однако, у двигателей с внешним смесеобразованием (с впрыском бензина во впускной трубопровод) резервы снижения расхода топлива практически отсутствуют. Двигатели с непосредственным впрыском бензина в цилиндры, осуществляемым посредством системы Bosch Motronic MED 7 позволяют экономить до 15% топлива по сравнению с сопоставимым двигателем с впрыском бензина во впускной трубопровод.

Как осуществляется подача топлива?

 

Зачем нужен непосредственный впрыск бензина?

 

Первостепенной целью разработки новых двигателей является снижение расхода топлива и уменьшение выброса вредных веществ.

При этом должны быть получены следующие результаты:

  • снижение благодаря экономии топлива затрат на эксплуатацию автомобиля и получение поощрительных налоговых льгот для автомобилей с низкими выбросами вредных веществ
  • снижение загрязнения среды обитания вредными веществами
  • экономия сырьевых ресурсов

  • Электронное регулирование системы охлаждения, регулируемые фазы газораспределения и рециркуляция отработавших газов уже нашли применение на многих двигателях
  • Ввиду необходимости сохранения достаточной равномерности вращения коленчатого вала отключение цилиндров имеет смысл применять только на многоцилиндровых двигателях. Для снижения вибраций четырехцилиндровых двигателей целесообразно применять уравновешивающие валы
  • Переменная степень сжатия и изменяемые фазы газораспределения реализуются только посредством достаточно мощных
  • механических приводов
  • Дальнейшая разработка различных способов сжигания бедных смесей прекращена в ползу создания двигателей с непосредственным впрыском
  • Непосредственный впрыск бензина принят как наиболее эффективное средство экономии топлива,
  • обеспечивающее его снижение до 20%

 

Преимущества непосредственного впрыска бензина

Уменьшение дросселирования при работе двигателя на бедных послойной и гомогенной смесях.

При работе двигателя на этих смесях коэффициент избытка воздуха изменяется в пределах от 1,55 до 3. При этом дроссельная
заслонка открывается на больший угол, то есть впуск воздуха в цилиндры осуществляется с меньшим сопротивлением.

Работа двигателя на бедных смесях.

При применении послойного смесеобразования удается эффективно сжигать бедные смеси с коэффициентом избытка воздуха от 1,6 до 3, а при работе двигателя на гомогенной бедной смеси коэффициент избытка воздуха равен приблизительно 1,55.

Снижение потерь тепла в стенки.

Так как горение смеси происходит главным образом вблизи свечи зажигания, снижаются потери тепла в стенки цилиндра и
соответственно повышается термический коэффициент полезного действия.

Сжигание гомогенной смеси с высоким содержанием перепускаемых отработавших газов.

Благодаря высокой турбулизации заряда цилиндра двигателя удается эффективно сжигать гомогенные бедные смеси с содержанием отработавших газов до 25%. Чтобы впустить в цилиндры то же количество воздуха, какое поступает в них при перепуске

небольших доз отработавших газов, нужно открывать дроссельную заслонку на больший угол. При этом воздух засасывается в
цилиндры с меньшим сопротивлением, то есть снижаются насосные потери.

Степень сжатия

При непосредственном впрыске бензина затрачиваемое на его испарение тепло отбирается у поступившего в цилиндры
двигателя воздуха. В результате снижается вероятность детонационного сгорания и степень сжатия может быть повышена.
Повышение степени сжатия приводит к росту давления в конце сжатия и соответственно к увеличению термического коэффициента полезного действия.

Расширение диапазона принудительного холостого хода с выключенной подачей топлива.

Частота вращения холостого хода, на которой производится возобновление подачи топлива может быть снижена, так как впрыскиваемое топливо практически не осаждается на стенках цилиндра и большая его часть может быть немедленно использована. Поэтому двигатель работает устойчиво с пониженной частотой вращения.

Способы смесеобразования.

Помимо бедной послойной и стехиометрической гомогенной смесей в двигателе FSI используется смесь третьего вида, а именно, бедная гомогенная смесь. Этот вид смеси позволяет получить меньший расход топлива, чем смесь стехиометрического состава с добавкой перепускаемых отработавших газов. Выбор того или иного способа смесеобразования производится блоком управления двигателем в зависимости от крутящего момента и мощности двигателя с учетом требований к выбросу вредных
веществ и требований безопасности.

Работа двигателя при послойном смесеобразовании.

Послойное смесеобразование используется при работе двигателя при малых и средних нагрузках и частотах вращения.
Благодаря послойному распределению топлива в камере сгорания двигатель работает при общем коэффициенте избытка воздуха от 1,6 до 3.

  • В средней части камеры сгорания, вблизи свечи зажигания, находится легко воспламеняемая рабочая смесь.
  • Эта смесь окружена оболочкой, состоящей в идеальном случае из чистого воздуха и перепускаемых отработавших газов.

Работа двигателя на бедной гомогенной смеси.

На промежуточных режимах, расположенных между режимами работы двигателя на послойной смеси и гомогенной стехиометрической смеси, используются бедная гомогенная смесь. Коэффициент избытка воздуха бедной гомогенной, т. е. однородной во всем объеме камеры сгорания, смеси приблизительно равен 1,55.

Работа двигателя на гомогенной смеси стехиометрического состава.

Двигатель работает на гомогенной смеси стехиометрического состава при выходе на режимы больших нагрузок и высоких частот вращения. Коэффициент избытка воздуха этой смеси равен (согласно определению) единице.

Рабочий процесс.

Рабочий процесс определяется способом смесеобразования и процессами преобразования энергии в камере сгорания.
Работа двигателя на гомогенных смесях При работе двигателя на гомогенных смесях топливо впрыскивается в цилиндр на такте
впуска и равномерно распределяется по всей массе засасываемого воздуха.

Работа двигателя при послойном смесеобразовании.

Послойная смесь формируются около свечи зажигания с помощью поршня специальной формы и за счет вихревого движения воздуха. Форсунка расположена так, что впрыскиваемое ею топливо направляется на выемку в днище поршня и отклоняется ее
стенкой в направлении свечи зажигания. С помощью установленной во впускном канале заслонки и аэродинамической выемки в
поршне в цилиндре двигателя создается вихревое движение воздуха, которое поддерживает перенос топлива к свече зажигания. Таким образом горючая смесь образуется в процессе движения топлива и воздуха.


Работа двигателя при послойном смесеобразовании.

Переход двигателя на режим работы с использованием послойной смеси осуществляется при следующих условиях:

  • нагрузка и частота вращения двигателя соответствуют режимам, на которых эффективно использование послойного смесеобразования;
  • системой не зарегистрирована неисправность, из/за которой может повыситься выброс вредных веществ;
  • температура охлаждающей жидкости выше 50 °C,
  • датчик окислов азота исправен;
  • температура накопительного нейтрализатора находится в пределах от 250°C до 500°C. Если эти предпосылки выполнены, можно перейти на послойное смесеобразование.

Процесс впуска

При работе на послойной смеси дроссельную заслонку открывают по возможности больше, чтобы до максимума снизить потери на дросселирование. При этом установленная во впускном канале вспомогательная заслонка (называемая в дальнейшем впускной заслонкой) перекрывает его нижнюю часть. В результате повышается скорость проходящего через верхнюю часть канала потока воздуха, который закручивается затем в цилиндре.

Движение воздуха в цилиндр двигателя.

Специальная форма выемки в днище поршня способствует образованию и усилению вихря в цилиндре двигателя.

Впрыск топлива.

Топливо впрыскивается в последней трети такта сжатия. Впрыск начинается приблизительно за 60° и заканчивается приблизительно за 45° до в. м. т. такта сжатия. Начало впрыска оказывает значительное влияние на расположение облачка смеси
относительно свечи зажигания.

Топливо впрыскивается в направлении топливной выемки в поршне. Желаемые размеры облачка смеси достигаются подбором геометрических параметров форсунки.

Специальная форма топливной выемки и движение поршня к в. м. т. способствуют отклонению движения капель топлива к свече
зажигания. Это движение топлива поддерживается вихревым движением воздуха. В процессе движения к свече зажигания
топливо смешивается с поступившим в цилиндр воздухом.

Процесс смесеобразования

Для образования послойной смеси предоставляется время, соответствующее повороту коленчатого вала на 40° / 50°. От
продолжительности этого процесса зависит способность смеси к воспламенению. Если время между впрыском и моментом подачи искры слишком мало, смесь оказывается не подготовленной к воспламенению. При слишком большом промежутке времени между этими процессами смесь распределяется по всему объему камеры сгорания. При выполнении указанных выше условий в центре камеры сгорания, т. е. вблизи свечи, образуется легко воспламеняемая смесь. Эта смесь окружена оболочкой, состоящей из свежего воздуха и перепущенных отработавших газов. Общий коэффициент избытка воздуха в камере сгорания может быть равен при этом от 1,6 до 3.

Процесс сгорания.

После поступления топливо/воздушной смеси к свече зажигания она поджигается искрой. При этом воспламеняется только облако смеси, в то время как остальные газы образуют его оболочку. Благодаря изолирующему действию этой оболочки снижаются потери тепла в стенки камеры сгорания и соответственно увеличивается термический к. п. д. двигателя.
Зажигание смеси должно производиться в конце такта сжатия в пределах достаточно узкого угла поворота коленчатого вала,
ограниченного моментом окончания впрыска топлива и промежутком времени, необходимого для образования смеси.

Работа двигателя на бедной гомогенной смеси.

Эта смесь используется на режимах, которые находятся в поле многопараметровой характеристики между режимами работы двигателя при послойном смесеобразовании и режимами его работы на гомогенной смеси стехиометрического состава. Коэффициент избытка воздуха этой смеси равен практически 1,55. Двигатель может эффективно работать на этой смеси при тех же условиях, которые предписаны для послойной смеси.

Процесс впуска.

Как при послойном смесеобразовании, работа двигателя на бедной гомогенной смеси осуществляется с максимально
открытой дроссельной заслонкой при закрытых впускных заслонках. При этом снижаются потери на дросселирование и
создается интенсивное движение воздуха в цилиндре двигателя.

Процесс впрыска топлива

Впрыск топлива осуществляется непосредственно в цилиндр в процессе впуска. Он начинается приблизительно за 300° до
в. м. т. такта сжатия. При этом блок управления двигателем регулирует подачу топлива таким образом, чтобы коэффициент избытка воздуха был равен приблизительно 1,55.

Процесс смесеобразования

Благодаря раннему моменту впрыска предоставляется достаточно большое время до момента зажигания для образования гомогенной смеси во всем объеме камеры сгорания.

Процесс сгорания

Как и при работе на любой гомогенной смеси момент зажигания не зависит от процесса смесеобразования. Смесь горит при этом во всем объеме камеры сгорания.

Работа двигателя на гомогенной смеси стехиометрического состава.

Работу двигателя на гомогенной смеси стехиометрического состава можно сравнить с работой двигателя с впрыском бензина во впускной трубопровод. Существенное различие заключается только в месте впрыска топлива, который производится в данном случае непосредственно в цилиндры двигателя. Крутящий момент двигателя может быть изменен как смещением угла опережения зажигания
(кратковременно), так и изменением поступающей в цилиндры массы воздуха (долговременно). При этом впрыскивается такое количество топлива, которое необходимо для образования стехиометрической смеси, коэффициент избытка воздуха которой (по определению) равен единице.

Процесс впуска

Дроссельная заслонка открывается соответственно перемещению педали акселератора. Впускная заслонка может быть открыта или
закрыта в зависимости от режима работы двигателя. При частичных нагрузках и в среднем диапазоне частот вращения эта заслонка закрыта, в результате чего входящий в цилиндр поток воздуха закручивается, улучшая смесеобразование. По мере увеличения нагрузки и частоты вращения поступление воздуха только через верхнюю часть впускного канала оказывается недостаточным. Поэтому заслонку
поворачивают, открывая нижнюю часть впускного канала.

Впрыск топлива

Впрыск топлива производится непосредственно в цилиндр на такте впуска приблизительно за 300° до в. м. т. такта сжатия.

Процесс смесеобразования

Так как впрыск топлива производится на такте впуска, на процесс смесеобразования отводится относительно много времени.
Благодаря этому впрыснутое в цилиндр топливо равномерно распределяется по всему объему поступившего в него воздуха.
Коэффициент избытка воздуха смеси в камере сгорания равен единице.

Процесс сгорания

Крутящий момент двигателя, расход топлива и выброс вредных веществ при работе на гомогенной смеси зависят от угла опережения зажигания.

 

Система впуска

 

У двигателей с непосредственным впрыском бензина система впуска была изменена в соответствии с их потребностями. Ее особенностью является целенаправленное воздействие на потоки воздуха в цилиндрах двигателя в зависимости от режимов его работы.

  1. Пленочный измеритель массового расхода воздуха с датчиком температуры воздуха на впуске для более точного определения нагрузки двигателя
  2. Датчик давления во впускном трубопроводе для расчета количества перепускаемых отработавших газов
  3. Система заслонок во впускных каналах для целенаправленного управления потоками воздуха на входе в цилиндры двигателя
  4. Электромагнитный клапан системы рециркуляции отработавших газов с увеличенными проходными сечениями для перепуска большего количества газов
  5. Датчик давления для регулирования разрежения в магистрали к вакуумному усилителю тормозного привода
  6. Блок управления дроссельной заслонкой
  7. Клапан продувки адсорбера
  8. Блок управления системой Motronic

Система впускных заслонок


Впускные заслонки и их привод расположены в нижней и верхней частях впускной системы. Заслонки служат для управления потоками воздуха, поступающего в цилиндры двигателя, в зависимости от режимов работы двигателя.

Работа двигателя с закрытыми впускными заслонками

При работе двигателя на послойных и бедных гомогенных смесях, а также на некоторых режимах с использованием гомогенных смесей стехиометрического состава заслонки перекрывают нижние части впускных каналов, расположенных в головке цилиндров. При этом воздух проходит в цилиндры только через верхние части впускных каналов. Форма верхней части впускного канала подобрана
таким образом, чтобы впускаемый в цилиндр воздух закручивался на входе в него. Помимо этого повышенная скорость проходящего через зауженный канал воздуха способствует смесеобразованию.

Реализуются два преимущества:

  • При послойном смесеобразовании вихревое движение воздуха обеспечивает перенос топлива к свече зажигания. Образование смеси осуществляется в процессе этого движения.
  • Вихревое движение воздуха создает условия для образования гомогенных бедной и стехиометрической смесей. Благодаря ему повышается воспламеняемость и достигается стабильное горение бедных смесей

 Работа двигателя с открытыми впускными заслонками

При работе двигателя на режимах с высокой нагрузкой и при высоких частотах вращения воздушные заслонки открыта и воздух
проходит в цилиндры через обе части впускных каналов. Большое сечение впускного канала обеспечивает наполнение цилиндра,
необходимое для получения высокой мощности и крутящего момента

Определение количества перепускаемых отработавших газов

Блок управления двигателем определяет с помощью измерителя расхода поступающую в цилиндры массу воздуха и рассчитывает соответствующее ее величине давление во впускном трубопроводе. При рециркуляции отработавших газов их масса добавляется к массе свежего воздуха и соответственно повышается давление во впускном трубопроводе. Датчик давления во впускном трубопроводе реагирует на это изменением напряжения на его выходе, которое передается на вход блока управления двигателем. По величине этого сигнала определяется суммарное количество воздуха и отработавших газов, поступающих в цилиндры двигателя. Количество перепускаемых отработавших газов определяется вычитанием количества свежего воздуха из суммарной величины. Преимуществом такого метода определения количества перепускаемых отработавших газов является возможность увеличения их доли в рабочей смеси и приближения к границе воспламеняемости смеси.

Последствия при отсутствии сигнала датчика давления во впускном трубопроводе.
При выходе датчика давления во впускном трубопроводе из строя блок управления определяет количество перепускаемых газов
расчетным путем и снижает перепуск против значений, соответствующих многопараметровой характеристике.

Топливная система

Топливная система разделена на контуры высокого и низкого давления. Часть топлива подводится в цилиндры через систему улавливания паров бензина.

Контур низкого давления

Контур низкого давления охватывает часть топливной системы от расположенного в баке электронасоса до насоса высокого давления. Давление топлива в этом контуре обычно равно 3 бар и только при пуске горячего двигателя может быть повышено до 5,8 бар.

Контур высокого давления

Контур высокого давления начинается с топливного насоса высокого давления, который подает топливо в распределительный
трубопровод. На распределительном трубопроводе установлен датчик давления топлива, сигналы которого используются для
поддержания давления в диапазоне от 50 до 100 бар посредством клапана регулятора. Впрыск топлива в цилиндры осуществляется через форсунки высокого давления.

В контур низкого давления входят:
     1. топливный бак
     2. топливный электронасос
     3. топливный фильтр
     4. клапан перепуска топлива
     5. регулятор давления топлива
В контур высокого давления входят:
     6. топливный насос высокого давления
     7. трубопровода высокого давления
     8. распределительный трубопровод
     9. датчик давления топлива
     10. клапан регулятора давления
     11. форсунки высокого давления

Форсунки высокого давления

Форсунки установлены в головке цилиндров. Через них топливо впрыскивается под высоким давлением непосредственно в цилиндры двигателя. Назначение Форсунки должны мелко распыливать топливо за возможно короткий промежуток времени. Способ подачи топлива зависит при этом от режима работы двигателя. При послойном смесеобразовании топливо должно направляться в зону свечи зажигания, а при работе двигателя на гомогенных смесях его необходимо равномерно распределять в объеме камеры сгорания.

