Электронные системы непосредственного впрыска бензиновых двигателей

Система непосредственного впрыска бензина в цилиндры двигателя до настоящего времени не находила широкого распространения. Это обуславливалось тремя основными причинами:

  • во-первых, потому, что общепринятый в настоящее время впрыск топлива во впускной трубопровод упрощает конструкцию самой форсунки
  • во-вторых, потому, что больше времени отводится на приготов­ление топливно-воздушной смеси
  • в-третьих, потому, что при этом упрощается конструкция головки блока

Обычная форсунка располагается вне камеры сгорания, защищенная от всего того, что происходит во время воспла­менения и после закрытия впускного клапана. Форсунка, входящая в камеру сгорания, должна выдержать все те из­менения температур и давления, которые там происходят, а это усложняет ее. Она также должна впрыскивать топливо быстрее и лучше распылять его. Когда двига­тель работает на максимальных нагрузках, дру­гими словами, когда он требует больше топлива, время, от­веденное на впрыскивание, уменьшается.

Если необходимо, обычная форсунка может подавать топ­ливо в течение большинства циклов, в то время как форсунка непосредственного впрыска не может подавать топливо, когда открыт выпускной клапан, потому что топливо будет удалять­ся вместе с отработавшими газами. При непосредственном впрыске вре­мя, отводимое на процесс впрыскивания, гораздо меньше, по­этому форсунка должна подавать топливо быстрее, а это тре­бует достаточно высокого давления топлива.

Смешивание – потенциальная проблема непосредствен­ного впрыска. В обычной системе топливо начинает смеши­ваться с воздухом, когда они проходят через впускной кла­пан, и продолжают перемешиваться, при тактах впуска и сжатия. Форсунка непосредственного впрыска заполняет топ­ливом центральную часть камеры сгорания за короткое вре­мя и должна лучше распылить топливо, чтобы гарантировать одно­родный состав смеси.

ПО ТЕМЕ:  Электронная одноточечная система впрыска (моно система). Устройство и принцип действия

Сложность представляет и расположение форсунки непосредственного впрыска в го­ловке цилиндров. Форсунки обычного типа являются со­ставной частью впускного трубопровода, а форсунка непос­редственного впрыска должна располагаться вверху ка­меры сгорания, где уже размещаются клапаны и, особенно, свеча зажигания. Кроме того, остается мало места для прохода охлаждающей жидкости вокруг жизненно важ­ных зон головки цилиндров.

Несмотря на вышеуказанные проблемы, ряд автомобилестроительных фирм Европы и Японии начали разработку и производство бензиновых двигателей с непосредственным впрыском топлива, в целях снижения расхода топлива.

Впервые автомобильный двигатель GDI «Gasoline Direkt Injektion» с непосредственным впрыском бензина был продемонстрирован японской фирмой «Mitsubishi» на проходившей в 1997 году Международной автомобильной выставке, затем последова­ли другие производители, включая Toyota, Renault и Pegeot-Citrojen.

Общая схема системы топливоподачи системы непосредственного впрыска показана на рисунке. Топливо от топливоподкачивающего насоса 6 подается к топливному насосу высокого давления 1, оснащенному датчиком давления топлива для его точного дозирования. ТНВД заключен в герметичный кожух и вал насоса приводится во вращения с помощью электромагнитной муфты. Подача топлива к форсункам цилиндров осуществляется насосом высокого давления 1 развивающим давление 40…100 кгс/см2. При этом давление топлива, впрыскиваемое в цилиндры двигателя может быть постоянным (системы впрыска CDI – Мицубиси, FSI – Фольксваген) или изменяться: на холостом ходу 70 кгс/см2, при полной нагрузке 100 кгс/см2, на переходных режимах 30 кгс/см2 (система впрыска HPI французский концерн Пежо-Ситроен). Топливо накапливается в аккумуляторе давления 3 и из него по трубопроводам передается к форсункам. Форсунки 5, в отличие от традиционных систем впрыска, установлены не во впускном трубопроводе, а непосредственно в камере сгорания двигателя. Необходимое давление в системе поддерживается предохранительным клапаном 4. При подаче напряжения из блока управления открываются соленоидные клапана и топливо впрыскивается в камеру сгорания.

