Прямой впрыск бензина в системе Motronic

Система впрыска высокого давления для бензиновых двигателей, разработанная в компании Bosch, основана на применении резервуара топлива и топливной магистрали, которую насос высокого давления наполняет топливом с регулируемым давлением до 120 бар.

Поэтому топливо может быть введено непосредственно в камеру сгорания с помощью электромагнитных инжекторов. Эта система обеспечивает дальнейшее снижение выбросов и сокращение потребления топлива.

Топливные и электрические компоненты системы Motronic

Рис. Топливные и электрические компоненты системы Motronic (Источник: Bosch Press)

Масса всасываемого воздуха может быть отрегулирована посредством электронно управляемого дроссельного клапана (регулятора газа) и измерена с помощью измерителя массы воздуха. Для контроля качества смеси используется широкополосный датчик кислорода в выхлопном тракте. Датчик помещен перед каталитическими конвертерами. Этот датчик может измерять лямбда-показатель в диапазоне от 0,8 и до бесконечности. Электронный блок управления двигателем регулирует рабочие режимы двигателя с прямым впрыском бензина тремя способами:

  • режим стратифицированного заряда топлива — значения лямбда-показателя больше 1
  • режим однородной смеси, лямбда = 1
  • режим обогащенной однородной смеси, лямбда = 0,8

В отличие от традиционной системы впрыска во впускной коллектор, при полной нагрузке все топливо должно быть введено за вчетверо меньшее время. При формировании стратифицированной смеси в режиме частичной нагрузки доступное время значительно меньше. В частности, на холостом ходу требуется время впрыска менее 0,5 мс. Это только одна пятая времени, доступного для впрыска во впускной коллектор.

Инжектор, используемый в системе прямого впрыска бензина

Рис. Инжектор, используемый в системе прямого впрыска бензина (Источник: Bosch Press)

Топливо должно распыляться очень тонко, чтобы создать оптимальную смесь за короткий интервал времени между впрыском и воспламенением. Размер капельки топлива для прямого впрыска в среднем менее 20 мкм. Это только одна пятая размера капельки, получаемой в традиционной системе впрыска в коллектор, и одна треть от диаметра человеческого волоса.

Дисперсия топлива значительно повышает эффективность работы двигатели. Однако еще более важным, чем распыление, является распределение топлива в конусе впрыска. Оно выполняется так, чтобы обеспечить быстрое и однородное сгорание.

Обычные двигатели с воспламенением от искры используют однородную воздушно-топливную смесь с отношением 14,7:1, соответствующим лямбда-показателю 1. Двигатели же с прямым впрыском в области частичной нагрузки работают в соответствии с концепцией образования стратифицированного заряда топлива при значительном избытке воздуха. При этом достигается очень низкое потребление топлива.

При задержанном впрыске топлива идеальной будет камера сгорания, разделенная на две части. Впрыск осуществляется непосредственно в камеру сгорания как раз перед моментом зажигания. В результате воздушно-топливное облако смеси образуется рядом со свечой зажигания. Оно окружено теплоизолирующим слоем, состоящим из воздуха и остаточного выхлопного газа. Двигатель работает почти с полностью открытым дроссельным клапаном, что уменьшает потери на всасывание.

В режиме эксплуатации со стратифицированным зарядом лямбда-показатель в камере сгорания находится где-то между 1,5 и 3. В области частичных нагрузок прямой впрыск бензина обеспечивает самые высокие значения экономии топлива по сравнению с обычной системой впрыска — до 40% на холостом ходу.

С увеличением нагрузки на двигатель и, следовательно, с увеличением количества топлива, стратифицированное облако заряда становится еще более насыщенным, и характеристики эмиссии становятся хуже. Как и при сгорании в дизеле, может образовываться сажа. Чтобы предотвратить это, при заранее определенной нагрузке машины блок управления двигателя Di-Motronic формирует однородную по всему цилиндру смесь. Система в фазе впуска вводит топливо очень рано, чтобы получить хорошую воздушно-топливную смесь со значением лямбда-показателя близким к 1.

Как это имеет место и в обычных системах впрыска в коллектор, количество воздуха, всасываемого на всех режимах эксплуатации, регулируется дроссельным клапаном в соответствии с задаваемым водителем крутящим моментом. ECU системы Motronic по массе всасываемого воздуха вычисляет количество топлива, которое будет введено, и выполняет дополнительную коррекцию посредством лямбда-контроля. В этом режиме работы возможно увеличение крутящего момента до 5%. Здесь играет свою роль и термодинамический эффект охлаждения топлива, испаряющегося непосредственно в камере сгорания, и более высокая степень сжатия двигателя с прямым впрыском бензина.

При различных режимах эксплуатации появляются два основных требования к управлению двигателем:

  • момент впрыска должен быть отрегулирован между «поздним» (в течение фазы сжатия) и «ранним» {в течение фазы впуска) положениями в зависимости от характерного режима эксплуатации
  • регулировка всасываемой массы воздуха должна быть независимой от положения педали газа для того, чтобы разрешить работу двигателя без дросселирования в диапазоне более низких нагрузок. Однако управление дросселем в диапазоне повышенных нагрузок нужно разрешить.

При оптимальном использовании всех преимуществ средняя экономия топлива в таком двигателе достигает 15%.

В режиме со стратифицированным подводом топлива при очень скудном выхлопе окиси азота (NOx) не могут быть удалены обычным каталитическим конвертеров. Правда, окислы NOx могут быть уменьшены приблизительно на 70% через рециркуляцию выхлопа до каталитического конвертера. Однако этого недостаточно, чтобы выполнить будущие амбициозные ограничения эмиссии. Поэтому выбросы, содержащие NOx, должны подвергнуться специальной обработке. Конструкторы двигателей используют дополнительный аккумулирующий каталитический конвертер окислов азота в системе выпуска.

Окислы NOx накапливаются в форме нитратов (HNO3) на поверхности конвертера вместе с кислородом, все еще содержащимся в скудном выхлопе.

Вместимость аккумулирующего каталитического конвертера NOx ограничена, поэтому как только она будет исчерпана, каталитический конвертер должен быть восстановлен. Чтобы удалять накопленные нитраты. Di-Motronic быстро переходит к его третьему рабочему режиму (работа с богатой однородной смесью с лямбда-показателем, приблизительно равным 0,8). Нитраты вместе с угарным газом в выхлопе превращаются в безвредные азот и кислород. Когда двигатель работает в этом диапазоне, крутящий момент двигателя регулируется положением педали, открывающей дроссельный клапан. Управление двигателем решает трудную задачу перехода между различными режимами эксплуатации в доли секунды так, чтобы это было незаметно водителю.

Продолжающаяся борьба за сокращение эмиссии, следствие строгого законодательства, должна уменьшить вредные выбросы транспортного средства до очень низких уровней. Система Di-Motronic, которая теперь используется многими изготовителями, продолжает поддерживать доброе имя компании Bosch.

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.