Чтобы получить наилучшее распределение топлива при послойном смесеобразовании, угол конуса факела топлива принят равным 70°, а ось конуса наклонена на 20°

Эта система должна обеспечивать выполнение законодательных норм выброса углеводородов. Эта система предотвращает попадание паров бензина из бака автомобиля

в окружающую среду. Пары топлива накапливаются в адсорбере с активированным углем и периодически отсасываются в двигатель, где они сгорают. 

При работе двигателя на гомогенных смесях
При этом рабочая смесь равномерно распределяется по объему камеры сгорания. Поступающие из адсорбера пары бензина сгорают вместе с рабочей смесью во всем объеме камеры сгорания.

При послойном смесеобразовании
При послойном смесеобразовании способная к воспламенению рабочая смесь находится только в зоне свечи зажигания. Часть поступившего из адсорбера топлива оказывается при этом в зоне невоспламеняемой смеси. Это может привести к неполному сгоранию топлива и повышенному выбросу углеводородов с отработавшими газами. Поэтому переход на послойное смесеобразование производится только при небольшом содержании топлива в адсорбере.

Блок управления двигателем рассчитывает количество топлива, которое может быть отведено из адсорбера, и вырабатывает команды на открытие клапана его продувки, изменение дозы впрыскиваемого топлива и установку дроссельной заслонки. Для этого блоком управления используется следующая данные:

  • нагрузка двигателя, определяемая по сигналам измерителя расхода воздуха с пленочным чувствительным элементом
  • частота вращения коленчатого вала, определяемая по сигналам датчика
  • температура воздуха на впуске, определяемая по сигналам датчика
  • заряд адсорбера, определяемый по сигналам датчика кислорода

Система зажигания

Задачей системы зажигания является воспламенение рабочей смеси в нужный момент времени. Для этого блок управления двигателем должен определять для каждого режима работы двигателя угол опережения зажигания, энергию искры и длительность искрообразования. От угла опережения зажигания зависят крутящий момент, выброс вредных веществ и расход топлива двигателя.

При послойном смесеобразовании
момент зажигания может изменяться в узком диапазоне значений угла поворота коленчатого вала, которому соответствует
образование способной к воспламенению смеси.

При работе на гомогенных бедной и стехиометрической смесях.
Требования к зажиганию не отличаются от них у двигателей с впрыском бензина во впускные каналы. Ввиду одинакового распределения
смеси у двигателей с обеими системами впрыска оптимальные углы опережение зажигания практически не отличаются.

При расчете оптимальных углов опережения зажигания используются:

 

Основные исходные данные:
     1. о нагрузке двигателя, определяемые по сигналам измерителя расхода воздуха и датчика температуры воздуха на впуске,
     2. о частоте вращения коленчатого вала, измеряемой по сигналам датчика

Вспомогательные данные, определяемые по сигналам:
     3. датчика температуры охлаждающей жидкости,
     4. с блока управления дроссельной заслонкой,
     5. датчика детонации,
     6. датчиков положения педали акселератора,
     7. датчика кислорода.

Система выпуска

Эта система была приспособлена к двигателю с непосредственным впрыском бензина. До настоящего времени система очистки
отработавших газов двигателей с непосредственном впрыском была проблематичной. Это связано с тем, что образующиеся при работе на бедных гомогенных и послойных смесях оксиды азота не могут быть восстановлены в обычных трехкомпонентных нейтрализаторах до уровня, допускаемого законодательством. Поэтому для двигателей с непосредственным впрыском бензина применяют накопительные нейтрализаторы, которые способны удерживать оксиды азота при работе на бедных смесях. При заполнении
нейтрализатора до предела производится перевод его на режим регенерации, в процессе которого накопленные в нем оксиды азота
выводятся и восстанавливаются до азота.

Охлаждение отработавших газов
Охлаждение отработавших газов применяется для того, чтобы поддерживать температуру в накопительном нейтрализаторе в диапазоне от 250 до 500 °C. Только в этом температурном диапазоне обеспечивается удерживание оксидов азота в накопительном нейтрализаторе. Накопительный нейтрализатор необходимо охлаждать также из-за снижения его аккумулирующей способности при перегреве до температур свыше 850 °C. 

Охлаждение выпускного коллектора
В подкапотном пространстве предусмотрен воздуховод, который позволяет преднамеренно охлаждать выпускной коллектор направляемым на него потоком свежего воздуха и таким образом снижать температуру отработавших газов.

Раздвоенный выпускной трубопровод
Этот трубопровод расположен перед накопительным нейтрализатором. Его установка является вторым мероприятием по
снижению температуры отработавших газов и соответственно накопительного нейтрализатора. Температура газов снижается
за счет увеличения теплоотдачи через развитую поверхность трубопровода.

При одновременном использовании обоих мероприятий удается снижать температуру
отработавших газов на 30*100 °C в зависимости от скорости автомобиля.

Предварительный трехкомпонентный нейтрализатор.
Этот нейтрализатор встроен в выпускной коллектор. Благодаря близости к двигателю он быстро прогревается до рабочей температуры, при которой начинается очистка отработавших газов. Благодаря этому могут быть выполнены жесткие нормы на выбросы вредных веществ.

Назначение
Нейтрализатор служит для каталитического преобразования образующихся при сгорании вредных веществ в безвредные вещества.

Принцип действия

При работе двигателя на гомогенной стехиометрической смеси

Углеводороды (HC) и оксид углерода (CO) отнимают у оксидов азота (NOx) кислород (O), окисляясь до воды (h3O) и диоксида углерода (CO2). При этом оксиды азота восстанавливаются до азота (N2).

При работе двигателя на бедных смесях

Углеводороды и оксид углерода окисляются кислородом, содержащимся в избытке в отработавших газах. При этом кислород у
оксидов азота не отнимается. Поэтому при работе на бедных смесях трехкомпонентный нейтрализатор не может осстанавливать оксиды азота. Последние проходят через трехкомпонентный нейтрализатор и направляются в нейтрализатор накопительного типа.

чем «болеют» моторы с непосредственным впрыском и как их вылечить

Загрязнение форсунок и клапанов – головная боль владельцев автомобилей VAG с непосредственным впрыском. Она сопровождается вибрацией, повышенным расходом топлива и дерганьем автомобиля при разгоне. Разберёмся, что является причиной этой проблемы и почему качество топлива или масла здесь ни при чём

Что такое послойное смесеобразование, и почему моторы с непосредственным впрыском завоевывают  мир

Термин «непосредственный впрыск» хорошо известен, поскольку данная конструкция широко применяется автопроизводителями еще с 1990-х годов – вспомним, например, моторы GDI (Gasoline Direct Injection – прямой впрыск бензина) от Mitsubishi. Похожая система сейчас используется концерном Volkswagen, но именуется иначе – FSI, сокращение от Fuel Stratified Injection — «послойный» впрыск топлива». Так в чем же отличие «джидаев» от тех систем, которые применяются теперь? Там и там – непосредственный впрыск, но вот состав самой смеси различается. Если на первых моделях топливная форсунка представляла собой обычный распылитель, при котором получалась однородная (гомогенная) смесь, и различие между непосредственным и распределенным (MPI) впрыском было только в количестве отверстий распылителя, их расположении и разных показателей давления, то на современных моделях производители уже научились разделять топливовоздушную смесь на зоны с переобогащенной и переобедненной смесью. Зачем это понадобилось? Из-за характеристик сгорания переобедненной смеси. Перечислим плюсы, которые мы получаем во время работы ДВС на такой смеси.

  1. Высокая температура сгорания, высокий КПД и, как следствие, высокий крутящий момент на выходе.
  2. Сокращение расхода топлива (до 15 %, но это только в теории).
  3. Малая эмиссия углеводородов в выхлопных газах.

Вполне достаточно, чтобы заработать на звание «Мотор года», не находите? Внедрение таких моторов пошло полным ходом с 2005 года. В качестве примера можно вспомнить массовый переход на FSI-моторы концерна VW. И, разумеется, первые «блины» вышли комом – достаточно спросить обладателей первых Passat B6 с атмосферными FSI-моторами, выпущенных в 2006 году, с их многочисленными прошивками ЭБУ и проблемами с запуском зимой. «Четырехколечное» подразделение концерна поступило мудрее, не став рисковать своим имиджем ради новых технологий. Вот выдержка из материала самообучения по двигателю 2.0 TFSI, то, что написано в самом начале документа (здесь и далее цитаты из официальных и обучающих документов VW AG).

Впрочем, полностью отказаться от послойного смесеобразования производитель все же не смог. Давайте рассмотрим подробнее, что же такое послойное смесеобразование.

Хорошо видно, что область использования переобедненных смесей находится в промежутке от 1000 до 3500 об/мин, т. е. в наиболее часто используемом водителями диапазоне оборотов ДВС . Если брать диаграмму относительно нагрузки ДВС:

Опять мы видим в области средних/малых нагрузок работу именно на переобедненной смеси. Каким же образом реализуется такая работа? С помощью ввода специальных управляемых воздушных заслонок во впускном коллекторе...

…и ориентации (и формы) распылителей форсунок, имеющих возможность впрыска топлива прямо в цилиндры (непосредственный впрыск), собственно и становится возможным осуществить процесс работы ДВС на обедненной смеси.

Предлагаем взглянуть на моделирование начального процесса без привязки к конкретному исполнению мотора, как это воспринималось разработчиками системы непосредственного впрыска Bosch MED 7.

Обратите внимание: поток восходящий, симметричный, образующий две равнозначные, однонаправленные циркуляции (топливное «облако» и воздушный поток) в объеме ½ поперечной плоскости цилиндра. Степень насыщения воздушного «факела» топливом сильно зависит от формы днища поршня, но довольно слабо – от смещения и отклонения самой топливной струи, в данном случае сглаживаемых самой формой днища поршня.

Трудности реализации и необходимые профилактические меры

При всех положительных моментах эксплуатации двигателя на переобедненных смесях у современных автомобилей имеются проблемы, у которых нет «общих точек соприкосновения» со старым семейством MPI-впрыска, что в свою очередь вызывает трудности в диагностике. Чтобы понять, какие изменения последовали в конструкции, и сравнить, надо обратиться к самому началу появления данного типа системы впрыска в производстве. Конкретную реализацию разберем на примере моделей VW AG. Итак, сравнение поршневой группы атмосферного и турбированного ДВС...

В первом случае видна схема «встречных потоков» описанных ранее, во втором очевидно играет гораздо большую роль предварительное завихрение потока воздуха во впускном коллекторе (в этом одно из различий исполнения данных моторов) и полная направленная циркуляция в полном объеме цилиндра.

Предварительное завихрение воздушного потока во впускном коллекторе и обедняет классическую однородную (гомогенную) смесь при смешивании воздушного потока с топливом. На практике первая схема обеспечивает лучшее охлаждение поршня (а с ним – эффективную борьбу с детонационными явлениями при рабочем цикле, о чем подробнее поговорим далее). В то же время для таких моторов характерна проблема зимнего пуска, при котором свечи просто «заливало» топливом, и мотор не запускался, а самое смешное в этом вопросе (думаю, владельцы Passat B6 первых годов выпуска об этом хорошо помнят), что самая простая «жигулевская» и даже не первой свежести свеча помогала запустить замерзший ДВС, после чего следовала еще одна замена – возвращение оригинальных свечей назад. Последовало порядка десятка изменений версий программного обеспечения блока управления ДВС, прежде чем удалось решить эту проблему. Разумеется, владельцев ДВС с турбокомпрессором такие проблемы не коснулись. Пуск на гомогенной смеси при минусовой температуре воздуха отработан автопроизводителями до мелочей. В дальнейшем на цепных моторах 2008 года и далее эксперименты с формой днища поршня проводить не стали. Обычно такие поршни обладают плоской поверхностью со стандартными выемками под клапана.

Или имеют ярко выраженную сферическую вогнутую поверхность по всей ширине гильзы цилиндров, назначение которой будет понятно немного позже.

А теперь посмотрим на организацию подачи топлива и воздуха на этих ДВС:

Используются форсунки с 6-ю отверстиями, что положительно влияет на качество распыления топлива. Обратите внимание на расположение топливной форсунки и впускного канала: они находятся в одной плоскости, а это значит, суммарного восходящего потока уже не получится. Учитывая, что топливо должно успеть равномерно распределиться по топливовоздушному заряду, получаем единственный вариант —организацию встречного потока с довольно большим дефицитом по времени эффективного распыления. Разумеется, об эффективном охлаждении поршней в этом случае речь тоже не идет. Давайте посмотрим, что думают об этом сами создатели.

Довольно простое решение подачи топлива непосредственно в зону свечи, т. е. топливный заряд оборачивается, условно говоря, в «кокон» воздушного заряда (эффект дополнительного охлаждения смеси достигается ее изолированием воздушным потоком, если говорить точнее). В итоге в зоне электрода свечи мы имеем обогащенную, легко воспламеняемую смесь, а в остальных местах камеры сгорания – переобедненную. Но путь смешивания топливного и воздушного зарядов очень короткий, в отличие от схемы, обсуждаемой ранее, а нормальное перемешивание, с отражением от поверхности поршня и равномерным распределением по фронту потока (как это было с атмосферным мотором), к сожалению, невозможно. Именно этот аспект и влияет на возможную проблемную работу ДВС в целом, а причина возникновения трудностей стабильного воспламенения довольна простая:

Симптомы и признаки загрязнения форсунок

Да, основная причина загрязнение распылителей форсунок и приносит наибольшую головную боль обладателям современных FSI-моторов. Обычно сопровождается это вибрацией, пропусками воспламенения при холодном пуске, а также повышенным расходом топлива и дерганьем автомобиля при разгоне. Почему так происходит, вы, наверное, уже догадались. Разумеется, из-за отклонения топливной струи от расчетной траектории, ведь в данном случае совсем небольшого отклонения вполне достаточно, чтобы резко «обеднить» зону вокруг центрального электрода, при котором устойчивого воспламенения уже не будет. Но и это далеко не последняя проблема в данном ДВС. Довольно часто обсуждают следующее явление на впускных клапанах:

А вот так выглядит начало такого процесса:

Обратите внимание: налет мягкий, легко снимаемый и совершенно непохожий на тот твердый светло-бурый налет на MPI-моторах, который иначе как механической обработкой не снять. Больше всего он напоминает налет на впускных коллекторах дизельных моторов. И в этом есть часть ответа на вопрос по образованию такого нагара.

Очень часто на вопрос о загрязнении впускных клапанов и форсунок отвечают стандартными фразами: «некачественное топливо», «несвоевременное обслуживание» или «неправильно подобранное масло». Но, к сожалению, даже при использовании высококачественных материалов и сокращенном интервале обслуживания ситуация радикальным образом не изменится. Чтобы понять причину этой проблемы, давайте рассмотрим диаграмму фаз газораспределения. Один из наиболее характерных режимов, описывающий важность регулирования фаз газораспределения, на стандартной круговой диаграмме выглядит так:

Но, как быть с увеличением NOx при повышении температуры отработавших газов? Каталитический нейтрализатор для данного соединения человечество еще не придумало. Была изобретена система возврата отработавших газов EGR, которая и занималась снижением температуры ОГ и, как следствие, уменьшением доли NOx в выхлопных газах. Но поскольку со временем клапан EGR не сильно отличался по виду от впускных клапанов, выложенных ранее, по степени негативных эмоций он прочно занимал второе место и у механиков, и у владельцев. Одна из самых «оптимистичных» конструкций клапана EGR выглядела так:

Тут конструкторы немного погорячились: поставить дроссельную заслонку на выпускные газы?! Кто хоть раз видел дроссельную заслонку на впуске, может представить, как она будет выглядеть на выпуске. Думаю, понятно, почему последствия загрязнения и отказа этого клапана занимают второе место по негативу у владельцев Passat B6. Однако, несмотря на многочисленные отказы регулирующих элементов этой системы, надо было как-то решать данный вопрос согласно постоянно ужесточающимся экологическим нормам. В ходе изысканий появилась система внутренней рециркуляции отработавших газов. Реализована она была как составляющая другой системы и не имела своих компонентов.

Теперь начинает прояснятся происхождение отложений на впускных клапанах, как и довольно слабая их зависимость от топлива, обслуживания, масла и т.д. Надо учитывать, что и загрязнение форсунок, и загрязнение поверхности впускных клапанов – процессы связанные и влияющие на один фактор – качество смеси в районе центрального электрода. В то же время заметим, что определяющим фактором влияния на характер воспламенения в цилиндрах все же является именно загрязнение распылителей форсунок. Этот «процесс» начинает беспокоить владельцев с 35 000 – 45 000 км пробега, и, увидев ошибки по «пропускам воспламенения», далеко не всегда начинают решать проблему с «правильного конца». А что же официальные лица? Неужели такой проблеме не уделяется внимание? Так сказать нельзя. Официально существует пункт при техническом обслуживании. Для примера возьмем Audi Q5:

Но возникает вопрос: а говорили ли вам о необходимости использования этой промывки на официальном ТО? А о регулярности такого мероприятия? Ведь подобные рекомендации для эксплуатации автомобиля в России есть и у BMW, и у Mercedes-Benz, и у других крупных автопроизводителей. Также нужно понимать, что использование такой промывки, учитывая ее концентрацию в полном баке, играет только профилактическую роль и полностью не очищает распылители. Но, разумеется, длительность нормального функционирования топливных форсунок увеличивает и рекомендуется к использованию.