ПО ТЕМЕ:  Усовершенствования системы модульного инжектора

Общая схема системы топливоподачи системы непосредственного впрыска

Рис. Общая схема системы топливоподачи системы непосредственного впрыска

Расширенная схема системы топливоподачи системы непосредственного впрыска на примере двигателя Фольксваген показана на рисунке.

Блок управления двигателем 23 рассчитывает оптимальное соотношение топлива и воздуха для следующих способов смесеобразования

  • послойное распределение смеси
  • образования бедной гомогенной смеси
  • образование гомогенной смеси стехиометрического состава
  • двойной впрыск топлива для разогрева нейтрализатора
  • двойной впрыск топлива при работе двигателя на полной нагрузке

Расход воздуха в системах непосредственного впрыска может определяться как с помощью расходомеров, так и без них. В приведенной системе он рассчитывается блоком управления двигателем с использованием сигналов датчика температуры воздуха на впуске в двигатель 24, датчика давления во впускном трубопроводе 18, датчика частоты вращения коленчатого вала 14, датчика положения дроссельной заслонки, датчика фаз 5 и датчика атмосферного давления, расположенного в корпусе блока управления.

ПО ТЕМЕ:  Типы систем впрыска топлива

Расширенная схема топливоподачи системы непосредственного впрыска

Рис. Расширенная схема топливоподачи системы непосредственного впрыска:
1 – адсорбер с активированным углем; 2 – клапан продувки адсорбера; 3 – устройство изменения фаз газораспределения; 4 – катушка и свеча зажигания; 5 – датчик фаз; 6,8 – кислородный датчик (лямда-зонд); 7 – предварительный нейтрализатор; 9 – датчик оксидов азота; 10 – нейтрализатор оксидов азота; 11 – датчик температуры отработавших газов; 12 – датчик температуры; 13 – датчик детонации; 14 – датчик частоты вращения коленчатого вала двигателя; 15 – топливный бак; 16 – форсунка с датчиком давления; 17 – датчик давления топлива; 18 – датчик давления воздуха на впуске; 19 – клапан перепуска отработавших газов; 20 – клапан продувки адсорбера; 21 – электропривод дроссельной заслонки; 22 – модуль педали акселератора; 23 – блок управления двигателем; 24 – датчик температуры поступающего воздуха

Для снижения выбросов оксидов азота, в двигателях с непосредственным впрыском применяется рециркуляция отработавших газов. Чтобы обеспечить перепуск отработавших газов на границе бесперебойной работы двигателя рассчитывается их количество. Для расчета количества перепускаемых газов используются:

  • сигнал датчика давления во впускном трубопроводе 18
  • сигнал датчика температуры воздуха во впускном трубопроводе 24
  • сигнал датчика атмосферного давления в блоке управления двигателем (для определения противодавления в выпускной системе)
  • сигнал датчика температуры выпускных газов
  • рассчитанная нагрузка двигателя

При перепуске отработавших газов происходит повышение давления воздуха во впускном трубопроводе. Датчик давления воздуха во впускной системе измеряет его величину и направляет сигнал соответствующего напряжения в блок управления двигателем. Этот сигнал используется для определения суммарной массы воздуха и отработавших газов, поступающей в двигатель. Из этой массы вычитывается масса свежего воздуха, соответствующую нагрузке двигателя, для получения массы перепускаемых газов.

ПО ТЕМЕ:  Компьютерная система управления впрыском топлива (TCCS) (Toyota)

Чтобы повысить крутящий момент при низких частотах вращения коленчатого вала, систему выпуска раздваивается в ее передней части. При этом на каждой приемной трубе установлен отдельный предварительный нейтрализатор 7.

Предварительные нейтрализаторы образуют с приемными трубами неразъемные конструкции. Перед нейтрализаторами установлены широкополосные датчики кислорода 6, которые служат для определения состава бензовоздушной смеси. После нейтрализаторов расположены датчики кислорода 8 со скачкообразной характеристикой, которые позволяют определить эффективность очистки отработавших газов. Приемные трубы соединяются перед общим нейтрализатором NОx 10 накопительного типа. В накопительном нейтрализаторе собираются оксиды азота, образуемые в избыточном количестве при работе двигателя на бедной смеси.