А теперь коснемся того, почему же так важно, чтобы распылители топливных форсунок были исправными (чистыми). Дело в том, что конструкция поршней новых двигателей FSI отнюдь не обладает весомым запасом прочности к детонационному сгоранию смеси, поскольку главный принцип построения таких моторов – максимальное облегчение конструкции и снижение трения. И тут уместно вспомнить, что днище поршня в таком типе конструкции не имеет возможности омываться (охлаждаться) топливной струей, а это значит, что при любом нарушении процесса воспламенения вполне возможна детонация и, как следствие, разрушение самого поршня (перемычек), что как раз и происходит на моторах 1.4, 1.8 и 2.0 TSI.

Отметим, что, проектируя третье поколение моторов серии 888, конструкторы VAG учли этот момент и создали смешанный впрыск MPI+FSI, который как раз и призван обойти описанные проблемы. Но вот обладатели автомобилей VAG, выпущенных до 2012 года, должны учитывать и такую печальную вероятность событий.

Надеемся, что после прочтения этого материала у вас не возникнет вопроса, для чего необходимо использовать промывку топливной системы и очищать детали впускной системы двигателей с непосредственным впрыском.

Материал подготовлен экспертом компании turbo-union.ru

Источник: http://5koleso.ru/articles/garazh/gryaznulya-fsi-chem-boleyut-motory-s-neposredstvennym-vpryskom-i-kak-ih-vylechit

чем «болеют» моторы с непосредственным впрыском и как их вылечить

Загрязнение форсунок и клапанов – головная боль владельцев автомобилей VAG с непосредственным впрыском.
Она сопровождается вибрацией, повышенным расходом топлива и дерганьем автомобиля при разгоне. Разберёмся, что является причиной этой проблемы и почему качество топлива или масла здесь ни при чём

Денис Карпов

Что такое послойное смесеобразование, и почему моторы с непосредственным впрыском завоевывают  мир

Термин «непосредственный впрыск» хорошо известен, поскольку данная конструкция широко применяется автопроизводителями еще с 1990-х годов – вспомним, например, моторы GDI (Gasoline Direct Injection – прямой впрыск бензина) от Mitsubishi. Похожая система сейчас используется концерном Volkswagen, но именуется иначе – FSI, сокращение от Fuel Stratified Injection — «послойный» впрыск топлива». Так в чем же отличие «джидаев» от тех систем, которые применяются теперь? Там и там – непосредственный впрыск, но вот состав самой смеси различается. Если на первых моделях топливная форсунка представляла собой обычный распылитель, при котором получалась однородная (гомогенная) смесь, и различие между непосредственным и распределенным (MPI) впрыском было только в количестве отверстий распылителя, их расположении и разных показателей давления, то на современных моделях производители уже научились разделять топливовоздушную смесь на зоны с переобогащенной и переобедненной смесью. Зачем это понадобилось? Из-за характеристик сгорания переобедненной смеси. Перечислим плюсы, которые мы получаем во время работы ДВС на такой смеси.

  1. Высокая температура сгорания, высокий КПД и, как следствие, высокий крутящий момент на выходе.
  2. Сокращение расхода топлива (до 15 %, но это только в теории).
  3. Малая эмиссия углеводородов в выхлопных газах.

Вполне достаточно, чтобы заработать на звание «Мотор года», не находите? Внедрение таких моторов пошло полным ходом с 2005 года. В качестве примера можно вспомнить массовый переход на FSI-моторы концерна VW. И, разумеется, первые «блины» вышли комом – достаточно спросить обладателей первых Passat B6 с атмосферными FSI-моторами, выпущенных в 2006 году, с их многочисленными прошивками ЭБУ и проблемами с запуском зимой. «Четырехколечное» подразделение концерна поступило мудрее, не став рисковать своим имиджем ради новых технологий. Вот выдержка из материала самообучения по двигателю 2.0 TFSI, то, что написано в самом начале документа (здесь и далее цитаты из официальных и обучающих документов VW AG).

Впрочем, полностью отказаться от послойного смесеобразования производитель все же не смог. Давайте рассмотрим подробнее, что же такое послойное смесеобразование.

Хорошо видно, что область использования переобедненных смесей находится в промежутке от 1000 до 3500 об/мин, т.е. в наиболее часто используемом водителями диапазоне оборотов ДВС . Если брать диаграмму относительно нагрузки ДВС:

Опять мы видим в области средних/малых нагрузок работу именно на переобедненной смеси. Каким же образом реализуется такая работа? С помощью ввода специальных управляемых воздушных заслонок во впускном коллекторе...

…и ориентации (и формы) распылителей форсунок, имеющих возможность впрыска топлива прямо в цилиндры (непосредственный впрыск), собственно и становится возможным осуществить процесс работы ДВС на обедненной смеси.

Предлагаем взглянуть на моделирование начального процесса без привязки к конкретному исполнению мотора, как это воспринималось разработчиками системы непосредственного впрыска Bosch MED 7.

Обратите внимание: поток восходящий, симметричный, образующий две равнозначные, однонаправленные циркуляции (топливное «облако» и воздушный поток) в объеме ½ поперечной плоскости цилиндра. Степень насыщения воздушного «факела» топливом сильно зависит от формы днища поршня, но довольно слабо – от смещения и отклонения самой топливной струи, в данном случае сглаживаемых самой формой днища поршня.

Трудности реализации и необходимые профилактические меры

При всех положительных моментах эксплуатации двигателя на переобедненных смесях у современных автомобилей имеются проблемы, у которых нет «общих точек соприкосновения» со старым семейством MPI-впрыска, что в свою очередь вызывает трудности в диагностике. Чтобы понять, какие изменения последовали в конструкции, и сравнить, надо обратиться к самому началу появления данного типа системы впрыска в производстве. Конкретную реализацию разберем на примере моделей VW AG. Итак, сравнение поршневой группы атмосферного и турбированного ДВС...

В первом случае видна схема «встречных потоков» описанных ранее, во втором очевидно играет гораздо большую роль предварительное завихрение потока воздуха во впускном коллекторе (в этом одно из различий исполнения данных моторов) и полная направленная циркуляция в полном объеме цилиндра.

Предварительное завихрение воздушного потока во впускном коллекторе и обедняет классическую однородную (гомогенную) смесь при смешивании воздушного потока с топливом. На практике первая схема обеспечивает лучшее охлаждение поршня (а с ним – эффективную борьбу с детонационными явлениями при рабочем цикле, о чем подробнее поговорим далее). В то же время для таких моторов характерна проблема зимнего пуска, при котором свечи просто «заливало» топливом, и мотор не запускался, а самое смешное в этом вопросе (думаю, владельцы Passat B6 первых годов выпуска об этом хорошо помнят), что самая простая «жигулевская» и даже не первой свежести свеча помогала запустить замерзший ДВС, после чего следовала еще одна замена – возвращение оригинальных свечей назад. Последовало порядка десятка изменений версий программного обеспечения блока управления ДВС, прежде чем удалось решить эту проблему. Разумеется, владельцев ДВС с турбокомпрессором такие проблемы не коснулись. Пуск на гомогенной смеси при минусовой температуре воздуха отработан автопроизводителями до мелочей. В дальнейшем на цепных моторах 2008 года и далее эксперименты с формой днища поршня проводить не стали. Обычно такие поршни обладают плоской поверхностью со стандартными выемками под клапана.

Или имеют ярко выраженную сферическую вогнутую поверхность по всей ширине гильзы цилиндров, назначение которой будет понятно немного позже.

А теперь посмотрим на организацию подачи топлива и воздуха на этих ДВС:

Используются форсунки с 6-ю отверстиями, что положительно влияет на качество распыления топлива. Обратите внимание на расположение топливной форсунки и впускного канала: они находятся в одной плоскости, а это значит, суммарного восходящего потока уже не получится. Учитывая, что топливо должно успеть равномерно распределиться по топливовоздушному заряду, получаем единственный вариант —организацию встречного потока с довольно большим дефицитом по времени эффективного распыления. Разумеется, об эффективном охлаждении поршней в этом случае речь тоже не идет. Давайте посмотрим, что думают об этом сами создатели.

Довольно простое решение подачи топлива непосредственно в зону свечи, т.е. топливный заряд оборачивается, условно говоря, в «кокон» воздушного заряда (эффект дополнительного охлаждения смеси достигается ее изолированием воздушным потоком, если говорить точнее). В итоге в зоне электрода свечи мы имеем обогащенную, легко воспламеняемую смесь, а в остальных местах камеры сгорания – переобедненную. Но путь смешивания топливного и воздушного зарядов очень короткий, в отличие от схемы, обсуждаемой ранее, а нормальное перемешивание, с отражением от поверхности поршня и равномерным распределением по фронту потока (как это было с атмосферным мотором), к сожалению, невозможно. Именно этот аспект и влияет на возможную проблемную работу ДВС в целом, а причина возникновения трудностей стабильного воспламенения довольна простая:

Симптомы и признаки загрязнения форсунок

Да, основная причина загрязнение распылителей форсунок и приносит наибольшую головную боль обладателям современных FSI-моторов. Обычно сопровождается это вибрацией, пропусками воспламенения при холодном пуске, а также повышенным расходом топлива и дерганьем автомобиля при разгоне. Почему так происходит, вы, наверное, уже догадались. Разумеется, из-за отклонения топливной струи от расчетной траектории, ведь в данном случае совсем небольшого отклонения вполне достаточно, чтобы резко «обеднить» зону вокруг центрального электрода, при котором устойчивого воспламенения уже не будет. Но и это далеко не последняя проблема в данном ДВС. Довольно часто обсуждают следующее явление на впускных клапанах:

А вот так выглядит начало такого процесса:

Обратите внимание: налет мягкий, легко снимаемый и совершенно непохожий на тот твердый светло-бурый налет на MPI-моторах, который иначе как механической обработкой не снять. Больше всего он напоминает налет на впускных коллекторах дизельных моторов. И в этом есть часть ответа на вопрос по образованию такого нагара.

Очень часто на вопрос о загрязнении впускных клапанов и форсунок отвечают стандартными фразами: «некачественное топливо», «несвоевременное обслуживание» или «неправильно подобранное масло». Но, к сожалению, даже при использовании высококачественных материалов и сокращенном интервале обслуживания ситуация радикальным образом не изменится. Чтобы понять причину этой проблемы, давайте рассмотрим диаграмму фаз газораспределения. Один из наиболее характерных режимов, описывающий важность регулирования фаз газораспределения, на стандартной круговой диаграмме выглядит так:

Но, как быть с увеличением NOx при повышении температуры отработавших газов? Каталитический нейтрализатор для данного соединения человечество еще не придумало. Была изобретена система возврата отработавших газов EGR, которая и занималась снижением температуры ОГ и, как следствие, уменьшением доли NOx в выхлопных газах. Но поскольку со временем клапан EGR не сильно отличался по виду от впускных клапанов, выложенных ранее, по степени негативных эмоций он прочно занимал второе место и у механиков, и у владельцев. Одна из самых «оптимистичных» конструкций клапана EGR выглядела так:

Тут конструкторы немного погорячились: поставить дроссельную заслонку на выпускные газы?! Кто хоть раз видел дроссельную заслонку на впуске, может представить, как она будет выглядеть на выпуске. Думаю, понятно, почему последствия загрязнения и отказа этого клапана занимают второе место по негативу у владельцев Passat B6. Однако, несмотря на многочисленные отказы регулирующих элементов этой системы, надо было как-то решать данный вопрос согласно постоянно ужесточающимся экологическим нормам. В ходе изысканий появилась система внутренней рециркуляции отработавших газов. Реализована она была как составляющая другой системы и не имела своих компонентов.

Теперь начинает прояснятся происхождение отложений на впускных клапанах, как и довольно слабая их зависимость от топлива, обслуживания, масла и т. д. Надо учитывать, что и загрязнение форсунок, и загрязнение поверхности впускных клапанов – процессы связанные и влияющие на один фактор – качество смеси в районе центрального электрода. В то же время заметим, что определяющим фактором влияния на характер воспламенения в цилиндрах все же является именно загрязнение распылителей форсунок. Этот «процесс» начинает беспокоить владельцев с 35 000 – 45 000 км пробега, и, увидев ошибки по «пропускам воспламенения», далеко не всегда начинают решать проблему с «правильного конца». А что же официальные лица? Неужели такой проблеме не уделяется внимание? Так сказать нельзя. Официально существует пункт при техническом обслуживании. Для примера возьмем Audi Q5:

Но возникает вопрос: а говорили ли вам о необходимости использования этой промывки на официальном ТО? А о регулярности такого мероприятия? Ведь подобные рекомендации для эксплуатации автомобиля в России есть и у BMW, и у Mercedes-Benz, и у других крупных автопроизводителей. Также нужно понимать, что использование такой промывки, учитывая ее концентрацию в полном баке, играет только профилактическую роль и полностью не очищает распылители. Но, разумеется, длительность нормального функционирования топливных форсунок увеличивает и рекомендуется к использованию.

А теперь коснемся того, почему же так важно, чтобы распылители топливных форсунок были исправными (чистыми). Дело в том, что конструкция поршней новых двигателей FSI отнюдь не обладает весомым запасом прочности к детонационному сгоранию смеси, поскольку главный принцип построения таких моторов – максимальное облегчение конструкции и снижение трения. И тут уместно вспомнить, что днище поршня в таком типе конструкции не имеет возможности омываться (охлаждаться) топливной струей, а это значит, что при любом нарушении процесса воспламенения вполне возможна детонация и, как следствие, разрушение самого поршня (перемычек), что как раз и происходит на моторах 1.4, 1.8 и 2.0 TSI.

Отметим, что, проектируя третье поколение моторов серии 888, конструкторы VAG учли этот момент и создали смешанный впрыск MPI+FSI, который как раз и призван обойти описанные проблемы. Но вот обладатели автомобилей VAG, выпущенных до 2012 года, должны учитывать и такую печальную вероятность событий.

Надеемся, что после прочтения этого материала у вас не возникнет вопроса, для чего необходимо использовать промывку топливной системы и очищать детали впускной системы двигателей с непосредственным впрыском.

Материал подготовлен экспертом компании turbo-union.ru

Хочу получать самые интересные статьи

Извилистым путем развития

В Российской Федерации действуют экологические нормы, эквивалентные европейским Евро-2. Переход отечественных заводов на производство автомобилей, удовлетворяющих данным требованиям, ознаменовался важным событием — наша страна распрощалась со старым добрым карбюратором. На мену ему пришла система впрыска топлива.

ТНВД фирмы BOSH для 12-цилиндрового авиамотора 1940 года

Однако впрыск бензина как способ подачи топлива известен давно. Конструкторы начали использовать его еще в первой половине прошлого года. Только те системы впрыска предназначались не для автомобильных моторов, а авиационных.

Вспомним, до начала реактивной эры, на летательных аппаратах за редким исключением применяли поршневые бензиновые двигатели. Более того, многие автомобильные фирмы тогда брались за производство авиамоторов. Достаточно вспомнить такие имена, как Rolls-Royce, Renault, Mercedes-Benz.

В техническом плане авиамоторы значительно опережали автомобильные, и поэтому многие конструктивные решения, ныне широко известные, появились именно на них. В их числе оказался и впрыск.

Фирма Bosch внесла большой вклад в развитие систем топливоподачи, предназначенных для автомобильной техники, и в этом деле по праву считается одним из мировых лидеров, но первый опыт по созданию инжекторных систем подачи бензина она получила именно в авиамоторостроении. Производство топливных насосов высокого давления (ТНВД) для авиации немецкая компания начала в 1937 году.

Несмотря на поражение Германии во Второй мировой войне, накопленные знания не пропали даром. В послевоенный период они пригодились автопроизводителям. Тогда немецкие автомобилисты предпочитали дешевые транспортные средства, среди которых было немало микролитражек с двухтактными двигателями. Эти автомобили действительно были не дорогими, однако чрезмерно прожорливыми, и при этом их динамические характеристики оставляли желать лучшего — много ли «лошадей» снимешь с небольшого рабочего объема мотора.   

ТНВД фирмы BOSCH для автомобиля Mercedes 220SE. 1958 год

Улучшить ситуацию попробовали с помощью системы впрыска топлива фирмы Bosch. И получили положительный результат. У автомобилей Gutbrod Superior 600 и Goliath 700 GP (цифры в индексах моделей указывают на рабочий объем в см3) на 20% возросла максимальная мощность, и на такую же величину снизился расход топлива. В 1952 году новые микролитражки поступили в продажу. Они стали первыми в мире серийными автомобилями с бензиновыми двигателями, оснащенными инжекторными системами топливоподачи.
    Это был успех, правда не дешевый.

Компоненты системы BOSC HD-Jetronik. 1967г. Компоненты системы BOSCH KE-Jetronik 1982г. Компоненты системы BOSCH Motronik 1986г.

Но как показал дальнейший ход событий, даже он не од смог спасти двухтактные моторы. Через несколько лет автостроители повсеместно отказались от «двухтактников» и перешли на четырехтактные конструкции.

А первый «четырехтактник» системой впрыска бензина оснастила фирма Mercedes-Benz. И здесь пригодился авиационный опыт — данная компания была одним из основных поставщиков моторов для люфтваффе. В 1954 году появилось спортивное купе Mercedes 300 SL с шестицилиндровым «движком», имевшим рабочий объем 3 л и максимальную мощность 215 л.с. Топливную аппаратуру поставила все та же фирма Bosch.

    В этих ранних конструкциях впрыска ТНВД подавал бензин к форсункам, установленным непосредственно в цилиндрах, что и определило его название — «непосредственный».

    Этапное событие в эволюции систем топливоподачи бензиновых двигателей произошло в 1967 году — автомобилистам предложили приобрести Volkswagen 1600E. Буква Е в индексе модели появилась неспроста. Она свидетельствовала о том, что на данном автомобиле нашла применение новейшая разработка фирмы Bosch — система впрыска топлива D-Jetronic. Новинка обеспечивала существенную экономию бензина и трехкратное снижение содержания оксида углерода в отработавших газах.
    Ключевыми элементами D-Jetronic стали форсунки, содержащие встроенные электромагнитные клапаны, и электронный аналоговый блок управления (контроллер), выполненный на транзисторах. Причем форсунки находились вне цилиндров и располагались так, чтобы впрыскиваемое топливо поступало в область впускных клапанов, где мелкие капельки бензина быстро испарялись. Система топливоподачи также включала электробензонасос, перепускной клапан, несколько различных датчиков и некоторые другие компоненты.

    Перенос форсунок из цилиндров во впускной коллектор позволил значительно снизить давление впрыска и тем самым избавиться от дорогостоящего и ненадежного ТНВД. В результате удалось повысить надежность системы, увеличить ее ресурс, а цена для покупателей перестала быть пугающей.
    Электробензонасос под давлением 2 бара подавал топливо к электромагнитным форсункам, которые при подаче на них от контроллера управляющего напряжения открывались и распыляли бензин. Так как давление топлива при помощи перепускного клапана поддерживалось постоянным, то его количество определялось только длительностью открытого состояния форсунки, т.е. длительностью управляющего импульса. Блок управления формировал команды в зависимости от нагрузки, частоты вращения и температуры двигателя.
    Технические решения, примененные в немецкой новинке, оказались столь удачными, что в течение нескольких десятилетий определяли направление развития систем топливоподачи. Дальнейшее совершенствование впрыска длительное время носило эволюционный характер. Ввели новые датчики, добавили антитоксичные устройства, объединили системы топливоподачи и зажигания. Алгоритм управления постоянно усложнялся, не оставалась без изменения и технология изготовления компонентов.
    Особенно быстрыми темпами прогрессировали контроллеры. На смену аналоговым пришли цифровые, а затем — и микропроцессорные. Последние функционируют в соответствии с заложенными в них программами, в то время как предыдущие блоки управления работали в зависимости от взаимного соединения составляющих их электронных компонентов. В свою очередь у микропроцессорных контроллеров быстродействие и объем памяти постоянно возрастали, так что ныне сложность реализуемого алгоритма ограничивается только способностями разработчиков.
    Все эти улучшения фирма Bosch постепенно внедряла в производство. При этом обозначения систем менялись. Название Jetronic относится только к устройствам топливоподачи, а объединенную систему, осуществляющую впрыск бензина и его зажигание, стали именовать Motronic.
    Разработки немецкой фирмы хорошо зарекомендовали себя в эксплуатации и стали эталонными. На них ориентировались другие компании, создавая свои собственные конструкции.

Продолжения не имели

Однако у D-Jetronic нашлись и противники. Они считали электронные устройства ненадежными и предпочитали им чисто механические. А с мнением потребителей не считаться нельзя. И для них фирмой Bosch в 1973 году была создана система топливоподачи K-Jetronic.
    В ней основным элементом стал дозатор-распределитель, соединенный с механическим датчиком потока воздуха. Топливо к дозатору-распределителю подавалось лектробензонасосом, а от него поступало к форсункам, установленным во впускных каналах. Дальнейшее улучшение механического впрыска стало возможным благодаря… электронике (KE-Jetronic, 1982 год), но при этом его главное преимущество, т.е. отсутствие электроники, оказалось потерянным. Поэтому в новые разработки он уже не закладывался.

Система управления двигателя фирмы Siemens (конец 80-х годов)

Замена карбюратора на электронную систему впрыска требовала значительной переделки двигателя, да и цена заметно подскакивала. Поэтому была предложена другая конструкция, которая содержала только одну форсунку, обеспечивающую топливом все цилиндры. Она получила название центральный (или одноточечный) впрыск. При этом предыдущий вариант стали именовать распределенным (или многоточечным).
    Центральный впрыск разработала фирма Bosch, которая начала производство Mono-Jetronic в 1986 году. Затем появился Mono-Motronic, а позднее — Motronic MA.

Особенностью одноточечного впрыска является то, что его блок топливоподачи устанавливают на место карбюратора с минимальными переделками. Форсунку располагают над дроссельной заслонкой, которая имеет повышенную частоту срабатывания и увеличенную подачу топлива. Давление впрыска — примерно 1 бар.

    К сожалению, один из основных недостатков карбюратора, а именно невозможность равномерно распределять топливо по цилиндрам, сохраняется и здесь. Поэтому на двигателях уровня Евро-3 и выше центральный впрыск уже не использовали.

Возврат к старому

В конце 80-х годов прошлого века у моторостроителей начались тяжелые времена — экологическое законодательство многих стран стало планомерно ужесточаться. Кроме того, расход топлива для покупателей превратился в один из основных эксплуатационных показателей. Стало ясно — необходимы новые идеи, новые технические решения. И они нашлись. Вернее - вспомнили о забытых старых. Форсунки снова вернули в цилиндры. Естественно, понадобились и ТНВД, но это уже не страшно - конструкторы научились делать их надежными.

Форсунка EV 10 системы центрального впрыска фирмы BOSCH

Форсунка EV 4A системы распределительного впрыска фирмы BOSCH

Возврат форсунок на первоначальное место в сочетании с электронным управлением позволил успешно реализовать другую старую идею -послойного смесеобразования. В данном случае топливовоздушная смесь внутри цилиндра должна быть неоднородной — по мере удаления от свечи зажигания она меняется от стехиометрической до практически чистого воздуха около стенок цилиндра. При этом обеспечивается ее надежное воспламенение, а тепловые потери уменьшаются. Кроме того, повышается детонационная стойкость, значит, можно увеличить степень сжатия или перейти на более дешевый низкооктановый бензин. Но и это еще не все. Возрастает расход воздуха, а это требует большего открытия дроссельной заслонки, что в свою очередь снижает насосные потери.

Пьезофорсунки DI-Motronic второго поколения BOSCH для автомобиля Mercedes CLS 350 CGl

Двигатель автомобиля Mercedes CLS 350  CGl

Таким образом, выгод от использования послойного смесеобразования немало. Длительное время его пытались  реализовать при наружном расположении    форсунок и даже выпускали например, такие двигатели, как 4A-FE и 7A-FE в версии Lean Burn фирмы Toyota. Экономия топлива по сравнению с обычными вариантами этих моторов составляла около 10%, токсичность отработавших газов снижалась, но при этом несколько уменьшалась и максимальная мощность.

Переход на электронный непосредственный впрыск сулил еще больше благ — можно применять более бедные смеси, не говоря уже о том, что бензин, испаряясь внутри цилиндра, создает эффект интеркулера. В разработке идеи на этот раз вперед вырвались японские фирмы. В 1995 году компания Mitsubishi начала производство двигателей GDI (GasolineDirect Injection), а через год появились моторы Toyota D4. Немецкая Bosch отстала от японцев на несколько лет. Только в 2000 году представили Volkswagen Lupo FSI с топливной аппаратурой Bosch DI-Motronic. А через год ее установили и на Volkswagen Golf FSI. У этих автомобилей ТНВД нагнетает бензин в топливную магистраль, по которой он поступает к электромагнитным форсункам. Давление может достигать 120 бар. Момент впрыска и его длительность определяются контроллером.

Компоненты системы DI Motronic второго поколения фирмы BOSCH

Форсунки высокого давления имеют повышенное быстродействие, что позволяет получить малое время впрыска, особенно на холостом ходу, когда оно составляет менее 0,5 мс. Это в 5 раз меньше, чем у обычных форсунок для подачи топлива во впускные каналы. Бензин хорошо распыляется, его капли имеют размер в среднем менее 20 мкм, т.е. в 5 раз меньше, чем при традиционном впрыске. Кроме того, форсунки обеспечивают необходимую форму факела распыла. Состав смеси измеряется широкодиапазонным лямбда-зондом LSU, установленным перед каталитическим нейтрализатором.

Система управления DI-Motronic обеспечивает работу двигателя в трех режимах: с послойным смесеобразованием, на стехиометрической и обогащенной смесях. В первом случае коэффициент избытка воздуха может изменяться от 1,5 до 3, впрыск бензина происходит незадолго до момента зажигания в такте сжатия. Экономия топлива на холостом ходу, по данным фирмы Bosch, может достигать 40% по сравнению с обычной инжекторной системой.

С ростом нагрузки подача топлива увеличивается, а коэффициент избытка воздуха уменьшается. При определенной нагрузке происходит переход на стехиометрический состав. Теперь впрыск происходит рано, во время такта впуска, что позволяет хорошо перемешать смесь. При этом на 5% обеспечивается рост крутящего момента. Третий режим работы двигателя рассмотрим чуть позднее.

Применение DI-Motronic в среднем позволяет получить экономию топлива до 15% при измерении по европейскому ездовому циклу.
Кроме плюсов электронный непосредственный впрыск имеет и минусы. Одной из проблем является нейтрализация отработавших газов. При работе на сильно обедненной смеси получается мало угарного газа и несгоревших углеводородов, зато много оксидов азота, при этом эффективность обычного трехкомпонентного каталитического нейтрализатора резко падает.

Выход из создавшейся ситуации нашелся  следующий. Во-первых, рециркуляция отработавших газов позволила снизить количество возникающих оксидов азота примерно на 70%. А во-вторых, применили дополнительный накопительный каталитический нейтрализатор, который на своей поверхности удерживает оксиды азота в виде нитратов. Однако емкость такого нейтрализатора ограничена. Когда он заполняется, необходима его регенерация (очистка). Для этого и предназначен третий (обогащенный) режим работы двигателя с коэффициентом избытка воздуха 0,8.

Последние достижения

В прошлом году фирма Bosch начала выпуск топливной аппаратуры DI-Motronic второго поколения. В ней применяют компактный ТНВД HDP5 и два типа форсунок — электромагнитная HDEV5 c улучшенным распылением или пьезоэлектрическая HDEV4. Давление впрыска достигает 200 бар. Впервые новая аппаратура была установлена на Mercedes CLS 350 CGI.

Наиболее «продвинутой» системой топливоподачи в настоящее время оснащаются автомобили компании Lexus, являющейся подразделением уже знакомой нам Toyota. Это комбинированный (или двойной) впрыск. Каждый цилиндр двигателя имеет по две форсунки. Одна из них подает бензин во впускной канал, а другая — в цилиндр. В этой разработке японские специалисты сумели объединить преимущества распределенного и непосредственного впрысков. Такая система применяется на V-образном 6-цилиндровом 3,5-литровом двигателе гибридного автомобиля Lexus GS450h.

Работы по дальнейшему совершенствованию бензиновых двигателей интенсивно ведутся во всем мире. На опытных образцах испытывают и доводят до ума новые идеи. Среди них такие, как возврат к «двухтактникам», сочетание в одном моторе двухтактного и четырехтактного циклов (выбор осуществляется в зависимости от режима), создание гибрида дизеля и мотора «Отто». Последнее направление поиска особенно интересно, им занимаются специалисты Mercedes-Benz.

Упомянутый гибрид (фирменное название DisOtto) потребляет бензин и при полной нагрузке работает как обычный двигатель с искровым зажиганием, однако при малой нагрузке воспламенение топливовоздушной смеси осуществляется за счет сжатия. А новые моторы требуют и новых систем топливоподачи.

И в заключение вспомним, что с 1 января 2008 года в соответствии со специальным техническим регламентом «О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ» в нашей стране вводят в действие экологические нормы Евро-3. А это повлечет за собой модернизацию систем управления двигателями отечественных автомобилей и некоторое повышение их цены. Однако чистый воздух стоит этих дополнительных затрат.

Статья подготовлена по материалам журнала «Новости авторемонта»

Какое топливо нужно для моторов с наддувом и непосредственным впрыском

Чем современные двигатели отличаются от старых?

Эволюция двигателей внутреннего сгорания – тема глубокая и многогранная, но мы не будем даже пытаться объять необъятное. Давайте сразу отметим ключевые факты о моторах, которые многие сегодня воспринимают как должное. Прежде всего, современные автомобили демонстрируют невероятные мощностные и динамические показатели при скромном литраже двигателей. Что еще важней, они вышли на новый уровень топливной экономичности и экологичности выхлопа. Все это стало возможным благодаря применению передовых инженерных решений – сложнейших систем прямого впрыска топлива и рециркуляции отработанных газов, многоступенчатых катализаторов и сажевых фильтров, и, конечно же, расширению полномочий управляющей электроники, которая посредством многочисленных датчиков контролирует все этапы формирования и сгорания воздушно-топливной смеси. Однако современный двигатель, как и любая другая высокоточная механика, предъявляет особые требования к качеству горюче-смазочных материалов и, в первую очередь, моторного топлива.

Что же заставляло производителей автомобильной техники совершенствовать свои двигатели? Как ни банально это прозвучит, в первую очередь – это ужесточение требований экологического законодательства, которое закреплено в Женевском Соглашении, впервые утвержденном в 1958 году. Кроме того, основные требования к выбросам вредных веществ автомобилями и двигателями установлены в Правилах ООН № 49 (грузовые автомобили и автобусы), №83 (легковые автомобили и легкие грузовики) и №96 (дизели сельскохозяйственных и лесных тракторов, внедорожных транспортных средств). Именно ужесточение требований к выбросам вредных веществ автотранспортных средств и двигателей побуждало производителей искать все более эффективные решения. Кардинально изменить ситуацию могла только оптимизация процесса сгорания топливовоздушной смеси. В частности, надо было заставить весь её объём воспламениться в максимально короткое время. А здесь была необходима высокая точность дозировки и точность момента впрыскивания. Сделать это можно было, только подняв давление впрыска топлива и применив электронное управление процессом топливоподачи.

Наглядный пример – то, как это реализовано в легковых турбодизелях, где сейчас практически повсеместно применяется система прямого впрыска типа common rail. Ее принципиальное отличие от других систем заключается в наличии топливного аккумулятора высокого давления, или как ее еще называют, топливная рампа. Дизельное топливо подается насосом под высоким давлением в эту рампу, а из нее направляется к форсункам. Такая схема обеспечивает массу преимуществ, включая отличное распыление топлива, равномерность подачи топлива вне зависимости от частоты вращения коленвала и высокоточное многократное дозирование в процессе рабочего цикла. А управляющая электроника позволяет регулировать давление и момент начала впрыска в очень широком диапазоне. Все это обеспечивает практически полное сгорание дизельного топлива в цилиндрах и, как следствие, высокую экономичность двигателя и низкую токсичность выхлопа.

Быстродействие системы питания и точность дозировки топлива стали для инженеров-дизелистов ключевыми параметрами. Поэтому на двигателях последнего поколения электрогидравлические форсунки уступили место пьезоэлектрическим, время срабатывания которых составляет 0,1 мс – в 5 раз меньше, чем у предшественников. Кардинально выросло и давление: если в прежние времена рядные ТНВД выдавали не более 600 бар, то системы common rail третьего поколения с пьезофорсунками уже вышли на уровень 2500 бар.

Бензиновые моторы не отстают от дизельных: они тоже прошли долгий путь от карбюраторов до непосредственного впрыска. Здесь эта технология также не нова, но широкое распространение получила лишь в последние 20-30 лет, а сейчас становится все популярнее. Такая система питания дает те же преимущества: это и возможность точной настройки рабочих параметров, и «послойный» впрыск, когда топливо подается в цилиндр несколько раз за такт, и выигрыш в экономичности, и снижение вредных выбросов. Ну а оборотную сторону медали мы уже знаем: повышенные требования к качеству бензина, т. к. форсунки работают в условиях высоких температур и давления и быстро закоксовываются.

Ведь, по сути, форсунка представляет собой достаточно простой электромагнитный клапан игольчатого типа, что предопределяет загрязнение как основную причину его выхода из строя. Форсунка не очень боится механического засорения – фильтры, установленные в топливной магистрали и самой форсунке, успешно отсеивают частицы размером свыше 20 микрон. Гораздо большую опасность представляет загрязнение продуктами сгорания топлива, которые со временем перекрывают распылительные каналы и нарушают нормальную работу игольчатого клапана. На дизельных и бензиновых моторах с прямым впрыском топлива ситуация усугубляется тем, что здесь распылители форсунок выходят в камеру сгорания, а значит, нагреваются они еще быстрее. И нагар формируется уже не только внутри, но и на поверхности распылителей.

Еще одна технология, помимо прямого впрыска, позволившая вывести моторы на новый уровень мощности и экологичности – это наддув. О том, что такое наддув, знают все: это принудительная подача в цилиндр под давлением большего количества воздуха, позволяющая сжечь за один такт большее количество топлива и тем самым повысить мощность мотора при том же рабочем объеме. Зародившись в прошлом веке как инструмент повышения мощности в судовых дизелях, наддув доказал свою эффективность в автоспорте, а затем прочно закрепился в двигателестроении как одна из ключевых технологий. При этом наддув стимулировал развитие не только двигателей, но и топлива для них. Ведь рост давления в камере сгорания в бензиновых двигателях приводит в том числе и к повышению риска детонации, так что современные турбированные двигатели, как правило, требуют бензина с октановым числом не ниже 95.

Итак, наддув, непосредственный впрыск и высокая степень сжатия – это ключевые особенности современных двигателей.

Изменилось ли топливо так же сильно, как двигатели?