Установленный за нейтрализатором датчик NОx 9 служит для определения степени его насыщения. По сигналу этого датчика запускается процесс регенерации накопительного нейтрализатора.

Для подачи топлива к насосу высокого давления внутри топливного бака установлен электрический подкачивающий насос. Он подает к насосу высокого давления только то количество топлива, которое необходимо впрыснуть в цилиндры двигателя в зависимости от его мощности, вследствие чего снижается расход электроэнергии на привод насоса. Блок управления электронасосом в зависимости от нагрузки двигателя изменяет подачу топлива в систему низкого давления в пределах от 30 до 180 л/ч при постоянном давлении 4 кгс/см2. При пуске холодного или горячего двигателя производительность насоса кратковременно повышается, а давление в системе увеличивается с 4 до 5 кгс/см2. Подкачивающий электронасос включается блоком управления бортовой сетью при открывании двери водителя, благодаря этому происходит своевременное повышение давление в топливной системе.

ПО ТЕМЕ:  Электрическая часть системы впрыска «К-Джетроник»

Электрические насосы для системы непосредственного впрыска могут быть как одноступенчатыми, аналогичные описанным выше, так и двухступенчатыми.

Электрический гидродинамический топливный насос

Рис. Электрический гидродинамический топливный насос:
1 – сторона впуска главной ступени; 2 – сторона нагнетания предварительной ступени; 3 – колодец; 4 – перелив топлива; 5 – возврат топлива; 6 – сторона нагнетания главной ступени; 7 – сторона впуска главной ступени; 8 – насосное колесо главной ступени; 9 – насосное колесо предварительной ступени; 10 – сторона впуска предварительной ступени; 11 – топливный бак

Насосное колесо первой (предварительной) ступени 9 всасывает топливо из придонной зоны бака и нагнетает его в колодец насоса 3, что позволяет использовать практически все топливо из бака. На насосное колесо второй (главной) 8 ступени топливо поступает непосредственно из колодца 3. Колодец с насосными колесами и погружным датчиком уровня топлива опирается на днище бака, с которым он соединен посредством фиксаторов. Доступ ко всем деталям осуществляется после снятия крышки колодца.

 

Система впрыска L-Джетроник. Устройство и принцип действия

Система впрыска L-Джетроник является одной из первых систем электронного впрыска топлива. Установленный с торца распредели­тельной магистрали 4, регулятор давления топлива 5 в системе поддер­живает постоянное давление впрыска и осуществляет слив излишнего топлива в бак. Этим обеспечивается циркул...

Распределённый многоточечный электронный впрыск

На рисунках и схемах приведённых далее показаны основные схемы построения систем питания и систем управления распределённым впрыском топлива. Первая схема построена на использовании датчика расхода воздуха лопастного (флюгерного) типа, вторая - на использовании датчика расхода воздуха типа «горяч...

Преимущества впрыска топлива

Главное преимущество топливной системы впрыска любого типа - точный контроль количества топлива, введенного в двигатель. Основной принцип топливного впрыска заключается в том, что если бензин доставляется к инжектору (клапану с электрическим управлением) при постоянном разностном давлении, то количе...

Работа двигателя на гетерогенной смеси (послойное смесеобразование)

Топливовоздушная смесь на этом режиме является сверхбедной, с соотноше­нием бензина и воздуха до 1:40. Этот режим характерен для небольших нагрузок при скорости движения автомобиля до 120 км/ч. При работе двигателя на режимах небольших нагрузок закрываются вспомогательные заслонки 3, перекрывающи...

Электронное управление дизельным впрыском

Появление электронного управления насосом дизельного впрыска позволило значительно упростить механические системы. Создание высокого давления и впрыск, однако, все еще остаются механическими во всех действующих сегодня системах. Очевидны следующие преимущества электронной системы управления над меха...
✪Устройство автомобиля Авто⚡сайт №❶