Разумеется, за эти десятилетия эволюционировали не только двигатели, но и топливо. Даже если вспомнить не столь далекое прошлое, то как бензин, так и дизельное топливо были иными. Во-первых, топливо стало другим по компонентному составу. Модернизация большинства НПЗ России, проведенная в последние два десятилетия, позволила как существенно увеличить глубину переработки нефти, так и улучшить качество производимых компонентов, в т. ч. и высокооктановых. В состав бензина теперь повсеместно вовлекаются продукты установок сернокислотного алкилирования, низкотемпературной изомеризации, каталитического и ароматического риформинга, каталитического крекинга (кстати, бензины каталитического и ароматического риформинга и сернокислотного алкилирования обеспечивают получение топлива с октановым числом 95 и выше). Ранее большинства из перечисленных процессов не было в технологических схемах российских НПЗ. Во-вторых, ранее при производстве топлива практически не использовались присадки, а если и использовались, то негативный побочный эффект от их применения перечеркивал выгоду. Сейчас же некоторые эксплуатационные характеристики топлива невозможно достичь только за счет применения технологических процессов/методов производства на НПЗ. Так, для производства того же дизельного топлива на НПЗ используются депрессорно-диспергирующие, цетаноповышающие, противоизносносные и антистатические присадки. При производстве бензина в случае необходимости применяют антиокислительные и октаноповышающие присадки.

Отдельно стоит остановиться на присадках, ведь они также претерпели существенные изменения. Расскажем сначала об эволюции присадки для повышения октанового числа. В прошлом одной из популярных октаноповышающих присадок являлся тетраэтилсвинец. Состав, разработанный в США в 20-е годы прошлого века, был столь же эффективен, сколь и ядовит. Применение этилированного бензина, «улучшенного» с помощью тетраэтилсвинца, приводило к выбросам огромных объемов вредных соединений и накоплению свинца в организме, а люди, работавшие на производствах, массово гибли от отравления. Тем не менее тетраэтилсвинец продержался в массовом производстве бензина до 70-х годов, а полностью запрещен в большинстве стран мира был и вовсе к началу 21 века. Россия ввела запрет на этилированное топливо в конце 2002 года – на тот момент его оборот уже был невелик. Соответственно, все современные бензины, производящиеся в России, являются неэтилированными, а повышение октанового числа достигается другими, более безопасными методами.

Как правило, так называемого «октанофонда» большинства НПЗ сейчас вполне достаточно, чтобы производить товарный бензин без использования каких-либо «сторонних» октаноповышающих компонентов. Дополнительным высокооктановым компонентом, который сейчас повсеместно используется при производстве бензина, является метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ) с октановым числом 115 (МТБЭ является малоопасным веществом). Он применяется, как правило, для выпуска бензина с октановым числом 100 и выше.

Одним из последних требований автопроизводителей стало требование к уровню отложений на важных деталях двигателя (форсунки инжекторов, впускные клапаны). Ведь общеизвестно, что отложения образуются от сгорания любого топлива – это неизбежный процесс. Основное влияние на уровень и скорость образования отложений оказывает именно компонентный состав топлива: чем больше в нем непредельных и ароматических углеводородов, тем быстрее происходит процесс смоло- и нагарообразования на деталях двигателя. Достичь требуемого автопроизводителями уровня отложений невозможно только за счет совершенствования технологий производства на НПЗ. Поэтому улучшение данного эксплуатационного показателя стало возможным только за счет разработки многофункциональных моющих присадок. Поэтому здесь на сцену выходит отдельный класс компонентов топлива: моющие присадки.

Как работают моющие присадки?

Казалось бы, какие еще моющие присадки нужны машине? Что они должны отмывать? Ответ на этот вопрос мы дали чуть выше: топливо по своей природе при сгорании неизбежно образует отложения на деталях двигателя. А это со временем, несомненно, отражается на его нормальной работе. И зависимость здесь простая: чем больше пробег, тем больше отложений.

Косвенным признаком наличия существенного объема отложений на впускных клапанах, форсунках, камерах сгорания может являться увеличение расхода топлива и нехарактерная работа двигателя, вплоть до выхода из строя его важнейших деталей. Здесь продукты сгорания могут превращаться в твердые смолистые отложения, которые снижают поперечное сечение трубопроводов и каналов, нарушая нормальное движение воздушно-топливной смеси. Даже попав в цилиндры, топливо не всегда сгорает без остатка. Те же самые смолистые вещества оседают на впускных клапанах в виде твердых отложений, которые в просторечии называются нагаром. Со временем эти отложения нарушают форму камеры сгорания и правильность посадки клапанов, изменяя их пропускную способность. Как следствие, развиваются завихрения воздушно-топливной смеси, причем на автомобилях с непосредственным впрыском возникают проблемы с самим ее формированием.

Последствия загрязнения отражаются на эксплуатационных характеристиках: двигатель запускается с трудом, работает неустойчиво на холостых оборотах, часто перегревается и потребляет слишком много топлива, активно загрязняя окружающую среду. Снижаются четкость реакций на нажатие педали газа, динамика и эластичность. Деградация перечисленных параметров развивается постепенно, поэтому автовладелец ее практически не замечает и долгое время сохраняет уверенность в исправности своего автомобили. В зону особого риска попадают современные турбодизельные двигатели, которые отличаются особо сложной конструкцией системы впрыска топлива и демонстрируют повышенную чувствительность к загрязнениям. Некачественное дизтопливо вызывает появление характерного нагара на распылителях и иглах форсунок, что приводит к нарушению корректности их работы. Затрудняется холодный пуск, падает мощность и растет расход топлива. Ключевую важность все это приобретает для владельцев техники коммерческого назначения, поскольку при больших пробегах даже незначительное увеличение потребления топлива оборачивается серьезными финансовыми потерями. К тому же отложения сокращают интервалы между ремонтами двигателя и оказывают самое непосредственное влияние на срок его службы.

Можно ли избавиться от смолистых отложений в камере сгорания, на клапанах, форсунках и других деталях силового агрегата? Разумеется, да. Наилучшие результаты в теории обещает полная переборка двигателя, однако это процедура долгая, дорогая и не всегда целесообразная с экономической точки зрения. Специальные препараты, которые предполагается периодически заливать в топливный бак, бывают как недостаточно эффективными, так и излишне агрессивными в плане химического воздействия на элементы топливной системы. Мировая практика показывает, что есть более действенный и, самое главное, более комфортный для автовладельцев способ поддержания двигателя в чистоте.

Речь идет о комплексных моющих присадках, вводимых в состав моторного топлива. Такие присадки, помимо собственно моющего агента, включают в себя ингибиторы коррозии, деэмульгаторы, растворители и несущую жидкость на минеральной, полусинтетической или синтетической основе. Ингибитор обеспечивает надежную защиту от коррозии, покрывая бак и систему питания защитной пленкой. Деэмульгатор борется с таким побочным эффектом действия моющего агента, как образование топливо-водяной эмульсии. Растворитель повышает текучесть топлива, что принципиально важно при низких температурах, а жидкость-носитель способствует стеканию остатков нагара с клапанов, уменьшая вероятность их «залипания». В бензиновых пакетах может присутствовать также модификатор трения. То есть, «фирменное» топливо на крупных АЗС– это не просто переплата за бренд.

Например, розничная сеть bp еще в 2018 году вывела на наш рынок топливо с технологией ACTIVE, которой отведено гораздо больше задач, чем обычно. Она не только удаляет существующие отложения, но и предотвращает формирование новых. Ну а чистота топливной системы обеспечивает следующие логичные преимущества: восстановление мощности мотора, продление его ресурса и экономию топлива благодаря корректной работе топливной аппаратуры. Причем очистка происходит не только за счет обычного растворения отложений: в bp заявляют о технологии активных молекул, которые, во-первых, связываются с частицами отложений и тем самым разрушают слой, унося грязь в камеру сгорания, а во-вторых, прикрепляются к чистым металлическим поверхностям и защищают их от образования налета. При этом защитный слой, по словам инженеров bp, эффективно образуется уже с первой заправки. Таким образом, регулярное применение современного топлива BP Ultimate с технологией ACTIVE обеспечивает не только корректную и эффективную работу любых двигателей, от старых до самых современных, но и продлевает их срок службы, а также помогает увеличить пробег на одном баке за счет восстановления рабочих характеристик топливной системы. Топливный портфель bp включает в себя не только бензины с технологией ACTIVE, но и дизельное топливо, которое в полной мере выполняет те же функции по очистке и защите мотора и топливной системы. А учитывая стоимость ремонта дизельной топливной аппаратуры, для многих владельцев таких машин топливо с технологией ACTIVE в долгосрочной перспективе может дать даже большую выгоду, чем для тех, кто ездит на бензине.

Ну а в заключение можно, наконец, дать ответ на вопрос, которым мы задались в самом начале. Действительно ли современные моторы с наддувом и непосредственным впрыском требуют особого топлива? Однозначно да. В вопросе выбора топлива для своего автомобиля всегда необходимо строго следовать рекомендациям автопроизводителей. Если автопроизводитель рекомендует к заправке топливо с ОЧ не ниже 95 и содержащее моющую присадку, то только таким топливом и следует заправляться. Но в чем качественное топливо всегда оказывается впереди, так это в обеспечении чистоты и продлении ресурса мотора и топливной системы, а вместе с этим и снижении расхода, и увеличении пробега на одной заправке. Поэтому такое топливо, так BP Ultimate с технологией ACTIVE, будет актуальным для любых моторов в любом возрасте

Бензиновый двигатель с непосредственным впрыском топлива: устройство и особенности

Что такое послойное смесеобразование, и почему моторы с непосредственным впрыском завоевывают  мир

Термин «непосредственный впрыск» хорошо известен, поскольку данная конструкция широко применяется автопроизводителями еще с 1990-х годов – вспомним, например, моторы GDI (Gasoline Direct Injection – прямой впрыск бензина) от Mitsubishi.

Похожая система сейчас используется концерном Volkswagen, но именуется иначе – FSI, сокращение от Fuel Stratified Injection — «послойный» впрыск топлива». Так в чем же отличие «джидаев» от тех систем, которые применяются теперь? Там и там – непосредственный впрыск, но вот состав самой смеси различается.

Если на первых моделях топливная форсунка представляла собой обычный распылитель, при котором получалась однородная (гомогенная) смесь, и различие между непосредственным и распределенным (MPI) впрыском было только в количестве отверстий распылителя, их расположении и разных показателей давления, то на современных моделях производители уже научились разделять топливовоздушную смесь на зоны с переобогащенной и переобедненной смесью. Зачем это понадобилось? Из-за характеристик сгорания переобедненной смеси. Перечислим плюсы, которые мы получаем во время работы ДВС на такой смеси.

  1. Высокая температура сгорания, высокий КПД и, как следствие, высокий крутящий момент на выходе.
  2. Сокращение расхода топлива (до 15 %, но это только в теории).
  3. Малая эмиссия углеводородов в выхлопных газах.

Вполне достаточно, чтобы заработать на звание «Мотор года», не находите? Внедрение таких моторов пошло полным ходом с 2005 года. В качестве примера можно вспомнить массовый переход на FSI-моторы концерна VW.

И, разумеется, первые «блины» вышли комом – достаточно спросить обладателей первых Passat B6 с атмосферными FSI-моторами, выпущенных в 2006 году, с их многочисленными прошивками ЭБУ и проблемами с запуском зимой. «Четырехколечное» подразделение концерна поступило мудрее, не став рисковать своим имиджем ради новых технологий.

Вот выдержка из материала самообучения по двигателю 2.0 TFSI, то, что написано в самом начале документа (здесь и далее цитаты из официальных и обучающих документов VW AG).

Впрочем, полностью отказаться от послойного смесеобразования производитель все же не смог. Давайте рассмотрим подробнее, что же такое послойное смесеобразование.

Хорошо видно, что область использования переобедненных смесей находится в промежутке от 1000 до 3500 об/мин, т.е. в наиболее часто используемом водителями диапазоне оборотов ДВС . Если брать диаграмму относительно нагрузки ДВС:

Опять мы видим в области средних/малых нагрузок работу именно на переобедненной смеси. Каким же образом реализуется такая работа? С помощью ввода специальных управляемых воздушных заслонок во впускном коллекторе…

…и ориентации (и формы) распылителей форсунок, имеющих возможность впрыска топлива прямо в цилиндры (непосредственный впрыск), собственно и становится возможным осуществить процесс работы ДВС на обедненной смеси.

Предлагаем взглянуть на моделирование начального процесса без привязки к конкретному исполнению мотора, как это воспринималось разработчиками системы непосредственного впрыска Bosch MED 7.


Обратите внимание: поток восходящий, симметричный, образующий две равнозначные, однонаправленные циркуляции (топливное «облако» и воздушный поток) в объеме ½ поперечной плоскости цилиндра.

Степень насыщения воздушного «факела» топливом сильно зависит от формы днища поршня, но довольно слабо – от смещения и отклонения самой топливной струи, в данном случае сглаживаемых самой формой днища поршня.

Трудности реализации и необходимые профилактические меры

При всех положительных моментах эксплуатации двигателя на переобедненных смесях у современных автомобилей имеются проблемы, у которых нет «общих точек соприкосновения» со старым семейством MPI-впрыска, что в свою очередь вызывает трудности в диагностике.

Чтобы понять, какие изменения последовали в конструкции, и сравнить, надо обратиться к самому началу появления данного типа системы впрыска в производстве. Конкретную реализацию разберем на примере моделей VW AG.

Итак, сравнение поршневой группы атмосферного и турбированного ДВС…

В первом случае видна схема «встречных потоков» описанных ранее, во втором очевидно играет гораздо большую роль предварительное завихрение потока воздуха во впускном коллекторе (в этом одно из различий исполнения данных моторов) и полная направленная циркуляция в полном объеме цилиндра.

Предварительное завихрение воздушного потока во впускном коллекторе и обедняет классическую однородную (гомогенную) смесь при смешивании воздушного потока с топливом.

На практике первая схема обеспечивает лучшее охлаждение поршня (а с ним – эффективную борьбу с детонационными явлениями при рабочем цикле, о чем подробнее поговорим далее).

В то же время для таких моторов характерна проблема зимнего пуска, при котором свечи просто «заливало» топливом, и мотор не запускался, а самое смешное в этом вопросе (думаю, владельцы Passat B6 первых годов выпуска об этом хорошо помнят), что самая простая «жигулевская» и даже не первой свежести свеча помогала запустить замерзший ДВС, после чего следовала еще одна замена – возвращение оригинальных свечей назад. Последовало порядка десятка изменений версий программного обеспечения блока управления ДВС, прежде чем удалось решить эту проблему. Разумеется, владельцев ДВС с турбокомпрессором такие проблемы не коснулись. Пуск на гомогенной смеси при минусовой температуре воздуха отработан автопроизводителями до мелочей. В дальнейшем на цепных моторах 2008 года и далее эксперименты с формой днища поршня проводить не стали. Обычно такие поршни обладают плоской поверхностью со стандартными выемками под клапана.

Или имеют ярко выраженную сферическую вогнутую поверхность по всей ширине гильзы цилиндров, назначение которой будет понятно немного позже.

А теперь посмотрим на организацию подачи топлива и воздуха на этих ДВС:

Используются форсунки с 6-ю отверстиями, что положительно влияет на качество распыления топлива. Обратите внимание на расположение топливной форсунки и впускного канала: они находятся в одной плоскости, а это значит, суммарного восходящего потока уже не получится.

Учитывая, что топливо должно успеть равномерно распределиться по топливовоздушному заряду, получаем единственный вариант —организацию встречного потока с довольно большим дефицитом по времени эффективного распыления. Разумеется, об эффективном охлаждении поршней в этом случае речь тоже не идет.

Давайте посмотрим, что думают об этом сами создатели.

Довольно простое решение подачи топлива непосредственно в зону свечи, т.е. топливный заряд оборачивается, условно говоря, в «кокон» воздушного заряда (эффект дополнительного охлаждения смеси достигается ее изолированием воздушным потоком, если говорить точнее).

В итоге в зоне электрода свечи мы имеем обогащенную, легко воспламеняемую смесь, а в остальных местах камеры сгорания – переобедненную.

Но путь смешивания топливного и воздушного зарядов очень короткий, в отличие от схемы, обсуждаемой ранее, а нормальное перемешивание, с отражением от поверхности поршня и равномерным распределением по фронту потока (как это было с атмосферным мотором), к сожалению, невозможно.

Именно этот аспект и влияет на возможную проблемную работу ДВС в целом, а причина возникновения трудностей стабильного воспламенения довольна простая:

Симптомы и признаки загрязнения форсунок

Да, основная причина загрязнение распылителей форсунок и приносит наибольшую головную боль обладателям современных FSI-моторов. Обычно сопровождается это вибрацией, пропусками воспламенения при холодном пуске, а также повышенным расходом топлива и дерганьем автомобиля при разгоне. Почему так происходит, вы, наверное, уже догадались.

Разумеется, из-за отклонения топливной струи от расчетной траектории, ведь в данном случае совсем небольшого отклонения вполне достаточно, чтобы резко «обеднить» зону вокруг центрального электрода, при котором устойчивого воспламенения уже не будет. Но и это далеко не последняя проблема в данном ДВС.

Довольно часто обсуждают следующее явление на впускных клапанах:

  • А вот так выглядит начало такого процесса:

Обратите внимание: налет мягкий, легко снимаемый и совершенно непохожий на тот твердый светло-бурый налет на MPI-моторах, который иначе как механической обработкой не снять. Больше всего он напоминает налет на впускных коллекторах дизельных моторов. И в этом есть часть ответа на вопрос по образованию такого нагара.

Очень часто на вопрос о загрязнении впускных клапанов и форсунок отвечают стандартными фразами: «некачественное топливо», «несвоевременное обслуживание» или «неправильно подобранное масло».

Но, к сожалению, даже при использовании высококачественных материалов и сокращенном интервале обслуживания ситуация радикальным образом не изменится. Чтобы понять причину этой проблемы, давайте рассмотрим диаграмму фаз газораспределения.

Один из наиболее характерных режимов, описывающий важность регулирования фаз газораспределения, на стандартной круговой диаграмме выглядит так:

Но, как быть с увеличением NOx при повышении температуры отработавших газов? Каталитический нейтрализатор для данного соединения человечество еще не придумало.

Была изобретена система возврата отработавших газов EGR, которая и занималась снижением температуры ОГ и, как следствие, уменьшением доли NOx в выхлопных газах.

Но поскольку со временем клапан EGR не сильно отличался по виду от впускных клапанов, выложенных ранее, по степени негативных эмоций он прочно занимал второе место и у механиков, и у владельцев. Одна из самых «оптимистичных» конструкций клапана EGR выглядела так:

Тут конструкторы немного погорячились: поставить дроссельную заслонку на выпускные газы?! Кто хоть раз видел дроссельную заслонку на впуске, может представить, как она будет выглядеть на выпуске. Думаю, понятно, почему последствия загрязнения и отказа этого клапана занимают второе место по негативу у владельцев Passat B6.

Однако, несмотря на многочисленные отказы регулирующих элементов этой системы, надо было как-то решать данный вопрос согласно постоянно ужесточающимся экологическим нормам. В ходе изысканий появилась система внутренней рециркуляции отработавших газов.

Реализована она была как составляющая другой системы и не имела своих компонентов.

Теперь начинает прояснятся происхождение отложений на впускных клапанах, как и довольно слабая их зависимость от топлива, обслуживания, масла и т.д.

Надо учитывать, что и загрязнение форсунок, и загрязнение поверхности впускных клапанов – процессы связанные и влияющие на один фактор – качество смеси в районе центрального электрода.

В то же время заметим, что определяющим фактором влияния на характер воспламенения в цилиндрах все же является именно загрязнение распылителей форсунок.

Этот «процесс» начинает беспокоить владельцев с 35 000 – 45 000 км пробега, и, увидев ошибки по «пропускам воспламенения», далеко не всегда начинают решать проблему с «правильного конца». А что же официальные лица? Неужели такой проблеме не уделяется внимание? Так сказать нельзя. Официально существует пункт при техническом обслуживании. Для примера возьмем Audi Q5:

Но возникает вопрос: а говорили ли вам о необходимости использования этой промывки на официальном ТО? А о регулярности такого мероприятия? Ведь подобные рекомендации для эксплуатации автомобиля в России есть и у BMW, и у Mercedes-Benz, и у других крупных автопроизводителей.

Также нужно понимать, что использование такой промывки, учитывая ее концентрацию в полном баке, играет только профилактическую роль и полностью не очищает распылители.

Но, разумеется, длительность нормального функционирования топливных форсунок увеличивает и рекомендуется к использованию.

А теперь коснемся того, почему же так важно, чтобы распылители топливных форсунок были исправными (чистыми).

Дело в том, что конструкция поршней новых двигателей FSI отнюдь не обладает весомым запасом прочности к детонационному сгоранию смеси, поскольку главный принцип построения таких моторов – максимальное облегчение конструкции и снижение трения.

И тут уместно вспомнить, что днище поршня в таком типе конструкции не имеет возможности омываться (охлаждаться) топливной струей, а это значит, что при любом нарушении процесса воспламенения вполне возможна детонация и, как следствие, разрушение самого поршня (перемычек), что как раз и происходит на моторах 1.4, 1.8 и 2.0 TSI.

Отметим, что, проектируя третье поколение моторов серии 888, конструкторы VAG учли этот момент и создали смешанный впрыск MPI+FSI, который как раз и призван обойти описанные проблемы. Но вот обладатели автомобилей VAG, выпущенных до 2012 года, должны учитывать и такую печальную вероятность событий.

Надеемся, что после прочтения этого материала у вас не возникнет вопроса, для чего необходимо использовать промывку топливной системы и очищать детали впускной системы двигателей с непосредственным впрыском.

Материал подготовлен экспертом компании turbo-union.ru

Источник: https://5koleso.ru/articles/garazh/gryaznulya-fsi-chem-boleyut-motory-s-neposredstvennym-vpryskom-i-kak-ih-vylechit/

Главные плюсы и минусы двигателей с непосредственным впрыском топлива

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.

  1. 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.

Источник: http://www.1gai.ru/publ/520194-glavnye-plyusy-i-minusy-dvigateley-s-neposredstvennym-vpryskom-topliva.html

Виды и особенности работы систем впрыска бензиновых двигателей

Система впрыска топлива применяется для дозированной подачи топлива в двигатель внутреннего сгорания в строго определенный момент времени. От характеристик данной системы зависит мощность, экономичность и экологический класс двигателя автомобиля. Системы впрыска могут иметь различную конструкцию и варианты исполнения, что характеризует их эффективность и сферу применения.

Краткая история появления

Инжекторная система подачи топлива начала активно внедряться в 70-х годах, явившись реакцией на возросший уровень выбросов загрязняющих веществ в атмосферу.

Она была заимствована в авиастроении и являлась экологически более безопасной альтернативой карбюраторному двигателю.

Последний был оснащен механической системой подачи топлива, при которой топливо поступало в камеру сгорания за счет разницы давлений.

Первая система впрыска была практически полностью механической и отличалась малой эффективностью. Причиной этого был недостаточный уровень технического прогресса, который не мог полностью раскрыть ее потенциал.

 Ситуация изменилась в конце 90-х годов с развитием электронных систем управления работой двигателя.

Электронный блок управления стал контролировать количество впрыскиваемого топлива в цилиндры и процентное соотношение компонентов топливовоздушной смеси.

Виды систем впрыска бензиновых двигателей

Существует несколько основных видов систем впрыска топлива, которые отличаются способом образования топливовоздушной смеси.

Моновпрыск, или центральный впрыск

Схема работы системы моновпрыска

Схема с центральным впрыском предусматривает наличие одной форсунки, которая расположена во впускном коллекторе. Такие системы впрыска можно найти только на старых легковых автомобилях. Она состоит из следующих элементов:

  • Регулятор давления — обеспечивает постоянную величину рабочего давления 0,1 МПа и предотвращает появление воздушных пробок в топливной системе.
  • Форсунка впрыска — осуществляет импульсную подачу бензина во впускной коллектор двигателя.
  • Дроссельная заслонка — выполняет регулирование объема подаваемого воздуха. Может иметь механический или электрический привод.
  • Блок управления — состоит из микропроцессора и блока памяти, который содержит эталонные данные характеристики впрыска топлива.
  • Датчики положения коленчатого вала двигателя, положения дроссельной заслонки, температуры и т.д.

Системы впрыска бензина с одной форсункой работают по следующей схеме:

  • Двигатель запущен.
  • Датчики считывают и передают информацию о состоянии системы в блок управления.
  • Полученные данные сравниваются с эталонной характеристикой, и, на основе этой информации, блок управления рассчитывает момент и длительность открытия форсунки.
  • На электромагнитную катушку направляется сигнал об открытии форсунки, что приводит к подаче топлива во впускной коллектор, где он смешивается с воздухом.
  • Смесь топлива и воздуха подается в цилиндры.

  Разновидности, устройство и принцип работы ТНВД

Распределенный впрыск (MPI)

Система с распределенным впрыском состоит из аналогичных элементов, но в такой конструкции предусмотрены отдельные форсунки для каждого цилиндра, которые могут открываться одновременно, попарно или по одной. Смешение воздуха и бензина происходит также во впускном коллекторе, но, в отличие от моновпрыска, подача топлива осуществляется только во впускные тракты соответствующих цилиндров.

Схема работы системы с распределенным впрыском

Управление осуществляется электроникой (KE-Jetronic,  L-Jetronic). Это универсальные системы впрыска топлива Bosch, получившие широкое распространение.

Принцип действия распределенного впрыска:

  • В двигатель подается воздух.
  • При помощи ряда датчиков определяется объем воздуха, его температура, скорость вращения коленчатого вала, а также параметры положения дроссельной заслонки.
  • На основе полученных данных электронный блок управления определяет объем топлива, оптимальный для поступившего количества воздуха.
  • Подается сигнал, и соответствующие форсунки открываются на требуемый промежуток времени.

Непосредственный впрыск топлива (GDI)

Система предусматривает подачу бензина отдельными форсунками напрямую в камеры сгорания каждого цилиндра под высоким давлением, куда одновременно подается воздух.

Эта система впрыска обеспечивает наиболее точную концентрацию топливовоздушной смеси, независимо от режима работы мотора.

При этом смесь сгорает практически полностью, благодаря чему уменьшается объем вредных выбросов в атмосферу.

Схема работы системы непосредственного впрыска

Такая система впрыска имеет сложную конструкцию и восприимчива к качеству топлива, что делает ее дорогостоящей в производстве и эксплуатации. Поскольку форсунки работают в более агрессивных условиях, для корректной работы такой системы необходимо обеспечение высокого давления топлива, которое должно быть не менее 5 МПа.

Конструктивно система непосредственного впрыска включает в себя:

  • Топливный насос высокого давления.
  • Регулятор давления топлива.
  • Топливная рампа.
  • Предохранительный клапан (установлен на топливной рампе для защиты элементов системы от повышения давления больше допустимого уровня).
  • Датчик высокого давления.
  • Форсунки.

Электронная система впрыска такого типа от компании Bosch получила наименование MED-Motronic. Принцип ее действия зависит от вида смесеобразования:

  • Послойное — реализуется на малых и средних оборотах двигателя. Воздух подается в камеру сгорания на большой скорости. Топливо впрыскивается по направлению к свече зажигания и, смешиваясь на этом пути с воздухом, воспламеняется.
  • Стехиометрическое. При нажатии на педаль газа происходит открытие дроссельной заслонки и осуществляется впрыск топлива одновременно с подачей воздуха, после чего смесь воспламеняется и полностью сгорает.
  • Гомогенное. В цилиндрах провоцируется интенсивное движение воздуха, при этом на такте впуска происходит впрыск бензина.

  Как работает система непосредственного впрыска топлива GDI

Непосредственный впрыск топлива в бензиновом двигателе — наиболее перспективное направление в эволюции систем впрыска. Впервые он был реализован в 1996 году на легковых автомобилях Mitsubishi Galant, и сегодня его устанавливают на свои автомобили большинство крупнейших автопроизводителей.

(10

Источник: https://TechAutoPort.ru/dvigatel/toplivnaya-sistema/sistemy-vpryska-topliva-benzinovyh-dvigateley.html

Несовершенство непосредственности: надежность и проблемы моторов с прямым впрыском — КОЛЕСА.ру – автомобильный журнал

«В новый век – с новой системой питания!». Похоже, с таким девизом европейские производители стали внедрять технологию.

А что им оставалось? Требования по снижению расхода топлива заставляли делать моторы сложнее, к тому же непосредственный впрыск (особенно в сочетании с наддувом) позволял увеличить мощность. И при этом оставлял мотор вполне экономичным на малой нагрузке.

Начал входить в моду и даунсайз – постепенно для машины С-класса стало вполне нормальным иметь мотор объемом в литр, а мощные авто начинаются с объема в 1,4. Даже седаны D+ и Е классов не брезгуют моторами 1,4 и 1,6 с турбонаддувом.

Собственно о минусах подобной системы питания было известно с самого начала. Сложность и высокая стоимость сюрпризом не были – опыт внедрения непосредственного впрыска накопился изрядный. Надежность сложных систем честно постарались увеличить. Правда, цену особенно опустить не пытались.

Как известно, для подачи топлива непосредственно в цилиндры нужен насос высокого давления. Вообще-то и в системах «обычного» распределенного впрыска в системе питания давление немаленькое, но у прямого впрыска оно примерно в 10 раз больше.

На дизельных моторах непосредственный впрыск и ТНВД появился существенно раньше, и ресурс узлов был не таким уж низким. У бензиновых все получилось иначе: насосы оказались весьма недолговечными. Почему? Потому что дизтопливо имеет более высокие смазочные свойства, чем бензин, и без специальных смазывающих присадок ресурс всех узлов трения очень мал.

Современные мембранные ТНВД не так зависят от смазки, как поршневые, но, тем не менее, нуждаются в ней. Да и в целом насос высокого давления – штука довольно хрупкая, любые загрязнения выведут его из строя. Улучшить ситуацию смогли введением стандарта на смазывающие присадки в топливе.

Конечно, 15% масла, как в двухтактные моторы, добавлять не стали, но топливо Евро-4 и выше обязательно содержит небольшое количество специальных смазок. Не в последнюю очередь – именно для ТНВД на бензиновых машинах.

Учитывая, что официальный запрет на продажу топлива Евро-3 вступил в России в силу лишь 1 января 2015 года, неудивительно, что «непосредственные» машины у нас жили так недолго и несчастливо.

С форсунками ситуация аналогичная, они дороже и менее надежны, чем на системах распределенного впрыска. Требования к их работе тоже намного выше. Небольшое изменение факела распыла, даже без изменения общего расхода подачи, ведет к серьезным нарушением работы мотора. В результате для сохранения работоспособности резко растут требования по чистоте топлива и рабочей температуре.

Пьезофорсунки еще и имеют ограниченное количество циклов срабатывания, чувствительны к перегреву, а также обладают склонностью при выходе из строя «лить» бензин, что может вызвать гидроудар при запуске.

Особенно это характерно для очень распространенных «высокоточных» пьезофорсунок Bosch, которые имеют ограниченный ресурс, а компания на протяжении последних десяти лет не может создать действительно хорошо работающий вариант.

Склонность к закоксовке впускных клапанов и худшие условия их работы проявились на моторах Мицубиси довольно быстро. Обычно форсунки подают бензин на впускной клапан и охлаждают его. И заодно смывают с него отложения.

У непосредственного мотора такой возможности нет, клапан греется сильнее, больше нагревает воздух, а масло из системы вентиляции картера и из сальника клапана постепенно образует «шубу», которая затрудняет газообмен и приводит к зависанию клапанов и его перегреву.

Особенно тяжело приходится моторам с повышенным расходом масла, а в самой критической группе риска – моторы, которые часто работают с малой нагрузкой, то есть в пробках.

Плохие пусковые качества из-за неудовлетворительного испарения топлива при пуске тоже проявились давно. Оказалось, что оптимизация формы факела впрыска на холодном и горячем моторе должна производиться более тщательно.

Любое попадание топлива на стенки цилиндра приводит к резкому увеличению количества несгоревшего топлива и попаданию его в масло.

А при запуске при отрицательных температурах большое значение приобретает качество распыла бензина: оно должно оказаться намного выше, чем при обычной работе, и давление топлива на пуске должно быть очень высоким. Поначалу этого не учли.

Повышенное количество твердых частиц в выхлопе проявилось позже, когда непосредственный впрыск на европейских машинах уже стал мэйнстримом.

Более точные исследования показали, что эта особенность смесеобразования роднит такой бензиновый мотор с дизелем. Действительно, в процессе работы образуются частички сажи, которые необходимо тоже как-то задерживать.

Например, вводя сажевый фильтр, как на дизельных моторах. Компания Mercedes уже анонсировала подобную опцию для своих машин.

Попадание топлива в масло из-за неисправностей топливного насоса высокого давления – в общем-то чисто конструктивный недостаток насосов Bosch, но в силу их широкого распространения и общности конструкций насосов свойственен почти всем моторам с непосредственным впрыском. Бензин в масле не так уж и страшен, но в больших количествах ведет к снижению вязкости масла до критической, что приводит к повреждениям моторов. И, к тому же, дает повод многим «экспертам» говорить о том, что топливо является причиной «масляной чумы».

Что же делать?

Почти у всех проблем есть пути решения. Например, двойной впрыск, когда топливо подается и в цилиндры, и во впускной трубопровод – это справляется сразу со сложностью с закоксовкой клапанов, экологичностью и плохим запуском в холода.

Такая схема применялась на некоторых двигателях Volkswagen EA888, но продавались они исключительно в США и были заточены под жесткие экологические нормы Калифорнии. Но в конце 2014-го комбинированный впрыск появился и у нас – на моторе 6AR-FE (2 литра, 150 л. с.) Toyota Camry последнего поколения.

Пока сложно судить о надежности, ибо пробеги машин пока небольшие в основной массе, однако предпосылки хорошие.

Под капотом 2015–н.в. Toyota Camry XLE

С поршневыми кольцами и топливными насосами приходится разбираться чисто конструктивными методами, экспериментируя с формой – часто «дизайн» поршневой группы производители дорабатывают уже после того, как машина вышла на рынок и поразила всех угаром масла. Так, скажем, делала Toyota в 2005 году, доводя до ума моторы серии ZZ (еще без непосредственно впрыска), а позже – Volkswagen с уже упомянутыми выше EA888. Насосы высокого давления тоже стараются сделать надежнее – эта задача технически выполнима.

Но все непросто: система очень сложная и дорогая – накладным для производителей выходит не только себестоимость конечной продукции, но и исследования с экспериментами. А маркетологи не дают возможности по 10 лет заниматься испытаниями, требуют все более новых моторов с еще более привлекательными характеристиками.

Рискнуть в сегодняшнем автобизнесе репутацией производителя ненадежных машин считается делом благородным. Если что, всегда выручит отзывная кампания.

Куда хуже – показаться производителем консервативным или, не дай бог, незацикленным на идее спасения планеты от выхлопных газов. Вот это, как мы видимо по примеру Volkswagen и Mitsubishi – действительно страшно.

Тут можно и самостоятельность компании потерять, и топ-менеджмента лишиться.

Источник: https://www.kolesa.ru/article/nesovershenstvo-neposredstvennosti-nadezhnost-i-problemy-motorov-s-pryamym-vpryskom

Система непосредственного впрыска топлива в бензиновых двигателях: принцип работы

Система непосредственного впрыска топлива в бензиновых двигателях на сегодняшний день представляет собой наиболее совершенное и современное  решение. Главной особенностью непосредственного впрыска можно считать то, что горючее подается в цилиндры напрямую.

По этой причине данную систему также часто называют прямым впрыском топлива. В этой статье мы рассмотрим, как работает двигатель с непосредственным впрыском топлива, а также какие преимущества и недостатки имеет такая схема.

Прямой впрыск топлива: устройство системы непосредственного впрыска

Как уже было сказано выше, горючее в подобных системах питания подается непосредственно в камеру сгорания двигателя. Это значит, что форсунки распыляют бензин не во впускном коллекторе, после чего топливно-воздушная смесь поступает через впускной клапан в цилиндр, а впрыскивают топливо в камеру сгорания напрямую.

Первыми бензиновыми двигателями с непосредственным впрыском стали моторы GDI на моделях японской компании Mitsubishi. В дальнейшем схема получила широкое распространение, в результате чего сегодня ДВС с такой системой подачи топлива можно встретить в линейке многих известных автопроизводителей.

Например, концерн VAG представил ряд моделей Audi и Volkswagen с атмосферными и турбированными бензиновыми двигателям TFSI, FSI и TSI, которые получили непосредственный впрыск топлива. Также двигатели с прямым впрыском производит компания BMW, Ford, GM, Mercedes и многие другие.

Такое широкое распространение непосредственный впрыск топлива получил благодаря высокой экономичности системы (около 10-15% по сравнению с распределенным впрыском), а также более полноценному сгоранию рабочей смеси в цилиндрах и снижению уровня токсичности отработавших газов.

Система непосредственного впрыска: конструктивные особенности

Итак, давайте в качестве примера возьмем двигатель FSI с его так называемым «послойным» впрыском. Система включает в себя следующие элементы:

  • контур высокого давления;
  • бензиновый ТНВД;
  • регулятор давления;
  • топливную рампу;
  • датчик высокого давления;
  • инжекторные форсунки;

Начнем с топливного насоса. Указанный насос создает высокое давление, под которым топливо подается к топливной рампе, а также на форсунки. Насос имеет плунжеры (плунжеров может быть как несколько, так и один в насосах роторного типа) и приводится в действие от распредвала впускных клапанов.

РДТ (регулятор давления топлива) интегрирован в насос и отвечает за дозированную подачу топлива, что соответствует впрыску форсунки. Топливная рейка (топливная рампа) нужна для того, чтобы распределить горючее на форсунки. Также наличие данного элемента позволяет избежать скачков давления (пульсации) горючего в контуре.

Кстати, в схеме используется специальный клапан-предохранитель, который стоит в рейке. Указанный клапан нужен для того, чтобы избежать слишком высокого давления топлива и тем самым защитить отдельные элементы системы. Рост давления может возникать по причине того, что горючее имеет свойство расширяться при нагреве.

Датчик высокого давления является устройством, которое измеряет давление в топливной рейке. Сигналы от датчика передаются на ЭБУ (электронный блок управления двигателем), который, в свою очередь, способен изменять давление в топливной рейке.

Что касается инжекторной форсунки, элемент обеспечивает своевременную подачу  и  распыл топлива в камере сгорания, чтобы создать необходимую топливно-воздушную смесь. Отметим, что описанные процессы протекают под управлением ЭСУД (электронная система управления двигателем). Система имеет группу различных датчиков, электронный блок управления, а также исполнительные устройства.

Если же говорить о системе прямого впрыска, вместе с датчиком высокого давления топлива для ее работы задействованы: датчик коленчатого вала, ДПРВ, датчик положения дроссельной заслонки, воздухорасходомер, датчик температуры воздуха во впускном коллекторе, датчик температуры ОЖ и т.д.

Благодаря работе этих датчиков на ЭБУ поступает нужная информация, после чего блок посылает сигналы на исполнительные устройства. Это позволяет добиться слаженной и точной работы электромагнитных клапанов, форсунок, предохранительного клапана и ряда других элементов.

Как работает система непосредственного впрыска топлива

Главным плюсом непосредственного впрыска является возможность добиться различных типов смесеобразования. Другим словами, такая система питания способна гибко изменять состав рабочей топливно-воздушной смеси с учетом режима работы двигателя, его температуры, нагрузки на ДВС и т.д.

Следует выделить послойное смесеобразование, стехиометрическое, а также гомогенное. Именно такое смесеобразование позволяет в конечном итоге максимально эффективно расходовать топливо. Смесь всегда получается качественной независимо от режима работы ДВС, бензин сгорает полноценно, двигатель становится более мощным, при этом одновременно снижается токсичность выхлопа.

  • Послойное смесеобразование задействуется тогда, когда нагрузки на двигатель низкие или средние, а обороты коленвала небольшие. Если просто, в таких режимах смесь несколько обедняется в целях экономии.  Стехиометрическое смесеобразование предполагает приготовление такой смеси, которая легко воспламеняется, при этом не является слишком обогащенной.
  • Гомогенное смесеобразование позволяет получить так называемую «мощностную» смесь, которая нужна при больших нагрузках на двигатель. На обедненной гомогенной смеси в целях дополнительной экономии силовой агрегат работает на переходных режимах.
  • Когда задействован режим послойного смесеобразования, дроссельная заслонка широко открыта, при этом впускные заслонки находятся в закрытом состоянии. В камеру сгорания воздух подается с высокой скоростью, возникают завихрения воздушных потоков. Горючее впрыскивается ближе к концу такта сжатия, впрыск производится в область расположения свечи зажигания.

За короткое время до того, как на свече появится искра, образуется топливно-воздушная смесь, в которой коэффициент избыточного воздуха составляет 1.5-3. Далее смесь воспламеняется от искры, при этом вокруг зоны воспламенения сохраняется достаточно количество воздуха. Указанный воздух выполняет функцию температурного «изолятора».

Если же рассматривать гомогенное стехиометрическое смесеобразование, такой процесс происходит тогда, когда впускные заслонки открыты, при этом дроссельная заслонка также открыта на тот или иной угол (зависит от степени нажатия на педаль акселератора).

В этом случае горючее впрыскивается еще на такте впуска, в результате чего удается получить однородную смесь. Избыток воздуха имеет коэффициент, близкий к единице. Такая смесь легко воспламеняется и полноценно сгорает по всему объему камеры сгорания.

Обедненная гомогенная смесь создается тогда, когда дроссельная заслонка полностью открыта,  а впускные заслонки закрыты. В этом случае воздух активно движется в цилиндре, а впрыск горючего приходится на такт впуска. ЭСУД поддерживает избыток воздуха на отметке 1.5.

Дополнительно к чистому воздуху могут быть добавлены отработавшие газы. Это происходит благодаря работе системы рециркуляции отработавших газов EGR. В результате выхлоп повторно «догорает» в цилиндрах без ущерба для мотора. При этом снижается уровень выброса вредных веществ в атмосферу.

Что в итоге

Как видно, прямой впрыск позволяет добиться не только экономии топлива, но и хорошей отдачи от двигателя как в режимах низких и средних, так и высоких нагрузок. Другими словами, наличие непосредственного впрыска означает, что оптимальный состав смеси будет поддерживаться на всех режимах работы ДВС.

Что касается недостатков, к минусам прямого впрыска можно отнести разве что повышенную сложность  во время ремонта и цену запчастей, а также высокую чувствительность системы к качеству горючего и состоянию фильтров топлива и воздуха.

Источник: http://KrutiMotor.ru/sistema-neposredstvennogo-vpryska-topliva-v-benzinovyh-dvigatelyah-printsip-raboty/

Просто о сложном: что такое непосредственный впрыск топлива

Например, всё тот же пресловутый TSI. Известно, что бензина потребляет мало, а едет не по-силам шустро. Да в общем-то, уже практически все крупные автопроизводители перешли на непосредственный впрыск. А как он устроен и чем отличается от «посредственного»? 🙂 Давайте разбираться.

Вообще, для начала неплохо бы рассмотреть, чем в принципе система с впрыском топлива (она же инжекторная) отличается от «дедушки» всех топливных систем автомобиля — карбюратора.

Но об этом я расскажу как-нибудь позже, а сегодня поговорим об отличиях непосредственного впрыска бензина от распределенного — классического, то бишь.

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

Распределенный впрыск

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

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

распределенный впрыск

Непосредственный впрыск

А вот в случае с непосредственным впрыском, форсунка стоит в головке блока цилиндров и часть ее «торчит» непосредственно (ага) в камере сгорания.

И топливо впрыскивается не на такте впуска, а в конце такта сжатия, когда и перемешивается с воздухом — уже практически в момент поджига свечой. Примечание.

Здесь стоит отметить, что системы непосредственного впрыска имеют разные алогоритмы подачи топлива — в том числе и такой, когда подача осуществляется и на такте впуска, и на такте сжатия.

непосредственный впрыск

Отличия друг от друга

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

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

Слева — распределенный впрыск. Такт впуска, впускной клапан открыт, форсунка впрыскивает топливо (красная стрелка) во впускной коллектор. Справа — непосредственный впрыск. Такт сжатия, клапаны закрыты, форсунка впрыскивает топливо сразу в камеру сгорания

Логично задать вопрос: какие плюсы дает второй вариант?

Основных преимуществ целая куча:

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

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

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

топливная форсунка в момент работы

Конечно, сейчас такие системы питания уже давно отлажены и получили широчайшее распространение, а качество бензина в крупных городах даже у нас в целом стало более-менее сносным.

Так что, не нужно поддаваться паранойе: если вы не планируете регулярно эксплуатировать такую машину глубоко в «Васюках», то всё будет хорошо.

Скажу больше — на непосредственный впрыск постепенно переходят даже недорогие бренды, а носителями таких моторов становятся модели всё доступнее по классу.

Надеюсь, кому-то было полезно!

P.S.: Друзья, буду очень рад лайкам и подписке! Делитесь в соцсетях!

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

  • Почему запрещают нештатный ксенон. Разбираем вопрос подробно
  • Бензонасос: 5 главных мифов. Развеиваем глупые домыслы
  • Что поменяется в автомобилях ближайших лет?
  • Почему не стоит жалеть свои машины
  • Как заправить кондиционер самостоятельно?

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5ace229f830905913c2e123d/5b20c6464826776dc09924f9

Двигатель с прямым впрыском и стратифицированным наддувом за счет удара топливной струи (OSKA) - рабочие характеристики и характеристики горения на JSTOR

Журнальная статья

Двигатель с прямым впрыском и стратифицированным наддувом за счет удара топливной струи (OSKA) - рабочие характеристики и характеристики сгорания

Сатоши Като, Сигэру Ониси и Синдзи Кобаяши

Сделки SAE

Издатель: SAE International

https: // www.jstor.org/stable/44548155

Копировать

Разработан двигатель с прямым впрыском послойного заряда с использованием новой технологии формирования смеси (OSKA). Эксперименты на одноцилиндровом двигателе с метанолом и бензиновым топливом показали следующие результаты: 1) Для метанола максимальное значение IMEP составляло 1,3 МПа, а наилучший показанный тепловой КПД составлял 46%.2) Для бензина максимальное значение IMEP составило 1,16 МПа, а наилучший показанный термический КПД составил 43%. Анализ диаграммы давления в цилиндре показал следующие результаты: 1) Высокая указанная тепловая эффективность наблюдалась при малых потерях времени. 2) Относительно короткая продолжительность сгорания наблюдалась, даже если двигатель работал на обедненной топливно-воздушной смеси в условиях частичной нагрузки. Этот факт говорит о том, что был получен расслоенный заряд. 3) Наблюдая за скоростью тепловыделения, можно предположить, что горение характеризуется распространением пламени.

SAE International - это глобальная ассоциация, объединяющая более 128 000 инженеров и технических экспертов в аэрокосмической, автомобильной и коммерческой промышленности. Основные направления деятельности SAE International - обучение на протяжении всей жизни и разработка добровольных согласованных стандартов. Благотворительным подразделением SAE International является SAE Foundation, который поддерживает множество программ, включая A World In Motion® и Collegiate Design Series.

× Закрыть оверлей

Закрыть просмотр

Стратификация заряда путем впрыска топлива в закрученный воздух на JSTOR

Журнальная статья

Расслоение заряда за счет впрыска топлива в закрученный воздух

А.В. Хуссманн, Ф. Кахун и Р. А. Тейлор

Сделки SAE

Издатель: SAE International

https://www.jstor.org/stable/44553880

Копировать

Представлены теоретические и экспериментальные исследования расслоения заряда топлива при вдувании в закрученный воздух.С некоторыми изменениями использована механика одиночного падения. Теоретические графики отношения топлива к воздуху помогают объяснить механизм расслоения топлива и полезны при определении направлений оптимизации рабочих условий. Испытания двигателя показывают, что система расслоения применима для режима холостого хода и низкой нагрузки, а также в сочетании с индукцией однородного заряда до полной нагрузки. Такая система будет использовать чрезвычайно простое оборудование для впрыска без каких-либо средств управления соотношением топливо-воздух и будет довольно нечувствительной к синхронизации между впрыском и искрой.

SAE International - это глобальная ассоциация, объединяющая более 128 000 инженеров и технических экспертов в аэрокосмической, автомобильной и коммерческой промышленности. Основные направления деятельности SAE International - обучение на протяжении всей жизни и разработка добровольных согласованных стандартов. Благотворительным подразделением SAE International является SAE Foundation, который поддерживает множество программ, включая A World In Motion® и Collegiate Design Series.

× Закрыть оверлей

Закрыть просмотр

Mercedes-Benz | Немецкий автопроизводитель поставляет V-6 со стратифицированным зарядом для U.С.

CARMEL BY THE SEA, Калифорния - Позднее в этом году Mercedes-Benz представит на рынок США серийный двигатель V-6 с системой впрыска топлива со стратифицированным наддувом, которая, как ожидается, единолично повысит экономию топлива до 6%.

Автопроизводитель еще не может идентифицировать автомобиль, но двигатель представляет собой модифицированную версию крепкого 3,0-литрового твин-турбо V-6, который теперь используется в автомобилях C-класса, родстерах SLC, GLE CUV и GL SUV. Этот двигатель был включен в конкурс Wards 10 Best Engines 2016 года, оцененный в 362-сильном седане C450 AMG.

С новым применением стратифицированного заряда в 3,0-литровом двигателе V-6 будет по-прежнему использоваться прямой впрыск топлива, но форсунки были переработаны для распыления под более высоким давлением позже на такте впуска, непосредственно перед сжатием, и топливо имеет форму поступают в определенные области цилиндра для оптимизации сгорания.

По словам Барта Херринга (Bart Herring), генерального менеджера по управлению продукцией Mercedes-Benz в США, эта стратегия обеспечивает гораздо более обедненную воздушно-топливную смесь внутри камеры, чем при использовании традиционной системы гомогенного заряда, которая заполняет камеру более равномерно перед сгоранием.

Херринг говорит, что у Mercedes уже есть некоторые автомобили на европейских дорогах, использующие многослойное сжигание.

«Преимущество заключается в том, что вы можете получить такую ​​же отдачу при меньшем расходе топлива», - говорит Херринг WardsAuto во время презентации нового Mercedes E-Class в СМИ. «Вы хотите направить топливо, потому что в камере сгорания есть определенные горячие точки, в которых более выгодно иметь топливо».

Херринг говорит, что у Mercedes уже есть ограниченное количество транспортных средств на дорогах в Европе, использующих стратегию расслоения заряда, и что это первоначальное приложение в США.S., в случае успеха, может привести к широкому использованию во всех бензиновых двигателях.

Он не смог указать добавленную стоимость технологии, но Херринг говорит, что потенциал для улучшения экономии топлива от 4% до 6% без снижения мощности или крутящего момента огромен. Он ожидает, что клиенты даже не узнают, что новая технология работает, но заметят впечатляющую экономию топлива.

«Все борются за четверть процента, полпроцента или 1% с точки зрения экономии топлива (улучшения)», - говорит он.«Это могло быть 6%. Вы получаете тот же эффект от постного сжигания смеси ».

Херринг говорит, что ему ничего не известно о других автопроизводителях, использующих эту технологию в американских автомобилях.

Тем не менее, Honda достигает аналогичного эффекта расслоения заряда благодаря своему хорошо зарекомендовавшему себя 4-цилиндровому двигателю объемом 2,4 л с прямым впрыском топлива, который обеспечивает более богатую воздушно-топливную смесь возле свечи зажигания для облегчения зажигания, максимизируя эффективность при низких оборотах двигателя и помогает снизить выбросы при низких температурах.

Mercedes запускает совершенно новый седан E-Class, за которым вскоре последуют универсал и кабриолет, а также высокопроизводительный седан E43 AMG, который будет использовать 3.0L твин-турбо V-6. Однако Херринг говорит, что у E43 AMG не будет системы стратифицированного заряда.

Технология Mercedes появится, поскольку в США введен в действие более чистый бензин со сверхнизким содержанием серы, что облегчит некоторые проблемы доочистки выхлопных газов, связанные с послойным зарядом.

Большая часть Калифорнии и части Восточного и Западного побережья, а также многие столичные рынки, борющиеся со смогом, уже имеют бензин со сверхнизким содержанием серы, и ожидается, что миграция будет завершена по всей стране к 2018 году, говорит Херринг.

В этом первом автомобильном приложении Mercedes разрабатывает систему контроля выбросов для обоих типов бензина. Однако даже с более чистым топливом для системы с расслоенным зарядом, вероятно, потребуется ловушка для выжигания избыточных оксидов азота, которые приводят к сжиганию обедненной смеси, говорит Херринг.

Помимо новых топливных форсунок, Херринг говорит, что для работы системы потребуется новое программное обеспечение.

Остается неясным, когда именно турбо-V-6 прибудет с расслоенным зарядом из-за непредсказуемости процесса утверждения EPA, говорит он.

«Сертификация - это теперь большой черный ящик», - говорит он. «Вы бросаете машину, и вы говорили, что она выйдет во вторник. Теперь это может быть через пять месяцев ».

Herring описывает стратифицированный заряд как пример доведения технологии в пределах обычного силового агрегата до абсолютного предела как часть многогранного подхода к соблюдению требований по экономии топлива и выбросам, которые в ближайшие годы будут усиливаться.

«В этой сфере нас ждут великие дела», - говорит он.«Мы с нетерпением ждем того, что (стратифицированная зарядка) принесет с собой в дорогу с точки зрения экономии топлива, а также даст тот же клиентский опыт и большую мощность - все то, чего они ожидают».

[адрес электронной почты защищен]

СТРАТИФИЦИРОВАННАЯ Топливная система X4tra - EcoBoost 2,0 л / 2,3 л [Ecoboost2023_X4tra_Fuel]

** Мы полностью поддерживаем нашу продукцию. При покупке наших комплектов дополнительного топлива вы получите кредит в размере 100 долларов США, покрывающий плату за настройку дополнительного топлива **

Лучшее решение для заправки 2.0 / 2.3 EcoBoost

Поддерживает

  • Автомобили с двигателем EcoBoost 2.0T / 2.3T
  • Смешанное топливо E85
  • Full E85 (OEM LPFP требует обновления до 400 л.с.)
  • Более 650 л.с. (можно установить форсунки большего размера для увеличения мощности)

Почему наши 4 порта?

Stratified X 4 tra 4-х портовая топливная система не только устраняет недостатки как HPFP, так и форсунок с помощью единой вспомогательной топливной системы, работающей по принципу "включай и работай", она также улучшает нашу существующую Stratified Xtra 2-Port Fuel Система обеспечивает более точную и увеличенную подачу топлива в каждый цилиндр! Это настоятельно рекомендуемое решение для заправки топливом при работе 500+ WHP с модернизированным турбонагнетателем.

Мы постарались обратить внимание на такие мелкие детали, как то, как воздушно-топливная смесь будет поступать в двигатель. Наша система оснащена форсунками, которые ориентированы под углом к ​​головке цилиндров, которые распыляют с разделенным потоком, чтобы обеспечить равномерное распределение топлива на каждый впускной клапан. Это также гарантирует, что каждый клапан получает одинаковое количество очистки от топлива.

Кроме того, отверстия на проставке также подобраны под углом, чтобы они располагались между впускным коллектором и головкой блока цилиндров, чтобы обеспечить как можно более плавный переход потока воздуха к двигателю .Это не только обеспечивает правильное смешивание воздуха и топлива, , но также гарантирует, что вы не потеряете мощность из-за резких переходов, с которыми борются большинство проставок впуска с прямым отверстием.

Первый график ниже представляет собой сравнение AFR (соотношения воздух-топливо) и топливных балансиров для нашей 4-портовой топливной системы X 4 tra и 2-портовой топливной системы Xtra. Второй график ниже представляет собой сравнение поправок зажигания между одними и теми же комплектами.Как вы можете видеть, AFR и топливные планки значительно более согласованы с и меньше колеблются с 4-портовым комплектом. Это вместе с более быстрой подачей топлива за счет впрыска непосредственно в порты цилиндров позволило нам на уменьшить количество видимых детонаций!

Наша топливная система X 4 tra помогла продвинуть платформу Focus ST с 500 л.с. до 11!

Почему Aux Fuel?

Топливная система OEM DI (прямой впрыск) в двигателе 2.0 EcoBoost может подавать топливо мощностью до 375 л.с., но после этого он начинает заканчиваться в двух основных областях: HPFP (топливный насос высокого давления) и топливные форсунки. HPFP первым теряет давление, и это может вызвать проблемы с управляемостью, такие как разбрызгивание или нарушение плавности хода. Форсунки DI вскоре последуют за ограничением потока, особенно если давление топлива падает. Это может подвергнуть двигатель риску наклона двигателя и особенно опасно при работе с большим турбонаддувом! Однако обновление этих компонентов является дорогостоящим, а в случае HPFP просто недоступно.

Вспомогательное топливо может обеспечить этот дополнительный объем топлива для снятия некоторой нагрузки, которую высокая мощность создает потребность в топливной системе OEM. Это также помогает работать с более богатой смесью, которая сдерживает детонацию и нагрев, которые являются основными факторами, способствующими отказу поршня и двигателя.

Кроме того, дополнительное топливо имеет гораздо лучший расход топлива и распыление, чем система WMI - это правильная топливная система, которая также более надежна.

Автомобили с прямым впрыском обеспечивают повышенный уровень эффективности и возможностей.Однако топливные системы очень дороги и их сложно модернизировать, если вы хотите получить от двигателя больше мощности. Многие производители оригинального оборудования предпочитают использовать на своих автомобилях большой мощности как систему впрыска, так и систему прямого впрыска. Таким образом, вы сохраняете эффективность системы DI и используете систему вспомогательного порта только при полностью открытой дроссельной заслонке.

Ниже приведено слишком обычное изображение падения давления топлива, даже когда EcoBoost 2.0 развивает около 360 л.с. без дополнительной заправки.

Автомобили с прямым впрыском (DI) предлагают повышенный уровень эффективности, однако они также имеют повышенное количество отложений на впускных клапанах.Запуск инжекции через вспомогательный порт - идеальное решение для этого!

Ниже приводится сравнение чистоты впускных клапанов при работе с чистым DI и при работе с впрыском во вспомогательный порт.

Посмотрите наше видео о 4-портовой системе, в котором объясняются некоторые из упомянутых выше функций:

Особенности и преимущества

Установка X 4 tra Топливная система проста (проще, чем комплект для впрыска воды и метанола) и не требует сращивания или пайки.Требуется только модификация впускного коллектора. Никаких дополнительных баков, резервуаров или регуляторов давления не требуется.

Вот несколько фотографий нашего раннего прототипа, установленного на нашем собственном Stratified Tuned Focus ST!

После установки система должна быть настроена (требуется настройка!) для работы в тандеме с системой подачи топлива OEM для бесперебойной и безопасной подачи энергии - особенно при использовании топлива на основе этанола, которое требует более высокого расхода топлива.

Контроллер программируется с использованием последовательного порта / порта DB9. Если у вас еще нет переходного кабеля USB, обязательно приобретите эту опцию.

Срок обращения: До 15 рабочих дней

Ограниченная гарантия

На этот стратифицированный продукт распространяется гарантия от дефектов материалов и изготовления в течение девяноста (90) дней с даты покупки.В течение гарантийного периода Stratified отремонтирует или, по своему усмотрению, бесплатно заменит компоненты, которые оказались дефектными. Продукт должен быть возвращен с предоплатой доставки в учреждение Stratified. Эта ограниченная гарантия не применяется, если продукт поврежден случайно или неправильно. Вышеупомянутая гарантия заменяет все другие гарантии, выраженные или подразумеваемые, включая, но не ограничиваясь, любую подразумеваемую гарантию товарного состояния, пригодности или соответствия какой-либо конкретной цели или использованию. Stratified Automotive Controls LTD.не несет ответственности за какие-либо штрафы, травмы или ущерб, понесенные в результате установки, использования или неправильного использования наших продуктов. Покупатель таких продуктов несет полную ответственность за их использование законным, безопасным и надлежащим образом.

Принцип FSI / TFSI - Технологический портал Audi

Вернуться к обзору

В Audi FSI означает прямой впрыск бензина, технологию, при которой топливо впрыскивается непосредственно в камеры сгорания, а не во впускной коллектор традиционным способом.Более благоприятный с точки зрения термодинамики, этот метод позволяет повысить КПД двигателя. Двигатели FSI обладают более высокими характеристиками и лучшей динамикой, чем обычные двигатели, с большей эффективностью. Независимо от того, имеют ли они четыре, пять, шесть, восемь, десять или двенадцать цилиндров, все бензиновые двигатели Audi сегодня работают по принципу FSI.


Еще одна общая черта всех двигателей Audi - однородная топливно-воздушная смесь. При так называемом стехиометрическом соотношении один килограмм (2,207 фунта) бензина смешивается с 14.7 килограммов (32,41 фунта) воздуха, что эквивалентно объему примерно 12 400 литров (437,90 кубических футов), поскольку воздух очень легкий.

Турбокомпрессор или нагнетатель превращает TFSI в FSI. В 2004 году Audi стала первым в мире производителем, который объединил принудительную индукцию с прямым впрыском бензина. Эти две технологии идеально сочетаются друг с другом: непосредственно впрыскиваемое топливо интенсивно закручивается в камере сгорания, что, в свою очередь, охлаждает стенки камеры сгорания. Это решает старую проблему турбо-технологии - тенденцию к раннему самовоспламенению смеси в горячих точках камеры сгорания из-за сильного тепловыделения при высоком сжатии, явления, известного как детонация.Благодаря своим двигателям TFSI Audi может достичь высоких степеней сжатия, что способствует повышению качества сгорания и термодинамической эффективности - и, следовательно, топливной экономичности.

Как и двигатели TDI, двигатели FSI и TFSI от Audi получают топливо через систему впрыска Common Rail. Однако в бензиновых двигателях достаточно значительно более низких давлений впрыска, составляющих около 150 бар (2176 фунтов на кв. Дюйм), из-за более низкой степени сжатия этих двигателей по сравнению с самовоспламеняющимися дизельными двигателями. Основные преимущества те же, что и у TDI: компактная конструкция системы и свобода управления процессом впрыска.


Статус: 2011

Использование наддува и двойного впрыска для улучшенной работы двигателя с прямым впрыском и искровым зажиганием с расслоенным зарядом на бензине и топливе E30

В этом исследовании систематически изучается влияние стратегии впрыска и рециркуляции выхлопных газов на работу двигателя с прямым впрыском и искровым зажиганием с прямым впрыском и рециркуляцией выхлопных газов при абсолютном давлении на впуске в диапазоне 100–160 мкПа.Разбавление азотом используется для понижения мольной доли кислорода на впуске с целью моделирования эффектов разрежения при рециркуляции отработавших газов. Двигатель работает со скоростью 1000 об / мин с диапазоном расчетного среднего эффективного давления 380–680 кПа. Таким образом, значительное сокращение выбросов NOx и сажи из двигателя может быть достигнуто при многослойной работе при сохранении стабильного сгорания (~ 2% брутто изменчивости среднего эффективного давления) и высокого теплового КПД (~ 40%). Добавление рециркуляции выхлопных газов значительно снижает выбросы NOx, не только за счет снижения температуры пламени, но и за счет замедления горения, что эффективно замедляет фазирование горения.Хорошо продуманная стратегия двойного впрыска с близким расположением - ключ к стабилизации горения и играет важную роль в подавлении выбросов сажи. Повышение давления на впуске позволяет достичь более высоких нагрузок с дальнейшим снижением выбросов сажи. Высокоскоростная двухкамерная визуализация пламени выявляет ключевые особенности распространения пламени для послойной работы с низким уровнем выбросов NOx при высоких уровнях рециркуляции выхлопных газов. Условный анализ изображений пламени на основе скорости тепловыделения показывает, что по сравнению с однократным впрыском, использование двойного впрыска создает более вытянутую искровую плазму, что коррелирует с более стабильным ранним сгоранием.Это также демонстрирует, что двойной впрыск обеспечивает более симметричное распространение пламени с меньшими участками, содержащими сажу, что указывает на более благоприятное распределение топлива. Послойная работа с бензином и топливом E30 демонстрирует схожие характеристики двигателя и уровни выбросов для двойного впрыска. Эти наблюдения предполагают, что топливные смеси E0 (бензин) –E30 могут быть совместимы с высокоэффективным режимом работы с искровым зажиганием с расслоенным зарядом. Однако для стратегии двойного впрыска 50/50 E30 показал повышенные выбросы дыма при работе без наддува, что указывает на то, что на определенные рабочие стратегии может отрицательно повлиять содержание этанола в топливных смесях E30.

  • URL записи:
  • Наличие:
  • Дополнительные примечания:
  • Авторов:
    • Цзэн, Вэй
    • Сьёберг, Магнус
  • Дата публикации: 2017-2

Язык

Информация для СМИ

Предмет / указатель

Информация для подачи

  • Регистрационный номер: 01713955
  • Тип записи: Публикация
  • Файлы: TRIS
  • Дата создания: 24 мая 2019 16:49

Термически стратифицированное воспламенение от сжатия: новый усовершенствованный режим низкотемпературного горения с гибкостью нагрузки

Низкотемпературное сжигание - это концепция сжигания, которая предусматривает одновременное сокращение выбросов загрязняющих веществ и расхода топлива.Компрессионное зажигание с однородным зарядом - возможно, одна из самых старых форм низкотемпературного горения. В этом методе однородная смесь топлива и воздуха сжимается до самовоспламенения. Компрессионное зажигание с однородным зарядом сочетает в себе высокую эффективность обычного дизельного воспламенения от сжатия с однородным низким содержанием сажи, характерным для типичного горения с искровым зажиганием.

За счет более высоких уровней разбавления воздухом или остатками выбросы NOx из двигателя остаются на низком уровне.Ссылаясь на эти факторы, воспламенение от сжатия с однородным зарядом продемонстрировало почти нулевые выбросы NOx и сажи в сочетании с эффективностью, аналогичной эффективности сгорания обычного дизельного топлива. К сожалению, этот подход возможен только в узком рабочем диапазоне при частичной нагрузке из-за отсутствия прямого контроля над скоростью тепловыделения при запуске. Чтобы обеспечить контроль над тепловыделением, необходимо глубокое понимание основного механизма горения.

Ряд альтернативных низкотемпературных режимов горения, которые обеспечивают контроль над запуском и скоростью выделения тепла, зависят от события прямого впрыска топлива, чтобы инициировать расслоение эквивалентного отношения и, следовательно, реакционной способности смеси.Этот подход может быть эффективным, но, к сожалению, неоднородности топливно-воздушной смеси создают риск более высокого содержания твердых частиц, а также выбросов NOx.

Вместо того, чтобы пытаться использовать принудительную стратификацию топливно-воздушной смеси для управления скоростью выделения тепла при низкотемпературном горении, Бенджамин Лоулер из Университета Стоуни-Брук в сотрудничестве с Дереком Сплиттером, Джеймсом Шибистом и Брайаном Каулом из Национальной лаборатории Ок-Ридж предложил новое сжигание. режим, который контролирует степень теплового расслоения при низкотемпературном горении.Метод, получивший название термически стратифицированного воспламенения от сжатия, реализует прямой впрыск воды для управления распределением температуры и средней температурой в цилиндре. Следовательно, этот подход предлагает управление началом и скоростью выделения тепла при низкотемпературном сгорании. Их работа опубликована в номере Applied Energy . « В то время как другие исследователи единодушно придерживаются подходов, которые стратифицируют коэффициент эквивалентности в цилиндре с использованием прямого впрыска топлива, мы предлагаем альтернативный подход, который намеренно расслаивает распределение температуры в цилиндре .Бенджамин Лоулер сказал о термически стратифицированном воспламенении от сжатия.

Авторы приняли предложенный ими усовершенствованный режим горения, термически стратифицированное воспламенение от сжатия. В методе использовался прямой впрыск воды для управления запуском, а также скоростью выделения тепла при низкотемпературном сгорании. Основная цель исследования состояла в том, чтобы лучше понять влияние закачки воды на низкотемпературное горение, с особым вниманием к сравнению работы с закачкой воды и без нее.Также особое внимание было уделено влиянию количества и времени закачки воды. В конце авторы определили пределы нагрузки с закачкой воды и без нее.

Исследовательская группа заметила, что добавление воды замедляет фазирование горения из-за скрытой теплоты испарения воды, которая впоследствии охлаждает смесь. Величина задержки фазирования была пропорциональна количеству закачанной воды. По этой причине впрыск воды может использоваться для межциклового управления началом выделения тепла при низкотемпературном сгорании.

Прямой впрыск воды в диапазоне 20-70 градусов до верхней мертвой точки снижает скорость тепловыделения за счет охлаждения смеси в областях, на которые направлено распыление. Это принудительно увеличивало уровень термического расслоения в цилиндре. Следовательно, прямой впрыск воды можно использовать для межциклового управления скоростью выделения тепла при низкотемпературном сгорании. Ссылаясь на это, верхний предел нагрузки был улучшен с 3,6 бар для воспламенения от сжатия однородного заряда до примерно 8.Среднее эффективное давление 4 бара при термически стратифицированном воспламенении от сжатия.

«Применяя принципиально иной подход к управлению процессом выделения тепла при низкотемпературном горении, термически стратифицированное компрессионное зажигание способно значительно расширить рабочий диапазон нагрузок при низкотемпературном горении и обеспечить чистый, высокоэффективный режим горения во всем рабочий диапазон. Кроме того, термически стратифицированное воспламенение от сжатия и другие режимы низкотемпературного горения не зависят от топлива, что означает, что они могут быть объединены с экологически чистыми видами биотоплива или электротоплива для создания полностью углеродно-нейтрального, эффективного и чистого решения для транспортировки и производства электроэнергии.», - сказал Лоулер.

Результаты их исследования показывают потенциал впрыска воды для обеспечения от цикла к циклу управления началом и скоростью тепловыделения при низкотемпературном сгорании, таким образом, устраняя основное ограничение сгорания с воспламенением от чистого однородного заряда с компрессионным зажиганием.